時(shí)間:2010-08-12 15:22:12來(lái)源:zhangyuan
行業(yè):
Manufacturing, 管道/紙業(yè)
產(chǎn)品:
數(shù)據(jù)采集, 數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控模塊, LabVIEW
挑戰(zhàn):
創(chuàng)建一個(gè)用來(lái)監(jiān)測(cè)大型造紙廠紙漿的生產(chǎn)過(guò)程,以節(jié)約能源和降低成本。
解決方案:
為了增加吞吐量,節(jié)約能源,以及優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程,我們利用NI LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控(DSC)模塊來(lái)處理復(fù)雜的,非線性的建模過(guò)程。
"LabVIEW工具包使同時(shí)運(yùn)行多個(gè)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(jiǎn)單直接。"
位于英國(guó)Workington的Iggesund紙板公司,其生產(chǎn)線上主要有五個(gè)造紙機(jī),運(yùn)行每個(gè)造紙機(jī)至少需要消耗15兆瓦的能量。節(jié)約能源對(duì)于降低我們 的運(yùn)營(yíng)成本至關(guān)重要,因此,我們需要一個(gè)解決方案,以?xún)?yōu)化我們能源的使用效率,同時(shí)確保造紙機(jī)能夠生產(chǎn)出最終紙板成品所需要的紙漿。
模型設(shè)計(jì):
為了預(yù)測(cè)紙張的剛度,我們實(shí)施了基于前饋單層感知(FFSLP)結(jié)構(gòu)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)模型。之所以我們會(huì)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?yàn)樵摻_^(guò)程的需求是非線性的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更能準(zhǔn)確地對(duì)大量紙張材料作出預(yù)測(cè)。此外,對(duì)于所有紙張材料來(lái)說(shuō),只使用一 個(gè)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(duì)于在線監(jiān)測(cè)功能,我們將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與多元數(shù)據(jù)分析(MVDA)方法結(jié)合起來(lái),因?yàn)樵摲椒ǜm應(yīng)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(zhǔn)確地預(yù)測(cè)橫向(CD)抗彎剛度的機(jī)器方向(MD)偏差。
我們利用 LabVIEW軟 件,并結(jié)合了閉環(huán)自適應(yīng)造紙機(jī)控制系統(tǒng)所采用的高級(jí)自適應(yīng)控制算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),設(shè)計(jì)了該預(yù)測(cè)模型。該解決方案包含了一個(gè)脫機(jī)工具,該工具可以對(duì)不 同紙漿類(lèi)型的造紙機(jī)載荷進(jìn)行仿真。這無(wú)疑給操作員和開(kāi)發(fā)工程師帶來(lái)了機(jī)會(huì),可以嘗試不同精煉配置及比較預(yù)測(cè)最終紙板質(zhì)量測(cè)量。通過(guò)利用LabVIEW軟件 對(duì)改變參數(shù)后的效果進(jìn)行仿真,使我們避免了昂貴的全面試驗(yàn),從而節(jié)省了我們的時(shí)間和成本。
此外,LabVIEW DSC 模塊可 以方便的并行運(yùn)行多個(gè)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(yùn)行的狀態(tài)范圍內(nèi)。當(dāng)變量移動(dòng)到正常運(yùn)行狀態(tài)范圍之外后,報(bào)警器就會(huì)被激活,向操作員發(fā)出系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題的提示 信息,同時(shí)系統(tǒng)向操作員指示哪個(gè)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(cè):
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(dāng)變量偏離紙漿設(shè)置點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)會(huì)向機(jī)器操作員發(fā)出提示信息。分值圖表示每個(gè)變量主要成分分析的得分,并以一分鐘的時(shí)間間隔進(jìn)行更新。
結(jié)論:
我們利用LabVIEW DSC模塊所建立的模型向紙板機(jī)操作員提供了實(shí)時(shí)處理信息,當(dāng)變量偏離所要求的紙漿質(zhì)量設(shè)置點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)會(huì)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(shè)定點(diǎn)和精煉能量值,以達(dá)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(shí)施,工廠的吞吐量將會(huì)增長(zhǎng)1個(gè)百分點(diǎn),這對(duì)大型工廠來(lái)說(shuō),可以節(jié)省大量的能源。事實(shí)上,能源消耗降低所導(dǎo)致的節(jié)約成本估計(jì)為每年720.000英鎊。
工廠從該解決方案中獲得的另一個(gè)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(dǎo)致的生產(chǎn)損失為每小時(shí)12.000英鎊。據(jù)我們估計(jì),該模型的實(shí)施將使造紙機(jī)的正常運(yùn)行時(shí)間每年提高30小時(shí),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(yīng)用于其他生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域中。這就為未來(lái)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化提供了一條途徑,而無(wú)需使用大量的軟件開(kāi)發(fā)包。
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