制浆造纸过程自动测量与控制

1、1、自动化：自动化是指用传输机等机器代替人的体力劳动，即机械化；是一门研究用机器 装置对生产过程和其他过程进行自动控制和信息处理，以延伸和扩展人的器官功能的综合科 学技术。2、自动控制理论发展三阶段经典控制理论阶段、现代控制理论阶段、智能控制理论阶段。3、简单控制系统的特点：自动控制系统是按照偏差信号e的大小进行控制的。自动控 制系统由封闭回路组成。简单控制系统是负反馈的。4、控制系统品质指标，三个特性：由衰减比决定系统的稳定性；由最大偏差、超调量 和残余偏差决定系统的准确性；由过渡过程时间决定系统的快速性。稳定性排第一重要。5、一阶对象典型数学模型里Tp表示时间常数，Kp表示静态放大系数或者

2、对象放大系数。二阶过程的数学模型里Tp表示振荡周期，Kp表示放大系数，阻尼因子或者衰减系数。一阶 对象是飞升曲线，二阶对象是S形曲线。6、时间常数T物理意义：对象在阶跃输入作用下，被控变量一直保持初始的变化速度，达 到新的稳定态值所需要的时间。7、T的大小对控制系统的影响：对控制通道而言，希望T尽量小，使被控变量变化比较快 捷，控制过程比较灵敏。但T过小时，稳定性有所下降；而T太大时，控制过程又太缓慢， 所以，需根据实际情况考虑适中的T值。对扰动通道而言，希望T越大越好，这相当于对扰 动信号进行滤波。这时阶跃扰动对系统的扰动作用变得比较缓和，因此这种对象过程也比较 容易控制。化工厂压力对象T值

3、适中，温度对象T值较大，流量对象T值较小，液位对象T 值适中。8、纯滞后to是传递滞后，就是传输带什么的物料传递所产生的滞后；容量滞后tn又称为 过渡滞后，是被控变量变化有快慢所产生的滞后。9、传递函数定义：传递函数表示在线性的对象中，当初始条件为零时，对象输出函数和输 入函数的拉式变换之比。10、过程辨识的定义：过程辨识是在观测过程（系统）中得到的含有噪声输入输出数据的基 础上，从一组给定的数学模型类中确定一个在某种准则下与所测过程（系统）等价的过程（系 统）模型的一种建模方法。11、过程辨识三大要素：能测出的带有噪声的过程输入输出数据，有已知的过程数学模 型类集；按等价规则确定过程的数学模

4、型中参数。12、控制器：控制器是自动调节系统的中枢，由比较和调节规律两部分组成。作用接收由 变送器送来的表示生产过程被调变量变化的信号z，并比较设定的被调参数给定值信号x与 信号z的差值，称为偏差信号e=x-z；偏差信号e经过控制器调节规律的运算后，发出控 制信号P。控制器的调节规律有比例调节（P），表示迅速、积分调节（I），表示无余差、微 分调节（D），表示克服滞后。常用控制器有P、PI、PID三种。13、PLC：为可编程控制器，是一种数字运算操作的电子系统，采用了可编程的存储器，用 来在其内部存数之行逻辑运算、顺序控制、定时/计数及算术运算等操作指令，并通过数字 式和模拟式的输入/输出控制

5、各种生产过程。14、可编程控制器的领域即运用范围：开关量逻辑控制过程控制运动控制数据处理 分布式控制。15、变送器的理想输入输出特性：理想变送器的输入输出特性曲线是有ymin和ymax分别为变 送器的测量范围的下限和上限值，zmin和zmax分别为与测量范围想对应的输出信号的下限和 上限值。理想的变送器具有比例特性。16、变送器量程调整的原因：量程调整（即满度调整）的目的是使变送器输出信号的上限值 zmax （即统一标准信号的上限值）与测量范围的上限值ymax相对应。量程调整通常是改变反馈 系数P来改变，P大量程大，P小量程小。17、变送器的零点调整和零点迁移目的：都是使变送器输出信号的下限值

6、zmin （即统一标 准信号的下限值）与测量范围下限值ymin相对应。18、调节阀按工作信号能源不同分为：气动、电动、液动调节阀三类。19、调节阀的流量特性：是指流体流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系；理想 流量特性就是假定调节阀前后的压差式不变的，这时调节阀的流量特性称为理想流量特性； 工作流量特性是实际中影响因素很多如节流面积改变的同时还发生阀前后的压力变化，这样 的流量特性就是工作流量特性。常用的调节阀理想流量特性有快开特性、直线特性、等百分 比特性和抛物线特性。20、调节阀流量系数C的定义：又称流通能力，表明调节阀在规定条件下能通过流体介质的 最大流量。当调节阀全开时，阀两端

7、的压差?为100kPa，流体p为1g/cm3时，每小时流 经调节阀的流体流量数（以m3/h计）定义为调节阀的流量系数C。21、调节阀口径的选择：选择阀门要考虑的因素有流体特性、孔径、材质、工艺条件等。调 节阀的口径尺寸通常用公称直径Dg和阀座直径dg来表示。这两个数值的选择取决于正确计 算的控制阀流量系数C值。计算选择步骤如下：确定常用流量q，确定发前后压力差（压 降）?，计算阀门流量系数C值，确定阀门口径。22、气开气关：所谓气开式气动调节阀是指在有信号压力输入时阀门开，信号压力增大阀门 开度增大，无信号压力时阀门关；反之，在有信号压力时阀门关，无信号压力时阀门开，称 为器官是气动调节阀。控

8、制加热炉燃料油进料系统（气开式）压缩机出口压力控制系统， 其控制阀装在放空管线上时（气关式）汽包给水控制阀（气关式）聚合放热反应器进料 的流量控制阀（气开式）。23、正反作用方式的确定：先确定调节阀气开气关，气开为+，气关为-，然后控制回路构 成负反馈系统。【（控制器土）* （调节阀土）* （对象土）=-】24、被控变量和仪表功能的字母代号：C电导率（浓度）、D密度、F流量、I电流、K时间 或时间程序、L物位、M水分或湿度、P压力或真空、S速度或频率、T温度。25、控制器的参数整定：实质就是用控制器的特性去校正对象的特性，使控制系统达到最佳 控制质量。可分为理论计算和工程整定两类。26、串级控

9、制系统：所谓串级控制系统就是由两台控制器串联在一起，控制一个调节阀的控 制系统。串级控制系统解决跨度大的问题。27、串级控制系统的优点：改善对象动态特性，提高系统工作效率。对二次干扰具有较 强的克服能力。对负荷变化有一定的自适应能力。28、比值控制系统定义：凡是把两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例的控制系统， 就成为比值控制系统。29、比值控制系统的类型（结构形式）及适用的场合单闭环比值控制系统对于要求总物料 量一定的场合是不合适的，因此当负荷变化较大时不宜选用。应用广泛双闭环比值控制系 统常用在主流量干扰频繁，工艺上不允许负荷有较大波动的场合。适用不太广泛变比值控 制系统也称串级一比值

10、控制性。30、前馈控制系统：就是当干扰产生时，可以直接根据检测到的干扰大小和方向，按一定规 律去进行控制，使得在干扰发生后而被控量还未变化之前，就产生控制作用，将偏差彻底消 除的系统就是前馈控制系统。31、前馈-反馈控制系统区别：前馈控制是按干扰作用的大小和方向进行控制的，比反馈控 制要及时，但前馈控制也是有局限性的。前馈控制是开环控制，不存在像反馈控制那样对 被控量的反馈，即对补偿结果没有检验手段。因而，当前馈控制作用并没有最后消除偏差时， 系统无法得知这一信息而作进一步校正。一种前馈作用只能克服一个干扰，由于实际工业 对象存在多个干扰，为了补偿它们对被控量的影响，势必设计多个前馈通道，增加

11、投资和维 护工作量。前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器，由于被控对象特性的辨 识不可能准确，且对象特性也要受负荷和工况等因素的影响产生漂移，必将导致前馈控制作 用的变化而影响控制质量，所以，单纯的前馈控制很少使用。为了克服前馈控制的局限性， 一般将前馈控制和反馈控制结合起来，构成前馈-反馈控制系统。【反馈：没偏差，没控制。 前馈：不允许偏差。】32、表压和真空度的计算：当绝对压力大于大气压力时：p表=?绝-p大；当绝对压力小于 大气压力时：p真=?大-?绝。33、压力仪表在安装中应注意的主要问题：所选择的测压点要有代表性，应能正确反映被 测压力的真是大小。导压管应保证传递压力的精确

12、性和快速性。取压口到压力仪表之间 应装有切断阀（或三通阀），以备检修压力仪表时使用。被测压力波动频繁。剧烈时（如 泵、压缩机的出口压力），则应装缓冲器或阻尼装置（如用阻尼阀或扩大管加阻尼小孔）。 压力仪表的连接处应加装密封垫片，以防泄漏。在测量蒸汽压力时，应加装冷凝装置，以 防止高温蒸汽与测压元件直接接触，要根据被测介质的不同性质采取相应的防高温、防冻、 防腐、防堵等措施。压力仪表应安装在易观查或检修的地方，并力求避免高温和振荡的影 响。当被测压力较小，而压力仪表与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量 误差应按p=Hpg进行修正。压差变送器的安装可参见液位和流量的测量与控制章节。34

13、、压差式液位仪表使用应注意问题:零点迁移问题：无零点迁移是当正负压室压力相等， 当H=Hmin=0时输出零点压力为4mADC，当H=Hmax时输出最大值20mADC。（正迁移：变送器 安装位置比Hmin=0低。负迁移）。35、不同结构形式用在不同的场合适应的情况：单平法兰：用于测量介质粘度大，易结晶、 沉淀或聚合引起堵塞的场合。插入式法兰：测量介质有大量沉淀或结晶析出，致使容器壁 上有较厚的结晶或沉淀时，宜采用单插入式法兰。若上部容器壁和下面一样，也有较厚的结 晶时，常采用双插入式法兰。双法兰：被测介质腐蚀性较强而负压式又无法选用合适的隔 离液时，可用双法兰式变送器。36、差压式流量仪表工作原

14、理：充满管道的流体，当它流经管道内节流件时，流束将在节流 件处形成局部收缩。因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，流体流 量愈大，产生的压差愈大，因而可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续 性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的，压差大小不仅与流量还 与其它许多因素有关，如节流装置型式、流体的物理性质（密度、粘度等）以及雷诺数等。 孔板喷嘴文丘里管。37、电磁流量仪表测量原理：电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。根据电磁感 应定律，在非磁性管道中，利用测量导电流体平均速度而显示流量的流量计。（根据法拉第 电磁感应定律，当一导体在磁场中

15、运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势，与此 相仿.在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当 导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场 的直径两端安装一对电极，则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也 特产生感生电动势，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁 感应强度B成反比，与其它物理参数无关.这就是电磁流量计的测量原理。）38、安装电磁流量仪表时注意的问题：电磁流量仪表无论是垂直安装还是水平安装，都要 保证测量管内充满被测液体，否则产生较大的测量误差；在测量导电性液体流量

16、时，要保 证被测介质有足够的电导率，不能测量油类及气体的流量；在安装时要远离一切磁源，周 围不能有强烈振动；变松部分要设置单独接地点可靠接地，和二次仪表必须使用电源中的 同一相线；根据被测介质性质的不同，电磁流量仪表的工作磁场可以采用直流激磁、交流 激磁、矩形波激磁、双频激磁等方式，在选用时要注意；还要注意日常维护和定期清洗等。39、热电偶温度仪表测温原理：热电偶温度计是一种感温元件，把温度信号转换成热电动 势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路，当两端温度不同时，回路 中就会产生电势，这种现象称为热电效应(或者塞贝克效应)。两种不同

17、成份的均质导体为 热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的 温度下。(根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0 C时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。)在热电偶回路中接入第三种金属 材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种 金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知道 被测介质的温度。40、热电偶产生的热电势Et，与热电偶的冷端温度有关。一般情况下，热电偶的冷端温度 并不固定，而是随室温变化，这样就使Et也随室温变化，从而带来测量误

18、差。因此，要求 对热电偶的冷端温度进行补偿，以减小热电偶冷端温度变化所引起的信号测量误差。(采用补偿导线后，把热电偶的冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳 定的操作室内，但冷端温度还不是SC。而工业上常用的各种热电偶的温度一热电势关系曲 线是在冷端温度保持为SC的情况下得到的，与它配套使用的仪表也是根据这一关系曲线进 行刻度的，由于操作室的温度往往高于oC，而且是不恒定的，这时，热电偶所产生的热电 势必然偏小，且测量值也随冷端温度变化而变化，这样测量结果就会产生误差。因此，在应 用热电偶测温时，又有将冷端温度保持为oC，或者进行一定的修正才能得到准确的测量结 果。这样做，就称为

19、热电偶的冷端温度补偿。)冷端温度补偿的方法有以下几种：校正法冰浴法补偿电桥法冷端温度保持为oC的方法冷端温度修正方法校正仪表零点法；补偿电桥法；补偿热电偶法。41、热电阻温度仪表：铂电阻通常用于-200-850C铜电阻在-50150C温度范围半 导体热敏电阻电阻值碎温度升高而降低，在-50300C温度范围。42、热电阻测温为什么要三线制接法：由于将热电阻引入桥路的连接导线电阻值会随环境温 度而变化，因此若把热电阻的连接导线接在同一个桥臂内，则当环境温度发生变化时，连接 电阻发生变化使测温产生误差。为此工业上采用三线制接法，由电阻体引出的三根导线，与 热电阻两端相连的两根导线分别接入桥路的两个相

20、邻桥臂上，而第三根导线与桥路电源的负 极相连。这样，环境温度变化引起的连接导线电阻R1的变化由于相互抵消而对测量结果的 影响大大减小。43、一体化温度变送器安装注意事项：一体化温度变送器的校验原理是：利用毫伏信号发生 器模拟热电偶产生对应于不同温度值的毫伏信号作为变送器的输入信号;利用精密的电阻箱 产生对应于不同温度值的电阻信号作为变送器的输入信号，通过调整响应的电位器，从而实 现变送器的零点、量程的调整和精度的校验。一体式温度变送器调校注意事项：1、接线时 要注意极性，并且在通电预热15分钟后开始调校。2、调校中以缓慢的速度输入信号，以保 证不产生过冲现象。3、在调整电位器时不要用力过猛，防

21、止拧坏。4、调校前，要准备好校 验记录单，并查热电偶在各校验点的温度/毫伏对照表或热电阻温度/电阻对照表，将需要的 数据查出并填入已经准备好的数据记录表中。44、电极电位法测量溶液离子浓度的原理：电极法测量溶液的浓度是基于溶液的电化学性 质，而电极电位和原电池的概念又是浓度测量的基础。选择两种电极，其中一个电极电位是 已知的且恒定，称为参比电极；另一个电极对溶液中被测离子具有高度的选择性，其电极电 位随被测溶液离子浓度的变化而变化，称为工作电极或测量电极。测得两电极间的电位差就 能得知被测离子浓度。这就是电极法测量溶液浓度的基本原理。电极电位：奈恩斯特方程 式：E=E0+（RT/nF）lnA参

22、比电极测量电极45、静刀式浓度变送器的工作原理：在纸浆管道上设置一个固定物体作为感测元件，当纸浆 流动时，速度为V0的纸浆在碰到固定物体时，前缘部分的纸浆速度讲降为零，而管道内其 余的纸浆则继续以V0速度流动。由于纸浆特殊的纤维结构，这些继续以V0速度流动着的纸 浆将带动前缘速度为零的纤维沿物体表面流动，并且使得这部分纤维流速由零逐渐增大。这 种流线型是伴随着纤维对物体表面及其纤维层之间的摩擦而发生的。当纤维离开固定物体 时，他们混入到总的纸浆流中，且速度恢复为V0.因此纸浆纤维对检测元件表面产生摩擦力， 该摩擦力的大小取决于纸浆浓度，纸浆浓度越高，摩擦力越大。因此可以通过测量该摩擦力 的大小

23、来间接测量浓度。46、静刀与动刀的比较优势：静刀是被动测量，浆不流动信号为零，而实际浓度并非为零，静 刀检测的是摩擦力。动刀是主动测量，浆不流动仍然有浓度信号，而动刀检测到的是剪切力。 静刀有弯刀元件，弯刀的作用是将纸浆浓度转换成与之成比例的摩擦力F，并传送给刀-电 转换器的杠杆系统。可以解决两个问题：靠刀片形状的合理设计来解决的。通过弯刀两 侧浆层和水层面积的变化来自动补偿纸浆流速过高对测量结果带来的影响。常见的浓度传感 器有一下几种：外旋式浓度传感器、内旋式浓度传感器、静刀式浓度传感器、动刀式浓度传 感器。47、旋转式纸浆浓度变送器测量原理：旋转式浓度变送器是依据纸浆对感测元件产生的摩擦

24、力或纸浆浓度有一定关系进行测量的。内旋转式纸浆浓度变送器的测量基于剪应力原理。当 粘性流体沿固体表面流动时，靠近固体表面的边界层内的流体速度将迅速减小，紧贴固体表 面处流速为零，因此，边界层内流速梯度（即剪切速率）很大。当一层无线薄的流体层的梁表 面或流体与固体表面有速度差时，由于流体分子之间的相互作用，两表面之间必然存在剪应 力t,在一定的面积上，剪应力将合成为集中力，显然，为了启动流体运动，必须施加一初始剪 应力，当达到一种塑流应力后，其剪应力与剪切速率呈线性关系，当敏感元件在纸浆中作旋转 运动时，液固两表面之间的剪应力将在敏感元件上形成阻尼力矩。由于敏感元件转速恒定、 可认为敏感元件各处

25、的剪切速率为定值，因此敏感元件上的阻尼力矩与表观粘度成比例。研 究表明，纸浆是水中悬浮纸纤维等固体物质的两相流体，表观粘度主要跟随纸浆中纤维百分 比率（即浓度）变化,且在较大范围内有线性关系。当敏感元件与纸浆恒速相对运动时,测量敏 感元件上的阻尼力矩，即能测量纸浆的表观粘度，也就间接测量纸浆浓度。48、低浓纸浆浓度的测量与控制原理：对于1.0%一下的低浓纸浆，一般采用直降的光学特 性与浓度有关的原理进行测量。49、偏振光式低浓纸浆纸浆浓度测量仪测量原理：利用纸浆纤维具有消偏振特征可以制作偏 振光式浓度变送器。是光源1发出的光通过垂直偏振片2后，成为平行于入射面的偏振光束， 并透过纸浆纤维流经的

26、玻璃管。由于纸浆纤维的消偏振特性，使透过纸浆悬浮液的部分偏振 光发生偏转而成非偏振光，这种消偏振的强度是随浆料浓度的增加而增加的。透过纸浆后的 光束再通过平行偏振片5。由于垂直偏振光不能通过平行偏振片，只有消偏振后的那部分光 透过平行偏振片，因此透过平行偏振片的光强度便与纸浆纤维浓度有关，它通过透镜3聚焦 后的光电池4上产生光电流，从而测知纤维浓度大小。50、在纸浆流量一定时，打浆机的传动负荷即打浆消耗的电机功率，决定着打浆程度或纸浆 温升的大小，因此也可直接采用电机负荷作为打浆度的指标。51、红外线水分仪：运用广泛，是根据水分对红外线有特性吸收的原理制成的。当红外线通 过被测介质时，介质吸收

27、了相应于其特征频率的红外线能量。因此，透过介质的红外线能量 就要减少，负荷朗伯贝尔定律E=E0eucl52、红外线水分仪的测量原理和参比技术:水分子对红外线吸收是由于其结构中的羟基（OH） 的伸缩振动和H-OH的变角振动而产生的。其吸收波长随水分相互间或水分子和其他分子间 所形成的氢键结合程度而变化，纸张中水分在红外线波段有四条吸收带，分别在1.18微米， 1.4微米，1.94微米和2.92微米处。日前，世界上使用的红外线水分仪都选用1. 94微米 作为测虽波长。因为在这个波段中可用普通光学玻璃作为仪表中的光学元件，检测用的硫化 铅光敏元件的探测峰值较接近这个波段范围，探测灵敏度较高，同时水分

28、子对1. 94微米波 段的吸收峰较大，而被测纸张中的纤维对1. 8-2. 0微米波段无吸收峰，减小了纤维对测 量的影响。53、纸张定量的测量：纸张定量是指每平方米纸张的质量。通常选耶射线作为放射源。在 国外广泛采用氟-85作为放射源，在我国这个比较少，多采用钷-147放射源。54、纸张灰分测量仪：纸张灰分表示纸张中填料量和纸张的印刷性能。用X-射线测量。55、纸张水分定量控制定量和水分是纸张重要质量指标，通常同一卷产品不仅要求其整卷长度内定量、水分稳定一 致，还要求全幅宽度内定量、水分一致，因此，纸张的定量、水分控制由纸机方向MD）和 横幅方向（CD）两种控制策略组成。纸张水分和定量的检测原理大体接近，经常被集成在一 起进行实时扫描在线检测，