Bài tập lớn hệ thống tự động hóa nhà máy giấy

Bài tập lớn hệ thống tự động hóa nhà máy giấy

BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG 1.1 Tầm quan trọng ngành sản xuất giấy Ngành giấy có vai trò quan trọng kinh tế quốc dân, định tới văn minh đất nước nói riêng toàn nhân loại nói chung Giấy công cụ lưu trữ thông tin để truyền bá từ hệ sang hệ khác Giấy góp phần quan trọng vào thúc đẩy kinh tế – xã hội khoa học – kỹ thuật phát triển Nhân loại muốn phát triển thành tự khoa học – kỹ thuật thông tin văn hóa phải phổ biến rộng rãi toàn gới, dẫn tới nhu cầu sử dụng giấy ngày tăng cao Giấy sử dụng hầu hết linh vực : Công nghiệp, giáo dục, sách báo ,y tế, Quốc phòng, sinh hoạt hàng ngày … Hàng năm, giấy mang lại nguồn lợi đáng kể cho kinh tế quốc dân 1.2 Lịch sử phát triển nhà máy giấy Bãi Bằng Công ty giấy Bãi Bằng công trình hữu nghị hai nước Việt Nam – Thụy Điển xây dựng vào năm 1974 khánh thành 26 – 11 – 1982 Được xây dựng thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ Với vị trí gần đường bộ, đường thủy đường sắt nên thuận lợi cho trình vận chuyển tiêu thụ sản phẩm Dây chuyền công nghệ xây dựng diện tích 20 ha, cung cấp giấy viết, giấy in… cho thị trường nước xuất nước Sản lượng công ty liên tục tăng cao, sau thống kê sản lượng giấy sản xuất thực tế (1992 – 2001): Hình 1.1 Sản lượng giấy sản xuất thực tế (1992 – 2001) ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY 1.3 Các sản phẩm tiêu biểu công ty giấy Bãi Bằng Công ty giấy Bãi Bằng sản xuất nhiều loại mặt hàng với chủng loại kích cỡ khác sau số sản phẩm tiêu biểu công ty : • Giấy cuộn : - Định lượng : 584100 (g/m2) - Độ trắng : /78 0ISO - ∅ cuộn : 904100 (cm) - ∅ lõi : 7.6 cm - Bao gói : 344 lớp giấy kraft • Giấy photocopy : - Định lượng : 70;80 (g/m2) - Độ trắng : /88 0ISO - Khổ giấy : Từ A4 tới A0 - Bao gói : lớp giấy kraft • Giấy kẻ ngang : - Định lượng : 58 (g/m2) - Khổ giấy : 21,5 16,5 cm, loại 48 96 trang - Bao gói : 10 – 12 hộp • Giấy tessne : Khăn lau mặt, Khăn bỏ túi, Khăn ăn - Định lượng : 1461 (g/m2) - Độ trắng : /80 0ISO - Số lớp : 243 - Độ nhăn : 20425% - Độ ẩm : 861% • Giấy toilet : - Định lượng : 1661 (g/m2) - Độ trắng : /75 0ISO - Số lớp : 142 - Độ nhăn : 20425% - Độ ẩm : 861% 1.4 Phân tích SWOT Điểm mạnh ĐK &TĐH5_K54 Điểm yếu BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY • Vị trí địa lý công ty thuận lợi để phát triển vùng nguyên liệu bột giấy; khả tận dụng giấy loại nhờ vào mạng lưới người thu mua • Tốc độ tăng trưởng cao • Nguồn nhân lực dồi giá rẻ lợi • Công suất sản xuất giấy vả bột giấy doanh nghiệp nhỏ so với nhiều doanh nghiệp khác giới lợi cạnh tranh theo quy mô • Trình độ công nghệ chưa cao dẫn đến tình trạng sản xuất chưa hiệu gây ô nhiễm môi trường Cơ hội • • Nhu cầu sử dụng giấy lớn kinh tế tiếp tục phát triển dân số Việt Nam ngày tăng Năng lực sản xuất thấp, công nghệ lạc hậu, sản xuất nước chưa đáp ứng tiêu dùng, đặc biệt nhóm sản phẩm tiêu thụ lớn Hiện nay, sản xuất nội địa đáp ứng 60% nhu cầu sản phẩm tiêu thụ giấy bao bì, giấy in, giấy viết phân khúc chất lượng thấp đến trung bình Các loại giấy chất lượng cao phải nhập Thách thức • Doanh nghiệp phải đối mặt với cạnh tranh ngày khốc liệt hàng nhập khẩu, đặc biệt phân khúc giấy cao cấp • Ngay nước, nhiều nhà máy giấy mọc lên với dây chuyền công nghệ đại để cạnh tranh yêu cầu tất yếu đặt doanh nghiệp phải cải tiến công nghệ … CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG 2.1 Tổng quan quy trình công nghệ ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất giấy Bột giấy sản xuất từ gỗ, tre nứa, sợi, giấy tái sinh…có thể sản xuất phương pháp học ,phương pháp hóa học phương pháp bán hóa học Bột giấy từ gỗ: gỗ bóc vỏ, rửa, chặt thành mảnh máy băm, lọc qua máy sàng phân loại mảnh dăm theo kích cỡ đồng Dăm gỗ sau xử lý cách mài, nghiền, nấu (phương pháp học) hóa chất (phương pháp hóa học) tạo thành bột giấy thô (chưa tẩy) Sau bột đưa tẩy trắng với mức độ tùy theo yêu cầu, pha loãng để đưa qua máy xeo cán thành giấy cuộn 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất bột giấy 2.2.1 Sử lý nguyên liệu Nguyên liệu đầu vào chủ yếu tre, nứa gỗ Tre nứa đưa từ bãi chứa vào băng chuyền rửa trước đưa vào máy chặt Tại tre nứa băm thành mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn: ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY - Chiều dài: 35 mm Chiều rông: 10 mm Chiều dày: 2,5 mm Hình 2.2 Bãi nguyên liệu tổng công ty Bãi Bằng Các mảnh đưa vào hệ thống rửa mảnh qua băng tải đến sân chứa mảnh Năng suất máy chặt tre nứa 20 tấn/h Gỗ đưa đến phận bóc vỏ băng tải xích Gỗ sau bóc vỏ rửa vào máy chặt mảnh Mảnh gỗ sau chặt có kích thước theo tiêu chuẩn tre nứa Mảnh gỗ đưa qua sàng chọn đưa sân chứa băng tải Mảnh tre nứa gỗ đưa vào nồi nấu hệ thống thổi mảnh Tùy theo yêu cầu đơn đặt hàng khách mà có tỷ lệ tre nứa gỗ khác 2.2.2 Nấu bột Bột sản xuất theo phương pháp sunphat có thu hồi hóa chất Nguyên liệu nấu nồi có hình trụ đứng Thời gian để hoàn thành chu kỳ nấu 240 phút kể thời gian nạp mảnh Bột sau nấu xong chuyển sang bể phóng Từ bột chuyển qua máy đánh tơi đưa đến phận rửa 2.2.3 Công đoạn sàng lọc Sau đánh tơi, bột đưa tới máy rửa lọc chân không Hệ thống rửa lọc chân cấu tạo lô hình trụ, tạo chân không chênh lệch áp suất Bên lô có hệ thống đường ống dẫn nước Quy trình hoạt động hệ thống rửa sau: Lô rửa quay tròn Trong trình quay, nước dùng để rửa bột theo ống dẫn đưa vào lô Do bề mặt lô có lỗ nên tạo ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY chênh lệch áp suất bên lô bên lô Do tạo chân không bên lô Do chênh lệch áp suất nên bột bám dần bề mặt lô Sau đó, bột dùng nước để rửa Sau rửa, bột rơi xuống hệ thống xoắn vít tải Từ đây, bột tới bể chứa từ bể chứa này, bột đưa lên hệ thống rửa Bột đen sau rửa đưa qua hệ thống sàng gồm sàng áp lực, sàng thu giai đoạn lọc cát Trong trình này, mấu mắt tre nứa bột sống loại khỏi bột chín, dẫn xuống sàng cô đặc xuống vít tải thải Bột chín đưa tới bể chứa chuẩn bị cho công đoạn tẩy trắng Chất độn CaCO3 sử dụng với mục đích: Nhằm cải thiện số tiêu chất lượng sản phẩm giảm chi phí sản xuất Giấy độn tăng tính quang học vật lý tờ giấy Nhờ có đường kính nhỏ, hạt độn lấp đầy lồ đan xen xơ sợi làm cho tờ giấy chặt, mềm, mịn, trắng có độ đục cao Độn sử dụng sản xuất giấy thay phần xơ sợi dẫn đến hạ giá thành sản phẩm giá thành rẻ giá thành xơ sợi Đặc biệt CaCO3 dùng sản xuất loại giấy sử dụng lâu dài có khả trung hòa axit sản sinh qúa trình lão hoá huỷ hoại tờ giấy 2.2.4 Công đoạn tẩy trắng bột Bột từ công đoạn sàng đưa vào bể chứa Từ bể chứa, bột đen đưa vào tẩy trắng Công đoạn tẩy trắng gồm giai đoạn Bột clo hóa Cl2 Sau đó, bột kiềm hóa để loại bỏ hợp chất màu Clorarlignin khỏi bột Sau kiềm hóa, bột tẩy tiếp NaClO để đạt độ trắng theo yêu cầu khoảng 74 - 78 % Để bột có độ trắng đồng theo yêu cầu phải thực quy trình tẩy trắng nghiêm túc, trì thích hợp yếu tố nồng độ bột, mức tỷ lệ hóa chất tẩy, nhiêt độ, thời gian độ pH Bột sau tẩy trắng đưa vào bể chứa để chuẩn bị cho trình nghiền 2.2.5 Công đoạn nghiền bột Bột giấy đưa qua hệ thống nghiền côn để tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả liên kết thớ sợi với nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho khả hình thành tờ giấy Sau nghiền, bột pha trộn với phụ gia: Cao lanh, nhựa thông, phèn số hóa chất khác tùy theo yêu cầu sản phẩm Bột pha trộn phụ gia bể chứa sau đưa qua hệ thống phụ trợ đưa tới hòm phun bột, bắt đầu trình sản xuất giấy ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY 2.3 Quy trình sản xuất giấy Hình 2.3 Quá trình sản xuất giấy phân xưởng xeo 2.3.1 Hòm phun bột Hình 2.4 Hòm phun bột Nhiệm vụ hòm phun bột phân phối lưu lượng bột đồng lưới với tốc độ không đổi toàn bề ngang lưới giữ cho dòng bột không bị xáo trộn để chống chảy xoáy làm phá vỡ vón cục dòng bột hình thành Ở đây, bột hình thành tờ giấy ướt có độ khô 18 - 20% 2.3.2 Bộ phận lưới Đối với máy xeo việc hình thành tờ giấy thực hai bề mặt lưới đôi Lưới rộng 4350 mm, dài 22000 mm Lưới rộng 4350 mm, dài 18000 mm Ưu điểm lưới đôi hạn chế bề mặt tự dòng chảy lưới có khả điều khiển tốt Trên phận hình thành, nước thoát hai phía ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY chiều dài tạo hình giấy có bề mặt đồng Lưới đôi sử dụng nguyên tắc tạo tờ giấy trục hút mở ( gọi trục tạo hình) Một phần tờ giấy ướt lưới lưới bao lại nên có độ căng lớn, thuận lợi thời gian tách nước độ thấm Ở máy xeo máy xeo dài, phận hình thành lưới băng chạy lô đỡ, gạt nước, foil hình thành Trên lưới, bột phân phối từ hòm phun bột Hình 2.5 Lưới 2.3.3 Bộ phận ép Ép có nghĩa tờ giấy nén học để đạt bão hòa.Ở phần nước tách nhiều khỏi tờ giấy tốt Sau công đoạn hình thành tờ giấy, tờ giấy khoảng 80% nước (độ khô 20%) Ở công đoạn ép, độ khô tăng lên đến 40% Nhiệm vụ phận ép tách nước khỏi giấy, tăng độ bền lý tờ giấy tăng liên kết xơ sợi,tăng độ nhẵn giảm độ xốp,giảm tiêu hao trình sấy Bộ phận ép có số lượng cặp ép cấu trúc khác nhau.Một cặp ép bao gồm giá đỡ lô Tờ giấy ướt chuyển trực tiếp từ lưới tới trục ép hút chân không bọc chăn tổ ép Chức quan trọng lưới ép chống tạo vết tờ giấy Từ tổ ép 1, tờ giấy chuyển tới phận ép lưới tổ ép Tổ ép gồm lưới nhựa chăn ép trục ép phía nhằm giảm áp suất thủy tĩnh tuyến ép Từ chăn ép 2, tờ giấy chuyển tới tổ ép nhẵn qua khoảng kéo hở Tổ ép chăn nên nhiệm vụ tách nước mà làm cho tờ giấy nhẵn phẳng ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.6 Bộ phận ép ướt 2.3.4 Bộ phận sấy Hình 2.7 Cấu hình lô sấy Khi tờ giấy rời phận ép có độ khô khoảng 40 % nhiệt độ từ 25 - 30 0C phận sấy lượng nước lại tách cách bốc Sấy trình sử dụng nhiệt nước bão hòa lòng lô sấy để làm bay phần nước có tờ giấy Các biện pháp sấy sử dụng là: - Sấy trực tiếp: Tờ giấy tiếp xúc với lô sấy - Sấy đối lưu: nhiệt không khí xung quanh lô sấy - Sấy tự do: Sấy khoảng sức căng hoặcgiữa lô sấy Ở giai đoạn tờ giấy sấy khô tới 94% Sau đó, tờ giấy đưa qua phận ép keo Chức khâu ép keo phủ lớp keo lên bề mặt giấy, tăng đô bóng, độ dai, bịt lỗ bề mặt tờ giấy ĐK &TĐH5_K54 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Giấy sấy khô làm nguội lô làm lạnh Sau lô ép tờ giấy căng suốt trình gia nhiệt hai trình sấy trước sấy sau (ép keo) Điều thường gây cố tờ giấy Để khắc phục cố biến đổi tờ giấy, lô bố trí thành nhóm dẫn động khác Tất lô nhóm có tốc độ Sự chênh lệch tốc độ nhóm dẫn động hiệu chỉnh theo độ căng cố tờ giấy 2.3.5 Bộ phận ép quang Bộ phận ép quang gồm hai lô quay tiếp xúc với Máy ép quang đảm bảo độ đồng đều, độ nhẵn bóng bề mặt làm tăng độ bền kéo, độ chịu bục thấm khí tờ giấy Hình 2.8 Bộ phận ép quang 2.3.6 Bộ phận cắt cuộn lại Tờ giấy hình thành sau ép quang cuộn lại vào lô kim loại có đường kính 1800 mm Các cuộn giấy chuyển sang phận máy cuộn lại cắt thành cuộn giấy thành phẩm có khổ to, nhỏ tùy theo đơn đặt hàng cuộn vào theo lõi giấy ĐK &TĐH5_K54 10 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Để nâng cao chất lượng, hiệu suất sấy hệ thống lô sấy bố trí hệ thống thông Hệ thống làm tăng khả bốc hơi nước, tối ưu hóa nhiệt lượng cung cấp.,duy trig điều kiên tốt cho phòng máy xeo giảm mù sương thoát khỏi nhà máy 3.2 Hệ điều khiển truyền động lô sấy 3.2.1 Cấu trúc hệ thống sấy Bạt dẫn giấy Giấy • Hình 3.5 Mô hình hệ thống sấy hai bạt dẫn Mục tiêu khâu sấy: Làm bay hơi nước giấy, làm cho giấy có độ cứng độ ẩm theo yêu cầu công nghệ: - Cấp nhiệt vào lô sấy - Truyền nhiệt từ lô sấy sang giấy - Thông gió để thoát nước Có hai hệ thống sấy hệ thống bạt dẫn hai bạt dẫn Hai hệ thống có ưu, nhược điểm Ưu điểm phương pháp sấy hai bạt: - Giấy nằm lô sấy bạt dẫn nên hiệu truyền nhiệt từ lô sấy lên tờ giấy nâng cao - Giấy sấy đồng vị trí tờ giấy cung cấp nhiệt theo cách giống • Nhược điểm hệ thống sấy hai bạt dẫn: • ĐK &TĐH5_K54 14 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hệ truyền động phức tạp, cồng kềnh Điều khiển phức tạp Phối hợp tải hệ truyền động khó khăn 3.2.2 Các trình cân - Hình 3.6 Quá trình truyền nhiệt từ nóng lô sấy vào tờ giấy a Cân khối lượng d ( ρ sVs ) = qs − qc − qout (1) dt d ( ρ wVw ) = qc − qw (2) dt Trong : - qS : Lưu lượng nước vào lô sấy (Kg/s) - qC : Lưu lượng nước ngưng tụ lô sấy (Kg/s) qout - :Lưu lượng (Kg/s) qW : Lưu lượng nước ngưng tụ hút (Kg/s) VS, VW : thể tích nước ngưng tụ lô sấy (m 3) ρS , ρw : khối lượng riêng nước nước ngưng (Kg/m 3) b Cân lượng d (3) ( ρ susVs ) = qs hs − qc hs dt d ( ρ w uwVw ) = qc hs − qw hw − Qm (4) dt d (5) ( mC p,mTm ) = Qm − Qp dt ĐK &TĐH5_K54 15 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Trong : Qm : công suất nhiệt cấp từ nước cho lớp vỏ kim loại lô sấy (W) QC : công suất cấp nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy (W) m : Khối lượng lô sấy (Kg) Cp,m : nhiệt dung riêng kim loại làm vỏ lô sấy (J/kg.K) Tm : nhiệt độ vỏ lô (K) US, UW : nội nước nước ngưng (J/kg) 3.2.3 Quá trình truyền nhiệt a Công suất nhiệt đưa tới lớp vỏ kim loại lô Q m = α sc Acyl (Ts − Tm ) (7) Trong : - αsc : hệ số truyền nhiệt từ nước tới tâm lớp vỏ lô sấy (W/m2.K) - Acyl : diện tích xung quang lô sấy (m2) - TS : nhiệt độ nước (K) - Tm : nhiệt độ vỏ kim loại lô sấy (K) b Công suất nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy Q p = α cp Acyl η (Tm − Tp ) (8) Trong : - Αcp : hệ số truyền nhiệt từ tâm lớp vỏ lô sấy tới tờ giấy (W/m 2.K) - Tp : nhiệt độ tờ giấy (K) η ÷ : hệ số che phủ giấy lên thành lô sấy ( 0,5 0,7 ) 3.2.4 Mô hình hóa trình Truớc hết ta giả thiết lô sấy đồng nhiệt độ, thay dổi nhiệt độ lớp nuớc ngưng tụ, vỏ lô, bề mặt tờ giấy biến dổi theo hình 3.6 Các phương trình diễn tả trình cân mô hình phi tuyến, để có mô hình đơn giản, ta có số giả thiết sau - Thứ nhất, nuớc lô sấy bão hòa.Bởi trình cân pha hơilỏng bề mặt lô liên tục có nghĩa : trạng thái biểu thị ĐK &TĐH5_K54 16 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY - - - biến trạng thái nên cần dùng phương trình cân luợng khối lượng Bỏ qua phương trình cân luợng Thứ hai, mà lưu lượng vào lô thay dổi, nhiêt độ tờ giấy thay đổi chậm theo đặc tính động học nước vỏ lò Nhưng đặc tính khâu lọc thông thấp nên nhiệt độ tờ giấy thay đổi xem số Thứ ba, thêm vào nhiệt động học nuớc nhanh nhiều so với trình vỏ lô Vậy thay trình động học lô sấy trình tĩnh Thứ tư,tổng thể tích Vs + Vw = V thể tích khoang lô sấy giả Vs ≈ V thiết lớp nước ngưng tụ nên xấp xỉ Tổng kết lại, hệ thống viết lại duới dạng hệ phuong trình sau d  dt ( ρ sVs ) = qs − qc  0 = qc hs − qw hw − Qm  d  ( mC p ,mTm ) = Qm − Q p  dt Q m = α sc Acyl (Ts − Tm )  Q p = α cp Acyl η (Tm − Tp )  Qp Loại bỏ ba biến qc, Qm từ hệ thu được:  d hs dt ( ρ sVs ) = qs hs − qw hw − α sc Acyl (Ts − Tm )   d ( mC T ) = α A (T − T ) − α A η (T − T ) p,m m sc cyl s m cp cyl m p  dt Hai biến trạng thái áp suất nhiệt độ nước hs , hw , ρ s , Ts Giả thuyết, nước lô bão hòa hàm áp suất hơi, hệ viết lại sau : d ρ s dp  = qs hs (p) − qw (p)hw (p) − α sc Acyl (Ts (p) − Tm )  hs (p) Vs dp dt    d ( mC T ) = α A (T (p) − T ) − α A η (T − T ) p ,m m sc cyl s m cp cyl m p  dt ĐK &TĐH5_K54 17 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Xét trình cân điển làm việc : 0 = q hs (p0 ) − qw (p0 ) hw (p ) − α sc Acyl (Ts (p ) − T ) s  0 0 0 = α sc Acyl (Ts (p ) − Tm ) − α cp Acyl η.(Tm − Tp ) q hs (p0 ) − qw (p0 ) hw (p0 ) ⇒ Tp0 = Tm0 − s α cp Acyl η m Tuyến tính hóa điểm làm việc :  d ρs dh dq dT  d ∆p  dhs =  qs − qw (p ) w − hw (p ) w − α sc Acyl s  ∆p + α sc Acyl ∆Tm + hs (p )∆ q s hs (p ) V dp dt dp dp dp dp 0   p= p p= p   mC d ∆Tm = α A dTs − α sc Acyl ∆Tm − α cp Acylη∆Tm sc cyl  p ,m dt dp p = p   dhs dh dq dT − qw (p0 ) w − hw (p ) w = α sc Acyl s  qs dp dp dp  dp ηα = α sc  cp Giả thuyết Mô hình trở thành :  d ρs dT  d ∆p  =  −α sc Acyl s  ∆p + α sc Acyl ∆Tm + hs (p0 )∆ q s hs (p ) V dp dt dp 0   p = p p = p   mC d ∆Tm = α A dTs − α sc Acyl ∆Tm − α cp Acylη∆Tm sc cyl  p ,m dt dp p = p  Quá trình nhiệt Qp xảy chậm so với trình truyền nhiệt Q m từ sang vỏ lò Chuyển mô hình cho sang không gian trạng thái:  x&= Ax + B∆qs   y = Cx + D∆qs Với x = [∆p ∆Tm]T Trong ma trận biểu diễn sau: ĐK &TĐH5_K54 18 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY dTs   Acyl dp −  h V d ρs s dp A=   A dTs  cyl dp   mCm, p        ;B = V     Acyl  −  mCm , p  Acyl d ρs hsV dp d ρs dp    ; C = [1 0] ; D =   Từ mô hình trạng thái rút hàm truyền lưu lượng tới áp suất lô sấy có dạng: G (s) = b1 s − a22 s+ z z λ−z = b1 = b1  + ÷ s (s− a11 − a12 ) s (s+ λ )  s s+λ  Với hệ số : dT  Acyl s  α A A dp b1 = ; z = − a22 = sc cyl ; λ = − a11 − a12 = α sc  + cyl d ρs mCm, p  h V d ρ s mCm , p V  s dp dp   ÷ ÷ ÷ ÷  Hàm truyền kết hợp khâu tích phân khâu có đặc tính lead-lag tùy −λ thuộc vào vị trí điểm cực điểm không – z Có thể đưa dạng chuẩn mô hình- IPZ(mô hình chứa khâu tích phân , điểm cực, điểm không.) G (s) = kv kv = + sT1 − sL e s (1 + sT2 ) mCm, p hsV mCm , p d ρs dp mCm , p hs ; T1 = ; T2 = dTs d ρs A  dT d ρs  cyl + hsV α sc Acyl  mCm, p s + hsV dp dp dp dp ÷   Hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dày lớp nước ngưng tụ độ nhiễu loạn phân tử nước nên thực tế khó xác định Nên thường sử dụng từ liệu thực tế dựa kinh nghiệm thiết kế, điều khiển ĐK &TĐH5_K54 19 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY 3.3 Vòng điều khiển áp suất nước ngưng tụ 3.3.1 Sách lược điều chỉnh phân xưởng sấy Mục đích hệ điều khiển áp suất nước ngưng tụ hay điều khiển cân pha lô sấy mục đích để cung cấp công suất nhiệt để làm bay nước giấy để đạt tiêu chất lượng mong muốn Hình 3.7 Mô hình nhóm lô sấy, van điều khiển van Các lô sấy trình chia thành nhiều nhóm khác nhau, từ 5-10 nhóm Mỗi nhóm điều khiển điều khiển độc lập Khi mà nước lô sấy bão hòa trình tạo nước ngưng tụ mặt lô liên tục, có tương quan áp suất nhiệt độ nước Điều khiển áp suất đơn giản lô sấy lấy dòng nước áp suất cao cho vào nhóm lô sấy, đầu đưa tới phận ngưng Việc điều khiẻn điều khiển riêng rẽ áp suất nhóm hoàn toàn không phụ thuộc lẫn nhau, đổi lại hiệu suất sử dụng thấp Trong thực tế, nhóm lô sấy làm việc với áp suất khác bố trí theo hệ thống phân tầng ( cascade ), cách bố trí hiệu để tận dụng lượng sấy Trong cấu hình sấy sau sử dụng nhóm có áp suất làm việc cao đưa tới sử dụng lại nhóm sấy có áp suất làm việc thấp ĐK &TĐH5_K54 20 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.8 Hệ thống sấy với cấu trúc đơn giản gồm nhóm sấy nối tầng Hình mô tả hệ sấy bao gồm hai nhóm sấy: nhóm A nhóm B Trong nhóm sấy A hoạt động áp suất cao nhóm B, qua nhóm sấy A thứ Tank A dẫn tới lô sấy nhóm B Bộ điều chỉnh áp suất PC2 điều chỉnh van để thứ kết hợp với nhằm đạt áp suất mong muốn vào nhóm sấy B Như để làm điều phải có khác áp suất hai nhóm sấy để thứ qua van PDC, khác phụ thuộc vào điểm làm việc cấu tạo máy sấy Sự chênh áp đầu vào đầu nhóm sấy A giám sát điều khiển PDC để đảm bảo trình ngưng xảy Ở nhóm B nhóm có áp suất làm việc thấp nên Tank B có nhiệm vụ dẫn nước ngưng bình ngưng, để thực điều áp suất bình ngưng phải thấp áp suất TankB Từ phân tích ta thấy nhược điểm hệ phát sinh đầu nối hai vòng điều khiển khác nhau, tạo nhiễu cho toàn hệ thống Trên thực tế, việc sử dụng lại nguyên liệu đem lại số ảnh hưởng tới đặc tính động học hệ thống hầu hết trường hợp tạo tín hiệu phản hồi dương Nhưng lý tiết kiệm lượng nên thực tế cấu trúc Cascade làm giải pháp thường sử dụng Nhằm khắc phục nhược điểm cấu hình Cascade trên, thực tế người ta sử dụng thêm nén Bộ nén có nhiệm vụ làm ổn định áp suất đưa vào lô sấy nhóm Bằng cách thứ chuyển tới nhóm lô sấy độc lập không bị ảnh hưởng từ nhóm lô khác Cấu hình mô tả sau: ĐK &TĐH5_K54 21 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.9 Sơ đồ nhóm sấy với máy nén ổn định áp suất Bộ điều khiển áp suất PC sử dụng cấp quay vòng từ nén có khả sử dụng từ lò để cấp trực tiếp cho nhóm lô sấy cần thiết.Theo cách tương tự vậy, điều khiển PDC dẫn thứ thoát sau lô dẫn tới nén dẫn tới phận ngưng đứt giấy nhu cầu làm khô giảm Ngòai hai điều khiển áp suất PC PDC nêu trên, hệ điều khiển cấp ngưng có hàng loạt điều khiển mức LC thực trì mức nước ngưng không đổi theo yêu cầu công nghệ bình ngưng chứa nước sau khỏi lô sấy Các điều khiển mức LC hoạt động độc lập không ảnh hưởng trực tiếp tới trình điều khiển độ ẩm giấy Một sơ đồ P&ID phân xưởng sấy xây dựng theo cấu trúc nối tầng có sử dụng máy nén ĐK &TĐH5_K54 22 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.10 Sơ đồ P&ID hệ thống sấy có cấu trúc nối tầng nhóm sấy Trong sơ đồ P&ID này, hệ thống sấy chia thành nhóm sấy khác Có nhiều vòng lặp điều khiển vòng lặp chủ yếu vòng điều khiển áp suất Cùng với vòng điều khiển mức bình ngưng, điểu khiển áp suất nguồn từ máy cấp hơi, điều khiển chênh lệch áp suất nhóm lô sấy… 3.3.2 Thiết kế điều khiển áp suất Vòng điều chỉnh áp suất vòng điều chỉnh quan trọng định tới chất lượng sấy hệ thống sấy Trong phần trước ta mô hình hóa hàm truyền từ lưu lượng đầu vào tới áp suất lô sấy có dạng hàm truyền IPZ G (s) = kv + sT1 − sL e s (1 + sT2 ) Bộ điều khiển kinh điển áp dụng công nghiệp, thêm vào hệ số β γ để người điều khiển dễ chỉnh định trình điều khiển hoạt động uc (t) = k c ( β r (t) − y(t) ) + kc Ti ∫ ( r (t) − y(t) ) dt + k T c d d ( γ r (t) − y(t) ) dt Kc , kd , Ti , Td , β , γ: tham số cần xác định - Thông thường β = γ = : loại bỏ ảnh hưởng vi phân lên tín hiệu chủ đạo ĐK &TĐH5_K54 23 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.11 Cấu trúc điều khiển PID điều khiển áp suất Trong hàm truyền     1 C ff (s) = k c  β + + sγ Td ÷ ; Cc (s) = k c 1 + + sTd ÷ sTi    sTi  3.3.3 Vòng điều khiển độ ẩm Độ ẩm giấy điều khiển áp suất hệ thống lô sấy Khi hệ trình sấy chia thành nhóm điều khiển độc lập, hệ thống multiinput-single-output (MISO) Điều có nghĩa trình sấy có nhiều đơn vị tự phương diện điều khiển Theo cách truyền thống, điều giải việc đặt tất điều khiển áp suất theo tín hiệu Bộ điều khiển độ ẩm điều chỉnh lượng đặt áp suất nhóm lô sấy nhóm lại phải theo nó, hệ thống điểu khiển độ ẩm trở thành singleinput-single-output (SISO) Hình 2.6 ra, điều thực với máy quét Nhóm sấy (được gọi lead group) hoạt động áp suất cao nhận tín hiệu điều khiển từ điều khiển độ ẩm Lượng đặt nhóm khác tính toán từ giá trị đó, theo hàm tỉ ệ hàm toán học khác ĐK &TĐH5_K54 24 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.12 Ví dụ phân phối áp suất trình sấy Mục đích việc giải việc Thứ nhất, mối quan hệ áp suất nhóm lô sấy cung cấp điều kiện thuận lợi cho hàm hệ thống tầng Thứ hai, điều điều quan trọng cho khả di chuyển chất lượng tờ giấy Hình 3.13 Vòng điều khiển trình truyền nhiệt Vòng điều khiển độ ẩm giấy vòng điều khiển tầng Vòng bên điều khiển áp suất lô sấy Việc thường thực điều khiển PI PID Ở vòng điều khiển bù trễ dựa mô hình tổng quan, tiêu biểu điều khiển mô hình nội IMC [Morari and Zafirous, 1989] Bộ IMC điều khiển độ ẩm giấy, việc đưa giá trị đặt tới điều khiển PID vòng Một phân từ áp suất lô sấy có lượng lớn biến ảnh hưởng đến độ ẩm giấy: tốc độ quay lô sấy, độ dầy giấy, độ ẩm giấy sau trình ép không đồng đều, điều kiện bao giấy, căng giấy,… Một vài nhiễu điều khiển tốc độ quay lô sấy, độ dày giấy điều khiển feedforward Một vài biến khác khó đo, giảm điều khiển feedback ĐK &TĐH5_K54 25 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY CHƯƠNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CÔNG SUẤT HỆ THỐNG SẤY Nâng cao chất lượng điều khiển Giải pháp sử dụng điều khiển PID có thêm thành phần feedforward để cải thiện chất lượng đáp ứng tín hiệu đặt.Thành phần feedforward thông thường dùng để giảm bớt ảnh hưởng nhiễu đo, nhiễu hệ thống Nhưng có có tác dụng cải thiện đáp ứng hệ thống với tín hiệu đặt.Ở chương trước ta có điều khiển PID có tham số , β, γ thể thành phần feedforward mà ta trình bày kĩ phần 4.1 Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển có thêm thành phần feedforward Hàm truyền kín hệ thống : Gry (s) = P (CM y + M u ) + PC = My + PM u − M y + PC My : đáp ứng mà hệ thống kín mong muốn từ tín hiệu đặt trước Loại bỏ thành phần bậc cao M u = P −1M y Để Mu thực được, My phải có thời gian trễ lớn thời gian trễ hệ thống điểm cực nhỏ M y phải lớn điểm cực lớn P Khi P có dạng hàm truyền IPZ : P = kv + sT1 − sL e s(1 + s T2 ) Chọn dạng đáp ứng hệ kín khâu quán tính bậc My = e − sL + sTcl ĐK &TĐH5_K54 26 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Khi ta có : Mu = Tcl − T2 s (1 + s T2 ) T2 T1 − T2 = + − kv (1 + s T1 )(1 + s Tcl ) kvT1Tcl kvT1 (T1 − Tcl )(1 + sTcl ) kvT1 (T1 − Tcl )(1 + sT1 ) u ff Có thể xem thành phần tổng số với hai khâu lọc thông thấp u ff việc tính toán thành phần không phụ thuộc vào điều khiển phản hồ C Dưới điều u fb kiện lý tưởng, tín hiệu giữ số tín hiệu đặt r(t) thay đổi Vai trò C làm cho hệ thống bền vững chống lại nhiệu đo 4.2 Nâng cao công suất Thực Gắn thêm phá nước ngưng vào lô sấy Tăng công suất • Khi tốc độ giấy < 400 m/phút, công ÷ suất tăng 2% • Khi tốc độ giấy 600m/phút,công ÷ suất tăng 12% • Khi tốc độ máy 900m/phút,công ÷ Cải thiện loại nước ngưng: vành(xấu) thác đổ (bình thường) Thông gió túi sấy: xấu ⇒ ⇒ ⇒ suất tăng 10 20% Công suất tăng đáng kể pudding (tốt) tốt • Chạy giấy định lượng mỏng, công ÷ suất tăng 15% • Chạy giấy định lượng cao, công ÷ suất tăng 5% Sức căng bạt sấy Tăng từ 1,5 kN/m, công suất tăng 1% • Tăng từ kN/m, công suất tăng 4% ĐK &TĐH5_K54 ÷ ÷ Tăng từ 0,5 2kN/m , công suất tăng 12% Tăng đáng kể sấy định lượng thấp, tăng với sấy định lượng cao • Gắn thêm bạt sấy lô sấy ÷ • 27 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY MỤC LỤC ĐK &TĐH5_K54 28 [...]...BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 2.10 Bộ phận cắt cuộn lại Từ các cuộn giấy lớn, giấy được chuyển sang phân xưởng hoàn thành để gia công thành các sản phẩm theo đặt hàng: Giấy khổ A3, giấy RAM A4, vở học sinh… Hiện tại, phân xưởng hoàn thành có 1 máy đóng giấy cuộn các cỡ, 2 máy A3, 2 máy xén và đóng giấy A4 cao cấp, được tự động hóa hoàn toàn và sản phẩm... 3.4 Sấy giấy trên lô sấy Khi giấy được gia nhiệt bởi các lô sấy, nước ở giữa và bên trong sơ sợi sẽ chuyển thành hơi Trong khoảng trống kéo giấy giữa các lô sấy, hơi nước thoát ra khỏi tờ giấy Nhiệt độ cao hay thông gió nhiều sẽ thúc đẩy quá trình bốc hơi nước ĐK &TĐH5_K54 13 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Để nâng cao chất lượng, hiệu suất sấy thì hệ thống lô sấy được bố trí hệ thống. .. được cung cấp nhiệt theo cách giống nhau • Nhược điểm của hệ thống sấy hai bạt dẫn: • ĐK &TĐH5_K54 14 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hệ truyền động phức tạp, cồng kềnh Điều khiển phức tạp Phối hợp tải trong hệ truyền động rất khó khăn 3.2.2 Các quá trình cân bằng - Hình 3.6 Quá trình truyền nhiệt từ hơi nóng của lô sấy vào tờ giấy a Cân bằng khối lượng d ( ρ sVs ) = qs − qc − qout (1)... và không ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình điều khiển độ ẩm của giấy Một sơ đồ P&ID cơ bản của một phân xưởng sấy được xây dựng theo cấu trúc nối tầng có sử dụng máy nén hơi ĐK &TĐH5_K54 22 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.10 Sơ đồ P&ID của 1 hệ thống sấy có cấu trúc nối tầng các nhóm sấy Trong sơ đồ P&ID này, hệ thống sấy được chia thành 6 nhóm sấy khác nhau Có nhiều vòng lặp... cao cấp, được tự động hóa hoàn toàn và sản phẩm làm ra có chất lượng cao Máy đóng vở học sinh hiện tại không còn được sử dụng do vấn đề vệ sinh môi trường và hiệu quả không cao CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SẤY GIẤY 3.1 Tìm hiểu về lô sấy ĐK &TĐH5_K54 11 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.1 a)Cấu tạo bên trong lô giấy b) Các quá trình trong lô sấy Lô sấy là một ngăn có áp lực được cấp... hệ thống thông hơi Hệ thống này làm tăng khả năng bốc hơi của hơi nước, tối ưu hóa được nhiệt lượng cung cấp.,duy trig điều kiên tốt cho phòng máy xeo và giảm mù sương thoát ra khỏi nhà máy 3.2 Hệ điều khiển truyền động lô sấy 3.2.1 Cấu trúc của hệ thống sấy Bạt dẫn giấy Giấy • Hình 3.5 Mô hình hệ thống sấy hai bạt dẫn Mục tiêu của khâu sấy: Làm bay hơi hơi nước trong giấy, làm cho giấy có độ cứng và... khác nhau có thể được bố trí theo hệ thống phân tầng ( cascade ), đây là cách bố trí hiệu quả để có thế tận dụng được năng lượng hơi sấy Trong cấu hình này hơi sấy sau khi sử dụng ở trong nhóm có áp suất hơi làm việc cao được đưa tới sử dụng lại ở nhóm sấy có áp suất hơi làm việc thấp hơn ĐK &TĐH5_K54 20 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.8 Hệ thống sấy với cấu trúc đơn giản nhất... 16 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY - - - bằng 1 biến trạng thái duy nhất nên chỉ cần dùng 1 trong 2 phương trình cân bằng năng luợng hoặc khối lượng Bỏ qua phương trình cân bằng năng luợng Thứ hai, khi mà lưu lượng hơi vào trong lô thay dổi, nhiêt độ của tờ giấy cũng thay đổi chậm theo đặc tính động học của hơi nước và vỏ lò Nhưng do đặc tính khâu lọc thông thấp nên nhiệt độ tờ giấy. .. nhóm lô khác Cấu hình được mô tả như sau: ĐK &TĐH5_K54 21 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.9 Sơ đồ 1 nhóm sấy với máy nén hơi ổn định áp suất Bộ điều khiển áp suất PC sử dụng hơi cấp quay vòng từ bộ nén hơi nhưng nó cũng có khả năng sử dụng hơi từ lò hơi để cấp trực tiếp cho các nhóm lô sấy khi cần thiết.Theo cách tương tự như vậy, bộ điều khiển PDC dẫn hơi thứ thoát ra sau các... thêm vào các hệ số β và γ để người điều khiển dễ chỉnh định hơn trong quá trình bộ điều khiển hoạt động uc (t) = k c ( β r (t) − y(t) ) + kc Ti ∫ ( r (t) − y(t) ) dt + k T c d d ( γ r (t) − y(t) ) dt Kc , kd , Ti , Td , β , γ: là các tham số cần xác định - Thông thường β = 1 γ = 0 : loại bỏ ảnh hưởng của vi phân lên tín hiệu chủ đạo ĐK &TĐH5_K54 23 BÀI TẬP LỚN: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY Hình 3.11