專(zhuān)利名稱(chēng)：刨纖類(lèi)人造板調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刨花板、纖維板(刨纖類(lèi)人造板)調(diào)施膠工藝控制方法和控制系統(tǒng)，主要用于木材加工領(lǐng)域的刨纖類(lèi)人造板生產(chǎn)線，滿足調(diào)施膠工段全自動(dòng)連續(xù)化生產(chǎn)中的動(dòng)態(tài)配比調(diào)膠、動(dòng)態(tài)恒比施膠工藝控制要求。
技術(shù)背景 刨纖類(lèi)人造板是國(guó)內(nèi)外人造板生產(chǎn)、市場(chǎng)需求和未來(lái)發(fā)展的主流產(chǎn)品，是生物質(zhì)材料資源節(jié)約有效利用的主要方法和途徑。刨纖類(lèi)人造板工業(yè)是以森林資源為基礎(chǔ)的資源依賴(lài)型產(chǎn)業(yè)。如何在保護(hù)和改善現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境條件下，實(shí)現(xiàn)刨纖類(lèi)人造板工業(yè)良性循環(huán)與發(fā)展、使森林資源高效利用，是我國(guó)及至世界森工林區(qū)亟待解決的問(wèn)題。
目前，我國(guó)與國(guó)外芬蘭METSO、意大利IMAL、德國(guó)申克等公司相比我國(guó)人造板機(jī)械生產(chǎn)總體水平普遍較低，尤其在調(diào)施膠技術(shù)方面，無(wú)論生產(chǎn)工藝和設(shè)備、自動(dòng)化控制等方面都存在較大差距，主要表現(xiàn)為 施膠工藝主要以批量式施膠為主，采用此生產(chǎn)工藝，計(jì)量不準(zhǔn)確；工作可靠性差，施膠量不穩(wěn)定、不均勻；膠液易提前預(yù)固化、膠液性能下降；膠液用量偏大，甚至由于生產(chǎn)線故障造成膠液失效，浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)成本較高，不能滿足環(huán)保型膠粘劑的調(diào)配施加要求； 控制方法主要以液位控制法、計(jì)量筒控制法為主，調(diào)施膠控制系統(tǒng)純滯后問(wèn)題未能有效解決，造成的控制誤差直接影響控制效果，調(diào)膠施膠配比誤差大，施膠量不穩(wěn)定、不均勻，膠液用量偏大，很難達(dá)到膠液的最佳配比及按工藝要求對(duì)原料按比例定量施膠控制，造成產(chǎn)品生產(chǎn)成本增加、質(zhì)量下降。尤其對(duì)于連續(xù)式混膠，膠液和物料(刨花或纖維)的自動(dòng)計(jì)量以及兩者的配合計(jì)量不準(zhǔn)確，全自動(dòng)及連續(xù)生產(chǎn)水平低，缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)及比值隨動(dòng)跟蹤能力，不能滿足環(huán)保型膠粘劑的調(diào)配施加要求。
此外，國(guó)外設(shè)備產(chǎn)品價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)由于技術(shù)和資金等問(wèn)題，不能及時(shí)的改造更新，設(shè)備陳舊，很難適應(yīng)新工藝、自動(dòng)化控制生產(chǎn)的要求。
因此，形成自主創(chuàng)新、自主產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)利產(chǎn)品和技術(shù)是提高我國(guó)人造板加工行業(yè)整體水平、促進(jìn)人造板行業(yè)技術(shù)進(jìn)步、縮小與國(guó)外先進(jìn)制造水平的差距，促進(jìn)我國(guó)森工企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)品更新?lián)Q代，提升帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的有效途徑。具有很好的生態(tài)和社會(huì)效益，其產(chǎn)業(yè)化前景良好。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)木材加工領(lǐng)域的刨纖類(lèi)人造板生產(chǎn)線的全自動(dòng)連續(xù)化調(diào)施膠生產(chǎn)過(guò)程存在的問(wèn)題，提供了一種調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)比值隨動(dòng)調(diào)節(jié)、動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化及高精度流控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可嵌入配方的動(dòng)態(tài)配比調(diào)膠、動(dòng)態(tài)恒比施膠工藝控制。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括由氣噴、管道、流量計(jì)、泵閥、配方注劑緩沖罐組、膠液調(diào)配緩沖罐、攪拌漿等組成的并行調(diào)膠機(jī)構(gòu)和在線施膠機(jī)構(gòu)，以及由傳感與檢測(cè)、智能計(jì)算、流控、管理、通信、診斷告警等模塊組成的全自動(dòng)調(diào)施膠工藝控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的控制方法主要包括動(dòng)態(tài)比值隨動(dòng)調(diào)節(jié)、區(qū)域液位最優(yōu)控制和偽微分反饋流量控制方法，具體工作原理如下 1.動(dòng)態(tài)比值隨動(dòng)調(diào)施膠控制 并行在線式調(diào)膠控制方法是基于泵電機(jī)流量計(jì)的單閉環(huán)比值隨動(dòng)控制。配比控制以原膠流量為基準(zhǔn)，按比例控制各流量連續(xù)輸送到調(diào)膠罐中，如需改變調(diào)膠速度，僅需修正原膠給定，其它配方注劑流量按比例隨動(dòng)跟蹤。比值隨動(dòng)控制的另一方面是施膠隨動(dòng)控制，控制施膠量跟隨刨花或纖維流量按放施膠比跟蹤控制。
2.區(qū)域液位最優(yōu)控制 根據(jù)調(diào)膠、施膠流量配比的兩個(gè)動(dòng)態(tài)控制及穩(wěn)定性要求，調(diào)膠、施膠并行及其關(guān)聯(lián)控制通過(guò)區(qū)域液位最優(yōu)控制實(shí)現(xiàn)，即調(diào)膠罐液位控制在允許區(qū)域范圍上下浮動(dòng)，盡量使調(diào)膠流量比值隨動(dòng)控制減少過(guò)渡過(guò)程，配比準(zhǔn)確；同時(shí)，通過(guò)區(qū)域液位變化率計(jì)算比值隨動(dòng)基準(zhǔn)給定變化情況，從而達(dá)到區(qū)域液位最優(yōu)控制。
(1)區(qū)域液位動(dòng)態(tài)平衡準(zhǔn)則 由圖1，設(shè)調(diào)膠配比(原膠∶乳膠∶固化劑∶水∶染料∶尿素)為k0∶k1∶k2∶k3∶k4∶k5，以原膠流量LO為配比基準(zhǔn)，則可視為k0＝1，調(diào)膠總流量瞬時(shí)值 舍去L0、LM瞬變值，取相對(duì)穩(wěn)定的部分，有

同理施膠流量
Ld由流量計(jì)測(cè)得。
(2)區(qū)域液位最優(yōu)控制 理論上，為保持并行在線調(diào)施膠以液位恒定為目標(biāo)控制的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，必須Lm＝Ld。由于調(diào)膠、施膠兩個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程均為比值隨動(dòng)的，瞬變的目標(biāo)給定值很難使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，瞬變的過(guò)度過(guò)程使準(zhǔn)確配比難以實(shí)現(xiàn)。故提出采用區(qū)域液位最優(yōu)控制方法，根據(jù)區(qū)域液位動(dòng)態(tài)平衡準(zhǔn)則設(shè)計(jì)反饋控制給定值，使之相對(duì)穩(wěn)定，允許調(diào)儲(chǔ)罐液位ht在某一工藝安全區(qū)間浮動(dòng)，盡量使調(diào)施膠流量比值隨動(dòng)控制目標(biāo)給定值相對(duì)穩(wěn)定、減少瞬變及過(guò)度等動(dòng)態(tài)過(guò)程，即約束條件為 ht∈[hL，hH) 比值隨動(dòng)調(diào)膠原膠流量目標(biāo)給定值控制策略為 其中δ按液位變化速度成正比例計(jì)算，其變化系數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定。根據(jù)液體特性及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，攪拌漿位置設(shè)在hL/2處，攪拌效果均勻。
3.偽微分反饋流量控制 本發(fā)明中施膠流量及調(diào)膠各配方注劑流量控制均采用偽微分反饋(PDF-Pseudo-Derivative Feedback)控制。其特點(diǎn)是被控流量響應(yīng)快；超調(diào)量?。辉趯?duì)象參數(shù)變化時(shí)有較強(qiáng)的魯棒性。它是一種采用狀態(tài)反饋的積分控制系統(tǒng)，僅要求比傳統(tǒng)PID低一階的狀態(tài)反饋信號(hào)，因而具有極大的工程應(yīng)用可能性。在響應(yīng)速度、平穩(wěn)性、特別是魯棒性方面，它比傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)具有更加優(yōu)良的性能。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)原理可靠，穩(wěn)定性強(qiáng)，可以在運(yùn)行中使調(diào)施膠量始終保持動(dòng)態(tài)平衡，提高膠量和原料的計(jì)量精度；提高調(diào)施膠的均勻性和穩(wěn)定性，減少膠液損失，可節(jié)省原料3％-5％，滿足不同原料、不同生產(chǎn)工藝的要求，實(shí)現(xiàn)了更高的控制精度?？刂品椒ㄖ械谋戎惦S動(dòng)控制使得施膠量動(dòng)態(tài)跟蹤刨花或纖維流量，調(diào)膠總量動(dòng)態(tài)跟蹤施膠流量，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)施膠過(guò)程的全自動(dòng)化，滿足精準(zhǔn)施膠工藝要求；區(qū)域液位優(yōu)化控制優(yōu)化了調(diào)施膠工藝和控制方法，使得調(diào)膠過(guò)程不僅能滿足動(dòng)態(tài)跟蹤施膠流量變化，而且流量控制準(zhǔn)確、配比穩(wěn)定，保障連續(xù)化生產(chǎn)；偽微分反饋流量控制實(shí)現(xiàn)了膠液流量的快速準(zhǔn)確控制，在調(diào)施膠過(guò)程存在干擾的情況下，也能保障膠液流量的平穩(wěn)控制。



圖1本發(fā)明調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制實(shí)施例示意圖。
圖2本發(fā)明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)包括原膠罐1、水罐2、添加劑罐3、固化劑罐4等配方注劑緩沖罐組、液位上下限傳感器、泵及電磁閥組成的自動(dòng)備料單元；過(guò)濾器5、伺服閥6、流量計(jì)7組成的調(diào)膠配方注劑注入管路；實(shí)現(xiàn)膠液調(diào)配混合的膠液調(diào)配緩沖罐9、攪拌電機(jī)8、調(diào)配液位10及區(qū)域液位傳感器21及攪拌漿11；完成施膠過(guò)程的電磁閥12、過(guò)濾器13、變頻調(diào)速泵電機(jī)14、流量計(jì)15、高壓氣罐17、可調(diào)節(jié)氣閥16、噴咀19、拌膠機(jī)或管道18；另外，還有物料流量檢測(cè)單元20、液位上下限傳感器21、控制柜22；檢測(cè)通道D0、D1、D2、D3及控制通道C1、C2、C3。
工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)四個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程。首先，齒輪泵將原膠、水、添加劑、固化劑等不同配方注劑分別輸送到緩沖罐組，并且可通過(guò)D1、C1組成的閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)備料控制；第二，通過(guò)流量檢測(cè)D2、伺服閥控制C2組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)按配方比例的流量控制，控制方法采用PDF控制方法；第三，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)物料流量D0，計(jì)算施膠比例，并由施膠流量信號(hào)D4、控制信號(hào)C3實(shí)現(xiàn)具有比值隨動(dòng)特性的動(dòng)態(tài)恒比施膠控制，控制方法采用PDF控制；第四，通過(guò)調(diào)配緩沖罐9的液位檢測(cè)D3，計(jì)算C2控制回路的動(dòng)態(tài)配比給定量，該給定量以能夠滿足液位10保持在設(shè)定區(qū)域內(nèi)為準(zhǔn)則，即液位區(qū)域優(yōu)化方法，盡量使C2給定量成為矩形波形式，避免由于實(shí)時(shí)隨動(dòng)造成的調(diào)膠配比因過(guò)渡過(guò)程而產(chǎn)生的精度下降，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制，從而滿足調(diào)膠和施膠兩個(gè)動(dòng)態(tài)比值隨動(dòng)單元的高精度穩(wěn)定控制要求。
圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，按功能主要包括傳感與檢測(cè)模塊、智能計(jì)算模塊、流控模塊、管理模塊、通信模塊、診斷告警模塊等。傳感與檢測(cè)模塊包括纖維或刨花流量檢測(cè)、施膠流量檢測(cè)、配比流量檢測(cè)、調(diào)膠罐及緩沖罐液位檢測(cè)及系統(tǒng)元件狀態(tài)檢測(cè)等。智能計(jì)算模塊包括動(dòng)態(tài)液位區(qū)域優(yōu)化算法、動(dòng)態(tài)恒比施膠控制量PDF計(jì)算、動(dòng)態(tài)調(diào)膠配比流量各組分執(zhí)行單元控制量PDF計(jì)算等。流控模塊包括刨花纖維流量控制、動(dòng)態(tài)恒比施膠流量變頻調(diào)速控制、動(dòng)態(tài)調(diào)膠配比流量伺服閥開(kāi)度控制、調(diào)膠緩沖罐區(qū)域液位控制及配方注劑緩沖罐組自動(dòng)備料控制等。管理模塊包括上位機(jī)管理、控制柜觸摸屏等，實(shí)現(xiàn)管理與決策層功能；通信模塊包括各功能模塊間信號(hào)傳輸與數(shù)據(jù)通信；診斷告警模塊包括智能診斷、告警系統(tǒng)，提供設(shè)備自檢自監(jiān)功能。
權(quán)利要求
1.一種刨纖類(lèi)人造板調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配比調(diào)膠及動(dòng)態(tài)恒比施膠，進(jìn)而提高恒比施膠精度和調(diào)膠配比準(zhǔn)確度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刨纖類(lèi)人造板調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由氣噴、管道、流量計(jì)、泵閥、配方注劑緩沖罐組、膠液調(diào)配緩沖罐、攪拌漿等組成了并行調(diào)膠機(jī)構(gòu)和在線施膠機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刨纖類(lèi)人造板調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于工藝控制系統(tǒng)主要包括傳感與檢測(cè)、智能計(jì)算、流控、管理、通信、診斷告警等模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刨纖類(lèi)人造板調(diào)施膠動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)比值隨動(dòng)控制、PDF流量控制和動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可嵌入配方的動(dòng)態(tài)配比調(diào)膠、動(dòng)態(tài)恒比施膠工藝控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種刨纖類(lèi)人造板調(diào)施膠工藝生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)比值隨動(dòng)調(diào)節(jié)、動(dòng)態(tài)區(qū)域優(yōu)化及高精度流控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配比調(diào)膠、動(dòng)態(tài)恒比施膠工藝控制，提高恒比施膠精度和調(diào)膠配比準(zhǔn)確度。工藝控制系統(tǒng)包括由氣噴、管道、流量計(jì)、泵閥、罐組等組成的并行調(diào)膠機(jī)構(gòu)和在線施膠機(jī)構(gòu)，以及由傳感與檢測(cè)、智能計(jì)算、流控、管理、通信、診斷告警等模塊組成的全自動(dòng)調(diào)施膠工藝控制系統(tǒng)?？刂品椒ㄖ饕▌?dòng)態(tài)比值隨動(dòng)調(diào)節(jié)、區(qū)域液位最優(yōu)控制和偽微分反饋流量控制方法。本發(fā)明提高了調(diào)施膠系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)了調(diào)施膠工藝的精確控制，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少膠液和原料損失，提高設(shè)備自動(dòng)化和連續(xù)化生產(chǎn)及設(shè)備產(chǎn)能水平。
文檔編號(hào)B27D1/00GK101733785SQ200810137549
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者劉亞秋, 曹軍, 花軍, 孫麗萍, 張怡卓, 劉德勝 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué), 劉亞秋, 曹軍