DCS实现造纸厂节电的研究

【摘要】造纸厂所需设备较多，而且耗电量较大，对造纸厂经济效益的增长带来巨大影响。本文从工艺控制分离、电机节电、控制算法改进以及增强控制回路协调性等四个方面对DCS在造纸厂中的节电措施进行了分析，实践证明，该方法节电效果良好，具有较高的推广价值。

【关键词】DCS；造纸厂；节电

电力资源紧张一直是我国社会发展面临的重要问题，电力资源紧张不仅影响居民日常生活用电，同时也对造纸等耗能较高的行业造成巨大影响。首先，电力资源紧张导致一些耗能高的新设备和新技术得不到充分利用；其次，由电力资源紧张引起的电价上涨使得造纸成本增加。但是通过科学的调整，也能够达到节电的目的。基于此，本文对DCS在造纸厂的节电措施进行了分析。

1、DCS实现节电

工艺调整是造纸厂一种有效的节电措施，除此之外，也可以对DCS自身进行改进，从而达到节电的目的。DCS自身拥有非常强大的通讯功能，同时算法也比较灵活，我们可以对这些优势进行利用，充分发挥DCS的节电潜能。

1.1工艺控制上的分离

在发电厂输出功率有限或是电网电力不足的情况下，如何确保造纸厂正常生产，成为造纸最为重视的问题之一。对造纸厂生产线进行分析后可以发现，高位箱前面的抄前池实际上就是制浆、流送工段与后续工段的分界点，简单来说，只要抄前池中有足够的存浆，就能够讲流送线暂停，而且不会对出纸产生任何影响。

那么应当如何实现此环节的节电呢？在DCS系统中，每个工序都有着独立的控制中心，由上位机对整个系统进行管理，实现对各个控制中心的协调，并且，由电厂发送过来的汽包压力信号也由上位机接收。当汽包压力比较低时，信号就会通过上位机结合其它参数判断决定各个下层控制中心执行相应动作。比如，当制浆部汽包压力过低时需要进行局部控制：当抄前池液位达到设定值的基础上，如果汽包压力比下限值低，上位机就会综合多个运行参数，将控制参数发送给制浆部控制中心，制浆部控制中心接受到控制参数后进行调用，并执行断电停机程序[1]。

1.2电机的节电控制

造纸厂耗电最高的设备是搅拌器和浆泵等，即使实现一台设备的节电，都会为造纸厂节省很多电费。在造纸厂生产过程中，所有系统并不是不间断运行的。拿搅拌器来说，5m高的浆池一般会设置两个搅拌器，浆池底部搅拌器为16kW，浆池50%高度放置的搅拌器为7.5kW，浆池中浆的多少直接关系到搅拌器能够正常运行。如果浆高出浆池的60%，那么推进器就可以正常打开，如果低于30%，需要将上面比较小的推进器关闭。

1.3控制算法的改进

改进控制算法也是节电的一种有效措施，不仅如此，也会对控制效果产生影响。如果采用的是双自由度PID控制算法，那么它的降耗效果就要比常规PID控制算法的效果好得多。由此不难看出，要想达到节电目的，控制算法的选择也非常重要。盘磨是造纸厂必不可少的设备，同时也是耗电量比较大的设备之一，对盘磨的控制算法进行改进也能够达到良好的节电效果。衡量盘磨控制最重要的一个指标就是打浆度，打浆度越好，盘磨控制就好；反之，打浆度较差，盘磨控制也就差。需要注意的是，打浆度的好坏与耗电量却是相互矛盾的，也就是说，打浆度越好，耗电量越大；打浆度越差，耗电量越小，对造纸厂来说必须对两者之间的关系进行充分考虑，结合企業实际情况，衡量两者之间的关系，找出契合点，只有如此，才能在确保纸质的同时，达到节电的目的。

1.4控制回路协调性的增强

传统DCS考虑更多的是如何确保调试方便以及系统稳定，所以各个控制回路的设置基本上都是独立的，并且这些控制回路只能对一些较为简单的数据进行监控，导致DCS的种种优势得不到充分发挥。以某造纸厂三段浓度控制的协调工作为例，控制点分别设置在碎浆机下池、圆网浓缩机和成浆池出口。如果控制回路是单独进行工作的，那么这三个回路之间只具备对一些简单数据进行传输、监视的功能。每个浓度计检测结果的不断变化都会通过其控制器一定的控制算法来指导白水阀不断动作，这样一来耗电量必然大大增加。

浆料的浓度控制的目的是确保上流浆箱的浆浓稳定在一个设定值，而中间浓度只需要根据系统要求自动调节即可。由此我们可以判断出这三个回路的功能，以浆流方向为准，控制精度越来越高，与此同时，允许波动范围越来越小。

碎浆机下池浓度控制环节之后有用来除渣的跳筛、六角筛等设备，如果在除渣过程中出现干扰，就会对圆网浓缩机出口的浆浓造成巨大影响。在这种的情况下如果只是对圆网浓缩机出口的浓度进行调节显然是力不从心的，而如果能将其控制回路的作用发挥出来，不论是对提高系统影响速度，还是对提高浓度控制精度都有着十分重要的作用。增强控制回路协调性的主要方法就是在两个回路之间分配偏差。假设干扰为e幅度的阶跃信号，为了确保出口浓度尽快稳定到设定值附近，那么就可以由两个回路对这个干扰信号分别负担。这种方法使得电机动作幅度大大减小，进而达到节电目的。

圆网浓缩机和成浆池之间只增加浓度纯滞后，浓缩机出口控制后的浓度值应该在成浆池出口浓度控制中起参考作用，同时，可以通过调节前一控制回路的方式实现对成浆池出口浓度的控制，以此保证控制效果[2]。对整个系统来说，成浆池出口浓度的控制是非常重要的。圆网浓缩机出口处的控制回路协调性增强，会降低对进口浓度计的依赖，最大程度降低干扰信号的不利影响。

2、结语

综上所述，本文提出了DCS造纸厂节电的有效措施。在电力资源日渐紧张的情况下，节电已经成为一种趋势，而造纸本身就是耗电量比较高的行业，因此，节电尤为必要。DCS节电的优越性体现在以下几个方面：一是投资少，不需要企业添加过多的的硬件设备，并且对程序的改动也不会很大；二是便于维护，DCS节电将故障集中在控制系统中，这样一来，为维修人员提供了很多便利，系统的可靠性也大大提高；三是实现简单。整个节电方案对硬件的改动非常少，只是对控制回路、控制算法等进行了改进，所以很容易实现。

参考文献

[1]何瀚星，肖云，龚巨春.PCS7在废纸生产线的应用[J].纸和造纸，2014（12）.

[2]常建辉，靳华.企业供配电系统节电措施[J].中国设备工程，2014（2）.

作者简介

唐建国，男，1976，6；浙江嘉兴，中级职称，DCS在工业自动化中的应用。