瓦楞原紙生產線智能制造探討

倪鋒 鄢來朋

摘要：以瓦楞原紙生產線的成形部、壓榨部、干燥部、施膠部、卷取部和復卷部等主要生產工段的機械結構形式和工藝特點，結合國際主流設備廠商和華章科技最新傳感器檢測技術和互聯網技術，探討了造紙生產段智能制造的主要方向和服務形式。

關鍵詞：造紙；智能制造；流漿箱；壓榨

中圖分類號：TS75文獻標識碼：ADOI：1011980/jissn0254508X201803009

收稿日期：20171113（修改稿）

*通信作者：鄢來朋，高級工程師；研究方向：電氣工程與自動化。Discussion on Intelligent Manufacture in Papermaking

Section of a Corrugating Medium LineNI FengYAN Laipeng*

（Zhejiang Huazhang Technology Co，Ltd，Hangzhou， Zhejiang Province，310000）

（*Email： ylp@hzegcom）

Abstract：Base on of the mechanical structure and process characteristics main sections of a corrugating medium production line including wire section， press section， drying， size press， winding and rewinding，combined with the international main stream control technologies of equipment manufacturers and intelligent manufacture technology of HuaZhang Technology， the main direction of intelligent manufacturein papermaking section was put forwardCombining with the latest sensor technology and internet technology， division the main form and service form of intelligent manufacture in papermaking were suggested.

Key words：papermaking； interlligent manufacture； headbox； nip press

在我國工業和信息化部發布的《智能制造發展規劃（2016～2020年）》中提出，推進智能制造，能夠有效縮短產品研制周期，提高生產效率和產品質量，降低運營成本和資源能源消耗，加快智能制造發展，對于提高制造業供給結構的適應性和靈活性、培育經濟增長新動能都具有十分重要的意義。發展規劃提出了十個重點任務，結合造紙行業的當前生產設備水平和工藝管理狀況，本文僅針對造紙流程控制中的造紙生產階段，提出關鍵工藝和關鍵設備的智能化方向，旨在助力造紙行業實現數字化和智能化生產。

1智能制造的含義

智能制造是指“人機一體化智能系統”，基于新一代信息通信技術與先進制造技術的深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行和自適應等功能的新型生產方式[1]。智能制造包含智能制造技術和智能制造系統，其中智能制造系統不僅能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能，還有搜集與理解環境信息和自身的信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。通過人與智能機器的合作共事，擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，智能制造把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

以我國6家規模較大的造紙企業（如玖龍紙業（控股）有限公司、山東晨鳴紙業集團有限公司、恒安國際集團有限公司、理文造紙有限公司、山東太陽紙業股份有限公司、安徽山鷹紙業股份有限公司）為例，這些企業幾乎都引進了國際一流的高端技術裝備，國產設備只能在中型造紙企業中爭奪市場。國內裝備企業由于技術和市場的原因，一直落后于國際設備廠商，造成了我國大型造紙企業生產設備幾乎都采用了進口的最先進的造紙生產線。但在智能化的浪潮中，國內裝備企業有了與國際設備廠商進一步縮小差距的機遇。

對照智能制造的要求，國內造紙企業生產線已經初步實現自動化，但是距離智能化還有很大的發展空間。

造紙工業智能制造涉及范圍很廣，包括生產方式智能化、服務智能化、管理智能化、裝備智能化等方面。本文以瓦楞原紙生產線為例，從工藝管理和裝備智能化的方向，探討造紙過程智能化的關鍵工藝設備和發展思路。

2造紙過程的智能化

21成形部設備智能化

流漿箱作為連接備漿流送和紙張抄造的核心設備，隨著紙機車速的提高，從流漿箱噴出漿料，再到網上成形的時間非常短，為了保證漿料分布均勻一致，其總壓的控制至關重要，決定著上漿流量和流速，也影響著紙張成形的質量[2]。

華章科技美辰公司推出的智能流漿箱產生高強度微湍動，可有效地分散纖維，防止纖維沉淀和再絮聚，提高紙張的強度；還可沿紙機橫向均勻分布紙漿，噴漿穩定，確保漿速與網速相協調，其控制流程如圖1所示。由圖1可知，通過獲取掃描架的定量數據，進行分析處理，從而通過調節稀釋水加入點水量的大小改變局部漿料濃度而實現紙張橫幅定量差的調節。調節間距小，最小可以達到60 mm，調節精度高，分辨率高可達1/4000。

圖1華章美辰流漿箱控制示意圖其中，網部慣性搖振技術和胸輥的高頻率搖振技術優化了纖維定向，可獲得極佳的成形效果，提高紙張勻度，降低紙張的縱橫向抗張強度比，對耐破度、抗壓潰性能等有明顯的改善。

22壓榨部設備智能化

壓榨部的主要作用是脫水、改善紙幅性能、傳遞紙幅[3]。

壓榨部主要由壓榨輥構成，根據壓榨輥（或壓榨元件）結構的不同壓榨可以分為平輥壓榨、網襯壓榨、真空壓榨、溝紋壓榨、盲孔壓榨、寬壓區壓榨、靴形壓榨、升溫壓榨等。

生產1 t瓦楞原紙各部分脫水的費用比例為：成形部∶壓榨部∶干燥部=10∶12∶78。因此，有必要提高濕部的脫水效率，特別是壓榨部的效率，以降低干燥部的蒸發負荷，同時橫向脫水應該均勻一致。

隨著瓦楞原紙生產車速的逐步提高，幅寬變寬，現有的壓榨多采用高線壓、寬壓區的方式，因此對壓榨部壓輥的軸承溫度檢測、毛布質量檢測、線壓實時監測，是保證正常生產、提高生產效率的有效方式。通過采用智能溫度檢測設備對軸承溫度檢測的實時監測，在線式壓榨部能預判可能發生的故障，對比檢測歷史趨勢和線壓的區間變化，可為生產管理人員做出決策提供支持。

23干燥部設備智能化

提高干燥部效率，減少蒸汽損耗，是有效降低生產成本的方式。目前，隨著車速的提高，冷凝水在烘缸內沿著殼壁增多，大約在400 m/min車速時會形成一個完整的水環，該水環會減少蒸汽向烘缸內壁的熱傳遞，且冷凝水擾動的急劇降低會導致熱傳導下降。使用擾流棒可以有效改變上述狀況，擾流棒可在整個烘缸寬度上確保冷凝水厚度一致，以此改善紙幅的橫幅水分。

為了保證烘缸在低壓差下可靠地排水，節省新鮮蒸汽的用量，降低成本，智能干毯校正器自動進行跑偏糾正，并針對單向跑偏提出校準建議。

造紙生產中干燥所消耗的能源大約要占總能耗的60%，目前濕熱空氣的回收能量只有30%左右，還有70%的熱量排向大氣[4]。因此，采用在前干燥部的后部與施膠部之間增加掃描架檢測水分和橫幅的裝置，充分利用現有的以傳感器技術為基礎的網絡化、信息化技術，結合發展干燥部的節能技術（如超臨界干燥技術，穿透式干燥技術），可大幅度地降低干燥部的蒸汽消耗。

24施膠設備智能化

對瓦楞原紙進行表面施膠可以明顯提高成紙的質量，增強紙面的防潮性能，避免產生回潮現象。其中施膠膠料制備系統的自動控制、上料系統的自動控制、施膠輥的閉合控制（線壓控制）、施膠區的斷紙控制、施膠質量檢測控制、施膠區的張力控制等都將影響施膠效果。

施膠前增加掃描架監測，可以用于檢測紙幅中的水分，保證施膠量均勻穩定。施膠部增加張力檢測裝置（空氣轉向器），對施膠張力進行閉環控制。空氣轉向器是依據氣墊原理將施膠后的濕紙幅通過氣墊運送且無接觸轉向，因此通過空氣轉向器的紙幅張力取決于氣墊的空氣壓力。施膠設備線壓力檢測技術，例如iRoll智能輥技術或輥面傳感器技術，可實時檢測輥面線壓力與張力等參數，實現施膠設備線壓力與張力的閉環控制。

施膠設備的智能化在于將施膠設備的控制要素（如施膠量、張力、施膠線壓力等）傳感器檢測值結合起來，并結合質量控制系統（Quality Corltrol System，QCS）進行相關性分析控制，進而采用最優的控制策略。另外再結合制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES），可以實現不同紙種、不同定量紙張之間的膠料制備配方的一鍵切換，無需人工輸入和選擇。

25卷取設備智能化

卷取部主要影響成卷質量的參數有線壓力、紙張張力和向心力（緊度）等。卷取線壓力控制利用諸如輥面包覆傳感器技術，檢測輥面橫幅線壓力的均衡控制，整卷紙的線壓力線性或曲線控制。卷取部智能化的方向主要是結合MES系統與紙病檢測智能優化系統[5]，生成對于復卷機系統來說的母卷質量與產品信息的條形碼或二維碼，并對卷取成紙進行記錄和標識。同時通過對卷取部的產量記錄和質量追蹤反饋到MES系統，使其作為全廠生產管理的重要節點。

26復卷設備智能化

當前的復卷機主要采用手工輸入與記錄的方式進行訂單的錄入與成品的管理，結合MES系統的訂單管理，可以極大地減少人工操作的差錯。基于MES系統開發的訂單管理，可以對訂單進行優化，對生產過程進行實時記錄，便于成紙質量追蹤記錄。

在現有復卷機的輔助系統中，針對不同幅寬的復卷訂單，主要采用人工對刀、排刀的方式，這樣不僅浪費了較多的時間而且還會造成一定誤差，影響復卷產量。因此可結合智能訂單管理系統，當切換到不同訂單時，采用自動排刀系統，可有效地提高復卷產量。

在復卷機紙卷控制中，成品的錐度控制、張力控制、緊度控制、速度控制、慣量控制往往是影響成品的關鍵因素，利用華章科技的復卷機智能傳動控制系統，客戶只需輸入有限的控制參數，所有控制都可以自動完成，生產過程某些參數會實時自動優化。

27軟件與網絡對智能制造的支持

基于互聯網開展故障預警、遠程維護、質量診斷、遠程過程優化等在線服務，改變了生產企業的服務模式和流程。采用遠程運行和維護不僅可以讓運行和維護人員（如華章科技的專業工程師）更方便、隨時隨地的進行故障診斷、運行和維護工作，以最快的速度實施遠程維護，而且較少受外界因素的限制（如地理位置、軟硬件設備等）。

通過現場感知的工業互聯技術，實現生產設備各種數據的智能采集、智能分析，為生產維護決策提供依據。應用傳感器技術、RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）技術，嵌入式系統技術等物聯網關鍵技術，使制造過程更智能化[6]。

基于以上的分析，本技術中瓦楞原紙生產線的智能制造流程如圖2所示。

3結語

以瓦楞原紙生產過程為例，針對造紙產業提出了智能化改造和提升的方法。論述結果表明，在我國的造紙產業裝備和自動化產業邁向智能化的過程中，需要充分利用AI人工智能技術與互聯網技術的結合，提升關鍵設備和工藝的控制方法，實現我國造紙工業的智能化發展。

參考文獻

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（責任編輯：吳博士）