集散控制DCS控制系统是一种集计算机应用技术、网络通信技术和过程控制技术为一体的自动控制系统，在西方工业发达国家制浆造纸行业广泛使用。23世纪43年代以来，在我国造纸行业中开始应用。造纸是我国的传统产业，目前，我国造纸行业现代化管理水平和自动控制程度较低、环境污染较重。近几年，由于全世界环保意识的增强以及国际纸张行情对国内造纸行业的冲击，短短几年，上千家小纸厂和治污不达标的大中型纸厂被关闭，迫切要求我国造纸业必须向高质量、规模化发展，以便于污水集中处理、提高效益、降低成本。因此造纸生产的整个造纸过程从蒸煮、洗选、漂白、抄纸到碱回收，必须尽可能采用自动控制甚至生产过程全线自动控制。目前在大型造纸厂，各个生产车间大都已采用集散控制系统进行控制。
1 集散控制DCS介绍
集散控制系统DCS是一个“控制分散、显示集中”的系统，由四部分组成：I／O板、控制器、操作站、通讯网络。各DCS厂家的I／O板和控制器的技术水平相差不远，差别最大是通讯网络，通讯系统网络是DCS的骨架，对DCS的实时性、扩充性及可靠性起着关键的作用。想要应用系统网络就必须要满足实时性的要求，要在一定的时间内完成对规定信息的发送，这个时间是指整个控制过程的实时性。因此，对网络性能指标的衡量不仅是指网络的速率，而是整个系统网络的实时性。其次网络通信不能中断，所以，DCS通常采用环形、双总线或是双重星形网络拓扑结构。为了满足对扩充性的要求，系统网络上最大节点数量应该比在用节点的数量高若干倍。这样系统网络运行在一个比较轻松的通信负荷状态，可随时增加新节点，不影响网络系统的可靠性和实时性。系统的运行中，节点的上、下网是随时可能发生的，尤其是在操作点。所以，导致网络的重构经常在进行。由此可见良好的控制系统网络具有较高的重构功能。
2 集散控制系统DCS在造纸工艺中的应用
造纸生产的自动控制，过去只集中在电气传动方面，现在的范围已扩大到蒸煮过程控制系统、洗筛漂过程控制系统、打浆控制系统、配浆控制系统、碱回收过程控制系统、上等方面，即通常说的 DCS过程控制系统和QCS质量检测系统，正朝着整厂集中控制的方向发展。
2.1蒸煮过程控制系统
纸浆硬度是衡量纸浆质量的重要技术指标，故在纸浆蒸煮过程的控制中，主要被控量为
纸浆硬度。目前尚无在线直接测量的方法，人工化验测量滞后大无法用于反馈控制。
控制方案为模型预测控制，即在机理分析与实验验证的基础上，建立纸浆蒸煮过程的数学模型、纸浆硬度数学模型、喷放残碱数学模型和产浆量预报模型。实现纸浆硬度和喷放残碱的在线软测量，并对具有大滞后的制浆生产过程进行预测控制。
通过该控制系统的运行，保证了纸浆生产质量的稳定，提高了产量，降低了能源和原材料的消耗。
2.2 洗筛漂过程控制系统
洗筛漂是制浆过程的重要工序，洗选工段控制系统采用DCS控制系统结构。下位机完成对出喷放锅浆料的流量、浓度、洗涤水流量、浆残碱、黑液玻镁度、温度、黑液桶液位的在线检测和控制。上位机根据从喷放锅打出的纸浆浓度和流量，在满足残碱要求的情况下，使黑液玻镁度高目稳定、黑液温度高、洗涤水尽量少。建立了首段洗浆机残碱和首段黑液玻镁度的神经网络模型，采用神经网络辨识纸浆洗涤过程的稳态数学模型。优化目标为用水最少，采用无约束最优化方法来求解。并大幅度减少后继的碱回收蒸发工段的用汽量。
漂白过程优化控制策略以成浆白度为指标，以影响这个指标的各种因素如纸浆硬度、流量、浓度、温度、时间、加氯量、加碱量等为输入变量建立数学模型。采用动态规划方法，且以工艺要求为约束、以生产成本和生产产量作为目标，进行了双目标优化，得到了使生产产量最高，生产成本最低的各个最佳工艺参数值。以此工艺参数实现了对浆塔浆位和从调浓浆池打出的浆浓度和流量的优化控制，并对碱化塔和漂白塔的顶部温度，实现了漂白和碱化的温度和时间优化控制。
2.3 抄纸过程优化控制系统
整个抄纸过程优化控制系统包括7个子系统：
（1）打浆过程控制系统
对打浆过程的打浆度用多变量智能软测量方法进行测量，用实际打浆度的化验值进行指导性的修正。整个系统设置有进打浆设备的浆浓度、浆流量和浆压力自动控制系统、打浆设备电功率自动控制系统和打浆设备进刀量的控制系统。
（2）纸浆配比过程控制系统
对配浆的各种浆料、辅料的浓度和流量进行精确测量和自动控制，对抄纸所要求的纸浆的质量用遗传算法寻求最佳配比，并通过阀门调节实际配浆的各种浆和辅料的流量，实现最佳配浆。
（3）气垫式流浆箱控制系统
对气垫式流浆箱的总压头和液位实施神经网络解藕控制。
（4）烘缸3段供汽自动控制系统
采用热泵3段供汽以及智能预测控制策略实施烘缸3段供汽自动控制。
（5）长网纸机分布传动控制系统
由工控机、智能通信卡等组成，实现多分部传动之间的协调控制。用软件实现纸机的速度链、负荷分配、张力控制等功能，从而使纸机传动系统的稳速精度为0. 01%以上。
（6）抄纸质量控制系统
对抄纸干部和卷曲部的水分、成纸的定量、断纸(3点)、上浆流量和浓度等进行实时测量，计算机进行优化运算后去控制料门和蒸汽压力。水分和定量同时实施解藕控制、大滞后补偿控制、智能预测控制等高级控制算法。
（7）抄纸车间集成优化控制系统
将整个抄纸车间的自动控制联成一个整体。实现集成优化控制，当改变产品品种或抄速时，由车间监督管理微机向各现场控制微机发出新的给定指令，使整个系统很快进入新的工作状态，通过优化使纸机处于最佳工况下运行。
2.4 碱回收过程控制系统
制浆黑液的碱回收是纸厂治理水污染的首要措施，是变废为宝，化害为利的综合利用工程。通过碱回收过程优化控制提高回收效率、降低回收成本、减轻环境污染。
（1）黑液蒸发过程控制系统
黑液蒸发过程采用的是板式降膜蒸发器与管式升膜蒸发器组成的混合多效蒸发系统。采用的控制系统具有黑液浓度的实时软测量、相对传热系数测试功能。优化控制结合工厂实际情况对蒸发工艺的操作概括为12种工艺，用优化算法对各种工艺都给出了在蒸发系统进II、III效的黑液浓度、温度、新蒸汽压力变化时对应的蒸发水量、蒸发效率、耗电量、耗汽量以及蒸发每吨水所需成本。由操作员选择蒸发效率高、成本低的工艺条件组织生产。
（2）黑液燃烧过程控制系统
影响碱回收的黑液燃烧效率和碱回收率的主要因素有:入炉黑液浓度、流量、压力、温度、一二次风量、风温、风比、三次风风量、垫层的温度和厚度、炉膛负压、炉膛温度等。控制系统根据黑液固形物可燃值的软测量，采用模糊控制与自寻优方法，通过对一二次风量与风比、炉膛负压的自动调节，实现对炉膛温度与垫层厚度的优化控制。可提高黑液燃烧的热效率，提高蒸汽产量。
（3）绿液苛化过程控制系统
苛化工段是把燃烧工段送来的碳酸钠水溶液加入适当的生石灰，经消化和苛化反应生成氢氧化钠。优化控制计算机从下位机取得现场数据，实时计算出石灰的最佳给定量，再通过下位机实现石灰进料的最佳控制，实现了石灰送料的闭环智能控制。在保证苛化度不变情况下，减少石灰用量和白泥排放量。
3、总结
近年来，制浆造纸生产过程的自动化技术正在普及和提高之中。特别是DCS控制系统的应用，正在迅速改变着造纸生产过程传统落后的局面；同时，现代控制理念、控制产品、控制手段也在不断发展。自动控制系统向综合化、开放化发展已成必然，工厂自动化要求各类设备之间的通讯能力更强，相互融合。以现场总线为核心的集散自动控制系统 FCS正在兴起，开放的结构将方便地与所有控制设备系统进行数据交换，成为真正集成的、贯穿全系统的新型自动控制系统。
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本文标题：DCS集散控制系统在造纸工艺中的应用
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