Автоматизация бумажного производства

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА 5
1.1. Краткая характеристика технологических процессов бумажного производства 5
1.2. Техническая характеристика сушильной части БДМ 21
1.3. Технологический процесс сушки бумаги и основное оборудование 24
2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ 28
2.1. Анализ САУ основного оборудования сушильной части БДМ 28
2.2. Описание функциональной схемы автоматизации 30
2.3. Технические средства автоматизации 32
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ СУШИЛЬНОЙ ЧАСТИ 47
3.1. Представление модели в виде черного ящика 47
3.2. Модель состава системы 49
3.3. Декомпозиция модели черного ящика 50
3.4. Построение модели системы в пакете MatLab 52
3.5. Описание динамических характеристик САУ: 52
3.6. Синтез САУ 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 69

Весь текст будет доступен после покупки

ВВЕДЕНИЕ
Современное бумажное производство представляет собой высокотехнологичную отрасль, в которой ключевую роль играет эффективность и энергоёмкость технологических процессов. Одним из наиболее энергозатратных этапов является сушка бумаги, осуществляемая в сушильной части бумагоделательной машины (БДМ). В условиях роста требований к качеству продукции, снижению энергопотребления и повышению автоматизации производственных процессов разработка и внедрение современных систем автоматического управления (САУ) сушильной частью БДМ приобретают особую актуальность.
Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения энергоэффективности бумажного производства, обеспечения стабильного качества выпускаемой продукции и минимизации человеческого фактора за счёт внедрения интеллектуальных систем управления. Сушка бумаги оказывает прямое влияние на её физико-механические свойства, влажность и, как следствие, на конкурентоспособность готового продукта на рынке.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка и моделирование автоматизированной системы управления процессом сушки бумаги в сушильной части бумагоделательной машины.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
Проанализировать технологический процесс сушки бумаги и оборудование сушильной части БДМ.
Изучить существующие подходы к автоматизации процесса сушки и провести анализ применяемых систем автоматического управления.
Разработать функциональную схему автоматизации сушильной части БДМ.
Сформировать математическую модель процесса сушки в виде «чёрного ящика» и выполнить её декомпозицию.
Реализовать модель системы автоматического управления в программном пакете MATLAB/Simulink.
Провести синтез и анализ динамических характеристик САУ.
Объектом исследования выступает процесс сушки бумаги в сушильной части бумагоделательной машины.
Предметом исследования является система автоматического управления этим процессом.
В работе применялись следующие методы исследования:
– системный анализ технологического процесса;
– методы теории автоматического управления;
– математическое и имитационное моделирование;
– анализ технической документации и научно-технической литературы.
Прикладная значимость результатов исследования заключается в возможности использования разработанной модели и предложенной структуры САУ для модернизации существующих и проектирования новых автоматизированных систем управления сушильной частью БДМ, что позволит повысить энергоэффективность, стабильность технологического процесса и качество выпускаемой бумаги.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
1.1. Краткая характеристика технологических процессов бумажного производства
Современная технология целлюлозно-бумажного производства представляет собой сложные физические и химические процессы переработки древесины в древесную массу и растительной ткани в целлюлозу, а последних в бумагу. Целлюлоза в сухом, очищенном виде (например, вата, приготовленная из хлопка) представляет собой мягкий волокнистый материал, жадно впитывающий влагу.
При производстве целлюлозы под воздействием химических реагентов значительная часть имеющихся в растительной ткани веществ (лигнин, гемицеллюлозы и др.) переходит в раствор, а часть их остается в целлюлозе. В зависимости от применяемых реагентов различают кислотные, щелочные и комбинированные способы выделения целлюлозы.
Из кислотных наибольшее распространение получил сульфитный способ, из щелочных – сульфатный. Для производства целлюлозы используются древесина хвойных и лиственных пород, солома ржи, пшеницы, овса, стебли камыша и тростника и др. Из этого сырья изготовляются древесная целлюлоза (сульфитная и сульфатная), целлюлоза из однолетних растений, полуцеллюлоза, древесная масса (белая, бурая и химическая). Все основные виды бумаги вырабатывают из разных марок целлюлозы, полуцеллюлозы, древесной массы, тряпичной полумассы и макулатуры.
Основными технологическими процессами производства сульфитной целлюлозы являются следующие: подготовка сырья (древесины); приготовление варочного раствора (сульфитной кислоты); варка древесной щепы с кислотой в котлах под давлением; очистка, обезвоживание и сушка целлюлозы; отбелка -и облагораживание целлюлозы для повышения ее белизны и улучшения физико-химических свойств. Основным сырьем для производства сульфитной целлюлозы является древесина хвойных пород (ели и пихты). Балансовая древесина поступает на предприятия железнодорожным или водным путем. Выгрузка, укладка, хранение, распиловка и окорка древесины осуществляются на заводских складах древесины.
Освобожденный от коры баланс промывается и затем на рубильных машинах измельчается в щепу в древесных цехах. Щепа подвергается сортированию, в результате которого от нее отделяются крупные куски, сучки и древесная пыль.
Отсортированная щепа направляется из древесного в варочный цех для хранения в бункерах и варки. Сульфитную варочную кислоту приготовляют последовательно сначала в кислотном, затем в регенерационном цехе. В кислотном цехе сжигают серу или серный колчедан для образования сернистого газа, который затем после очистки и охлаждения поглощается водой для получения слабой или, как ее называют, сырой кислоты. Г аз поглощается водой в присутствии известняка, в результате чего сырая кислота имеет кальциевое основание (бисульфит кальция).
Кроме того, сырую кислоту приготовляют на аммониевом, натриевом или магниевом основании (соответственно на бисульфите аммония, натрия или магния). Применение аммониевого, натриевого или магниевого основания обеспечивает резкое повышение производительности целлюлозного завода без ухудшения качества целлюлозы.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Иванов, С. Н. Технология целлюлозы и бумаги: учебник для вузов / С. Н. Иванов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Лесной форум, 2022. – 720 с.
2) ГОСТ 73775–85. Бумага для гофрирования. Метод определения сопротивления плоскостному сжатию гофрированного образца (СМТ). – Введ. 01.01.1985. – Москва: Стандартинформ, 1985. – 15 с.
3) Фляте, Д. М. Производство бумаги и картона: современные технологии / Д. М. Фляте; пер. с нем. под ред. А. В. Петрова. – Санкт-Петербург: Профессия, 2021. – 480 с.
4) Кузнецов, А. И. Тепломассообмен в сушильных установках целлюлозно-бумажного производства / А. И. Кузнецов, Е. С. Морозов. – Москва: Техносфера, 2023. – 216 с.
5) Макаров, Ю. А. Основы теории сушки материалов: учебное пособие / Ю. А. Макаров, И. В. Соколов. – Москва: ИНФРА-М, 2021. – 256 с.
6) Сидоров, Д. А. Интеллектуальные системы управления влажностью на БДМ / Д. А. Сидоров, М. В. Егоров // Известия вузов. Лесной журнал. – 2023. – № 4. – С. 88–101.
7) Разработка и внедрение комплексных решений: компактные контроллеры [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.rivkora.ru/fx3u-enet.html, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 21.01.2026.
8) Разработка и внедрение комплексных решений: модули удалённого сбора данных [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.rivkora.ru/moduli-udalennogo-sbora-dannykh.html, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 21.01.2026.
9) Emerson. Каталог интеллектуальных датчиков давления METRAN [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www2.emersonprocess.com/ru-RU/news/pr/PublishingImages/Metranatom.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 21.01.2026.
10) Emerson. Вихревые счётчики METRAN-332: техническое описание [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www2.emersonprocess.com/ru-ru/brands/metran/products/flow/vortex/332/pages/index.aspx, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 21.01.2026.
11) Emerson. Датчики гидростатического уровня METRAN-150L [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.emerson.com/documents/automation/61840.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 21.01.2026.
12) Samson. Регулирующие клапаны и позиционеры: каталог продукции [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.emerson.com/documents/automation/61888.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 21.01.2026.
13) Инфракрасный измеритель влажности и массы «Аквар-1207» [Электронный ресурс] / Петрозаводский государственный университет. – Режим доступа: http://pmik.petrsu.ru/pub/konf6disk/present/akvar.pdf, свободный. – Загл. с экрана. – Дата обращения: 21.01.2026.

Весь текст будет доступен после покупки