DE102016216387A1 - Method for controlling a fibrous web production machine - Google Patents
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- D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
- D21G9/0009—Paper-making control systems
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, umfassend eine Regelgröße, zumindest zwei Stellgrößen, zumindest eine weitere Größe, sowie ein Kostenfunktional, wobei die zumindest zwei Stellgrößen so eingestellt werden, dass das Kostenfunktional optimiert wird, während gleichzeitig die Regelgröße innerhalb eines vorgegebenen Zielintervalles verbleibt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sowohl die Regelgröße als auch das Kostenfunktional mittels eines gemeinsamen Modells aus den zumindest zwei Stellgrößen und der zumindest einen weiteren Größe berechnet werden.The invention relates to a method for controlling a machine for producing a fibrous web, comprising a controlled variable, at least two manipulated variables, at least one further variable, and a cost functional, wherein the at least two manipulated variables are adjusted so that the cost functional is optimized, while the controlled variable remains within a given target interval. According to the invention, it is provided that both the controlled variable and the cost functional are calculated by means of a common model from the at least two manipulated variables and the at least one further variable.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling a machine for producing a fibrous web according to the preamble of
Die Herstellung einer Faserstoffbahn wie beispielsweise einer Papier-, Karton oder Tissuebahn, ist ein sehr komplexer Prozess, der aus einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Einzelverfahrensstufen besteht, in denen regelbare chemische und/oder physikalische Ablaufe bzw. Prozessschritte stattfinden. Üblicherweise sollen die einzelnen Prozessschritte so geregelt werden, dass ein sicherer Betrieb der Anlage gewährleistet ist, und dass gleichzeitig die Qualität des Endprodukts, also der Faserstoffbahn, den vorgegebenen Anforderungen genügt. The production of a fibrous web, such as a paper, cardboard or tissue web, is a very complex process, which consists of a plurality of successive individual process steps, in which controllable chemical and / or physical processes or process steps take place. Usually, the individual process steps should be regulated so that a safe operation of the plant is guaranteed, and that at the same time the quality of the final product, ie the fibrous web, meets the specified requirements.
Jedoch wird der Papierhersteller bei einer derartigen Regelung stets darauf achten, dass durch die gewählte Fahrweise der Anlage die Kosten für die Herstellung des Endprodukts beispielsweise durch Zugabe einer zu großen Menge an Chemikalien oder Hilfsstoffen, nicht zu hoch werden.However, with such a regulation, the paper manufacturer will always make sure that the chosen operating mode of the system does not increase the costs for the production of the final product, for example by adding too large a quantity of chemicals or auxiliaries.
Häufig tritt hierbei bei der Regelung einer Papiermaschine das Problem auf, dass eine zu regelnde Größe nicht als online Messwert zur Verfügung steht. Viele Größen, wie beispielsweise die Festigkeitswerte der Faserstoffbahn lassen sich heute nur durch zerstörende Messungen im Labor messen.Frequently, the control of a paper machine involves the problem that a variable to be controlled is not available as an online measured value. Many parameters, such as the strength values of the fibrous web, can today only be measured by destructive measurements in the laboratory.
Im Stand der Technik, beispielsweise der
Die
Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, eine verbesserte, kostenoptimierte Steuerung für einer Faserstoffherstellungsmaschine vorzuschlagen, wobei die zu steuernde Zielgröße nicht als online-Messwert zur Verfügung steht.The present invention has the object of providing an improved, cost-optimized control for a pulp production machine, wherein the target variable to be controlled is not available as an online measurement.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn. Das Verfahren umfasst eine Regelgröße, zumindest zwei Stellgrößen, zumindest eine weitere Größe, sowie ein Kostenfunktional. Bei der Steuerung werden die zumindest zwei Stellgrößen so eingestellt werden, dass das Kostenfunktional optimiert wird, während gleichzeitig die Regelgröße innerhalb eines vorgegebenen Zielintervalls verbleibt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Regelgröße als auch das Kostenfunktional mittels eines gemeinsamen Modells aus den zumindest zwei Stellgrößen und der zumindest einen weiteren Größe berechnet werden.The object is achieved by a method for controlling a machine for producing a fibrous web. The method comprises a controlled variable, at least two manipulated variables, at least one further variable, as well as a cost functional. In the controller, the at least two manipulated variables are set so that the cost functional is optimized, while at the same time the controlled variable remains within a predetermined target interval. The method according to the invention is characterized in that both the controlled variable and the cost functional are calculated by means of a common model from the at least two manipulated variables and the at least one further variable.
Unter einem Kostenfunktional soll im Rahmen dieser Anmeldung ein funktionaler Zusammenhang verstanden werden, der eine ökonomische Bewertung der aktuellen Fahrweise der Faserstoffherstellungsmaschine erlaubt. Insbesondere soll es ein solches Kostenfunktional ermöglichen, verschiedene Einstellungen der zumindest zwei Stellgrößen hinsichtlich der daraus entstehenden Kosten miteinander zu vergleichen.In the context of this application, a cost functional is to be understood as a functional relationship which permits an economic evaluation of the current mode of operation of the pulp production machine. In particular, such a cost function should make it possible to compare different settings of the at least two manipulated variables with regard to the resulting costs.
Dadurch, dass erfindungsgemäß aus einem gemeinsamen Modell sowohl die zu steuernde Zielgröße, als auch ein relevantes Kostenfunktional berechnet wird, ergeben sich daraus mehrere Vorteile. The fact that, according to the invention, both the target variable to be controlled and a relevant cost functional are calculated from a common model, several advantages result from this.
Zum einen steht nun die Zielgröße online zur Verfügung. Das Modell dient also einerseits als eine Art virtueller Sensor. Dieser ermittelte Wert der Zielgröße kann außer zu der erfindungsgemäßen Steuerung auch noch in weiteren Regelungen, zur Dokumentation oder andern Zwecken verwendet werden. For one thing, the target size is now available online. The model serves as a kind of virtual sensor. This determined value of the target size can be used in addition to the control according to the invention also in other regulations, for documentation or other purposes.
Zum anderen gibt das modellierte Kostenfunktional sofort eine Information darüber, welche Kosten mit dem aktuellen Wert der Zielgröße verbunden sind. Da zumindest zwei Stellgrößen vorgesehen sind, welche die Zielgröße beeinflussen, kann ein vorgegebenes Zielintervall für die Zielgröße häufig auf durch verschiedene Kombinationen der Stellgrößen erreicht werden. Mittels des Kostenfunktionals können diese Kombinationen nun bezüglich ihrer ökonomischen Auswirkungen miteinander verglichen werden.On the other hand, the modeled cost function immediately provides information about which costs are associated with the current value of the target size. Since at least two manipulated variables are provided which influence the target variable, a predefined target interval for the target variable can often be achieved by various combinations of the manipulated variables. By means of the cost functional, these combinations can now be compared in terms of their economic impact.
Die erfindungsgemäße Optimierung des Kostenfunktionals soll dabei derart weit gefasst zu verstehen sein, dass sie neben dem Finden eines globalen oder lokalen Optimums des Kostenfunktionals auch z.B. die Möglichkeit umfasst, von mehreren möglichen Fahrweisen der Faserstoffbahnherstellungsmaschine die günstigste auszuwählen, auch wenn diese möglicherweise kein Optimum im mathematischen Sinne darstellt. The optimization of the cost functional according to the invention should be understood to be so broad that, in addition to finding a global or local optimum of the cost functional, it may also be e.g. it is possible to select the most favorable of several possible modes of operation of the fibrous web production machine, even if this may not represent an optimum in the mathematical sense.
Die gemeinsame Modellierung von Zielgröße und Kostenfunktional ist unter anderem deshalb vorteilhaft, da der Aufwand für eine solche gemeinsame Modellierung nur unwesentlich größer ist, als die reine Modellierung der Zielgröße im Rahmen eines virtuellen Sensor, jedoch wie oben beschrieben einen deutlich größeren Nutzen für den Anwender hat.The joint modeling of target size and cost functional is advantageous, among other things, because the cost of such a joint modeling is only slightly greater than the pure modeling of the target size in the context of a virtual sensor, but as described above has a much greater benefit for the user.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein solches gemeinsames Modell als Basis für ein mathematischen Optimierungsverfahrens zu nehmen, mit dem das Kostenfunktional minimiert wird, während gleichzeitig die Zielgröße in einem vorgegebenen Zielintervall verbleibt.Furthermore, it is possible to use such a common model as the basis for a mathematical optimization method with which the cost functional is minimized, while at the same time the target size remains within a predetermined target interval.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the method according to the invention are described in the subclaims.
So kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Verfahren eine mathematische Optimierung umfasst, mittels derer Werte für die zumindest zwei Stellgrößen ermittelt werden, bei denen das Kostenfunktional minimiert wird, unter der Nebenbedingung, dass gleichzeitig die Regelgröße innerhalb eines vorgegebenen Zielintervalles verbleibt.Thus, it can advantageously be provided that the method comprises a mathematical optimization by means of which values for the at least two manipulated variables are determined in which the cost functional is minimized, with the constraint that the controlled variable remains within a predetermined target interval at the same time.
Vorteilhaft hierfür ist es, wenn bekannte Zusammenhänge zwischen Änderung der Stellgrößen und deren Auswirkung auf die Regelgröße hinterlegt sind und für die Optimierung zur Verfügung stehen.This is advantageous if known relationships between changes in the manipulated variables and their effect on the controlled variable are stored and are available for the optimization.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Optimierung des Kostenfunktionals unter zumindest einer weiteren Nebenbedingung erfolgt. So kann es beispielsweise möglich sein, dass sich durch die Änderungen der zumindest zwei Stellgrößen außer der Zielgröße auch noch andere Eigenschaften der Faserstoffbahn ändern. Mittels einer weiteren Nebenbedingung bei der Optimierung kann dann beispielsweise erreicht werden, dass auch diese andere Eigenschaft innerhalb eines vorgegebenen Zielintervalles verbleibt.In a further advantageous embodiment, it may be provided that the optimization of the cost function takes place under at least one additional constraint. Thus, it may be possible, for example, that change other properties of the fibrous web by the changes of at least two manipulated variables in addition to the target size. By means of a further constraint in the optimization can then be achieved, for example, that also this other property remains within a predetermined target interval.
Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, diese andere Eigenschaft im Rahmen des gemeinsamen Modelles zusammen mit der Regelgröße und dem Kostenfunktional mit zu modellieren.Optionally, it may be advantageous to model this other property as part of the common model together with the controlled variable and the cost functional.
Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführung des Verfahrens kann es sich bei der Regelgröße um eine Festigkeitseigenschaft der Faserstoffbahn handeln. Für die Beschreibung der Festigkeit der Faserstoffbahn gibt es eine Vielzahl von Kenngrößen, wie z.B. die Reißfestigkeit, Spaltfestigkeit, Berstfestigkeit, aber die die Dehnbarkeit oder Steifigkeit der Faserstoffbahn. All diese Kenngrößen können direkt nur im Labor ermittelt werden. Die meisten davon auch nur im Rahmen einer zerstörenden Messung.In a further advantageous embodiment of the method, the controlled variable may be a strength property of the fibrous web. For the description of the strength of the fibrous web, there are a variety of characteristics, e.g. tear strength, split strength, burst strength, but the extensibility or stiffness of the fibrous web. All these parameters can be determined directly in the laboratory. Most of them only as part of a destructive measurement.
In weiteren vorteilhaften Ausführungen kann es sich bei der Regelgröße aber auch andere um Qualitätsparameter wie Planlage, Porosität, oder ähnliche handeln.In further advantageous embodiments, the controlled variable but also others may be quality parameters such as flatness, porosity, or the like.
Mittels im Labor gemessener Werte für die Regelgröße kann das gemeinsame Modell kontinuierlich überprüft werden, wie gut die Regelgröße durch das Modell vorhergesagt wird. By means of values measured in the laboratory for the controlled variable, the common model can be continuously checked as to how well the controlled variable is predicted by the model.
Bei den zumindest zwei Stellgrößen kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zumindest eine, insbesondere beide Stellgrößen ausgewählt sind aus der Gruppe Flächengewicht der Faserstoffbahn, Stärkeauftrag, Menge der Massestärke, Strahl-Sieb Verhältnis, Füllstoffmenge, Art und/oder Menge des verwendeten Fasermaterials, insbesondere auch Art und/oder Menge des eingesetzten Ausschusses.In the case of the at least two manipulated variables, provision may advantageously be made for at least one, in particular both manipulated variables to be selected from the group of basis weight of the fibrous web, starch application, amount of the mass starch, jet-sieve ratio, amount of filler, type and / or amount of the fiber material used, in particular also Type and / or quantity of the committee used.
Insbesondere in Bezug auf die oben erwähnten Festigkeitseigenschaften haben diese Größen einen großen Einfluss, so dass sie als Stellgrößen besonders vorteilhaft sind.Especially with regard to the strength properties mentioned above, these quantities have a great influence, so that they are particularly advantageous as manipulated variables.
In besonders vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass das Verfahren mehr als eine weitere Größe, bevorzugt mehr als 5, besonders bevorzugt mehr als 10 weitere Größen umfasst. Durch Hinzunahmen dieser weiteren Größen zu dem gemeinsamen Modell lässt sich häufig die Modellgüte massiv verbessern und z.B. die Genauigkeit der Ermittlung der Regelgröße deutlich erhöhen. Gerade bei statistischen Modellen wird es häufig vorkommen, dass sogar mehr als 20 oder mehr als 30 weitere Größen verwendet werden.In particularly advantageous embodiments, it can be provided that the method comprises more than one further size, preferably more than 5, particularly preferably more than 10 further sizes. By adding these other sizes to the common model, the quality of the model can often be massively improved, e.g. significantly increase the accuracy of determining the controlled variable. Especially with statistical models, it will often happen that even more than 20 or more than 30 other sizes are used.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das Verfahren im Rahmen eines geschlossenen Regelkreises verwendet werden. In a further advantageous embodiment, the method can be used in the context of a closed control loop.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das gemeinsame Modell und/oder das vorgegebene Zielintervall in Abhängigkeit von der produzierten Sorte der Faserstoffbahn gewählt werden.Furthermore, it can be provided that the common model and / or the predefined target interval are selected as a function of the type of fibrous web produced.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur noch weiter erläutert.In the following, the invention will be explained further with reference to a figure.
Die
Kernstück ist das gemeinsame Modell
In der in
Vorteilhafterweise ist diese Optimierung
Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, diese weitere Qualitätseigenschaft im Rahmen des gemeinsamen Modelles
Das Ergebnis dieser Optimierung
Üblicherweise wird dieses beschriebene Verfahren kontinuierlich ablaufen. Änderungen der Stellgrößen
Um die Qualität der durch das gemeinsame Modell
Hier ist es auch wieder von Vorteil, dass erfindungsgemäß ein gemeinsames Modell
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102005054825 [0005, 0005] DE 102005054825 [0005, 0005]
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