BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG

1.1. Tầm quan trọng của ngành sản xuất giấy

Ngàng giấy có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nó quyết định tới nền
văn minh của đất nước nói riêng và của toàn nhân loại nói chung. Giấy là công cụ lưu
SVTH

Page 1


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

trữ thông tin để truyền bá từ thế hệ này sang thế hệ khác. Giấy góp phần quan trọng vào
thúc đẩy kinh tế – xã hội và khoa học – kỹ thuật phát triển. Nhân loại muốn phát triển
thì các thành tự khoa học – kỹ thuật và thông tin văn hóa phải được phổ biến rộng rãi
trên toàn thế gới, dẫn tới nhu cầu sử dụng giấy đang ngày càng tăng cao.
Giấy được sử dụng trong hầu hết các linh vực : Công nghiệp, giáo dục, sách báo ,y
tế, Quốc phòng, trong sinh hoạt hàng ngày … Hàng năm, giấy mang lại nguồn lợi đáng
kể cho nền kinh tế quốc dân.
Tóm lại giấy dữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế cũng như là văn minh

nhân loại.
1.2. Lịch sử phát triển của nhà máy giấy bãi bằng
Công ty giấy Bãi Bằng là công trình hữu nghị giữa hai nước Việt Nam – Thụy
Điển được xây dựng vào năm 1974 và được khánh thành 26 – 11 – 1982 . Được xây
dựng tại thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ. Với vị trí gần đường bộ,
đường thủy và đường sắt nên thuận lợi cho quá trình vận chuyển và tiêu thụ sản phẩm.
Dây chuyền công nghệ hiện đại, hoàn chỉnh và đồng bộ được xây dựng trên một
diện tích 20 ha, cung cấp giấy viết, giấy in… cho thị trường trong nước và xuất khẩu ra
nước ngoài. Sản lượng sản xuất của công ty liên tục tăng cao, sau đây là thống kê về
sản lượng giấy sản xuất ra thực tế (1992 – 2001):

Hình 1.1. sản lượng giấy của công ty bãi bằng năm 1992 – 2001
1.3. Các sản phẩm tiêu biểu của công ty giấy bãi bằng

Công ty giấy Bãi Bằng sản xuất rất nhiều các loại mặt hàng với các chủng loại và
kích cỡ khác nhau sau đây là một số sản phẩm tiêu biểu của công ty :
• Giấy cuộn :
- Định lượng : 584100 (g/m2)
- Độ trắng : /78 0ISO
- ∅ cuộn : 904100 (cm)
- ∅ lõi : 7.6 cm
SVTH

Page 2


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY


Bao gói : 344 lớp giấy kraft
Giấy photocopy :
- Định lượng : 70;80 (g/m2)
- Độ trắng : /88 0ISO
- Khổ giấy : Từ A4 tới A0
- Bao gói : 1 lớp giấy kraft
• Giấy kẻ ngang :
- Định lượng : 58 (g/m2)
- Khổ giấy : 21,5 3 16,5 cm, loại 48 và 96 trang
- Bao gói : 10 – 12 quyển trong 1 hộp
• Giấy tessne : Khăn lau mặt, Khăn bỏ túi, Khăn ăn
- Định lượng : 1461 (g/m2)
- Độ trắng : /80 0ISO
- Số lớp : 243
- Độ nhăn : 20425%
- Độ ẩm : 861%
• Giấy toilet :
- Định lượng : 1661 (g/m2)
- Độ trắng : /75 0ISO
- Số lớp : 142
- Độ nhăn : 20425%
- Độ ẩm : 861%
-

•

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG

2.1.


SVTH

Tổng quan về quy trình công nghệ

Page 3


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 2.1. Tổng quan công nghệ sản xuất giấy
Bột giấy có thể được sản xuất từ gỗ, tre nứa, sợi, giấy tái sinh…có thể sản xuất
bằng phương pháp cơ học ,phương pháp hóa học và phương pháp bán hóa học.
Bột giấy từ gỗ: gỗ được bóc vỏ, rửa, chặt thành từng mảnh trong máy băm, lọc
qua máy sàng rồi phân loại mảnh dăm theo kích cỡ đồng đều. Dăm gỗ sau đó có thể
được xử lý bằng cách mài, nghiền, nấu (phương pháp cơ học) hoặc bằng hóa
chất (phương pháp hóa học) tạo thành bột giấy thô (chưa tẩy). Sau đó bột này mới được
đưa đi tẩy trắng với mức độ tùy theo yêu cầu, rồi pha loãng để đưa qua máy xeo cán
thành giấy cuộn.
2.2.
Quy trình công nghệ sản xuất bột giấy
2.2.1. Sử lý nguyên liệu
Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là tre, nứa và gỗ. Tre nứa được đưa từ bãi chứa vào
băng chuyền và được rửa sạch trước khi đưa vào máy chặt. Tại đây tre nứa được băm
thành các mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn:
-

SVTH


Chiều dài: 35 mm.
Chiều rông: 10 mm.
Chiều dày: 2,5 mm.

Page 4


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 2.2. Bãi nguyên liệu của tổng công ty bãi bằng
Các mảnh được đưa vào hệ thống rửa mảnh và qua băng tải đến sân chứa mảnh.
Năng suất của máy chặt tre nứa là 20 tấn/h.
Gỗ được đưa đến bộ phận bóc vỏ bằng băng tải xích. Gỗ sau khi đã bóc vỏ được
rửa sạch rồi đi vào máy chặt mảnh. Mảnh gỗ sau khi chặt có kích thước theo tiêu chuẩn:
- Chiều dài:
35 mm.
- Chiều rộng: 10 mm.
- Chiều dày: 2,5 mm.

Hình 2.3. Thùng bóc vỏ
Mảnh gỗ được đưa qua sàng chọn và đưa ra sân chứa bằng băng tải. Mảnh tre nứa
và gỗ được đưa vào nồi nấu bởi hệ thống thổi mảnh. Tùy theo yêu cầu đơn đặt hàng của
khách mà có tỷ lệ tre nứa và gỗ khác nhau.

2.2.2. Nấu bột

SVTH


Page 5


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Bột được sản xuất theo phương pháp sunphat có thu hồi hóa chất. Nguyên liệu
được nấu trong nồi có hình trụ đứng. Thời gian để hoàn thành một chu kỳ nấu là 240
phút kể cả thời gian nạp mảnh.
Bột sau khi nấu xong được chuyển sang bể phóng. Từ đây bột được chuyển qua
máy đánh tơi và được đưa đến bộ phận rửa.
2.2.3. Công đoạn rửa sàng
Sau khi được đánh tơi, bột được đưa tới 4 máy rửa lọc chân không. Hệ thống rửa
lọc chân không có cấu tạo lô hình trụ, được tạo chân không bởi sự chênh lệch áp suất.
Bên trong lô có hệ thống các đường ống dẫn nước. Trên bề mặt lô được chia làm nhiều
ngăn và có các ống dùng để dẫn dịch. Trong các ngăn có các tấm sàng và các lỗ mắt
sàng. Quy trình hoạt động của hệ thống rửa như sau: Lô rửa được quay tròn đều. Trong
quá trình quay, nước dùng để rửa bột sẽ theo các ống dẫn được đưa vào trong lô. Do
trên bề mặt của lô có các lỗ nên sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất ở bên trong lô và bên
ngoài lô. Do đó tạo ra chân không ở bên trong lô. Do sự chênh lệch về áp suất nên bột
sẽ bám dần trên bề mặt của lô. Sau đó, bột sẽ được dùng nước để rửa. Sau khi rửa, bột
sẽ rơi xuống hệ thống xoắn vít tải. Từ đây, bột sẽ tới các bể chứa và từ các bể chứa này,
bột được đưa lên hệ thống rửa tiếp theo.
Nước sau khi rửa ở máy 1 có hàm lượng dịch đen lớn nên nước sẽ được đưa đến
hệ thống trưng bốc.
Bột đen sau khi đã rửa sạch được đưa qua hệ thống sàng gồm 2 sàng áp lực, 1 sàng
thu và 3 giai đoạn lọc cát. Trong quá trình này, các mấu mắt tre nứa hoặc bột sống sẽ
được loại khỏi bột chín, dẫn xuống sàng cô đặc và xuống vít tải thải ra ngoài. Bột chín
được đưa tới các bể chứa và chuẩn bị cho công đoạn tẩy trắng.

2.2.4. Công đoạn tẩy trắng bột
Bột từ công đoạn sàng được đưa vào bể chứa. Từ bể chứa, bột đen được đưa vào
tẩy trắng. Công đoạn tẩy trắng gồm 4 giai đoạn.
Bột được clo hóa bởi Cl2. Sau đó, bột được kiềm hóa để loại bỏ hợp chất màu
Clorarlignin ra khỏi bột. Sau khi kiềm hóa, bột được tẩy tiếp bởi NaClO để đạt độ trắng
theo yêu cầu khoảng 74 - 78 %.
Để bột có độ trắng đồng đều theo yêu cầu phải thực hiện quy trình tẩy trắng
nghiêm túc, duy trì thích hợp các yếu tố nồng độ bột, mức tỷ lệ hóa chất tẩy, nhiêt độ,
thời gian và độ pH. Bột sau khi tẩy trắng được đưa vào bể chứa để chuẩn bị cho quá
trình nghiền.
2.2.5.

SVTH

Công đoạn nghiền bột
Page 6


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Bột giấy được đưa qua hệ thống nghiền côn để tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả
năng liên kết giữa các thớ sợi với nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng hình thành
tờ giấy.
Sau khi nghiền, bột được pha trộn với các phụ gia: Cao lanh, nhựa thông, phèn và
một số hóa chất khác tùy theo yêu cầu của sản phẩm. Bột đã pha trộn phụ gia trong bể
chứa sau đó được đưa qua hệ thống phụ trợ: Sàng áp lực, lọc cát và các thành phần khác
có ảnh hưởng đến tờ giấy rồi được đưa tới hòm phun bột, bắt đầu quá trình sản xuất
giấy.

2.3.
Quy trình sản xuất giấy

Hình 2.4. Quá trình sản xuất giấy trong phân xưởng xeo
2.3.1. Hòm phun bột

Nhiệm vụ của hòm phun bột là phân phối một lưu lượng bột đồng đều trên lưới
với tốc độ không đổi trên toàn bộ bề ngang của lưới và giữ cho dòng bột không bị xáo
trộn để chống chảy xoáy làm phá vỡ sự vón cục của dòng bột đã hình thành. Ở đây, bột
đã hình thành tờ giấy ướt có độ khô 18 - 20%.
2.3.2. Bộ phận lưới

Đối với máy xeo 1 thì việc hình thành tờ giấy được thực hiện giữa hai bề mặt của
lưới đôi. Lưới trong rộng 4350 mm, dài 22000 mm. Lưới ngoài rộng 4350 mm, dài
18000 mm. Ưu điểm của lưới đôi là hạn chế được bề mặt tự do của dòng chảy trên lưới
và có khả năng điều khiển tốt hơn. Trên bộ phận hình thành, nước thoát ra cả hai phía
chiều dài tạo hình và giấy có bề mặt đồng nhất. Lưới đôi sử dụng nguyên tắc tạo tờ giấy
giữa một trục hút mở ( gọi là trục tạo hình). Một phần tờ giấy ướt được lưới trong và
lưới ngoài bao lại nên có độ căng lớn, thuận lợi về thời gian tách nước và độ thấm.
Ở máy xeo 2 là máy xeo dài, bộ phận hình thành là lưới băng chạy trên các lô đỡ,
tấm gạt nước, foil và tấm hình thành. Trên lưới, bột được phân phối từ hòm phun bột.

SVTH

Page 7


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY


Hình 2.5. Lưới dài và lưới đỉnh
2.3.3. Bộ phận ép

Ép có nghĩa là tờ giấy được nén bằng cơ học để đạt trên bão hòa.Ở phần này nước
cũng được tách được càng nhiều ra khỏi tờ giấy càng tốt.
Sau công đoạn hình thành tờ giấy, tờ giấy còn khoảng 80% nước (độ khô 20%). Ở
công đoạn ép, độ khô sẽ tăng lên đến 40%. Nhiệm vụ chính của bộ phận ép là tách nước
ra khỏi giấy, tăng độ bền cơ lý của tờ giấy như tăng liên kết của các xơ sợi,tăng độ nhẵn
giảm độ xốp,giảm tiêu hao hơi trong quá trình sấy.
Bộ phận ép có số lượng cặp ép và cấu trúc khác nhau.Một cặp ép bao gồm giá đỡ
và 2 hoặc 3 lô. Lô dưới thường được lắp trên 1 ổ đỡ cố định và là lô dẫn động.Sự ép
xảy ra ở khoảng giữa lô trong khe ép và tờ giấy được chăn dẫn qua khe ép.
Tờ giấy ướt được chuyển trực tiếp từ lưới tới trục ép hút chân không được bọc
chăn của tổ ép 1. Chức năng quan trọng của lưới ép là chống tạo vết trên tờ giấy. Từ tổ
ép 1, tờ giấy được chuyển tới bộ phận ép lưới ở tổ ép 2. Tổ ép 2 gồm một lưới nhựa
giữa chăn ép và trục ép phía dưới nhằm giảm áp suất thủy tĩnh trong tuyến ép. Từ chăn
ép 2, tờ giấy được chuyển tới tổ ép nhẵn 3 qua một khoảng kéo hở. Tổ ép này không có
chăn nên không có nhiệm vụ tách nước mà chỉ làm cho tờ giấy nhẵn và phẳng hơn.

SVTH

Page 8


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 2.6. Bộ phận ép ướt

2.3.4. Bộ phận sấy

Khi tờ giấy rời bộ phận ép có độ khô khoảng 40 % và nhiệt độ từ 25 - 30 0C. trong
bộ phận sấy lượng nước còn lại sẽ được tách ra bằng cách bốc hơi.

Hình 2.7. Cấu hình lô sấy
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt năng của hơi nước bão hòa trong lòng lô sấy để làm
bay hơi một phần nước có trong tờ giấy. Các biện pháp sấy được sử dụng là:
- Sấy trực tiếp: Tờ giấy tiếp xúc với lô sấy.
- Sấy đối lưu: nhiệt năng được của không khí xung quanh lô sấy.
- Sấy tự do: Sấy trong khoảng không có sức căng hoặcgiữa các lô sấy.
Ở giai đoạn này tờ giấy được sấy khô tới 94%. Sau đó, tờ giấy được đưa qua bộ
phận ép keo. Chức năng của khâu ép keo là phủ lớp keo lên bề mặt giấy, tăng đô bóng,
độ dai, bịt các lỗ trên bề mặt tờ giấy. Sau khâu ép keo, tờ giấy đi tới hệ thống sấy sau.
SVTH

Page 9


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 2.8. Bộ phận ép keo
Giấy đã được sấy khô được làm nguội trên 2 lô làm lạnh. Sau các lô ép tờ giấy
được căng ra trong suốt quá trình nó được gia nhiệt ở cả hai quá trình sấy trước và sấy
sau (ép keo). Điều đó thường gây ra sự cố của tờ giấy. Để khắc phục những sự cố và
những biến đổi của tờ giấy, các lô được bố trí thành các nhóm dẫn động khác nhau. Tất
cả các lô trong cùng một nhóm có cùng một tốc độ. Sự chênh lệch về tốc độ giữa các
nhóm dẫn động sẽ được hiệu chỉnh theo độ căng và sự cố của tờ giấy.

2.3.5. Bộ phận ép quang
Bộ phận ép quang gồm hai lô quay tiếp xúc với nhau. Máy ép quang sẽ đảm bảo
độ đồng đều, độ nhẵn bóng bề mặt làm tăng độ bền kéo, độ chịu bục và thấm khí của tờ
giấy.

Hình 2.9. Bộ phận ép quang

SVTH

Page 10


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

2.3.6. Bộ phận cắt cuộn lại

Tờ giấy hình thành sau ép quang thì được cuộn lại vào lô cuốn kim loại có đường
kính 1800 mm. Các cuộn giấy được chuyển sang bộ phận máy cuộn lại và cắt thành
những cuộn giấy thành phẩm có khổ to, nhỏ tùy theo đơn đặt hàng và được cuộn vào
theo các lõi bằng giấy.

Hình 2.10. Máy cắt cuộn lại
Từ các cuộn giấy lớn, giấy được chuyển sang phân xưởng hoàn thành để gia công
thành các sản phẩm theo đặt hàng: Giấy khổ A3, giấy RAM A4, vở học sinh… Hiện tại,
phân xưởng hoàn thành có 1 máy đóng giấy cuộn các cỡ, 2 máy A3, 2 máy xén và đóng
giấy A4 cao cấp, được tự động hóa hoàn toàn và sản phẩm làm ra có chất lượng cao.
Máy đóng vở học sinh hiện tại không còn được sử dụng do vấn đề vệ sinh môi trường
và hiệu quả không cao.


SVTH

Page 11


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SẤY GIẤY TRONG PHÂN XƯỞNG
XEO GIẤY

3.1.
Hệ điều khiển truyền động lô sấy
3.1.1. Cấu trúc của hệ thống sấy

Bạt dẫn giấy

Giấy

Hình 3.1. Mô hình hệ thống sấy hai bạt dẫn
Mục tiêu của khâu xấy: Làm bay hơi hơi nước trong giấy, làm cho giấy có cứng
cáp, và có độ ẩm theo yêu cầu công nghệ:
- Cấp nhiệt vào lô sấy
- Truyền nhiệt từ lô sấy sang giấy
- Thông gió để thoát hơi nước
• Ưu điểm của phương pháp sấy hai bạt:
- Giấy luôn được nằm giữa lô sấy và bạt dẫn nên hiệu quả truyền nhiệt từ lô
sấy lên tờ giấy được nâng cao.

- Giấy được sấy đồng đều nhau do mọi vị trí trên tờ giấy đều được cung cấp
nhiệt theo cách giống nhau.
• Nhược điểm của hệ thống sấy hai bạt dẫn:
- Hệ truyền động phức tạp, cồng kềnh.
- Điều khiển phức tạp.
- Phối hợp tải trong hệ truyền động rất khó khăn.
•

3.1.2. Truyền động của nhóm sấy
- Để đảm bảo giấy không bị rách, dày mỏng khác nhau … thì tốc độ của các lô

sấy phải là như nhau.
SVTH

Page 12


BÀI TẬP LỚN
-

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Trong hệ truyền động có sử dụng bánh răng liên kết các lô sấy trong cùng
một nhóm
Số lượng lô sấy lớn (8 lô sấy) nên để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru,
chất lượng truyền động tốt chúng ta dùng hai động cơ truyền động M 1 và M2
sau đó thực hiện phối hợp tải (Thực hiện chia tải) cho hai động cơ này như
sau :
Tốc độ đặt


Master Speed

Follower Torque + Windown control

T

T*

Hệ số chia tải

M1

M2

Hình 3.2. chia tải giữa hai động cơ M1 và M2
3.2. Cấu tạo lô sấy và nguyên
3.2.1. Cấu tạo

Lô sấy là một ngăn có áp lực được cấp nhiệt bới hơi nóng qua một van hơi. Hơi
nóng sẽ ngưng thành nước trong lô sấy . Nước ngưng làm giảm hiệu quả truyền nhiệt
của lô sấy và nó còn làm tăng tải của hệ thống truyền động gây ảnh hướng tới chất
lượng điều khiển của hệ thống.

SVTH

Page 13


BÀI TẬP LỚN


HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 3.3. Các thanh gây sáo trộn trong lô sấy
Các thanh trong lô sấy có tác dụng phá vỡ nước ngưng do hiện tượng công hướng.
Các thanh trong lô sấy cũng ảnh hướng tới qua trình sấy,sau đây là sự so sánh giữa ảnh
hưởng của các thanh trong lô sấy :

Hình 3.4. Ảnh hưởng của các thanh trong lô sấy tới quá trình sấy
Đường có chấm tròn thể hiện tốc độ của lô sấy khi có các thanh bên trong lô sấy
và đường có chấm hình tam giác biểu thị quá trình sấy không có các thanh bên trong lô
sấy.
Từ đồ thị hình .3.4 chúng ta thấy tốc độ sấy khi các lô sấy có các thanh bên trong
lô sấy nhanh hơn so với trường hợp lô sấy không có các thanh ở bên trong. Do, các lô
sấy có thanh bên trong sẽ phá vỡ lớp nước ngưng do đó hiệu quả truyền nhiệt tốt hơ so
với trường hợp lo sất không có thanh bên trong lô sấy.
SVTH

Page 14


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 3.5. Cấu tạo trong của lô sấy
3.2.2. Nguyên lý hoạt động
• Tác dụng của lô sấy

Hình 3.6. Sấy giấy trên lô sấy
Khi giấy được gia nhiệt bới các lô sấy, nước ở giữa và bên trong sơ sợi sẽ chuyển

thành hơi. Trong khoảng trống kéo giấy giữa các lô sấy, hơi nước thoát ra khỏi tờ giấy.
Nhiệt độ cao hay thông gió nhiều sẽ thúc đẩy quá trình bốc hơi nước.
Để làm cho nước từ giấy bốc hơi đi được, thì nguyên lý hoạt động của lô sấy như
sau:

•

SVTH

Nguyên lý hoạt động
Page 15


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 3.6. Các quá trình sảy ra trong lô sấy
Hơi sấy (Steam) được đưa vào lô sấy qua đường cấp hơi, nhờ nhiệt độ của hơi này
sẽ truyền nhiệt lượng lên tờ giấy làm khô giấy theo yêu cầu công nghệ. Trong trong
trình sấy sẽ tạo nước ngưng làm giảm hiệu sấu truyền nhiệt và làm tăng tải cho hệ
truyền động do đó bên trong lô sấy có bố trí các thanh bên trong để phá vỡ nước ngưng,
nước ngưng sẽ theo ống dẫn và thoát ra ngoài .

Hình 3.7. Cấu tạo phần cấp hơi và thu nước ngưng của lô sấy
Để nâng cao chất lượng, hiệu suất sấy cao thì hệ thống lô sấy được bố trí hệ thống
thông hơi. Làm cho khả năng bốc hơi của hơi nước đạt hiệu suất cao, tối ưu hóa được
nhiệt lượng cung cấp.

SVTH


Page 16


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 3.8. Hệ thống thông hơi của lô sấy
Hệ thống thông hơi có chức năng như sau:
- Tạo môi trường thuận lợi để bốc hơi
- Cải hiện việc sử dụng năng lượng
- Duy trì điều kiện tốt cho phòng máy xeo
- Giảm mù sương thoát ra khỏi nhà máy
3.3. Mô tả toán học của lô sấy
3.3.1. Mô tả quá trình trong lô sấy
Lô sấy là các trụ kim loại rỗng, hơi nước bão hòa ở nhiệt độ cao được đưa vào bên
trong, gia nhiệt cho lớp vỏ kim loại. Làm nhiệt độ tăng lên, khi tiếp xúc với giấy ẩm,
quá trình truyền nhiệt xảy ra và làm bay hơi nước trên bề mặt tờ giấy. Do nhiệt từ hơi
nước mất đi làm nhiệt độ trên bềmặt lô sấy giảm, phía trong lô, hơi nước chuyển từ
dạng hơi chuyển về dạng lỏng thành một lớp nước ngưng tụ ở mặt trong của lô sấy. Vậy
quá trình vật lí bên trong lô sấy là quá trình cân bằng pha giữa pha hơi và pha lỏng của
nước. Vấn đề điều khiển ở đây là điều khiển cân bằng pha đểnhiệt cung cấp làm bay hơi
nước trên tờ giấy là ổn định và đạt được công suất mong muốn. Đối tượng điều chỉnh là
áp suất hơi bão hòa trong khoang lô sấy.

3.3.2. Các quá trình cân bằng

SVTH


Page 17


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 3.9. Quá trình truyền nhiệt từ hơi nóng của lô sấy lên tờ giấy
a. Cân bằng khối lượng
0 = q 0 hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p0 ) − α sc Acyl (Ts (p 0 ) − T 0 )
s


0
0
0
0
0 = α sc Acyl (Ts (p ) − Tm ) − α cp Acyl .η .(Tm − T p )
q 0s hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p 0 )
0
0
⇒ Tp = Tm −
α cp Acyl .η

m

d
( ρ sVs ) = qs − qc (1)
dt
d

( ρ wVw ) = qc − qw (2)
dt

Trong đó :
- qS : Lưu lượng hơi nước vào trong lô sấy (Kg/s)
- qC : lưu lượng hơi nước ngưng tụ trong lô sấy (Kg/s)
- qW : lưu lượng nước ngưng tụ được hút ra ngoài (Kg/s)
- VS, VW : lần lượt là thể tích hơi và nước ngưng tụ (m 3)
- ρS , ρw : lần lượt là khối lượng riêng của hơi nước và nước ngưng (Kg/m 3)
b. Cân bằng năng lượng
d
(3)
( ρ susVs ) = qs hs − qc hs
dt
d
( ρ w uwVw ) = qc hs − qw hw − Qm (4)
dt
d
(5)
( mC p,mTm ) = Qm − Qp
dt

Trong đó :
Qm : công suất nhiệt cấp từ hơi nước cho lớp vỏ kim loại của lô sấy (W)
QC : công suất cấp nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy (W)
m : Khối lượng lô sấy (Kg)
Cp,m : nhiệt dung riêng của kim loại làm vỏ lô sấy (J/kg.K)
Tm : nhiệt độ vỏ lô (K)
US, UW : nội năng của hơi nước và nước ngưng (J/kg)
SVTH


Page 18


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

3.3.3. Quá trình truyền nhiệt
a. Công suất nhiệt đưa tới lớp vỏ kim loại của lô

Q m = α sc Acyl (Ts − Tm )

(7)

Trong đó :
- αsc : hệ số truyền nhiệt từ hơi nước tới tâm của lớp vỏ lô sấy (W/m2.K).
- Acyl : diện tích xung quang của lô sấy (m2).
- TS : nhiệt độ hơi nước (K).
- Tm : nhiệt độ ở giữa của lô sấy (K).
b. Công suất nhiệt từ vỏ lô tới tờ giấy
Q p = α cp Acyl .η .(Tm − Tp )

(8)

Trong đó :
- Αcp : hệ số truyền nhiệt từ tâm lớp vỏ lô sấy tới tờ giấy (W/m 2.K).
- Tp : nhiệt độ tờ giấy (K).
η
: tỉ lệ tiếp xúc giữa lô sấy và tờ giấy.

3.3.4. Mô hình hóa quá trình
Tổng kết lại từ các phương trình biểu diễn quá trình vật lý của hệ thống :
d
 dt ( ρ sVs ) = qs − qc

0 = qc hs − qw hw − Qm
 d
 ( mC p ,mTm ) = Qm − Q p
 dt
Q m = α sc Acyl (Ts − Tm )

Q p = α cp Acyl .η .(Tm − Tp )


Loại bỏ hai biến qc và Qm từ hệ trên thu được:
 d
 hs dt ( ρ sVs ) = qs hs − qw hw − α sc Acyl (Ts − Tm )

 d ( mC T ) = α A (T − T ) − α A .η.(T − T )
p ,m m
sc cyl
s
m
cp cyl
m
p
 dt

Hai biến trạng thái là áp suất và nhiệt độ hơi nước.
Giả thuyết, hơi nước trong lô là bão hòa và

được viết lại như sau :

SVTH

hs , hw , ρ s , Ts

là hàm của áp suất hơi, hệ

Page 19


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

d ρ s dp

hs (p) dp dt = qs hs (p) − qw (p)hw (p) − α sc Acyl (Ts (p) − Tm )

 d ( mC T ) = α A (T (p) − T ) − α A .η.(T − T )
p ,m m
sc cyl
s
m
cp cyl
m
p
 dt

Xét quá trình cân bằng tại điển làm việc :

0 = q 0 hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p0 ) − α sc Acyl (Ts (p 0 ) − T 0 )
s


0
0
0
0
0 = α sc Acyl (Ts (p ) − Tm ) − α cp Acyl .η .(Tm − Tp )
q 0s hs (p0 ) − qw (p0 )hw (p 0 )
0
0
⇒ Tp = Tm −
α cp Acyl .η

m

Tuyến tính hóa tại điểm làm việc :

d ρs
dh
dq
dT 
d ∆p  0 dhs
0
=  qs
− qw (p0 ) w − hw (p0 ) w − α sc Acyl s 
∆p + α sc Acyl ∆Tm + hs (p0 )∆ q s
hs (p ) V
dp

dt
dp
dp
dp
dp
0
0

 p= p
p= p


mC d ∆Tm = α A dTs
− α sc Acyl ∆Tm − α cp Acylη∆Tm
sc cyl
 p ,m dt
dp p = p 0


 0 dhs
dh
dq
dT
− qw (p 0 ) w − hw (p 0 ) w = α sc Acyl s
 qs
dp
dp
dp
 dp
ηα = α

sc
 cp

Giả thuyết rằng
Mô hình trở thành :


d ρs
dT 
d ∆p 
0
=  −α sc Acyl s 
∆p + α sc Acyl ∆Tm + hs (p0 )∆ q s
hs (p ) V
dp p = p0 dt
dp  p = p0



mC d ∆Tm = α A dTs
− α sc Acyl ∆Tm − α cp Acylη∆Tm
sc cyl
 p ,m dt
dp p = p 0


Quá trình nhiệt Qp xảy ra chậm so với quá trình truyền nhiệt Q m từ hơi sang vỏ lò.
Chuyển mô hình đã cho sang không gian trạng thái:
 x&= Ax + B∆qs


 y = Cx + D∆qs

Với x = [∆p ∆Tm]T
Trong đó các matran biểu diễn như sau:

SVTH

Page 20


HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

BÀI TẬP LỚN

dTs

 Acyl dp
−
 h V d ρs
s
dp
A=

 A dTs
 cyl dp

 mCm, p








 ;B = V




Acyl 
−

mCm , p 
Acyl
d ρs
hsV
dp

1
d ρs
dp
0



 ; C = [1 0] ; D = 0



Từ mô hình trạng thái có thể rút ra hàm truyền của lưu lượng hơi tới áp suất trong

lô sấy có dạng:
G (s) = b1

s − a22
s+z
z λ−z
= b1
= b1  +
÷
s (s − a11 − a12 )
s (s + λ )
 s s+λ 

Với các hệ số :
b1 =

α A
1
; z = − a22 = sc cyl
d ρs
mCm, p
V
dp

dTs

 Acyl dp
A
; λ = − a11 − a12 = α sc 
+ cyl

 h V d ρ s mCm , p
 s dp



÷
÷
÷
÷


Hàm truyền là sự kết hợp của khâu tích phân và khâu có đặc tính lead-lag tùy
thuộc vào vị trí
−λ
điểm cực
và điểm không – z.
Có thể đưa về dạng chuẩn của mô hình- IPZ(mô hình chứa khâu tích phân , 1 điểm
cực, 1 điểm không.)
G (s) = kv

kv =

1 + sT1 − sL
e
s (1 + sT2 )

mCm, p hsV

mCm , p


d ρs
dp

mCm , p
hs
; T1 =
; T2 =
dTs
d ρs
A

dT
d ρs 
cyl
+ hsV
α sc Acyl  mCm, p s + hsV
dp
dp
dp
dp ÷



Hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dày của lớp nước ngưng tụ và độ nhiễu loạn
của các phân tử nước trong đó nên thực tế là rất khó xác định. Nên nó thường được sử
dụng từ các dữ liệu thực tế hoặc dựa trên kinh nghiệm thiết kế, điều khiển.
3.4. Vòng điều khiển áp suất và nước ngưng tụ
3.4.1. Sách lược điều chỉnh trong phân xưởng sấy

SVTH


Page 21


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Mục đích của hệ điều khiển áp suất hơi và nước ngưng tụ hay điều khiển cân bằng
pha trong lô sấy mục đích là để cung cấp công suất nhiệt để làm bay hơi nước trên giấy
để đạt chỉ tiêu chất lượng mong muốn.
Các lô sấy trong quá trình được chia thành nhiều nhóm khác nhau, từ 5-10 nhóm.
Mỗi nhóm được điều khiển bởi 1 bộ điều khiển độc lập. Khi mà hơi nước trong lô sấy
là hơi bão hòa thì quá trình tạo ra nước ngưng tụ trên mặt trong của lô là liên tục, và có
sự tương quan giữa áp suất và nhiệt độ hơi nước.

Hình 3.10. Mô hình một nhóm 6 lô sấy, van và bộ điều khiển van.
Điều khiển áp suất đơn giản nhất ở trong các lô sấy là lấy dòng hơi nước ở áp suất
cao cho vào các nhóm lô sấy, đầu ra được đưa tới bộ phận ngưng. Việc điều khiẻn này
sẽ điều khiển riêng rẽ áp suất ở các nhóm và hoàn toàn không phụ thuộc lẫn nhau,
nhưng đổi lại hiệu suất sử dụng rất thấp.
Một phương án khác là sử dụng nói tầng các nhóm sấy với nhau để có thể tối ưu
hiệu suất. Bằng việc sắp xếp các nhóm lô hợp lý theo thứ tự áp suất làm việc ở các
nhóm từ cao tới thấp. Dòng hơi nước áp suất cao sau khi qua nhóm sấy áp suất cao
được dẫn tới các nhóm sấy hoạt động áp suất thấp.

SVTH

Page 22



BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 3.11. Hệ thống sấy với cấu trúc đơn giản nhất gồm 2 nhóm sấy nối tầng.
Dòng hơi nước thổi qua giữa nhóm A và hơi nước mới hình thành(hơi nước ngưng
trong nhóm lô sấy A đưa tới bể A, tại đây nhiệt độ cao nhưng ấp suất thấp hơn nên lại
chuyển pha thành hơi nên gọi là hơi mới hình thành.) tập chung ở bể A được đưa tới
nhóm B hoạt động ở áp suất thấp hơn.
Bộ điều khiển PC2 sẽ điều khiển van cung cấp thêm hơi áp suất cao cộng với hơi
từ nhóm A để duy trì một áp suất hơi hợp lý với hoạt động của nó.Vậy thì sẽ dẫn đến 1
sự chênh lệch áp suất giữa nhóm A và nhóm B. Chênh lệch áp suất này được điều khiển
thông qua bộ điều khiển PDC. Lượng chênh lệch áp suất giữa 2 nhóm A và B phụ thuộc
vào điểm làm việc và cấu trúc riêng của từng máy.
Từ góc độ điều khiển, việc thêm các thành phần kết nối giữa các nhóm sấy làm
cấu trúc điều khiển tầng trở nên phức tạp khi có thêm các thành phần xen kênh. Việc
điều khiển riêng rẽ sẽ rất khó khăn. Việc sử dụng lại hơi mới hình thành hay có quá
trình hồi tiếp giữa các nhóm với nhau có thể dẫn tới hiện tượng phản hồi dương. Để vẫn
đảm bảo được cấu trúc điều khiển tầng và vẫn điều khiển riêng rẽ các kênh để chúng ít
phụ thuộc lẫn nhau, giải pháp đưa ra là dùng 1 máy nén hơi nước áp suất cao. Chúng
được dùng để nén hơi nước ban đầu (ở áp suất cao) thành áp suất cao hơn nữa, cộng với
áp suất từ nhóm trước để duy trì áp suất hợp lí cho hoạt động của nhóm lô sấy, vai trò
của nó hiểu đơn giản là 1 bộ dự trữ áp suất để giảm sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các
nhóm lô sấy.

SVTH

Page 23



BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Hình 3.12. sơ đồ 1 nhóm sấy với máy nén hơi ổn định áp suất.
Một sơ đồ P&ID cơ bản của một phân xưởng sấy được xây dựng theo cấu trúc nối
tầng có sử dụng máy nén hơi.

Hình 3.13. sơ đồ P&ID của 1 hệ thống sấy có cấu trúc nối tầng các nhóm sấy với
nhau.
Trong sơ đồ P&ID này, hệ thống sấy được chia thành 6 nhóm sấy khác nhau.
SVTH

Page 24


BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA NHÀ MÁY GIẤY

Có nhiều vòng lặp điều khiển nhưng vòng lặp cơ bản và chủ yếu nhất là vòng điều
khiển áp suất. Cùng với đó là vòng điều khiển mức trong bình ngưng, điểu khiển áp
suất nguồn hơi từ máy cấp hơi, điều khiển chênh lệch áp suất giữa các nhóm lô sấy…
3.4.2. Thiết kế bộ điều khiển áp suất

Vòng điều chỉnh áp suất là vòng điều chỉnh cơ bản và quan trọng nhất quyết định
tới chất lượng sấy của hệ thống sấy.
Trong phần trước ta đã đi mô hình hóa được hàm truyền từ lưu lượng hơi đầu vào
tới áp suất hơi trong lô sấy có dạng hàm truyền IPZ.

G (s) = kv

1 + sT1 − sL
e
s (1 + sT2 )

Bộ điều khiển kinh điển được áp dụng trong công nghiệp, được thêm vào các hệ số
β và γ để người điều khiển dễ chỉnh định hơn trong quá trình bộ điều khiển hoạt động.
uc (t) = k c ( β r (t) − y(t) ) +

kc
Ti

∫ ( r (t) − y(t) ) dt + k T

c d

d
( γ r (t) − y(t) )
dt

Kc , kd , Ti , Td , β , γ: là các tham số cần xác định
-

Thông thường β = 1
γ = 0 : loại bỏ ảnh hưởng của vi phân lên tín hiệu chủ đạo

Hình .3.14. cấu trúc bộ điều khiển PID điều khiển áp suất.





1
1
C ff (s) = k c  β +
+ sγ Td ÷ ; Cc (s) = k c 1 +
+ sTd ÷
sTi


 sTi


Trong thực tế để nâng cao chất lượng điều khiển người ta thường thêm bộ lọc
thông thấp vào thành phần của bộ điều khiển PID .

SVTH

Page 25