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    一．摘要、關(guān)鍵詞

    【摘要】：山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)股份有限公司涂布白卡紙機(jī)采用世界上先進(jìn)的三長(zhǎng)網(wǎng)與頂網(wǎng)的紙頁成型技術(shù)、靴式壓榨，配置了先進(jìn)的機(jī)內(nèi)硬壓光機(jī)、五個(gè)涂布頭的機(jī)內(nèi)涂布機(jī)、機(jī)內(nèi)軟壓光機(jī)和完成設(shè)備。設(shè)計(jì)車速800米/分，卷紙寬度為5650毫米，年產(chǎn)量為30萬噸。其質(zhì)量控制系統(tǒng)是霍尼韋爾公司提供的達(dá)芬奇質(zhì)量控制系統(tǒng)（Da Vinci QCS），它配備了業(yè)內(nèi)最為廣泛的各種在線傳感器和高速掃描頭，最終提供了可靠、穩(wěn)定、精確、高精度的橫向、縱向的測(cè)量和控制功能。

    二．工藝描述，系統(tǒng)和功能要求

    我公司的涂布白卡紙項(xiàng)目是國(guó)家“雙高一優(yōu)”大型技改項(xiàng)目之一，產(chǎn)品定位為高檔涂布白卡紙。生產(chǎn)線采用世界上先進(jìn)的三長(zhǎng)網(wǎng)與頂網(wǎng)的紙頁成型技術(shù)、靴式壓榨，配置了先進(jìn)的機(jī)內(nèi)硬壓光機(jī)、五個(gè)涂布頭的機(jī)內(nèi)涂布機(jī)、機(jī)內(nèi)軟壓光機(jī)和完成設(shè)備。設(shè)計(jì)車速800米/分，卷紙寬度為5650毫米，年產(chǎn)量為30萬噸。 質(zhì)量控制系統(tǒng)（QCS）要求采用世界上先進(jìn)的控制技術(shù)，能對(duì)整條生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)行全方位監(jiān)控。要求在施膠前、卷取前與涂布頭前后分別設(shè)有一個(gè)掃描架，安裝必要的檢測(cè)探頭，除對(duì)定量、水份、涂布量進(jìn)行縱向控制以外，還需對(duì)定量、水份、涂布量、厚度進(jìn)行橫向控制，這樣才能有效地保證成紙的生產(chǎn)質(zhì)量①。
本系統(tǒng)前后共需7個(gè)掃描架、5套橫向控制（橫向定量控制、橫向水分控制、橫向厚度控制、正/反面涂布量橫向控制），與三菱、庫斯特、美卓、西門子等多家系統(tǒng)存在通訊接口。傳感器配備定量、微波水分、厚度、灰分等傳感器，用于檢測(cè)定量、水分、厚度、涂布量等指標(biāo)并用來進(jìn)行相應(yīng)的縱向、橫向控制。

    本項(xiàng)目在實(shí)施過程中的難點(diǎn)：
    1.漿網(wǎng)速比多層控制；
    2.與其它系統(tǒng)的通訊接口；
    3.涂布量測(cè)量方法；
    4.瓦哈托流漿箱上的稀釋水閥與霍尼韋爾控制執(zhí)行器的結(jié)合；
    5.橫向定量、橫向水分控制要求能在1#、2#掃描架之間切換控制，以實(shí)現(xiàn)備用。

    三．霍尼韋爾的解決方案

    霍尼韋爾針對(duì)用戶的要求提供了一套達(dá)芬奇質(zhì)量控制系統(tǒng)（Da Vinci QCS），它配備了業(yè)內(nèi)最為廣泛的各種在線傳感器和高速掃描頭，最終提供了可靠、穩(wěn)定、精確、高精度的橫向和縱向的測(cè)量和控制功能。系統(tǒng)按客戶要求配置了7個(gè)掃描架，每個(gè)掃描架都配置了定量、微波水分、灰分、紙頁溫度、空氣間隙溫度和間隙距離傳感器，厚度傳感器安裝在原紙掃描架和卷取掃描架上，系統(tǒng)配置包括了所有需要的其他設(shè)備（如操作站終端、打印機(jī)、控制主機(jī)）和系統(tǒng)所需的應(yīng)用軟件。包括與第三方系統(tǒng)的通訊所需的接口、硬件、軟件和相關(guān)工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示：

               

                                圖一：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置圖

    系統(tǒng)硬件介紹：

    掃描架采用達(dá)芬奇4000系列 O 型雙工字鋼承重梁型掃描架，配備有掃描頭表面加熱均溫系統(tǒng)、防靜電裝置、防結(jié)露單元、自動(dòng)溫控系統(tǒng)、紙邊到紙邊的檢測(cè)系統(tǒng)等附屬裝置。掃描頭可掛12傳感器，方便傳感器擴(kuò)展。掃描速度是可調(diào)節(jié)的，最大掃描速度為600 mm/s，掃描位置測(cè)量精度為+/- 2mm，以達(dá)到最佳的橫向和縱向控制。

    傳感器全部采用智能新型傳感器，保證了測(cè)量重復(fù)性和精度。

    網(wǎng)絡(luò)采用容錯(cuò)以太網(wǎng)FTE作為達(dá)芬奇系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，提供了冗余配置的高品質(zhì)的交換機(jī)，掃描架和橫向系統(tǒng)分別掛于控制網(wǎng)絡(luò)，容錯(cuò)以太網(wǎng)FTE 是Honeywell的專利技術(shù)，該技術(shù)可以保障以太網(wǎng)滿足控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求且提供了可靠的100Mbps 高速傳輸速率。

    達(dá)芬奇系統(tǒng)軟件介紹：

    縱向定量控制是通過對(duì)量化的干漿流量的控制來實(shí)現(xiàn)的?？v向水份控制是通過對(duì)烘干部的控制來對(duì)最終水份進(jìn)行控制的。達(dá)芬奇系統(tǒng)控制本身和其他相關(guān)控制解耦來消除影響、優(yōu)化過程穩(wěn)定的交互作用，控制品質(zhì)隨著掃描速度的加快而提高，且對(duì)生產(chǎn)過程變量的快速變化的控制更加有效，使經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

    協(xié)調(diào)車速變化控制是將速度設(shè)定值變到新的設(shè)定值過程中，同時(shí)協(xié)調(diào)如漿流量,篜汽壓力，總壓頭以及其他相關(guān)變量的變化來保持產(chǎn)品的質(zhì)量的平穩(wěn)過渡。達(dá)芬奇系統(tǒng)是通過前饋和延時(shí)等控制作用實(shí)現(xiàn)的，其設(shè)定值的改變量用于精確補(bǔ)償由于車速變化而帶來的產(chǎn)品質(zhì)量的改變，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的平穩(wěn)過渡。

    斷紙烘缸啟/停控制是指在斷紙發(fā)生時(shí)對(duì)烘缸蒸汽壓力的控制以防止烘缸積水或過熱，斷紙發(fā)生時(shí)烘缸蒸汽壓力將自動(dòng)下降到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值，設(shè)定值可以是正常烘缸蒸汽壓力的一個(gè)百分值，經(jīng)過一定延時(shí)后,再次下降到另一預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值，當(dāng)斷紙故障消除后烘缸蒸汽壓力將自動(dòng)恢復(fù)到正常的烘缸蒸汽壓力，每段變化的幅度,延時(shí)時(shí)間,坡變速度和段數(shù)都可根據(jù)需要設(shè)定。達(dá)芬奇系統(tǒng)對(duì)斷紙烘缸啟/?？刂朴兄诳s短斷紙時(shí)間快速恢復(fù)產(chǎn)品生產(chǎn)，快速達(dá)到原來的產(chǎn)品質(zhì)量。

    針對(duì)本項(xiàng)目在實(shí)施過程中的難點(diǎn)，霍尼韋爾提供了如下解決方案：

    1．達(dá)芬奇漿網(wǎng)速比多層控制
    漿網(wǎng)速比控制是用來穩(wěn)定流漿箱的勻度和抗張比率。漿網(wǎng)速比控制為流漿箱的壓力控制器計(jì)算出壓力設(shè)定值。當(dāng)紙機(jī)車速或漿網(wǎng)速比設(shè)定值改變時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)流漿箱壓力控制器的設(shè)定值。達(dá)芬奇系統(tǒng)提供了三層網(wǎng)前箱的漿網(wǎng)速比控制，改善了紙張的質(zhì)量和多層流漿箱的穩(wěn)定性，減少了擾動(dòng)和斷紙次數(shù)，減少了更換生產(chǎn)品種期間和生產(chǎn)速度變化期間的不合格紙張，簡(jiǎn)化了維護(hù)和故障處理,從而使多層流漿箱獲得了良好的性能。如圖二：

               

                                 圖二：漿網(wǎng)速比多層控制

    2．與其它系統(tǒng)的通訊接口
    本系統(tǒng)與多個(gè)供貨商存在通訊，有著數(shù)據(jù)上的傳送，霍尼韋爾公司達(dá)芬奇系統(tǒng)為用戶提供了開放的通訊協(xié)議如OPC、PRIFIBUS-DP等，有了開放的通訊協(xié)議，達(dá)芬奇系統(tǒng)把第三方系統(tǒng)作為自己系統(tǒng)的一部分進(jìn)行了無縫銜接，滿足了設(shè)備供貨商的需求，確保了通訊的暢通，使數(shù)據(jù)交換更加方便。

    3．涂布量測(cè)量方法
    現(xiàn)在最常用的測(cè)量方法有三種，分別為直接涂布量傳感器測(cè)量法、絕干差法、灰分差法。

    直接涂布量傳感器測(cè)量
    這種方法是采用紅外線傳感器直接測(cè)定，工作原理是根據(jù)涂料成分有選擇地吸收某些紅外線波長(zhǎng)，當(dāng)把傳感器放在涂布機(jī)前和涂布機(jī)后的掃描架上時(shí)，傳感器就可以測(cè)出涂料中的成分比，就可以確定涂布量。當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用了具有對(duì)粘土、膠乳、水分、纖維等各自特有的檢測(cè)紅外線波長(zhǎng)帶段的傳感器，用于測(cè)定紙的涂布量。不同的被測(cè)定物具有自己特有的吸收波長(zhǎng)帶，而檢測(cè)出的是具有選擇性的那個(gè)狹窄的波長(zhǎng)帶。紅外線傳感器測(cè)定的精度主要受傳感器的性能和過程參數(shù)的影響。

    優(yōu)點(diǎn)：
    測(cè)量精度跟克重?zé)o關(guān)；相比其他方法在克重比較大的情況下精度會(huì)好些；能精確提供橫向涂布量控制用曲線，對(duì)有橫向涂布量控制的最好。

    缺點(diǎn)：
    需要有兩種不同比率的填料（例：碳酸鈣、粘土、乳膠等），要想測(cè)量準(zhǔn)確比率必須清楚；需要大量的標(biāo)定工作，不同的配方不同的紙種都需要標(biāo)定；需要多個(gè)傳感器，分頂面涂與底面涂；涂布量傳感器價(jià)格昂貴。

    絕干差法

               

                                        圖三：絕干差法

    這種方法是利用涂布后與涂布前絕干量的不同來計(jì)算出涂布量。

    優(yōu)點(diǎn)：
    簡(jiǎn)單易用，不需要敏感的灰分的成分與含量；在低定量的原紙上每面涂布量大于10克時(shí)精度高。

    缺點(diǎn)：
    需要4個(gè)傳感器同時(shí)校正，誤差大；不適合定量克重很高的紙，克重越高誤差越大；不能提供精確的涂布量測(cè)量曲線。

    3）灰分差法

               

                                            圖四 ：灰分差法

    在生產(chǎn)實(shí)踐中，灰分法是一種較為準(zhǔn)確的測(cè)量涂布量的方法。測(cè)量時(shí)可以同時(shí)測(cè)定出原紙和成紙的灰分含量、水分含量和成紙的定量，通過計(jì)算得出涂布量的值。當(dāng)然還需要知道涂料配方中顏料的種類和比例以及膠粘劑的用量等，因?yàn)轭伭虾湍z粘劑在高溫下可能會(huì)被燒掉或失去其結(jié)晶水?？赏ㄟ^以下公式進(jìn)行計(jì)算:

    Bt=hBc[(Ac-Ay)-(AcMc-AyMy)]/[1-hAy(1-My)]
    式中：Bt——涂布量，g/m2； Bc——成紙的定量，g/m2； Ac——成紙的灰分含量，%； Ay——原紙的灰分含量，%； Mc——成紙的水分含量，%； My——原紙的水分含量，%； h——涂布量換算系數(shù)。 h=hy/hpf；
    式中： hy——顏料的換算系數(shù)。碳酸鈣為1.786，高嶺土為1.16；

    hpf——涂料配方換算系數(shù)。其數(shù)值等于配方中總固形物份數(shù)除以顏料份數(shù)。
    優(yōu)點(diǎn)是同絕干差法相比，精度更高，能提供相對(duì)精確的橫幅涂布量曲線。
    缺點(diǎn)是對(duì)灰分的成分和含量敏感，需要大量的標(biāo)定。

    霍尼韋爾針對(duì)用戶的機(jī)型，推薦用戶使用在線傳感器直接涂布量測(cè)量。但通過與客戶進(jìn)行討論，雖然用直接涂布量測(cè)量控制效果最好，但因經(jīng)濟(jì)性等原因，最后確定絕干差用于涂布量的縱向控制；灰分差用于涂布量的橫向控制。這樣，達(dá)芬奇系統(tǒng)提供了較準(zhǔn)確的縱向涂布量用于涂布量的縱向控制，提供了相對(duì)精確的橫向涂布量曲線用于涂布量的橫向控制。事實(shí)證明，達(dá)芬奇系統(tǒng)的涂布量橫向控制曲線和縱向控制值，完全滿足了生產(chǎn)的需要。

    4．瓦哈托流漿箱上的稀釋水閥與霍尼韋爾控制執(zhí)行器的結(jié)合
    瓦哈托公司提供了流漿箱上的閥門，霍尼韋爾公司提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)與其相連，然后通過霍尼韋爾的橫向控制系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，包括橫向多變量預(yù)估控制（Performance CDMultivariable Control），這種獨(dú)特的應(yīng)用能夠協(xié)調(diào)多個(gè)執(zhí)行器以優(yōu)化多種紙板屬性，由此提高紙張質(zhì)量，最大化生產(chǎn)效率并節(jié)約能源和資源。如圖五：

               

                                    圖五：閥門與執(zhí)行器的結(jié)合

    5．橫向定量、橫向水分控制要求能在1#、2#掃描架之間切換
    根據(jù)客戶的要求，橫向定量、水分的控制要能夠在1#、2#掃描架之間切換，當(dāng)一個(gè)掃描架出現(xiàn)問題后，另外一個(gè)掃描架可以接替控制，不影響產(chǎn)品質(zhì)量及其生產(chǎn)。達(dá)芬奇系統(tǒng)采用其強(qiáng)大的軟件功能，利用RAE4.0的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)，在操作畫面上只需用鼠標(biāo)點(diǎn)一下即可完成掃描架的切換，且不影響產(chǎn)品質(zhì)量。如圖六：

               

                                     圖六：橫向控制切換

    四．應(yīng)用總結(jié)

    霍尼韋爾提供的達(dá)芬奇質(zhì)量控制系統(tǒng)利用其精確、穩(wěn)定、可靠的硬件和優(yōu)異的控制軟件，極大的改善了紙張的縱向定量和水分，很大程度的減小了橫幅定量差、厚度差，避免了因定量水分以及橫幅差等的不穩(wěn)定引起的翹邊、打折、厚度差等產(chǎn)品缺陷，提高和穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了成品率，減少了副品，降低了消耗，使我公司的經(jīng)濟(jì)效益得到顯著提高。