Tài liệu Nghiên cứu phương pháp điều khiển phối hợp nhiều lô sấy nhằm nâng cao mức độ ổn định độ ẩm của giấy

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÙI VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHỐI HỢP NHIỀU LÔ SẤY NHẰM NÂNG CAO MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA GIẤY LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa THÁI NGUYÊN – 2015 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÙI VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHỐI HỢP NHIỀU LÔ SẤY NHẰM NÂNG CAO MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA GIẤY Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN VĂN CHÍ PHÒNG QUẢN LÝ ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN – 2015 Trang 2 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Bùi Văn Bình Sinh ngày tháng năm Học viên lớp cao học khoá 14 CH.TĐH 01 - Trường đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại : Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu phương pháp điều khiển phối hợp nhiều lô sấy nhằm nâng cao mức độ ổn định độ ẩm của giấy” do thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí hướng dẫn là nghiên cứu của tôi với tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 Học viên Bùi Văn Bình Trang 3 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương và được sự hướng dẫn tận tình giúp đỡ của thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “ Nghiên cứu phương pháp điều khiển phối hợp nhiều lô sấy nhằm nâng cao mức độ ổn định độ ẩm của giấy ” đã được hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Văn Chí đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn. Các thầy cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, và một số đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập để hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã cố gắng hết sức, tuy nhiên do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn ít, cho nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp cho luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày….tháng….năm 2015 Tác giả Bùi Văn Bình Trang 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 3 LỜI CẢM ƠN 4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7 LỜI NÓI ĐẦU 8 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH SẤY TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY 1.1 Cấu hình của các lô sấy trong công đoạn sấy khô 12 1.2 Hệ thống hơi và nước ngưng 13 1.3 Mạch vòng điều khiển độ ẩm 15 1.4 Các nhiễu loạn tác động lên phần sấy khô 19 1.5 Cách tính toán độ ẩm của giấy 19 1.6 Kết luận chương 1 20 Chương 2 2.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SẤY KHÔ Mô hình hệ thống hơi và nước ngưng 21 2.1.1 Cấu trúc mô hình hộp đen – hàm truyền IPZ 21 2.1.2 Điều khiển PID cho mạch vòng điều khiển hơi 23 2.1.3 Điều khiển phản hồi trạng thái 31 2.1.4 Mô hình hai cực của áp suất hơi 35 2.2 37 Mô hình vật lý của lô sấy 2.2.1 Mô hình của một lô sấy 37 2.3 45 Kết luận chương 2 Chương 3 3.1 ĐIỀU KHIỂN ĐỘ ẨM CỦA GIẤY TRONG PHẦN SẤY KHÔ Mô hình của phần sấy khô 46 3.1.1 Mô hình động học của áp suất hơi bão hòa đi vào trong lô sấy 47 3.1.2 Mô hình hệ thống thổi khí 48 3.2 Phương pháp Mid-Ranging 48 3.3 Điều khiển ổn định độ ẩm của giấy sử dụng Mid-ranging của hệ thống khí 51 Trang 5 3.3.1 Thiết kế mô hình và điều khiển 51 3.3.2 Kết quả mô phỏng 54 3.4 56 Kết luận chương 3 Chương 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TẠI CÔNG TY GIẤY HVT 4.1 Giới thiệu về hệ thống seo của công ty HVT 57 4.2 Nhận dạng mô hình hệ thống hơi đưa vào lô sấy 59 4.3 Kết quả điều khiển độ ẩm 61 4.4 Kết luận chương 4 63 Kết luận chung của luận văn 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Trang 6 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt IPZ Intergator Pole Zero Quá trình có một khâu tích phân, một điểm cực và một điểm không PPZ Pole- Pole Zero Quá trình có hai điểm cực và một điểm không IMC Internal Model Control Điều khiển dựa trên mô hình nội HVT Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ CD Crossing Direction Hướng ngang của máy MD Machine Direction Hướng dọc theo máy PID Proportional Integral Derivative Controller Bộ điều khiển PID PI Proportional Integral Controller Bộ điều khiển PI Trang 7 LỜI NÓI ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Giấy đóng một vai trò rất quan trọng trong cuộc sống vì giấy được sử dụng trong hầu hết các sản phẩm của con người. Công nghệ sản xuất giấy là một công nghệ ít có sự thay đổi, mục đích của hệ thống máy tạo ra giấy là tạo giấy và hút nước ra khỏi giấy để tạo ra giấy khô với độ ẩm được xác định trước tương ứng với từng loại giấy khác nhau. Do đó độ ẩm là một thông số rất quan trọng, có thể nói là quan trọng nhất trong quá trình sản xuất giấy. Công đoạn sấy giấy để đạt độ ẩm cần thiết cũng là công đoạn tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong quá trình sản xuất giấy. Đối với các nhà máy sản xuất giấy thậm chí cả một công ty lớn, việc xây dựng một hệ thống máy sản xuất giấy mới là một khoản đầu tư rất lớn, do vậy việc tìm kiếm những giải pháp để nâng cao vấn đề ổn định độ ẩm luôn được đặt ra trong thực tiễn. Việc nâng cao độ ổn định thông qua các giải pháp điều khiển được cài đặt trong các hệ thống sản xuất giấy đã có sẽ cung cấp những hiệu quả về mặt kinh tế cũng như chất lượng giấy, có thể kể đến như sau:  Khi độ ẩm của giấy thay đổi nhiều (không ổn định) có thể ảnh hưởng bất lợi đến đến các công đoạn xử lý tiếp theo như máy cán, máy tráng bóng, các dây chuyền đóng gói, thậm chí ảnh hưởng đến cả chất lượng in. Trong suốt quá trình sản xuất, độ ẩm của giấy luôn luôn được đo và theo dõi liên tục. Giấy sẽ bị loại bỏ nếu độ ẩm của giấy không nằm trong phạm vi cho phép. Điều chỉnh độ ẩm sao cho ổn định và ít thay đổi theo yêu cầu sẽ cho phép lượng giấy bị loại bỏ ít hơn, năng lượng sử dụng sẽ ít hơn và qua đó chất lượng giấy cũng sẽ được tăng lên rất nhiều.  Việc giảm thiểu sự thay đổi độ ẩm sẽ dẫn tới việc giảm thiểu tác động điều chỉnh, qua đó các cơ cấu chấp hành sẽ vận hành trơn tru và có độ bền cao hơn. Trang 8  Giấy có độ ẩm ổn định, dẫn tới khối lượng sẽ ổn định và do đó giá bán của một lô giấy cũng sẽ ổn định hơn (vì giấy được bán theo khối lượng).  Độ ẩm của giấy ổn định sẽ tiết kiệm được nguyên nhiên liệu, ví dụ như một nhà máy có công suất 1000 tấn giấy/ ngày, nếu giảm được 0.1% dao động độ ẩm thì sẽ tiết kiệm được 365 tấn nguyên liệu thô mỗi năm [1].  Muốn tăng số lượng sản xuất giấy thì giải pháp thường dùng là tăng tốc độ của máy seo, tuy nhiên phần sấy khô bao giờ cũng là điểm nghẽn vì yêu cầu ổn định nhanh độ ẩm, do đó nếu phần sấy khô được điều chỉnh ổn định độ ẩm tại tốc độ cao thì sẽ đẩy năng xuất của cả hệ thống lên rất nhiều. Một số phương pháp nhằm điều khiển ổn định độ ẩm của giấy trong những năm vừa qua với việc áp dụng lý thuyết điều khiển như phương pháp sử dụng bộ lọc Kalman và điều khiển tối ưu [3]. Ngày nay với đặc điểm là sử dụng máy tính để điều khiển, nên việc sử dụng các lý thuyết điều khiển hiện đại đã được áp dụng cho bài toán điều khiển ổn định độ ẩm ví dụ như bộ điều khiển thay đổi cực tiểu [4], bộ điều khiển tự chỉnh[5][6]. Tuy nhiên những phương pháp kể trên đây đều sử dụng chung một mô hình cho tất cả các lô sấy trong toàn bộ quá trình(mà thực chất các lô sấy kế tiếp nhau sẽ có mô hình khác nhau phụ thuộc vào độ ẩm của giấy có được từ lô sấy trước nó), và chưa kể đến ảnh hưởng của đồng thời cả áp suất hơi vào các lô sấy và áp suất của hơi khí nén tới các cơ cấu chấp hành. Chính vì vậy việc tìm ra mô hình của từng lô sấy kế tiếp nhau sẽ cho phép có được giải pháp điều khiển ổn định độ ẩm một cách tốt hơn [1].. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung Trang 9 Hiện nay trong công nghệ sản xuất giấy thì vấn đề điều khiển ổn định độ ẩm của giấy ở công đoạn sấy đang là bài toán điều khiển mang tính thời sự và cấp bách. Điều khiển ổn định độ ẩm qua nhiều lô sấy để đạt được độ ẩm của giấy sau khi ra khỏi phần sấy nhằm mục đích đảm bảo chất lượng của giấy cũng như tiết kiệm được năng lượng khi sấy đặc biệt là khi lô sấy chạy ở tốc độ cao (>200 mét/phút). Như phần tổng quan đã nói, đối với một nhà máy giấy có công suất 1000 tấn giấy mỗi ngày nếu độ ẩm thay đổi không ổn định trong khoảng 0.1% theo khảo sát thì sẽ tiêu tốn thêm một lượng nhiên liệu là 365 tấn/năm. Trong nhiều năm qua, đa số nhiệt độ của các lô sấy được điều chỉnh bằng tay cho từng lô sấy theo một đường cong kinh nghiệm nào đó và sự chuyển tiếp nhiệt độ giữa các lô sấy thường không ổn định do phụ thuộc vào tốc độ, chất lượng nguyên liệu đầu vào, độ dày của giấy, nhiệt độ môi trường và quan trọng hơn nữa đó là mô hình truyền nhiệt của từng lô sấy ở từng chất độ làm việc khác nhau dẫn tới độ ẩm của giấy không ổn định. Do vậy việc nghiên cứu một phương pháp điều khiển phối hợp nhiều lô sấy nhằm đảm bảo ổn định nhiệt độ của giấy qua đó nâng cao chất lượng độ ẩm của giấy và tiết kiệm nhiên liệu gia nhiệt là một yêu cầu mang tính thời sự và cấp bách hiện nay. Với các vấn đề như đã nêu, mục tiêu nghiên cứu của đề tài nhằm: Tìm một phương pháp điều khiển kết hợp nhiều lô sấy nhằm ổn định độ ẩm của giấy qua đó nâng cao chất lượng của giấy và tiết kiệm nhiên liệu cho công đoạn gia nhiệt phần sấy. - Mục tiêu cụ thể  Xác định cấu hình của các thành phần trong công đoạn sấy khô, các nhiễu loạn tác động lên phần sấy khô  Xây dựng mô hình hệ thống hơi và nước ngưng, mô hình của một lô sấy.  Áp dụng chiến lược điều khiển Mid- Ranging để điều khiển ổn định độ ẩm của giấy thông qua điều khiển phối hợp cả áp suất đặt và điều khiển lượng khí thổi vào buồng máy nhằm kiểm soát tốt hơn sự thay đổi của độ ẩm. Trang 10 - Các kết quả trong luận văn  Nghiên cứu phát triển mô hình hệ thống sấy nhiều lô sấy, qua đó xác định các biến điều khiển ổn định độ ẩm của mô hình  Nghiên cứu phương pháp điều khiển ổn định độ ẩm của giấy cho mô hình hệ thống sấy nhiều lô sấy  Cài đặt thử nghiệm tại Công ty Cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ - TP Thái Nguyên 3. Nội dung của luận văn Luận văn thực hiện các nội dung sau:  Xác định cấu hình của các lô sấy trong công đoạn sấy khô, tìm hiểu hệ thống hơi và nước ngưng, mạch vòng điều khiển độ ẩm và các nhiễu loạn tác động lên phần sấy khô  Xây dựng mô hình hệ thống hơi và nước ngưng, mô hình của một lô sấy sử dụng mô hình IPZ. Cấu hình điều khiển PID và bộ điều khiển hia bậc tự do cho mô hình IPZ nhằm ngăn chặn độ quá điều chỉnh.  Xây dựng mô hình của phần xấy khô, mô hình động học của áp suất hơi đi vào trong lô sấy, mô hình hệ thống thồi khí. Áp dụng chiến lược điều khiển Mid- Ranging để điều khiển ổn định độ ẩm của giấy thông qua điều khiển phối hợp cả áp suất đặt và điều khiển lượng khí thổi vào buồng máy nhằm kiểm soát tốt hơn sự thay đổi của độ ẩm. Từ nội dung luận văn nêu trên, luận văn gồm 04 chương với bố cục như sau: Chương 1: Giới thiệu về quá trình sấy trong công nghệ sản xuất giấy Chương 2: Mô hình hệ thống sấy khô Chương 3: Điều khiển độ ẩm của giấy trong phần sấy khô Chương 4: Kết quả thực nghiệm tại công ty giấy HVT Phần cuối là kết luận chung của đề tài. Trang 11 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH SẤY TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY 1.1 Cấu hình của các lô sấy trong công đoạn sấy khô Cách đơn giản nhất để bốc hơi nước ra khỏi màng giấy là sử dụng nhiệt ẩn có trong hơi quá nhiệt. Sử dụng hơi quá nhiệt đưa tới các lô sấy là một phương pháp hiệu quả để sấy khô giấy, năng lượng sử dụng ở phương pháp này được chứng minh là có giá rẻ hơn ¼ so với các phương pháp khác, ngoài ra phương pháp này còn có một ưu điểm như mức độ độc hại thấp, dễ dàng vận chuyển và khả năng mang nhiệt cao. Vì phần lớn lượng nhiệt tạo ra được tồn tại dưới dạng nhiệt ẩn cho nên lượng nhiệt lớn có thể truyền một cách hiệu quả tại một nhiệt độ bằng hằng số nào đó, đây là một phương thức dùng phổ biến không những trong ngành giấy mà còn trong rất nhiều ngành công nghiệp khác. Mặt khác, khi hơi quá nhiệt sau khi đã đi qua quá trình công nghệ, lượng nhiệt còn lại vẫn có thể tận dụng được để chạy máy phát điện tự dùng, sau đó quay trở lại gia nhiệt thêm và bắt đầu một chu trình sinh công mới, điều này làm giảm chi phí tổng thể của quá trình sản xuất. Giấy có độ ẩm cao được dẫn qua một loạt các lô sấy như Hình 1-1, có 2 loại gồm hệ thống lô sấy một lớp và hệ thống lô sấy hai lớp[1].. Hình 1-1 Mô hình của hệ thống lô sấy một lớp (bên phải) và hai lớp (bên trái) Khi hơi quá nhiệt đi vào các lô sấy, nó sẽ giải phóng năng lượng nhiệt qua các lỗ trên bền mặt của lô sấy và ngưng tụ thành nước, nước ngưng được đưa quay trở lại nồi hơi. Hơi quá nhiệt được dẫn tới các lô sấy ở phần sau của máy (được gọi là mặt điều khiển), và nước ngưng được lấy ở phần mặt trước của máy (được gọi là mặt Trang 12 vận hành). Đối với một số máy sản xuất giấy, đặc biệt là máy có công suất lớn, nước ngưng được lấy ra từ hai mặt. Việc tháo nước ngưng có một vai trò quan trọng quyết định đến việc truyền nhiệt của các lô sấy, qua đó cho thấy sự cần thiết phải dẫn một số lượng hơi quá nhiệt nhất định đi qua các ống truyền cùng nhau với phần nước ngưng. 1.2 Hệ thống hơi và nước ngưng Mục đích của hệ thống hơi và nước ngưng là cung cấp một khối lượng hơi cụ thể vào trong các lô sấy và lấy lại từ đó phần nước ngưng. Các lô sấy trong phần sấy khô được chia thành các nhóm sấy khác nhau, thông thường có từ 5 đến 10 nhóm sấy. Áp suất của hơi quá nhiệt được đưa vào các nhóm sấy khác nhau được điều khiển theo một giản đồ dọc theo chiều dài của toàn bộ phần sấy, từ nhóm sấy đầu tiên đến nhóm sấy cuối cùng [1].. Ống dẫn hơi quá nhiệt Các ống dẫn hơi quá nhiệt vào 6 lô sấy Lô sấy 6 Lô sấy 5 Lô sấy 4 Lô sấy 3 Lô sấy 2 Lô sấy 1 Ống nước ngưng Hình 1-2 Mô hình của hệ thống sấy và nước ngưng Vì hơi bên trong các lô sấy có thể coi là bão hòa vì nó có sự ngưng tụ liên tục tại vách của các lô sấy, đó là một mối liên quan trực tiếp giữa áp suất hơi và nhiệt độ của hơi. Đối với hầu hết các lớp giấy, áp suất hơi sấy khô sẽ tăng dần dần theo các lý do về khả năng và giới hạn vận hành. Trang 13 Ống dẫn hơi quá nhiệt Nhóm sấy B Nhóm sấy A Đưa tới hệ thống trữ nước ngưng Bể chứa B Bể chứa A Hình 1-3 Minh họa hệ thống điều khiển nước ngưng Theo một cách đơn giản nhất, cách để đưa hơi quá nhiệt đến các nhóm sấy khác nhau là có thể dẫn tất cả hơi quá nhiệt từ đầu phân phối hơi nước và tháo trực tiếp xuống bộ ngưng tụ nước. Hình 1-3 mô tả một hệ thống điều khiển nước ngưng đơn giản với 02 nhóm sấy. Việc xả hơi nước từ nhóm sấy A và hơi giãn nở (khi nước ngưng tụ gặp áp suất thấp trong bình ngưng, nó bốc hơi và tạo ra hơi mới gọi là hơi giãn nở) từ bể chứa A được dẫn tới nhóm sấy B, nhóm sấy B làm việc tại một áp suất thấp hơn. Bộ điều khiển PC2 điều chỉnh độ mở van và qua đó thêm vào một lượng hơi từ đầu phân phối hơi nước nhằm duy trì áp suất mong muốn của nhóm sấy B. Điều này có nghĩa là phải cực tiểu hóa sai lệch áp suất giữa nhóm sấy A và nhóm sấy B. Sai lệch áp suất này phụ thuộc vào điểm vận hành và các đặc điểm của máy. Sai lệch áp suất giữa hai nhóm sấy được điều chỉnh bởi bộ điều khiển PDC, trong Hình 1-3, nhóm B có áp suất thấp nhất trong hệ thống và qua đó bể chứa B phải xả hơi tới bộ ngưng tụ. Nhóm sấy có điểm vận hành cao hơn ấp suất khí quyển và phải có bộ ngưng tụ để đảm bảo trong bể ngưng có áp suất thấp hơn.. Trang 14 Bộ bù nhiệt Nhóm sấy Tới bộ ngưng tụ Bể chứa Hình 1-4 Minh họa hệ thống điều khiển nước ngưng 1.3 Mạch vòng điều khiển độ ẩm Để điều khiển chất lượng của giấy, người ta sử dụng hệ thống điều khiển chất lượng (QCS – quality control system), QCS được chia thành 2 phần cho hai chiều riêng biệt, phần dọc theo máy (MD – machine direction control) và phần ngang máy (CD – Cross direction control). Kỹ thuật truyền thống là đo các tín hiệu của MD và CD bằng cách quét trên giấy sử dụng một cảm biển. Cảm biến được gắn vào đế của máy quét và di chuyển qua lại theo chiều ngang của tờ giấy như hình vẽ sau [1].: Hình 1-5 Cơ cấu di chuyển cảm biến qua lại ngang tờ giấy Phụ thuộc vào tốc độ của máy mà đường quét của cảm biến có hình zig – zag như Hình 1-6 Điều đó có nghĩa là sự thay đổi của các đại lượng đo theo CD và MD được tổ hợp cùng nhau trên đường này. Trong tài liệu [10] các tác giả sử dụng thuật toán bình phương cực tiểu để ước lượng các địa lượng đo theo CD và sử dụng bộ lọc Kalman để xác định các thành phần theo MD, tiếp theo các tác giả trong tài liệu [11] đã đề xuất quỹ đạo cảm biến quét theo hình ellipe bằng cách thay đổi tốc độ quét của cảm biến hoặc sử dụng 02 cảm Trang 15 biến chuyển động theo hai hướng ngược nhau để tăng chất lượng ước lượng các đại lượng CD và MD. Hình 1-6 Đường quét zig zag của cảm biến tạo thành trên tờ giấy Như đã đề cập ở trên, mục tiêu của các phép đo các đại lượng MD và CD là phục vụ cho bài toán điều khiển, bài toán điều khiển độ ẩm MD sẽ được thực hiện bằng cách thay đổi áp suất của hơi trong phần sấy khô. Để đánh giá chất lượng của giấy đối với các biến cần điều khiển người ta sử dụng các đại lượng thống kê như chỉ tiêu 2 hoặc độ lệch chuẩn. Tất cả các cuộn giấy khi sản xuất ra đều có bản báo cáo về chỉ tiêu 2 CD và 2 MD đối với độ ẩm và khối lượng của giấy. Hình vẽ sau minh họa độ thay đổi của độ ẩm và khối lượng của giấy trong thực tế, trong đó giá trị đặt của độ ẩm là 4.3%, của khối lượng là 80g/m2, chỉ tiêu 2 của độ ẩm là Khối lượng (g/m2) Độ ẩm (%) 0.056% và của khối lượng là 0.3g/m2. Thời gian (s) Hình 1-7 Sự thay đổi độ ẩm và khối lượng của giấy Trang 16 Những giá trị trên là những giá trị trung bình của toàn bộ cuộn giấy khi sản xuất ra. Khi điều khiển, để đảm bảo chất lượng của giấy người ta dùng các chỉ tiêu này. Giá trị đặt của độ ẩm và khối lượng thường không thay đổi và được duy trì bằng hằng số trong một khoảng thời gian dài. Cấu trúc của mạch vòng điều khiển áp suất như Hình 1-8, trong đó máy quét sẽ quét lần lượt độ ẩm của giấy của từng nhóm sấy, tín hiệu này gửi tới bộ điều khiển áp suất của hơi nóng đưa vào nhóm sấy tương ứng. Giá trị đặt tương ứng cua áp suất hơi được tính toán và thực hiện mạch vòng điều khiển, các giá trị đặt này sẽ khác nhau đối với từng nhóm sấy[1].. Nhóm sấy 1 Nhóm sấy 2 Nhóm sấy 3 Nhóm sấy 4 Nhóm sấy 5 Nhóm sấy 6 Máy quét Hướng máy Giá trị đặt của áp suất hơi Hình 1-8 Cấu trúc của vòng điều khiển độ ẩm sử dụng 01 máy quét và có 06 nhóm sấy Nhóm sấy 1 Nhóm sấy 2 Nhóm sấy 3 Nhóm sấy 4 Nhóm sấy 5 Nhóm sấy 6 Hình 1-9 Giá trị đặt của áp suất hơi đưa vào từng nhóm sấy Các giá trị đặt này được tính toán một cách tối ưu, P là lượng khác nhau giữa áp suất mong muốn giữa các nhóm sấy, lượng này phụ thuộc vào tốc độ máy Trang 17 seo, kiểu ống truyền nước, kích thước ống ngưng tụ và ống dẫn hơi, thông thường P = 50kPa. Vì hệ thống sấy được chia thành các nhóm khác nhau, do vậy hệ thống là MISO, nhiều đầu vào (áp suất hơi đưa vào từng nhóm sấy) và một đầu ra là độ ẩm của giấy. Nói cách khác hệ thống sấy có nhiều bậc tự do. Theo cách truyền thống, tất cả các bộ điều khiển áp suất hơi của từng nhóm sấy sẽ được điều khiển bám theo một tín hiệu giống nhau. Bộ điều khiển áp suất sẽ tính toán áp suất đặt cho một nhóm nào đó, được gọi là nhóm dẫn chính, các nhóm còn lại áp suất đặt sẽ được tính toán theo một công thức tỷ lệ với áp suất đặt của nhóm dẫn chính. Như ở Hình 1-8 và Hình 1-9, nhóm sấy 5 là nhóm dẫn chính, nó có áp suất cao nhất, nhóm này nhận giá trị áp suất đặt từ bộ điều khiển áp suất, giá trị đặt của các nhóm còn lại được tính toán từ giá trị đặt của nhóm sấy 5 như Hình 1-10. Hình 1-10 Nguyên lý xác định giá trị đặt của áp suất hơi đưa vào từng nhóm sấy Trong đó các hàm tính toán f() được xác định như sau: fn = kr r + mn , 0 < kn £ 1, mn = 0 hoặc kn = 1, mn £ 0 (1.1) với r là giá trị đặt của nhóm sấy 5, n là số thứ tự của nhóm sấy. Hệ thống điều khiển độ ẩm gồm 02 mạch vòng cascade. Mạch vòng trong là mạch vòng điều khiển áp suất hơi sấy cho các nhóm sấy, được thực hiện chủ yếu bằng luật điều khiển PI hoặc PID, mạch vòng ngoài là mạch vòng xác định áp suất hơi sấy đặt từ độ ẩm mong muốn, thông thường mạch vòng này sử dụng bộ điều Trang 18 khiển bù hằng số thời gian chết, thường dùng phương pháp điều khiển theo mô hình nội. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển độ ẩm như Hình 1-11. Độ ẩm đặt Áp suất hơi sấy đặt Áp suất hơi thực Hệ thống hơi Độ ẩm thực Nhóm sấy Hình 1-11 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển độ ẩm 1.4 Các nhiễu loạn tác động lên phần sấy khô Các yếu tố nhiễu loạn tác động lên quá trình điều khiển ổn định độ ẩm của quá trình sấy có thể kể đến như sau:  Tốc độ của máy: khi máy seo chạy càng nhanh, tốc độ bay hơi càng nhanh, do đó độ ẩm thay đổi nhanh  Độ dầy của giấy (trọng lượng giấy): giấy có độ dày lớn, quá trình bốc hơi nước càng chậm  Độ ẩm của giấy sau phần tạo giấy trước khi đưa vào quá trình sấy  Chất lượng giấy, chất lượng giấy càng tốt cho phép quá trình làm khô giấy càng nhanh  Chất lượng bột giấy  Độ căng của lưới seo 1.5 Cách tính toán độ ẩm của giấy Độ ẩm của giấy thông thường được đánh giá bằng công thức sau: w= 100mwc % mwc + mds (1.2) trong đó mwc là khối lượng của nước trong giấy và mds là khối lượng của giấy khô. Đây là công thức thường các nhân viên KCS trong nhà máy dùng để xác định độ ẩm của giấy khi sản xuất ra. Ngoài ra người ta cũng có thể dùng tỷ số Trang 19 u= mwc kg / kg mds (1.3) tỷ số này thường sử dụng trong kỹ thuật hóa học và cũng dùng để mô hình hóa phần sấy khô. Quan hệ giữa hai công thức trên như sau w= 1.6 w 100u ,u = 1+u 100 - w (1.4) Kết luận chương 1 Trong chương 1, tác giả luận văn đã nghiên cứu về cấu hình của các lô sấy trong công đoạn sấy khô, hệ thống hơi và nước ngưng, mạch vòng điều khiển độ ẩm của giấy. Cách đánh giá độ ẩm và khối lượng của giấy theo hao chiều CD và MD sử dụng các chỉ tiêu 2 hoặc độ lệch chuẩn. Các hàm tính toán giá trị đặt cho từng nhóm sấy được xác định thông qua giá trị đặt của nhóm dẫn chính để điều khiển ổn định nhiệt độ thông qua điều chỉnh áp suất hơi đưa vào từng nhóm sấy. Chương 1 cũng xác định một số các nhiễu loạn tác động lên phần sấy khô làm ảnh hưởng đến độ ẩm của giấy khi điều khiển. Trang 20