CA1115573A - Commande du fonctionnement de la caisse de tete d'une machine a papier - Google Patents

Abstract

L,invention concerne la commande du fonctionnement de la caisse de tête d'une machine à papier. Elle se caractérise en ce que capteurs de mesure de paramètres et actionneurs sont reliés fonctionnellement par un organe de commande centralisée multivariable de manière telle que l'action d'un capteur ne se répercute que sur le paramètre qu'il mesure, les autres actions secondaires étant neutralisées. L'invention s'applique à toutes les caisses de tête où l'on doit commander avec précision la vitesse du jet, la concentration et la débit matière.

Description

~ ;S73 - .
" . -- 1 --MACHINE A PAPIER
L'invention concerne la commande du fonctionnement d'une caisse de tête de machine ~ papier.
On entend par caisse de tête le dispositif qui assure 5 la projection d'une pâte à papier sur une toile ou entre des toiles, en tête d'une machine à papier, que ce dispositif se presente eEfectivement sous l'aspect d'une caisse ou qu'il revête toute autre forme, comme par exemple celle d'une plu-ralite de canaux : caisse dite "multicanaux".
Les paramètres tels que la vitesse du jet de pâte a la sortie de la caisse de tête, la concentration de la pâte et le debit matière sont determinants pou~ les proprietes du pa-pier obtenu finalement. Aussi, s'est-on efforce de realiser des reglages automatiques de ces paramètres.
On a ainsi prevu, dans les caisses de tête à coussin ~'air par exemple, une première regulation du niveau de la pâte diluée dans la caisse et de la vitesse du jet et une deuxième regulation qui a pour objet de maintenir constant soit un rapport, soit une difference entre la vitesse du jet 20 de pâte et la vitesse de defilement de la toile de la machi-ne à papier. C'est le cas par exemple de llinstallation de-crite dans le brevet des Etats-Unis d'Amerique n~ 3 661 701.
Cette première regulation peut comporter le pilotage d'une vanne d'admission de l'air dans la caisse pcr un regu-25 lateur qui reçoit comme informations d'entree une irforma-tion de consigne de niveau et une information de mesure de niveau fournie par un capteur de niveau, et le pilotage de la pompe d'alimentation 2e la caisse en pâte diluee par un regulateur qui reçoit comme infomations d'entree une infor-30 matior de consigne de vitesse de jet e~ une infcrmation demesure de vitesse de jet donnee, après transformation du si-gnal, par un capteur de la pression totale existant dans la caisse.
On a,en outre, propose, du fait que les effets de ces 35 deux pilotages ne sont pas independants l'un de l'autre, d'effectuer un découplage en faisant agir le sigr.al de com-mande de chaque régulateur egalement sur l'autre régulateur 5~73 afin d'obtenir urle compensation de l'effet exercé par le premier régulateur sur la grandeur dont la mesure doit co~-mander l'autre régulateur~
La deuxième régulation nlaintient un rapport constant 5 entre la vitesse de la toile et la vitesse du jet de pâte.
On capte une information de vitesse de toile et une in~orma-tion de vitesse de jet, on fait le rapport de ces deux in-formations et ce rapport est envoye, en même temp~ qu'un si-gnal de consigne, sur un regulateur qui agit sur l'un des 10 actionneurs : celui relatif à l'admission dlair ou celui re-latif à la pompe d'alimentation, soit directement r soit in-directement en determinant la consigne d'un autre regula-teur qui est alors le regulateur de niveau ou le regulateur de vitesse de jet dont on a parle plus haut.
La deuxième regulation peut, de la même manière, main-tenir constante, non plus le rapport entre la vitesse de toile et la vitesse du jet, mais la difference entre ces deux grandeurs.
Une troisième régulation est affectée au grammage et à
20 l'humidite ; elle comporte deux capteurs de mesure généra-lement combinés dans la même tête, places en aval de la se-cherie qui fait suite à la caisse de tête~ à la partie hu-mide et à la section des presses de la machine à papier e~.
deux régulateurs recevant en entrée une consigne de gramma-25 ge et une consigne d'humidité et les signaux de mesure four-nis par ces capteurs et envoyant deux signaux de commande d'une part sur une vanne d'alimentation en pâte épaisse pla-cée en amont de la pompe d'alimentation ou eventuellement sur le point de consigne d'une régulation locale de ce dé-30 bit de pâte et d'autre part soit sur au moins une vanne va-peur ou eventuellement le point de cons;gne des regulations de pression, soit sur l'organe de reglage de la vitesse de la machine.
On trouve souvent aussi une correction anticipatrice de 35 variation de la concentration de la pâte epaisse, qui modi-fie le débit de pâte en fonction de cette concentration.
eette ccrrection est couramment désignée par "reg~lation de 1~ 3 debit de pâte sèche".
On a réalise d'autres commandes monol~ar~ab]es agissant chacune sur un paramètre déterminé. Dans le brevet des Etats Unis d'Amérique 3 703 436, l'une de ces commandes est relative à l'ouverture de lèvre et, tout en faisant inter-5 venir un calculateur, cette commande n'agit que sur l'ac-tionneur de lèvre.
Dans l'article "Computer Control of paper-making plant"
par A.W. Sidebottom, Proc. IEE Vol 116, n~ 10 d'Octobre 1969, pages 1755 à 1758, une installation de machine à pa-10 Pier utilise un calculateur qui agit en divers points de laligne de fabrication, mais toujours selon un s~stème classi-que de commande monovariable.
Dans l'article "Control of a paper machine using an analogue computer" de Sharp et Farmer, paru dans "Instrument 15 practice" de Janvier 1970, volume 24, n~ 1 pages 31 à 34, edite par Industrial Trade Press, Londres, un système fonc-tionne en boucle fermee avec un calculateur, mais il n'en reste pas moins un système classique de regulation du gram-mage et de l'humidité, agissant sur les actionneurs confor-20 mement aux consignes données par le conducteur de la machi- ~
ne.
Dans l'article "Paper Machine Regulatory coordinated control system" de Product Licensing Index, n~ 73 de Mai 1970, pages 12 à 15, edité par Industrial Opportunities, HA-25 VANT (Grande-Bretagne), on prevoit un decouplage de deux pi-lotages, mais le système decrit reste un systeme de comman-de monovariable.
Ces systemes connus de regulation comportent de serieux inconvenients Par exemple, la régulation du grammage prend 30 en compte une information prelevée à l'aval de la machine, alors qu'elle agit en tete de la machine, par éxemple sur la vanne de pa~e. Il y a donc un temps de "réaction" relati-vement long, qui est d'autant plus genant que les mesures ne sont pas disponibles à tout instant. Aussi, n'est-il pas pos-35 sible de corriger des variat~ons rapides de grammage se pro-duisant par exemple dans des périodes inferieures à la ~S~73 minute.
Une autre difficulté tient au fait que l'on est en pr~sence d'un procédé comportant des couplages trés importants entre les différents paramétres. En particulier, la régula-tion hydraulique peut provoguer une détérioration du débit matiére.
Or, sil l'on peut, par un découplage de deux gran-deurs, tal gue par exemple celui cmetionné plus haut des boucles de régulation du niveau et de la vitesse du jet, éviter des phénoménes d'instbilité de ces deux grandeurs, on ne peut par contre pas envisager d'étendre ce systéme à plus de deux variables sous peine d'avoir à mettre en place un équipe-ment d'une taille et d'une comlexité rédhibitoires.
L'invention repose sur une conception de régulation totalement différente.
L'invention propose ainsi dans un système de commande d'une caisse de téte de machine à papier comportant des cap-teurs de mesure des paramétres du processus et des action neurs des organes du processus, de relier fonctionnellement au moins la plupart des capteurs 3 un nombre au moins égal d'actionneurs par l'intermédiaire d'in organe de commande centralisé multivariable qui permet de commander chaque ac-tionneur par la prise en compte et le traitement de l'infor mation de mesure d'un capteur ou de plusieurs capteurs et de faire agir l'information de mesure de chacun des capteurs reliés fonctionnellement aux actionneurs sur un ou plusieurs actionneurs de manière à obtenir une action résultante dans laquelle, seul, le paramétre mesuré par ce capteur soit in fluencé, tandis que les réperfussions secondaires sur les autres paramétres sont neutralisées.
L'invention donc concerne systéme de commande d'une B
, caisse de téte de machine 3 papler comprenant: des capteurs pour mesurer des paramétres du procédé aux que les pertu-bations influançant la machine, au moins trois actionneurs correspondants aux entrées sur le procédé, un systéme de commande multivariable recevant les signaux de sorties des cap-teurs, ce syst~me de commande COmpOltant deus modéles internes paralléles du procédé connectés aux entrées du procédeé, à
savoir les actionneurs et les perturbations mesurables, et -fornissant des signaux représentant les interréactions entre les variables de sorites du procédé lorsque la position des actionneurs est modifiée; ledit systéme de commande comportant en outre: un moléle de référence régulation fournissant des signaux pour éliminer les pertubations; et un modéle de ré-féerence asservissement recevant les points de consigne et fornissant des signaux représentant les variables de sorties désirées du proc~dé; ce systéme de commande fournissant des signaux de commande aux actionneurs compte tenu des signaux des aapteurs et des sortie en réponse soit à une perturbation, soit à une variation d'un point de consigne, soit les duex, en modifiant les actionneurs, de telle sort que l'effet sur les autres variables de sortie soit faibl-e.
Suivant une autre caractéristique importante, l'in-vention permet use intervention rapide prenant en compte l'in-formation sur le débi.t matiére au niveau de la caisse de téte, an éliminant les influences pertubatrices habituelles dues aux grnadeurs hydrauliques du procédé.
Cette information puet étre calculée à partir d'une mesure de la concentration dans la caisse de téte, ~ 4a -~ .

me~ure qui peut être fournie par un capteur de concentra-tion continu classique, le rôle de pilote joué par le cap-teur de grammage à intervention plus tardive permettant de compenser les erreurs inhérentes à de tels appareils.
S On remarquera à cet egard que dans aucun des documents cit~s precedemment il n'est prevu de mesurer le debit ma-tière à la sortie de la caisse de tête, ni la concentration de la pâte dans la caisse de tête.
Par ailleurs, s'i~ existe dejà sur la machine conside-10 ree au moins une regulat~on locale monovariable, on peut avantageusement faire entrer dans l'organe de commande cen-tralisee multivariable, en tant que perturbation mesurable, une information de mesure du paramètre concerne par cette regulation locale monovariable.
Il est avantageux egalement de faire entrer dans l'or-gane de commande centralisee, en tant que pertuxbation me-surable, une information sur la concentration de pâte épaisseO
On peut ainsi, par mesure de securite, maintenir, à
20 côte de l'organe de commande centralisee multivariable,des r~gulations locales monovariables qui n'interviennent pas en fonctionnement normal, mais que l'on met en service par une co~mutation en cas de defaillance de l'organe de com-mande centralisee.
On peut aussi prevoir que ces regulations locales mono-variables fonctionnent en permanence, l'organe de commande centra'isee agissant sur la consigne de ces regulateurs lo-cales.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention 30 ressortiront d'exemples de realisation qui vont etre decrits à l'aide des dessins joints dans lequels :
- la figure 1 represente l'ensemble d'une caisse de tê-te de machine à papier ;
- la figure 2 represente sous forme synoptique le sys-35 tème de commande selon l'invention ;
- la figure 3 repr~sente un exemple de système de com-mande multivariable où l'on a separe les divers signaux ;
1~5S~;~

- la figure 4 represente un exemple d'organe de com-mande centralisée multivariable utilise dans ce système de commande ;
- la figure 5 represente un autre exemple d'organe de 5 commande centralisée multivariable ;
~ la figure 6 represente un système de commande multi-variable avec reglage du grammage ;
- la figure 7 represente un système de commarde mult.i-variable avec réglage de la vitesse de jet par rapport ~ la 10 vitesse de toile ;
- les flgures 8 et 9 montrent des fluctuations enregis-trees respectivement dans le cas d'une commande classique et dans le cas de la commande selon l'invention ;
- la figure 10 représente un système de col~mande multi-15 variable dans le cas où l'ouverture de lèvres n'e_~ pas ré-glée automatiquement ;
- la figure 11 represente un systemc de commande multi-variable dans le cas où le niveau dans la caisse est main-tenu par une boucle de regulation monovariable ;
- la figure 12 represente un système de commande multi-variable dans le cas d'une caisse à reverse ;
- et les figures 13 et 14 representent un système de commande combine avec des commandesmonovariables.
Sur la figure 1, on a representé très schematiquement 25 l'ensemble d'une caisse de tête classique, dans lequel de la pâte arrive par un conduit 1, muni d'une vanne de pâte 2, et se trouve entralnee, après dilution, ~ar une pompe d'ali-mentation 3 dans un conduit 4 de liaison avec un epurateur 5 relie par un conduit 6 à une caisse de tête 7 d'où la pâ-30 te diluee sort en 8 par un jet qui la projette sur une toi-le 9 à bande sans fin entraînee à grande vitesse et sous la-quelle une fosse 10 recupère l'eau d'egouttage, cette partie humide etant suivie d'une section de presses et d'une sèche-rie non representees sur cette figure. Un coussin d'air 11 35 est forme dans la caisse de tête 7 par de l'air envoye par une pompe soufflante 12 dans un conduit 13 muni d'une vanne d'air 14. Un conduit de recyclage 15 muni d'une vanne de re-55~3 c~clage 16 estmont~ en parallèle avec la pompe d'alimenta~tlon 3.
Quatre actionneurs sont prévus pour effectuer des ré-ylages : un actionneur Ul qui règle la vanne de pâte 2 ; un 5 actionneur U2 qui règle la vitesse de rotation de la pompe d'alimentation et/ou la vanne de recyclage 16 (que l'on ap-pellera simplement actionneur de pompe) ; un actionneur U3 qui règle la vitesse de la pompe soufflante 12 et/ou la van-ne d'ai-r 14 (que l'on appellera simplement actionneur de 10 vanne d'air) ; et un actionneur U~ qui règle l'ouverture d'une lèv-e 17 placée sur la sortie 8.
Les régulations classiques consistent en ce que l'on dispose plusieurs boucles.de régulation monovariable, dont chacune comporte l'un de ces actionneurs et un capteur de 15 mesure : par exemple, une boucle comprend un capteu-~ de ni-veau de pâte dans la caisse de tête 7 et un régulateur agis-sant sur la vanne d'air 14, une autre boucle comprend un un capteur de pression totale dans la caisse de tête 7 et un régulateur agissant sur la vitesse du moteur de la pompe 20 d'alimentation 3, et une autre boucle encore comprend un capteur de grammage disposé à la sortie de la sècherie non représentée et un régulateur agissant sur la vanne de pâte

2.
C~ntra.irement à cela, -selon l'invention, on dispose, 25 comme le représente la figure 2, un organe de commande cen-tralisée multivariable 18 qui reçoit au moins la plupart des des in~ormations de mesure de paramètres données par les capteurs, informations schématisées par le vecteur de sor-tie Y ainsi que toutes les informations de consigne corres-30 pondantes schématisées par le vecteur de consigne Z et quienvoie des ordres multiples, schématisés par le vecteur U, a des actionneurs du procedé 19 qui est constitué par la caisse de tête et ses éléments annexes. On a prévu en outre l'entrée dans l'organe 18 de perturbations mesurables sché-35 matisées par le vecteur P. Ces perturbations concernent desparamètres agissant sur les sorties Y, mais que l'on peut mesurer. L'invention permet de compenser ces perturbations lS5~43 de maniere anticipative, avant que leur effet ne soit re~u sur les sorties Y.
Sur la figure 3, on a précisé un exemple de composan-~ tes des vecteurs Y, Z et U. Le vecteur Y comprend une in-5 formation 20 de niveau de pâte diluée dans la caisse de tê-te, donnée par un capteur 20', une information 21 de concen-tration de pâte diluée dans la caisse de tête donnée par un capteur 21', une information 22 de pression totale dans la caisse de tête (ou vitesse de jet), donnée par un capteur 10 22' et une information 23 d'ouverture de la lèvre 17 donnée par un capteur 23'. Le vecteur Z comprend une consigne 24 de niveau dans la caisse de tête, une consigne 25 de concen-tration qui est modifiée selon la qualité de la formation de la feuille (épair) et la rapidité d'egouttage sur la toi-15 le (position de la ligne d'eau), une consigne 26.de-vitesse de jet qui est modifiée lors de l'optimisation de la fabri-cation et lors d'un changement de fabrication, et une con-signe 27 de débit matière au niveau de la lèvre qui est mo-difiée lors de la régulation du grammage et lors d'un chan-20 gement de fabrication. Le vecteur U comprend un ordre 28 decommande de l'actionneur de vanne d'air 14/ un ordre 29 de commande de l'actionneur de vanne de pâte 2, un ordre 30 de commande de l'actionneur de pompe 3 et un ordre 31 de com-mande de l'actionneur d'ouverture de la lèvre 17. On a li-25 mite ici le vecteur P à une seule composante 32 qui est uneinformation sur la concentration de pate epaisse. Cette in-form~.tion 32 qui agit comme perturbation mesurable peut être introduite dans tous les schemas suivants/ o~ l'on ne l'a pas toujours fait figurer pour des raisons de simplification.
30 Il va de soi qulon peut également faixe agir comme pertur-bation mesurable toute autre composante pouvant être mesurée et agissant sur les sorties.
Dans ce s~stème, l'information de mesure donnée par un capteur peut agir, non plus comme dans les systèmes classi-35 ques, simplement sur un actionneur correspondant ou éventuel-lement sur deu~ actionneurs, mais sur tous les actionneurs dont l'intervention est nécessaire, et de la manière voulue, S~73 pour que, seule, la granaeur mesuree par ce capteur soit in-fluencee.
On etablit a cette fin uri modèle du procede 19 en fonc-tion des performances que l'on desire plus particulièrement 5 obtenir. Dans les essais effectués, on a realise notam-ment des modèles sous forme de variables d'etat discrètes.
Sur la figure 4, on voit un exemple de système de re-gulation selon l'invention. ~n modèle d'actions 33 (par exemple : vanne de pâte, vitesse de pompe, vanne d'air, ou-10 verture de lèvre) est place en parallèle avec le procede 19et il re~oit les mêmes signaux U (k) que celui-ci. Ce modè-le d'actions 33 est defini par les relations classiques sui-vantes entre l'entrée U (k), les états X et les sorties Y :
X (k + 1) = A. X(k) + B. U(k) Y (k + 1) = C. X(]c) où A est une matrice carree de dimensions n.n,et B et C sont des matrices dont la dimension depend du nombre d'entrees et de sorties. Les matrices A, ~, C peuvent être obtenues directement par identification à partir de donnees d'entrée 20 et de sortie du procede ou à partir de resultats de modèles mathematiques de cGnnaiSSance tels que par exemple ceux don-nes dans l'article de P.A.~. T~LVIO : "A study of paper ma-chr,~ne headbox control system with linear transfer ~unctions'~
Congrès IFAC Londres 1966 - Session 22 - Paper 22-A et dans 25 la thèse de A. BARRAUD : 7'Realisation minimale et Approxi-mation Gptima]e de s~stèmes dynamiques lineaires invariants"
(Thèse de Docteur es Sciences - Janvier 1978 - Laboratoires D'Automatique ENSM Nantes - France).
Un modèle de perturbations mesurees 34 re~oit les mê-30 mes perturbatior~.s mesurees Uptk) que le procéde 19 (parexemple : signal de concentration de pâte epaisse et even-tuellement une grandeur mesuree utilisee dans une commande monovariable) Ce modèle, represente egalement en variables d'etat discrètes, est du même type que le modèle d'action 35 et il peut être obtenu de la même manière.
Les signaux de sortie Y(k) et Yp(k) respectivement du modèle d'action 33 et du modèle de perturbations 34 sont additionnees dans un additionneur 35 et le résultat de cette addition est compare aux signaux de sortie Ys (k) du proce-de (par exemple : niveau, con~entration de pate dlluee, vi- -tesse de jet calculée à partir de la pression totale ou me-5 surée airectement, et débit matière calculé ~ partir de la vitesse de ~et, de la concentration et de l'ouverture de la lèvre) dans un comparateur 36 dont la sortie constitue les signaux d'erreur E(k). Ces signaux E(k) sont transmis à un modèle de référence de rfigulation 37 dont la sortie est 10 transmise à un additionneur 38. Cet additionneur 38 reçoit aussi la sortie d'un modèlè de reference d'asservissement 39 recevant en entree les consignes Z(k);l'additionneur 38 reçoit aussi la sortie Yp(~) du modèle de perturbations me-surées 34. Les modèles de reférence de régulation 37 et 15 d'asservissement 39 sont choisis de telle sorte que le sys-tème soit découplé. Si l'on choisit une représentation en variables d'etat, les matrices A, ~ et C sont diagonales.
La sortie Yd(K) de l'additionneur 3~ est envoyee dans un additionneur 40, (qui donne U(K) en sortie) par l'inter-20 mediaire d'une matrice KYd 41 et d'un additionneur 42 rece-vant, pour stabiliser le systeme, la sortie U(k) de l'addi-tionneur 40, par l'intermediaire d'un dispositif 43 à retard ~T et d'une matrice KUl 44. L'additionneur 40 reçoit la sortie X~k) d'un additionneur 45 qui re~oit la sortie d'un 25 modèle d'action 33 apres passage dans une matrice KX 46. En outre, les signaux d'erreur E(k) sont utilises pour produire un action anticipatrice, d'une part en etant transmis par une matrice KE 47 à l'additionneur 45 et d'autre part, en entrant dans le modèle d'actions 33 par l'intermediaire 30 d'une matrice KES 48.
Dans les exemnles cités, le calcul des matrices KX, KYd, KUl, KE, KES, repose sur la théorie de la commande optimale par minimisation d'un critère quadratique sur un horizon fu-yan~.
La figure 5 représente une autre xealisation du systè-me de régulation dans laquelle on retrouve la plupart des organes de la figure 4, sauf que l'on en a remplacé certains S5~3 par un bloc de calcul ~9 qui reçoit d~une part en 50 des in-formations sur les contraintes telles que les variations li-mites des actionneurs et des sorties, la vitesse de varia-tion de ces actionneurs et de ces sorties, et d'autre part 5 les sorties Yd(k) de l'additionneur 38, U (k-l) du disposi-tif à retard ~3 et X(k) du modèle d'actions 33, et qui four-nit les signaux de commande U(k). Dans le cas où ]e systè-me n'est pas sous contrainte, ce bloc réalise les fonctions représentées par la figure 4, c'est-à-dire les produits des 10 matrices 41~44r 46-47 et les additions des additionneurs 40,42, 45.
Dans le cas o~ le systame est sous contrainte,-llopti-misation du critère quadratique est obtenue par l'utilisa-tion de méthodes de progra~mation non linéaires telles que 15 la méthode de rela~ation, la méthode du gradient modifié ou la méthode de Frank et ~ol~.
Le systè~e objet de l'invention tel qu'on vient de le décrire permet de prendre en compte globale~lent par exemple quatre entrées et quatre sorties du procédé et de découpler 20 les sorties de façon à pouvoir changer les quatre sorties indépendamment les unes des autres et avec la réponse souhai-tée. Ce système peut prendre en compte des grandeurs pertur-batrices mesurables au moyen de capteurs ainsi que des con-traintes sur les actions et sur les sorties, notamment des 25 contraintes d'amplitude et de vitesse de variation (par exemple la vitesse de rotation d'un moteur d'ouverture de lèvre~. i -Ce système s'intègre facilement dans les automatisa-tions existantes telles que la regulation du grammage et de 30 l'humidité, la régulation du rapport ou de la différence de - -vitesse du jet/vitesse de la toile~ l'optimisation de la production. La prise en compte de la concentration au ni-veau de la caisse de tete au moyen d'un capteur optique per-met de calculer le ~ebit matière à partir de la mesure de la 35 concentration, de l'ouverture de la l~vre et de la pression totale et, ainsi, d'avoir une image de ce que sera le gram-mage à l'aval de la machine.

, .~

On a donn~, ~ tltre d'exemple, sur la figure 6, un schéma de régu]ation du grammage. Ce schéma reprend le sys-teme de la figure 3 dans lequel la consigne de debit matiè-re 27 est fournie par un régulateur de grammage 51 qui re-5 çoit en 52 une information de mesure d'un capteur de gram-mage 53 placé à l'aval de la sècherie 54 et une information 55 de cor.si~ne de grammage. Le régulateur de grammage pilo-te ainsi la consigne de débit matière, mais la régulation du débit matière s'effectue localement avec une réponse rapi-10 de grace à l'installation d'un capteur optique de concentra-tion, appareil que l'on avait jusqu'ici estimé ne pas devoir utiliser du fait ~u'il peut subir des décalages de mesure, alors qu'on a au contraire constaté, dans les essais effec-tués selon l'invention, que ces décalages étaient sans im-15 portance parce que le pilotage par le régulateur de gramma-ge assurait automatiquement les rectifications nécessaires.
On a donné sur la figure 7 un exemple de regulation de la vitesse de jet par rapport à la vitesse de toile. On re-~rouve aussi le système de regulation de la figure 3, mais 20 on a ajoute un capteur 56 de vitesse de toile dont l'infor-mation de mesure 57 divise ou soustrait l'information 58 de vitesse de jet deduite de l'information de pression totale 22, pour donner une valeur 59 du rapport ou de la differen-ce ~ : vitesse de jet/vitesse de toile qui entre dans un 25 régul~teur ~0 recevant en 61 une information de consigne ~0 - et fournissant en 62 la consigne 26 de vitesse de jet (ou de pression totale dans ia caisse de tête)O On a reprasente pour plus de clarté sur des figures separees (figures 6 et 7) la regulation de grammage et la régulation du rapport ou 30 de la différence de vltesse de jet vitesse toile, mais il est bien évident que ces deux regulations peuvent être et seront generalement installees conjointement.
Le systeme selGn l'invention presente une grande stab--lité et il permet un excellent découplage des di~férentes 35 grandeurs de sortie du procede ainsi qu'un choix de la rapi-dité de reponse de ces grandeurs de sortie. On a fait des es-sais en modifiant la consigne de pression totale et on a ob-7~
f servé les repercussions que cela entrainait sur le niveau et la concentration dans la caisse de tête. ~e résultat ob-tenu avec deux boucles de régulatior moncvariables est re-présenté sur la figure 8, où l'on a tracé en 63 la varia-5 tion de la pression totale, en 64 la variation du niveau et en 65 la variation de la concentration, en fonction du temps, le vecteur 66 indiquant une durée d'une minute. Le resultat obtenu avec le système multivariable de l'inven-tion est représenté sur la figure 9 où l'on a tracé en 67 la >
10 variation de la pression totale, en 68 la variation de n"-veau et en 69 la variation de la concentration. On peut ain-si apprécier l'interaction sur le niveau et surtout sur la concentration dans la régulation classique, tandis qu'en appliquant l'invention, on a réalisé un découplage parfait 15 des grandeurs de sortie du procédé.
On va maintenant donner diverses variantes de réalisa-- tion du système de commande multivariable selon l'invention.
On a dejà vu que l'on pouvait introduire dans l'organe de commande 18 une information 32 de concen~ration de pâte 20 epaisse, information fournie par un capteur de concentra-tion place sur le bac d'alimentation en pate epaisse. On obtient ainsi une action anticipatrice.
Dans certaines machines à papier, l'ouverture de lèvre n'est pas effectuee par moteur ou bien on ne peut pas agir 25 en permanence sur l'ouverture de lèvres (pour des raisons de tenue mecanique par exemple). Dans ce cas, on ne peut pas considérer l'ouverture de lèvre comme un actionneur et on a un procede à trois entrees ~ vanne de pate,vanne d'air et vi-tesse de pompe et a trois sorties : niveau, vitesse de jet 30 (pression totale), debit matière. On introduit trois CQnSi~
gnes : niveau 24, vitesse de jet 26 et debit matière 27. L'or-gane de commande centralisee multivariable 18 prend en comp-te en 70 un signal de mesure de l'ouverture de lèvre, comme le représente la figure 10 pour eliminer son interaction sur 35 les sorties niveau, vitesse de jet, debit matière.
Un schema comportant, comme celui de la figure 10, un procedé a trois entrées et trois sorties peut être utilise dans le cas de caisses de tête purement hydrauliques, c'est-~S57~ , ~, ~

à-dire sans coussin d'air, la vanne d'air et la mesure du niveau etant supprimees.
Avec des caisses de tete purement hydrauliques, on sait que l'on peut ajouter, pour amortir les pulsations 5 d~ns le circuit hydraulique qui alimente une caisse, un amortisseur d'air qui comprend une alimentation par une van-ne d'air. On peut alors avoir le meme schema de commande multivariable que dans le cas d'une caisse de tête à cous-sin d'air, le niveau et la vanne d!air de l'amortisseur 10 etant subs~itues ~ ceux de la caisse de tête.
Si l'on a realisé la régulation d'une grandeur de sor-tie indépendamment de l'organe de commande centralisée mul-tivariable, par exemple par une regulation monovariakle ou par un moyen mecanique quelconq~e, le système de commande 15 multivariable peut prendre en compte la variation de cette grandeur de sortie en perturbation mesurable. On va, à ti-tre d'exemples, donner deux schemas d'un tel système dans le cas où le niveau dans la caisse de tête est commande in-dependamment de l'organe centralise de commande multivaria-20 ble.
Dans le cas de la figure 11, une regulation analogiquedu niveau dans la caisse de tête 7 a ete installee au moyen d'un capteur de niveau 71, dont la sortie 72 est comparee dans un regulateur 73 à une ccnsigne 74, pour commander la 25 vanne d'air 14. La sortie 72 du capteur 71 est alors envo-yee comme perturbation mesurable 75 à 1'organe de commande centralisee multivariable 18.
Dans le cas d'une caisse de tête avec reverse, on peut tout d'abord utiliser la vanne d'air comme actionneur, ce 30 qui per~et d'améliorer la précision du niveau ; on retrouve alors le système de commande multivariable pour un procede à quatre grandeurs d'entree et quatre grandeurs de sortie que l'on a vu plus haut. On peut aussi introduire l'infor-mation de niveau mesuree dans l'organe de commande centra-35 lisee multivariable,en perturbation mesurable, comme onvient de le voir. De plus, on peut considerer le niveau dans la reverse comme une cinquième grandeur de sortie et la van-;7;~ , ne de debit de reverse comme un cinquième actionneur. La fi-gure 12 représente cette dernière solution où l'organe de commande 18 reçoit les informations 20 de niveau dans la caisse de tête, 21 de concentration, 22 de pression totale S et 23 d'ouverture de lèvre, ainsi que de niveau dans la re-verse 76. Outre les consignes : 24 de niveau dans la cais-se, 25 de concentration, 26 de vitesse de jet et 27 de dé-bit matière, il entre une consigne 77 de niveau dans la re- -verse. Les ordres de commande comprennent,-outre les ordres 10 28 à 31 relatifs respectivement à la vanne d'air, à la van-ne de pate, à la pompe et à l'ouverture de la lèvre, une commande 78 actionnant la vanne de debit de reverse 79.
Dans certains types de caisses de tête à coussin d'air ou de caisse purement hydraulique avec amortisseur d'air, -15 le niveau est maintenu par debordement dans un trou (dit trou de Hornbostel) dont la forme et les dimensions sont telles que l~on obtienne une regulation automatique du ni-veau. On peut alors notamment adopter l'une des trois solu-tions suivantes. On peut tout d'abord ne pas mesurer le ni-20 veau dans la caisse et se contenter de prendre en comptetrois grandeurs d'entree et trois grandeurs de sortie du procede. Une deuxième solution consiste à ameliorer cette première solution en prenant en compte la variation de ni-veau comme perturbation mesurable dans l'organe de comman-25 de centralisee multivariable. Une troisieme solution consis- -te à superposer au trou de Hornbostel une régulation de ni- -veau incorporee dans le système de commande multivariable comme on l'a vu plus haut et agissant sur la vanne d'air pour améliorer la precision sur le niveau, et supprimer l'in-30 teract.on niveau-pression totale.
On voit que l'on dispose avec l'invention d'un système très souple, susceptible de s'adapter aux exigences spécifi-ques de l'exploitation.
Pour des raisons de securité de fonctionnement de l'in~
35 tallation en cas de défaillance du système de commande mul-tivariable, on peut être amene à conserver des boucles de regulation monovariables au moins pcur ]es grandeurs hydrau-liques : niveau et pressic,n tctale. On peut alors, dans une première solution, que représente la figure 13 où l'on re-trouve un organe de commande centralisée multivariable 18 tel que celui de la figure 3, considérer ces boucles de ré-5 ~ulation (capteur de niveau 20', régulateur 80, vanne d'air14 et capteur de pression 2~', regulateur 81, pompe 3) com-me des boucles de secours que l'on met en service lorsqu' u~e défaillance de l~organe de commande centralisée multi-variable est mise en ~vidence, par exemple par un "chien 10 de g~rde". Il suffit de prévoir un système de commutateurs 82, 83 pour relier des actionneurs non plus comme en fonc-tionnement normal a l'organe de commande centralisée multi-variable, mais aux régulateurs correspondant des boucles de régulation monovariable.
Une deuxieme solution cons~ste a utiliser en p-ermanen-ce ces bcucles de régulation monovariable, l'organe de com-mande centralisee multivariable agissant alors non pa~ di-rectement sur les actionneurs de ces boucles, mais sur les consignes des regulateurs des boucles de régulation monova-20 riable. La figure 14 représente une telle solution. On y re-trouve un organe de commande centralisée multivariable 18 tel que celui de la figure 3 par exemple ou l'ordre de com-mande 28 n'agit plus directement SUl' la vanne d'air 14 mais sur la consigne du régulateur 80 placé dans une ~oucle de 25 régulation analogique comprenant aussi le capteur de niveau et la vanne d~air 14, et o~ l'ordre de commande 30 n'agit plus directement sur la pompe 3, mais sur la consigne du ré-gulateur 81 place dans une boucle de regulation analogique comprenant aussi le capteur de pression totale et la pompe 30 3.
De tres nombre-uses variantes peu~ent être adoptees dans la réalisation de l'invention, suivant la nature de la caisse de tete, les grandeurs mesurées, les actionneurs uti-lisé~, les performances recherchées. Il apparaîtra évident 35 aux personnes compétentes en la matière d'adapter cette com-mande multivariable aux particularités de chaque installa-tion, tout en restant dans le cadre de la présente illvention.

Claims (10)

Les réalisations de l'invention au sujet desquells un droit exclusif de propriété ou de privilége revendiqué, sont défines comme il suit.

1. Système de commande d'une caisse de téte de machine â papier comprenant: des capteurs pour mesurer des paramétres du procédé ainsi que les perturbations influançant la machine, au moins trois actionneurs correspondants aux entrées sur le procédé, un système de commande multivariable recevant les sig-naux de sorties des capteurs, ce système de commande comportant deux modéles internes paralléles du procédé connectés aux entrées du procédé, à savoir les actionneurs et les pertubations mesurables, et fournissant des signaux représentant les interréactions entre les variables de sorties du procédé lorsque la position due actionneurs est modifiée; ledit système de commande comportant en outre: un modéle de référence régulation fournissant des signaux pour éleminer les pertubations; et un modéle de référence.
asservissement recevant les points de consigne et fournissant des signaux représentant les variables de sorties désirées du procédé; ce système de commande fournissant des signaux de commnade aux actionneures compte tenu des signaux des capteurs et des sorties des modéles pour commander au moins une variable de sortie en réponse soit à une pertubation, soit à une variation d'un point de consigne,soit les deux, en modifiant les action-neurs, de telle sorte que l'effet sur les autres variables de sortie soit faible.

2. Système selon la revendication 1 où des capteurs de mesures permettent de fournir par des moyens de calcul direct le débit matiére à la caisse de téte.

3. Système selon la revendication 2, comprenant un capteur de mesure de grammage à la fin de la sécherie (localisée aprés la caisse de téte) qui posséde un régulateur de grammage connecté à ce capteur donnant au système de commande multivariable un signal qui modifie un point de consigne du débit matiére à la caisse de téte.

4, Système selon la revendication 3, comprenant un capteur d'humidité à la fin de la sécherie qui posséde des moyens de contrôl du grammage et de l'humidité et un actionneur modifiant la vitesse de la machine, donnant au système de commande multi-variable un signal modifiant le débit matiére à la caisse de téte.

5. Système selon la revendication 4, dans lequel les capteurs permettent de mesurer la pression totale dans la caisse de téte ou la vitesse du jet de la caisse de téte et la vitesse de la toile et où la différence ou le rapport entre ces signaux ext introduit dans un régulateur délevrant un point de consigne de pression total ou de vitesse du jet au système de commande multivariable.

6. Système selon la revendication 1, où les capteurs (fonctionnellement relies aux actionneurs) permettent de mesurer la concentration de la pâte dans la caisse de téte, la pression totale dans la caisse ou la vitesse du jet, l'ouverture de la lévre à la sortie de la caisse de téte et le niveau de la pâte et où les actionneurs sont une vanne d'alimentation en pâte, une pompe de mélange, une vanne d'admission d'air sur le niveau de la pâte et l'ouverture de lévre.

7. Système selon les revendication 1, 2 ou 3, où
l'une des variables de sortie est commandée indépendamment du système de contrôle multivariable et où la mesure de cette variable est introduite dans le système de commande multivariable comme une perturbation mesurable.

8. Système selon la revendication 1 où la caisse de téte est une caisse avec une reverse comprenant une vanne de débit de reverse et où les capteurs mesurant le niveau dans la reverse et où les actionneurs sont une.

9. Système selon la revendication 1, comprenant en plus du système de commande multivariable certaines boucles de régulation monovariable dont les actionneurs correspondant qui sont normalement connectés au système de commande multivariable peuvent étre connectés dans le cas d'un défaillance.

10. Système selon la revendication 1, comprenant au moins quatres desdits capteurs pour mesurer la concentration dans la caisse de téte, le niveau, la pression totate et l'ouver-ture des lévres.