第1章 制浆造纸过程自动测量与控制

制浆造纸过程控制系统刘鸿斌南京林业大学2016-5-11联系方式：办公室：化工楼2321室QQ：30153548手机我介绍2015/3-至今，南京林业大学，轻工科学与工程学院，自动化系，副教授2015/6-2015/8（暑假），韩国庆熙大学访问学者、研究教授2013/10–2014/12，瑞典乌普萨拉大学（UppsalaUniversity），信息与技术学院，博士后导师：BengtCarlsson研究项目：“污水处理系统的监测和控制”2自我介绍2009/9-2013/8，韩国庆熙大学（KyungHeeUniversity），环境科学与工程，博士导师：ChangKyooYoo博士论文题目：“首尔地铁系统室内空气质量的建模、监测和控制”（庆熙大学最佳博士论文奖）2006/9-2009/6，华南理工大学，制浆造纸，硕士导师：沈文浩硕士论文题目：“木素结构和热解机理的量子化学研究”3自我介绍2004/7-2006/9，广州造纸集团有限公司，工艺员2000/9-2004/7，四川理工学院，轻化工程，学士452009.9SCUTKHU2013.9.20韩国庆熙大学（博士大学）6首尔校区行政大楼KyungHeeUniversity:acomprehensive,researchuniversityFoundedin1949首尔校区和水原校区教职工:2,976;学生:31,453(2011)Ranked7thinKorea(2011);41stinAsia(2012);270thintheworld(2012)/wiki/Kyung_Hee_University博士课题组博士导师：유창규(1969-)/YooChangKyoo教授中文名字：刘昌奎，喜欢中国文化，去过上海和三亚1999-2002，浦项工大，博士2002-2004，比利时根特大学，博士后2005-2006，浦项工大，研究教授2006-至今，庆熙大学，教授至今发表SCI论文200多篇（引用次数2824次）专长：基于数据驱动的过程监测算法研究和应用kernelprincipalcomponentanalysis（引用424次）independentcomponentanalysis（引用355次）dynamicindependentcomponentanalysis（引用169）2010201120127瑞典乌普萨拉大学（博后大学）8北欧最古老的大学；瑞典顶级大学；世界排名100左右博后导师：BengtCarlsson教授研究方向：废水过程的仿真和控制废水处理领域IWA院士最早提出开发废水仿真软件BSM1喜欢音乐和旅游（福特野马跑车）系统与控制系9教授、副教授9人；博士生16人；博后3人

（2014）瑞典皇家工程科学院院士：TorstenSoderstrom（系统辨识）PetreStoica（信号处理）乌普萨拉大学历史名人JacobUlvssonCarlvonLinnéOlofRudbeckAndersCelsiusNilsRosénErikGustafGeijerBettyPetterssonEllenFriesGerdEnequistJohanSkytteAndersÅngströmCWScheele乌普萨拉大学历史名人10AllvarGullstrand–NobelPrizeinPhysiologyandMedicine1911RobertBárány–Medicine1914ManneSiegbahn–Physics1924TheSvedberg–Chemistry1926NathanSöderblom–NobelPeacePrize1930ArneTiselius–Chemistry1948DagHammarskjöld–NobelPeacePrize1961KaiSiegbahn–Physics1981乌普萨拉大学诺贝尔奖获得者（8人）11我的研究方向多元统计过程监测和故障诊断废水处理过程的建模和控制未来研究重点：制浆造纸过程监测和控制12十年18个国家的旅行2015-11-11.mp4参考教材推荐：制浆造纸过程自动测量与控制，刘焕彬，中国轻工出版社，2009（图书馆有藏书）制浆造纸厂仪表配置与自动控制，

张运展（译），1992

13先修课程化工自动化及仪表制浆原理与工程造纸原理与工程

教学计划Chapter1BasicconceptionofautomaticsystemandinstrumentsChapter2DevelopmentofmathematicalmodelforaprocessChapter3ControlleranditscharacteristicsChapter4ControlledvalveChapter5EngineeringdesignandadjustmentofcontrolsystemChapter6MeasurementandcontrolofcommonvariablesChapter7MeasurementandcontrolofconcentrationChapter8MeasurementandcontrolofpapermoistureandbasicweightChapter9Theautomationmeasurementintypicalpapermakingprocess14Chapter1

Basicconceptionofautomaticsystemandinstruments

SectionⅠAutomaticsystems§1-1-1Contentofautomation§1-1-2AutomaticcontrolsystemSectionⅡAutomaticinstruments15SectionⅠAutomaticsystems

1.WhatisautomationAutomationisthetechniqueofmakingaprocesssystemautomaticandprocessinginformationthroughtheinstrumentsthatmeasureandcontrolthevariousoperation.

自动化是一门在没有人参与（或很少人参与）的情况下，使生产过程和系统能顺利完成的技术。§1-1-1Contentofautomation162.Contents

按照生产过程对各种参数的不同要求，分为：(1)AutomationmeasurementFunction:测量和显示参数数值以利于分析生产状态。①Measuringvariablesofprocess②Indicatingthemforanalyzingprocessstate17自动检测是最普遍的自动化形式。18(2)Automaticalarmandprevent(safetycontrol)Function:safetyactionComposition:a.Automaticalarm19b.Automationprevent自动阻止

20压力值超过极限，红灯亮起212号检测器发现传输皮带堵塞，停止进料要求：

a.开机顺序：后→前

b.停机顺序：前→后

c.其中某一台电机出现故障时，其前面的电机自动停机，其后面的电机照常工作。(3)Programcontrolsystem

2223(4)AutomaticcontrolFunction:maintainingprocessconditionsconstantattherequiredvaluesorchanginginsomespecialregularity.24调节:①人工调节②自动调节:定值调节系统、随动调节系统(如雷达跟踪系统)、程序调节系统(给定值是变化的，是已知的时间函数)25§1-1-2Automaticcontrolsystem1.Manualandautomaticcontrol(1)Control-regulation

调节:使生产过程的参数按工艺要求保持在某一定值上(或按特定规律变化)的一种技术措施。

Manualcontrol:achievingthecontrolbyhumanoperator.Automaticcontrol:achievingthecontrolbyinstruments.(2)ManualcontrolandAutomaticcontrol

Automaticcontrolisdevelopedfrommanualcontrol.

262.Automaticcontrolsystem

Fourparts:Process:需要调节其工艺参数的生产设备或机器。(b)Transmitter:用以感受工艺参数并将其转化为标准信号的仪器。(c)Controller(d)Controlledvalve272829手动操作和自动控制的比较人工操作：手指皮肤、脑、手自动控制：测量变送器、自动控制器、执行器水温手动调节示意图水温自动调节示意图自动控制：用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节控制参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足控制的要求。如图1-1所示的水槽，流入量和流出量分别为F1和F2，控制要求是维持水槽液位L不变人工控制：1.眼睛－测量液位2.大脑－判断值的大小3.手－执行操作命令缺点：1.操作者素质2.生理因素3.心理因素自动控制：1.测量－液位测量仪表－眼睛2.判断－控制器－大脑3.执行－控制阀－手优点：在仪表质量合格和控制系统设计合理时，能满足控制要求表示变送器，常省去不画LC表示液位控制器sp代表控制器的给定值第一种情况：在平衡状态下，F1突然变大第二种情况：在平衡状态下，F2突然增大了由上分析可知，不论液位在何种干扰作用下，最终把液位拉回到给定值上。液位L上升，测量仪表输出信号增加（大于给定值），调节器输出信号变化，使得F2阀门开度增加，流量F2增加。最终液位L将慢慢下降并逐渐趋于给定值。当再度达到F2=F1时，系统将达到一个新的平衡状态

液位L下降，测量仪表输出信号减小，调节器输出信号变化，使得F2阀门开度减小，流量F2减小。最终液位L将慢慢上升并逐渐趋于给定值。当再度达到F2=F1时，系统又将达到一个新的平衡状态

通用控制系统方框图

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x－setpoint,desiredvaluez－measuredvalueofcontrolledvariablee=x-zerrorp－controlsignal

q－manipulatedvariabley－controlledvariabled－disturbance(干扰信号，使y偏离x的外界因素)Feature:(1)自动调节系统是按偏差e的大小(包含e的符号)

进行调节的。

(2)自动调节系统由封闭回路组成(闭环)。

(3)自动调节系统是负反馈的。35

3.ResponseofautomaticcontrolsystemSteady-state:variablesdonotchangewithtime静止与静态的区别，静态是相对的、暂时的、有条件的。Dynamic-state:variableschangewithtime

动态是绝对的、经常的、无条件的。Transientresponse:theperiodfromonesteady-statetoanothersteady-state(theperiodofcontrolactionovercomedisturbance)disturbance→producingerrorcontrolaction→overcomeerror控制过程总是处在一波未平，一波又起，波动不止，往复不息的动态过程中。3637扰动信号384.Qualitydesireforcontrolsystem

(1)Twotypescontrolresponse

当输入（干扰或给定值）发生阶跃变化时，由于过程本身的特性，过渡过程有以下几种基本形式。39衰减震荡衰减无震荡goodcontrolresult－decayingoscillationstableresponse－achievenewsteady-state：(a)(b)unstableresponse－notachievenewsteady-state：

(c)(d)40SectionⅡAutomaticinstruments要点:1.Type(1)按作用分：测量仪表、显示仪表、调节仪表

(2)按工作能源分：气动仪表pneumaticinstrument、液动仪表、电动仪表electricinstrument(3)按作用的组合方式分:基地式、单元组合式

elementcombinatoryinstrument43信号/mA温度/℃050100100200300流量/m3·h-110254002550Example:

气动仪表2.Standardsignal

气动仪表:0.2~1.0Kg/cm２气压信号电动仪表:0~10m

A(DC)(Ⅱ型)4~20m

A(DC)(Ⅲ型)电流信号44工艺管道及控制流程图仪表符号图形符号字母代号仪表位号采用美国仪表学会（ISA）编制的仪表代号采用美国制浆造纸技术协会（TAPPI）和加拿大制浆造纸协会（CPPA）编制代号例子：工艺管道及控制流程图脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例左图是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图能看懂吗？？38序号安装位置图形符号备注序号安装位置图形符号备注1就地安装仪表嵌在管道中4集中仪表盘后安装仪表2集中仪表盘面安装仪表5就地仪表盘面安装仪表3就地仪表盘面安装仪表（一）仪表安装位置的图形符号表示常规仪表图形符号：直径为12mm(或10mm)的细实线圆圈字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析电导率密度电压流量电流时间或时间程序物位水分或湿度压力或真空数量或件数放射性速度或频率温度黏度力供选用位置差比（分数）积分、累积安全报警控制（调节）检测元件指示自动-手动操作器积分、累积记录或打印开关、联锁传送阀、挡板、百叶窗套管继动器或计算器驱动、执行或未分类的终端执行机构（二）被测变量和仪表功能的字母代号脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例举例塔顶的压力控制系统PIC-207：P－测量压力；I：具有指示功能；C－具有控制功能；回流罐液位控制系统LIC-201。

塔下部温度控制系统TRC-210具有指示功能的压力控制器。该控制系统是通过改变气相采出量来维持塔压稳定的。具有指示功能的液位控制器，它是通过改变进入冷凝器的冷剂量来维持回流罐中液位稳定的。

具有记录功能的温度控制器，它是通过改变进入再沸器的加热蒸汽量来维持塔底温度恒定的。207、201、210???（三）仪表位号

仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表序号。

测量点在加热蒸汽管