造紙線控制系統的核心目標圍繞 “質量、效率、成本、安全” 四大維度展開:
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質量穩定:精準控制成品紙的定量(單位面積重量)、水分、厚度、白度、強度等關鍵指標,減少波動;
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效率提升:實現各環節設備聯動同步,減少斷紙、停機等異常,提升生產線運行率(通常目標≥95%);
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成本優化:通過能耗(蒸汽、電力、水資源)精準控制及原料(紙漿、化學品)定量投放,降低單位產品消耗;
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安全保障:實時監測設備工況(溫度、壓力、轉速)及生產風險(斷紙、超壓),觸發緊急保護動作,避免事故。
造紙生產流程呈 “連續化、多環節耦合” 特點,控制系統需針對每個環節的工藝需求設計專屬控制邏輯,各模塊協同聯動形成完整控制體系。
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控制對象:木片 / 廢紙等原料的輸送、蒸煮(化學制漿)或碎解(廢紙制漿);
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核心控制參數:
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原料輸送:木片倉料位(避免空倉 / 滿倉,通過料位傳感器 + 皮帶輸送機變頻調節);
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蒸煮 / 碎解:蒸煮鍋溫度(150-180℃,通過蒸汽調節閥控制)、壓力(0.5-1.2MPa)、保溫時間(影響成漿纖維質量),廢紙碎解濃度(3%-5%,通過加水閥調節);
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控制目標:保證原料均勻供應,成漿纖維長度、純度達標。
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控制對象:打漿(磨漿)、凈化、篩選、漂白(按需);
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核心控制參數:
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打漿度(叩解度):衡量纖維細化程度(如文化紙需 30-45°SR),通過磨漿機間隙 / 轉速變頻調節;
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漿濃度:篩選前需 1.0%-1.5%,通過濃度傳感器 + 稀釋水閥閉環控制;
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漂白劑添加量:根據白度需求(如白卡紙≥85% ISO),通過流量傳感器 + 計量泵精準投放;
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控制目標:漿纖維性能、純度、白度匹配成品紙需求。
抄紙是 “紙漿→濕紙幅” 的關鍵步驟,分為網部、壓榨部,控制精度直接影響后續干燥及成品質量。
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網部控制:
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核心參數:上漿量(決定定量)、脫水速度(避免濕紙幅斷裂);
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控制邏輯:在線定量儀實時檢測濕紙幅定量,反饋至控制系統,通過上漿泵變頻調節流量;同時通過真空脫水輥負壓調節(真空度 - 0.04~-0.06MPa)控制脫水速度;
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壓榨部控制:
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核心參數:壓榨壓力(如 150-300kN/m)、壓榨輥轉速(與網部同步);
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控制邏輯:通過液壓系統調節壓榨壓力,提高濕紙幅干度(從網部 15%-20% 提升至 35%-45%),減少后續干燥能耗;同時通過編碼器實現壓榨輥與網部速度同步(誤差≤0.1%),避免紙幅拉伸。
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控制對象:多段烘缸(通常 10-30 個)、熱風系統;
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核心控制參數:
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烘缸溫度梯度:從入口 50-70℃逐步升至 100-120℃(避免紙張起皺 / 開裂),通過蒸汽調節閥分段控制;
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紙幅張力:干燥過程中需保持穩定張力(如 20-50N/m),通過張力傳感器 + 烘缸轉速微調閉環控制;
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出口水分:成品紙水分需 6%-8%(文化紙),通過紅外水分儀檢測,反饋調節末段烘缸溫度或干燥部速度;
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控制目標:紙幅均勻干燥,水分達標且無變形。
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卷取部:
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核心參數:卷取速度(與干燥部同步)、卷紙松緊度(避免內松外緊);
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控制邏輯:通過速度編碼器實現同步控制,通過卷取輥壓力傳感器調節松緊度,保證卷紙平整(端面跳動≤1mm);
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后加工(如分切):
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核心參數:分切寬度(如 A4 紙 210mm)、分切速度;
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控制邏輯:通過伺服電機精準控制分切刀位置,變頻調節分切速度,與卷取速度匹配。
造紙線控制系統由硬件層、軟件層、檢測執行層三部分組成,形成 “檢測→運算→執行” 的閉環控制。
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檢測端(傳感器 / 儀表):
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工藝參數檢測:濃度傳感器(漿濃度)、流量傳感器(上漿 / 蒸汽)、溫度傳感器(烘缸)、壓力傳感器(壓榨 / 蒸汽);
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質量檢測:在線定量儀(β 射線 / 紅外)、水分儀(紅外)、厚度儀(激光)、白度儀(光譜);
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設備狀態檢測:編碼器(轉速 / 位置)、張力傳感器(紙幅張力)、振動傳感器(磨漿機 / 烘缸);
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執行端(執行器):
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流量 / 壓力調節:電動調節閥(蒸汽 / 水)、氣動調節閥(漿流量);
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速度 / 轉速控制:變頻器(上漿泵、風機、輥子);
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壓力 / 位置控制:液壓系統(壓榨壓力)、伺服電機(分切刀)。
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SCADA 系統(監控層):
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功能:實時顯示工藝流程畫面、關鍵參數曲線(如定量 / 水分趨勢)、設備運行狀態(運行 / 故障)、報警信息(超溫 / 斷紙);支持操作員通過 HMI(人機界面)手動調節參數或啟停設備;
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典型軟件:WinCC、Intouch、iFix;
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先進控制算法(控制層):
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基礎控制:PID 控制(穩定單一參數,如漿濃度);
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復雜控制:模型預測控制(MPC,用于多變量耦合系統,如干燥部溫度 - 張力協同);
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智能優化:機器學習算法(如基于歷史數據預測斷紙風險、優化漂白劑添加量);
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MES 系統(管理層):
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功能:與控制系統集成,實現生產計劃下達、質量數據追溯(每卷紙的定量 / 水分記錄)、能耗統計(單位產品電 / 蒸汽消耗)、設備維護計劃管理;
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價值:打通 “控制 - 管理” 數據鏈,支撐工廠數字化運營。
以 “定量控制” 為例,形成完整閉環:
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在線定量儀檢測紙幅定量(如目標 70g/㎡,實測 72g/㎡);
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檢測數據傳輸至 DCS/PLC;
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控制算法計算偏差(+2g/㎡),輸出調節指令;
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變頻器降低上漿泵轉速,減少上漿量;
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再次檢測定量,直至回歸目標值(誤差≤±1g/㎡);
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價值:成品紙定量波動從 ±5% 降至 ±1%,滿足高端紙(如銅版紙)質量要求。
造紙線需實現 “制漿→抄紙→干燥→卷取” 全流程速度同步(如設計速度 1000m/min),若某環節速度偏差>0.5%,易導致紙幅拉伸斷裂;
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控制邏輯:通過編碼器采集各環節輥子轉速,DCS 統一協調變頻器,保證各環節速度差≤0.1%;
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價值:斷紙次數從每日 5-8 次降至 1-2 次,生產線運行率提升 5%-10%。
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蒸汽優化:根據干燥出口水分需求,動態調節烘缸蒸汽壓力(而非全程滿負荷),減少蒸汽浪費;
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電力優化:根據生產負荷(如紙幅寬度、速度),變頻調節風機、水泵轉速(如風機負荷從 100% 降至 70%,耗電減少 50%);
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價值:單位產品能耗降低 8%-15%,年節約成本數百萬元(按萬噸紙產能計算)。
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緊急停機:當檢測到烘缸超溫(>130℃)、壓榨超壓(>350kN/m)或斷紙時,系統立即觸發急停,切斷蒸汽 / 電源,避免設備損壞或火災;
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故障預警:振動傳感器監測磨漿機軸承振動(正常≤0.1mm/s,預警≥0.2mm/s),提前提醒維護,避免軸承卡死導致停機(單次停機損失>10 萬元);
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價值:重大設備事故發生率降低 90%,非計劃停機時間減少 60%。
隨著工業 4.0 推進,造紙線控制系統正向 “智能感知、自主決策、綠色低碳” 升級:
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數字孿生:建立造紙線虛擬模型,實時映射實際生產狀態,可模擬 “調整壓榨壓力對干度的影響”,提前優化參數,減少試錯成本;
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AI 全流程優化:基于海量生產數據(3-5 年)訓練 AI 模型,實現 “原料 - 工藝 - 質量” 端到端優化(如根據木片濕度自動調整蒸煮時間);
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邊緣計算:將部分控制算法(如振動分析、斷紙預測)部署在邊緣節點(如磨漿機本地工控機),減少數據傳輸延遲(從 100ms 降至 10ms),提升實時性;
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綠色控制:通過精準控制減少水資源消耗(如抄紙網部沖洗水回收利用率從 60% 提升至 90%)、降低廢水 COD 排放(通過化學品定量投放),符合環保要求。
造紙線控制系統是現代造紙廠的 “大腦與神經”,通過對全流程的精準管控,解決了 “連續生產穩定性差、質量波動大、能耗高” 等行業痛點。隨著智能化技術的融入,控制系統正從 “被動調節” 向 “主動優化” 升級,支撐造紙行業向 “高質量、低能耗、數字化” 轉型。