Nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển nghịch đảo thích nghi trong sản xuất giấy

Luận văn phân tích, ứng dụng phương pháp điều khiển nghịch đảo thích nghi nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng quá trình sấy trong sản xuất giấy.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Quốc Khánh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Phương Pháp Điều Khiển Nghịch Đảo Thích Nghi Cho Điều Khiển Quá Trình Sấy Trong Sản Xuất Giấy
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về điều khiển quá trình sấy giấy

Điều khiển quá trình sấy giấy là một trong những khâu công nghệ quan trọng trong sản xuất giấy hiện đại. Quá trình sấy được thực hiện tại buồng sấy giấy với nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát chặt chẽ để đạt chất lượng sản phẩm tối ưu. Tờ giấy sau khi qua hệ thống ép ướt có độ khô khoảng 40% sẽ được đưa vào hệ thống sấy để nâng độ khô lên 93-94%. Công nghệ điều khiển sấy giấy cần được nâng cấp và cải tiến để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc ứng dụng các phương pháp điều khiển hiện đại là giải pháp thiết yếu để nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy.

1.1. Quy trình sấy trong dây chuyền sản xuất giấy

Trong dây chuyền sản xuất giấy, quá trình sấy đóng vai trò then chốt trong việc xác định chất lượng giấy cuối cùng. Giấy ướt từ máy xeo được đưa vào các lô sấy được sắp xếp theo kiểu cascade. Mỗi nhóm lô sấy được bố trí công nghệ hộp thổi khí để tối ưu hóa truyền nhiệt. Gradient nhiệt độ trong lò sấy cần được duy trì ổn định để tránh hiện tượng đứt giấy và biến dạng sản phẩm.

1.2. Tầm quan trọng của điều khiển chất lượng sấy

Hệ thống điều khiển sấy giấy phải đảm bảo độ khô, độ ẩm và nhiệt độ đều đặn trên toàn bề mặt tờ giấy. Các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ môi trường và độ ẩm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy. Do đó, cần áp dụng các phương pháp điều khiển thích nghi để tự động điều chỉnh các thông số và duy trì chất lượng sản phẩm ổn định.

II. Phương pháp điều khiển nghịch đảo thích nghi

Điều khiển nghịch đảo thích nghi là một phương pháp điều khiển tiên tiến được ứng dụng để cải thiện hiệu suất điều khiển quá trình sấy giấy. Phương pháp này dựa trên nguyên lý xây dựng mô hình toán học ngược của hệ thống, kết hợp với thuật toán thích nghi để tự động điều chỉnh các tham số điều khiển theo thời gian thực. Ưu điểm của điều khiển nghịch đảo là khả năng bù đắp nhanh chóng các nhiễu loạn, giảm sai số điều khiển và nâng cao ổn định của hệ thống. Ứng dụng phương pháp này trong sản xuất giấy giúp tăng tốc độ quay lô sấy, nâng cao hiệu quả sử dụng vốn và đem lại lợi ích kinh tế cao hơn cho nhà máy.

2.1. Nguyên lý hoạt động của điều khiển nghịch đảo

Điều khiển nghịch đảo hoạt động bằng cách xây dựng mô hình toán học của quá trình sấy, sau đó tính toán tín hiệu điều khiển sao cho đầu ra của hệ thực tế đạt giá trị mong muốn. Mô hình FOPDT (First Order Plus Dead Time) thường được sử dụng để mô tả động học của buồng sấy giấy. Phương pháp này cho phép loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu và đạt độ chính xác cao trong điều khiển độ ẩm và nhiệt độ.

2.2. Ứng dụng thuật toán thích nghi trong điều khiển

Để nâng cao hiệu suất điều khiển trong điều kiện thực tế thay đổi, cần kết hợp thuật toán thích nghi với phương pháp điều khiển nghịch đảo. Thuật toán này tự động cập nhật các thông số mô hình dựa trên sai số giữa giá trị thực tế và giá trị mong muốn, giúp hệ thống thích ứng với các biến đổi của quá trình sản xuất giấy.

III. Ứng dụng tại nhà máy giấy Bãi Bằng

Nhà máy giấy Bãi Bằng sở hữu dây chuyền sản xuất giấy được xây dựng từ những năm 1980, với hệ thống sấy Xeo là một phần quan trọng. Dây chuyền này cần được nâng cấp để tăng tốc độ quay lô sấy và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Việc ứng dụng phương pháp điều khiển nghịch đảo thích nghi tại khâu sấy của phân xưởng Xeo sẽ mang lại nhiều lợi ích: giảm thời gian sấy, tăng năng suất, cải thiện chất lượng giấy, giảm tỷ lệ phế phẩm. Sơ đồ P&ID mô tả hệ điều khiển sấy hiện tại cần được cải tiến với các bộ cảm biến hiện đại hơn và bộ điều khiển tự động thống minh.

3.1. Hiện trạng hệ thống điều khiển sấy tại Bãi Bằng

Hệ thống điều khiển sấy tại nhà máy giấy Bãi Bằng hiện sử dụng vòng điều khiển độ ẩm truyền thống với cấu trúc đơn giản. Các thông số như nhiệt độ, độ ẩm và áp suất hơi được giám sát qua bộ cảm biến, tuy nhiên khả năng bù đắp nhiễu loạn còn hạn chế. Hiện tượng đứt giấy thỉnh thoảng xuất hiện do sự không ổn định của quá trình sấy giấy.

3.2. Kế hoạch triển khai nâng cấp hệ thống

Để nâng cấp hệ thống điều khiển sấy giấy, cần thực hiện các bước: xây dựng mô hình toán học chính xác của buồng sấy, thiết kế bộ điều khiển nghịch đảo thích nghi, lắp đặt các cảm biến hiện đại, và thử nghiệm toàn diện. Việc triển khai sẽ được tiến hành trên dây chuyền Xeo 1 với sự hỗ trợ của các chuyên gia có kinh nghiệm thực tế lâu năm.

IV. Kết quả dự kiến và hiệu quả kinh tế

Ứng dụng điều khiển quá trình sấy giấy bằng phương pháp điều khiển nghịch đảo thích nghi dự kiến sẽ đạt được nhiều kết quả tích cực. Độ chính xác điều khiển độ ẩm sẽ tăng đáng kể, giảm sai số từ ±5% xuống còn ±1-2%. Tốc độ quay lô sấy có thể tăng thêm 15-20% mà vẫn duy trì chất lượng giấy cao. Năng suất sản xuất của khâu sấy sẽ tăng từ hàng trăm tấn/ngày lên mức cao hơn, giảm chi phí năng lượng do tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt. Hiệu quả sử dụng vốn sẽ được nâng cao, mang lại lợi ích kinh tế cao hơn cho nhà máy. Bên cạnh đó, việc giảm tỷ lệ phế phẩm và cải thiện chất lượng sản phẩm sẽ tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.

4.1. Cải thiện chất lượng điều khiển

Hệ điều khiển mới sẽ giảm đáng kể thời gian để đạt ổn định và nhanh chóng bù đắp các biến động đột ngột. Độ ẩm tờ giấy sẽ được duy trì trong khoảng dung sai ±0.5% so với thiết định. Hiện tượng đứt giấy sẽ được giảm đến mức tối thiểu nhờ điều khiển quá trình sấy ổn định và chính xác hơn.

4.2. Lợi ích kinh tế dài hạn

Ứng dụng phương pháp điều khiển nghịch đảo thích nghi sẽ giúp nhà máy giấy Bãi Bằng tiết kiệm chi phí năng lượng khoảng 10-15% hàng năm. Tăng năng suất sản xuất kết hợp giảm tỷ lệ phế phẩm sẽ nâng lợi nhuận đáng kể. Đây là đầu tư công nghệ thiết yếu để nâng cao sức cạnh tranh và phát triển bền vững của nhà máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ XEO GIÁY TRONG NHA MAY SAN XUAT GIAY Chương này nêu lên vai trỏ quan trọng của giấy trong đời sống của con người. Dong thời giới thiêu vẫn tắt công nghệ sản xuất giấy và vai trò quan trọng của khâu sảy trong nhả máy giấy, công nghệ nay được khảo sát thực tế tại nhà máy giây Bãi Bằng. Tiếp theo, qua thực tế, tác giả đưa ra các sự cố thường gặp trong khâu sấy và nhiệm vụ cân giải quyết tiếp theo. Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấp Ngày nay, giay dong vai tro quan trong trong doi song thường ngảy của chúng ta, giấy được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực của đời sống như trong in an, viét, cho dong gói, cho các ứng dụng khác như giấy ăn hay giấy vệ sinh.

Những sản phẩm này có chất lượng khác nhau nhiều. Một số loại giấy đòi hỏi chất lượng cao là ©- Giấy cho mắn và viết, «e Giấy incho các bảo vả tạp chỉ © Giay an cao cap, © Gidy in tién, © Giấy đóng gói « Giấy bìa cúng. Trong thời đại phát triển ngày nay, giấy đã trở thành một nguyên liêu cơ bản và xuất hiện ở khắp mọi nơi trên thế giới. Giấy đóng vai trỏ thực sự quan trọng trong đời sống hàng ngày của conngười Ngành công nghiệp giấy là ngành công nghiệp đòi hỏi vốn lớn và môi trường cạnh tranh cao.

Điều đó thể hiển ở áp lực về giá sản phẩm. Áp lực về giá dựa trên các sản phẩm thánh phẩm cho thấy lợi nhuận trên một đơn vị sản phẩm là rất nhỏ, vả vì vậy người sản xuất chỉ thực sự thu được lợi nhuận cao khi sản xuất với số lượng lớn. Trước khi tìm hiểu vẫn đẻ điều khiển trong khâu sây ở xưởng xeo, ta tìm hiểu nguyên Nguyên Thanh Tuân 7 CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ XEO GIÁY TRONG NHA MAY SAN XUAT GIAY Chương này nêu lên vai trỏ quan trọng của giấy trong đời sống của con người. Dong thời giới thiêu vẫn tắt công nghệ sản xuất giấy và vai trò quan trọng của khâu sảy trong nhả máy giấy, công nghệ nay được khảo sát thực tế tại nhà máy giây Bãi Bằng.

Tiếp theo, qua thực tế, tác giả đưa ra các sự cố thường gặp trong khâu sấy và nhiệm vụ cân giải quyết tiếp theo. Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấp Ngày nay, giay dong vai tro quan trong trong doi song thường ngảy của chúng ta, giấy được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực của đời sống như trong in an, viét, cho dong gói, cho các ứng dụng khác như giấy ăn hay giấy vệ sinh. Những sản phẩm này có chất lượng khác nhau nhiều. Một số loại giấy đòi hỏi chất lượng cao là ©- Giấy cho mắn và viết, «e Giấy incho các bảo vả tạp chỉ © Giay an cao cap, © Gidy in tién, © Giấy đóng gói « Giấy bìa cúng.

Trong thời đại phát triển ngày nay, giấy đã trở thành một nguyên liêu cơ bản và xuất hiện ở khắp mọi nơi trên thế giới. Giấy đóng vai trỏ thực sự quan trọng trong đời sống hàng ngày của conngười Ngành công nghiệp giấy là ngành công nghiệp đòi hỏi vốn lớn và môi trường cạnh tranh cao. Điều đó thể hiển ở áp lực về giá sản phẩm. Áp lực về giá dựa trên các sản phẩm thánh phẩm cho thấy lợi nhuận trên một đơn vị sản phẩm là rất nhỏ, vả vì vậy người sản xuất chỉ thực sự thu được lợi nhuận cao khi sản xuất với số lượng lớn.

Trước khi tìm hiểu vẫn đẻ điều khiển trong khâu sây ở xưởng xeo, ta tìm hiểu nguyên Nguyên Thanh Tuân 7 MỤC LỤC Trang Trang phụ bia. Lời cam đoan. Mục lục 3 Danh mục hình vẽ 5 Chương1: Công nghệ xeo tgấy tong hà máy sản xuất giấy 7 1. Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấy 7 1.2 Những tén tai trong khau say, 11 1.1 Vai trỏ quan trọng của khâu sây.2 Những tôn tại cân khắc phục 13 Chương 2: Nguyên lý hoạt động của quả trình sấy trong xưởng Xeo.1 Câu tạo và nguyên lý hoạt động của khâu sảy.1 Câu hình lỗ sây trong phân xưởng Xeo 16 2.2 Hệ thống hơi vả hệ thống xử lý nước ngưng trong phân xưởng, 18 2.3 Vòng điều khiển lượng hơi âm.

21 lô tả hoạt động buồng thông gió.2 Câu trúc buông thông gió.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng điều khiên. 30 Chương 3: Mô hình hóa đổi tượng điệu khiến.1 Môhinh động học lỏ sấy.1 Mô hình kinh nghiệm.2Mô hình động lò sấy 31 3.2 Phương pháp nhận dạng đối tượng tử thực nghiệm 43 3.1 Nhân dạng quả trinhcó dạng IPZ. qua đáp ứng bước 43 3.2 Nhân dạng quả trinhFOPDT qua đáp ứng bước 45 Nguyên Thanh Tuân 3 Hình 4.1: Điều khiển vòng hở, Hình 4.2: Bộ lọc tuyến tỉnh nhân quả Hình 4.4: Bộ lọc nhiều Wiener Hình 4.5: Thực hiện Sbamon-Bode với bộ lọc Wiener nhân quả.6: Khối nghịch đảo đối tượng.7: Thực hiện Shanmon-Bode cho nghịch đảo đối tượng Wiener nhân quả.1; Vong điều khiên áp suất Hình 5.2: Đáp ứng của đối tượng khi chưa có bộ điều khiên.3: Ôn định hỏa đối tượng bằng mạch vong kin.4: Đáp ứng đổi tượng sau khi ôn định hóa Hình 5.5: Mô phông đối tượng IPZ cần điều khiến Hình 5.6: Bộ điều khiến đối tượng dung phương pháp nghich dao thichnghi Hình 5.7 : Đáp ứng của hệ thống sử dụng bộ điều khiển nghịch đảo thichnghi Hình 5.8 : Điều khiển đổi tượng bằng bộ điều khiển PT thông thường Hình S.9: Đáp ứng của hệ thông sử đụng bộ điều khiến PT thông thường, Nguyên Thanh Tuân 6 Chương 4: Phương pháp điều khiênnghịch đảo thichnghi 47 4.1 Phương pháp diéukhién nghich dao thichnghi.2 Bộ lọc số, hàm tự tương quan, biển đổi z.3 Lọc Wiener 2 phía. a sSeusnsaameses saut caRVSOH SBNGIS 52 4.4 Thuc hién Shannon-Bode đổi với lọc Wiener nhân quả.5 Nghịch đão đối tượng tối thiêu pha.6 Nghich dao déi tượng không tối thiểu pha.

60 Chương 5: Xây dụng bộ điều khiểnáp suất bằng phương pháp NĐTN.1 Xây dựng cầu trúc điều khiên.2Mö phỏng đổi tượng bằng phần mém Matlab/Simulink. 72 Tai ligutham khio 73 Nguyên Thanh Tuân 4 Hình 4.1: Điều khiển vòng hở, Hình 4.2: Bộ lọc tuyến tỉnh nhân quả Hình 4.4: Bộ lọc nhiều Wiener Hình 4.5: Thực hiện Sbamon-Bode với bộ lọc Wiener nhân quả.6: Khối nghịch đảo đối tượng.7: Thực hiện Shanmon-Bode cho nghịch đảo đối tượng Wiener nhân quả.1; Vong điều khiên áp suất Hình 5.2: Đáp ứng của đối tượng khi chưa có bộ điều khiên.3: Ôn định hỏa đối tượng bằng mạch vong kin.4: Đáp ứng đổi tượng sau khi ôn định hóa Hình 5.5: Mô phông đối tượng IPZ cần điều khiến Hình 5.6: Bộ điều khiến đối tượng dung phương pháp nghich dao thichnghi Hình 5.7 : Đáp ứng của hệ thống sử dụng bộ điều khiển nghịch đảo thichnghi Hình 5.8 : Điều khiển đổi tượng bằng bộ điều khiển PT thông thường Hình S.9: Đáp ứng của hệ thông sử đụng bộ điều khiến PT thông thường, Nguyên Thanh Tuân 6 CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ XEO GIÁY TRONG NHA MAY SAN XUAT GIAY Chương này nêu lên vai trỏ quan trọng của giấy trong đời sống của con người. Dong thời giới thiêu vẫn tắt công nghệ sản xuất giấy và vai trò quan trọng của khâu sảy trong nhả máy giấy, công nghệ nay được khảo sát thực tế tại nhà máy giây Bãi Bằng. Tiếp theo, qua thực tế, tác giả đưa ra các sự cố thường gặp trong khâu sấy và nhiệm vụ cân giải quyết tiếp theo.

Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất giấp Ngày nay, giay dong vai tro quan trong trong doi song thường ngảy của chúng ta, giấy được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực của đời sống như trong in an, viét, cho dong gói, cho các ứng dụng khác như giấy ăn hay giấy vệ sinh. Những sản phẩm này có chất lượng khác nhau nhiều. Một số loại giấy đòi hỏi chất lượng cao là ©- Giấy cho mắn và viết, «e Giấy incho các bảo vả tạp chỉ © Giay an cao cap, © Gidy in tién, © Giấy đóng gói « Giấy bìa cúng. Trong thời đại phát triển ngày nay, giấy đã trở thành một nguyên liêu cơ bản và xuất hiện ở khắp mọi nơi trên thế giới.

Giấy đóng vai trỏ thực sự quan trọng trong đời sống hàng ngày của conngười Ngành công nghiệp giấy là ngành công nghiệp đòi hỏi vốn lớn và môi trường cạnh tranh cao. Điều đó thể hiển ở áp lực về giá sản phẩm. Áp lực về giá dựa trên các sản phẩm thánh phẩm cho thấy lợi nhuận trên một đơn vị sản phẩm là rất nhỏ, vả vì vậy người sản xuất chỉ thực sự thu được lợi nhuận cao khi sản xuất với số lượng lớn. Trước khi tìm hiểu vẫn đẻ điều khiển trong khâu sây ở xưởng xeo, ta tìm hiểu nguyên Nguyên Thanh Tuân 7 œ Tiếp theo, bột được tẩy tiếp bằng NaClO đề nồng độ trắng tăng lên theo yêu câu.

Đề đảm bảo độ trắng tăng theo yêu câu đặt ra, phải thực hiện công đoạn tây diễn ra một cách nghiêm túc, duy trì thích hợp các yêu tổ: nông độ bột, mức dùng hoá chất, nhiệt độ, thời gian và độ PH. © Bột sau khi được tây trắng được đưa vào bề chứa để đưa sang phân xưởng. Năng suất của công đoạn tẩy trắng được tính theo hàng trăm tan/ngay. Công đoạnxeo giầy: Trước khi vào máy xeo, bột giấy được đưa qua hệ thông nghiên côn đề làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả năng liên kết giữa các thớ sợi với nhau tạo điều kiện cho khả năng.

hình thành tờ giấy tốt hơn. Sau khi nghiền bột được phối hợp với các phụ gia khác như: Cao lanh, nhựa thông, phèn vả một số chất khác ở mức độ phủ hợp với yêu câu chất lượng giấy. Sau đó bột được qua hệ thông phụ trợ: Sảng áp lực, lọc cát, đề loại bỏ chim so sợi vả cát sạn rồi được đưa lên hom phun bột. Bột được phun lên lưới và hình thành tờ giây ướt cỏ độ khỏ là 18-20% qua hệ thông ép ướt, độ khô cửa tờ giấy dat 40%, rồi đưa vào hệ thống sấy.

Tại đây giấy được sấy khỏ va ôn định độ khô là 93-94%, Sau đó tờ giấy được xử lý để làm nhẫn bé mat, min và chuyên đến bộ phận cuộn lại ở bộ phan hoàn thành đề gia công, chế biển thành sản phẩm giấy cuộn, giấy A4, A3, giấy vở học sinh. theo yêu cầu của khách bảng. Nguyên Thanh Tuân 9 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình1.1: Tổng quan về công nghệ sản xuất giấy Hình 1.2: Quá trình sây giấy Hình2.1: Buông sảy giây hiện đại của hãng Metso Hình2.2 : Các lô sây trong dây chuyên sản xuất giấy Hình2.3a: Câu hình lô sây kép.3b; Cầu hình lô sẩy đơn.4: Hai lô sây lạnh ở nhóm sấy cuối cùng Hình2.5: Bồ trí các lô sây trong một nhỏm sấy. Bồ trí hai nhóm sấy theo kiểu cascade.