造纸过程控制与维护管理—中芬合著：造纸及其装备科学技术丛书（中文版）第十八卷/“十三五”国家重点出版 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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内容简介

本书是芬兰造纸工程师协会组织编写的20本造纸书中的一本。 自动化系统是造纸厂的资金投入中必不可少的部分，并且随着科技的发展其重要性也日益突出。自动化技术可以帮助操作者在困难的环境下完成任务，并且可以为工厂相关人员提供及时准确的信息，以便于在原料采购、机械装备、生产工艺、产品质量等方面做出正确的决策，这些决策均关乎到造纸厂的未来发展及对环境的影响。

过程管理是一个使工厂正常运行和自动生产的庞大技术领域，它包括工厂操作人员的具体操作和各种维系工厂运行的自动化系统。

自动化包含多个学科，除了需要电子学、信息技术、通讯、数学、工程等方面的知识，具有良好的工艺知识也是至关重要的。编写一本关于过程自动化的书时，不可能涉及所有这些领域。因此在内容设置上，本书主要介绍整个造纸系统的自动化部分，特别是过程控制系统和管理系统，而对现场的基础自动化系统则着墨不多。本书的侧重点放在造纸过程控制及其维护管理，重点之一是清晰阐述造纸过程中的自动化系统、控制方法及控制技术的新进展和发展前景；重点之二是在工艺设备被破坏或被磨损的情况下，利用维护管理系统确保生产过程正常运行, 在产量和产品的质量方面优化工厂的生产能

作者简介

沈文浩，1985年至1989年在成都科技大学（现四川大学）计算机及自动控制专业攻读学士学位，1989年至1992年在华南理工大学过程控制及仪表专业攻读硕士学位，1992年分配到华南理工大学造纸与环境工程学院任教，从事制浆造纸过程检测、模拟与控制方面的研究工作。1995年至2000年在华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室攻读在职博士学位。2001年晋升副教授，2002年聘为硕士研究生导师。2004年9月至2005年9月期间被国家留学基金委作为访问学者派出，在法国国家科学研究中心的化学工程国家重点实验室进修了一年，在此期间，与法国教授一起基于由欧盟科技研究组织合作开发的污水生化处理过程的模拟控制仿真平台，进行了模型预测控制策略的仿真研究。曾为中国仪器仪表学会分析仪器学会理事，美国制浆造纸协会（TAPPI）会员，广东省造纸学会会员。

目录

目录

第 1 章 简 介 1

1.1 引言 1

1.2 自动化系统的前景 1

1.2.1 自动化系统的重要性 1

1.3 自动化程度的概念 2

1.3.1 自动化系统的收益 2

1.3.2自动化系统的优点 2

1.4 层级化的描述 3

1.4.1过程控制和管理层监控 3

1.4.2自动化管理的必要性 4

1.5维护管理 4

1.6小结 5

第2章 技 术 问 题 6

2.1 过程自动化的发展 6

2.2 系统架构 7

2.2.1 系统网络 7

2.2.2 DCS和PLC的结合 7

2.2.3基于PC的自动化 8

2.2.4现场总线技术 9

2.2.5网络化控制 9

2.2.6无线技术 11

2.2.7软件架构 12

2.2.8系统安全 13

2.2.9“即插即用”组件 14

参考文献 15

第 3 章 方 法 17

3.1 开环控制与闭环控制 17

3.2 数字控制算法 17

3.3 自整定和PID控制回路的性能监测 19

3.3.1 自整定的作用 19

3.3.2测试功能 20

3.3.3 相关性分析 22

3.3.4 实时性能监测 24

3.3.5 ?str?m自整定器 26

3.4 自适应控制 26

3.4.1增益控制 27

3.4.2模型参考自适应控制 27

3.4.3 自校正控制 28

3.5 多变量控制 29

3.5.1 基本概念 29

3.5.2 解耦控制 30

3.5.3 最优控制器 30

3.6 模型预测控制 31

3.7 专家系统 33

3.7.1 工作原理 33

3.7.2 过程控制中的专家系统 34

3.7.3 其他领域的应用 35

3.7.4 专家系统的优势 36

3.7.5 问题 36

3.8 模糊逻辑控制 37

3.8.1 什么是模糊性？ 37

3.8.2 模糊逻辑控制器 38

3.9 神经网络 40

3.9.1 基本定义 40

3.9.2 神经网络如何学习？ 40

3.9.3 网络结构 41

3.10 遗传算法 43

3.11 统计过程控制 45

3.11.1 质量数据的表达 45

3.11.2 因果分析 46

3.11.3 帕累托分析法 46

3.11.4 控制图 47

3.11.5 累积和控制图 48

3.11.6 过程能力指数 49

3.11.7 主成分分析 49

3.12 全厂优化办法 51

3.12.1 制浆厂生产调度 51

3.12.2 能耗优化 53

参考文献 55

第 4 章 制 浆 造 纸 过 程 中 的 特 殊 测 量 参 数 60

4.1 引言 60

4.2 特殊参数测量 60

4.2.1 纸浆浓度 60

4.2.2 蒸煮过程测量 65

4.2.3 漂白过程传感器 67

4.2.4 纸浆质量分析仪 68

4.2.5 湿部测量 72

4.3 纸张质量在线测定 75

4.3.1 纸张定量 75

4.3.2 纸张水分 76

4.3.3 纸张填料（灰分）含量 78

4.3.4 纸页成型 78

4.3.5 纤维排列 78

4.3.6纸张厚度 79

4.3.7 纸张平滑度（粗糙度） 79

4.3.8 光泽度 80

4.3.9 纸张不透明度、色度和亮度 81

4.3.10纸张透气度 82

4.3.11 涂布量 83

4.3.12 孔洞和污点 83

参考文献 84

第 5 章 制 浆 生 产 线 的 过 程 控 制 85

5.1 引言 85

5.2连续蒸煮器控制 90

5.2.1控制要求 90

5.2.2基本控制功能 91

5.2.3质量控制 95

5.2.4木材种类变化管理 97

5.2.5自动控制的优点 98

5.3 间歇式蒸煮器控制 99

5.3.1控制要求 99

5.3.2基本控制功能 99

5.3.3蒸煮车间调度和蒸汽控制 101

5.3.4卡伯值控制 101

5.3.5罐区控制 104

5.3.6优点 105

5.4粗浆洗涤控制 106

5.4.1控制要求 106

5.4.2控制功能 106

5.5漂白车间控制 109

5.5.1控制要求 109

5.5.2氧脱木素的控制 109

5.5.3氯化阶段控制 110

5.5.4 二氧化氯漂白控制 113

5.5.5机械浆漂白控制 113

5.5.6负荷分配 114

参考文献 115

第 6 章 碱 回 收 过 程 控 制 121

6.1 引言 121

6.2 蒸发工段控制 123

6.2.1 控制要求 123

6.2.2 控制功能 123

6.3 碱回收炉控制 125

6.3.1 控制要求 125

6.3.2 基本控制功能 125

6.3.3 吹灰装置优化 129

6.3.4炉膛成相、图像分析及专家系统 131

6.3.5 溶解槽控制 134

6.3.6 优点 135

6.4 苛化控制 136

6.4.1 控制要求 136

6.4.2 控制功能 137

6.4.3 优点 139

6.5 白泥过滤器控制 140

6.5.1 控制要求 140

6.5.2 控制功能 141

6.5.3 优点 143

6.6 石灰窑控制 143

6.6.1控制要求 143

6.6.2 控制功能 144

6.6.3 高级石灰窑控制系统 147

6.6.4 优点 148

参考文献 148

第 7 章 机 械 法 制 浆 过 程 控 制 153

7.1 磨浆机控制 153

7.1.1控制要求 153

7.1.2 控制功能 154

7.1.3 质量控制 158

7.1.4 质量控制的应用 160

7.1.5 讨论 163

7.2 磨木过程控制 163

7.2.1 控制目标 163

7.2.2 磨木过程控制的特点 164

7.2.3 磨木过程 164

7.2.4 控制功能 165

7.2.5 磨木控制策略 168

参考文献 172

第 8 章 纸 机 操 作 管 理 175

8.1 纸机操作的目标 175

8.2 备浆、配浆和湿部控制 180

8.2.1 流量和浓度的测定 181

8.2.2 浆池液位控制 182

8.2.3 浓度变化控制 183

8.2.4 损纸浆和脱墨浆的干扰 187

8.2.5 通过备浆主动操作实现灵活生产的方法 189

8.3 纸幅质量波动和缺陷以及测量系统 190

8.3.1 波动组成 190

8.3.2 扫描测量方法 191

8.3.3 照相机和其它幅宽测量系统 196

8.3.4 离线测量和质量管理 197

8.4 纸机纵向控制 197

8.4.1 定量、填料量、留着率和水分含量等纸张质量的多变量模型预测控制 197

8.4.2 纸张等级改变的自动化方法：定量和填料含量的改变 201

8.4.3 MD质量控制的其它方面 201

8.5 纸机横向控制 202

8.5.1 静态CD执行器最优化 203

8.5.2 CD控制的动态特性 208

8.5.3 CD控制中的一些交互影响效应 210

参考文献 213

附录 217

第 9 章 运 行 和 维 护 管 理 219

9.1 商业需求 219

9.2 工厂级运行和维修管理及其挑战 222

9.3 全局设备效率（OEE） 223

9.3.1 可用性（A） 224

9.3.2 设备性能（P） 225

9.3.3 质量效益（Q） 225

9.4 关于运行和维修管理挑战的调查 228

9.5 维修对生产功能的影响 229

参考文献 230

第 10 章 术 语 232

10.1 简介 232

10.2 标准 233

10.2.1 EN 13306：2001 维修术语 234

10.2.2 主要术语 235

10.3 常用缩写 241

10.3.1 与时间相关术语的缩写 241

10.3.2 可靠性分析 241

10.3.3 其他常用缩写 242

参考文献 243

第 11 章 维 修 管 理 基 础 244

11.1 寿命周期与资产管理 244

11.1.1 什么是工厂工程资产管理 244

11.1.2 商业需求模型 246

11.1.3 产能、投资和维修 252

11.1.4 方法和工具 254

11.1.5 寿命周期法与短期方法 256

11.2 维修目标 258

11.2.1 为什么需要维修：目标的层级系统 258

11.2.2 一些重要的定义：可用性 259

11.3 维修策略 261

11.3.1定义和术语 261

11.3.2 维修策略的选择 262

11.3.3 维修计划 264

11.4 关键绩效指标 268

11.4.1 介绍 268

11.4.2绩效指标系统 268

11.4.3对关键绩效指标的看法 270

11.4.4 目标和外生变量之间的经验关系 271

11.4.5 标杆管理 274

11.4.6 基于网络的标杆管理工具 276

11.5 EHSQ方法（环保、健康、安全和质量） 279

参考文献 282

第12 章 与 维 修 相 关 的 概 念 284

12.1 工厂级的维修管理 284

12.1.1前言 284

12.1.2计划外维修（被动维修） 285

12.1.3预防维修 285

12.1.4 预测维修 286

12.1.5改进维修 288

12.1.6 全面生产维修 289

12.1.7 计算机化维修管理系统 289

12.2 工厂级维修计划 291

12.2.1 以可靠性为中心的维修介绍 291

12.2.2 应该如何完成RCM? 292

12.2.3 RCM分析的基本思想 293

12.2.4 RCM分析实例 297

12.3 组织 299

12.3.1 组织类型 299

12.3.2 组织维修的模型[6] 302

12.3.3 发展趋势 304

12.4 状态检修 305

12.4.1 介绍 305

12.4.2 过程和组件的评估 306

12.4.3 状态监控方法 306

12.4.4 系统实施 311

12.4.5 诊断和预测 312

12.4.6 数据阐释 316

12.5 备用零件 317

12.5.1 制浆造纸设备备用零件的特征 317

12.5.2 制浆造纸设备零件 318

12.5.3 零件资料 322

12.5.4 为新装置购买零件 323

12.5.5 零件存储和资产管理 324

参考文献 324

第 13 章 服 务 供 应 链 管 理 328

13.1寿命周期服务和服务供应链 328

13.1.1介绍 328

13.1.2抓住转变的潜力 331

13.1.3工业资产管理和服务供应链的一致性 333

13.1.4核对清单 334

13.2维修外包 335

13.2.1介绍 335

13.2.2工业服务类型 336

13.2.3寿命周期成本优化 338

13.2.4总结 340

参考文献 340

第 14 章 造 纸 污 水 处 理 过 程 的 仿 真 及 控 制 342

14.1 造纸污水活性污泥法处理仿真模型的建立 342

14.1.1 造纸厂污水处理系统简介 342

14.1.2 生物反应过程模型建立 344

14.1.3 沉淀过程模型建立 349

14.2 造纸污水活性污泥法处理仿真模型参数的测定及污水组份划分 350

14.2.1 仿真模型参数测定 350

14.2.2 污水组份划分 352

14.3 造纸污水处理过程中溶解氧浓度控制策略及性能评价体系 352

14.3.1 控制策略 353

14.3.2 控制性能评价 358

参考文献 362

第15章 造纸污水处理过程故障检测及诊断 364

15.1 引言 364

15.2 基于造纸污水处理小试系统的故障检测及诊断 365

15.2.1 过程故障检测及诊断方法 366

15.2.2 基于主元分析方法（PCA）的故障诊断 367

15.2.3小试系统应用PCA方法的故障诊断过程 371

15.2.4 基于批次展开的多向主元分析方法（MPCA）的故障诊断 375

15.2.5 基于改进的MPCA方法的故障诊断 383

15.3 基于造纸厂污水处理系统的故障检测及诊断 390

15.3.1 多时段划分的sub-PCA方法 390

15.3.2 基于sub-PCA方法的故障诊断 391

参考文献 400

精彩书摘

第 1 章 简 介

1.1 引言

造纸过程管理范围很广，涵盖了整间工厂控制生产运作的各类活动，包括造纸厂操作人员的各种操作指令和与之相关联的各类自动化系统。本书主要介绍整个造纸体系中的自动化部分，特别是过程控制管理系统，而对现场的基础自动化系统则着墨不多。

1.2 自动化系统的前景

自动化系统占整个造纸厂投入的比例从百分之几到30%-40%不等。一般来说，产量恒定、纸种单一或品种较少的造纸厂所需的自动化系统投入较低；而较高的自动化系统投入通常适合于具有以下特点的造纸厂：原材料变化频繁、纸种繁多、间歇工艺与连续工艺兼有。多年来，市场对稳定的高质量纸品的不断追求促使企业大力投资于质量分析仪、质量控制器和各种监测系统。

1.2.1 自动化系统的重要性

那么，在实际生产中哪些操作和功能需要自动化？监控和控制工作在人工操作和自动化系统之间如何分配？这些问题很难回答，也不可能总结出通用的建议或准则。对操作者来说，因身体反应不够快，所以那些在生产过程中很难控制的快速变化的变量需要自动化；同时重体力和危险的操作过程也需要自动化。另外，虽然操作人员可以在较短时间内非常好地控制某个复杂过程，但是无法长时间保持这种最佳工作状态；而且操作者的差异也会引起产品质量和生产过程的波动。

生产中要管理好整条生产线是非常困难的，因为它们不会一直保持稳定，而是在不断地变化，且可能伴随着一些复杂而又难以测量的化学变化。因此，管理主要是监控并获取准确及时的信息，利用优化工具来确定最佳生产方案或资源分配方案。

对于那些已使用很久的、操作复杂、且长期未做设计和计划的操作流程，因为操作人员很难回想起已有的最佳解决方案，所以特别需要计算机决策工具的支持。

1.3 自动化程度的概念

“自动化程度”是指操作任务在操作人员和自动化系统之间的分配程度。有些操作可以手动实现，有些操作可以自动实现，而有些操作通过手动和自动均可实现。这里需要注意的是，“自

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