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Die
Erfindung betrifft ein System zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters
einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier-
und/oder Kartonmaschine sowie ein Verfahren hierzu.
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Bei
der Herstellung von Materialbahnen, insbesondere Faserstoffbahnen
in Papier- oder Kartonmaschinen, müssen die Eigenschaften
der Faserstoffbahn kontinuierlich überwacht und kontrolliert werden,
um eine ausreichende Qualität des Endprodukts zu gewährleisten
und die Menge von verworfenem Endprodukt zu minimieren. Zur Steuerung
beziehungsweise Regelung des Herstellungsprozesses können
unterschiedliche Variablen verwendet werden, beispielsweise das
Flächengewicht, das Wassergewicht oder auch die Dicke einer
Papierbahn an unterschiedlichen Stellen im Herstellprozess.
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Diese
zuvor beispielhaft genannten Prozessvariablen werden typischerweise
dadurch geregelt, dass die Zuführrate des Faserstoffs vom
Stoffauflauf auf ein Sieb gesteuert wird oder die Menge von Dampf,
die dem Papier in der Mitte des Herstellprozesses zugeführt
wird oder durch Änderung des Pressdrucks am Ende des Papierherstellungsprozesses.
Papiermaschinen sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise
in Herbert Holik (Editor), Handbook Paper and Board, Wiley-VCH
Verlag, 2006, ISBN-10: 3-527-30997-7, beschrieben.
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Bei
der Herstellung von Papier in einem kontinuierlichen Herstellprozess
wird zunächst eine Papierbahn aus einer wässrigen
Suspension von Fasern auf einem sich bewegenden Sieb geformt. Hierbei
wird der Bahn das Wasser aufgrund der Gewichtskraft und mit Hilfe
von Vakuumabsaugung durch das Sieb entzogen. Die Bahn wird an die
Entwässerung in der Siebpartie anschließend in
eine Presseinrichtung transferiert, aus der Wasser weiter entzogen
wird durch Trockenpressen. Anschließend wird die Bahn in
eine Trockensektion überführt, in der der Trockenprozess
abgeschlossen wird. Bei dem Papierherstellungsprozess handelt es
sich im Wesentlichen um einen Entwässerungsprozess. Bei
der Herstellung der Papierbahn in einem kontinuierlichen Prozess
bezeichnet die MD-Richtung die sogenannte Maschinenlaufrichtung,
die im Wesentlichen mit der Richtung übereinstimmt, die
die Materialbahn während des Herstellprozesses durchläuft.
Die Bezeichnung CD-Richtung steht für die Richtung entlang
der Breite der Bahn. Die CD-Richtung, die ist zur Maschinenlaufrichtung
und steht auf dieser im Wesentlichen senkrecht.
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Bei
dem Papierherstellungsprozess beeinflussen die Prozesse am Sieb
wesentlich die Endqualität des Papiers, beispielsweise
die Formation und Stärke des Papiers. Die Faktoren, die
die Papierqualität beeinflussen, sind das Verhältnis
der Geschwindigkeit des Siebs im Vergleich zum aufgebrachten Stoff,
und der Winkel, unter dem der Stoff auf das Sieb auftrifft sowie
der Grad, mit der die Entwässerung aus der Bahn erfolgt.
Generell beeinflusst die Differenz zwischen der Geschwindigkeit
des Stoffstrahls und des Siebs die mittlere Orientierung der Fasern
des Papiers, wobei die mittlere Orientierung der Fasern wiederum
kritisch sowohl für die Papierformation wie für
die Blattstärke ist.
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Im
Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Regelverfahren, mit
denen die Papierqualität, die sich beispielsweise in der
Formation, in der Stärke bzw. Dicke des Papiers, im Flächengewicht,
in dem Otro-Flächengewicht oder in dem Lutro-Flächengewicht
ausdrückt, geregelt werden soll. Das Otro-Flächengewicht
ist das sogenannte ofentrockene Flächengewicht des Papiers;
Otro steht hierbei für ein Maß für den
Trockenheitsgrad des Papiers nach der Trocknung unter festgelegten
Bedingungen. Ebenso definiert ist das Lutro-Flächengewicht,
das sich auf das Flächengewicht inklusive der Feuchte der
produzierten Bahn bezieht. Bei lufttro ckenem Papier handelt es sich
um einen Feuchtgehalt der größer als 0 Prozent
ist und einen normalen für das Papier grundsätzlich
notwendigen Feuchtegehalt. Bei Zellstoffen im Holzschliff beträgt
der Anteil 90 Teile Luft auf 10 Teile Wasser.
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Die
Qualitätsmessungen können beispielsweise am Ende
der Papiermaschine zum Beispiel mit optischen Methoden wie in der
US 4,786,817 , der
US 5,073,712 oder der
EP 0 390 623 A1 beschrieben, gemessen
werden. Der Nachteil der Qualitätsmessung am Ende der Papiermaschine
besteht darin, dass die Transporttotzeit von den Stellgliedern,
die sich beispielsweise am Stoffauflauf im Nassteil der Maschine
befinden, bis zum Ende der Papiermaschine relativ groß ist.
Die Dauer der Transportzeit beträgt ca. 1 Minute vom Nassteil
der Papiermaschine, das heißt vom Stoffauflauf bis zum
Ende. Eine Totzeit von einer Minute führt aber dazu, dass
Störungen der Qualität mit Wellenlängen
kleiner als dem 8-fachen der Totzeit, also 8 Minuten, nicht regelbar
sind.
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Alternativ
zu einer Qualitätsmessung am Ende der Papiermaschine als
Grundlage für die Bestimmung von Regelaktionen der Stellglieder
schlägt die
WO
99/55959 A1 , die
EP
1 021 729 B1 oder die
WO 99/64963 A1 die Verwendung von Sensoren
zur Messung der Leitfähigkeit des Stoffs auf dem Sieb im Nassteil
der Papiermaschine vor. Solche Messgeräte können
sehr nah an den Stellgliedern im Nassteil, beispielsweise an den
Stellgliedern des Stoffauflaufs, angeordnet werden. Ein Nachteil
derartiger Sensoren ist jedoch, dass die Leitfähigkeit
ein Maß für die Feuchtigkeit der Bahn und nicht
für deren flächenbezogene Masse ist. Um die Trockenmasse
auf dem Sieb schätzen zu können, schlägt
die
WO 99/55954 A1 und
die
WO 99/64963 A1 vor,
eine Vielzahl von sogenannten Sensoren, die basierend auf der Leitfähigkeit,
Messungen des Feuchtegehalts vornehmen, entweder in Maschinenlaufrichtung
(MD-Richtung) oder in Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) vorzusehen.
Da aber mindestens 4/5 des Gesamtgewichts der Papierbahn auf dem
Sieb Wasserbestandteile sind und nur der restliche Anteil Papierfasern,
ist es äußerst schwierig, eine Korrelation zwischen
dem Wassergewichtsprofil und dem Flächengewichtsprofil
am Ende der Papierbahn über die Zeit herzustellen. Dies
wird beispielsweise in der
WO
99/64963 A1 versucht. In der
WO 99/64963 A1 wird zunächst
in mehreren Versuchsschritten eine akzeptable Papierqualität
hergestellt und die hierfür notwendigen optimierten Parameter
des korrespondierenden Wasserprofils aufgenommen. Dieses optimale
Wasserprofil kann dann mit unterschiedlichen Funktionen angepasst,
das heißt gefittet werden. Wenn dann die Produktion gefahren
wird, wird ständig die Kennlinie, die zu dem optimalen
Papier geführt hat, nachgeregelt. Eine derartige Regelung
berücksichtigt aber nicht die Korrelation zwischen einem
Wassergewichtsprofil und dem Flächengewichtsprofil. Vielmehr
hat sich herausgestellt, dass diese Korrelation sich ständig verändert
und daher die in der
WO
99/64963 A1 dargestellte Methode zur Herstellung optimaler
Faserbahnen Nachteile aufweist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, ein System zur Regelung der Qualitätsparameter
einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier-
und/oder Kartonmaschine sowie ein solches Verfahren.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem System zur Regelung
wenigstens eines Qualitätsparameters einer Materialbahn, insbesondere
einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder Kartonmaschine, ein
erstes Regelsystem vorgesehen ist, welches das Wassergewichtsprofil entlang
einer Maschinenlaufrichtung (MD-Richtung) und/oder in einer Maschinenquerrichtung
(CD-Richtung) einer Papiermaschine regelt. Dieses Regelsystem wird
erfindungsgemäß ergänzt durch wenigstens ein
zweites Regelsystem, wobei das zweite Regelsystem einem oder mehrere
Qualitätsparameter einer Materialbahn regelt. Das Regelsystem
zur Aufnahme der Wassergewichtsprofile entlang einer Maschinenlaufrichtung
(MD-Richtung) oder in Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) einer
Papiermaschine kann eine Vielzahl von Wassergewichtssensoren unterhalb
beziehungsweise benachbart zu dem Sieb umfassen, die ein Leitfähigkeitssignal,
also ein geeignetes Signal aufnehmen, das mit dem Wassergewicht
korreliert wie beispielsweise in der
WO 99/55959 A1 für die CD-Richtung
beschrieben oder wie in der
WO 99/64963 A1 für die MD-Richtung
beschrieben.
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Geeignete
Sensoren verwenden zum Beispiel die Leitfähigkeit des Mediums,
die Dielektrizitätskonstante des Mediums oder die Infrarotabsorption
des Mediums. Als Sensoren kommen also zum Beispiel Mikrowellensensoren,
optische Sensoren oder Leitfähigkeitssensoren in Betracht.
Denkbar sind aber auch andere Messprinzipien, beispielsweise basierend
auf Absorption/Reflexion/Verzögerung von Schall, Ultraschall,
sichtbarem Licht.
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Das
zweite Regelsystem, das den beziehungsweise die Qualitätsparameter
der Materialbahn regelt, kann beispielsweise ein Regelsystem sein, dass
Sensoren zur Bestimmung des Flächengewichts des Otro-Flächengewichts
oder des Lutro-Flächengewichts sowie der Formation und/oder
der Dicke aufweist. Sensoren, die derartige Eigenschaften einer
Papierbahn messen, sind beispielsweise Sensoren auf optischer Basis,
wie in der
EP 0 972
882 A1 beschrieben.
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In
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann das System zur Regelung
wenigstens eines Qualitätsparameters derart aufgebaut sein,
dass das erste Regelsystem, dass das Wassergewichtsprofil entlang
einer Maschinenlaufrichtung und/oder in einer Maschinenquerrichtung
einer Papiermaschine regelt, dem zweiten Regelungssystem zur Regelung des
Qualitätsparameters einer Materialbahn im Sinne einer Kaskadenreglung
nachgeordnet ist. Bei der Kaskadenregelung wird die Ausgangsgröße
des zweiten Regelsystems, für den Qualitätsparameter oder
die Qualitätsparameter einer Materialbahn als Sollwert
für das erste Regelsystem genutzt, das der Wassergewichtsprofilregelung
dient. Die Wassergewichtsprofilregelung selbst umfasst mindestens
einen Sensor zur Aufnahme des Wassergewichts, wie beispielsweise
in der
WO 99/55959
A1 beschrieben. Im Falle wie in der
WO 99/55959 A1 oder der
WO 99/64963 A1 ,
bei welchen eine Vielzahl von Wassergewichtssensoren in MD- und/oder
CD-Richtung im Nassbereich, das heißt im Formierbereich
der Papiermaschinen an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind,
handelt es sich in der Regel um eine Mehrgrößenregelung,
die nicht nur das Signal von vielen Wassergewichtssensoren, die
in MD- und/oder CD-Richtung verteilt sind, aufnimmt, sondern auch viele
Aktuatoren, die ebenfalls in MD-Richtung oder CD-Richtung verteilt
sind, ansteuert. Als Aktuatoren für die Wassergewichtsregelung
kommen zum Beispiel die Verdünnungswasserventile an einem
Stoffauflauf, die Blendenöffnungen des Stoffauflaufs, die Formiereinstellungen über
Vakuum, Leistenanpressung, Leistenwinkel, die Verdünnungswassermenge im
Stoffauflauf sowie die Zugabe chemischer Additive, die über
die Retention wirksam auf das Flächengewicht sind, in Frage.
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Alternativ
zu einer Kaskadenregelung, wobei der wenigstens eine Wassergewichtssollwert
des ersten Regelkreises zur Regelung des Wassergewichtsprofils von
dem Ausgang des zweiten Regelsystem vorgegeben wird, kann in einer
weiteren Konfiguration auch vorgesehen sein, dass die beiden Regelsysteme
nicht in Reihe in Form einer Kaskade, sondern parallel zueinander
aufgebaut sind, wobei bevorzugt das zweite Regelsystem dem ersten
Regelsystem überlagert ist und das zweite Regelsystem zur
Regelung der Qualitätsparameter einen Ausgang aufweist, über
den Größen dem ersten Regelsystem zugeführt
werden können. Aber auch der umgekehrte Weg ist denkbar.
Größen des Wassergewichtsregelkreises könnten
auch dem Qualitätsregelkreis zur Verfügung gestellt
werden, idealerweise im Sinne einer Feed Forward Struktur.
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Die
Möglichkeiten des "feed forward" Eingriffs auf die Qualitätsregelung
sind:
- – Änderung des Regler-Sollwerts
abhängig von einem Zustand des Wassergewichtsregelkreises;
- – Änderung des Stellwerts Regler-Sollwert
abhängig von einem Zustand des Wassergewichtsregelkreises.
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Beispielsweise
wäre es möglich, dass die Ausgangsgrößen
des zweiten Regelsystems betreffend die Qualitätsparameter
der Materialbahn an das erste Regelsystem der Wassergewichtsprofilregelung
weitergeleitet werden. So könnten die Ausgangsgrößen
des ersten Regelsystems an die Wassergewichtsprofilregelung übermittelt
werden und zwar nicht als Sollgrößen, sondern
im Bereich der aufgenommenen Signale und so bei der Sollwertbildung
für die Wassergewichtsregelung Berücksichtigung
finden. Umgekehrt wäre es auch möglich, dass Ausgangsgrößen
der Wassergewichtsprofilregelung an die Qualitätsregelung,
das heißt das zweite Regelsystem übermittelt werden,
und zwar als direkte Rückwirkung auf die Qualitätsregelung.
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Eine
zeitliche langsame Änderung kann begründet sein
durch die Erfordernisse anderer Papierqualitäten, die gleichzeitig
konstant gehalten werden sollen, durch Anforderungen nach Sortenwechseln oder
Geschwindigkeitswechseln oder durch Berücksichtigung anderer
Optimierungskriterien wie zum Beispiel Optimierung des Energieverbrauchs.
Der Vorteil ist in jedem Fall, dass das erste Regelsystem für
eine konstante Qualität sorgt und das zweite Regelsystem über
den Wassergewichtsprofilsollwert einen weiteren Freiheitsgrad für
die Prozessoptimierung bietet.
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Bevorzugt
dient das zweite Regelsystem, mit dem die Qualitätsparameter
der Materialbahn geregelt werden dazu, die schnellen Schwankungen,
die im Wassergewichtsprofil auftreten und die Qualität der
Materialbahn beeinflussen können, zu beruhigen. Dies kann
dadurch geschehen, dass das Regelsignal des Wasserprofils in einen
hoch- und in einen niederfrequenten Anteil aufgespalten wird. Da
lediglich die schnellen Schwankungen im Wassergewichtsprofil mit
Hilfe der Qualitätsregelung ausgeglichen werden sollen,
wird bevorzugt von der Qualitätsregelung, das heißt
dem zweifachen Regelsystem, nur der hochfrequente Anteil des Wasserprofils
geregelt.
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Anstelle
einer Kaskadenregelung oder einem Regelungskonzept, bei dem das
erste Regelsystem und das zweite Regelsystem als jeweils separate
Regelkreise aufgebaut sind, ist es auch möglich, die beiden
Regelsysteme, das heißt die Qualitätsregelung
sowie die Wassergewichtsprofilregelung in eine Regelanordnung mit
einem sogenannten multivariablen Regelungsansatz einzubetten, bei dem
neben den Daten der Qualitätsregelung sowie der Wassergewichtsprofilregelung
auch noch andere Prozess- und/oder Qualitätsdaten und/oder
Limitierungen berücksichtigt werden können. So
wäre es bei einem multivariablen Regelungsansatz zum Beispiel
möglich, im Bereich der Nasspartie, also der Siebpartie,
zusätzlich einen Formationssensor einzusetzen. Der Formationssensor
kann Teil eines weiteren Regelsystems beziehungsweise Regelkreises sein,
so dass es mit einer derartigen Regelung möglich ist, zusätzlich
zum Wassergewicht auch noch die Formation des Papiers optimieren
zu können.
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Neben
dem Regelsystem stellt die Erfindung auch noch ein Verfahren zur
Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters zur Verfügung.
Gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters
wird mit einem ersten Regelsystem wenigstens das Wassergewichtsprofil in
MD-Richtung und/oder CD-Richtung geregelt und mit einem zweiten
Regelsystem ein Qualitätsparameter der Materialbahn.
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Ist
das Regelsystem als eine Art Kaskadenregelung aufgebaut, so wird
wenigstens eine Größe des ersten Regelsystems
an das zweite Regelsystem übermittelt, beispielsweise als
Sollwert für den inneren Regelkreis, der beispielsweise
den Regelkreis für das Wassergewichtsprofil darstellt.
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Bei
einer Kaskadenregelung wäre es also möglich, dass
ein Qualitätsparameter des zweiten Regelsystem wie beispielsweise
das Flächengewicht, das Otro-Flächengewicht, das
Lutro-Flächengewicht, die Formation beziehungsweise die
Dicke an den ersten Regelkreis als Wassergewichtsprofilsollwert übermittelt
wird. In einem solchen Fall wäre eine Nachführung
wie im Stand der Technik nicht mehr notwendig, da eine sich ändernde
Korrelation von dem Qualitätsregelkreis detektiert und
sofort in einen Sollwert für einen Mehrgrößenregler
zur Wassergewichtsprofilregelung umgesetzt wird.
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Neben
einer Kaskadenregelung wäre es auch möglich, das
Regelverfahren so zu führen, dass die beiden Regelkreise
unabhängig voneinander aufgebaut sind, aber Größen
des Qualitätsregelsystems, das heißt des zweiten
Regelsystems dem ersten Regelsystem zugeführt werden, beispielsweise Stellgrößen
für den Stoffauflauf, wie sie sich aus der Regelung des
Qualitätsregelkreises ergeben, der Wassergewichtsprofilregelung
zur Verfügung gestellt werden.
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Da
bei einem derartigen System, bei dem das zweite System mit dem ersten
Regelsystem überlagert ist, der Wassergewichtsprofilsollwert
unbeeinflusst vom zweiten Regelsystem festgesetzt wird, kann der
Wassergewichtsprofilsollwert des ersten Regelsystems entweder konstant
oder zeitlich sich nur langsam ändernd festgesetzt werden.
Unter langsam ändernd wird verstanden, dass der Qualitätsregler
nur in Ausnahmefällen das Mittel nützt den Wassergewichtssollwert
zu ändern. Beispielsweise kann eine Formationsregelung
als Stellglied die Stoffauflauf-Blende verwenden – aber,
wenn die Blende bereits an einer Begrenzung angekommen ist, wird der
Wassergewichtssollwert geändert.
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Der
Wassergewichtsprofilsollwert kann sowohl manuell wie unter Verwendung
von Prozessinformationen automatisch bestimmt werden. Wenn die Regelung
eine multivariable Regelung ist, so ist es bei einer derartigen
Regelung möglich, weitere Parameter, wie beispielsweise
die Formation, zu berücksichtigen.
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Prinzipiell
kann das Regelverfahren immer so geführt werden, dass auch
die Papiermaschinengeschwindigkeit als eine Referenzgröße
für das Wassergewichtsprofil herangezogen wird und sich
das Wassergewichtsprofil bei einer Änderung der Papiermaschinengeschwindigkeit
nicht oder nur unwesentlich ändert. Alternativ kann man
vorsehen, dass sich das Wassergewichtsprofil in Abhängigkeit
von der Änderung der Papiermaschinengeschwindigkeit ändert.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass sich in Abhängigkeit
von der Änderung der Qualitätsparameter des zweiten
Regelsystems das Wasserprofil nicht ändert oder in einer
vorbestimmten Weise. Neben den Regelschritten können auch Überwachungsschritte
in das Regelverfahren übernommen werden, wie beispielsweise Überwachung
von Stellaktivitäten der Aktuatoren zur Erzielung des Wassergewichtsprofils, die
dafür verwendet werden können, darauf hinzuweisen,
dass das Sieb, das Vakuum, die Formierleisten oder andere Entwässerungselemente
nicht ordnungsgemäß funktionieren beziehungsweise
Papiereigenschaften oder Rohstoffe nicht in Ordnung sind. Derartige Überwachungen
können unter Zuhilfenahme von Erfahrungswerten und Vorwissen
präzisiert werden, in Regeln oder algorithmisch formuliert
werden und dann zu einer automatischen Diagnose beziehungsweise Überwachung verwendet
werden. Beispielsweise ist es bemerkenswert für den Betreiber
der Maschine wenn wesentlich höhere (niedrigere) Aktivitäten
notwendig sind, um ein bestimmtes Wassergewicht zu erzielen. Das
deutet darauf hin, dass sich zum Beispiel die Maschine, die Bespannung
oder die Stellorgane (zum Beispiel Vakuumerzeugung und Klappen)
in unerwarteter Weise verändert haben. Wenn aber eine Vakuumerzeugung
und gegebenenfalls andere Punkte ausgeschlossen werden können
ist der Effekt auf eine Änderung im zugeführten
Stoff zurückzuführen. Für eine genauere
automatische Diagnose sind aber noch zusätzliche Informationen
notwendig wie zum Beispiel
- – Typ,
Alter, Verschleißzustand der Bespannung;
- – Erfahrungswissen zur Bespannung;
- – Verschmutzung der Bespannung;
- – Drücke in Saugkästen;
- – Positionsrückmeldungen von Bewegern;
- – Erfahrungswissen zum Verhalten von verschieden Rohstoffen;
- – Erfahrungswissen zum Verhalten von verschiedenen
Additiven (zum Beispiel Retentionsmittel).
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Generell
ist es so, dass im Wassergewichtsprofil Stellaktivitäten
von beispielsweise Querprofileinrichtungen, das heißt in
CD-Richtung, viel früher sichtbar sind als an der fertigen
Papierbahn. Daher eignet sich das Wassergewichtsprofil nicht nur zur
Regelung, sondern Daher eignet sich das Wassergewichtsquerprofil
nicht nur zur Regelung sondern auch zur Diagnose der Wirksamkeit
von Stellbewegungen. Wenn ein Stellorgan bewegt wird, aber im Wassergewichtsquerprofil
eine überraschend große/kleine Änderung
ersichtlich ist, bedeutet das, dass sich das Prozessverhalten nicht
mit der Erwartung deckt. Eine zielgerichtete optimale Regelung ist damit
nicht mehr möglich. Der Betreiber muss daraufhin das Gesamtsystem
analysieren/korrigieren, um wieder eine optimale Regelung zu erhalten.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele
näher beschrieben werden. Es zeigen:
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1 den
prinzipiellen Aufbau einer Papiermaschine;
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2 eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Regelung; und
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3 eine
zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Regelung.
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In 1 ist
ein prinzipieller Aufbau einer Papiermaschine dargestellt. Der Papierbrei
bzw. die Stoffsuspension wird mittels eines Stoffauflaufs 10 auf
eine Nasspartie 20, umfassend ein umlaufendes Sieb 22,
aufgebracht. Im Bereich der Nasspartie 20 sind unterhalb
des Siebs 22 Wassergewichtssensoren 25 angeordnet.
Diese können sowohl in der Maschinenlaufrichtung 30 (MD-Richtung)
als in der Maschinenquerrichtung 40 (CD-Richtung) angeordnet sein.
Mit Hilfe der Wassergewichtssensoren 25 ist es möglich,
das Wassergewichtsprofil zu analysieren. Hierzu werden diese Messwerte
einem Profilanalysator bzw. Profilregler 100 zugeführt,
der wiederum Teil des ersten Regelsystems ist, mit dem das Wassergewichtsprofil
anhand von vorgegebenen Sollgrößen geregelt wird.
Das erste Regelsystem stellt als Aktuatoren beispielsweise Verdünnungswasserventile (nicht
dargestellt) am Stoffauflauf 10 dar.
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An
die Nasspartie 20 der Papiermaschine schließt
sich eine Pressenpartie 50 und die Behandlungsmaschine 60 an,
mit der die Papierbahn weiter entwässert wird. Die Behandlungsmaschine 60 kann beispielsweise
die Trockenpartie, Coater oder Kalander umfassen, mit welcher der
Trockenprozess abgeschlossen werden kann. Am Ende der Behandlungsmaschine 60 kann
ein optischer Sensor, beispielsweise eine Qualitätssensor 110,
beispielsweise eine CCD Kamera, radiometrische Sensoren, optische Sensoren
oder Mikrowellen Sensoren angeordnet sein, mit der die Formation
des Blatts, die wiederum ein Qualitätsmerkmal der trockenen
Papierbahn ist, erfasst wird und an ein zweites Regelsystem 120, das
die Qualitätsregelung 120 übernimmt, übermittelt wird.
Qualitätssensoren sind üblicherweise nach der Trockenpartie
angeordnet, aber auch andere Einbauorte sind denkbar. So ist es
denkbar die Papiereigenschaft "Formation" bereits vor der Presse
im Former-Bereich zu ermitteln. Die Qualitätsregelung 120 wiederum
verwendet ebenfalls als Stellglieder die Aktuatoren am Stoffauflauf 10.
Es sind nun verschiedene Regelungskonzepte zur Ausführung
der Erfindung denkbar. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
die in 1 gezeigt ist und in 2 dargestellt
ist, wird ein Kaskadenregelsystem verwirklicht. Bei der in 1 und 2 dargestellten
Kaskadenregelung wird zunächst ein Sollwert SOLL QUALITÄT
angelegt, der sich aus der gewünschten Papierqualität
ergibt. Das Ausgangssignal der Qualitätsregelung wird an
das erste Regelsystem 100, vorliegend die Wassergewichtsprofilregelung übermittelt. Der
Ausgangswert der Qualitätsregelung ist dann der Sollwert
für die Wassergewichtsprofilregelung. Abhängig
von den Sensoren 25, die über die gesamte Nasspartiezone
unterhalb beispielsweise des Siebs 22 verteilt sind, wird
das Wassergewichtsprofil geregelt. Die Regelung des Wassergewichtsprofils
wird mit Hilfe von Aktuatoren beispielsweise am Stoffauflauf 10 (nicht
dargestellt) vorgenommen.
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Beim
Aufbau in 2 bezeichnet die Bezugsziffer 50 die
Pressenpartie und die Bezugsziffer 60 die Behandlungsmaschine
umfassend beispielsweise die Trockenpartie.
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Neben
den Sensoren 25 zur Wassergewichtsprofilregelung sind am
Ende der Papiermaschine Qualitätssensoren 110,
beispielsweise eine CCD Kamera, radiometrische Sensoren, optische Sensoren
oder Mikrowellen Sensoren, angeordnet, beispielsweise Sensoren auf
optischer Basis, die die Papierqualität sensieren und dem
ersten Regelsystem zugeführt werden. Wird am Ende der Papiermaschine
beispielsweise eine Qualitätseinbuße sensiert,
so wird der Sollwert in der Kaskadenregelung nachgeordneten Wassergewichtsprofilregelung
geändert. Die Qualitätssensoren können
ganz am Ende der Pressenpartie 50 und/oder der Behandlungsmaschine 60 angeordnet
sein, wie mit Linie 140 gezeigt oder auch innerhalb der
Pressenpartie 50 bzw. Behandlungsmaschine 60,
wie mit strichpunktierter Linie 130 dargestellt für
die Rückführung an den Qualitätsregler 120.
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In 3 ist
ein Alternativaufbau einer Regelung gemäß der
Erfindung gezeigt. Gemäß 3 sind zwei
separate Regelsysteme vorgesehen, ein erstes Regel system 200,
das der Wassergewichtsprofilregelung dient, sowie ein zweites Regelsystem 220,
das vom ersten Regelsystem zur Wassergewichtsprofilregelung unabhängig
ist und die Papierqualität regelt. Der Sollwert 202 des
ersten Regelsystems 200 betreffend die Wassergewichtsprofilregelung
wird unabhängig vom zweiten Regelsystem 220, das
die Papierqualität regelt, eingestellt. Dieser Sollwert 202 kann
entweder eine Konstante sein oder sich langsam ändern.
Auch eine manuelle Einstellung wäre möglich. Die
Kopplung zwischen dem zweiten Regelsystem 220 betreffend
die Papierqualitätsregelung und dem ersten Regelsystem 200 betreffend
die Wassergewichtsprofilregelung findet dadurch statt, dass am Ausgang 206 der
Papierqualitätsregelung vor Betätigung der Aktuatoren
beispielsweise am Stoffauflauf 208, beispielsweise am Stoffauflauf
selbst oder im Zuführungsprozess vor dem Stoffauflauf,
das Signal der Papierqualitätsregelung an die Wassergewichtsprofilregelung 200 übermittelt wird,
und zwar bevor das im Nassbereich der Papiermaschine ermittelte
Wassergewichtsprofil als Regelgröße 210 im
ersten Regelsystem 200 zurückgegeben wird. Hierdurch
kann die Wassergewichtsregelung, die in der Regel eine Mehrgrößenregelung
ist, beeinflusst werden bzw. es wird der Wassergewichtsregelung
die Zeit gegeben auf eine Änderung der Stellausgänge 206 vorbeugend
und synchron zu reagieren, beispielsweise um eine Wassergewichtsänderung
zu vermeiden, obwohl der Regelausgang 206 sich ändert.
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Bei
den Aktuatoren handelt es sich zum Beispiel Ventile oder Pumpen
oder Blenden mit dem Ziel den Stoffdurchfluss in MD-Richtung oder
lokal in CD-Richtung zu verändern.
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Nach
dem Formierschritt der Papierbahn ist es möglich aber nicht
notwendig, dass die sensierten Signale 212 an das Qualitätsregelsystem übermittelt werden,
bevor die Papierqualität mit Hilfe beispielsweise von Formationssensoren 110 auf
im zweiten Regelsystem 220 an den Eingang 214 rückgeführt wird.
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Nachdem
die Papierbahn geformt und getrocknet ist, können noch
weitere Aggregate der Papiermaschine vorgesehen sein, wie beispielsweise eine
Aufwickelvorrichtung 216.
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Mit
der Erfindung wird erstmals eine Papierqualitätsregelung
angegeben, die schneller als bislang in die Regelung der Papierqualität
eingreifen kann. Insbesondere ist es möglich, mit der Papierqualitätsregelung
ein Qualitätsprofil der Papierbahn zu regeln und gleichzeitig
schnelle Schwankungen in der Wassergewichtsprofilregelung auszugleichen.
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- 10
- Stoffauflauf
- 20
- Nasspartie
- 22
- Sieb
- 25
- Wassergewichtssensoren
- 30
- Maschinenlängsrichtung
(MD-Richtung)
- 40
- Maschinenquerrichtung
(CD-Richtung)
- 50
- Pressenpartie
- 60
- Trockenpartie
- 100
- Erstes
Regelsystem (Wassergewichtsprofilregelung)
- 110
- Sensoren
zur Sensierung der Papierqualität
- 120
- Zweites
Regelsystem (Qualitätsregelung)
- 200
- Erstes
Regelsystem (Wassergewichtsprofilregelung)
- 202
- Sollwert
für die Wassergewichtsprofilregelung
- 208
- Stoffauflauf
- 210
- Regelgröße
im ersten Regelsystem
- 212
- Sensiertes
Signal der Qualitätsregelung
- 214
- Eingang
des zweiten Regelsystems
- 216
- Weitere
Aggregate der Papiermaschine wie beispielsweise Kalander oder Coater
- 220
- Zweites
Regelsystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4786817 [0007]
- - US 5073712 [0007]
- - EP 0390623 A1 [0007]
- - WO 99/55959 A1 [0008, 0010, 0013, 0013]
- - EP 1021729 B1 [0008]
- - WO 99/64963 A1 [0008, 0008, 0008, 0008, 0008, 0010, 0013]
- - WO 99/55954 A1 [0008]
- - EP 0972882 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Herbert Holik
(Editor), Handbook Paper and Board, Wiley-VCH Verlag, 2006, ISBN-10: 3-527-30997-7 [0003]