造纸过程中排出的白水中含有纤维、填料等物质,直接排放不仅会造成纤维和水资源的浪费、增加生产成本,还会污染水资源、破坏环境。多圆盘过滤机作为白水回收设备,因具有结构紧凑、占地面积少、无需添加化学品、不会对水造成“二次污染”、维护方便等优点,近年来得到广泛应用。然而,国产多圆盘过滤机存在白水回收效率低、自动化程度低等缺点,制约其推广应用。本文在陕西省科技统筹创新工程计划项目(2016KTCQ01-35)的支持下,以河北保定某造纸厂多圆盘过滤机集散控制系统项目为依托,围绕多圆盘过滤机白水回收机理及控制系统开展应用技术研究,剖析了过滤机白水回收效率的影响因素,设计了白水回收系统的控制方案,收到了良好应用效果。论文主要工作可总结为如下四个方面:(1)多圆盘过滤机白水回收效率影响因素分析在分析多圆盘过滤机机械结构、工作原理的基础上,结合白水回收工艺,选定滤液水质和单位时间内白水回收能力作为过滤机白水回收效率的评价指标,应用控制变量法分析白水混合物浓度、过滤机槽体液位、垫层浆打浆度、安装高度、主轴转速、分配阀角度、滤网目数等参数对白水回收效率的影响,最终确定白水混合物浓度、过滤机槽体液位为过滤机白水回收效率的主要影响因素。(2)多圆盘过滤机白水回收效率影响因素的数值模拟以计算流体动力学为理论依据、ANSYS Fluent为软件平台进行影响因素数值模拟。采用球型纤维模型表征白水中纤维,采用多孔介质模型表征滤盘表面滤饼,设定相应初始条件后进行数值模拟。仿真结果表明,白水混合物浓度影响白水回收滤液水质,槽体液位影响过滤机单位时间内白水回收能力。(3)多圆盘过滤机控制方案设计根据过滤机白水回收工艺及白水回收效率影响因素,制定过滤机白水回收系统控制方案。针对白水混合物浓度低、难以检测的问题,采用流量比值控制策略调节白水混合物浓度;为提高过滤机槽体液位控制精度,提出模糊自整定粒子群优化算法用于控制器PID参数整定。同时,设计了过滤机附属设备的控制方法以及全部设备的启停顺序、连锁逻辑,提高了过滤机白水回收系统自动化水平。(4)基于PCS 7开发平台的多圆盘过滤机控制系统实现以SIEMENS S7-400 PLC为控制硬件、PCS 7作为软件开发平台,完成控制系统的网络架构设计、硬件选型、测控点统计、控制系统模块配置、控制程序编写、人机界面绘制以及高级优化算法实现等工作,目前该系统已应用于多圆盘过滤机白水回收系统生产实践。本文所设计的多圆盘过滤机控制系统已在河北保定某造纸厂多圆盘过滤机上运行。运行结果表明,槽体液位控制范围由84%~94%提升至86%~90%,液位控制精度从6.82%提升至2.27%;白水回收量从450m~3/h提升至540m~3/h,过滤机单位时间内白水回收能力提升20%,节约纤维和水的同时有效降低水体污染,经济效益和环保价值显著。