Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lô sấy trong dây chuyền xeo giấy

LỜI NÓI ĐẦU
Điều khiển dự báo đã ra đời cách đây vài thập niên nhưng trong những năm gần đây phát
triển mạnh mẽ và có nhiều thành công trong công nghiệp. Điều khiển dự báo là một trong những
kỹ thuật điều khiển tiên tiến được nhiều người ưa chuộng nhất trong công nghiệp, có được điều này
là do khả năng triển khai các điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển một cách dễ dàng mà ở
các phương pháp điều khiển kinh điển khác không có được. Điều khiển dự báo là chiến lược điều
khiển được sử dụng phổ biến nhất trong điều khiển quá trình vì công thức điều khiển dự bao gồm cả
điều khiển tối ưu, điều khiển các quá trình ngẫu nhiên, điều khiển các quá trình có thời gian trễ, điều
khiển khi biết trước quỹ đạo đặt. Một ưu điểm khác của điều khiển dự báo là có thể điều khiển các
quá trình có tín hiệu điều khiển bị chặn, có các điều kiện ràng buộc, nói chung là các quá trình phi
tuyến mà ta thường gặp trong công nghiệp, đặc biệt là quá trình phi tuyến phức tạp. Việc nghiên cứu
và ứng dụng điều khiển dự báo trong ngành công nghiệp sản xuất Giấy là một giải pháp quan trọng,
có ý nghĩa thực tiễn, kỹ thuật và kinh tế.
Xuất phát từ tình hình thực tế trên và nhằm góp phần thiết thực vào công cuộc CNH - HĐH
đất nước nói chung và phát triển ngành tự động hoá nói riêng, trong khuôn khổ của khoá học Cao học,
chuyên ngành Tự động hóa tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, được sự tạo điều
kiện giúp đỡ của nhà trường, Khoa Sau Đại học và Nhà giáo ưu tú Phó Giáo Sư - Tiến sĩ Lại Khắc
Lãi, tác giả đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để
điều khiển nhiệt độ lô sấy trong dây chuyền Xeo giấy” trong đó sử dụng bộ điều khiển dự
báo Smith để nhận dạng đối tượng .
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của Thầy giáo PGS.TS
Lại Khắc Lãi và một số đồng nghiệp, đến nay em đã hoàn thành luận văn
của mình. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên
Không tránh khỏi một số thiếu sót nhất định. Em rất mong nhận được
ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để cho luận
văn hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
1
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Kiều Xuân Mạnh
Sinh ngày: 06 tháng 12 năm 1980

Học viên lớp cao học khóa 14 – Tự động hóa – trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và
chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn
Kiều Xuân Mạnh
2
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa Sau đại học – trường Đại học KTCN Thái
Nguyên, cùng các Giáo sư, Phó giáo sư, Tiến sỹ đã quan tâm tổ chức, chỉ đạo và trực tiếp giảng dạy
khóa học cao học của chúng tôi. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn
PGS. TS Lại Khắc Lãi, người đã tận tình chỉ bảo và góp ý về chuyên môn cho chúng tôi trong suốt
quá trình làm luận văn.
Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp – những người đã luôn ủng
hộ động viên tôi nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.
Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu, chắc chắn bản luận văn còn
nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
3
MỤC LỤC
Nội dung
Tran
g
Trang 1
Lời nói đầu 1
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
2
3

Mục lục 4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
6
Mở đầu 9
1. Tính cấp thiết của đề tài
9
4
2. Ý nghĩa thực tiễn của để tài
9
3. Phương pháp nghiên cứu 10
4. Nội dung nghiên cứu 10
Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và điều khiển dự
báo
1.1. Điều khiển quá trình
1.1.1. Khái niệm điều khiển quá trình
1.1.2. Mục đích và chức năng điều khiển quá trình
1.1.3. Phân cấp chức năng điều khiển quá trình
1.1.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống
1.2. Điều khiển dự báo
1.2.1.Mô hình dự báo Smith cho quá trình có thời gian chết lớn
1.3. Kết luận chương 1
Chương 2 Tổng quan về Công nghệ xeo giấy
2.1. Giới thiệu về dây chuyền sản xuất giấy
2.1.1. Quá tình hình thành tờ giấy và hoàn thiện tờ giấy trên máy
2.1.2. Các bộ phận của máy xeo giấy
2.1.3. Thuyết minh dây chuyền xeo giấy
2.2 Kết luận chương 2
Chương 3 Xây dựng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lô xấy trong dây
chuyền máy Xeo giấy
3.1. Cấu tạo lô sấy

3.1.1. Khái quát chung về sấy giấy
3.2. Hệ thống điều khiển nhiệt độ lô xấy
3.2.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống điều khiển nhiệt độ lô sấy
3.2.2. Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lô sấy
3.3. Xây dựng bộ điều khiển dự báo cho hệ thống
3.3.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ dự báo Smith.
3.3.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ dự báo Smith kết hợp với điều khiển Feed
11
11
11
16
20
24
26
28
29
30
30
30
37
52
56
57
57
57
59
59
60
63
5

– Forward và khâu bù sớm pha.
3.3.3. Kết quả thực nghiệm tại dây chuyền Xeo giấy Công ty Giấy Bãi Bằng
3.4. Kết luận chương 3
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
63
67
69
71
72
74
Báo cáo về việc tiếp thu, bổ sung, chỉnh sửa luận văn thạc sĩ theo nghị quyết của Hội
đồng đánh giá luận văn thạc sĩ .
75
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1
Hê thống điều khiền quá trình
Hình 1.2 Quá trình và phân loại biến quá trình
6
Hình 1.3 Bình chứa chất lỏng và các biến quá trình
Hình 1.4 Thiết bị khuấy trộn
Hình 1.5
Phân cấp chức năng điều khiển quá trình
Hình 1.6
Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình
Hình 1.7
Các thành phần trong hệ thống điều khiển nhiệt độ
Hình 1.8 Mô hình tổng quát bộ điều khiển dự báo
Hình 1.9
Mô hình dự báo Smith dựa trên cấu trúc bộ điều khiển

Hình 2.1
Tạo hình tờ giấy
Hình 2.2
Tấm hình thành
Hình 2.3
Cơ cấu thoát nước
Hình 2.4
Đồ thị miêu tả quá trình sấy
Hình 2.5
Biểu chưng nhiệt độ qua lô sấy
Hình 2.6
Hệ thống gia keo bề mặt
Hình 2.7
Ép quang
Hình 2.8
Cuộn giấy
Hình 2.9
Góc phun bột
Hình 2.10
Bộ phận lưới hình thành
Hình 2.11
Lô đỡ lưới
Hình 2.12
Lô đỡ lưới có tấm chắn và không có tấm chắn
Hình 2.13
Foil thoát nước
Hình 2.14
Hòm chân không khô
Hình 2.15
Trục bụng

Hình 2.16
Chuyển giấy từ bộ phận lưới sang chăn ép kiểu kín
Hình 2.17
Sơ đồ khối dây chuyền xeo giấy
7
Hình 3.1
Cấu tạo lô sấy
Hình 3.2
Sơ đồ công nghệ điều khiển nhiệt độ lô sấy
Hình 3.3
Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lô sấy
Hình 3.4
Sơ đồ cấu trúc hệ thống
Hình 3.5
Cấu trúc điều khiển hệ thống dùng Bộ dự báo Smith
Hình 3.6
Cấu trúc mô phỏng hệ thống khi chưa có nhiễu tác động với Bộ dự báo Smith
Hình 3.7
Kết quả mô phỏng hệ thống khi chưa có nhiễu với Bộ dự báo Smith
Hình 3.8
Cấu trúc mô phỏng cả hệ thống khi có thành phần nhiễu
Hình 3.9
Kết quả mô phỏng hệ thống khi có thành phần nhiễu sử dụng bộ dự báo Smith
Hình 3.10
Cấu trúc hệ thống với Bộ dự báo Smith kết hợp truyền thẳng Feed Forward
Hình 3.11
Cấu trúc hệ thống với Bộ dự báo Smith, Feed Forward và khâu bù
Hình 3.12
Kết quả mô phỏng với Bộ dự báo Smith, Feed – Forward và khâu bù
Hình 3.13

Mô hình thực dây chuyền Xeo giấy
Hình 3.14
Đặc tính khi tải ổn định
Hình 3.15
Đặc tính khi thay đổi tải
8
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Điều khiển dự báo đã ra đời cách đây vài thập niên nhưng trong những năm gần đây phát
triển mạnh mẽ và có nhiều thành công trong công nghiệp. Điều khiển dự báo là một trong những kỹ
thuật điều khiển tiên tiến được nhiều người ưa chuộng nhất trong công nghiệp, có được điều này là do
khả năng triển khai các điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển một cách dễ dàng mà ở các
phương pháp điều khiển kinh điển khác không có được. Điều khiển dự báo là chiến lược điều khiển
được sử dụng phổ biến nhất trong điều khiển quá trình vì công thức điều khiển dự báo gồm cả điều
khiển tối ưu, điều khiển các quá trình ngẫu nhiên, điều khiển các quá trình có thời gian trễ, điều khiển
khi biết trước quỹ đạo đặt. Một ưu điểm khác là có thể điều khiển các quá trình có tín hiệu điều khiển
bị chặn, có các điều kiện ràng buộc, nói chung là các quá trình phi tuyến mà ta thường gặp trong công
nghiệp, đặc biệt là quá trình phi tuyến phức tạp. Việc nghiên cứu và ứng dụng điều khiển dự báo
trong ngành công nghiệp sản xuất Giấy là một giải pháp quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn, kỹ thuật và
kinh tế.
Xuất phát từ tình hình thực tế trên và nhằm góp phần thiết thực vào công cuộc CNH - HĐH
đất nước nói chung và phát triển ngành tự động hoá nói riêng, trong khuôn khổ của khoá học Cao học,
chuyên ngành Tự động hóa tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, được sự tạo điều
kiện giúp đỡ của nhà trường, Phòng Đào tạo và Nhà giáo ưu tú Phó Giáo Sư - Tiến sĩ Lại Khắc Lãi,
tác giả đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều
khiển nhiệt độ lô sấy trong dây chuyền Xeo giấy”.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Đề tài có ý nghĩa quan trọng cả về khoa học và thực tiễn.
Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, hiện nay nước ta đã và đang xây dựng nhiều nhà
máy sản xuất Giấy có dây chuyền công nghệ hiện đại. Tuy nhiên các bộ điều khiển nhiệt độ trong các

lô sấy của dây chuyền Xeo giấy (Khâu quan trọng nhất để làm ra tờ giấy) vẫn sử dụng các bộ điều
khiển kinh điển nên chưa kể hết được các yếu tố tác động từ bên ngoài.
Xuất phát từ thực tiễn đó, việc áp dụng bộ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lô sấy
trong dây chuyền Xeo giấy sẽ tiết kiệm được nguyên liệu, nhiên liệu, nâng cao chất lượng điều khiển
từ đó góp phần nâng cao hiệu suất sản phẩm.
Đề tài đưa ra một phương án điều khiển mới, nâng cao chất lượng điều khiển, dễ dàng trong
thiết kế và hiệu chỉnh hệ thống.
3. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết để rút ra kết luận và đưa ra các thuật toán điều khiển.
- Mô hình toán và mô phỏng để kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu.
4. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và điều khiển dự báo.
Chương 2: Tổng quan về công nghệ và thiết bị Xeo giấy.
Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lô sấy trong dây chuyền Xeo giấy.
Chương 1
9
TỔNG QUAN VÈ ĐIỂU KHIỂN QUÁ TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO
1.1. Điều khiển quá trình
1.1.1. Khái niệm điều khiển quá trình
Khái niệm điều khiển quá trình được hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự
động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ,
nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn cho
người, máy móc và môi trường.
1.1.1.1. Quá trình và các biến quá trình
Biến vào là một đại lượng hoặc điều kiện phản ánh tác động từ bên ngoài vào quá trình, ví dụ
lưu lượng dòng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nước cấp nhiệt.
Biến ra là một đại lượng hoặc một điều kiện thể hiện tác động của
quá trình ra bên ngoài, ví dụ nồng độ hoặc lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ
khí thải ở mức bình thường hay quá cao.

Biến trạng thái mang thông tin về trạng thái bên trong quá trình, ví dụ
nhiệt độ lò, áp suất hơi hoặc mức chất lỏng, hoặc cũng có thể là dẫn xuất
từ các đại lượng đặc trưng khác
Biến cần điều khiển là một biến ra hoặc một biến trạng thái của quá trình
được điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với một giá trị mong muốn hay
giá trị đặt hoặc bám theo một biến chủ đạo/tín hiệu mẫu
Biến điều khiển là một biến vào của quá trình sản xuất có thể can thiệp
trực tiếp từ bên ngoài, qua đó tác động tới biến ra theo ý muốn. Trong điều
khiển quá trình thì lưu lượng là biến điều khiển tiêu biểu nhất.
1.1.1.2 Phân loại quá trình
Cách phân loại thứ nhất là dựa theo số lượng biến vào và biến ra. Một quá trình chỉ có một
biến ra được gọi là quá trình đơn biến còn nếu có nhiều biến ra thì gọi là quá
trình đa biến. Một quá trình một vào - một ra được gọi tắt là SISO (Single-
input single-output), quá trình nhiều vào - nhiều ra được gọi tắt là MIMO
(multi - input multi - output). Có thể nói hầu hết quá trình công nghệ đều
là đa biến.
Dựa trên đặc tính của các đại lượng đặc trưng (biến đầu ra hoặc biến trạng thái tiêu biểu), ta
cũng có thể phân loại quá trình thành quá trình liên tục, quá trình gián đoạn, quá
10
trình rời rạc, quá trình mẻ.
1.1.2. Mục đích và chức năng điều khiển quá trình
Toàn bộ các chức năng của một hệ thống điều khiển quá trình có thể phân loại và sắp xếp
nhằm phục vụ năm mục đích cơ bản sau đây:
1. Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru
2. Đảm bảo năng xuất và chất lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất và duy trì các thông số
liên quan đến chất lượng sản phẩm trong phạm vi yêu cầu.
3. Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn
4. Bảo vệ môi trường
5. Nâng cao hiệu quả kinh tế
1.1.2. Phân cấp chức năng điều khiển quá trình

Các chức năng điều khiển quá trình có thể được phân cấp theo nhiều cách khác nhau, ví dụ
theo thiết bị thực hiện, theo mức độ tự động hoá hoặc theo tính chất nhiệm vụ.
1.1.3.Các thành phần cơ bản của hệ thống
Tuỳ theo mức độ ứng dụng và mức độ tự động hoá các hệ thống điều khiển quá trình công
nghiệp có thể đơn giản tương đối phức tạp, nhưng chúng đều dựa trên ba thành phần cơ bản là thiết bị
đo, thiết bị chấp hành và thiết bị điều khiển.
Hình 1.6: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình
1.2. Điều khiển dự báo
Kỹ thuật điều khiển dự báo được áp dụng một cách linh hoạt trong lĩnh vực điều khiển quá trình
thông qua việc hiệu chỉnh cấu trúc bộ điều khiển phù hợp với đối tượng điều khiển đã cho theo các
thông số ràng buộc và các yêu cầu hoạt động của hệ thống [6].
Một bộ điều khiển dự báo bao gồm 5 thành phần cơ bản sau:
1. Mô hình hệ thống và mô hình phân bố nhiễu.
2. Hàm mục tiêu.
3. Điều kiện ràng buộc.
4. Phương pháp giải bài toán tối ưu hóa
11
Bộ điều khiển
Thiết bị
chấp hành
Quá trình
công nghệ
Thiết bị đo
Giá trị đặt
Tín hiệu
Điều khiển
Biến
điều khiển
Biến cần
điều khiển

Đại lượng đoTín hiệu đo
5. Chiến lược điều khiển dịch dần về tương lai.
Sơ đồ một bộ điều khiển dự báo tổng quát có thể mô tả trong hình 1.8
Hình 1.8: Mô hình tổng quát bộ điều khiển dự báo
Trong hình 1.8, r(k) là tín hiệu tham chiếu của mô hình tại thời điểm k và chính là trạng thái ngõ
ra mong muốn của đối tượng điều khiển; y(k) là tín hiệu ngõ ra của hệ thống thực; y
M
(k) là ngõ ra
của mô hình; u(k) là tín hiệu điều khiển đối tượng tại thời điểm k;
ˆ
u
,
ˆ
y
là
tín hiệu điều khiển dự báo và ngõ ra dự báo tương lai tương ứng của hệ
thống dựa trên cơ sở mô hình.
1.2.1. Mô hình dự báo Smith cho quá trình có thời gian chết lớn
a. Thời gian chết lớn tác động lên quá trình điều khiển
Thời gian chết được coi là lớn khi nó tương đương với hằng số thời gian của quá trình. Khi
p p
T
θ
≥
thi để điều khiển bám theo điểm đặt với bộ điều khiển PID truyền
thống là rất khó.
Giả sử thời gian chết của quá trình bằng với hằng số thời gian của quá trình (
p p
T
θ

=
) chu kỳ
lấy mẫu là 10 lần trong mỗi khoảng hằng số thời gian của quá trình
(T=0,lTp) Với những quá trình như thế 10 lần lấy mẫu (một khoảng thời
thời gian chết) phải trôi qua sau một hành động điều khiển trước khi sensor
phát hiện ra sự ảnh hưởng nào. Mỗi hành động điều khiển gặp phải một sự
trễ rất lớn, bộ điều chỉnh phải chỉnh rất chậm để phù hợp với sự chậm trễ
của quá trình.
b. Mô hình dự báo của Smith
Một giải pháp khác là sử dụng mô hình dự báo MPC, mô hình động là một phần của thuật toán
điều khiển trong mô hình dự báo. Chức năng của mô hình động là dự báo giá trị tương lai của biến quá
trình dựa trên trạng thái hiện tại của quá trình và những hành động điều khiển gần đây. Một hành động
điều khiển là gần đây nếu đáp ứng nó gây ra cho quá trình vẫn còn đang tiếp diễn.
Nếu biến quá trình này không phù hợp với điểm đặt thì sự sai lệch này sẽ gây ra một hành động
điều khiển ngay lập tức, trước khi vấn đề dự báo thực sự xuất hiện.
Mô hình dự báo của Smith theo sơ đồ hình 1.9 Phương pháp dự báo Smith là phương thức hoạt
động đơn giản nhất của lý thuyết dự báo quá trình nói chung (một biến của phương pháp dự báo Smith
có thể được tạo ra từ lý thuyết MPC bằng cách chọn cả hai điểm lấy mẫu gần và xa theo phương
ngang của
1T
p
θ
+
).
12
Bộ dự báo và
Tối ưu hóa
MÔ HÌNH
MÔ HÌNH
(COPY)

Bộ lọc hồi tiếp
r(k)
+
-
+
-
u(k) y(k)
e(k)
y
M
(k)
û
ŷ
Đối tượng
Điều khiển
r
lới trong
v
j
: vận tốc bột phun
hòm phun
t
sức căng lới ngoài
v
w :
vận tốc lới
l

ớ
i

n
g
o
à
i
t
Hỡnh 1.9: Mụ hỡnh d bỏo Smith da trờn cu trỳc b iu khin
Mụ hỡnh d bỏo ca Smith gm mt khi mụ hỡnh lý tng (khụng cú thi gian cht) v mt khi
mụ hỡnh thi gian cht.
Chng 2
TNG QUAN V XEO GIY
2.1. Gii thiu v dõy chuyn sn xut giy
2.1.1. Quỏ tỡnh hỡnh thnh t giy v hon thin t giy trờn mỏy xeo
a. Quỏ trỡnh hỡnh thnh t giy
+ To hỡnh t giy
õy l giai on quan trng nht trong vic to thnh t giy. Quỏ trỡnh ny rt phc
tp, ngoi s thoỏt nc qua li cũn cú cỏc quỏ trỡnh xỏo trn cỏc s si, thay i v trớ v s
an xen, vic lu gi cỏc x vn v ht cht n trờn lp n, s liờn kt lp x, s co kộo
cỏc lp x vi cỏc phn l lng. Cỏc chuyờn gia trong ngnh giy ó chia quỏ trỡnh hỡnh thnh
t giy thnh 3 hin tng thu ng hc, ú l: Thoỏt nc, chuyn ng nh hng, xỏo trn
x
13
G
D
(s)
y
sp
(s)
BK

G
*c
(s)
Quỏ trỡnh
G
p
(s)
D bỏo y(t) khi
khụng cú tr
TD
+
-
+
-
+
+
e(s)
u(s)
y
i
(s)
y
i
(s) y
p
(s)
y
p
(s)
Hình 2.1: Tạo hình tờ giấy

+ Tấm hình thành
Dưới lưới ở phần đầu cơ cấu đỡ lưới và thoát nước là các tấm đỡ cố định với tên gọi là tấm
hình thành. Đoạn đầu tấm hình thành có tác dụng hãm bớt độ thoát nước nhằm giảm trôi đi của xơ sợi
mịn và chất độn trong giấy, nhưng càng về sau lại càng tăng dần tốc độ thoát nước với mức độ phù
hợp theo từng loại giấy và tốc độ máy xeo.
Hình 2.2: Tấm hình thành
+ Cơ cấu thoát nước
- Thoát nước ở bộ phận suốt đỡ
Suốt đỡ lưới là bộ phận sau khâu hình thành tờ giấy có tác dụng hình thành tờ giấy ướt đồng đều
và tăng độ khô lên 2-2,5%. ở bộ phận này nước được thoát ra dưới hai hình thức tự do và cưỡng bức.
H
Suèt ®ì líi
TÊm ch¾n
H: ChiÒu cao líp bét trªn líi
Hình 2.3: Cơ cấu thoát nước
- Thoát nước ở bộ phận hút chân không
- Thoát nước ở trục bụng chân không
14
Về cấu tạo thì bề mặt Trục bụng được chế tạo bằng hợp kim đồng và được khoan lỗ khoảng
50÷60%. Diện tích bề mặt trục. Giấy ra khỏi trục bụng chân không có độ khô từ 18÷20%.
- Thoát nước ở bộ phận ép
Sau khi giấy ra khỏi bộ phận lưới, giấy đạt độ khô khoảng 18÷20 % và được đưa sang bộ phận
ép. Mục tiêu đầu tiên của bộ phận ép máy xeo là tách nước ra khỏi tờ giấy ướt và làm tăng độ bền của
băng giấy, tăng độ phẳng của bề mặt, giảm độ xốp và trực tiếp làm tăng độ bền của băng giấy ướt
nhằm làm giảm việc đứt giấy ở bộ phận sấy.
b. Quá trình hoàn thiện tờ giấy trên máy xeo
+ Sấy giấy
Sau khi qua khỏi ép ướt tờ giấy có độ khô khoảng 36÷40 %, lượng nước còn lại trong giấy chủ
yếu là nước liên kết rất khó tách ra bằng ép. Do đó để tách lượng nước liên kết này ra khỏi băng giấy
ta dùng phương pháp sấy. Ở bộ phận sấy, lô sấy là phương tiện để truyền nhiệt năng nhằm làm bốc hơi

nước trong giấy. Khi băng giấy đi qua một loạt lô sấy thì nước bốc hơi và được các thiết bị thông gió
đẩy ra khỏi vùng sấy. Băng giấy được ép chặt lên bề mặt lô sấy nhờ các tấm bạt bằng nhựa tổng hợp
có kết cấu rất thoáng gọi là bạt sấy. Các tấm bạt này còn có tác dụng nâng đỡ băng giấy đi theo một lộ
trình nhất định qua các lô sấy.
2.1.2. Các bộ phận của máy xeo giấy
a. Hòm phun bột
+ Môi phun
+ Góc phun bột và tốc độ phun bột
b. Các thiết bị trong bộ phận lưới hình thành
Hình 2.10: Bộ phận lưới hình thành
+ Tấm hình thành
+ Lô đỡ lưới
15
Hình 2.11: Lô đỡ lưới
Để lượng nước thoát ra từ các lô đỡ lưới không ảnh hưởng tới tờ giấy, người ta lắp thêm
các tấm chắn cố định sau mỗi lô đỡ lưới
+ Hòm chân không ướt
+ Hòm chân không khô
Hình 2.14: Hòm chân không khô
+ Trục bụng
Hình 2.15: Trục bụng
+ Lô Căng lưới và lái lưới
+ Lưới hình thành
16
c. Bộ phận bắt giấy và ép ướt của máy xeo giấy
+ Bắt giấy (chuyển giấy)
+ Ép ướt
d. Bộ phận sấy giấy của máy xeo giấy
+ Sấy giấy, nguyên tắc và cấu tạo của bộ phận sấy giấy
Dùng lực ép cơ học để loại bỏ nước trong bộ phận ép làm tăng nồng độ của băng giấy tới

38%- 43% (độ khô này phụ thuộc vào loại giấy và cấu tạo của bộ phận ép)
Khi dùng chuyển giấy kín tốc độ của máy xeo có thể tăng đến trên 2200 m/phút
+ Lô chuyển hướng
Có 2 loại lô chân không là: Lô chân không truyền thống; Lô chân không không có hòm chân
không bên trong.
Lô chân không truyền thống
+ Sấy giấy nhiều lô sấy
- Lô sấy
+ Truyền nhiệt trong lô sấy
Theo truyền thống, để cấp nhiệt cho lô sấy người ta dùng hơi nước bão hoà có nhiệt độ và áp
suất cao.
Khi cho hơi nước vào bên trong lô sấy trong quá trình sấy, nó truyền nhiệt cho thành lô sấy,
(một phần hơi nước được ngưng tụ bên trong bề mặt lô sấy gọi là nước ngưng ).
Nhiệt truyền qua thành lô sấy sau đó cấp nhiệt cho băng giấy trên bề mặt ngoài lô sấy.
Khi cho hơi nước vào bên trong lô sấy trong quá trình sấy, nó truyền nhiệt cho thành lô sấy,
(một phần hơi nước được ngưng tụ bên trong bề mặt lô sấy gọi là nước ngưng ).
Nhiệt truyền qua thành lô sấy sau đó cấp nhiệt cho băng giấy trên bề mặt ngoài lô sấy.
Bề mặt truyền nhiệt của lô sấy là toàn bộ bề mặt của lô. Bề mặt của giấy chỉ bao bọc một phần
bề mặt của lô sấy.
+ Áp suất của hơi nước trong lô sấy
Áp suất hơi là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi hữu hiệu.
Tính chất của giấy và tính năng chạy của băng giấy trong bộ phận sấy là các yếu tố làm giới
hạn nhất định đến áp suất hơi dùng cho sấy giấy.
Áp suất hơi quá cao trong phần đầu của bộ phận sấy là nguyên nhân xơ sợi bám vào bề mặt lô
sấy → điều đó gây ra một số vấn đề về khả năng chạy máy, sự hình thành bụi, xơ sợi làm bẩn bề mặt
lô sấy và chất lượng của giấy kém do bề mặt bị thô giáp.
Áp suất hơi thấp thường dùng cho loại giấy in, giấy báo và giấy viết có định lượng thấp.
Áp suất cao có thể dùng cho giấy in, giấy viết làm từ bột hoá. Các loại bìa và lớp giấy bề mặt
dùng hơi áp suất cao nhất.
17

+ Sấy và tính chất của tờ giấy.
Quá trình sấy có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất của tờ giấy, để tránh hiện tượng cong vênh
phồng rộp, nứt mép và làm giảm độ bền của giấy thì trong qúa trình sấy người ta phải khống chế nhiệt
độ cho phù hợp với mỗi giai đoạn khác nhau tương đương với độ ẩm khác nhau tại thời điểm đó để
quá trình sấy đạt chất lượng cao.
2.1.3. Thuyết minh dây chuyền xeo giấy
Nguyên liệu chính để sản xuất giấy trong dây chuyền này lấy từ 2 nguồn:
Bột hoá dạng kiện (bột sợi dài)
Bột hoá dạng kiện (bột sợi ngắn)
Bột hoá dạng kiện (bột sợi dài) được băng tải nạp vào máy nghiền thuỷ lực I để đánh tơi, rồi
đưa vào bể chứa bột sau nghiền thuỷ lực I để bột có thời gian trương nở, sau đó được bơm vào hệ
thống nghiền chính sợi dài (dạng nghiền côn) để nghiền tới độ nghiền theo yêu cầu. Sau nghiền, bột
được đưa vào bể hỗn hợp.
Bột hoá dạng kiện (bột sợi ngắn) được băng tải nạp vào máy nghiền thuỷ lực II để đánh tơi,
rồi đưa vào bể chứa bột sau nghiền thuỷ lực II để bột có thời gian trương nở, sau đó được bơm vào hệ
thống nghiền chính sợi ngắn (dạng nghiền đĩa) để nghiền tới độ nghiền theo yêu cầu. Sau nghiền, bột
được đưa vào bể hỗn hợp.
Tại bể hỗn hợp, bột từ hai dây chuyền nghiền được phối trộn cùng với bột thải từ sàng tinh,
giấy đứt tận dụng (sau nghiền từ bể giấy rách) sau đó được cho thêm các phụ gia: Tinh bột cation,
CaCO
3
bổ xung thêm nước để pha từ nồng độ 6% xuống 3.5% để đưa vào nghiền tinh.
Tại bể hỗn hợp được khuấy trộn đều rồi bơm tới hệ thống nghiền tinh. Bột ra khỏi hệ thống
nghiền tinh được bơm tới bể bột sau nghiền tinh, sau đó bột được bơm lên hòm điều tiết để ổn định
lưu lượng rồi bổ xung thêm AKD bơm xuống bơm pha loãng, nước dùng để pha loãng lấy từ bể nước
trắng ở phần xuống đỡ lưới và hòm hút chân không. Bột sau pha loãng được đưa sang hệ thống lọc cát
(3 cấp) rồi cho vào hòm khử bọt, không khí thoát ra hết còn bột được đưa sang sàng áp lực (sàng tinh)
sau đó được bổ xung thêm trợ bảo lưu trước khi được đưa sang hòm tạo áp.
Bột từ hòm tạo áp có đệm khí được điều chỉnh cho xuống lưới xeo qua hệ thống môi phun.
Tiếp đó, bột dàn đều lên lưới lần lượt qua tấm hình thành, bộ phận hòm hút chân không, trục bụng

chân không, lúc đó tờ giấy được hình thành và có độ khô khoảng 18 đến 20%. tiếp đó, giấy được chăn
len đưa sang dàn sấy I dần tới độ khô 92 đến 94% rồi sang bộ phận gia keo. Hỗn hợp được pha chế ở
một thiết bị riêng biệt và phun lên các lô gia keo, phủ lên 2 lô gia keo một lớp màng mỏng sau đó được
ép vào 2 mặt giấy, tiếp tục giấy qua sấy nóng rồi đưa sang dàn sấy 2. cuối giai đoạn này, giấy có độ
khô tới 94% rồi đưa sang ép quang trước khi đưa vào cuộn rồi vào máy cắt để thành cuộn theo kích
thước nhất định và bao gói trước khi đưa vào kho thành phẩm.
Nước trắng ở bộ phận lưới, hòm hút, trục bụng chân không thoát ra được chứa ở bể nước
trắng, phần nước ở suốt đỡ lưới dùng để pha loãng, phần còn lại từ hòm hút, trục bụng chân không có
thể bổ xung khi nước cho pha loãng thiếu hoặc qua hệ thống thu hồi bột nổi bột, lượng nước lọc sau
thu hồi cho vào nghiền thuỷ lực I và II (do có tính chất PH>7 nên không ảnh hưởng đến quá trình sản
xuất), lọc cát, pha loãng ở các bể… còn bột thu hồi cho đi sử dụng giấy cấp thấp. Tổn thất như giấy cắt
biên, đứt ở trục bụng và 50% ở ép ướt (đứt do bắt giấy từ trục bụng sang ép ướt) được cho vào bể
Parabol để đánh tơi. Giấy cắt biên ở cắt cuộn, giấy đứt rách ở các khâu ép quang, sấy, ra keo, ép ướt
đưa tới bể nghiền thuỷ lực số III, đánh tơi vào bể giấy rách và vào máy nghiền giấy rách trước khi đưa
vào bể hỗn hợp.
2.2 Kết luận chương 2
Trong Chương 2 tác giả đã đề cập đến tổng quan về công nghệ Xeo
giấy, cấu tạo và chức năng của các bộ phận của một dây chuyền Xeo
18
giấy.
Tác giả đã phân tích sâu thêm về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sấy khô
tờ giấy và thuyết minh dây chuyền Xeo giấy.
Chương 3
XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÔ SẤY TRONG DÂY
CHUYỀN XEO GIẤY PILOT
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHỆ GIẤY VÀ CƠ ĐIỆN
3.1. Cấu tạo lô sấy
3.1.1. Khái quát chung về sấy giấy
Qua trình sấy nhằm các mục đích: Tách nước ra khỏi giấy đạt độ khô sau sấy từ 93 - 95%và
làm tăng độ bền cho giấy, điều chỉnh một số tính chất của giấy

Làm nóng chảy keo nhựa có trong giấy tạo thành màng keo chống thấm cho giấy.
Để đạt được các mục đích trên thì có các rạng sấy sau được áp dụng: Sấy tự nhiên, Sấy tiếp
xúc, Sấy đối lưu, Sấy bức xạ, Sấy bằng chất điện môi…
Hình 3.1a Cấu tạo lô sấy
Hình 3.1: Cấu tạo lô sấy
3.2. Hệ Thống điều khiển nhiệt độ lô sấy
3.2.1. Sơ đồ công nghệ hệ Thống điều khiển nhiệt độ lô sấy
19
Hơi vào
Cửa kiểm tra
Mặt bích
Bánh răng
Roăng tết
làm kín
ổ bi
Thân lô
ổ đỡ
Siphon quay
Siphon
tĩnh
Rãnh
Nước ngưng
Roăng đệm
cửa xả
Nắp lô
l«
Đến BP
giải nhiệt
Hơi từ lò hơi
BĐK

nhiệt độ
BĐK
áp suất
Đầu
đo
trênh
áp
PT100 PT100 PT100 PT100
LÔ SẤY 1
LÔ SẤY 2 LÔ SẤY 3 LÔ SẤY 4
BÌNH
NGƯNG
TỤ
Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ điều khiển nhiệt độ lô sấy
3.2.2. Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lô sấy
20
U/I I/P
Van
LÔ SẤY
Đo lường
Đặt nhiệt độ
Đường hơi
Hình 3.3: Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lô sấy
Ta có sơ đồ khối:
Trong đó:
Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống được thể hiện dưới dạng mô hình Simulink
như hình 3.3.
Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống
3.3. Xây dựng bộ điều khiển dự báo cho hệ thống
Từ các phân tích ở trên, tác giả thấy rằng trong hệ thống có rất nhiều thành phần trễ, đặc biệt

là thành phần e
-
τ
s
, các thành phần này làm cho đáp ứng đầu ra chậm tiến tới để bám giá trị đặt đầu vào,
và thành phần e
-
τ
s
khi phân tích theo Páde còn dẫn đến nghiệm bên phải mặt phẳng nghiệm. Để giải
quyết tốt độ ổn định của hệ thống tác giả đề xuất sử dụng điều khiển dự báo, áp dụng bộ dự báo Smith
(Predictor Smith). Tuy nhiên để đáp ứng đầu ra nhanh hơn nữa, tác giả đề xuất thêm các thành phần bù
để tăng cường đáp ứng đầu ra của hệ thống.
3.3.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ dự báo Smith.
21
W1
W2
W3
W5
W4
Đặt
-
T
o
c
Hình 3.5 Cấu trúc điều khiển hệ thống dùng Bộ dự báo Smith
Đồng thời trong quá trình làm việc như tác giả đã trình bày ở phần trước, nhiệt độ đo được
luôn bị tác động bởi nhiễu, do vậy tác giả đưa thêm cả thành phần nhiễu này trong quá trình mô phỏng
và xem xét đáp ứng của hệ thống như thế nào.
Sơ đồ cấu trúc toàn hệ thống như sau:

Hình 3.6: Cấu trúc mô phỏng hệ thống khi chưa có nhiễu tác động với Bộ dự báo Smith
Ở các sơ đồ trên, sau khi tính toán, tác giả tiến hành mô phỏng và thu được kết quả như sau:
Hình 3.7 Kết quả mô phỏng hệ thống khi chưa có nhiễu với Bộ dự báo Smith
Hình 3.8 Cấu trúc mô phỏng cả hệ thống khi có thành phần nhiễu
22
Hình 3.9: Kết quả mô phỏng hệ thống khi có thành phần nhiễu
sử dụng bộ dự báo Smith
3.3.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng bộ dự báo Smith kết hợp với điều khiển Feed –
Forward và khâu bù sớm pha.
Sơ đồ cấu trúc mô phỏng hệ thống như sau:
Hình 3.10 Cấu trúc hệ thống với Bộ dự báo Smith kết hợp truyền thẳng Feed Forward
Hình 3.11: Cấu trúc hệ thống với Bộ dự báo Smith, Feed Forward và khâu bù
23
Tác giả tiến hành mô phỏng hệ thống và nhận được kết quả như sau:
Hình 3.12: Kết quả mô phỏng với Bộ dự báo Smith, Feed – Forward và khâu bù
3.3.3. Kết quả thực nghiệm tại dây chuyền Xeo giấy Công ty Giấy Bãi Bằng
Hình 3.14: Đặc tính khi tải ổn định
24
Hình 3.15: Đặc tính khi thay đổi tải
Từ các kết quả trên đây, tác giả thấy rằng, chất lượng ổn định của hệ thống là rất tốt như thời
gian quá độ, độ bám cũng như quá điều chỉnh là rất tốt.
3.4. Kết luận Chương 3
Trong Chương 3 tác giả đã thực hiện mô phỏng và thực nghiệm cho hệ thống ổn định nhiệt độ
cho lô sấy
- Tác giả đã xây dưng được mô hình toán học cho hệ thống
- Tiến hành mô phỏng với bộ dự báo Smith, cho kết quả ổn định, tuy nhiên kết quả chưa được
như mong muốn do thời gian trễ khá lớn ( xấp xỉ 200s), đồng thời chưa loại bỏ
tốt nhiễu
- Tác giả đã áp dụng kết hợp giữa bộ điều khiển Smith, bộ điều
khiển Feed – Forward, và bộ sớm pha nhằm khắc phục hai nhược

điểm nêu trên và đã cho kết quả rất tích cực với thời gian trễ giảm
xuống cồn khoảng 100s và giảm nhiễu tích cực. Điều này mang ý nghĩa
rất lớn cho dây chuyền sản xuất khi giữ được ổn định nhiệt độ
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Nội dung cơ bản trong luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng các phương pháp điều
khiển nhiệt độ. Nhiệm vụ cụ thể là “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển
nhiệt độ lô sấy trong dây chuyền xeo giấy”
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn đã hoàn thành các Chương sau:
Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và điều khiển dự báo.
Chương 2: Tổng quan về công nghệ và thiết bị Xeo giấy.
Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lô sấy trong dây chuyền Xeo giấy.
Kết quả luận văn đã đạt được là:
25