DE102005025491A1

DE102005025491A1 - Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn

Info

Publication number: DE102005025491A1
Application number: DE200510025491
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Schwarz; Niels Hardt
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung zumindest einer Eigenschaft einer Faserstoffbahn bei deren Herstellung in einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, wobei der Istwert der zumindest einen Eigenschaft nach Einflussnahme einer Störgröße von einem Sollwert abweicht, bei dem zur Beeinflussung des Istwertes der zumindest einen Eigenschaft auf Basis einer Detektion der Abweichung des Istwertes vom Sollwert zumindest ein Stellglied betätigt wird und bei dem die Detektion der Ist-Soll-Abweichung nach Einflussnahme der Störgröße eine Totzeit beansprucht, wobei das Stellglied vor Ablauf der Totzeit betätigt wird und dass die Größe der Betätigung des Stellgliedes unter Berücksichtigung eines Prozessmodells erfolgt, welches eine Beziehung zwischen der Störgröße und der Abweichung des Istwertes der zumindest einen Eigenschaft vom Sollwert aufgrund der Einflussnahme der Störgröße herstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Eigenschaften, wie dem Flächengewicht oder der Retention bei der Herstellung einer Faserstoffbahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Jegliche Art von Einflussnahme einer Störgröße wirkt sich auf die Stabilität des Papierherstellungsprozesses nachteilig aus und muss daher durch Regelsysteme aufgefangen werden, um den Herstellungsprozess stabil zu halten.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Regelsysteme arbeiten hierbei üblicherweise so, dass diese bei Abweichung des Istwertes einer Eigenschaft von einem Sollwert der Faserstoffbahn oder der aus dem Stoffauflauf austretenden Suspension eingreifen, um den Istwert wieder auf den Sollwert zu korrigieren.

Üblicherweise wird hierbei das Regelsystem aktiv, wenn es die Abweichung des Istwertes von dem Sollwert registriert hat, wobei zwischen dem Einwirken der Störgröße und der Detektion der Abweichung des Istwertes der Eigenschaft vom Sollwert, abhängig von der Position an der die Eigenschaft gemessen wird, eine kürzere oder längere Totzeit vergeht, wodurch der Zustand der Instabilität des Herstellungsprozesses oftmals so lange ist, dass es zu Bahnabrissen kommt.

Wird beispielsweise die Lippenöffnung im Stoffauflauf vergrößert, verringert sich das Flächengewicht der Faserstoffbahn. Zwar erhöht sich unmittelbar zum Zeitpunkt der Öffnung der Lippe der Massenstrom der Suspension aufgrund der Erhöhung der Durchsatzmenge, durch die sich im Anschluss einstellenden niedereren Stoffdichten fällt aber die Retention, was zu einer starken Erniedrigung des Flächengewichts führt, was einen Abriss der Faserstoffbahn zur Folge haben kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem die Problematik von Prozessinstabilitäten bei der Herstellung einer Faserstoffbahn aufgrund von Störeinflüssen weitestgehend unterbunden wird.

Die Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst.

Bei dem bekannten Verfahren zur Regelung zumindest einer Eigenschaft einer Faserstoffbahn bei deren Herstellung, ändert sich der Istwert der zumindest einen Eigenschaft nach Einflussnahme einer Störgröße gegenüber einem Sollwert. Wird eine Abweichung des Istwertes der zumindest einen Eigenschaft vom Sollwert detektiert, wird auf dieser Basis zur Beeinflussung des Istwertes der zumindest einen Eigenschaft zumindest ein Stellglied betätigt, wobei die Detektion der Ist-Soll-Abweichung nach der Einflussnahme der Störgröße eine Totzeit beansprucht.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist darüber hinaus vorgesehen, dass das Stellglied vor Ablauf der Totzeit betätigt wird und dass die Größe der Betätigung des Stellgliedes unter Berücksichtigung eines Prozessmodells erfolgt, welches eine Beziehung zwischen der Störgröße und der Abweichung des Istwerts der zumindest einen Eigenschaft vom Sollwert aufgrund der Einflussnahme der Störgröße herstellt.

Erfindungsgemäß kann aufgrund der Verwendung des Prozessmodells – zur zumindest schnellen Korrektur- nunmehr auf eine Detektion der Veränderung des Istwertes der zumindest einen Eigenschaft bei Einflussnahme einer Störgröße verzichtet werden, wodurch es möglich ist, bereits vor Ablauf der für die Detektion charakteristischen Totzeit korrigierend auf die Eigenschaft durch Betätigung eines die Eigenschaft beeinflussenden Stellglieds einzuwirken.

Dies soll nicht bedeuten, dass gemäß der Erfindung auf ein Regelsystem der zumindest einen Eigenschaft verzichtet werden soll oder muss. Das erfindungsgemäße Verfahren soll vielmehr in das bestehende Regelsystem der zumindest einen Eigenschaft dann eingreifen, wenn das Regelsystem bei Einflussnahme einer Störgröße beispielsweise aufgrund seiner Trägheit überfordert ist, den Herstellungsprozess innerhalb kürzerer Zeit wieder auf ein stabiles Niveau einzustellen. Ist dieses stabile Niveau wieder erreicht, kann dann das bekannte Regelsystem wieder übernehmen.

Die Störgröße kann sowohl kurzfristig als auch dauerhaft auf den Herstellungsprozess einwirken.

Kriterien für den Eingriff des erfindungsgemäßen Verfahrens können hierbei die Art der Störgröße und/oder die Größe der Störgröße sein, die beispielsweise aufgrund empirischer Erfahrung bekannt sind.

Das Prozessmodell ist hierbei erfindungsgemäß derart ausgelegt, dass es eine Beziehung zwischen der Störgröße und der Abweichung des Istwerts der zumindest einen Eigenschaft vom Sollwert aufgrund der Einflussnahme der Störgröße herstellt.

Somit ist es möglich, dass das Stellglied bereits bei der Einflussnahme der Störgröße betätigt werden kann, wodurch die gesamte Totzeit abgekürzt werden kann.

Handelt es sich beispielsweise um eine bewusst vom Operator beigeführte, d.h. manuell beeinflusste, Störgröße, so ist es auch möglich, dass das Stellglied bereits vor Einflussnahme der Störgröße betätigt wird, wodurch der Abweichung des Istwertes der Eigenschaft vom Sollwert bereits vor Einflussnahme der Störgröße vorweg gegriffen werden kann. Dies kann bspw. dadurch geschehen, dass die Regelung bei einem Befehl durch den Operator einen Betriebszustand der Papiermaschine zu ändern, was durch Einflussnahme einer Störgröße auf das System bewirkt wird, zeitversetzt, bevor diese Störgröße auf das System einwirkt, das die Eigenschaft beeinflussende Stellglied betätigt.

Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass das Stellglied nach Einflussnahme der Störgröße aber vor Ende der Totzeit betätigt wird.

Bezüglich dem Zeitpunkt der Betätigung des Stellglieds sei in diesem Zusammenhang anzumerken, dass der Zeitpunkt unter anderem durch die Systemverweilzeiten und die Regelstrecke des Regelsystems wie bspw. der Flächengewichtsregelung und/oder der Retentionsregelung bestimmt werden kann.

Das Flächengewicht ist mit die wichtigste und am einfachsten zu bestimmende Qualitätsangabe bei der Herstellung von Faserstoffbahnen, welche wiederum eine Vielzahl anderer Eigenschaften, wie Dicke, Festigkeit oder Steifigkeit der Faserstoffbahn mitbestimmt. Eine andere wichtige Eigenschaft beim Herstellungsprozess ist die Retention. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb vor, dass die zumindest eine Eigenschaft das Flächengewicht der Faserstoffbahn und/oder die Retention bei der Herstellung der Faserstoffbahn ist, welche durch das erfindungsgemäße Regelungsverfahren gesteuert wird.

Das Flächengewichtsregelsystem und/oder das Regelsystem zur Regelung der Retention können hierbei als unabhängiges Regelsystem, so genanntes Stand-Alone-Regelsystem, ausgebildet sein.

Vorzugsweise berücksichtigt das Prozessmodell das gemessene Flächengewicht der Faserstoffbahn, insbesondere zur Parametrisierung des Prozessmodells.

Das Flächengewicht kann hierbei im noch nassen Zustand der Faserstoffbahn und/oder im trockenen Zustand der Faserstoffbahn, d.h. im letztgenannten Fall im Bereich der Trockenpartie ermittelt werden.

Des weiteren ist es möglich, dass das Prozessmodell die Geschwindigkeit der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, insbesondere zur Parametrisierung des Prozessmodells berücksichtigt.

Die Störgröße kann aufgrund einer Änderung zumindest eines Parameters des Herstellungsprozesses hervorgerufen werden, wobei die Änderung des zumindest einen Parameters manuell oder automatisch erfolgen kann.

Ein konkreter Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei Änderung der Lippenöffnung – die Änderung der Lippenöffnung ist hier die Störgröße – im Stoffauflauf gegeben. In diesem Fall kann es bei Regelung nur durch die bekannte Flächengewichtsregelung, welche eine Änderung des Flächengewichts innerhalb einer Totzeit von ca. 40 Sekunden nach Einflussnahme der Lippenänderung detektiert und dann bei Abweichung von Ist- zu Sollwert entsprechend gegen regelt, aufgrund eines zu starken Abfalls des Flächengewichts zum Abriss der Faserstoffbahn kommen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, welches beispielsweise direkt bei Änderung der Lippenöffnung das oder die das Flächengewicht beeinflussenden Stellglieder unter Berücksichtigung des Prozessmodels betätigt, kann ein starker Abfall des Flächengewichts unterbunden werden.

Grund für die Änderung der Lippenöffnung kann beispielsweise ein Sortenwechsel in der Papiermaschine sein.

Durch das zumindest eine Stellglied kann die Menge des dem Stoffauflauf zugeführten Retentionsmittels beeinflusst werden.

Des weiteren werden dem Stoffauflauf in der Regel zwei Stoffsuspensionen zugeführt, wobei eine der Stoffsuspensionen eine höhere Stoffkonzentration (QH), diese umfasst vorzugsweise Faserstoff, als die andere Stoffsuspension, diese umfasst vorzugsweise Siebwasser, hat. Zusätzlich und/oder alternativ zur Beeinflussung des dem Stoffauflauf zugeführten Retentionsmittels kann durch ein Stellglied die Menge der dem Stoffauflauf zugeführten Stoffsuspension mit der höheren Stoffkonzentration (QH) und/oder kann durch ein weiteres Stellglied die Menge der dem Stoffauflauf zugeführten Stoffsuspension mit der geringeren Stoffkonzentration (QL) beeinflusst werden.

Um die Änderung des Flächengewichts bei Änderung der Lippenöffnung im Stoffauflauf möglichst gering zu halten ist es besonders vorteilhaft, wenn bei Änderung der Lippenöffnung das Stellglied betätigt wird, welches die Menge der dem Stoffauflauf zugeführten Stoffsuspension mit der geringerer Stoffkonzentration beeinflusst und wenn das Stellglied nicht betätigt wird, das die Menge der Stoffsuspension mit der höheren Stoffkonzentration beeinflusst, so dass im Ergebnis die Menge der Stoffsuspension mit der höheren Stoffkonzentration konstant gehalten wird.

Die Erfindung wird anhand der folgenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 den zeitlichen Verlauf des Flächengewichts bei Lippenänderung im Stoffauflauf bei einem Regelsystem nach dem Stand der Technik,
2 den zeitlichen Verlauf des Flächengewichts bei Lippenänderung im Stoffauflauf bei einem Regelsystem unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 Blockschaltbild eines Regelsystems unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt den zeitlichen Verlauf des Flächengewichts bei einer Vergrößerung der Lippenöffnung zum Zeitpunkt t₀ im Stoffauflauf einer Papiermaschine bei Verwendung eines Regelsystems nach dem Stand der Technik. Man erkennt, dass sich nach der Vergrößerung der Lippenöffnung das Flächengewicht der Papierbahn vergrößert. Da der Massenstrom aber konstant bleibt, stellt sich zeitverzögert automatisch wieder das alte Flächengewicht ein.
Die Erhöhung des Flächengewichts, d.h. die Abweichung des Istwerts des Flächengewichts vom Sollwert, wird zeitverzögert zu einem Zeitpunkt t₁ durch einen Flächengewichtssensor detektiert – die Totzeit entspricht der Differenz der Zeitpunkte t₀ und t₁. Aufgrund der Detektion eines zu hohen Flächengewichts versucht die Flächengewichtsregelung zu einem Zeitpunkt t, der nach t₁ liegt, das Flächengewicht zu verringern, indem dem Stoffauflauf weniger Stoffsuspension mit hoher Stoffdichte (QH) zugeführt wird, obwohl das Flächengeweicht zwischenzeitlich wieder einen geringeren Wert angenommen hat. Dies hat zur Folge, dass das Flächengewicht weit unter den Sollwert FG_soll fällt und das Regelsystem erst zu einem viel späteren Zeitpunkt in der Lage ist, das Flächengewicht wieder auf den Sollwert FG_soll einzustellen. Das zu niedrige Flächengewicht kann einen Bahnabriss und somit eine Produktionsunterbrechung zur Folge haben.
2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Flächengewichts bei Lippenänderung im Stoffauflauf bei einem Regelsystem unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie die Regelung der Zufuhr der Menge der Stoffsuspension mit hoher Stoffdichte (QH) zum Stoffauflauf.
Aufgrund des Prozessmodells weis das Regelungssystem, dass bei Änderung der Lippenöffnung von 1 auf 2 das Flächengewicht für einen bestimmten Zeitpunkt um einen bestimmten Wert ausgehend von FG_soll auf FG₁ ansteigt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird – hier zum Zeitpunkt der Änderung der Lippenöfffnung – das Stellglied betätigt, welches die Menge der Stoffsuspension mit hoher Stoffdichte (QH) beeinflusst, die dem Stoffauflauf zugeführt wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Größe der Betätigung des Stellgliedes unter Berücksichtigung des Prozessmodells, welches eine Beziehung zwischen der Störgröße – hier der Änderung der Lippenstellung – und der Abweichung des Istwerts des Flächengewichts vom Sollwert aufgrund der Einflussnahme der Störgröße herstellt. Im Ergebnis bewirkt das erfindungsgemäße Verfahren, dass aufgrund des Prozessmodells der kurzzeitige Anstieg des Flächengewichts in der Faserstoffbahn abgefangen wird. Dadurch muss die Flächengewichtsregelung nicht mehr aufgrund der Detektion eines zu hohen Flächengewichts, wie in 1 beschrieben, aktiv werden, wodurch das in der 1 gezeigte Regelverhalten unterbunden werden kann.
Die 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelsystems unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine Steuerungs- und/Regelungseinrichtung 1, durch welche der gesamte Prozessablauf einer Papiermaschine 2 geregelt und gesteuert wird, kommuniziert mit einer Flächengewichtsregelung 3 und mit einer Retentionsregelung 4, welche jeweils über (nicht dargestellte) Sensoren das aktuelle Flächengewicht bzw. die aktuellen Retentionswerte beim Herstellungsprozess ermitteln.
Die Steuerungs- und/Regelungseinrichtung 1 gibt auf Basis der ermittelten Flächengewichts- und Retentionswerte Regelbefehle an die Flächengewichtsregelung 3 und an die Retentionsregelung 4 aus, welche wiederum entsprechende Stellglieder 5, 6 und 7 an der Papiermaschine betätigen.
Das Stellglied 5 beeinflusst im vorliegenden Fall die Menge des dem Stoffauflauf 7 zugeführten Retentionsmittels, wobei die Stellglieder 6 und 7 die Menge der dem Stoffauflauf 8 zugeführten Stoffsuspensionen mit hoher (QH) bzw. niederer (QL) Stoffkonzentration beeinflussen.
Wird im vorliegenden Fall die Stellung der Lippen 9 im Stoffauflauf 8 geändert, so wird dies der Steuerungs- und/Regelungseinrichtung 1 mitgeteilt, welche wiederum auf die Flächengewichtsregelung 3 und/oder die Retentionsregelung 4 entsprechende Steuerbefehle ausgibt, so dass durch die Flächengewichtsregelung 3 und/oder die Retentionsregelung 4 unter Berücksichtigung des Prozessmodells, welches die Beziehung zwischen der Größe der Änderung der Stellung der Lippen 9 und der Abweichung des Istwerts des Flächengewichts und/oder der Retention vom jeweiligen Sollwert kennt, die Stellglieder 5, 6 und/oder 7 entsprechend betätigt werden.

Claims

Verfahren zur Regelung zumindest einer Eigenschaft einer Faserstoffbahn bei deren Herstellung in einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, wobei der Istwert der zumindest einen Eigenschaft nach Einflussnahme einer Störgröße von einem Sollwert abweicht, bei dem zur Beeinflussung des Istwertes der zumindest einen Eigenschaft auf Basis einer Detektion der Abweichung des Istwertes vom Sollwert zumindest ein Stellglied betätigt wird und bei dem die Detektion der Ist-Soll-Abweichung nach Einflussnahme der Störgröße eine Totzeit beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied vor Ablauf der Totzeit betätigt wird und dass die Größe der Betätigung des Stellgliedes unter Berücksichtigung eines Prozessmodells erfolgt, welches eine Beziehung zwischen der Störgröße und der Abweichung des Istwerts der zumindest einen Eigenschaft vom Sollwert aufgrund der Einflussnahme der Störgröße herstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied bei Einflussnahme der Störgröße betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied vor Einflussnahme der Störgröße betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied nach Einflussnahme der Störgröße betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Eigenschaft das Flächengewicht der Faserstoffbahn und/oder die Retention bei der Herstellung der Faserstoffbahn ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmodell das gemessene Flächengewicht der Faserstoffbahn, insbesondere zur Parametrisierung des Prozessmodells berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht im Bereich der Trockenpartie ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmodell die Geschwindigkeit der Maschine zur Herstellung der Faserstoffbahn, insbesondere zur Parametrisierung des Prozessmodells berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgröße aufgrund einer Änderung zumindest eines Parameters des Herstellungsprozesses hervorgerufen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des zumindest einen Parameters manuell oder automatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgröße durch eine Änderung der Lippenöffnung im Stoffauflauf hervorgerufen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zumindest eine Stellglied die Menge des dem Stoffauflauf zugeführten Retentionsmittels beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stoffauflauf zwei Stoffsuspensionen zugeführt werden, wobei eine der Stoffsuspensionen eine höhere Stoffkonzentration als die andere hat, wobei durch ein Stellglied die Menge der dem Stoffauflauf zugeführten Stoffsuspension mit der höheren Stoffkonzentration und/oder durch ein weiteres Stellglied die Menge der dem Stoffauflauf zugeführten Stoffsuspension mit der geringeren Stoffkonzentration beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffsuspension mit der höheren Stoffkonzentration eine Faserstoffsuspension umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffsuspension mit der geringeren Stoffkonzentration im wesentlichen Siebwasser umfasst.