摘要：国内造纸工艺发展历史悠久，行业实现全面机械化以后，主流造纸设备也经历多次的更新换代，其自动化和智能化水平不断提升。本文分析造纸机在实际操作上存在的问题，对造纸机的技术改进提出几点建议，希望为有关研究的开展提供一定参考价值。
关键词：造纸机；实际操作；技术改进
引言：社会生产及社会水平提出对纸制品的质量及使用途径提出更多样化的需求，以往造纸设备实际应用中存在的纸张易断裂、生产品质稳定性不足、设备运行效率低下等问题，使得设备性能很难再满足当前纸张生产的要求。为促进造纸行业健康发展，有必要对造纸机应用过程存在的问题进行总结，并提出相应的改造方案。
1造纸机实际应用问题
以自接纸造纸机为例，对造纸机的实际应用问题进行介绍。
自接纸造纸机为生产效率最高的一类造纸设备，常规自接纸造纸机的大烘缸通常设计为右偏心包胶双托辊，造纸机运行过程中，大烘缸因受力不均导致其承受过高的动力荷载，烘缸与托辊轴承之间过度磨损，使得设备使用寿命缩短。另外，常规的自接纸造纸机压榨上辊采用石辊，而下辊则采用普通材质，这一先天设计缺陷使得造纸机的运行效率提升困难，其平均车速仅在700m/min左右，难以满足造纸工业化的要求。
2造纸机技术改造方案
2.1机械结构改造
为充分开发自接纸造纸机的生产性能，对其机械结构做优化改造。
2.1.1大烘缸改造
针对以往大烘缸在造纸机运行过程中受力不均而引发过度磨损的问题，决定将单侧双托辊改造为对称的三托辊，分别为带圆盲孔和沟纹的聚氨酯托辊、带圆盲孔的聚氨酯托辊及常规聚氨酯托辊[1]。在引入对称三托辊后，大烘缸被置于悬空运行状态，烘缸及托辊轴承之间保持良好的空间关系，以延长各机械构件的使用寿命，同时可降低造纸机运行动力消耗，经统计，改造后造纸机的动力消耗降低程度在50%左右，蒸汽消耗量也降低至原本的2/3。造纸机加压脱水过程中，对称三托辊可避免回湿纸页及毛毯的出现，提高纸张干燥程度，发生粘缸、褶皱、气泡等缺陷的概率也显著降低。
2.1.2压榨下辊改造
造纸机原本的压榨下辊使用普通材料，将其改造为带长盲孔带沟纹的压榨下辊，提高造纸机纸张脱水效果，脱水量可达到原来的3～4倍，避免湿纸页压榨过程发生起皱、破损等问题。
2.1.3脱水板改造
将普通脱水板更换为新型盲孔脱水板，可提高造纸机脱水性能25%左右，降低真空箱、真空辊的吸水程度，减少动力消耗20%～30%。
2.1.4流浆箱改造
传统自接纸造纸机使用普通压力流浆箱，决定将其改造为折流压力双匀浆辊流浆箱。新型流浆箱配置辊面圆孔匀浆辊及横长孔匀浆辊，可促进浆流横纵流动，提高纤维均匀程度，以满足造纸机车速提升的要求。经改造后的自接纸造纸机车速可达到1000m/min以上，且生产纸张品质稳定性显著提高。
2.2控制系统改造
目前造纸工业中使用的造纸设备均已实现自动化控制，主流的控制系统一般由PLC控制器和变频器组成。PLC技术的应用使得造纸机运行状态可被全程在线监控，设备故障诊断能力进一步提高，生产纸张的质量也更有保障。但随着造纸工艺的优化升级及产品市场质量要求的提升，此类控制系统也表现出一定不足，如运行成本过高、系统兼容性差、数据交互过程复杂等。控制系统性能与造纸机的运行质量直接相关，因此在造纸机实际操作问题改进中，需重点关注控制系统的智能化升级。
2.2.1控制系统需求分析
基于现有的以PLC系统为核心的造纸机控制系统，引入嵌入式控制器，全面提高系统控制性能。新控制系统配备交流电动机，能够覆盖到造纸机的各个驱动点，且对各驱动点信号做自上而下的控制，通过通信系统，将控制信号实时发送至变频器，以便对造纸机的运行状态做动态化调整。
造纸机机械系统由网部、压榨模块、干燥模块、压光机、卷纸机等结构构成，其控制需满足如下要求：第一，纸传动系统应需具备一定的动态响应速度和精度。第二，可调转动臂间的速度比可变且能够保持稳定状态。第三，各分支机构需达到一定的爬网速率。第四，各部分荷载可调控。第五，系统具备自动报警及故障诊断功能，帮助开展造纸机故障处理工作。
2.2.2控制系统改造方案
（1）系统架构。前文提到，嵌入式控制系统必须覆盖到造纸机的全部驱动点，因造纸机机械系统本身存在多个驱动点，且其构成非常复杂，导致控制系统设计难度上升。控制器对各驱动点进行管理时，各分支机构内应至少有一个引擎加入到速度链控制过程中。基于以上要求，以Power Link为基础构建控制系统网络。速度链中的驱动点必须从各结构内选择，因此将控制系统设计为分层网络传输控制形式，通过TCP/IP网络协议将计算机与控制单元相连，以满足控制中心与生产现场的实时信息交互需求。
（2）硬件设计。基于控制系统对控制精度及可靠性的要求，选用ARM9芯片搭配S3C2410x处理器构成系统主控单元，负责整个系统的控制。系统信息存储功能由SDRAM模块提供，并由Flash提供操作及应用程序，以JTAG接口完成系统调试及程序下载，以I/O接口完成数据交互。在硬件系统中，控制复位电路的设计是重点，其应能充分保证控制器运行的稳定性和可靠新。综合考虑后决定选用PHILIPS MAX708的控制器复位方案，提高控制器抗干扰性能。
（3）软件设计。系统驱动程度负责将操作系统API与基础硬件相隔离，其与API函数和应用程序相互独立，为保证多任务系统中的硬件访问秩序，需在各任务间引入同步机制，对驱动程序进行管理。在ANSIC环境内完成编程，并在ARMADS1.2系统内进行程序编译及调试，确保程度达到控制系统性能要求。
2.2.3控制系统实现过程
依照任务模型，将嵌入式控制系统划分为速度电路、电压控制模块、信息通信模块、数据采集模块和负载分配模块，通过嵌入式控制器的I/O接口，对各电机做独立控制。
系统调试分硬件和软件两部分进行。其中，硬件测试任务有二，一是测试硬件电路一致性及各电路的I/O端口电流及电压是否达标，二是对外部干扰进行检验。软件调试主要观察软件系统是否能够正常、稳定运行，例如，查看逆变器显示屏的运行频率，分析其是否顺利接入整个系统；向I/O端口添加开关信号，观察变频器是否给出相应反应；验证控制器、控制面板及计算机间的通讯是否正常，针对变频器错误代码做相应处理，并进行系统电路优化[2]。
2.3技术改造前瞻
我国造纸工艺虽然有着较长的发展历史，但在造纸工业化方面，目前的造纸工程技术与国际领先水平间还存在一定差距，且我国造纸领域发展受原料供应、生态环境的限制更大。因此在未来一段时间内，造纸机技术改造的重点还将放在生态协调、节能减排及智能化制造方面。以智能化制造为例。造纸机智能化生产工艺流程配备全程智能化监管及控制系统，可对造纸机的运行状态做实时在线监控，并自动完成故障预警及诊断工作。配合智能管理系统，从生产规划到产品出库的全过程均可被在线监控。
结论：造纸机实际操作问题的解决需从设备机械结构优化及控制系统优化两方面进行，迎合造纸领域发展趋势，重点关注造纸工艺的智能化发展。通过硬件设施及管理系统升级，逐步缩短我国造纸工艺与发达国家的距离，带来更高的造纸经济效益。
参考文献：
[1]曹龙.基于嵌入式控制器的造纸机控制系统设计[J].造纸装备及材料,2020,49(01):10.
[2]陈克复.探索造纸领域未来发展的工程科技[J].中华纸业,2019,40(13):133-137.