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进口抄纸质量控制系统(QCS)的改造
2011-11-05 21:42  

一、 项目简介

本项研究成果是针对早期从国外引进的QCS存在的问题进行了深入研究,透析了其对纸张定量水分在线检测的基本原理和详细补偿措施,并在此基础上对其进行改造,开发出了相应的变送算法和补偿算法软件包;以西门子S7-300 PLC为核心组成新的中央控制柜,取代原控制柜,使原控制柜硬件得到彻底更新;采用了PROFIBUS-DP通讯总线成功地代替原QCS控制柜与扫描架之间通过50多对电缆直接联接的数据传递方式,使系统故障率明显降低;采用神经网络解耦控制算法及大时滞过程双自由度自整定内模控制技术,较好地解决了定量与水分之间的耦合问题以及定量回路的大时滞控制问题;以Step7+WinCC为软件开发平台,并利用数据库技术,开发了具有自主产权的定量水分在线检测和控制软件包及数据处理软件包。

本项目成果已于20056月获得“陕西高等学校科学技术二等奖”,20063月通过中国轻工业联合会组织的国家级鉴定。

在本项目中涉及到的关键技术主要表现在五个方面:1控制硬件的更新。国外厂商给造纸厂提供的硬件图纸和技术文档往往是不完备的,一旦出现故障,纸厂或国内代理商一般没有能力进行维修,通常的做法是从国外购买备品备件。而进入故障高峰期后,各部件都有可能损坏。因此,在本项目中,对控制硬件做了彻底的更新。2对进口QCS的补偿软件的剖析。进口QCS的软件系统,特别是有些专用软件是加密的,必须从其原理、实际使用参数、进端、出端的关系等方面加以反推,进行剖析。经过我们不懈的努力,逐步掌握了其关键技术。3数据通信技术。在过去的二十几年里,我国从不同国家进口了大量不同型号QCS。老型号的QCS所采用的通讯接口、通讯方式各不相同,所支持的通讯软件也种类各异。因此,数据通信软件的研发是技术改造的重点之一。在本项目中,采用了PROFIBUS-DP通讯总线,成功地代替了原来50多对直接联接的数据传递方式。4解耦控制技术。由本项目组开发了具有自主产权的神经网络解耦控制方法,较好地解决了定量与水分之间的耦合问题。5大滞后控制技术。由本项目组自主开发的“大时滞过程双自由度自整定内模控制”技术,较好地解决了定量控制中的大滞后问题。

纸页定量和水分是抄纸生产过程中最基本的质量技术指标,定量、水分的在线检测与控制是保证和提高抄纸质量的关键。随着造纸工业和市场经济的发展,社会对纸张质量的要求越来越高,定量、水分自动控制越来越受到纸业界的高度重视。计算机控制能使纸机处于高产、优质、低耗的最佳运行状态。在发达国家,几乎所有纸机都装有定量水分计算机质量控制系统(QCS)。对该产品的消化吸收,一方面解决目前很多纸厂的燃眉之急,节约大量的维修和维护费用;另一方面可对开发研究、制造国产高水平的QCS创造良好条件。对进口QCS进行技术改造的研究成果,一旦形成具有一定规模的产品,就可以成批地解决相应纸厂目前存在的因进口QCS逐渐老化而产生的故障率高、维修难等问题,且投资少,见效快。本技术目前处于国内领先水平。

本项目研究成果用于对我国早期进口的QCS的改造。进口QCS的生产厂家主要包括MeasurexMetsoNDCYOKOGAWAHoneywell等。早期进口QCS通过本技术改造后,其性能可提升到接近目前第三代进口QCS的水平。可达到的具体技术指标是:定量检测精度(2σ)为±0.3%,控制精度为±0.5%,水分检测精度为±0.3%,控制精度为±0.6%。二、经济效益

本研究成果主要是以西门子S7-300 PLC为核心组成新的控制柜取代原控制柜。主要设备包括上位机、S7-300 PLC及其I/O模块和通信模块、稳压电源和UPS及控制柜等。若保持原进口QCS现场扫描检测部分,即现场扫描架不变,对其位于中央控制室的主控制柜进行改造,软、硬件成本大约10万元/套。本项目对工厂的水、电、汽以及控制室面积没有特殊要求,维持原状即可。考虑到学校管理费用、增值税金和劳动力成本,产品的预期售价为18.6万元/套。对销售商而言,按照上面的预期销售价格,每推出一套上述产品,可获利润大约5万元。对用户而言,其进口QCS被改造后,可继续正常使用约6~8年,不需另行进口,可节汇约18万美元。若按年改造10台计算,年合同金额为180万元,年利税为72万元,为用户节汇180万美元/年。另外,因定量水分控制精度提高及故障停机时间的减少,也可产生约1350万元/年的效益。

三、市场前景

我国从80年代初开始进口抄纸过程QCS90年代以后形成批量进口,至今已有400多套进口QCS在我国各类纸厂中运行。进口QCS定量水分测控系统大致经历了三代,本研究中涉及的改造对象是其前二代产品(1999年以前的产品),定量测量采用Kr85放射源,水分采用红外线。根据不完全调查和测算,故障率比较高的大都是1999年以前的产品,估计约有100130台,以后逐年都将有一批进口QCS会进入此种状态。这些都属于老型号进口产品,适合于进行本项目所提出的技术改造。在国外,由于劳动力成本、新产品开发等因素,业内没有厂家愿意从事老产品改造这类业务;在国内,目前该项技术保持着领先水平,因此其市场前景比较乐观。

 

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