【摘要】：近些年來,隨著人民生活水平的改善,生活用紙的需求量逐年上升,因而也促進了生活用紙業(yè)的發(fā)展。然而,生活用紙生產(chǎn)過程中需要消耗大量能源,在提倡低碳環(huán)保的時代背景下,實現(xiàn)節(jié)能降耗,推進綠色生產(chǎn)乃是造紙行業(yè)的首要任務(wù)。生活用紙機干燥部是造紙工藝中主要能耗工段,其蒸汽消耗量占造紙過程總汽耗量的50%以上。研究表明,烘缸進出口差壓與氣罩零位是生活用紙機干燥部中的重要過程控制變量,其控制效果直接影響能耗及成紙質(zhì)量。由于它們具有時滯性、時變性、非線性等特性,常規(guī)PID控制難以達到理想的控制效果。分析表明,PID控制能否適用于時滯性、時變性、非線性被控對象取決于PID參數(shù)的整定,模糊免疫算法是將模糊控制與免疫反饋機理結(jié)合的智能算法,它可以根據(jù)被控對象特性在線自動整定PID參數(shù),能使時滯性、時變性、非線性被控對象獲得良好的控制效果。在陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程項目(2016KTCQ01-35)的資助下,本文對模糊免疫算法進行研究,并將研究成果應(yīng)用到河北保定某生活用紙機干燥部,改善了系統(tǒng)的控制效果,降低了干燥部能耗。論文的工作如下:(1)生活用紙機干燥部能耗影響因素及過程變量分析概述生活用紙機干燥部系統(tǒng)的工藝流程,分析干燥部能耗影響因素,建立干燥部能耗模型。分析烘缸進出口差壓與氣罩零位的特性,采用實驗測試法分別建立二者的數(shù)學(xué)模型,并對前者設(shè)計一種模糊免疫PID控制方案,后者設(shè)計一種模糊免疫前饋反饋控制方案。(2)基于模糊免疫算法的PID參數(shù)整定針對工業(yè)過程控制中時滯性、時變性和非線性被控對象的控制問題,在分析模糊控制及免疫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于模糊免疫算法的PID參數(shù)(Fuzzy Immune PID,FI-PID)整定方法。針對工業(yè)過程控制常見模型,包括烘缸進出口差壓控制模型,將FI-PID算法與Z-N法、免疫PID(Immune PID,I-PID)算法及模糊PID(Fuzzy PID,F-PID)算法進行仿真實驗對比,結(jié)果表明,基于FI-PID算法的系統(tǒng)設(shè)定值跟蹤性能、抗干擾性能、魯棒性能更為優(yōu)越。(3)基于遺傳算法的免疫參數(shù)優(yōu)化研究在模糊免疫算法中,對免疫參數(shù)的選取方式常用經(jīng)驗試湊法,該方法耗時長,且得到參數(shù)未必為最優(yōu)值。為解決免疫參數(shù)選定不當(dāng)而導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢、超調(diào)量較大的問題,選擇具有全局尋優(yōu)特性的遺傳算法對免疫參數(shù)進行優(yōu)化,設(shè)計一種遺傳模糊免疫PID算法(Genentic Fuzzy Immune PID,GFI-PID)。針對工業(yè)過程控制常見模型,包括烘缸進出口差壓控制模型,將該算法與FI-PID進行仿真對比,結(jié)果表明,GFI-PID令系統(tǒng)的控制性能得到了改善。將改進后的算法與前饋反饋結(jié)合,設(shè)計一種模糊免疫前饋反饋(Fuzzy Immune Feedforward Feedback,FIFF)控制方案對氣罩零位系統(tǒng)進行仿真,結(jié)果表明,與常規(guī)控制方法相比,FIFF控制效果更好。(4)生活用紙機干燥部控制系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)分析生活用紙機干燥部系統(tǒng)控制要點,給出相應(yīng)的控制方案。以SIEMENS S7-300PLC為主體控制硬件,STEP7與WinCC為開發(fā)軟件,完成一套紙機干燥部DCS系統(tǒng)的設(shè)計�；贠PC技術(shù)實現(xiàn)了MATLAB與WinCC的通訊,并將模糊免疫PID算法成功應(yīng)用到生活用紙機干燥部控制系統(tǒng)中。本課題研究成果已應(yīng)用到河北保定某生活用紙廠,運行結(jié)果表明,烘缸進出口差壓波動范圍在4%以內(nèi),氣罩零位差壓波動范圍在3%以內(nèi),偏差合理,得到良好的控制效果。應(yīng)用結(jié)果表明,噸紙蒸汽消耗量下降了約9.1%,取得了較好的經(jīng)濟效益。
【圖文】：

進而達到蒸發(fā)水分的目的，這種方式稱為對流干燥。濕紙幅在烘缸干燥區(qū)域示意圖如圖2-1 所示[56]，濕紙幅進入 ab 段時，，以接觸干燥方式為主，濕紙幅進入 bc 段時，由兩種干燥方式共同作用，濕紙幅進入 cd 段時，以接觸干燥方式為主。圖 2-1 烘缸干燥區(qū)域示意圖Fig. 2-1 Dry area sketch of dryer圖 2-2 為生活用紙生產(chǎn)工藝流程圖，主要設(shè)備包括烘缸、密閉氣罩、導(dǎo)輥、真空托輥、卷取輥，還包括圖中未表示出來的閃蒸罐、熱泵、排風(fēng)機、送風(fēng)機等設(shè)備。濕紙幅完成壓榨脫水后被送入干燥部，一?

圖 2-2 生活用紙機生產(chǎn)工藝流程圖Fig. 2-2 Production process flow chart of tissue machine汽冷凝水系統(tǒng)活用紙機干燥部系統(tǒng)主要由蒸汽冷凝水系統(tǒng)及通風(fēng)熱回收系統(tǒng)兩部分組成系統(tǒng)工藝流程如圖 2-3 所示，系統(tǒng)中包括烘缸、進汽閥、排汽閥、閃蒸罐泵等設(shè)備。烘缸新鮮蒸汽DPIC101DPT排汽閥排至大氣熱泵補汽閥
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TS73;TP273

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本文編號：2690177