纸机气罩通风系统测量与控制系统的研究

论文摘要

气罩通风系统的性能好坏严重影响纸机运行效率、生产能耗及产品质量,它的设计对纸机的正常稳定运行及干燥能耗有重要影响。而排风湿度和温度是通风系统的重要参数,它们直接关系到排出气罩的风量,与能量消耗密切相关,因此正确控制这两项对节约能源具有重要意义。现阶段气罩通风控制系统的现状是,很多工厂对于半封闭气罩的通风系统没有实施自动控制,即风机处于全开状态或挡板控制方式,导致排风量过大,能耗过高;对于密闭气罩一般设有排风露点控制系统,但却不投入使用,其主要原因是控制对象不明确,导致气罩内某些地方滴水,不能发挥控制系统应有的作用。面对目前我国仍有很多中小企业配用半封闭气罩的现状,结合现有气罩控制存在的问题,本文确立了如下的研究内容:首先根据物量平衡和能量平衡建立半封闭气罩通风温度和湿度模型,并应用Matlab的Simulink及运行数据进行模型验证;其次,为了明确控制对象即气罩内温度和湿度的分布,利用可编程控制器PLC、编码器和数据采集系统,以中山永发纸业有限公司11#的半封闭气罩为对象,设计开发了气罩内温度和湿度分布测量系统,建立温度和湿度三维分布,并找到温度和湿度分布的薄弱环节,为控制系统的设计提供依据;再次,根据气罩通风系统的特点——大时滞性,设计前馈-反馈控制方案,控制目的是排风露点温度和排风温度差10℃,并与反馈控制进行比较,结果表明具前馈-反馈控制系统能够有效地克服扰动带来的变化;最后基于Sinamics S120、S7-300和湿度传感器设计控制系统,以期达到优化排风控制,降低能源消耗的目的。本文针对具体的气罩,并对气罩内温度和湿度的分布进行测量,得到了气罩温湿度三维分布,并以该温湿度分布为基础,设计了前馈-反馈控制方案,仿真表明本控制系统能够较好地控制气罩的排风湿度,达到节能的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 纸机节能降耗的必要性
• 1.1.2 气罩通风系统原理介绍
• 1.1.3 课题的意义
• 1.2 气罩通风控制系统的方法研究现状及存在的问题
• 1.2.1 气罩通风控制系统的现状
• 1.2.2 现阶段气罩控制存在的问题
• 1.3 研究内容
• 第二章 气罩通风温度和湿度模型
• 2.1 温度和湿度参数特性
• 2.1.1 排风湿度
• 2.1.2 排风露点温度
• 2.1.3 排风温度
• 2.1.4 排风温湿度静态模型
• 2.2 排风温湿度的动态模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 动态模型的仿真与验证
• 3.1 对象描述
• 3.2 数据来源
• 3.3 Simulink 仿真与验证
• 3.3.1 Simulink 简介
• 3.3.2 Simulink 仿真模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第四章 气罩内温湿度分布测量系统设计与开发
• 4.1 系统硬件的设计
• 4.1.1 数据采集装置
• 4.1.2 运动装置
• 4.1.3 控制器
• 4.2 运动控制软件设计
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 格雷码及其与二进制码的转换
• 4.2.3 编码器的的距离计算
• 4.3 实例应用及结果分析
• 4.3.1 测量对象描述
• 4.3.2 测量结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 气罩通风系统控制策略及仿真
• 5.1 气罩通风系统的反馈控制
• 5.2 模糊控制理论
• 5.2.1 模糊控制的基本原理
• 5.2.2 模糊控制器的设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 控制系统的设计
• 6.1 S7-300 功能简介及编程环境
• 6.2 SINAMICS S120 简介
• 6.3 项目的组态及硬件通讯
• 6.3.1 项目组态
• 6.3.2 硬件S120 与S7-300 的通讯
• 6.3.3 DP 总线控制风机的启停和转速
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 1 本文研究工作总结
• 2 本文主要创新
• 3 今后工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件