纸浆浓度的系统设计说明
纸浆浓度的系统设计说明
目录一、设计背景 (1)二、纸浆浓度控制系统的数学模型及工作原理............ 错误!未定义书签。
2.1纸浆浓度控制系统的数学模型·····························2.2纸浆浓度控制系统的工作原理·································三、单片机硬件电路.................................. 错误!未定义书签。
3.1ADC0809模数转换器 ........................... 错误!未定义书签。
3.2选择芯片89C51 ............................... 错误!未定义书签。
3.3蜂鸣器··················································3.4硬件原理图···············································五、主要程序........................................ 错误!未定义书签。
第04章 制浆造纸过程中的简单调节系统
第4章制浆造纸过程中的简单调节系统纸是日常生活中不可缺少的重要消费品，也是工业生产的重要原料和包装材料。
随着社会生产水平和人们物质文化生活水平的提高，对纸产品的产量和质量要求越来越高。
为了提高纸的产量和质量，人们不断采用新的造纸工艺和设备，扩大纸机规模，提高纸机车速。
另一方面，日益严重的世界性能源紧张和工业污染问题迫使能量消耗多、污染影响大的制浆造纸工业采取各种措施来减少污染、降低能耗。
这样，就使得整个制浆造纸生产过程变得越来越复杂，人工操作已很难保证达到所要求的产品质量。
因此，自动控制系统将在生产中发挥越来越重要的作用。
造纸过程控制的意义，还着重表现在制浆、碱回收、黑液提取、漂白、抄纸等生产过程的局部控制上，这些内容将在以后论述各个工段的控制时详细说明。
本章介绍简单调节系统，它是由一台变送器、一台调节器和一台执行器与一个调节对象构成的一个闭环调节系统。
因为被调参数只有一个，所以又称单参数自动调节系统。
这种调节系统在自动调节系统中占有相当大的比重，例如某造纸厂有自动调节系统162条，其中简单系统137条，占总数的85%。
简单系统是生产过程自动化的基本环节，因此，简单自动调节系统，在自动化事业中，占有重要地位。
4.1 简单调节系统的基本问题4.1.1 制浆造纸过程对象的特性造纸过程是一个复杂的传质传热过程，造纸对象是一个复杂的多变量控制对象。
造纸过程有十多个被控变量，但两个基本指标是定量和水分，影响这两个指标的因素有30多个，如纸浆的打浆度、湿重、浓度和流量，白水的浓度和流量，填料的浓度和流量，蒸汽的过热度、压力和流量，敞开网前箱的浓度、液位和温度，封闭网前箱的总压、液位和上部空间压力，铜网部的真空度，压榨部的线压力，烘干部的烘缸表面温度，胶液的浓度和流量，纸机的车速，空气的温度和湿度，铜网和毛毯的磨损与老化等，都会影响成纸的定量和水分。
在如此之多的影响因素中，通常选择纸浆流量（浆料阀）和蒸汽流量（蒸汽阀）作为整机控制的控制变量。
基于单片机的造纸纸浆液位控制系统结构设计
基于单片机的造纸纸浆液位控制系统结构设计随着科技的不断进步和制造业的快速发展，控制系统在各个领域中都起到了至关重要的作用。
造纸工业作为重要的基础产业之一，纸浆液位控制在纸张生产过程中扮演着关键的角色。
本文将基于单片机的控制技术，设计一个可靠高效的造纸纸浆液位控制系统结构。
一、系统概述本系统旨在具备自动化控制纸浆液位的功能，以确保纸张生产过程中的稳定性和质量。
基于单片机控制技术，通过感应器探测纸浆液位数据并传输给控制单元，通过控制单元对阀门进行自动控制以达到设定的液位。
系统结构如下图所示：[插入相应结构图]二、系统硬件设计1. 传感器为了准确地感知纸浆液位，我们选择使用压力传感器作为主要的感应器。
压力传感器可以转换为电信号，方便单片机读取。
同时，将压力传感器与工作环境密封，以防止纸浆对传感器的腐蚀。
2. 单片机本系统采用先进的单片机作为控制核心，如STC89C52。
单片机具备较高的运算能力和控制精度，能够满足系统对于实时性和可靠性的要求。
3. 阀门控制为了实现对纸浆液位的精确控制，我们采用可调节电磁阀门进行控制。
单片机通过控制电磁阀门的开关状态，来调节液位。
4. 人机界面为了方便操作和监控，我们设计了一个人机界面终端。
采用液晶显示屏显示液位数据和系统状态，并提供按键用于操作参数设置和系统开关。
三、系统软件设计1. 硬件驱动程序首先，我们需要编写硬件驱动程序以实现单片机对传感器和电磁阀门的控制。
通过单片机的IO口读取传感器的电压值，并进行相应的数值处理，以获得准确的液位数据。
同时，通过控制IO口的输出状态，可以控制电磁阀门的开关。
2. 控制算法为了保持纸浆液位的稳定性，我们需要设计一个合适的控制算法。
可以采用PID控制算法，根据液位数据的误差和漏斗速度，通过计算得到控制输出，来调整电磁阀门的开关状态。
3. 人机交互程序为了方便操作者与系统进行交互，我们需要编写人机交互程序。
通过液晶显示屏显示液位数据和系统状态，并提供按键操作界面，实现参数设置、启停控制等功能。
纸浆浓度测试作业指导书
得出：W导入自制过滤装置。
3.2.5确认料液全部导入后，用压板将过滤器中多余的水分挤压出。
3.2.6将挤压完毕的纸饼拿出，放入烘干线中烘烤。
烘烤温度：120℃—140℃
烘烤时间：20分钟
3.2.7烘烤完毕后放入电子秤，秤取重量W2。
XXX包装制品有限公司
纸浆浓度测试作业指导书
一、目的
1.1规范碎料过程中原材料浓度的检验标准。
二、范围
2.1适合所有类型纸料浓度的检验规范。
三、方法
3.1检验点
3.1.1调料完毕后，对成型料液进行抽查检验测试。
3.2检验流程
3.2.1先将干净的量杯放入电子称，称出其重量
3.2.2将打好的料液搅拌均匀，然后用1L的量杯取满料液。
3.2.8料液浓度= W2/W1*100%
3.3浓度的判定
参考《产品规格书》对纸料的浓度（标准1.5%：监控范围1.0%—1.2%）进行判定。
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控制系统仿真设计-基于模糊控制器的纸浆浓度控制系统
控制系统仿真课程设计说明书题目：基于模糊控制器的纸浆浓度控制系统基于模糊控制器的纸浆浓度控制系统摘要:针对纸浆生产过程中与产品质量密切相关的纸浆浓度和流量的稳定性,为解决纸浆浓度控制和测量存在的问题,设计了基于模糊控制技术的纸浆浓度流量计算机控制系统。
该系统根据生产工艺要求采用计算机控制和浓度模糊控制器,对制浆生产过程需要的纸浆浓度、流量以及计算绝干量进行控制。
实际运行结果表明,系统运行可靠,浓度、流量等控制量波动小、精度高,能够满足生产要求,达到了设计目的。
Abstract : To the stability of the consistency and flowing velocity of paper pulp affecting the quality of paper , computer control system of paper pulp consistency and flowing velocity is designed based on fuzzy control technology , according to the problems existing in controlling and measuring the consistency of paper pulp during paper manufacture. The consistency and flowing velocity of paper pulp must be controlled and the dry component of paper pulp must be calculated in paper manufacturing. According to the requires of technics , a computer control system with a fuzzy controller of consistency and flowing velocity is designed. Practical running shows that the system is reliable , and with low disturbance and high precision of the control variables such as consistency and flowing velocity. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………Key words : computer control ; fuzzy controllfer ; kingview ; dry component目录目录 (II)第一章前言 (1)1.1 引言 (1)1.2 模糊控制器的优点 (1)第二章模糊控制器的简介 (2)2.1 模糊控制器的基本结构和组成 (2)第三章模糊控制器的设计 (3)3.1 设计参数 (3)3.2 确定模糊控制器 (4)3.3系统的仿真 (5)总结 (7)参考文献 (8)第一章前言1.1引言针对纸浆浓度控制系统具有大纯滞后和模型不确定的特性，传统的PID控制已经不能很好的控制纸浆浓度，为了解决纸浆浓度控制和测量存在的问题,设计了基于模糊控制技术的纸浆浓度控制系统。
造纸厂配浆控制系统__控制程序设计
造纸厂配浆控制系统__控制程序设计笔者针对一家造纸厂的配浆控制系统进行了分析和设计。
文章主要分为两个部分，第一部分是对制浆过程和上下游设备的描述，第二部分是对控制程序的设计。
一、制浆过程和上下游设备的描述造纸厂主要由制浆、造纸、纸张加工等环节组成。
其中，制浆过程是纸张生产中最重要的环节，它包括浆料的配制、打浆、筛选、漂白等步骤。
在浆料的配制过程中，需要将不同种类的纤维和各种化学药剂按照一定的比例混合。
在添加化学药剂的过程中，需要注意各种药剂之间的相互作用，以及药剂的用量和顺序等因素。
在制浆的过程中，需要使用多个上下游设备，比如球磨机、水洗机、浓缩机等。
这些设备需要进行精细的控制，以保证浆料的质量和产量。
二、控制程序的设计针对上述过程和设备，笔者设计了一套配浆控制程序，具体如下：1. 配浆控制程序1.1 浆料配比控制：利用PLC控制配比泵和各个添加药剂泵的开关，实现自动化的浆料配比控制。
1.2水洗机水位控制：使用超声波水位传感器检测水位，给水泵和排水泵发送控制信号，自动控制洗涤水的水位。
1.3 浓缩机浆液浓度控制：使用激光测距和硅晶硅小振子测量浆料浓度，通过调节加药泵、放水阀和压力控制阀等调节浓缩机的设定浆液质量浓度。
1.4 压滤机压力控制：利用感应式传压传感器或者压力传感器，监测压滤机的进口压力和出口压缩，自动控制机器的加料速度。
当过滤机的进口压力超过设定值时，吸附机将停止，空气将充满鼓过滤布。
1.5 煮浆罐温度控制：利用热电偶传感器测量煮浆罐内的温度，自动控制加热器的开关和温度，保证煮浆罐内的浆料温度稳定在设定值范围内。
2. 纸张造纸控制程序2.1 浆料用水量控制：使用流量计测量浆料的用水量，自动调节水泵的开关，保证生产过程中的用水量符合要求。
2.2 纸张干燥控制：利用红外线传感器或者激光传感器检测纸张的水分含量，自动调节烘干温度和湿度，以保证纸张的质量。
2.3 纸张张力控制：利用张力传感器测量纸张在生产线传输时的张力，自动调节进口辊和出口辊的转速，实现张力的自动控制。
纸浆浓度自动化控制系统设计
纸浆浓度自动化控制系统设计作者：***来源：《粘接》2022年第03期摘要：研究在传统PID控制系统上提出一种改进SAA的优化算法对参数进行优化，并设计了基于改进SAA算法的纸浆浓度自动化控制系统。
根据纸浆浓度自动化控制系统功能需求，对系统整体架构进行设计，并构建了纸浆浓度模型;针对传统PID无法在线调整参数的问题，设计了基于改进SAA算法的参数优化控制器;通过仿真实验对研究提出的算法和系统进行了验证。
结果表明：提出的基于改进SAA算法相较于标准SAA算法，具有更好的寻优能力，表现出更好的稳定性与收敛性，且搜索效率更高;相较于传统PID和SAA-PID控制系统，产量提高0.65 t/h，成本下降4.37元/t，可用于实际纸浆浓度自动化控制。
关键词：纸浆浓度;自动化控制;参数优化;SAA算法中图分类号：TS736+.3 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）03-0135-05Design of pulp consistency automatic control systemLIN Chen（Jinshan College， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350026， China）Abstract：Aiming at the problems of the traditional PID based pulp concentration control system， an improved SAA optimization algorithm is proposed to optimize the parameters. According to the functional requirements of the pulp concentration automatic control system， the overall architecture of the system is designed， and the pulp concentration model is constructed. Aiming at the problem that the traditional PID cannot adjust the parameters online， a parameter optimization controller based on the improved SAA algorithm is designed. Finally， the algorithm and system proposed in this study are verified by simulation experiments. The results show that，compared with the standard SAA algorithm， the improved SAA algorithm has better optimization ability， better stability and convergence， and higher search efficiency; compared with the traditional PID and SAA-PID control system， the output is increased by about 0.65 t/h while the cost is lower by 4.37 yuan/t， which can be used for automatic control of actual pulp concentration and has certain economic benefits.Key words：pulp consistency; automatic control; parameter optimization; SAA algorithm随着经济的发展和生活水平的提高，人们对生活用纸的品质要求越来越高。
纸浆浓度检测控制系统
纸浆浓度检测控制系统项目简介：(应用领域、主要特点、技术水平、技术指标、知识产权)纸浆浓度的在线检测通常有两种方法，旋转式浓度变送器与刀式浓度变送器。
前者由于受上浆压力的影响而使测量精度时有波动，后者则由于运行时间稍长就会产生机械零点的漂移而造成整个测量曲线的移动，影响测量的精度。
用刀式浓度变送器计算机零点自动校正的方法解决了这一问题。
纸浆浓度控制在国内也早已有所应用，但受水压波动的影响较大，使系统难以稳定工作，采用串级调节、水压前馈控制的方案，较好地解决了这一难题。
主要技术指标： 测量范围〓浆浓度2%——6% 测量精度〓σ=0.085% 控制精度〓σ=0.090%该项目曾获2000年黑龙江省科技进步三等奖，1999黑龙江省科学院科技成果一等奖。
鉴定日期： 1998项目开发程度：已经在国内多家造纸厂得到推广应用产品市场预测：随着现代生产技术的进步，纸机的规模越来越大，车速也越来越快，对生产过程的自动检测与控制的需求程度也越来越大，传统所采用的人工操作的方式已经不能满足生产的需要，因此，该系统有很大的市场需求。
我国的造纸工业正处于快速发展阶段，随着经济和人民生活水平的不断提高，对纸张的需求也会越来越大，目前全国约有几千家造纸厂，上万台纸机，该产品的市场前景十分广阔。
投产条件：总投资100万元。
其中技术转让费50万元，设备购置费20万元，流动资金30万元。
电子产品或仪器仪表生产企业。
具有示波器、万用表等通用仪器，具有精通电子、计算机的技术人员。
经济效益：该系统市场售价约为5万元/套，年销售20套，可获销售收入100万元，利税50万元。
技术转让与合作方式：可技术转让或技术合作。
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2.1纸浆浓度控制系统的数学模型·····························2.2纸浆浓度控制系统的工作原理·································三、单片机硬件电路.................................. 错误!未定义书签。
3.1ADC0809模数转换器 ........................... 错误!未定义书签。
3.2选择芯片89C51 ............................... 错误!未定义书签。
3.3蜂鸣器··················································3.4硬件原理图···············································五、主要程序........................................ 错误!未定义书签。
六、设计总结···················································1. 设计背景在制浆生产过程中, 纸浆浓度的精确控制可以稳定打浆效果, 对于抄纸过程则可以稳定上网纸浆浓度、减少纸定量波动、增加抄纸生产稳定性、提高纸质量, 因此, 稳定地调节纸浆浓度是实现工艺目标, 达到质量标准的重要环节, 也是较难解决的问题之一。
纸浆浓度的调节过程是一个纯滞后过程, 其滞后时间受浆料流速、浓度变送器的安装位置等因素影响。
基于上述基础之上，提出了专家PID控制的方案。
2 纸浆浓度控制系统的数学模型及工作原理2.1 纸浆浓度控制系统的数学模型浓度控制系统由纸浆浓度变送器（浓度计）、电动调节阀、浓度控制器三部分组成，如图 1 所示：要对浓度控制系统做更深入的讨论，必须要有系统的数学模型，在此给出了系统的数学模型，其浓度控制的传递函数表达式为：.为纸浆浓度测量的拉氏变换，U(s)为阀门开度的拉氏变换。
2.2纸浆浓度控制系统的工作原理纸浆浓度自动控制系统组成如图 2 所示。
纸浆浓度变送器把浆管流动的浆料的浓度转换成 4-20mA 电流信号送入浓度控制器。
经过 A/D 转换成浓度数值信号送显示器，并将此浓度值与用户设定值比较，控制器按两者差值调节电动阀的开度，从而调节进入浆泵的稀释水量，使输浆管的浆料浓度发生变化，这时浓度变送器将检测到新的浓度。
重复上述过程，使浆料浓度逐渐接近用户设定的浓度值，最终得到浓度稳定的浆料。
（因为是用稀释手段调节浓度，在使用中需保证来浆浓度高于设定浓度。
）图23.硬件电路3.1ADC0809模数转换器ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。
其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近。
ADC0809原理图3.2选择芯片89C5189C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的89C51是一种高效微控制器。
引脚说明：①电源引脚Vcc（40脚）：典型值＋5V。
Vss（20脚）：接低电平。
②外部晶振X1、X2分别与晶体两端相连接。
当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地.③输入输出口引脚：④控制引脚：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。
3.3蜂鸣器蜂鸣器用于电压越界时的声音报警。
蜂鸣器原理图3.4硬件原理图硬件原理图说明：硬件原理图由89C51单片机，ADC0809模数转换器，DA数模转换器，电位器，蜂鸣器和七段LED显示其组成。
4 PID 控制目前在造纸行业中普遍采用传统PID算法，传统PID算法虽然具有结构简单实现方便、适应性强等特点，但在实际运行过程中不能满足实际生产的要求，其主要表现在：1）在纸浆浓度调节中，由于电动执行器属于惯性环节，采用传统PID调节必产生严重的滞后效应，很难使系统取得良好的控制效果；2）由于过程参教在生产过程中变化很大，加之设备的老化和来自其它方面的干扰，因此，一般的固定参数控制器无法适应这些变化，不能始终保持最优运行，有时甚至出现稳定性问题。
间单地说，也就是调节缓慢、抗干扰能力弱、稳定性差等。
在上述基础上，提出了专家PID控制改进方案。
专家系统是指将专家系统理论和技术同控制理论方法技术相结合，在未知环境下，仿效专家的智能，实现对系统的控制。
而专家PID控制是将专家控制原理与常规PID控制相结合，可以相互取长补短，进一步提高系统的控制性能。
专家PID控制器原理框图如图3所示。
PID控制器原理框图根据常规PID控制的误差值e(k)及其变化特征，可设计专家PID控制规则，该控制规则可分为如下6种情况:(1)当 | ∆e(k)|> Mm时，说明误差的绝对值比较大。
此时，不论误差变化趋势如何，都应考虑较强的控制作用，即控制器的输出应按最大或最小方向输出，以使误差尽快减小而达到迅速调整误差的目的。
控制器输出可为 u(k)=u(k-1)+k 1 kpe(k)(2)当 e(k) ∆e(k)>0时，说明误差在朝误差绝对值增大方向变化。
此时，如果|e(k)|> MS，说明误差也较大，可考虑由控制器实施较强的控制作用，以达到扭转误差绝对值朝减小方向变化，并迅速减小误差的绝对值，控制器输出可为u(k)=u(k-1)+ k1 { kp[e(k)-e(k-1)]+ kie(k)+ kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}(3) 此时，如果|e(k)|< MS，说明尽管误差朝绝对值增大方向变化，但误差绝对值本身并不很大，为防止超调，可根据误差的大小选择适当的控制量扭转误差的变化趋势，使其朝误差绝对值减小方向变化即可。
(3)当 e(k) ∆e(k)<O, ∆e(k) ∆e(k一1)>0或者时，说明误差的绝对值朝减小的方向变化，此时，比例作用应该同步减小;由于系统输出的变化率增大，所以微分作用应该加强，。
(4)当e( k)=0时，说明系统已经达到平衡状态，此时，可考虑采取保持控制器输出u(k) 不变。
(5)当e(k) ∆e(k)<O, ∆e(k) ∆e(k-1)<0时，说明误差处于极值状态，此时如果引人积分作用是不合适的，对于没有纯滞后或时滞很小的快速过程来说，这一点影响不大，即|e(k)|>MS，可以考虑实施较强的比例微分(PD)控制作用u(k)=u(k-1)+ k1 { kp[e(k)-e(k-1)]+ kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}如果此时误差的绝对值较小，即|e(k)| < MS ,可考虑实施较弱的比例微分(PD)控制作用 u(k)=u(k-1)+ k2 { kp [e(k)-e(k-1)]+ kd [e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}(6) 当|e(k)|<ε时，说明误差的绝对值很小，此时为减少稳态误差，控制器采用比例积分(PI)作用 u(k)=u(k-1)+ kp [e(k)-e(k-1)] + ki e(k)式中，u(k)为第k次控制器的输出；u(k-1)为第k-1次控制器的输出；e(k)为误差e的第k 个极值；k1 为增益放大系数，且 k1 >1；k2 为抑制系数，且0< k2 <1； M m , M S 为设定的误差界限，且 Mm > MS ；ε方案流程图5 专家PID控制器在纸浆浓度控制系的应用5.1专家PID控制器S-Function的实现用Matlab编写S-Function，其基本为:[sys,x0,str,ts]=Functionname(t,x,u,flag,cl,c2?) functionname表S-Function的名字；t表示仿真时间； x表示状态矢量; x0表示初始状态值，没有状态时为空；u表示模块输入；flag为标志参数，用于控制在每个仿真阶段对 S-Function的调用，sys为返回参数，返回值取决于flag的值;cl,c2，…表示模块的传递参数；str表示状态命令串，通常为空；ts为采样时间。