李诚
陕西法门寺纸业有限责任公司 陕西 宝鸡 722200
摘要：纸是人类日常生活的必需品，同时又是文化的载体，因此造纸行业在现有技术的发展下，不断优化自身的制浆造作工艺及流程。根据调查资料显示，截止到2018年年底，全国制浆的总生产量约为7201万吨，国内的纸及纸板消费量，达到了10439万吨，可见时代发展背景下，中国的造纸工业面临着极大的机遇与挑战。为此提出了制浆造纸质量控制方法。此次研究在传统方法的基础上，将PLC技术与相关设备投入到制浆造纸质量最优控制之中，利用PLC批量输入、批量输出等特点，优化传统控制方法。
关键词：PL;C制浆造纸;质量最优;控制方法;
引言
回首过去五年，我国造纸工业坚定不移地履行国家对供给侧结构性改革提出的各项要求，通过不断矫正要素配置扭曲，持续深化改革，五年来在全体纸业同仁的不懈努力奋斗下，我国造纸工业在复杂多变的国内外经济形势下，克服了“国际贸易争端”、“限制废纸进口”、“新冠疫情”等诸多挑战，面对经济下行、市场需求增速减缓、原材料供给收紧等多重不利因素，行业一直在造纸大国到造纸强国的绿色可持续发展之路上踏实前行。“十三五”期间，我国纸和纸板的年产量稳定保持在1亿吨以上，在总产量增速放缓的情况下，行业集中度不断提高，经济效益整体保持基本稳定，全行业各项排放指标继续向国际先进水平看齐，增产减污成效卓著。在这期间，一部分骨干龙头企业脱颖而出，进入世界纸业50强之列。
1造纸行业存在的主要问题
1.1环评和排污许可名录的分类管理要求不一致
环评、排污许可管理领域分别发布了《建设项目环境影响评价分类管理名录》（以下简称《建设项目管理名录》）、《固定污染源排污许可分类管理名录（２０１９年版）》（以下简称《固定污染源管理名录》），明确将造纸行业纳入环评、排污许可管理的范围。这两个名录都覆盖了造纸行业所有排污单位，但对“加工纸”和“纸制品”两个小类的管理要求有所不同。《建设项目管理名录》中要求“有化学处理工艺的纸制品”建设项目环评文件类型为报告表，其他为登记表，没有明确加工纸建设项目环评文件类型；《固定污染源管理名录》要求“有废水、废气排放的加工纸和纸制品”简化管理，其余为登记管理。对于涉及化学处理工艺但没有排放废水或废气的纸制品加工企业，不需要申请排污许可证，但在环评阶段需要编制环境影响报告表。环评与排污许可的要求差异不仅会造成一定的管理混乱，还增加了一些小型造纸企业的负担。
1.2污染物排放总量确定依据不统一
环评、排污许可和总量控制等管理制度均对污染物排放量提出了管理要求。环评文件主要根据环境现状及影响可接受情况确定污染物排放量，总量控制要求中包括总量指标、总量减排或者排污权交易确定的排放量，排污许可主要基于排放标准确定现有排放源许可排放量。为避免几个排放量之间存在不一致的问题，在核发排污许可证时，许可排放量、总量控制二者要从严确定，２０１５年１月１日以后取得环评批复的企业，其许可排放量是排污许可、总量控制及环评批复的总量，三者取严。这三个总量算法不一致，按照行业废水排放标准核定的废水污染物许可排放量，往往大于总量指标和环评中确定的排放量，这就导致污染物排放总量确定依据不统一，容易造成行业之间的不公平。通过梳理已经核发排污许可证的２５家废水直接排放的造纸企业许可排放量发现，按总量指标计算的化学需氧量许可排放量为２５８００ｔ／ａ，按照排放标准核算的化学需氧量许可排放量为５４５８４ｔ／ａ，二者的废水污染物许可排放量相差一倍以上。
2基于PLC的制浆造纸质量最优控制方法
2.1建立制浆造纸质量红外模型
制浆造纸材料成分直接影响制浆造纸工艺，而近红外光谱可以反映制浆、磨浆以及打浆过程中，制浆原材料的基本信息，因此结合化学计量学方法建立红外模型，实时监控制浆造纸质量。根据制浆造纸常用的原材料选择实验试剂，利用高速万能粉碎机等仪器，提取制浆造纸样本，测定原料化学成分。其中苯醇抽出物含量的测试公式为:
公式中:s表示木粉原料的含水量;c1、c2、c3分别表示材料的恒重质量、烘干至恒重的质量以及滤纸包中木粉原料的质量。然后测定综纤维素含量、Klason木质素含量、冷水抽出物含量、热水抽出物含量以及氢氧化钠抽出物含量，因为计算公式与上述计算过程一致，因此设置上述参数分别为Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，计算公式就不再重复说明。测定材料中的聚戊糖含量，公式为:
公式中:H表示换算系数;q1、q2分别表示所用测定试剂的体积;q'表示试剂的标准溶液浓度;m表示测试试剂的系数，一般为一个小数常数;h1、h2分别表示测定仪器规格和转移的溶液规格;c表示木粉样品准确质量。选择光谱分析及数据处理软件Matlab8.0，在该软件中加载样品的近红外光谱数据，利用软件自带的算法建立红外模型。当PＲESS值最小时，建立的模型参数最佳。利用该模型对上述七项数据进行测定，根据红外模型的反馈结果，判定制浆造纸质量是否达到预设标准，当模型反馈结果达不到预期时，利用该模型分析测定系数的成分含量，为造纸质量最优提供优化控制数据。
2.2打浆过程控制
通过对制浆造纸成分、制浆造纸工艺的优化控制，实现对打浆过程的优化。打浆过程中的浆浓、浆速、温度、盘磨机功率、电机负载等因素，都直接影响打浆效果，从而影响纸张的质量。因此根据建立的红外模型、设置的控制链和负载分配方式，对打浆过程中的比能量和打浆度进行控制。根据打浆过程可知，打浆是一个能量转移传递的过程，因此在比能量控制上，首先对恒功率进行控制，要求操作人员根据工艺要求和操作经验，将PLC控制器安装到整个控制系统中，重新设置盘磨机电机功率，通过调节磨盘间隙达到控制目标。根据打浆过程的能耗可知，纸浆温升携带打浆过程做功信息，将机械能转化为热能，因此在实际控制过程中，操作人员设定温度差为ΔT，PLC控制器通过调整磨盘间隙，改变盘磨机电机负载功率。在打浆过程，生产计划发生改变时，需要对恒功率和温差值进行调整。而比能耗控制是基于纸浆浓度和流量的波动，因此要保持干纤维打浆功率恒定，根据红外模型得到的测量结果，设定比能耗为SEC，则打浆所需要的总功率为:
公式中:L0表示出浆流量;N0表示出浆浓度;Wno－load表示盘磨机空载负荷。造纸厂制浆车间的浆板种类，也会导致浆料的初始性质波动。加上打浆时间的积累，磨盘磨齿的磨损变形程度不断加深，因此这些因素都会影响制浆造纸质量。比能量只能间接反映磨打浆过程，无法弥补原料物性、制浆造纸设备对纸张质量的影响。因此为了克服比能量控制存在的局限性，还要对打浆度进行控制。利用打浆度测量仪测量纸浆打浆度，根据测量结果与预设值之间的差值，重现调整打浆参数，保证纸张质量的稳定性。至此在PLC技术与相关设备的辅助下，实现制浆造纸质量最优控制方法.
结束语
在传统控制方法的基础上，引入PLC控制技术和相关设备，从不同的角度优化制浆造纸质量最优，，取得了较为不错的研究成果。但此次提出的控制方法还存在不足之处，今后的研究重点可以落到PLC控制技术上，通过建立一个具有自适应能力的算法，加强PLC的控制过程，为纸张质量提供更加可靠的制造工艺。
参考文献
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