瓦楞原紙生產(chǎn)線智能制造探討

倪鋒 鄢來朋

摘要：以瓦楞原紙生產(chǎn)線的成形部、壓榨部、干燥部、施膠部、卷取部和復(fù)卷部等主要生產(chǎn)工段的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和工藝特點，結(jié)合國際主流設(shè)備廠商和華章科技最新傳感器檢測技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探討了造紙生產(chǎn)段智能制造的主要方向和服務(wù)形式。

關(guān)鍵詞：造紙；智能制造；流漿箱；壓榨

中圖分類號：TS75文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：1011980/jissn0254508X201803009

收稿日期：20171113（修改稿）

*通信作者：鄢來朋，高級工程師；研究方向：電氣工程與自動化。Discussion on Intelligent Manufacture in Papermaking

Section of a Corrugating Medium LineNI FengYAN Laipeng*

（Zhejiang Huazhang Technology Co，Ltd，Hangzhou， Zhejiang Province，310000）

（*Email： ylp@hzegcom）

Abstract：Base on of the mechanical structure and process characteristics main sections of a corrugating medium production line including wire section， press section， drying， size press， winding and rewinding，combined with the international main stream control technologies of equipment manufacturers and intelligent manufacture technology of HuaZhang Technology， the main direction of intelligent manufacturein papermaking section was put forwardCombining with the latest sensor technology and internet technology， division the main form and service form of intelligent manufacture in papermaking were suggested.

Key words：papermaking； interlligent manufacture； headbox； nip press

在我國工業(yè)和信息化部發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016～2020年）》中提出，推進(jìn)智能制造，能夠有效縮短產(chǎn)品研制周期，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低運營成本和資源能源消耗，加快智能制造發(fā)展，對于提高制造業(yè)供給結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和靈活性、培育經(jīng)濟(jì)增長新動能都具有十分重要的意義。發(fā)展規(guī)劃提出了十個重點任務(wù)，結(jié)合造紙行業(yè)的當(dāng)前生產(chǎn)設(shè)備水平和工藝管理狀況，本文僅針對造紙流程控制中的造紙生產(chǎn)階段，提出關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵設(shè)備的智能化方向，旨在助力造紙行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化和智能化生產(chǎn)。

1智能制造的含義

智能制造是指“人機(jī)一體化智能系統(tǒng)”，基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[1]。智能制造包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，其中智能制造系統(tǒng)不僅能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學(xué)習(xí)功能，還有搜集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。通過人與智能機(jī)器的合作共事，擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，智能制造把制造自動化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。

以我國6家規(guī)模較大的造紙企業(yè)（如玖龍紙業(yè)（控股）有限公司、山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)有限公司、恒安國際集團(tuán)有限公司、理文造紙有限公司、山東太陽紙業(yè)股份有限公司、安徽山鷹紙業(yè)股份有限公司）為例，這些企業(yè)幾乎都引進(jìn)了國際一流的高端技術(shù)裝備，國產(chǎn)設(shè)備只能在中型造紙企業(yè)中爭奪市場。國內(nèi)裝備企業(yè)由于技術(shù)和市場的原因，一直落后于國際設(shè)備廠商，造成了我國大型造紙企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備幾乎都采用了進(jìn)口的最先進(jìn)的造紙生產(chǎn)線。但在智能化的浪潮中，國內(nèi)裝備企業(yè)有了與國際設(shè)備廠商進(jìn)一步縮小差距的機(jī)遇。

對照智能制造的要求，國內(nèi)造紙企業(yè)生產(chǎn)線已經(jīng)初步實現(xiàn)自動化，但是距離智能化還有很大的發(fā)展空間。

造紙工業(yè)智能制造涉及范圍很廣，包括生產(chǎn)方式智能化、服務(wù)智能化、管理智能化、裝備智能化等方面。本文以瓦楞原紙生產(chǎn)線為例，從工藝管理和裝備智能化的方向，探討造紙過程智能化的關(guān)鍵工藝設(shè)備和發(fā)展思路。

2造紙過程的智能化

21成形部設(shè)備智能化

流漿箱作為連接備漿流送和紙張抄造的核心設(shè)備，隨著紙機(jī)車速的提高，從流漿箱噴出漿料，再到網(wǎng)上成形的時間非常短，為了保證漿料分布均勻一致，其總壓的控制至關(guān)重要，決定著上漿流量和流速，也影響著紙張成形的質(zhì)量[2]。

華章科技美辰公司推出的智能流漿箱產(chǎn)生高強(qiáng)度微湍動，可有效地分散纖維，防止纖維沉淀和再絮聚，提高紙張的強(qiáng)度；還可沿紙機(jī)橫向均勻分布紙漿，噴漿穩(wěn)定，確保漿速與網(wǎng)速相協(xié)調(diào)，其控制流程如圖1所示。由圖1可知，通過獲取掃描架的定量數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，從而通過調(diào)節(jié)稀釋水加入點水量的大小改變局部漿料濃度而實現(xiàn)紙張橫幅定量差的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)間距小，最小可以達(dá)到60 mm，調(diào)節(jié)精度高，分辨率高可達(dá)1/4000。

圖1華章美辰流漿箱控制示意圖其中，網(wǎng)部慣性搖振技術(shù)和胸輥的高頻率搖振技術(shù)優(yōu)化了纖維定向，可獲得極佳的成形效果，提高紙張勻度，降低紙張的縱橫向抗張強(qiáng)度比，對耐破度、抗壓潰性能等有明顯的改善。

22壓榨部設(shè)備智能化

壓榨部的主要作用是脫水、改善紙幅性能、傳遞紙幅[3]。

壓榨部主要由壓榨輥構(gòu)成，根據(jù)壓榨輥（或壓榨元件）結(jié)構(gòu)的不同壓榨可以分為平輥壓榨、網(wǎng)襯壓榨、真空壓榨、溝紋壓榨、盲孔壓榨、寬壓區(qū)壓榨、靴形壓榨、升溫壓榨等。

生產(chǎn)1 t瓦楞原紙各部分脫水的費用比例為：成形部∶壓榨部∶干燥部=10∶12∶78。因此，有必要提高濕部的脫水效率，特別是壓榨部的效率，以降低干燥部的蒸發(fā)負(fù)荷，同時橫向脫水應(yīng)該均勻一致。

隨著瓦楞原紙生產(chǎn)車速的逐步提高，幅寬變寬，現(xiàn)有的壓榨多采用高線壓、寬壓區(qū)的方式，因此對壓榨部壓輥的軸承溫度檢測、毛布質(zhì)量檢測、線壓實時監(jiān)測，是保證正常生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率的有效方式。通過采用智能溫度檢測設(shè)備對軸承溫度檢測的實時監(jiān)測，在線式壓榨部能預(yù)判可能發(fā)生的故障，對比檢測歷史趨勢和線壓的區(qū)間變化，可為生產(chǎn)管理人員做出決策提供支持。

23干燥部設(shè)備智能化

提高干燥部效率，減少蒸汽損耗，是有效降低生產(chǎn)成本的方式。目前，隨著車速的提高，冷凝水在烘缸內(nèi)沿著殼壁增多，大約在400 m/min車速時會形成一個完整的水環(huán)，該水環(huán)會減少蒸汽向烘缸內(nèi)壁的熱傳遞，且冷凝水?dāng)_動的急劇降低會導(dǎo)致熱傳導(dǎo)下降。使用擾流棒可以有效改變上述狀況，擾流棒可在整個烘缸寬度上確保冷凝水厚度一致，以此改善紙幅的橫幅水分。

為了保證烘缸在低壓差下可靠地排水，節(jié)省新鮮蒸汽的用量，降低成本，智能干毯校正器自動進(jìn)行跑偏糾正，并針對單向跑偏提出校準(zhǔn)建議。

造紙生產(chǎn)中干燥所消耗的能源大約要占總能耗的60%，目前濕熱空氣的回收能量只有30%左右，還有70%的熱量排向大氣[4]。因此，采用在前干燥部的后部與施膠部之間增加掃描架檢測水分和橫幅的裝置，充分利用現(xiàn)有的以傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)，結(jié)合發(fā)展干燥部的節(jié)能技術(shù)（如超臨界干燥技術(shù)，穿透式干燥技術(shù)），可大幅度地降低干燥部的蒸汽消耗。

24施膠設(shè)備智能化

對瓦楞原紙進(jìn)行表面施膠可以明顯提高成紙的質(zhì)量，增強(qiáng)紙面的防潮性能，避免產(chǎn)生回潮現(xiàn)象。其中施膠膠料制備系統(tǒng)的自動控制、上料系統(tǒng)的自動控制、施膠輥的閉合控制（線壓控制）、施膠區(qū)的斷紙控制、施膠質(zhì)量檢測控制、施膠區(qū)的張力控制等都將影響施膠效果。

施膠前增加掃描架監(jiān)測，可以用于檢測紙幅中的水分，保證施膠量均勻穩(wěn)定。施膠部增加張力檢測裝置（空氣轉(zhuǎn)向器），對施膠張力進(jìn)行閉環(huán)控制。空氣轉(zhuǎn)向器是依據(jù)氣墊原理將施膠后的濕紙幅通過氣墊運送且無接觸轉(zhuǎn)向，因此通過空氣轉(zhuǎn)向器的紙幅張力取決于氣墊的空氣壓力。施膠設(shè)備線壓力檢測技術(shù)，例如iRoll智能輥技術(shù)或輥面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)，可實時檢測輥面線壓力與張力等參數(shù)，實現(xiàn)施膠設(shè)備線壓力與張力的閉環(huán)控制。

施膠設(shè)備的智能化在于將施膠設(shè)備的控制要素（如施膠量、張力、施膠線壓力等）傳感器檢測值結(jié)合起來，并結(jié)合質(zhì)量控制系統(tǒng)（Quality Corltrol System，QCS）進(jìn)行相關(guān)性分析控制，進(jìn)而采用最優(yōu)的控制策略。另外再結(jié)合制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES），可以實現(xiàn)不同紙種、不同定量紙張之間的膠料制備配方的一鍵切換，無需人工輸入和選擇。

25卷取設(shè)備智能化

卷取部主要影響成卷質(zhì)量的參數(shù)有線壓力、紙張張力和向心力（緊度）等。卷取線壓力控制利用諸如輥面包覆傳感器技術(shù)，檢測輥面橫幅線壓力的均衡控制，整卷紙的線壓力線性或曲線控制。卷取部智能化的方向主要是結(jié)合MES系統(tǒng)與紙病檢測智能優(yōu)化系統(tǒng)[5]，生成對于復(fù)卷機(jī)系統(tǒng)來說的母卷質(zhì)量與產(chǎn)品信息的條形碼或二維碼，并對卷取成紙進(jìn)行記錄和標(biāo)識。同時通過對卷取部的產(chǎn)量記錄和質(zhì)量追蹤反饋到MES系統(tǒng)，使其作為全廠生產(chǎn)管理的重要節(jié)點。

26復(fù)卷設(shè)備智能化

當(dāng)前的復(fù)卷機(jī)主要采用手工輸入與記錄的方式進(jìn)行訂單的錄入與成品的管理，結(jié)合MES系統(tǒng)的訂單管理，可以極大地減少人工操作的差錯?；贛ES系統(tǒng)開發(fā)的訂單管理，可以對訂單進(jìn)行優(yōu)化，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時記錄，便于成紙質(zhì)量追蹤記錄。

在現(xiàn)有復(fù)卷機(jī)的輔助系統(tǒng)中，針對不同幅寬的復(fù)卷訂單，主要采用人工對刀、排刀的方式，這樣不僅浪費了較多的時間而且還會造成一定誤差，影響復(fù)卷產(chǎn)量。因此可結(jié)合智能訂單管理系統(tǒng)，當(dāng)切換到不同訂單時，采用自動排刀系統(tǒng)，可有效地提高復(fù)卷產(chǎn)量。

在復(fù)卷機(jī)紙卷控制中，成品的錐度控制、張力控制、緊度控制、速度控制、慣量控制往往是影響成品的關(guān)鍵因素，利用華章科技的復(fù)卷機(jī)智能傳動控制系統(tǒng)，客戶只需輸入有限的控制參數(shù)，所有控制都可以自動完成，生產(chǎn)過程某些參數(shù)會實時自動優(yōu)化。

27軟件與網(wǎng)絡(luò)對智能制造的支持

基于互聯(lián)網(wǎng)開展故障預(yù)警、遠(yuǎn)程維護(hù)、質(zhì)量診斷、遠(yuǎn)程過程優(yōu)化等在線服務(wù)，改變了生產(chǎn)企業(yè)的服務(wù)模式和流程。采用遠(yuǎn)程運行和維護(hù)不僅可以讓運行和維護(hù)人員（如華章科技的專業(yè)工程師）更方便、隨時隨地的進(jìn)行故障診斷、運行和維護(hù)工作，以最快的速度實施遠(yuǎn)程維護(hù)，而且較少受外界因素的限制（如地理位置、軟硬件設(shè)備等）。

通過現(xiàn)場感知的工業(yè)互聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備各種數(shù)據(jù)的智能采集、智能分析，為生產(chǎn)維護(hù)決策提供依據(jù)。應(yīng)用傳感器技術(shù)、RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，使制造過程更智能化[6]。

基于以上的分析，本技術(shù)中瓦楞原紙生產(chǎn)線的智能制造流程如圖2所示。

3結(jié)語

以瓦楞原紙生產(chǎn)過程為例，針對造紙產(chǎn)業(yè)提出了智能化改造和提升的方法。論述結(jié)果表明，在我國的造紙產(chǎn)業(yè)裝備和自動化產(chǎn)業(yè)邁向智能化的過程中，需要充分利用AI人工智能技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，提升關(guān)鍵設(shè)備和工藝的控制方法，實現(xiàn)我國造紙工業(yè)的智能化發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：吳博士）