陳宏平

(牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司，黑龍江牡丹江，157013)

透氣度是卷煙紙最重要的性能指標之一。Permi是一種快速、可靠的在線透氣度測試儀，具有測量管段小、測試氣管壓力損失小、測試穩(wěn)定、校準簡單等特點，可以連續(xù)測量，測量精度達到2 ms，可快速反映勻整機打漿精度和卷煙紙的等級變化等指標。但是由于Permi在線透氣度儀在線測量卷煙紙透氣度時易發(fā)生一些測量故障，因此，在實際測量時需要進行設(shè)備維護，以確保測量的準確性。本文結(jié)合在線測量實踐，介紹了Permi在線該透氣度儀的結(jié)構(gòu)、原理及維護心得等。

1 Permi在線透氣度儀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖1為Permi在線透氣度儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，主要由控制單元、測量頭和氣動單元構(gòu)成。本文主要介紹2種硬件結(jié)構(gòu):控制單元和測量頭。

1.1 控制單元

圖2為控制單元核心元件的控制主板，其尺寸為400 mm×300 mm×200 mm，但柜門需要額外220 mm的深度，該單元主要包括電源連接、換輥信號、斷紙信號和輸出信號。

1.1.1 電源連接

透氣度儀系統(tǒng)需要提供110－240 VAC，1 A 50/60 Hz交流電源和1根2.5 mm2保護地線。

1.1.2 斷紙信號和換輥信號

斷紙信號由紙機DCS系統(tǒng)提供，也可從現(xiàn)場斷紙開關(guān)直接提供。斷紙信號是檢測紙機斷紙時透氣度儀觸發(fā)一個測量頭下降并自動清洗功能，當紙張接過去之后測量頭上升并開始測量。換輥信號由紙機DCS提供或安裝換輥按鈕提供，只起到一個換輥顯示作用。

1.1.3 輸出信號

輸出信號是透氣度儀測量紙張透氣度的信號，除了可以在本地控制單元顯示以外，還可提供DCS系統(tǒng)顯示。輸出方式如圖2所示，根據(jù)控制板上跳線輸出4～20 mA或1～5 V、2～10 V共3種信號，出廠默認是4～20 mA信號。

1.2 測量頭

圖1 Permi在線透氣度儀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖2 Permi在線透氣度儀控制單元

測量頭安裝在紙幅下面的縱向位置和紙機卷曲機的前側(cè)，橫向位置最好安裝在離測量單元較近一側(cè)，一般控制單元安裝在紙機操作側(cè)，測量單元安裝在紙機傳動側(cè)。具體測量頭位置要與下輥標樣位置對應(yīng)，這樣才能保證測量點與實驗室標定點對應(yīng)。

測量頭的面積根據(jù)測量介質(zhì)的性能選擇，包括真空密封環(huán)形區(qū)域和測量區(qū)域。在測量過程中，真空密封環(huán)形區(qū)域處于真空狀態(tài)，保證運行的紙幅能緊貼在測量頭上，防止測量頭四周氣體和測量區(qū)域氣體泄漏造成測量誤差。

1.2.1 測量頭接地

雖然測量頭沒有電信號，但是紙張到卷曲位置時靜電非常大，所以如圖3所示在測量頭上安裝一根直徑不小于6 mm2的銅質(zhì)電纜，并將其接到紙機的地上，否則會影響測量精度。

1.2.2 測量頭角度調(diào)整

在實際測量中要求測量頭把紙幅頂起3～5 mm的距離，才能保證紙幅最大程度密封好測量頭，不會使空氣從測量頭四周進入。

測量頭的角度調(diào)整非常重要，測量頭的測量平面必須和紙幅縱向運行平面保持平行，保證空氣不能從測量頭四周進入。調(diào)整方法是通過擰松測量頭下面兩個內(nèi)側(cè)的螺絲再松外側(cè)的兩個螺絲來調(diào)節(jié)角度。

圖3 Permi在線透氣度儀測量頭

1.2.3 測量頭升降速度調(diào)節(jié)

測量頭升降速度是通過氣動單元內(nèi)執(zhí)行氣缸進出氣調(diào)節(jié)閥進行調(diào)整。一般來講最好是調(diào)成低速，才能保證紙幅的接觸力度，降低故障率。

2 Permi在線透氣度儀測量原理

圖4為Permi在線透氣度儀的測量原理，由圖4可知，在線透氣度儀大致分為測量回路、密封回路和排污回路。透氣度儀的測量狀態(tài)是在真空狀態(tài)下進行，只有在清洗側(cè)頭、清洗管路和排污時才是在正壓狀態(tài)。所以在這2種狀態(tài)下，必須清楚地了解每個測量元件和執(zhí)行元件的動作狀態(tài)，才能掌握在線透氣度儀測量工作原理。

2.1 空氣質(zhì)量流量計

空氣質(zhì)量流量計是Permi在線透氣度儀系統(tǒng)核心元件之一，采用的是AWM5101VN氣體質(zhì)量流量傳感器，外殼為文丘里流量管形。最高流量可以測量5 L/min，工作電壓是10±0.1 VDC，輸出信號是滿量程5 V。

2.2 比例調(diào)節(jié)閥

比例調(diào)節(jié)閥是日本SMC公司的復合控制閥系列，最大承受壓力是 0.88 MPa，輸出范圍是0.05～0.88 MPa。每次進入調(diào)節(jié)狀態(tài)都是從100%開度往下調(diào)節(jié)壓力，而不是從0開度往上調(diào)節(jié)。控制方式是通過PID運算將測量壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定壓力。

圖4 Permi在線透氣度儀測量原理

2.3 真空發(fā)生器

真空發(fā)生器是日本SMC公司生產(chǎn)的ZU07L型真空發(fā)生器，由噴嘴、接收室、混合室和擴散室組成。標準使用壓力是0.45 MPa，最高使用壓力不超過0.7 MPa，最高真空度可以達到48 kPa。

2.4 壓力變送器

壓力變送器是檢測測量回路的真空壓力，具體描述請參看4.1。

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2.5 電磁閥

Permi在線透氣度儀使用的電磁閥都是SMC公司的電磁閥，除了測量回路和密封回路各有1個兩位三通電磁閥以外，其余都是開關(guān)型電磁閥。

2.6 清洗/測量工作過程

Permi在線透氣度儀在每次通電、紙機斷頭接紙后，或達到測量周期時間時，系統(tǒng)都會自動進行清洗。

2.6.1 清洗過程

達到測量周期時間時，測量頭電磁閥a得電置位，測量頭下降。同時測量電磁閥和電磁閥c失電復位，關(guān)閉測量回路。清洗/測量電磁閥、清洗電磁閥h和清洗電磁閥i得電置位，對密封回路和測量回路進行清洗。清洗是階段性分次進行，通常分為3次。排污回路是排污閥和排水電磁閥得電置位進行排污或排水，每個周期排污1次。

2.6.2 測量過程

測量過程是在上述清洗過程結(jié)束后，相關(guān)清洗回路的電磁閥進入初始狀態(tài)，下一輪測量周期開始。首先，電磁閥a失電復位，測量頭上升進入測量狀態(tài)。壓力調(diào)節(jié)閥f和壓力調(diào)節(jié)閥g調(diào)整到一個穩(wěn)定狀態(tài)(0.05 MPa)，清洗/測量電磁閥在失電狀態(tài)，保證測量頭密封回路進入密封狀態(tài)。測量電磁閥得電置位，真空發(fā)生器開始工作，測量回路形成真空負壓，壓力變送器檢測到測量回路實際真空壓力，比例閥根據(jù)測量回路設(shè)定壓力來調(diào)節(jié)實際測量真空壓力，調(diào)整到設(shè)定值后控制單元開始采集測量回路的空氣質(zhì)量流量計信號，透氣度儀開始進入測量狀態(tài)。

3 Permi在線透氣度儀標定

在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果更換空氣質(zhì)量流量計或進行系統(tǒng)標定，最好在取樣模式下，標定出增益Gain和截距Offset參數(shù)后;再通過在線測量進行相應(yīng)的增益和截距標定，標定曲線如圖5所示。

取樣標定由紙機生產(chǎn)的紙張透氣度決定，牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司 (以下簡稱“恒豐紙業(yè)”)16#紙機一般生產(chǎn)透氣度為50～80 cu的紙張，可取50 cu、60 cu、70 cu、80 cu共4組紙樣，每組樣為5張紙。

圖5 透氣度儀標定示意圖

通過控制單元進入標定參數(shù)設(shè)置選項，把增益Gain改為1，截距Offset改為0，將測量模式切換到取樣標定模式。分別將4組紙樣進行測量，每組的5張紙得到測量值后進行平均值計算，最后得到4個透氣度測量值。在將這4組紙樣送到實驗室進行測量，同樣得到4個透氣度實驗值。得到2組測量值和實驗值后，根據(jù)二元一次方程進行增益和截距的計算。廠家提供了一個編好的Excel表格標定工具，只要將2組測量值和實驗值分別輸入表格中，就會自動給出當前紙種范圍的增益Gain和截距Offset值。但是在實際應(yīng)用中標定好Gain、Offset兩個值后，進入在線測量狀態(tài)還是有差值。在此，筆者結(jié)合實際情況，分4種狀態(tài)對Gain、Offset兩個參數(shù)進行在線修正。

3.1 測量值比實驗值都高或都低

如圖5(a)所示，在保證密封回路不存在漏氣和密封壓力正常的情況下，通過在線測量發(fā)現(xiàn)50～80 cu測量值均比實驗值高，則這個取樣標定是非常成功的。因為在取樣標定的時候，紙樣放在測量頭上標定的狀態(tài)和紙張在正常測量狀態(tài)下是不一樣的。在正常測量狀態(tài)下，紙幅在紙機卷曲機的拉力比取樣時拉力大，所以取樣面積就小。根據(jù)透氣度定義得到透氣度在線測量值就會偏低。這時根據(jù)在線測值只對Offset參數(shù)進行增加修正。

如果在線測量發(fā)現(xiàn)50～80 cu測量值都比實驗值低，則取樣標定是不成功的。在取樣標定時可能是測量管路、測量頭或空氣質(zhì)量流量計有堵塞情況。

3.2 測量值比實驗值前低后高或前高后低

如圖5(b)所示，該測量值50～80 cu與實驗值比較，其中50 cu與60 cu測量值與實驗值相比越來越低，70 cu與80 cu測量值與實驗值相比越來越高，該誤差可能是系統(tǒng)誤差或空氣質(zhì)量流量計性能引起的偏差，一般認為該標定結(jié)果也是成功的，只要在線測值對截距Offset參數(shù)相應(yīng)增加，增益Gain參數(shù)相應(yīng)減少即可。

如圖5(c)所示，該測量值50～80 cu與實驗值比較，其中50 cu與60 cu測量值與實驗值相比越來越高，70 cu與80 cu測量值與實驗值相比越來越低，處理方法與圖5(b)方法一樣，只是將截距Offset參數(shù)相應(yīng)減少，增益Gain參數(shù)相應(yīng)增加。

4 Permi在線透氣度儀參數(shù)配置

將測量 (Measurement)開關(guān)撥到ON位置，按Enter鍵進入主菜單，如圖6所示。Permi在線透氣度儀的參數(shù)配置包括設(shè)置 (Settings)、校準 (Calibration)和退出 (Exit)3個部分。在此，重點介紹設(shè)置和校準參數(shù)。

圖6 Permi在線透氣度儀參數(shù)配置

4.1 設(shè)置

進入設(shè)置菜單后，其中1是平均流量/Flow average，包括流量計的平均流量 (默認是200)和流量計信號濾波系數(shù) (默認是1，不濾波);2、3、4分別是Flow meter/流量計，根據(jù)現(xiàn)場選用流量計型號進行相應(yīng)選擇設(shè)置，該系統(tǒng)有3個測量輸入通道，可以根據(jù)紙種透氣度大小進行不同量程的測量。同時可以對每個通道在線測量設(shè)置真空“目標壓力”(默認是1 kPa)和調(diào)節(jié)目標壓力的較慢速/Very slow、慢速/Slow、快速/Fast、較快速/Very fast的控制方式選擇 (默認是慢速/Slow);5是流量計選擇應(yīng)用/Use flow meter，這個參數(shù)只有選擇了流量計類型以后才被應(yīng)用;6是壓力傳感器/Use press sensor，是根據(jù)紙張性能進行壓力傳感器量程類型選擇，包括類型1/Type1測量范圍是0～ (－2.5)kPa(默認)和類型2/Type2測量范圍是0～ (－20)kPa。同時可以對信號 (mA/V)方式進行修改選擇;8是清洗/Clearing，是對測量頭清洗頻率 (默認200 s)和清洗時間(默認30 s)進行設(shè)置，該參數(shù)設(shè)置取決于紙張品種，若因為紙種導致測量頭過臟的話，就要增加清洗頻率延長清洗時間;9是輸出/Outputs，是對輸出信號進行設(shè)置，通常這個信號送到DCS系統(tǒng)中進行顯示，可以設(shè)置mA或V信號輸出，通道設(shè)置取決于控制箱內(nèi)控制板上的跳線;10是輸入/Inputs，它包括斷紙信號 (默認是假)和換輥信號 (默認是數(shù)字輸入18通道)。斷紙信號作用是發(fā)生斷紙時測量頭下降并進行清洗，有紙時自動進行測量，但是不論在有紙或斷紙模式都可以進入測試狀態(tài)。還有斷紙延時設(shè)置，有紙信號進來以后要延時一段時間進行測量，因為這個時候紙幅還沒有平整展開。換輥信號就是換輥顯示作用;15是系統(tǒng)顯示/Display，包括內(nèi)部顯示/Use display(默認是真)和外部顯示/Use ext display(默認是假)。內(nèi)部顯示主要是可以看出流量計的原始壓力和流量狀態(tài)。外部顯示如果選擇真，可以看到流量計模擬電壓、壓力傳感器和壓力調(diào)節(jié)閥狀態(tài)。

4.2 標定

進入標定參數(shù)設(shè)置后，其中1、2、3、4、5、6分別是3個測量通道的線性測量曲線的增益/Gain(默認是1)和截距Offset(默認是0)參數(shù)。這2個參數(shù)都是通過透氣度儀在線測量結(jié)果和實驗室測量結(jié)果計算得到。7、8、9、10、11、12分別是3個測量通道最小和最大輸出信號顯示，最小輸出信號是4 mA/1 V/2 V和20 mA/5 V/10 V。信號類型取決于控制板上的跳線。

5 Permi在線透氣度儀測量中常見故障和維護

在恒豐紙業(yè)不同生產(chǎn)線機臺應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，安裝在生產(chǎn)高透紙機臺上透氣度測量穩(wěn)定性非常好，但是在透氣度品種更換時測量值會與實際值出現(xiàn)不同測量差值。安裝在卷煙紙機臺上的在線透氣度設(shè)備，不但測量值與不同透氣度品種實際值存在偏差，更重要的是因為卷煙紙CaCO3含量大，造成在線透氣度檢測不準或根本就不能檢測的故障現(xiàn)象［1-2］。

5.1 常見故障現(xiàn)象

在恒豐紙業(yè)16#紙機卷煙紙的生產(chǎn)中，造成透氣度檢測不準或根本不能檢測的主要原因有:

(1)根據(jù)透氣度測量原理，易將卷煙紙上的Ca-CO3吸入到在線透氣度儀設(shè)備中，導致測量值偏低。

(2)透氣度儀測量原件“流量計”工作時容易發(fā)生測量漂移或損壞。

(3)透氣度儀測量回路壓力調(diào)節(jié)比例閥，調(diào)節(jié)速度過慢或損壞。

(4)透氣度儀測量回路和密封回路的過濾器密封常常發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

(5)透氣度儀測量回路和密封回路的管路接頭存在漏氣現(xiàn)象，而且測量管顏色太深，看不到里面的狀況，致使不容易判斷測量故障。

(6)生產(chǎn)不同透氣度卷煙紙時，測量值與實際值存在偏差。

5.2 維護經(jīng)驗

根據(jù)上述故障現(xiàn)象，分析總結(jié)可能發(fā)生故障的任何設(shè)備環(huán)節(jié)，并多次在現(xiàn)場結(jié)合實際情況進行測試。最終把透氣度儀測量故障真正原因一一排除，同時制定相關(guān)維護方案。故障排除的具體方法:

(1)保證盡可能減少CaCO3進入測量系統(tǒng)中，在不影響測量精度情況下，將清洗次數(shù)由廠家設(shè)置每5 min清洗1次改到每3 min清洗1次，清洗時間由200 s改成300 s。通過增加清洗頻次來減少CaCO3進入測量系統(tǒng)現(xiàn)象。

(2)流量計因結(jié)構(gòu)特點，電極和過濾網(wǎng)上容易粘上 CaCO3。所以明確了流量計更換方法和清洗方法。

(3)壓力調(diào)節(jié)比例閥是調(diào)節(jié)負壓真空氣體調(diào)節(jié)閥，在使用過程中壓縮空氣里不能含油或含水，所以必須保證壓縮空氣干凈。

(4)密封和測量回路過濾器由于CaCO3較多，且都是在負壓真空狀態(tài)，經(jīng)常因每次清洗安裝造成密封不好，有時還發(fā)生虛假測量現(xiàn)象，所以須規(guī)定清洗周期和安裝方法。

(5)密封和測量回路的管路出廠時都是Φ 6 mm和Φ 8 mm藍色費斯托氣源管，且氣源管接頭是快插式的。由于藍色氣源管不容易發(fā)現(xiàn)管路發(fā)生堵塞的位置，所以更換成無色氣源管。并將快插式接頭更換成卡扣式接頭，以杜絕管路在負壓真空狀態(tài)時發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

［1］JIA Shen-wu.Application of Self-made Online Permeability Tester in the Production of Cigarette Paper［J］.China Pulp ＆ Paper，2012，31(8):70.

賈申武.自制在線透氣度儀在卷煙紙生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.中國造紙，2012，31(8):70.

［2］HUANG Cai-hua，ZHOU Jia-jun.Online Venting Application Degree Detector in High Speed Paper Machine［J］.Chinn Pulp ＆ Paper，2003，22(6):35.

黃才華，周家俊.在線透氣度檢測儀在高速紙機中的應(yīng)用［J］.中國造紙，2003，22(6):35. CPP