1、浅述造纸业生产过程的控制和优化技术摘 要造纸企业的生产活动是一个复杂的动态系统，生产的过程控制和调整是为了确保生产整个过程处于受控状态，是保证产品质量的重要环节，它的作用在于对生产过程的质量控制进行系统的安排，对直接或间接影响过程质量的因素进行重点控制并实施控制计划，确保过程质量。 关键词造纸行业；生产控制；过程 中图分类号：F406.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0051-01 一、造纸业生产工艺流程 现代造纸工艺可大致概括由两个环节组成，即制浆段和造纸段。 1、制浆段 制浆是造纸的第一步，将植物纤维原料分离出纤维而得到白色纸浆和漂白纸浆的过程，我国所用
2、的植物纤维原料种类很多，有针叶树木材、阔叶树木材、草类植物、韧皮纤维类、种毛纤维类和废纸纤维类。制浆方法有机械法、化学法和半化学法。 2、造纸段 造纸段可大致分为调制、抄造、加工等工序。 二、我国造纸业现状和存在问题 我国造纸工业正处于高速发展阶段，全球纸和纸板生产与消费每年以 2%一 3%的速度增长，而中国的近 10 年来以 18%的增幅列全球的首位。所以，随着纸质消费的增加，产量也随之增加以满足人们的需求，目前年总产量已超过 3000 万 t。而且纸质的品种也多样化，总体上对中高档纸质的需求呈快速上升趋势。 由于造纸业本身就是消耗高、污染重的产业，故随人们对纸质需求的增加，带来的环境问题也
3、越来越多，最明显的是水环境问题，因为造纸过程中需要大量的水且添加多种助剂，会产生大量由纸机排水（造纸白水） 、抄纸废水和综合污水组成的废水。制浆工艺过程产生的各种废水、废渣，如果不对其进行及时有效的末端治理而随意排放，则会对周围环境造成严重的污染。我国废纸回收率低，一般是以草浆造纸，只利用了原料的 40%左右，资源利用率低，废弃物排放量大。 对于造纸业的各个生产流程，变量数额及其大，耦合性特别强大，非线性的发展、极强的干扰性作为这个行业的五大特征，一味的墨守成规不勇于引进鲁棒控制等多变量系统、无功负序对称最优解耦系统等国际先进系统，造纸业产品的质量必然远远被世界平均水平越拉越远。 三、工业自动
4、化的内涵 工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。 1、工业自动化控制系统组成 自动化控制是一种现代工业、农业、制造业等生产领域中机械电气一体自动化集成控制技术和理论。工业控制系统指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具的总称。 2、工业自动化控制系统产品 （1）可编程序控制器（PLC）：按功能及规模可分为大型 PLC，中型PLC 及小型 PLC。 （2）分布式控制系统（DCS）：按功能及
5、规模亦可分为多级分层分布式控制系统、中小型分布式控制系统、两级分布式控制系统。 （3）工业 PC 机：适合工业恶劣环境，配有各种过程输入输出接口板组成工控机。 （4）嵌入式计算机及 OEM 产品，包括 PID 调节器及控制器。四、造纸过程计算机自动化控制 对于计算机控制与造纸业的研究，要追溯到上世纪五十年代末期，计算机领域的研究者致力于实现能够适应多种工业环境、满足多种工业需求的计算机自动控制技术，并制作计算机模型加以理论论证，六十年代末期产生了一种自动化技术，这种自动化技术主要以智能计算机技术为重点，在当时，计算及自动化控制技术与计算机信息管理技术是互相独立并几乎毫无相似之处的，因此，传统的
6、计算及自动化控制技术只能实现某个环节或者某几个环节的自动化，并不能协调成为一个工业生产线的自动化，随着造纸业的不断发展，对计算机控制技术的要求不能仅仅满足于单个部门无协调的自动化，更加要求纸浆环节末尾部分的控制与制造环节开始部分的环节控制相辅相成，互为前提，紧密联系在一起，要求两个系统之间数据处于高度流动状态，并保证数据的实时更新和实时交流，技术的不断深入、技术的广延性与伸张性不断发展， “接口”这一技术应运而生，系统化地解决了数据沟通不畅带来的质量损失与经济损失，并且引入“云处理”技术高度扩展内部存储空间，在保证精确度的前提下提高数据的分析处理能力，从而充分保证了信息准确、及时、快速地传达到
7、相应技术环节，进而在十几年的时间内就推广到了几乎整个造纸业。 对于在造纸产业的流水线上实行计算机控制，毫无疑问是节约人力资源成本与管理控制成本的好方法，不仅可以提升造纸产业的经济社会文化的影响力，就普遍情况而言，降低 Kappa 标准差 40%左右，造纸过程中化学物质的使用度就可以降低到 10%左右，其中水汽波动的频率也会随之减弱到 60%左右，并将得到成品的比率上升了 1%，锅炉燃烧率方面可以提高 2%上下，造纸定量的偏差加权平均值降低到 20%-35.7%，综合以上数字比率可以得出结论：计算机控制在降低 Kappa 标准差、提高造纸锅炉的燃烧率、减少化学药品的使用率方面的作用十分突出，收效
8、成果显著，而且最重要的是对提高回收效率方面起着极大的作用，提高回收对造纸业质量提上来说意义非凡。 我国也在国家政策的大力支持下取得了下列三项重大成就：首先，利用计算及自动化控制建模技术成功地提取出了?液样品，并且利用改进传统的滴定法进行黑液固形物含量快速测定，黑液的热失重动力特性的精细化分析，ELISA 标准对照多个样本之间的差异；其次，利用计算机优化控制系统以及转球技术在蒸煮方面取得了深入进展，在实时控制系统领域取得了较大进展，充分利用鲁棒控制进行多变量系统控制，利用直线感应电机最优解偶控制，协调感应加载自适应最优解偶控制，无功负序对称最优解偶控制等基于电压的前馈解耦控制的一系列的计算机自动
9、化技术控制；最后，利用多功能鲁棒调节技术控制无刷直流电机的速度与频率，二测伺服加载试验台控制系统鲁棒控制特性分析，凭借着草类蒸煮的计算机自动化控制模型解决了众多国际造纸业的尖端问题，提出了著名的 Smith 三大方案：即多个目标优化控制策略方案、单个目标优化控制策略方案、草类蒸煮控制与补偿方案，使无论是精密性企业、模糊性企业还是双线性企业都能从计算及自动化控制技术中受益，提高企业的造纸质量，从而推动整个行业的不断发展。 结束语 造纸业从上世纪就已经开始引进计算机自动控制技术是令人欢欣鼓舞的变革，对于提高造纸行业的劳动生产效率、并且进一步提高纸张质量来说是一个质的飞跃，计算机控制与造纸业质量的关系相辅相成，互为前提，计算机自动化控制的发展会促进造纸业质量的提高，而造纸业质量的提高也会成为计算及自动化控制研究的一个重要模型。 参考文献 1 袁红英.GPA 背景下山东省制造业国际竞争力分析与评价J.山东社会科学，2012，05：117121 2 孙婷.基于 USB 的制浆造纸过程虚拟检测平台研发D.南京林业大学，2011 3 沈一丁.造纸清洁生产的研究进展J.西北轻工业学院学报，2000（18）. 4 张志檩.国内外制造执行系统（MES）的应用与发展J.自动化博览，2004， （5）：5-14.
