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)用來監(jiān)測(cè)大型造紙廠紙漿的生產(chǎn)過程，以節(jié)約能源和降低成本。
解決方案:
         為了增加吞吐量维雇，節(jié)約能源，以及優(yōu)化生產(chǎn)過程晒他，我們利用NI LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控（DSC）模塊來處理復(fù)雜的吱型，非線性的建模過程。 
         "LabVIEW工具包使同時(shí)運(yùn)行多個(gè)模型變得更加容易仪芒，這意味著在線性能監(jiān)控功能可以變得簡(jiǎn)單直接唁影。"
         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)掂名，運(yùn)行每個(gè)造紙機(jī)至少需要消耗15兆瓦的能量据沈。節(jié)約能源對(duì)于降低我們 的運(yùn)營(yíng)成本至關(guān)重要，因此饺蔑，我們需要一個(gè)解決方案锌介，以優(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猾警。

 多元模型開發(fā)結(jié)構(gòu)

模型設(shè)計(jì)
         為了預(yù)測(cè)紙張的剛度症旭，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)選擇該模型饲残，并將該模型建立于多元 線性回歸（MLR）模型之上秉返，是因?yàn)樵摻＿^程的需求是非線性的驼值。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)。此外螺坟，對(duì)于所有紙張材料來說顷沉，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)缸秀。
         對(duì)于在線監(jiān)測(cè)功能钢囚，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，因?yàn)樵摲椒ǜm應(yīng)于操作環(huán)境的改變唯碗，如紙張材料的變化鸟氨。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軟件铐向，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)集炭，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)工具趾痘，該工具可以對(duì)不 同紙漿類型的造紙機(jī)載荷進(jìn)行仿真慢哈。這無疑給操作員和開發(fā)工程師帶來了機(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)量蔓钟。通過利用LabVIEW軟件 對(duì)改變參數(shù)后的效果進(jìn)行仿真永票，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)間和成本滥沫。
         此外侣集，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)控功能兰绣。利用LabVIEW DSC模塊世分，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)范圍之外后缀辩，報(bào)警器就會(huì)被激活臭埋，向操作員發(fā)出系統(tǒng)發(fā)生問題的提示 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臀玄。
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瓢阴。采用分值圖的方法，當(dāng)變量偏離紙漿設(shè)置點(diǎn)時(shí)盹躬，系統(tǒng)會(huì)向機(jī)器操作員發(fā)出提示信息狐兴。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)行更新恐程。 
         圖1顯示了兩個(gè)本征向量的分?jǐn)?shù)作為橫縱坐標(biāo)繪制而成的一個(gè)二維監(jiān)測(cè)分值圖伦捐。二維分值圖用于顯示兩個(gè)本征向量間的關(guān)系，可以用一個(gè)95%到99% 的Hotelling橢圓來表示皿理，其定義了生產(chǎn)過程中的正常運(yùn)行區(qū)域孟庵。這樣使得操作員很容易地識(shí)別異常值近窟。
         所有相似的數(shù)據(jù)點(diǎn)都聚集在這個(gè)二維分值圖上，各組數(shù)據(jù)點(diǎn)代表了生產(chǎn)過程中的工作點(diǎn)补蠢。這些圖可以用來顯示代表單個(gè)工作點(diǎn)的一組數(shù)據(jù)點(diǎn)寄硬，或代表多個(gè)工作 點(diǎn)的多組數(shù)據(jù)點(diǎn)。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)保持在Hotelling橢圓范圍內(nèi)敢亥，這就表明响徒，工作點(diǎn)在正常運(yùn)行區(qū)域內(nèi)。無論變量間的基本相關(guān)性是否有效梳命，過程變量中的任何 異常變化都可以用這個(gè)二維分值圖來清晰地顯示丹禀。在載荷圖的輔助下，我們可以確定問題的根源鞋怀，并排除故障双泪。

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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)密似，系統(tǒng)會(huì)清晰地向操作員發(fā)出提示信息焙矛。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)到最佳效果残腌。
         Iggesund紙板公司從LabVIEW DSC模塊建模解決方案中獲得了巨大利益村斟。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)抛猫，這對(duì)大型工廠來說蟆盹，可以節(jié)省大量的能源。事實(shí)上闺金，能源消耗降低所導(dǎo)致的節(jié)約成本估計(jì)為每年720.000英鎊逾滥。
         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败匹。碎漿所導(dǎo)致的生產(chǎn)損失為每小時(shí)12.000英鎊寨昙。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)遂冰，這樣每年節(jié)約的成本大約為360.000英鎊殉扒。
         此外，利用基于模型多元優(yōu)化的LabVIEW軟件往蚕，使我們也很容易地將方法和技術(shù)應(yīng)用于其他生產(chǎn)過程領(lǐng)域中自凛。這就為未來生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供了一條途徑，而無需使用大量的軟件開發(fā)包纱栓。
作者信息:
Matt Taylor
Iggesund Paperboard Workington Mill
英國(guó)

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