專利名稱：一種紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種造紙先進過程控制(APC， advancce Process
Control)系統(tǒng)，特別涉及一種對紙漿漂白過程進行優(yōu)化控制的先進過程控 制系統(tǒng)。
背景技術：
造紙產(chǎn)業(yè)是與國民經(jīng)濟和社會事業(yè)發(fā)展關系密切的重要基礎原材料產(chǎn) 業(yè)。據(jù)2004年統(tǒng)計，我國一般大中型造紙企業(yè)能源利用率只有30%， 2005 年每噸槳紙的綜合能耗高達1.38噸標準煤(世界先進水平僅為0.5噸標煤)， 造紙工業(yè)萬元產(chǎn)值綜合能耗高達2.5~3.0噸標準煤。我國造紙工業(yè)水重復利 用率平均只有46 %,平均噸紙水耗高達100m3以上(世界先進水平僅為 10~20m3)，工業(yè)萬元產(chǎn)值新鮮用水量高達188立方米，造紙行業(yè)己經(jīng)成為 我國高耗能、高污染的重點監(jiān)管行業(yè)之一。
紙漿漂白是制漿造紙過程的一個重要環(huán)節(jié)，紙漿漂白的目的是通過化學 處理改善紙漿的光學性質，所用的化學藥品(漂白劑)有二氧化氯、次氯酸 鈉、雙氧水、氯氣、燒堿和連二亞硫酸鈉等。為了確保漂白后的紙漿達到設 定光學性質指標要求，漂白過程控制結果是加入過量漂白劑，殘余漂白劑經(jīng) 過后續(xù)洗漿進入污水系統(tǒng)，因此，現(xiàn)有的漂白過程控制不僅造成漂白劑的浪 費，而且造成環(huán)境污染，據(jù)分析，紙漿漂白過程產(chǎn)生的污水是造紙企業(yè)污水 的主要來源之一。
目前，在漂白過程控制DCS (Distribution Control System,在這里指 集散控制系統(tǒng))中，紙漿漂白過程控制采用常規(guī)PID控制，由于漂白過程的 控制變量和被控變量之間具有多變量、大滯后和非線性的特點，常規(guī)的PID 控制無法根據(jù)紙漿漂白前的質量指標準確調節(jié)漂白劑加入量的要求，只能由 操作人員根據(jù)經(jīng)驗調節(jié)漂白劑加入量。為了生產(chǎn)出合格的紙槳，操作人員往 往加入過量的漂白劑，這樣不僅造成了漂白劑的浪費，也不符合環(huán)保的要求。
實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有紙漿漂白過程中存在的加入過量漂白劑而造成浪費和污染的 問題，本實用新型提供了一種面向工藝的先進過程控制系統(tǒng)來控制紙漿的漂 白過程，本系統(tǒng)適于多變量、大滯后、非線性的紙漿漂白過程，有助于減少 漂白劑消耗、減輕污水處理負荷和降低對環(huán)境的污染。
為實現(xiàn)本實用新型的目的采用的技術方案 一種紙漿漂白過程先進控制 系統(tǒng)，與漂白過程控制DCS信號連接，包括工業(yè)組態(tài)軟件模塊、關系數(shù)據(jù)
庫和控制模型庫；其中，漂白過程控制DCS與工業(yè)組態(tài)軟件模塊信號連接， 工業(yè)組態(tài)軟件模塊與關系數(shù)據(jù)庫信號連接，關系數(shù)據(jù)庫與控制模型庫信號連 接。
所述工業(yè)組態(tài)軟件模塊包括監(jiān)測功能模塊、控制功能模塊、數(shù)據(jù)分析功 能模塊、事件管理功能模塊和通訊接口模塊。
上述工業(yè)組態(tài)軟件模塊是指GE公司的IFIX模塊。 所述關系數(shù)據(jù)庫包括
存儲有非線性模型的系數(shù)和參數(shù)的模型參數(shù)數(shù)據(jù)表； 存儲有各種漂白劑的濃度、單價和加入量的最大值及最小值和目標白度 值的漂白劑參數(shù)數(shù)據(jù)表；
存儲有漂白過程變量數(shù)據(jù)的過程變量數(shù)據(jù)表。 所述控制模型庫包括
用于計算目標白度與漂白前紙漿白度的差值和漂白后紙漿實際白度與 漂白前白度的差值的白度增益目標模型；紙漿漂白前后白度的增加值稱為白 度增益，白度增益目標模型用于計算理論白度增益值和實際白度增益值，理 論白度增益為目標白度與漂白前紙槳的白度的差值，實際白度值為漂白后紙 漿實際白度與漂白前白度的差值，對于多段漂白需要根據(jù)實際情況動態(tài)分配 各漂白段的目標白度值。
用于集成漂白化學漿、脫墨漿和化學機械漿所用的典型漂白劑與白度增 益結構模型的非線性模型；為使本實用新型適于不同漿種漂白的控制要求， 非線性模型中集成漂白化學槳、脫墨漿和化學機械漿所用的典型漂白劑與白 度增益的結構模型，結構模型的系數(shù)存儲在關系數(shù)據(jù)庫中模型參數(shù)數(shù)據(jù)表中。
用于通過紙漿漂白反應罐液位、漂白前后的流量和濃度動態(tài)計算紙漿漂 白反應時間的滯后模型；
用于以漂白成本最低為優(yōu)化目標，以實現(xiàn)目標白度增益為約束條件，優(yōu) 化計算各種漂白劑的加入量的優(yōu)化模型；該模型用于優(yōu)化計算各種漂白劑的 加入量，由于各漂白劑不同加入量的組合可以得到相同的白度增益，該模型 以漂白成本最低為優(yōu)化目標，以實現(xiàn)目標白度增益為約束條件，進行全局優(yōu) 化。
用于融合前饋控制信息和反饋控制信息，最終確定當前各漂白劑的加入 量數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到關系數(shù)據(jù)庫中過程變量數(shù)據(jù)表的控制信息融合模 型；為了實現(xiàn)連續(xù)過程控制，有效追蹤并反饋漂白劑加入量的效果信息，需 要融合前饋控制信息和反饋控制信息，前饋控制信息來自于優(yōu)化模型的理論 漂白劑加入量、白度增益模型的理論白度增益值，反饋控制信息來源與白度 增益模型的實際白度增益值，通過融合上述信息最終確定當前各漂白劑的加 入量，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到關系數(shù)據(jù)庫中過程變量數(shù)據(jù)表。
用于上述模型在關系數(shù)據(jù)庫相應位置中進行讀寫操作的接口函數(shù)。 所述工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過其中的通訊接口模塊采用OLE、 ODBC或 CQM方式與關系數(shù)據(jù)庫信號連接；所述關系數(shù)據(jù)庫通過控制模型庫中的接 口函數(shù)與控制模型庫信號連接。
本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)是這樣工作的 第一步通過工業(yè)組態(tài)軟件模塊的界面輸入模型參數(shù)和漂白劑參數(shù)數(shù) 據(jù)，工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過通訊接口模塊將上述數(shù)據(jù)存儲到關系數(shù)據(jù)庫中。 模型參數(shù)數(shù)據(jù)包括模型需要的所有系數(shù)和目標白度值，漂白劑參數(shù)數(shù)據(jù)包括 各種漂白劑的單價格，漂白劑加入量的上下限值。
第二步工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過OPC (—種工業(yè)通訊開放接口協(xié)議)
方式從現(xiàn)有的漂白過程控制DCS中采集漂白前紙漿流量、漂白前紙漿濃度、
漂白前紙漿白度、漂白塔液位、漂白塔紙漿溫度、漂白后紙漿的流量、漂白 后紙漿濃度、漂白后紙漿白度、漂白后紙漿殘余漂白劑含量、漂白后紙漿
PH值、漂白劑流量、漂白劑濃度等變量，并將上述過程數(shù)據(jù)存儲到關系數(shù) 據(jù)庫中，采樣周期為1 60秒鐘。第三步控制模型庫通過接口函數(shù)調用關系數(shù)據(jù)庫中的模型參數(shù)、漂白 劑參數(shù)和第二步中采集到的過程數(shù)據(jù)，并進行處理控制模型庫中的白度增 益目標模型根據(jù)目標白度和漂白前紙漿白度值計算理論白度增益目標模型， 將理論白度增益目標存儲到關系數(shù)據(jù)庫中；控制模型庫中的非線性模型根據(jù) 理論白度增益目標計算出所需要各種漂白劑的組合，并將上述計算數(shù)據(jù)存儲 到關系數(shù)據(jù)庫中；控制模型庫中的優(yōu)化模型根據(jù)各鐘漂白劑的單價計算出非
線性模型得到的各種漂白劑組合的成本，并選擇最便宜的一種組合存儲到數(shù)
據(jù)庫中；控制模型庫中的滯后模型根據(jù)紙漿漂白前后的流量、濃度和漂白塔 液位等過程數(shù)據(jù)計算紙漿漂白時間長度，將當前漂白時間長度存儲到數(shù)據(jù)庫 中；控制模型庫中的白度增益目標模型根據(jù)紙漿漂白時間長度、過程數(shù)據(jù)計 算出當前漂白后紙漿的實際白度增益；控制模型庫中的控制信息融合模型將 實際白度增益、目標白度增益、紙漿漂白時間長度和最便宜的漂白劑組合信 息融合后，計算出最終各種漂白劑加入量，將上述各漂白劑加入量存儲到關 系數(shù)據(jù)庫中。
第四步工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過其中的通訊接口模塊采用OLE、 ODBC 或COM方式調用上述第三歩計算得到并存儲在關系數(shù)據(jù)庫中的各漂白劑加 入量，發(fā)送到漂白過程控制DCS， DCS根據(jù)上述漂白劑加入量通過閥門定 位器調節(jié)個各漂白劑的加入量。
上述第二步、第三步和第四步每1 10分鐘執(zhí)行一次，往復循環(huán)實現(xiàn)對 漂白過程的連續(xù)控制。
本實用新型相對于現(xiàn)有技術的主要優(yōu)點和效果是
1、 目前，紙漿漂白劑加入量由操作工根據(jù)經(jīng)驗手動調節(jié)，或以紙漿流 量為參考變量通過PID控制器自動調節(jié)。由于漂白過程有多變量耦合、大滯 后和非線性的特點，無論是操作工還是PID控制器都很難準確地響應漂白前 紙漿質量指標的變化，只能通過加入過量漂白劑來穩(wěn)定生產(chǎn)，這樣就造成了 浪費和污染。本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)根據(jù)漂白前紙漿動態(tài) 變化的質量指標自動控制漂白劑的加入量，在滿足漂白后紙槳質量指標的前 提下，盡可能地降低漂白的成本、盡可能減少漂白劑的用量。根據(jù)典型項目 表明可降低成本5%~15%，漂白后紙漿白度標準偏差減小20%~50%。
2、 本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)的運作不需要改變原有系統(tǒng)的軟件和硬件環(huán)境，它既可以集成到原有操作員站，又可以單獨運行于工
作站上，通過OPC協(xié)議與原有DCS系統(tǒng)進行通訊。
3、 本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)的安裝和調試無需停運漂 白生產(chǎn)設備，不會影響企業(yè)正常生產(chǎn)。
4、 對于多段漂白過程，本實用新型紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)可以有 效協(xié)調各漂白工段漂白劑加入量，從而使紙漿漂白全過程漂白成本最低。


圖1是本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)的工作流程框圖； 圖2是本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)的結構方框圖； 圖3是現(xiàn)有的漂白過程控制DCS與本實用新型的紙漿漂白先進過程控 制系統(tǒng)的連接關系圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新 型的實施方式不限于此。
本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)與現(xiàn)有的漂白過程控制DCS 的連接關系如圖3所示，其結構框圖如圖2所示包括工業(yè)組態(tài)軟件模塊、 關系數(shù)據(jù)庫和控制模型庫；其中，現(xiàn)有的漂白過程控制DCS與工業(yè)組態(tài)軟 件模塊信號連接，工業(yè)組態(tài)軟件模塊與關系數(shù)據(jù)庫信號連接，關系數(shù)據(jù)庫與 控制模型庫信號連接。工業(yè)組態(tài)軟件模塊包括監(jiān)測功能模塊、控制功能模塊、 數(shù)據(jù)分析功能模塊、事件管理功能模塊和通訊接口模塊，其采用GE公司的 IFIX模塊。關系數(shù)據(jù)庫包括存儲有非線性模型的系數(shù)和參數(shù)的模型參數(shù) 數(shù)據(jù)表；存儲有各種漂白劑的濃度、單價和加入量的最大值及最小值和目標 白度值的漂白劑參數(shù)數(shù)據(jù)表；存儲有漂白過程變量數(shù)據(jù)的過程變量數(shù)據(jù)表。 控制模型庫包括:用于計算目標白度與漂白前紙漿白度的差值和漂白后紙漿 實際白度與漂白前白度的差值的白度增益目標模型；用于集成漂白化學漿、 脫墨漿和化學機械漿所用的典型漂白劑與白度增益結構模型的非線性模型； 用于通過紙漿漂白反應罐液位、漂白前后的流量和濃度動態(tài)計算紙漿漂白反 應時間的滯后模型；用于以漂白成本最低為優(yōu)化目標，以實現(xiàn)目標白度增益
8為約束條件，優(yōu)化計算各種漂白劑的加入量的優(yōu)化模型；用于融合前饋控制
信息和反饋控制信息，最終確定當前各漂白劑的加入量數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)
送到關系數(shù)據(jù)庫中過程變量數(shù)據(jù)表的控制信息融合模型；用于上述模型在關 系數(shù)據(jù)庫相應位置中進行讀寫操作的接口函數(shù)。工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過其內(nèi) 部的通訊接口模塊采用OLE、 ODBC或COM方式與關系數(shù)據(jù)庫信號連接； 關系數(shù)據(jù)庫通過控制模型庫中的接口函數(shù)與控制模型庫信號連接。
本實用新型的紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)是這樣工作的，其工作流程框 圖如圖1所示
第一步通過工業(yè)組態(tài)軟件模塊的界面輸入模型參數(shù)和漂白劑參數(shù)數(shù)據(jù)， 工業(yè)組態(tài)軟件模塊將上述數(shù)據(jù)存儲到關系數(shù)據(jù)庫中。模型參數(shù)數(shù)據(jù)包括模型 需要的所有系數(shù)和目標白度值，漂白劑參數(shù)包括各種漂白劑的單價格，漂白 劑加入量的上下限值。
第二步工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過OPC (—種工業(yè)通訊開放接口協(xié)議)方
式從現(xiàn)有的漂白過程控制DCS中采集漂白前紙漿流量、漂白前紙漿濃度、
漂白前紙漿白度、漂白塔液位、漂白塔紙漿溫度、漂白后紙漿的流量、漂白
后紙漿濃度、漂白后紙漿白度、漂白后紙漿殘余漂白劑含量、漂白后紙漿PH
值、漂白劑流量、漂白劑濃度等變量，并將上述過程數(shù)據(jù)通過通訊接口模塊
存儲到關系數(shù)據(jù)庫中，采樣周期為10秒鐘。
第三步控制模型庫通過接口函數(shù)調用關系數(shù)據(jù)庫中的模型參數(shù)、漂白 劑參數(shù)和第二步中采集到的過程數(shù)據(jù)，并進行處理控制模型庫中的白度增 益目標模型根據(jù)目標白度和漂白前紙漿白度值計算理論白度增益目標模型，
將理論白度增益目標存儲到關系數(shù)據(jù)庫中；控制模型庫中的非線性模型根據(jù)
理論白度增益目標計算出所需要各種漂白劑的組合，并將上述計算數(shù)據(jù)存儲
到關系數(shù)據(jù)庫中；控制模型庫中的優(yōu)化模型根據(jù)各鐘漂白劑的單價計算出非
線性模型得到的各種漂白劑組合的成本，并選擇最便宜的一種組合存儲到數(shù)
據(jù)庫中；控制模型庫中的滯后模型根據(jù)紙槳漂白前后的流量、濃度和漂白塔 液位等過程數(shù)據(jù)計算紙漿漂白時間長度，將當前漂白時間長度存儲到數(shù)據(jù)庫 中；控制模型庫中的白度增益目標模型根據(jù)紙漿漂白時間長度、過程數(shù)據(jù)計 算出當前漂白后紙槳的實際白度增益；控制模型庫中的控制信息融合模型將 實際白度增益、目標白度增益、紙漿漂白時間長度和最便宜的漂白劑組合信息融合后，計算出最終各種漂白劑加入量，將上述各漂白劑加入量通過接口 函數(shù)存儲到關系數(shù)據(jù)庫中。
第四步工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過其中的通訊接口模塊采用OLE、 ODBC 或COM方式調用上述第三歩計算得到并存儲在關系數(shù)據(jù)庫中的各漂白劑加 入量，發(fā)送到漂白過程控制DCS, DCS根據(jù)上述漂白劑加入量通過閥門定 位器調節(jié)個各漂白劑的加入量。
上述第二步、第三步和第四步每1分鐘執(zhí)行一次，往復循環(huán)實現(xiàn)對漂白 過程的連續(xù)控制。
使用本實用新型對紙漿漂白過程進行控制，可節(jié)約漂白劑成本10%，漂 白后紙漿白度標準偏差減小40%。
上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不 受上述實施例的限制，任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改 變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
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權利要求1、一種紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，與漂白過程控制DCS信號連接，其特征是，包括工業(yè)組態(tài)軟件模塊、關系數(shù)據(jù)庫和控制模型庫；其中，漂白過程控制DCS與工業(yè)組態(tài)軟件模塊信號連接，工業(yè)組態(tài)軟件模塊與關系數(shù)據(jù)庫信號連接，關系數(shù)據(jù)庫與控制模型庫信號連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，其特征是，所述工 業(yè)組態(tài)軟件模塊包括監(jiān)測功能模塊、控制功能模塊、數(shù)據(jù)分析功能模塊、事件 管理功能模塊和通訊接口模塊。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，其特征是，所 述工業(yè)組態(tài)軟件模塊是指GE公司的IFIX模塊。
4、 根據(jù)權利要求1所述紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，其特征是，所述關 系數(shù)據(jù)庫包括存儲有非線性模型的系數(shù)和參數(shù)的模型參數(shù)數(shù)據(jù)表； 存儲有各種漂白劑的濃度、單價和加入量的最大值及最小值和目標白度值 的漂白劑參數(shù)數(shù)據(jù)表；存儲有漂白過程變量數(shù)據(jù)的過程變量數(shù)據(jù)表。
5、 根據(jù)權利要求1所述紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，其特征是，所述控 制模型庫包括用于計算目標白度與漂白前紙漿白度的差值和漂白后紙漿實際白度與漂 白前白度的差值的白度增益目標模型；用于集成漂白化學漿、脫墨槳和化學機械漿所用的典型漂白劑與白度增益 結構模型的非線性模型；用于通過紙漿漂白反應罐液位、漂白前后的流量和濃度動態(tài)計算紙漿漂白 反應時間的滯后模型；用于以漂白成本最低為優(yōu)化目標，以實現(xiàn)目標白度增益為約束條件，優(yōu)化 計算各種漂白劑的加入量的優(yōu)化模型；用于融合前饋控制信息和反饋控制信息，最終確定當前各漂白劑的加入量 數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到關系數(shù)據(jù)庫中過程變量數(shù)據(jù)表的控制信息融合模型；用于上述模型在關系數(shù)據(jù)庫相應位置中進行讀寫操作的接口函數(shù)。
6、 根據(jù)權利要求1、 2、 4或5所述紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，其特征是，所述工業(yè)組態(tài)軟件模塊通過其中的通訊接口模塊采用OLE、ODBC或COM方式與關系數(shù)據(jù)庫信號連接；所述關系數(shù)據(jù)庫通過控制模型庫中的接口函數(shù)與 控制模型庫信號連接。
7、根據(jù)權利要求3所述紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，其特征是，所述工 業(yè)組態(tài)軟件模塊通過其中的通訊接口模塊采用OLE、 ODBC或COM方式與關 系數(shù)據(jù)庫信號連接；所述關系數(shù)據(jù)庫通過控制模型庫中的接口函數(shù)與控制模型 庫信號連接。
專利摘要本實用新型公開了一種紙漿漂白先進過程控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有的漂白過程控制DCS信號連接，其包括工業(yè)組態(tài)軟件模塊、關系數(shù)據(jù)庫和控制模型庫；其中，漂白過程控制DCS與工業(yè)組態(tài)軟件模塊信號連接，工業(yè)組態(tài)軟件模塊與關系數(shù)據(jù)庫信號連接，關系數(shù)據(jù)庫與控制模型庫信號連接。本實用新型的漂白過程控制系統(tǒng)可根據(jù)漂白前紙漿動態(tài)變化的質量指標自動控制漂白劑的加入量，在滿足漂白后紙漿質量指標的前提下，盡可能地降低漂白的成本、盡可能減少漂白劑的用量，可降低成本5％～15％，漂白后紙漿白度標準偏差減小20％～50％。
文檔編號G05B19/418GK201343671SQ20082020568
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權日2008年12月22日
發(fā)明者劉煥彬, 朱小林, 李繼庚, 陶勁松 申請人:華南理工大學