CN86100491A

CN86100491A - 自适应恒定匀浆机强度控制系统

Info

Publication number: CN86100491A
Application number: CN86100491.4A
Authority: CN
Inventors: 老约翰·迈克尔·埃勒里
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1985-01-31
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1986-08-06
Also published as: DE3602833A1; BR8600386A; CA1249646A; JPH0250238B2; KR860005931A; JPS61179391A; GB8602068D0; CN1007273B; US4661911A; MX161502A; PL257729A1; GB2170620B; IN164369B; KR890000814B1; GB2170620A; PH23231A; IT8619251A0; IT1208200B; PL156002B1

Abstract

本发明提供一种方法和装置，能在不同的每吨能耗和不同的外加功率条件下，对通过圆盘型匀浆机的纸浆原料，维持其恒定的匀浆强度。本系统利用一种控制方案和几种独特的控制算法的结合，使得匀浆机部件的旋转速度，与驱动电机所消耗的功率有关。本发明的基础为匀浆强度，它定义为所加的净匀浆功率被单位时间内翼片(匀浆部件)交割数相除所得的商。该系统为一自适应控制系统，它是根据对匀浆过程的实时测量进行控制的。

Description

自适应恒定匀浆机强度控制系统

本发明涉及一种匀浆机控制系统，更确切地说，是涉及一种自适应匀浆机控制系统，该系统能根据实时过程测量数据和各种可调常数运转，从而给出一个计算出的主驱动速度，这个主驱动速度与匀浆机的主驱动电机给出的能量有关。

当今，造纸厂在匀浆工艺上面临的基本问题是保持一定的匀浆强度，匀浆强度是匀浆板结构和加至造纸原料上的净能量的函数，对于特定型号的纸，在不同的生产率下，匀浆强度不变。并利用同样的匀浆设备，可以在不同的每吨马力日能耗和不同的匀浆强度值下，以不同的生产率生产另一型号的纸。现有技术使主驱动电机保持恒定速度，因此，为了改变生产率，必须调整匀浆机的功率，以获得所需的每吨马力日能耗，但是，因为速度并未改变匀浆机强度实际上保持不变。

在上述条件下，造纸厂的工作人员必须不断地调节匀浆机功率，以试图为得到所希望的结果，找出匀浆机的最佳工作状态。这种工作状态常常导致能源的浪费。

本发明的目的就是提供一种匀浆机强度控制系统，该系统能自动适应特定的匀浆机要求和工艺过程。

上述的目的，是通过一种自适应恒定匀浆机强度控制系统达到的，在这种系统中，采用了一种可变速驱动电机，并使得包括下列问题在内的许多问题得到解决：

1、确定主驱动电机应具有的旋转速度，使该速度与加至匀浆机的净能量有关;

2、实时地确定空载马力，并根据这一数据实现匀浆机总能量需求的最佳化;

3、确定加至匀浆机的实际净能量;

4、确定调节机构所需的速度，该速度必然反比于主驱动电机的能量大小，从而对控制系统稳定性具有无限的可调速度范围。

更确切地说，本发明的目的，就是通过对许多独特算法的求解，而使上述问题得到解决之后实现的，这些求解值由实时过程测量和可调常数导出，这将产生一个与主驱动电机给出的净能量有关的计算出的主驱动速度。

于是，控制系统的精度，取决于精确地确定空载马力。因此，采用一个独特的线性方程来确定空载马力。为此建立了一个代表实时过程“指纹”的二维数组，该指纹考虑了对一给定的每吨耗能量时各种速度的空载功率，还考虑了其他机械和水力损耗。

利用流量和稠度的实时测量数据，求解整个空载马力方程，最后的精度可以进一步改善，并能自适应。

利用计算得到的空载马力和由驱动电机测得的实际功率，现在便可以算出实际的每吨净马力日能耗。

上面所述的一系列的计算结果，又被用作反馈信号，指示出设定点的每吨马力日与实际的每吨马力日之差。通过调节有关匀浆部件，就会达到平衡状态。

与此同时，对净能量进行调节，对所需速度的方程进行求解。所需的速度是匀浆板翼片每转交割英寸长度的函数，对每种匀浆机板结构，每一净马力数值和强度因子而言，为一常数，这里，净马力是前面解释过的计算结果，而强度因子为一数字常数，代表所希望的实际纤维的形成情况。

刚刚所述的计算结果，就是在不同的任一组条件下驱动电机所需的速度。

为了保证算得的结果能被末级控制元件，即匀浆机传动电机精确地执行，故采用一种变速调节装置。实际的传动电机速度，是主驱动电机提供的功率的反比函数，它也是一个可调常数，当所加功率增加时，它能使调节装置的旋转速度变慢。这一独特性能，消除了控制不稳定性的通常原因，当驱动电机工作在等于或接近于其满载功率，且匀浆机部件被调节在某一预定的恒定速度时，就会产生这种不稳定性

本发明的其他一些目的、特征和优点、它的组成方式、结构和操作原理等，从以下的详细介绍，并结合参考相应的附图，将会获得最好的了解。

图1A和图1B是依据本发明所设计的，联接至匀浆机，并根据实时过程测量数据，对匀浆机进行控制的自适应恒定匀浆机强度控制系统的方块图;

图2是匀浆机匀浆板的局部平面图;

图3是本发明的简化方块图。

概括地来说，本发明就是提供一种方法，使其能够在不同的生产率和不同的外加功率条件下，对通过园盘匀浆机的纸浆原料，维持匀浆强度不变。这是通过采用一种控制方案和几种独特的控制算法而实现的，控制方案和控制算法的结合，其结果使得匀浆机部件的旋转速度与主驱动电机所给出的功率相关。匀浆强度定义为所加的净匀浆功率被单位时间内翼片（匀浆机部件）交割数除得的商（IC/REV）净匀浆功率定义为主驱动电机总马力减去空载马力。空载马力是指旋转匀浆机部件以克服各种阻力所需的功率的和，这些阻力包括匀浆机部件之间纸浆与衬垫摩擦所产生的力，支承摩擦，空气阻力和内部湍流，以及其他一些还不完全清楚的微小因素所产生的阻力。本发明提供一种能建立工艺过程设定点的方法，首先计算出匀浆机所需的功率，然后调节匀浆机部件的速率，该速率取决于外加功率的大小，利用上述确定空载马力的独特的指纹法来确定有效的净马力，最后算出在不同的工艺条件下，为维持匀浆强度恒定所需的主驱动电机的旋转速度。

参照图1A和1B，自适应恒定匀浆机强度控制系统的各组成单元，可分述如下。

方式选择

图中10所表示的是方式选择单元，通过人工选择控制方法，（即排水度控制，分层真空控制，每吨马力日控制和其他控制），该单元能提供一种装置，指示出控制系统工作于何种方式。这里采用一种项目表式的格式，一旦工作方式选定以后，各传感器就将确定适当的定标数和范围数，通过有关的软件子程序，赋给系统的设定点部分。

工艺过程设定点

工艺过程设定点单元12是一个确立所需的匀浆强度的装置。

当每吨马力日（HPDT）工作方式选定以后，比例、积分，微分功能电路就不再需要，因而被旁路，因此允许所需的HPDT设定点值直接由可编程序的匀浆机控制器（PRC）14接收。

可编程序匀浆机控制器

可编程序匀浆机控制器14，接收所需的功率设定点的数据，即工艺过程设定点单元12的输出，作为本身的输入信号。反馈信号或者是计算得到的净每吨马力日，或者是有效的净马力，这将随选定的工作方式而定，下面在方式选择小标题下，将加以介绍。

根据反馈信号与设定点信号的偏差，PRC单元14将应园盘定位设备的要求，产生修正操作，而增加或减小相应的匀浆机部件的位置，直至满足平衡条件。匀浆部件重新定位的速率，将由计算传动电机速度单元16所决定。

计算传动电机速度单元

计算传动电机速度单元16，从实际净马力单元18，接收实际净马力信号，然后经过独特的线性方程运算，确定出调节匀浆板的传动电机旋转速度。计算传动电机速度的方程，使传动电机的速度作如下的逆变，即主驱动电机功率的增加，将使调节匀浆板的传动电机旋转速度降低。这一实际方法，在1984年10月12日提出的，序号为No·660，522的另一份专利申请中已作了介绍，此处引作参考。

匀浆机板调节单元

匀浆机板调节是利用一个通用电机起动器和反向组合开关21实现的。旋转方向和持续时间由匀浆机所需功率单元20确定，与此同时，传动电机的速度，由计算传动电机速度单元16预置并自动调整。

空载马力

空载马力单元22，代表一种精确计算空载马力数值的独特的方法，在大多数条件下，空载马力是一个变量，它的值随主驱动电机的负荷百分比而变。空载马力一词，上面已作了定义。为了精确确定净马力，必须在主驱动电机的整个负载范围，保持其数值精确。这一数值的确定，是通过所谓的指纹记录的技术实现的，指纹记录就是将主驱动电机在各种递增速度下的所有空载马力数值，排列成数组。于是矩阵就正确地表示出受控机器的空载马力并考虑到该特定机器的各种已经明确和还不明确的损耗因素。

矩阵含有两组信息，这两组信息分别记录了在特定瞬时的速度和在同一瞬时的相应空载功率数值。

这一信息，连同可变速驱动系统的实际速度测量数据，加上正比于原料稠度和原料流量的测量信号，便得出了空载马力数值。为了能够表示出稠度和流量的变化对实际空载马力的影响，必须利用实际原料稠度和流量的测量信号。

确定空载马力的整个步骤，可以用以下关系式表示：

这里，K_C为可调马力常数，用来调节稠度的变化对空载马力的影响

CA为实际稠度;

CT为设定点稠度或称目标稠度;

K_F为可调常数，用来调节流量的变化对空载马力的影响;

FA为实际流量;

FT为目标流量的设定点

A为由实际的测量变量RPM所选定的功率的矩阵值;而RPM为速度的测量变量。

表

速度空载马力数组

数据点 RPM A

1 900.0 180.0

2 899.5 179.8

3 899.0 179.4

4 898.5 179.2

5 898.0 179.0

6 897.5 178.8

7 897.0 178.6

8 896.5 178.4

9 896.0 178.2

10 895.5 177.8

11 895.0 177.4

12 894.5 177.2

13 894.0 176.7

99 401.0 131.0

100 400.0 130.0

实际净马力

主驱动电机所消耗的实际净马力，由下列关系式确定：

实际净马力＝ (实际功率)/0.746 -空载马力

实际算得的净马力被作为反馈信号，送至传动电机速度计算单元匀浆强度计算单元，PRC单元和百分比净马力单元。

百分比净马力

百分比净马力单元24，用于确定由主驱动电机所消耗的净马力的百分比。它的值由下列关系给出：

百分比净马力＝100（ (实际净马力)/(K₃) ）

实际净马力由前面的关系式导出，常数K₃为可调常数，它表示有效的净马力。

百分比流量

百分比流量单元26，用于及时地确定给定瞬时的实际流量，并将该值换算成最大流量的百分比。该值由下列关系给出：

百分比流量＝100（ (实际流量)/(K₄) ）

实际流量的数值，可以利用诸如磁流量敢应计之类的通用流量（质量）测量装置得到。

在上面的方程中，K₄为一可调常数，它表示流量测量装置的标定范围。

百分比净每吨马力日

百分比净每吨马力日单元28，根据及时测得的任一给定时刻进行加工的原料的流量率（T/D）和稠度，计算由主驱动电机提供的实际净每吨功率日。百分比净每吨马力日由下列关系式导出：

百分比净每吨马力日（％NHDT)=

( (百分比净马力)/(［（C×P₁)+P₂］) )(百分比流量×0.06)

这里C为测得的稠度值;

P₁等于（1-P₂）/50;

P₂等于最低稠度/平均稠度;

百分比流量为计算所得的百分比流量的结果值;

0.06是1/16.62的小数表示。

上述计算百分比净每吨马力日的方程的使用权，不是本发明特定的权利要求范围。这一方法，已由加里·弗劳尔先生（Mr.Gary Flohr）在他的美国专利申请No.370，577号中作了说明，并作为权利要求提出，该专利申请于1982年4月19日提出，于1984年8月28日批准，此处引作参考。

匀浆强度计算

由单元30算得的匀浆强度的值，是表示主驱动电机旋转速度的信号，该速度维持等量关系。主驱动电机所需的旋转速度，由下列关系式确定：

RPM（转/分）（速度）＝ (实际净马力)/(IC/REV×强度因子)

这里：

净马力为实际净马力计算的结果;

IC/REV为可调常数，它取决于匀浆部件结构的形状。

强度因子＝ (实际净马力)/(IC/REV×RPM)

强度因子为一可调常数，它表示原料通过圆盘匀浆机和匀浆部件之后所要求的结果。

比例，积分，微分（PID）

除了与本发明的其它装置相组合的情况以外，这里不打算以任何方式对多年来为这一领域的专业人员所熟知的常规PID功能电路提出权利要求。这些常规功能电路用于本发明中，是为了改善整个控制效果。所有这些功能电路，连同它们的定义，在此给出，是为了对本发明更易于理解，它们用单元32表示。

术语“比例”或“增益”是指由于比例控制作用而产生的输出变化对输入变化之比。

术语“积分”是指以下的控制作用，即输出变化率正比于输入。

术语“微分”是指由比例控制作用和微分控制作用两者所产生的最大增益对仅仅由于比例控制作用而产生的增益之比。

上述三种控制功能，在一定的范围内，是有限可调的，它是工艺过程中协调操作控制方案的一种手段。

类似的电路34，用于根据单元30的速度计算，对主驱动电机速度设定点进行控制。

硬件

控制电路

上述的单个控制电路或装置，可以由各种不同电路组成，不过，确定无疑的是，计算工作可以很容易地利用计算机，比如用DEC（数字设备公司）PDP11-23E型计算机进行。PDP11-23E计算机系统，包括一个1兆软盘驱动器，A/D（模-数转换）输入卡，D/A（数-模转换）输出卡，一个RSX操作系统，和一个Pascal语言（UCSD）编辑程序。

主电机驱动组件36

选定的主电机可变频驱动组件，是里拉因斯电气公司（Reliance Electric·）提供的600马力可变频控制器。

传动电机驱动部件20

选定的传动电机驱动部件20，是爱莫森电气公司（Emerson Electric Co.）提供的型号为AS270-OTB的5马力可变频控制器。

传动电机调节盘18

传动电机调节盘，由贝劳依特公司（Beloif Corporafion）按图号D42-400788制造，并有现货供应。

可编程序匀浆机控制器PRC14

可编程序匀浆机控制器，由贝劳依特公司（Beloif Corporafion）按图号D42-400983-G1制造，并有现货供应。

功率信号传感器36

选定的功率信号传感器，是由哥伦布科学公司（ScientificColumbus）制造的，型号为XL。

稠度传感器38

稠度传感器38，由德组里克公司（Dezurik Corporafion）制造，型号为710BC。

流量传感器40

流量传感器40，于福克斯博罗公司（Foxboro Company）制造，型号为2800。

排水度传感器42

选定的排水度传感器，为美国麻萨诸塞州劳伦斯市波尔顿爱莫森公司（Bolfon Emerson Companyof Lawrence，MA.）所制造，型号为Maxk III。

分层真空传感器44

选定的分层真空传感器44，用来检测分层辗46的真空，它由美国麻萨诸塞州福克斯博罗市福克斯博罗公司（Foxboro Company of Foxboro，MA）制造。

当然，判定单元52，54和56是PDP11-23E计算机的组成部分。

其他的工作部件是主驱动电机48，和匀浆机50，匀浆机50包括匀浆机传动电机52。

工作方式

正如上面所指出，PDP11-23E型计算机，被选择用来完成自适应恒定匀浆机强度控制任务。但上面也已提到，PDP11-23E型计算机，并不是完成这一任务的唯一设备。那些在仪器运用方面具有一般知识的人员，利用模拟或数字技术以及适当选定的硬件，就能完成上面详细介绍的控制任务。

以下介绍的工作原理，是基于数字电路技术，将以详细的方块图和基本知识加以介绍。最后一部分，将所有各种工作方块图联系起来从而给出完整的系统工作方法。因此，图1A，图1B，和图3表示出系统的硬件以及说明系统工作方式的流程图。

方式选择，设定点，判定

控制系统的方式选择部分，是利用一只联结至计算机的阴极射线管（CRT）终端来完成的，这一终端由10表示。软件模块向操作人员提供一种相互对话程序，要求操作人员从键盘（单元10的一部分）输入指令，以建立起控制系统的工作方式，如，HPDT方式;分层真空方式;排水度控制方式;以及其他方式。

控制技术中的选择方式，设定点以及判定部分，在图1A中，由单元10，12和52表示。

利用初始控制时所接收到的交互数据，即产生下一个项目表和对话，在其期间，将选择适当的子程序，以确定出为选定的工作方式所需的正确的定标数据和常数。与此同时，根据同样的输入数据做出各种判定。

输入项目表分类

分类说明

1

2

3

4

选择1？

控制方式选择

1、选择匀浆机？

2、希望运行在HPDT方式是/否？

3、希望运行在排水度方式是/否？

4、希望运行在分层真空方式是/否？

5、希望运行在“其它”方式是/否？

你已为第_号匀浆机选择了_方式

你的选择正确与否？是/否？

开始相互对话

1、已选择的类别是_

选择正确与否？是/否

2、希望启动自动控制吗？是/否

3、是＝“自动控制启动”

子程序A

4、否＝转向重新调整常数子程序

子程序“B”

空载马力和实际净马力

空载马力单元22和实际净马力单元18，是与判定单元54一道执行的，判定单元54的执行，需利用根据实时数据搜集技术建立起来的速度、功率数据数组，并对前述空载马力单元22和实际净马力单元18建立的空载马力方程的连续不断的求解。

根据这些单元及由此而建立起的方程和被称作为“指纹”的速度功率数据矩阵，对于不同的电机和匀浆机，给出空载马力数值的空载特性曲线，这一曲线复盖了可变速主驱动电机48的整个速度范围。以这种方式得出的曲线，考虑到了前述中所描述的各种原因产生的所有功率损失，它代表了在各种驱动速度下真正的空载马力数值。

下表表示出实现指纹记录操作的典型伪操作码。这种指纹记录操作，在启动自动控制之前，只需进行一次。只有当发生机械变化时，即当采用较大功率的电机或不同结构的匀浆机部件时，才需重覆指纹记录操作过程。

伪操作码

1、启动主驱动电机，并将其加速至最大速度，启动原料泵。

2、检测入口压力和稠度是否在规定范围之内。

3、将电机按一定增量减速。

4、读出在每增量时电机的功率和速度P（1）S（1），等。

5、过程完结之后，将控制转向输入项目表分类。

本专业的技术人员都清楚，以速度，功率数据组成的数组建立起的数据点的数目，对形成的曲线的精度，有着很大的影响。一组典型的指纹记录数据数组，将在下面介绍空载马力单元中给出，并将在本文的其余部分，说明控制过程的实际操作。以方程形式表示的算法，不是在所有情况下，都可以被简化，为的是更透彻地理解其概念。

空载马力单元22的操作过程如下。

1、将输入速度值赋于程序变量AlN。

2、利用常规的数组搜寻工艺方式，在指纹记录操作过程中，将变量A的值与数组中的电机速度数值加以比较。

3、找出与程序变量AlN所含的值最相匹配的点，并将在该点的功率值赋予程序变量AOUT。

4、求解空载马力方程，并将求得的值赋予程序变量NLHP。

下面用数值说明上面介绍的操作过程。

这里：

CA等于由稠度感应器38测得的实际稠度;

CT等于设定点稠度;

FA等于由流量感应器40测得的实际流量;

FT等于设定点流量;

K_C为可调常数，它表示稠度的变化在处理不同原料时对校正的空载马力值的影响;

K_F为可调常数，它表示流量的变化在处理不同原料时对校正的空载马力值的影响;

AOUT为AlN变量与数组速度（RPM）值相匹配的点处的存入数组中的数组功率值。

空载马力（NLHP）-数据数组

AlN RPM AOUT

898.9 900 180.0

899.5 179.8

899.0 179.4

898.5 179.2

898.0 179.0

897.5 178.8

897.0 178.6

896.5 178.4

896.0 178.2

895.5 177.8

895.0 177.4

894.5 177.2

894.0 176.7

K_C＝0.1

K_F＝2

计算结果

AlN AOUT CA CT FA FT KC KF NLHP

898.5 179.2 3.5 3.5 1000 1000 0.1 30 179.2

898.5 179.2 4.0 3.5 1000 1000 0.1 30 181.7

898.5 179.2 3.0 3.5 1000 1000 0.1 30 176.7

898.5 179.2 3.5 3.5 1200 1000 0.1 30 182.5

898.5 179.2 3.5 3.5 900 1000 0.1 30 177.5

898.5 179.2 3.2 3.5 1100 1000 0.1 30 179.5

上述的计算结果表明，当稠度和流量两个值是方程的主动输入量时，上述的方程能得到一个本质上是自适应的结果。上述的计算还给出了求解精确空载马力值的步骤，空载马力值是整个控制技术的综合性的并且是重要的部分。两个常数K_C和K_F为经验数据，必须通过实际试验决定。

实际净马力

实际净马力的值由下列方程决定。

ANHP＝（ (功率)/0.746 ）-NLHP

这里：

ANHP是实际净马力;

功率是由实际瓦特测量装置（功率感应器36）所测得的实际千瓦值;

0.746是根据由千瓦向马力转换的定义导出的转换因子

1马力＝33，000英尺-磅/分，

1马力＝550英尺-磅/秒，

1马力＝746瓦特，

1马力＝0.746千瓦，且

NLHP是上面对NLHP（空载马力）求解的结果。

借助于上面计算实际净马力的方程，下面用数字说明如何利用空载马力计算的结果，这里假定电机的马力是1000马力。

功率

（千瓦）马力 NLHP ANHP

745KW 998.6 179.2 819.4

600KW 804.2 181.7 622.5

500KW 670.2 176.7 493.5

上面的计算结果表明，所述的方程，是这样求得实际净马力值的，即将千瓦先转换成马力，然后减去空载马力计算的结果值。

百分比净马力，百分比流量，百分比净每吨马力日

百分比净马力，百分比流量和百分比净每吨马力日，分别由图1A中单元24，26和28在具有从流量传感器40和稠度传感器38附加输入的条件下提供给每吨马力日方式，如上指出，只有当HPDT（每吨马力日）工作方式被选定以后，上述各单元才执行。将数值转换成百分比本身并无独特之处，但却是本发明的一个特征。

百分比净每吨马力日

百分比净每吨马力日单元28，是美国专利4，184，204中公开的方法的通用改进型，该专利于1980年1月15日授予加里·弗劳尔（Gary Flohr），并转让给本发明的同一被转让人，这里引入以作参考。

本单元的目的是，利用在美国专利4，184，204中公开的独特的方法，将输入过程测量信号转换成净每吨马力日的值。这一方法的改进之处在于，将所得到的值进行百分比转换，以适应本发明操作的需要，还有，提供给该单元用于求解其方程的可变百分比净马力的形式，是由上面描述百分比净每吨马力日导出，利用百分比净马力，百分比流量和百分比稠度测量及其比值得到的。

百分比净马力

百分比净马力单元24，直接把单元22和18所确定的值转换成百分比。在下面给定的百分比净马力方程的数字实例中，常数K3是可调的，表示有效净马力。有效净马力可以表示成主驱动电机48的最大额定马力减去它的空载马力，假定电机马力是1000马力，它的空载马力是180马力，则常数K3等于820马力。假定实际净马力等于600马力，那末

百分比净马力＝实际净马力/K3

百分比净马力＝100（600/820）

百分比净马力＝73.1%

百分比流量

百分比流量单元26，提供一种转换过程，利用由流量传感器40接收到的流量测量结果和可调常数K4，给出百分比流量的数值表示式。常数K4表示流量测量装置的标定范围。实际流量是流量测量装置在任一特定时刻的输出值。如果假定流量测量装置的标定范围是1000GPM（每分钟加仑数），实际测得流量为800GPM，则

百分比流量＝100×（800/1000）

百分比流量＝80%

传动电机速度，可变速驱动和传动电机匀浆板调节

这些功能分别由图1B中单元16，20和21表示。这些功能已在我的1984年10月12日提交的在先的申请No.660，522号中公开了，此处引作参考。本发明控制过程中采用了这些技术，目的为了增强其整个操作性能，下面分别用数字实例加以介绍。

传动电机速度

该部分控制系统，是基于利用各种计算方法，连续求解线性方程以获得表示所需的传动电机速度的结果。这一技术的核心思想是，根据匀浆机主驱动电机功率的大小，反比例地改变传动马达的输出速度。基本线性方程表示如下：

GMSR＝GMSMX-〔（ACMMP/AVMMP）/GMSMX〕+GMSMN

这里：

GMSR＝所需要的传动电机速度;

GMSMX＝最大传动电机速度〔一个表示传动电机最大RPM（每分钟转数）输出的可调常数〕;

ACMMP＝实际主电机功率（由匀浆机主驱动电机给出的功率的实时测量值）;

AVMMP＝有效主电机功率（一个可调常数，它以千瓦的单位表示匀浆机驱动电机能给出的最大功率）;

GMSMN＝最低传动电机速度（一个包含在可变频驱动控制器中的可调常数）。

典型实例

假定主驱动马力＝200

最大有效功率＝200马力×0.746＝149.2千瓦

最大传动电机速度＝900RPM（转/分）

最低传动电机速度＝50RPM（转/分）

传动电机速度范围＝900RPM-50RPM

＝850RPM（转/分）

最大调定速度＝850RPM

假定空载马力＝70马力×0.746＝52.2千瓦。

主电机主电机最大传动最低传动传动电机

功率功率电机速度电机速度速度

（实际）（有效）

149.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 50RPM

139.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 106RPM

129.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 163.8RPM

119.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 220RPM

上述例子表明，随实际测得的主电机功率的变化，传动电机的输出速度以反比变化。

可变速驱动

可变速驱动单元20，代表一个通用可变频驱动控制器。生产这种驱动控制器的厂家有好几个。可变速驱动控制器的测量要求如下：

1、必须能接收由传动电机速度计算单元给出的遥控信号;以及

2、可变速驱动控制器的规格必须能适应各种马力的传动电机的功率要求。

如前面所指出，选定的传动电机可变频驱动部件为爱莫森电气公司（Emerson Elecfric CO.）提供的5马力可变频控制器，其型号为AS270-OTB。

传动电机匀浆板调节

传动电机匀浆板调节单元21是一组电机启动器和反向开关，它从可编程序匀浆机控制器14接收其操作指令。

如前面所指出，传动电机匀浆板调节盘，由贝劳依特公司（Beloif Corporafion）按图号D42-400788制造，并有现货供应，这是一种可以在实施本发明中使用的典型传动电机匀浆板调节部件。

可编程序匀浆机控制器

如前面所指出，以微处理机为基础的可编程序匀浆机控制器，由贝劳依特公司（Beloif Corporafion）按图号D42-400983-G1制造，并有现货供应。简单说来，它的操作内容，包括下面几部分：由遥控源接收一个输入信号，将此信号与从控制装置得到的测量信号加以比较;然后借助于速度和旋转方向两信号对圆盘定位装置，实现修正操作。这也是一种可以在实施本发明中使用的典型控制器。

匀浆强度计算

下面介绍的驱动速度计算是一种确定主驱动电机48的所需旋转速度的独特方法，主驱动电机48与圆盘匀浆机50相连，以便在不同的工艺条件下，维持恒定的匀浆强度。

匀浆强度先前在一般描述中已作了定义，即它等于所加的净匀浆功率被单位时间内翼片（匀浆部件）交割数除得的商。

所需的速度，是对下列独特方程的连续求解的结果。

RPM（转/分）（速度）＝ (实际净马力)/(IC/REV×强度因子)

这里：

实际净马力是上面介绍的实际净马力方程求解的数学结果;而

IC/REV是每转交割英寸长度（匀浆部件翼片在转子部位的数目，乘以翼片在定子部位的数目，再乘以匀浆部件在每一区域翼片的长度，将不同区域中的上述乘积相加）。最后将加得的结果乘以每分钟转数即每分钟交割长度IC/M。

参照图2，可得下列式子：

IC/M＝2〔（B_RⅠ×B_SⅠ×L_Ⅰ）+（B_RⅡ×B_SⅡ×L_Ⅱ）+（B_RN×B_SN×L_N）〕×RPM

这里：

B_RⅠ＝区域Ⅰ中转子部位翼片数目;

B_SⅠ＝区域Ⅰ中定子部位翼片数目;

L_Ⅰ＝区域Ⅰ中翼片长度;

RPM＝每分钟转数。

计算实例

区域 B_S× B_R＝ B_SB_R

Ⅰ 152 208 31，616

Ⅱ 225 208 46，800

Ⅲ 222 208 46，176

Ⅳ 204 192 39，168

Ⅴ 188 176 33，088

Ⅵ 28 40 1，120/197，968

197，968×2＝395，936 IC/REV

强度因子为一经验可调常数，用以描述由匀浆过程获得的希望的结果。这一因子可由下列关系给出：

强度因子＝ (实际净马力)/(IC/REV×RPM)

利用前面用过的同样的马力和RPM值，下面将导出强度因子，并将把它用于本文的其余部分叙述中。假定电机的马力为1000马力，实际净马力为819.4马力，主驱动电机48的速度为900转/分，则强度因子IF为：

IF＝819.4/（395936×900）

IF＝23^-5

如上所述，该因子是三个变量的组合，即与匀浆机部件有关的量IC/M和转速RPM，当这些量互相组合时，将能产生所希望的最终产物。

导出强度因子之后，驱动速度可计算如下：

RPM（转/分）（速度）＝ (实际净马力)/(IC/REV×强度因子)

RPM＝819.4/（395936×23^-5）

RPM＝899.794

算得的速度，现在可以作为比例，积分，微分（PID）功能单元34的设定点数值。由比例，积分，微分（PID）单元34计算后的输出，被加至可变速驱动控制器36的速度设定点部分。反馈信号再由单元36返回至比例，积分，微分（PID）单元34，以保证该驱动速度就是由比例，积分，微分（PID）单元34所确定的值。

参看图3，图中给出的控制系统，是以下几个部分的组合：即工艺过程的实际测量，用于确定各种量值的独特的算法，以及实现为圆盘型匀浆机提供自适应恒定强度控制所需结果的控制硬件。图3将整个发明的详细内容，汇集成一简化的方块（流程）图。每个方块的作用已在上文作了说明。如前所述，本发明的目的，就是提供一种控制系统，该控制系统通过利用排水度控制，每吨马力日控制，分层真空控制，以及其他控制的几种基本控制方式之一，能自适应地在各种工艺条件下，维持恒定的匀浆强度。

如图3所示，它所包含的基本步骤如下：

1、操作人员启动基本控制方式，并为选定的方式确立设定点值;

2、当过程测量值不等于设定点值时，匀浆板调节控制系统将以匀浆板调节速度的计算确定的速率改变匀浆部件的位置。而匀浆部件位置的变化，将引起主驱动功率的改变。

3、主驱动功率的变化被空载马力计算单元和实际净马力计算单元所识别。于是新的空载马力值被用于进行实际净马力计算。结果是计算值成为过程测量信号，并回送至可编程序匀浆机控制单元，使控制系统平衡在设定点的数值上;

4、重新算得的实际净马力值，还被送至速度计算单元以进行速度计算，于是产生一个新的速度设定点数值;

5、主驱动电机可变速控制器，接收速度计算单元的输出和比例积分，微分功能电路的指令后，再调节本身的速度。然后将新的速度值回送给速度计算单元和比例，积分，微分功能电路，从而保证恒定匀浆强度的方程两边相等。

本发明的意义是多方面的，它包括各种装置和方法，采用这些装置和方法，就能在不同的每吨耗能量和不同的外加功率条件下，对通过圆盘型匀浆机的纸浆原料，提供一个自适应控制系统，以维持恒定的匀浆强度。这些方法和装置是：

1、精确确定主驱动电机的空载马力值的方法和装置，这是为由圆盘型匀浆机提供均匀产物而创制的整个精确控制技术的第一步;

2、控制匀浆作用强度的装置和方法，根据变化的过程测量和所需的产物结果而工作，这是有助于获得均匀产物输出的另一有利条件和特征;

3、调节主驱动电机转速的装置和方法，根据对独特方程的求解而工作，这有助于提高控制系统的能力，从而在主驱动电机功率消耗低于具有固定速度的驱动电机的功率消耗条件下，获得均匀产物;以及

4、对圆盘匀浆机变量控制能力的任何改善，即是说，在给定的一组环境条件下，消耗在匀浆部件中的那部分功率，必须能改善最终产物的质量，而又具有较低的能量消耗。

虽然在介绍本发明时，列举的是一个特定的实施实例，但是专业技术人员，在本发明的精神与范围之内，显然能对本发明作出很多的改变和修正。因此，我打算将那些合理而又真正地属于我对现有技术之贡献的范围之内的改变和修正，包含于所授予的本专利范围之中。

Claims

1、一种控制造纸匀浆机的方法，该造纸匀浆机包括一个调节匀浆机板的传动电机，并由一个主驱动电机驱动，其方法的特征在于包括下述步骤：

(a)检测匀浆机原料稠度和原料流量，并产生相应的稠度和流量信号；

(b)检测驱动电机的速度和功率，并产生相应的速度和功率信号；

(c)根据稠度、流量和速度信号，产生驱动电机空载马力信号；

(d)根据功率、流量和稠度信号，将空载马力转换成百分比每吨马力日，其中包括(e)根据功率信号，将空载马力转换成实际净马力的步骤；

(f)由实际净马力以及取决于匀浆机板结构的可调常数和强度因子，产生出驱动电机速度信号，并将该速度信号，加至驱动电机上上述的强度因子，被定义为一个表示希望的匀浆结果的可调常数；

(g)由百分比每吨马力日，速度设定点，主电机功率，有效主电机功率和最大与最小传动电机速度，产生出传动电机速度信号，并将该传动电机速度信号，加至传动电机上。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤（a）和步骤（b）进一步定义为：

（a1）产生模拟稠度和流量信号;及

（b1）产生模拟速度和功率信号。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于，步骤（a）和步骤（b）进一步定义为：

（a2）将模拟稠度和流量信号转换成数字稠度和流量信号;及

（b2）将模拟速度和功率信号转换成数字速度和功率信号。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤（c）进一步定义为：

（c1）根据下列关系，计算空载马力NLH：

这里，CA为实际稠度，CT为目标稠度，FA为实际流量，FT为目标流量，K_C为表示稠度的变化对空载马力影响的可调常数，K_F为表示流量对空载马力影响的可调常数，而A为一表示在测得的驱动电机速度下驱动电机功率的值。

5、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤（d）进一步定义为：

（d1）根据下列关系式，计算实际净马力ANHP：

ANHP＝ (功率)/0.746 -NLH

这里;功率为实际检测的以千瓦表示的驱动电机功率，0.746为由千瓦转换至马力的转换因子，NLH为空载马力。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于，步骤（d）进一步定义为：

（b2）根据下列关系式，计算百分比净马力PNH：

PNH＝100（ANHP/K3）

这里，K3为驱动电机最大额定马力减去空载马力。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于，步骤（d）进一步定义为：

（d3）根据下列关系式，计算百分比流量PF：

PF＝100（实际流量/K4）

这里，K4为流量装置的标定范围。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于，步骤（d）进一步定义为：

（d4）根据下列关系式，计算百分比每吨净马力日PNHDT

PNHDT=( (PNH)/((C×P₁)+P₂) )(PF×0.06)

这里，PNH为百分比马力，C为测得的稠度，P₁等于（1-P₂）/50，P₂为最低稠度被平均稠度除得的商，PF为百分比流量。

9、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤（f）进一步定义为：

（f1）根据下列公式，计算驱动电机的速度RPM：

RPM＝ (ANHP)/(IC/REV×强度因子)

这里，ANHP为实际驱动电机马力，IC/REV为匀浆板每转交割英寸长度，强度因子为一描述所需匀浆结果的可调常数。

10、根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤（g）进一步定义为：

（g1）根据下列公式，计算所需要的传动电机速度GMSR：

GMSR＝GMSMX-〔（ACMMP/AVMMP）/GMSMX〕+GMSMN

这里，GMSR为所希望的传动电机速度，GMSMX为传动电机的最大速度，GMSMN为传动电机的最低速度，ACMMP为实际主电机功率，AVMMP为有效主电机功率。

11、用于控制造纸匀浆机的装置，该装置具有一个调节匀浆机板的传动电机，并由一个主驱动电机驱动，其特征在于包括下述步骤;

检测匀浆机原料稠度和原料流量，并产生相应的稠度信号和流量信号的装置;

检测驱动电机速度和功率，并产生相应的速度和功率信号的装置;

根据稠度，流量和速度信号，产生驱动电机空载马力信号的装置;

根据功率，流量和稠度信号，将空载马力转换成百分比每吨马力日的装置，包括根据功率信号，将空载马力转换成实际净马力的装置;

由实际净马力以及取决于匀浆机板结构的可调常数和强度因子产生驱动电机速度信号，并将该速度信号加至驱动电机上的装置，上述的强度因子，被定义为一个表示希望的匀浆结果的可调常数;

由百分比每吨马力日、速度设定点、主电机功率、有效主电机功率和最大与最小传动电机速度产生出传动电机速度信号，并将该传动电机速度信号加至传动电机上的装置。

12、根据权利要求11的装置，其特征在于，上述的检测装置，包括：

产生模拟稠度和流量信号的装置，和

产生模拟速度和功率信号的装置。

13、根据权利要求12的装置，其特征在于，上述的检测装置，包括：

将模拟稠度和流量信号转换成数字稠度和流速信号的装置，及

将模拟速度和功率信号转换成数字速度和功率信号的装置。

14、根据权利要求11的装置，其特征在于，上述的信号产生装置包括：

根据下列关系式，计算空载马力NLH的装置，

15、根据权利要求11的装置，其特征在于，上述的转换空载马力的装置，包括：

根据下列关系式，计算实际净马力ANHP的装置，

ANHP＝（ (功率)/0.746 ）-NLH

这里，功率为实际检测的以千瓦表示的驱动电机功率，0.746为由千瓦转换至马力的转换因子，NLH为空载马力。

16、根据权利要求15的装置，其特征在于，上述的转换空载马力的装置，包括：

根据下列关系式，计算百分比净马力PNH的装置，

PNH＝100（ANHP/K3）

这里，K3为驱动电机最大额定马力减去空载马力。

17、根据权利要求16的装置，其特征在于，上述的转换空载马力的装置，包括：

根据下列关系式，计算百分比流量PF的装置，

PF＝100（实际流量/K4）

这里K4为流量装置的标定范围。

18、根据权利要求17的装置，其特征在于，上述转换空载马力的装置包括：

根据下列关系式，计算百分比每吨净马力日PNHDT的装置，

PNHDT=( (PNH)/((C×P₁)+P₂) )(PF×0.006)

19、根据权利要求11的装置，其特征在于，上述的产生驱动电机速度信号的装置，包括：

根据下列关系式，计算驱动电机的速度RPM的装置，

RPM＝ (ANHP)/(IC/REV×强度因子)

这里，ANHP为实际驱动电机功率，IC/REV为匀浆板每转交割英寸长度，强度因子为一描述所需的匀浆结果的可调常数。

20、根据权利要求11的装置，其特征在于，上述的产生传动电机速度信号的装置，包括：

根据下列关系式，计算所需要的传动电机速度GMSR的装置

GMSR＝GMSMX-〔（ACMMP/AVMMP）/GMSMX〕+GMSMN