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[導讀]The Challenge:創(chuàng)建一個用來監(jiān)測大型造紙廠紙漿的生產(chǎn)過程,以節(jié)約能源和降低成本。The Solution:為了增加吞吐量,節(jié)約能源,以及優(yōu)化生產(chǎn)過程,我們利用NI LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控(DSC)模塊來處理復雜的,非線性的

The Challenge:

創(chuàng)建一個用來監(jiān)測大型造紙廠紙漿的生產(chǎn)過程,以節(jié)約能源和降低成本。

The Solution:

為了增加吞吐量,節(jié)約能源,以及優(yōu)化生產(chǎn)過程,我們利用NI LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控(DSC)模塊來處理復雜的,非線性的建模過程。

"LabVIEW工具包使同時運行多個模型變得更加容易,這意味著在線性能監(jiān)控功能可以變得簡單直接。"

位于英國Workington的Iggesund紙板公司,其生產(chǎn)線上主要有五個造紙機,運行每個造紙機至少需要消耗 15兆瓦的能量。節(jié)約能源對于降低我們的運營成本至關(guān)重要,因此,我們需要一個解決方案,以優(yōu)化我們能源的使用效率,同時確保造紙機能夠生產(chǎn)出最終紙板成品所需要的紙漿。

模型設計

為了預測紙張的剛度,我們實施了基于前饋單層感知(FFSLP)結(jié)構(gòu)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)模型。之所以我們會選擇該模型,并將該模型建立于多元線性回歸(MLR)模型之上,是因為該建模過程的需求是非線性的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡更能準確地對大量紙張材料作出預測。此外,對于所有紙張材料來說,只使用一個模型也是很方便的,使造紙廠操作員更易于使用該系統(tǒng)。

對于在線監(jiān)測功能,我們將人工神經(jīng)網(wǎng)絡與多元數(shù)據(jù)分析(MVDA)方法結(jié)合起來,因為該方法更適應于操作環(huán)境的改變,如紙張材料的變化。由此建立的非線性模型更能準確地預測橫向(CD)抗彎剛度的機器方向(MD)偏差。

我們利用 LabVIEW軟件,并結(jié)合了閉環(huán)自適應造紙機控制系統(tǒng)所采用的高級自適應控制算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù),設計了該預測模型。該解決方案包含了一個脫機工具,該工具可以對不同紙漿類型的造紙機載荷進行仿真。這無疑給操作員和開發(fā)工程師帶來了機會,可以嘗試不同精煉配置及比較預測最終紙板質(zhì)量測量。通過利用LabVIEW軟件對改變參數(shù)后的效果進行仿真,使我們避免了昂貴的全面試驗,從而節(jié)省了我們的時間和成本。

此外,LabVIEW DSC 模塊可以方便的并行運行多個模型,并且提供了直接在線性能監(jiān)控功能。利用LabVIEW DSC模塊,我們將模型限定在造紙廠可以正常運行的狀態(tài)范圍內(nèi)。當變量移動到正常運行狀態(tài)范圍之外后,報警器就會被激活,向操作員發(fā)出系統(tǒng)發(fā)生問題的提示信息,同時系統(tǒng)向操作員指示哪個變量發(fā)生故障以及告知解決該故障的最佳方法。

在線監(jiān)測

Iggesund紙板公司在其在線操作上成功地使用了這種新模型。采用分值圖的方法,當變量偏離紙漿設置點時,系統(tǒng)會向機器操作員發(fā)出提示信息。分值圖表示每個變量主要成分分析的得分,并以一分鐘的時間間隔進行更新。

圖1顯示了兩個本征向量的分數(shù)作為橫縱坐標繪制而成的一個二維監(jiān)測分值圖。二維分值圖用于顯示兩個本征向量間的關(guān)系,可以用一個95%到99% 的Hotelling橢圓來表示,其定義了生產(chǎn)過程中的正常運行區(qū)域。這樣使得操作員很容易地識別異常值。

所有相似的數(shù)據(jù)點都聚集在這個二維分值圖上,各組數(shù)據(jù)點代表了生產(chǎn)過程中的工作點。這些圖可以用來顯示代表單個工作點的一組數(shù)據(jù)點,或代表多個工作點的多組數(shù)據(jù)點。如果數(shù)據(jù)點保持在Hotelling橢圓范圍內(nèi),這就表明,工作點在正常運行區(qū)域內(nèi)。無論變量間的基本相關(guān)性是否有效,過程變量中的任何異常變化都可以用這個二維分值圖來清晰地顯示。在載荷圖的輔助下,我們可以確定問題的根源,并排除故障。

結(jié)論

我們利用LabVIEW DSC模塊所建立的模型向紙板機操作員提供了實時處理信息,當變量偏離所要求的紙漿質(zhì)量設置點時,系統(tǒng)會清晰地向操作員發(fā)出提示信息。紙漿廠操作員可以選擇所需的設定點和精煉能量值,以達到最佳效果。

Iggesund紙板公司從LabVIEW DSC模塊建模解決方案中獲得了巨大利益。一旦該模型被實施,工廠的吞吐量將會增長1個百分點,這對大型工廠來說,可以節(jié)省大量的能源。事實上,能源消耗降低所導致的節(jié)約成本估計為每年720.000英鎊。

工廠從該解決方案中獲得的另一個利益是可以獲得更好的質(zhì)量控制,以及減少了不宜出售的板碎漿。碎漿所導致的生產(chǎn)損失為每小時12.000英鎊。據(jù)我們估計,該模型的實施將使造紙機的正常運行時間每年提高30小時,這樣每年節(jié)約的成本大約為360.000英鎊。

此外,利用基于模型多元優(yōu)化的LabVIEW軟件,使我們也很容易地將方法和技術(shù)應用于其他生產(chǎn)過程領(lǐng)域中。這就為未來生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供了一條途徑,而無需使用大量的軟件開發(fā)包。



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