I Các giải pháp điều khiển
2- Bài toán 2: Điều khiển tự động nồngđộ bột giấy ở giai đoạn hình thành giấy
trên máy Cell. (Điều khiển tốc độ bơm quạt)
2.1 - Lựa chọn giải pháp
Như đã trình bày trong phần công nghệ sản xuất, giai đoạn hình thành giấy trên phân xưởng Xeo là giai đoạn hình thành nên tờ giấy ướt với đầy đủ các phẩm chất của giấy như độ dày, độ đồng đều theo mọi chiều. Sự đồng đều của tờ giấy theo mọi chiều thể hiện ở độ dày của tờ giấy là như nhau theo cả chiều ngang cũng như chiều dài của băng giấy. Còn độ mịn của tờ giấy phụ thuộc vào sự tinh, mịn của bột giấy thuộc về quá trình sàng, nghiền trong giai đoạn chuẩn bị bột trước đó. Vậy độ đồng đều của tờ giấy phụ thuộc như thế nào vào sự hoạt động của phân xưởng Xeo?
Sự đồng đều theo chiều ngang khổ giấy phụ thuộc vào sự đồng đều của bột giấy trong hỗn hợp trong bể lô. Còn sự đồng đều của giấy theo chiều dài băng giấy phụ thuộc vào 2 yếu tố sau:
• Tốc độ của máy Xeo
• Nồng độ của hỗn hợp bột trong bể lô
Sự phụ thuộc này có thể giải thích như sau:
Với một nồng độ của hỗn hợp bột giấy cố định thì tốc độ của máy Xeo hay tốc độ của lô lưới nhanh hay chậm sẽ quyết định lượng bột giấy cuốn theo lưới dính lên chăn là ít hay nhiều, từ đó sẽ dẫn đến việc độ dày của dày là mỏng hay dày. Còn nếu với một tốc độ cố định của lô lưới thì lượng bột giấy dính lên chăn nhiều hay ít dẫn đến độ dày của tờ giấy là dày hay mỏng phụ thuộc vào nồng độ hỗn hợp giấy là cao hay thấp
Từ những phân tích trên, đưa đến 2 phương thức điều khiển như sau: • Phương pháp 1: Giữ cố định nồng độ hỗn hợp và thay đổi tốc độ máy Xeo. • Phương pháp 2: Giữ cố định tốc độ máy Xeo và thay đổi nồng độ hỗn hợp.
Tuỳ theo đặc điểm của từng loại giấy, nguyên liệu sử dụng sẽ khác nhau dẫn đến bột giấy là khác nhau. Như vậy, quan hệ giữa độ dày của giấy với nồng độ hỗn hợp bột và tốc độ máy Xeo là không cố định mà phụ thuộc vào từng loại giấy. Mối quan hệ này do kỹ sư công nghệ giấy tính toán và không liên quan đến vấn đề điều khiển. Vì vậy nhiệm vụ thiết kế hệ thống điều khiển chỉ là ổn định giá trị tốc độ máy Xeo (hay nồng độ hỗn hợp) ứng với một giá trị nồng độ hỗn hợp (hay tốc độ máy Xeo) giữ cố định theo một giá trị đặt trước mà giá trị đặt trước này đã được tính toán hợp lý theo công nghệ.
Tuy nhiên, tốc độ của máy Xeo còn phụ thuộc vào năng suất sản xuất của nhà máy (số mét giấy sản xuất trong một phút). Ngoài ra tốc độ của lô lưới nếu thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi tốc độ của toàn bộ phân xưởng Xeo bao gồm các bộ phận ép và sấy. Sự thay đổi này rất khó thực hiện vì trong các bộ phận ép và sấy có các trục lô có quán tính lớn, rất khó có thể thay đổi tốc độ một cách trơn tru và nhanh chóng. Hơn nữa, còn cần phải đảm bảo năng suất sản xuất của nhà máy. Vì vậy việc lựa chọn giải pháp điều khiển theo phương pháp thứ nhất: giữ cố định nồng độ và thay đổi tốc độ máy Xeo là không hợp lý và không khả thi; và ta sẽ lựa chọn giải pháp điều khiển theo phương pháp thứ hai: giữ cố định tốc độ máy và thay đổi nồng độ của hỗn hợp.
Bộ phận hình thành giấy có 6 bể lô ứng với 6 lớp giấy; và ứng với 6 bể lô là 6 đường ống cấp liệu từ bể treo trên cao STUFF BOX (thực hiện quá trình điều khiển tinh nồng độ, đã nêu ở trên) đưa xuống. Như vậy hệ thống điều khiển ở đây đòi hỏi phải có 6 bộ điều khiển. Tuy nhiên trên thực tế chỉ cần 5 bộ điều khiển do có 2 bể lô thuộc lớp giữa dùng chung một đường cấp liệu và năm bộ điều khiển hoạt động với cùng một thuật toán điều khiển như nhau.
vòng hỗn hợp này nhằm mục đích đảm bảo mức hỗn hợp trong bình không bị vượt ngưỡng. Hỗn hợp rút ra này có nồng độ thấp hơn yêu cầu (do đã có một phần bột được đưa lên chăn để tạo giấy), nói một cách khác, nồng độ của hỗn hợp trong bể lô luôn giảm đi. Và vì hỗn hợp đưa từ bể STUFF BOX xuống có nồng độ khá cao (khoảng 3%) trong đó nồng độ yêu cầu trong bể lô chỉ khoảng 0.4 đến 0.6 %. Như vậy rõ ràng là hỗn hợp sau khi pha loãng lần cuối này vẫn có nồng độ cao hơn nồng độ hỗn hợp trong bể lô. Từ đó ta nhận thấy rằng có thể điều khiển được (làm đặc lên) nồng độ hỗn hợp trong bể lô bằng cách đưa thêm vào bể một lượng bột giấy nào đó. Và lượng bột giấy đưa thêm vào nhiều hay ít phụ thuộc vào 2 yếu tố là lưu lượng hỗn hợp chứa bột và nồng độ của hỗn hợp.
Như vậy ở đây lại tiếp tục nảy sinh 2 sự lựa chọn:
• Thứ nhất: giữ cố định lưu lượng hỗn hợp và thay đổi nồng độ của hỗn hợp. Nồng độ của hỗn hợp lại được quyết đinh bởi tỉ lệ lưu lượng giữa dòng liệu đưa ra từ bể lô và dòng liệu đưa từ bể STUFF BOX xuống. Tỉ lệ này lại được điều chỉnh bằng cách thay đổi van cấp liệu nằm trên đường ống dẫn liệu đưa xuống từ bể STUFF BOX. Kết luận, phương pháp này là giữ cố định lưu lượng hỗn hợp đưa vào bể và thay đổi độ mở van cấp liệu.
• Thứ hai: giữ cố định nồng độ và thay đổi lưu lượng hỗn hợp cấp vào bể. Ngược lại với phân tích ở trên, ta giữ nguyên độ mở van cấp liệu, tức là giữ nguyên nồng độ hộn hợp sau khi pha loãng lần cuối và thay đổi tốc độ máy bơm (bơm quạt) để thay đổi lưu lượng hỗn hợp đưa vào bể lô. Rõ ràng là khi tăng hay giảm lượng hỗn hợp có nồngđộ cao hơn (tức là tăng hay giảm lượng bột giấy) đưa vào một hỗn hợp có nồng độ thấp hơp thì nồng độ của hỗn hợp cuối cùng tức là hỗn hợp trong bể lô cũng sẽ thay đổi. Kết lại, phương pháp này là giữ cố định độ mở van cấp liệu và thay đổi tốc độ của máy bơm cấp liệu (bơm quạt)
Nếu đặt chỉ tiêu độ tin cậy và chất lượng điều khiển lên hàng đầu thì giải pháp tốt nhất là lựa chọn theo phương pháp thức nhất tức là điều khiển vòng kín việc phản hồi giá trị nồng độ thực tế trong bể lô về bộ điều khiển so sánh với giá trị đặt rồi đưa ra tín hiệu điều khiển để điều khiển van cấp liệu.
Phương pháp này tuy có chất lượng cao nhưng lại yêu cầu vốn đầu tư ban