瓦楞纸制造过程效能优化控制系统研究

摘要

瓦楞纸箱是一种应用最广的包装制品，用量一直是各种包装制品之首。瓦楞纸生产行业效能优化的关键:降低行业耗纸，节约生产资源;开展能源的有效利用及生产过程能效优化。
　　当前，很多瓦楞纸箱企业所使用的生产线都存在高能耗问题，许多企业仍然保留着传统的低效率生产设备，资源浪费现象非常严重，主要体现在以下几点:
　　(1)在瓦楞纸板生产线上没有信息集成控制系统，不能对生产过程煤、电力、蒸汽、水等资源进行有效调度，不能对关键工艺参数（烘干温度，生产线速度，涂胶厚度，原纸张力）进行集中设置与监控;
　　(2)原纸供送系统的张力控制在高速运转时出现塑性形变，断裂，起皱，翘曲等问题，造成用纸量浪费严重，产品重量不均匀，质量差等问题;
　　(3)上胶（涂胶）过程电机参数配比凭经验设定，智能化程度低，出现拖胶和少胶现象，胶料损耗严重;
　　(4)粘合烘干过程的热能利用率低，蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽流量没有工作在最优配比，造成生产效率不高，能源浪费大。
　　为了解决瓦楞纸板生产线高能耗、低效率的问题。本文试图通过以下四个方面开展研究:
　　(1)建立瓦楞纸板生产线效能优化控制系统，将整个生产过程中的各种设备有机的结合起来，把整个瓦楞纸板生产工艺联接在一起，实现对锅炉、供电设备、供水设备、生胶设备等的实时监控、在线调整;
　　(2)研究瓦楞纸板生产线原纸张力模糊自适应PID控制方法，动态实现原纸在高速运行过程中速度、摩擦力对张力的调节，达到纸板轻量化的预期目标和效果，真正达到源头节约纸耗;
　　(3)针对瓦楞纸粘合过程中涂胶量在生产速度提高或降低时不易控制且不稳定，建立新型柔性自动涂胶控制系统，通过人机界面的控制，自动地实现智能控胶。达到优质着胶、高效粘合、降低胶耗的目的;
　　(4)对瓦楞纸板低温粘合剂粘合过程中的干燥工艺过程进行建模分析，优化生产过程。对传统蒸汽加热烘缸改造，设计了一种新型瓦楞纸板生产线电磁感应烘缸，精确控制芯纸与面纸温度，在尽可能低的温度下保证瓦楞纸的质量，使电量的消耗降到最低。
　　本课题是从瓦楞纸箱企业的实际生产中提出的，通过上述工作的研究，可以提升瓦楞纸品质量，提高成品率，增加用户产品利润。与传统的瓦楞纸生产线设备相比，可以节约能耗，节约原料，降低生产成本，推动瓦楞纸生产行业向高效节能新技术方向发展。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外瓦楞纸板生产线效能优化现状

1．2．2 瓦楞原纸张力控制现状与发展

1．2．3 瓦楞纸板涂胶过程优化现状与发展

1．2．4 瓦楞纸板烘干过程优化现状与发展

1．3 课题来源及本文主要研究内容与结构

1．3．1 课题来源

1．3．2 本文研究内容及创新点

1．4 论文结构

第二章 瓦楞纸制造过程效能优化控制系统设计

2．1 瓦楞纸板生产线的工艺流程

2．1．1 五层瓦楞纸板工艺流程

2．1．2 瓦楞纸板生产线的组成

2．1．3 瓦楞纸板的粘合成型原理

2．1．4 瓦楞纸板的形状及类型

2．2 瓦楞纸板生产线存在问题及控制要求

2．2．1 生产线存在的问题

2．2．2 系统技术规格要求

2．3 瓦楞纸制造过程效能优化控制系统设计

2．3．1 瓦楞纸板生产线效能优化控制系统

2．3．2 单面机系统

2．3．3 双面机系统

2．3．4 轮转切断机系统

2．3．5 分切压痕机系统

2．3．6 横切机系统

2．3．7 堆码系统

2．4 瓦楞纸板高效率生产信息化管理平台

2．4．1 生产信息化管理平台架构

2．4．2 瓦楞纸板生产信息化管理系统操作流程

2．4．3 瓦楞纸板生产信息化管理平台的作用

2．5 本章小结

第三章 基于张力自适应控制的高速成型算法

3．1 原纸张力控制数学建模

3．2 模糊自适应PID张力控制算法设计

3．2．1 模糊PID控制器控制量

3．2．2 模糊PID控制规则

3．2．3 去模糊化

3．2．4 模糊PID控制器的参数计算

3．3 仿真分析

3．3．1 仿真模型建立

3．3．2 仿真结果分析

3．4 本章小结

第四章 瓦楞纸板柔性自动涂胶系统设计

4．1 系统原理和系统设计

4．2 涂胶机构改进

4．2．1 涂胶触压棒改造

4．2．2 涂胶热压板改造

4．3 系统建模

4．4 多电机耦合控制策略

4．5 涂胶同步控制仿真

4．6 本章小结

第五章 瓦楞纸板生产线烘干过程效能优化

5．1 烘干系统分析

5．1．1 烘干系统简介

5．1．2 电磁加热技术特点

5．1．3 烘干系统在瓦楞纸板生产线中作用

5．2 烘干系统建模

5．2．1 瓦楞纸板工艺参数

5．2．2 控制方案设计

5．2．3 建立数学模型

5．2．4 系统仿真

5．3 本章小结

第六章 实验与应用

6．1 瓦楞纸制造过程效能优化控制系统应用

6．1．1 瓦楞纸板生产线设备

6．1．2 嵌入式控制系统

6．1．3 控制流程

6．2 现场调试

6．3 本章小结

结语与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及专利

攻读学位期间参加的科研项目

声明

致谢