【正文】 只有一些常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，用于鍋爐、蒸煮、打漿等工段的單回路控制，而且多在一些新建的大型紙廠(chǎng)，許多老廠(chǎng)和小廠(chǎng)的生產(chǎn)還是人工操作。后又陸續(xù)引進(jìn)了多套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，全國(guó)各大紙廠(chǎng)基本都有了計(jì)算機(jī)控制設(shè)備。采用的造紙?jiān)隙酁椴轁{，對(duì)于這樣的小廠(chǎng)，引進(jìn)設(shè)備的投資往往超過(guò)其固定資產(chǎn)投資，引進(jìn)后只能使用，而對(duì)其內(nèi)部硬、軟件原理都不能了解。對(duì)于大規(guī)模提高我國(guó)造紙工業(yè)自動(dòng)化水平極為不利。1984年7月，國(guó)內(nèi)第一套紙機(jī)定量、水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在浙江嘉興民豐造紙廠(chǎng)的1號(hào)紙機(jī)上運(yùn)行成功，取得了重大得經(jīng)濟(jì)效益，打破了外國(guó)壟斷造紙機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的局面。西安力源光電科技有限公司，從1999年成立公司開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾年的不懈努力，在西安市科技基金的資助下，在近紅外物料檢測(cè)方面有重大技術(shù)突破，研制成功了紙張定量水分控制系統(tǒng)，并己形成規(guī)模銷(xiāo)售及為紙張定量水分測(cè)量?jī)x器配套的系列產(chǎn)品:全自動(dòng) “0”型掃描架，全自動(dòng) “C”型掃描架，及紙張定量水分檢測(cè)監(jiān)控軟件。隨著人們生活水平的提高，紙和紙板所需的品種和數(shù)量日益增長(zhǎng)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有越來(lái)越重要的地位。我國(guó)造紙工業(yè)技術(shù)落后，自動(dòng)化程度很低，絕大部分生產(chǎn)流程還是人工操作，限制了我國(guó)造紙工業(yè)的發(fā)展。整個(gè)制漿造紙生產(chǎn)過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜，人工操作難以保證達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)造紙過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制迫在眉睫。水分是紙張含水的百分?jǐn)?shù)。采用自動(dòng)控制可以提高水分13%,減少纖維用量2%,提高車(chē)速5%,增加產(chǎn)量515%，還可以節(jié)約蒸汽10%，使水分的波動(dòng)減少。假如生產(chǎn)10%的含水量紙張，允許水分偏差為士5%，若實(shí)現(xiàn)下偏差卡邊控制后，使水分穩(wěn)定在5%，生產(chǎn)同樣長(zhǎng)度的紙，可多用蒸汽壓力5%。 造紙工藝過(guò)程及特點(diǎn) 造紙工藝過(guò)程紙機(jī)按結(jié)構(gòu) (主要是網(wǎng)部結(jié)構(gòu))的不同，有長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)，圓網(wǎng)紙機(jī)，夾網(wǎng)紙機(jī)和復(fù)合紙機(jī)幾種類(lèi)型。長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)與其他三種的不同之處，主要是網(wǎng)部由網(wǎng)籠和網(wǎng)槽組成。典型長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)可以看作由多臺(tái)設(shè)備組成的聯(lián)動(dòng)機(jī)，通常分為濕部和干部?jī)刹糠?。干部包括干燥部、壓光機(jī)和卷紙機(jī) (切紙機(jī))。紙料經(jīng)漿流分布器和流漿箱對(duì)漿流分布和勻整后，均勻而穩(wěn)定地流送到運(yùn)動(dòng)著的成形網(wǎng) (通常是銅網(wǎng))的網(wǎng)面上。網(wǎng)案上通常設(shè)有案輥、真空吸水箱、伏輥等成形一脫水元件。造紙機(jī)的壓榨部由若干級(jí)輥式壓榨組成。為了保持壓榨毛毯的良好脫水性能，壓榨輥上配有毛毯吸滌裝置。濕紙幅在紙機(jī)上的進(jìn)一步脫水，通常是用加熱蒸發(fā)干燥的方法。烘缸上包覆著干毯(或帆布、干網(wǎng))，目的是將紙壓緊到缸面上，提高傳熱效率和增進(jìn)紙幅的表面質(zhì)量。最后用卷紙機(jī)卷成紙筒，供整飾工段進(jìn)一步加工使用。 本文主要研究工作本文針對(duì)1760/350長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)()，進(jìn)行了紙張水分計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究。實(shí)現(xiàn)了對(duì)水分?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、儲(chǔ)存、處理與顯示等。通過(guò)PLC設(shè)計(jì)出紙張水分檢測(cè)的軟件電路。介紹了幾個(gè)重要設(shè)備:水分傳感器等器件。② 對(duì)水分過(guò)程進(jìn)行深入研究。③ 應(yīng)用模糊控制原理，設(shè)計(jì)水分模糊解耦控制器，實(shí)現(xiàn)了定量水分自適應(yīng)模糊控制。第二章 紙張質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 紙張質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程工藝介紹此工藝是以長(zhǎng)網(wǎng)1760紙機(jī)為例，工藝過(guò)程是:打漿車(chē)間送來(lái)的濃紙漿在調(diào)漿箱與白水混合稀釋后形成低濃紙漿 (%左右)。紙漿在銅網(wǎng)上經(jīng)自然濾水形成濕紙頁(yè)，經(jīng)壓榨部脫水后，經(jīng)過(guò)烘缸進(jìn)行烘干，形成含水量為3%8%的紙頁(yè)進(jìn)入膠輥，進(jìn)行表面施膠，最后經(jīng)壓光作為成品紙，上卷筒卷取。水分過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)氣泡，水斑等紙病,而過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致紙頁(yè)發(fā)脆，易斷，同時(shí)還會(huì)多用蒸汽，使耗能增加。由于蒸汽壓力是可測(cè)的，一般將它視為紙張水分的控制變量。 在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米的紙機(jī)流程中，影響水分的因素很多，根據(jù)實(shí)際情況采樣點(diǎn)少且不同的造紙廠(chǎng)各有特點(diǎn)。 由以上被控對(duì)象的特點(diǎn)可以看出，造紙過(guò)程是一個(gè)典型的多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合、多干擾、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)。 紙張質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程水分檢測(cè)控制方案 紙張質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程水分檢測(cè)控制系統(tǒng)組成.定量,水分是密不可分的。分別由一臺(tái)上位機(jī)和兩臺(tái)下位機(jī)構(gòu)成，完成系統(tǒng)的控制。定量和水分的控制分別由兩臺(tái)下位機(jī)完成，它們相對(duì)獨(dú)立。定量控制是通過(guò)改變紙漿上網(wǎng)的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于影響紙張定量的主要干擾是上網(wǎng)流量，而上網(wǎng)流量是可控的。又由于紙廠(chǎng)紙漿的濃度經(jīng)常變化，這對(duì)紙張的定量影響也很大，對(duì)紙張水分也有影響。從而構(gòu)成了前饋加反饋的串級(jí)定量控制系統(tǒng)。由于紙張定量和水分的控制是一個(gè)強(qiáng)耦合系統(tǒng)，為了消除或減小控制系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)現(xiàn)象，使各控制系統(tǒng)的輸出盡量只影響它所控制的變量。 紙張質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程水分控制方案、原理 根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，其中最主要的是濕紙頁(yè)在烘干部的熱傳遞情況和成紙定量水分的耦合。此系統(tǒng)是串級(jí)反饋的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。因此，把蒸汽壓力作為副回路，排除來(lái)自干擾部的蒸汽壓力方面的干擾，于是就構(gòu)成了以紙張水分為主被控變量，以蒸汽壓力作為副被控變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。壓力控制環(huán)按照此時(shí)的壓力設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)穩(wěn)定蒸汽壓力。在線(xiàn)是指從模糊控制表得到的控制量經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到合適的輸出量。水分控制系統(tǒng)的控制方法是由模糊控制和專(zhuān)家控制相結(jié)合的控制方法。 隨著模糊控制理論的研究和技術(shù)的應(yīng)用，模糊控制器的設(shè)計(jì)也在不斷的發(fā)展和改進(jìn)。模糊控制通過(guò)模糊邏輯和近似推理方法，把人的經(jīng)驗(yàn)形式化、模式化，變成計(jì)算機(jī)可以接受的控制模式，讓計(jì)算機(jī)代替人來(lái)進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)控制，為實(shí)現(xiàn)模糊控制，語(yǔ)言變量的概念可作為描述手動(dòng)控制策略的基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展為一種新型的控制器— 模糊控制器。(3)輸出信息的模糊判決。 精確量的模糊化(1)模糊控制器的語(yǔ)言變量 模糊控制器的輸入變量 (常取偏差，偏差變化率)和輸出變量 (常取控制量)均用自然語(yǔ)言形式給出，而不是以數(shù)值形式給出，因此，它們不是數(shù)值變量，而是語(yǔ)言變量。設(shè)偏差e的基本論域?yàn)閄[Xe, Xe]其內(nèi)的量是精確量。若偏差的精確量x的實(shí)際變化范圍為[a,b]，將[a,b]區(qū)間的精確變盤(pán)轉(zhuǎn)換為[n,n]區(qū)間變化的變量X，采用如下公式： X=2n[x(a+b)/2]/(ba) 式（) 上式計(jì)算出的X值若不是整數(shù)，可以把它歸入最接近于X的整數(shù)。如取n=6,量化論域上的模糊子集常取如下取法:El 負(fù)大 (NB)— 取6附近E2 負(fù)中 (NM)— 取4附近E3 負(fù)小 (NS)— 取2附近E4 負(fù)零 (NO)— 取比零稍小點(diǎn)附近E5 正零 (PO)— 取比零稍大點(diǎn)附近E6 正小 (PS)— 取+2附近E7 正中 (PM)— 取+4附近ES 正大 (PB)— 取十6附近每個(gè)模糊子集的賦值可根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料建立，也可以分析定義，在分析定義中，常用三角形函數(shù) (或者正態(tài)函數(shù)，梯形函數(shù)等)作為隸屬函數(shù)。此種模糊化方法相對(duì)粗略。它利用模糊集合理論將手動(dòng)控制策略上升為具體的數(shù)值運(yùn)算，根據(jù)推理運(yùn)算的結(jié)果做出相應(yīng)的控制動(dòng)作，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制被控對(duì)象的運(yùn)行。手動(dòng)控制策略一般都可以用IFTHEN”形式的條件語(yǔ)句來(lái)加以描述。 模糊判決 由模糊控制算法得出的是模糊集，但被控對(duì)象只能接受精確控制量，這就需要進(jìn)行輸出信息的模糊判決，也就是要把模糊量轉(zhuǎn)化為精確量。 常用的是最大隸屬度法.最大隸屬度法 應(yīng)用最大隸屬度原則的思想，選取隸屬度最大的元素作為控制量 Um,即若ui=max[] 式()為控制量，如果上式中的i不唯一，即若 式()則取 為控制量 式() 最大隸屬度法的明顯優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，使用方便，算法實(shí)時(shí)性好，但其利用了最大隸屬度的信息，忽略了較小隸屬度元素的影響和作用。紙漿上網(wǎng)流量的模糊控制。由于三個(gè)模糊控制器的設(shè)計(jì)原理相似，在此僅以烘缸蒸汽壓力的模糊控制器的設(shè)計(jì)為例。它包括輸入量量化，確定模糊子集和模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行模糊判決，并建立控制輸出查詢(xún)表等內(nèi)容v 關(guān)于成紙水分控制的先驗(yàn)知識(shí)可定性歸納為：v 1 如果水分低于給定值，就減少進(jìn)入烘缸的蒸汽，降低烘缸溫度，使水分值升高， 反之，則增加蒸汽量，使水分值降低。令式中， 和 分別為X，Y的模糊子集，可用語(yǔ)言變量PB,PM,…NM,NB等表示。設(shè) , 分別為1，2段蒸汽的控制量，相應(yīng)的論域?yàn)? 3. 確定模糊關(guān)系與控制輸出模糊子集 根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定一組模糊控制規(guī)則為If and then and 其模糊關(guān)系為 當(dāng)給定x= , y= 時(shí)，則由模糊合成規(guī)則推理得到 4. 進(jìn)行模糊判決，并生成控制輸出查詢(xún)表3．2．2模糊控制器的在線(xiàn)實(shí)現(xiàn) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，令{}的隸屬函數(shù)并根據(jù)給出的合成推理規(guī)則進(jìn)行推理運(yùn)算，最后由最大隸屬度函數(shù)判決原則，可得到供模糊控制器動(dòng)態(tài)控制時(shí)控制表如下表所示v 這是假設(shè)只有2段蒸汽的情況下得到的，要將它用于有兩段蒸汽的情況，必須經(jīng)過(guò)變換。硬件實(shí)現(xiàn)：其實(shí)現(xiàn)有多種形式，在此我們僅討論模糊控制如何在PLC上實(shí)現(xiàn)的。隨著水分偏差的增大，在控制精度和到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間上，模糊控制均優(yōu)于PID控制。在沒(méi)有采用模糊控制時(shí)，有超調(diào)量，而且誤差也比較大。 專(zhuān)家控制簡(jiǎn)介 由于工業(yè)控制對(duì)專(zhuān)家控制系統(tǒng)提出了可靠性、實(shí)時(shí)性及靈活性等特殊要求，所以專(zhuān)家控制系統(tǒng)中知識(shí)表示，通常采用生產(chǎn)式規(guī)則，于是知識(shí)庫(kù)就變?yōu)橐?guī)則庫(kù)。 工業(yè)生產(chǎn)所遇到的被控制對(duì)象千變?nèi)f化，其復(fù)雜程度也不盡相同，考慮到專(zhuān)用性，可將知識(shí)庫(kù)規(guī)模減少，規(guī)則集也被壓縮，推理機(jī)就變得簡(jiǎn)單。 由事實(shí)集和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、經(jīng)驗(yàn)公式等構(gòu)成。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括被控對(duì)象的參數(shù)變化范圍，被控參數(shù)的調(diào)整范圍及其限幅值，傳感器得靜、動(dòng)態(tài)特性，系統(tǒng)誤差等?？梢圆捎蒙a(chǎn)式規(guī)則模糊關(guān)系及解析形式等多種方法來(lái)描述被控對(duì)象的特征，這樣可以處理各種定性的、模糊的、定量的、精確的信息，從而總結(jié)出若干條行之有效的控規(guī)則，即控制規(guī)則集，它集中地反映了專(zhuān)家及其熟練的操作者在某領(lǐng)域控過(guò)程中的專(zhuān)門(mén)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)。 推理機(jī)構(gòu)就是根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)和已有數(shù)據(jù)，按一定推理方法去解決當(dāng)前的問(wèn)題。 推理模型可以表示為:U=f (E, K, I)其中：U={}為控制器的輸出作用集。K={}為知識(shí)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與事實(shí)集。 F為一種智能算子，它可以一般地表示為: IF E AND K THEN (IF I THEN U)。 專(zhuān)家控制器的信息獲取主要是通過(guò)其閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋信息及系統(tǒng)的輸入信息，對(duì)于這些信息的處理可以獲得控制系統(tǒng)的誤差及