如今的造纸生产者面对的挑战来自不同的方面：随着产品种类的增加与多种原材料的使用，为生产出均一稳定的产品质量需要努力提高生产过程的效率与灵活性，最终，减少停机时间与增加产品的合格率。在不降低产品质量的前提下如何取得最低的生产成本，就需要对生产过程的深刻理解、可靠的过程与质量监测，结合了深入专业知识与测量结果的实时连续的控制系统。为提高产品质量与生产效率，美卓公司通过过程与质量控制的完美结合开发出了与制浆造纸生产过程相适用的控制系统。
　　1     过程的深入理解
　　每年生产线上会出现超过一千个大的过程波动。Pareto分析揭示80%的过程波动来自于20%可能存在的原因。很多时候我们并不能对工艺稳定性和运行性的改善做出真正合理的解释。如果没有一个经验丰富的分析人员，真实的起因就会隐藏在的大量检测数据中。为方便维护人员的日常工作，美卓控制系统开发了远程监控、分析、报警的功能，为客户了解实时的控制效果以及历史数据的分析处理提供了可信的方法。

　　图一  ：绝干量420天变化的曲线图。这个曲线的形状是个典型的优化过程。开始阶段，情况相当不好。进行优化后，波动明显降低，280天时波动达到最小值。之后波动稍微回升，其原因是在等待新问题的解决方案。图2显示了其中一个波动。

　　在系统得出可靠的运行指数之前，需要清除过程和控数据，通过使用不同的统计方法，来防止因意外或操作习影响到运行指数的设定。然后计算出适当的运行指数，通对比各种时间段运行状况分析出有用的诊断信息与用于评系统长期运行稳定性的方法。系统可以识别缓慢形成的过问题及其产生的根源，这些问题和根源如果没有过程专家认真分析，操作人员是很难发现的。系统还会自动对性质重的需要操作人员及时处理的突发波动给出报警。美卓公也可以通过远程接入的方式帮助客户根据系统搜集到的相背景资料进行快速分析， 找出问题产生的根源并给出相应建议。

　　图二  混合浆池浓度测量异常引起的波动可以从纸机浆池浓度波动的增加发现。在这个案例中，混合浆池  300  和  400  天之间的浓度测量逐渐地变差。然而CONTROL ENGINEERING China版权所有，因为混合浆池浓度的前馈控制，变差的情况在变化趋势中并没有如实地显示。纸机浆池的浓度波动曲线清晰的显示，尤其 80% COV 曲线 [ 300-400天 ] ，波动是由测量不准确引起的。如图显示  20%  的  COV保持在低位，而 80% 的 COV 在上升，这就清楚的显示存在测量问题，在其它时间段，这两个测量结果波动显示了很好的相关性。

　　2     降低波动
　　存在于大卷间与大卷内的波动通过扫描测量与  QCS 量控制可以很好的控制。然而纸、板纸或卫生纸的质量主形成在流浆箱之前，所以造纸行业质量控制的发展方向降低或消除纸机前工段的各种波动。美卓公司的浆料质量析仪和浓度计产品使得湿端的稳定控制成为可能，这样在机、正常运行与纸种更换时可以对白水浓度、灰分含量、浆电荷与化学运行环境进行控制。通过同步湿端、传感器与验室自动检测仪器的测量数据，美卓公司建立了整个生产程的质量控制概念。
　　浆料制备过程产生的定量纵向波动可以通过  QCS  检测出来。湿端运行的不稳定性，不仅会引起产品质量的波动，纸机也会增加的运行成本。湿端运行的稳定性也是一个影响纸机运行效率的主要因素。由于纸幅容易在强度最低的点断纸，对运行性能产生不利影响的是纸幅物理性能的极值, 而不是平均值。稳定湿部运行需要消除这些极值。美卓公司的湿部控制系统通过实际的反复验证可以提高纸张质量、缩短开机时间、加快纸种更换的速度，显著降低湿部的断纸次数。通常从质量改善得到的实实在在的回报，来自于运行性能的提高。控制效果受限于多种因素，例如，系统固有的时间延迟www.cechina.cn，变量的相互影响CONTROL ENGINEERING China版权所有，波动影响质量的机理。美卓为了迎接挑战，多变量、模块化与前馈控制系统在2000年开始投入广泛的商业应用中。多变量控制器通过浆料浓度、填料流量、助留剂流量和蒸汽压力的调节来检测绝干量、水份、灰分含量和白水浓度。断纸后由于干部扫描架完成初始的扫描需要一定的时间，迅速调节到稳定的运行状态与生产出合格的产品是质量控制系统的一个难题。通过稳定控制配浆浓度、助留剂添加量和灰分含量，从而使引纸更容易，生产时间损失也会减少。在长时间断纸，没有扫描信号的时候，填料流量控制转换到受流浆箱浆料灰分含量控制，这样避免了由于断纸过程过多损纸的加入导致灰分含量的增加。

　　图 3    纸机纵向定量波动频谱图。

　　图 4    纸、纸板或卫生纸的质量主要是形成于流浆箱之前，质量控制的发展

　　方向是降低或消除纸机前工段的各种波动。所有来自湿部的控制数据与实验室自动纸张质量检测仪的数据、传感器检测结果进行同步处理，并汇总到系统质量报告。通过系统提供的工具，对系统波动的真实原因与其对成纸质量的影响进行分析，来对整个系统或单个回路进行优化。对因其波动的真实原因，影响产品质量的因素进行分析，共同优化整个生产过程。增加的过程监控，有助于更好的生产管理，如在改变损纸配比时，缓慢的调节有助于降低许多潜在的系统波动。
　　3     自适应扫描和新的测量方法
　　每一次纸机开机， 纸种变更，涂布刮刀片更换或者断纸时，都会降低生产率。Metso IQ 质量控制系统的应用可以最小化系统波动或减少纸种变更损失，同时提高了质量测量、控制和系统诊断能力。在稳定运行、纸种更换与系统波动时，通过相适用的扫描速度和扫描宽度，美卓质量控制系统为目前与今后的纸机测量提供了一个理想平台。新的测量技术对影响纸张适印性的结构特性可以进行检测，其具有很好的投资回报潜能。美卓公司最近推出的新传感器包括匀度，透气度、纤维走向和纸页的表面几何形状检测，其测量结果可以与实验室的检测具有极好的相关性。
　　4     在线匀度检测
　　较差的匀度不仅影响纸幅稳定性和强度以及运行性能的同时，还会引起涂布量的不均匀，适印性与外观问题。为了得到合格的质量对工艺进行调节，改善成纸匀度。Metso IQ 匀度传感器采用高速成像原理，对匀度的变化提供瞬时的反馈，可以实现快速开机，减少开机损失。使用相同的成像技术的实动试验室的匀度测量，其测量结果与 Metso IQ 匀度传感器的测量具有极好的相关性CONTROL ENGINEERING China版权所有，同时测量结果更贴近人的视觉感官。匀度指数和其它形式的数据对纤维絮团与不同大小的空洞进行了定义，通过软件系统对暗斑、亮点和针眼进行检测与归类。QCS 的匀度检测画面可以直接显示到操作员界面进行分析处理。
　　5     在线透气度检测
　　由于纸种和最终用途的不同，透气度会影响涂布量、油墨吸收和纸张的吸收性能，也决定了纸袋填充的速度，或影响滤纸的过滤性能。透气度也是一个很重要的纸机运行参数。大多数在线的透气度传感器基于测量空气流量原理www.cechina.cn，对灰尘和湿度非常敏感，要求对其进行频繁的维护，如过滤器的清洗。基于压力测量的新型 Metso IQ 透气度传感器消除了先前技术上的难题。传感轻轻地接触移动的纸幅，根据穿过纸页的空气压差计算得到透气度。传感器具有自清洗功能，不需要过滤器的频繁维护，它提供了强大的、精确的测量，对灰尘和潮湿不敏感。Metso IQ 透气度传感器检测与实验室检测结果具有良好的相关性，测量结果可以用所有常见的测量标准显示，如  Gurley,  Bendtsen,Coresta, Bekk。

　　图 5    匀度画面样本。

　　图 6    在线透气度与实验室检测结果的42天相关性图。其中包括了３次使用脱墨浆的生产过程。

　　6     在线纤维走向检测
　　纤维走向影响纸张的尺寸稳定性与物理强度性能，是纸加工和印刷过程的运行性的主要影响因素。Metso IQ 纤维走向传感器使用短脉冲光和高速成像技术可以获取纸幅结构图片并实时地计算出纸幅的纤维走向，该测量与实验室的检测具有相关性。其应用包括纸幅的翘曲和纸张尺寸稳定性问题，纸幅在无支撑运行时的稳定性问题，如在施胶、涂布前后，或者在烘缸之间的位置。

　　图 7    纸张表面的几何形状对印刷质量的影响。

　　7     在线表面几何形状检测
　　为补充现有平滑度和粗糙度检测方法，Metso IQ 表面几何形状检测成为预测纸张印刷性能的一种新工具。这种新的在线传感器可以获得纸张表面三维画面，并对印刷的漏印进行预测。测量结果的显示包括常见的粗糙度表达方式 ( Ra, Rq etc. )、标准偏差和微偏差。新的测量参数，如粗糙度图谱和峰峰值进一步定义了纸张的表面特性。另外，新的传感器有助于涂料和涂布刮刀的优化，改善纸张的印刷性能。
　　8      全厂范围的白度控制
　　从制浆阶段到卷曲纸张白度控制是过程与质量控制的另一个领域，过程控制的同步化有利于进行全厂范围的控制。若制浆与造纸工段配备了相应的传感器，这个高级过程控制将为造纸厂提供以最小资本投入降低制浆、造纸生产成本的新方法。全厂范围的白度控制系统与多种技术结合，包括模块化的前馈控制、实时优化、操作人员辅助系统、实时传感器校正和自动化监测系统。这些组成部分共同工作，实现了纸张白度成本控制的最小化。

　　图 8    全厂范围的白度控制使白度波动减少43%。

　　模块化的前馈控制软件如同一个控制平台，适用于处理具有较长延迟的过程。在制浆工段漂白化学品的添加与造纸工段更昂贵白度化学品的使用中，白度控制是取得这两者之间最好权衡的方法。白度控制的成本取决于漂白化学品和白度化学品添加的历史数据分析与各位置的化学测试。根据这些信息，实时的白度优化系统将根据白度设定值调整化学品的添加量，以实现最低的纸张白度控制成本。新的白度控制可以大幅度降低白度波动，由此可以进一步降低白度的设定值。
　　9     结论
　　结合新的测量与控制技术，实现从纤维到拥有完美印刷效果的纸页的全过程控制，为造纸生产人员提供了提高生产效率的新机遇。新的数据分析方法把几天或几个月的大量波动数据信息形象化，变成简单的图形显示。过程趋势变差的报警与运行波动的确认，与帮助系统的详细解决方案一起，使这个工具成为非常有用的工具。也许最重要的成就是让操作者意识到了，造纸生产过程是如何相互影响的，这些影响又是如何产生系统的波动与混乱。