DE10253822A1 - Sensors, for monitoring the production of paper/cardboard webs, are given an on-line calibration, using laboratory measurement data which generate calibration software to correct sensor measurements - Google Patents

Sensors, for monitoring the production of paper/cardboard webs, are given an on-line calibration, using laboratory measurement data which generate calibration software to correct sensor measurements Download PDF

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Abstract

For the calibration of sensors (2), which monitor the production of a fiber web, laboratory measurements (4) are taken and a calibration software is produced after each, to be used to correct the on-line measurements (1) from the sensors. It gives an on-line calibration (6), together with process information data (9) on the fiber material composition and the pulp gas content, etc. The correction is through a multivariate regression e.g. partial least square regression, principle component analysis, ordinary multivariate regression.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Kalibrieren von Sensoren, die bei der Herstellung einer Faserstoftbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, dazu dienen, für den Herstellungsprozess benötigte Parameter zu messen.The invention relates to a method for calibrating sensors used in the production of a fiber web, especially a paper or cardboard web, are used for the manufacturing process needed To measure parameters.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 21 775 A1 (PP11250 DE) des Anmelders sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Stoftdichtesensoren bekannt. Derartige Sensoren werden eingesetzt bei der Herstellung einer Faserstoftbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, um für den Herstellungsprozess benötigte Stoffdichten von Faserstoftsuspensionen zu messen. Bereits das bekannte System löst das Problem der Offline-Messung, das heißt der Messung im ausgebauten Zustand oder des stichprobenartigen Überprüfens im Labor mit anschließendem Nachkalibrieren, das zeit- und kostenintensiv ist, indem gemäß dem bekannten System die Stoffdichtesensoren online und automatisch kalibriert werden. Dabei werden aus den erhaltenen Stoffdichtemesswerten mittels wenigstens einer Massenbilanz und mittels Sensorkennlinien die tatsächlichen Stoffdichtewerte ermittelt. In einer Ausführungsform des bekannten Systems wird auch ein Stoffdichtesensor eingesetzt, der bereits die tatsächlichen Messwerte liefert, der also die Ausgangsbasis für die Kalibrierung der übrigen Stoffdichtesensoren liefert. Ein solcher Stoftdichtesensor zur Messung der tatsächlichen Stoffdichte ist beispielsweise ein Sensor zur Bestimmung des Flächengewichts oder des Trockengewichts der Papier- oder Kartonbahn, nachdem diese eine Presse durchlaufen hat.From the German published application DE 101 21 775 A1 (PP11250 DE) by the applicant a method and a device for calibrating material density sensors are already known. Such sensors are used in the production of a fiber web, in particular a paper or cardboard web, in order to measure the material densities of fiber suspensions required for the manufacturing process. The known system already solves the problem of offline measurement, that is to say measurement in the dismantled state or random testing in the laboratory with subsequent recalibration, which is time-consuming and cost-intensive in that, according to the known system, the material density sensors are calibrated online and automatically. The actual material density values are determined from the material density measured values obtained by means of at least one mass balance and by means of sensor characteristics. In one embodiment of the known system, a material density sensor is also used, which already provides the actual measured values, that is to say provides the starting basis for the calibration of the other material density sensors. Such a fabric density sensor for measuring the actual fabric density is, for example, a sensor for determining the basis weight or the dry weight of the paper or cardboard web after it has passed through a press.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, das bekannte Messverfahren weiter zu verbessern.It is the object of the invention to further improve the known measuring method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass Labormessungen durchgeführt werden und dass die daraus gewonnenen Labor-Messdaten vorzugsweise nach jeder Messung zur Erzeugung einer Kalibriersoftware benutzt werden und dass die Labor-Messdaten zur Korrektur der von den Sensoren erzeugten Online-Messwerte benutzt werden.According to the invention, this task is performed by one Process of the type mentioned at the outset is achieved by carrying out laboratory measurements and that the laboratory measurement data obtained from this preferably after each Measurement can be used to generate calibration software and that the laboratory measurement data to correct the ones generated by the sensors Online measured values can be used.

Auf diese Weise lassen sich Abweichungen der von den Sensoren gemessenen Messdaten umgehend und einfach korrigieren. Die Korrektur erfolgt automatisch und erfordert keinen manuellen Eingriff.In this way, deviations of the Correct measurement data measured by the sensors immediately and easily. The correction is done automatically and does not require manual Intervention.

Mittels der gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzbaren online und automatisch messenden Sensoren lassen sich nicht nur die Stoffdichte oder der Aschegehalt einer Faserstoffbahn bestimmen, sondern auch alle anderen messbaren Parameter. Dies sind beispielsweise andere Faserstoffe, der pH-Wert, der Luftgehalt der Faserstoffbahn, deren Ladung, Feuchte, usw..By means of the according to the present invention online and automatically measuring sensors can be used not just the consistency or the ash content of a fibrous web determine, but also all other measurable parameters. these are for example other fibers, the pH value, the air content of the Fibrous web, its load, moisture, etc.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und aus der Zeichnung.Advantageous further developments of the Process result from the dependent claims, the description and from the drawing.

Von Vorteil ist bei einer Ausgestaltung des Verfahrens, dass aus einem Vergleich der Labor-Messdaten und der von einem Sensor gemessenen Daten die Abweichung jedes Sensor-Messwertes von dem Labor-Messwert errechnet wird und dass daraus ein Kalibrierparameter mittels einer Gewichtung neu berechnet wird.Is advantageous in one configuration of the method that from a comparison of the laboratory measurement data and the data measured by a sensor is the deviation of each sensor measurement is calculated from the laboratory measured value and that a calibration parameter is recalculated using a weighting.

Von Vorteil ist es außerdem, wenn nach jeder Messung eines Labor-Messwertes eine Korrektur des Online-Messwertes des Sensors erfolgt.It is also an advantage if after each measurement of a laboratory measured value a correction of the Online measured value of the sensor takes place.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden zur Kalibrierung andere Prozessinformationen oder andere Sensor-Messwerte einbezogen. Dies bedeutet, dass die Sensor-Messwerte eines Sensors anhand von anderen Sensoren ermittelten Werten gewichtet und korrigiert werden. Dadurch lassen sich Abhängigkeiten einer von einem Sensor gemessenen Größe von anderen Messparametern berücksichtigen. Hierbei lässt sich auch beispielsweise eine zeitliche Drift von Messwerten etwa dergestalt berücksichtigen, dass die unmittelbar vor den aktuellen Messwerten gemessenen Werte stärker in die Korrektur der aktuellen Messwerte einfließen als ältere Messwerte.In an advantageous further training The process uses other process information for calibration or other sensor readings included. This means that the Sensor measured values of a sensor determined using other sensors Values are weighted and corrected. This allows dependencies a size measured by a sensor from other measurement parameters consider. Here leaves there is also, for example, a temporal drift of measured values consider, that the values measured immediately before the current measurement values stronger flow into the correction of the current measured values than older measured values.

Von Vorteil erweist es sich außerdem, wenn die Sensor-Messwerte mit multivariater Regression korrigiert werden. Grundsätzlich lassen sich die Sensor-Messwerte mit jedem Regressionsverfahren korrigieren.It is also an advantage if the sensor readings are corrected with multivariate regression become. in principle the sensor readings can be made using any regression method correct.

Als besonders geeignet erweisen sich folgende Verfahren: die Partial Least Square Regression, die Principle Component Analysis (NIPALS) oder die Ordinary Multivariate Regression. Diese Verfahren sind allgemein bekannt. Zum Nachweis wird hier beispielhaft auf das Buch „Multivariate Calibration" von H.Martens, T. Naes, Verlag John Wiley & Sons, Chichester, New York, Brisbane, Toronto, Singapore, 1998 verwiesen. Dort wird beispielsweise die „Principal Component Regression" beschrieben, die sich auf die „Principal Component Analysis (PCA)" stützt. Bei diesem Verfahren werden sogenannte Prinzipalkomponenten (principal components) einer Größe X berechnet und anschließend nur einige der Prinzipalkomponenten für eine Regression berücksichtigt. Zu den Algorithmen, die zu einer PCA-Lösung führen, gehört der NIPALS-Algorithmus, der die Tatsache ausnutzt, dass die Prinzipalkomponenten orthogonal zu einander sind (vgl. Kapitel 3.4.2 ff. des Buches).Prove to be particularly suitable the following procedures: the partial least square regression, the principle Component Analysis (NIPALS) or Ordinary Multivariate Regression. These methods are generally known. As an example, here is a demonstration to the book “Multivariate Calibration "by H.Martens, T. Naes, published by John Wiley & Sons, Chichester, New York, Brisbane, Toronto, Singapore, 1998. There, for example, the “Principal Component Regression " based on the “Principal Component Analysis (PCA) " In this process, so-called principal components (principal components) of a size X calculated and subsequently only some of the principal components are considered for a regression. The algorithms that lead to a PCA solution include the NIPALS algorithm, which takes advantage of the fact that the principal components are orthogonal to are mutually exclusive (see Chapter 3.4.2 ff. of the book).

Als vorteilhaft erweist es sich auch, wenn die Kalibrierung der Sensoren in einem vorgegebenen Zeitabstand erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, dass Änderungen der Messwerte im Laufe der Zeit ein bestimmtes Maß nicht überschreiten können.It also proves to be advantageous if the calibration of the sensors in a predetermined time interval he follows. This ensures that changes in the measured values in the Cannot exceed a certain level over time.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens einen Sensor zur Durchführung einer Online-Messung auf. Ferner ist eine Labor-Messeinrichtung zur Gewinnung eines exakten Labor-Messwertes vorhanden.The invention also relates on a device for performing of a process. The device according to the invention has at least a sensor to carry out an online measurement. There is also a laboratory measuring device available to obtain an exact laboratory measurement.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist eine Recheneinrichtung vorhanden, die aus einem Vergleich der von der Labor-Messeinrichtung gewonnenen Messwerte mit den von dem Sensor gewonnenen Messwerten ein korrigiertes Messergebnis erzeugt, das dann dem Sensor oder den Sensoren zugeführt wird.In an advantageous further training the device has a computing device which consists of a Comparison of the measured values obtained from the laboratory measuring device a corrected measurement result with the measurement values obtained from the sensor generated, which is then fed to the sensor or sensors.

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die einzige Figur einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Messanordnung.The invention is intended to be described below two embodiments are explained in more detail. In the accompanying Drawing shows the only figure a schematic structure of the Measuring arrangement according to the invention.

Bezüglich des Aufbaus einer Papier- oder Kartonmaschine wird auf die eingangs bereits zitierte deutsche Offenlegungsschrift DE 101 21 775 A1 verwiesen, in der insbesondere in den 1, 2 und 5 eine Papier- oder Kartonmaschine in schematischer Form dargestellt ist.With regard to the construction of a paper or board machine, reference is made to the German laid-open publication already cited at the beginning DE 101 21 775 A1 referenced, in particular in the 1 . 2 and 5 a paper or board machine is shown in schematic form.

Bei einer derartigen Papier- oder Kartonmaschine werden eine Vielzahl von Messgrößen mittels Sensoren an verschiedenen Messstellen als Online-Messungen 1 (Figur) gemessen. Hierzu sind entsprechende Sensoren entweder im Rahmen des Stoffzuführsystem angeordnet, wie beispielsweise ein in der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift DE 101 21 775 A1 beschriebener Sensor zur Messung der Stoffdichte (Konzentration g/l von Faserstoff) in einer Faserstoff suspension, oder sie sind längs der aus der Faserstoftsuspension erzeugten Faserstoffbahn angeordnet. Im vorliegenden Fall ist ein Sensor 2 an einer Leitung 3 zum Transport der Faserstoffsuspension angeordnet. Der Sensor 2 ist beispielsweise ein optischer Sensor, der in der Leitung 3 angebracht ist. Ebenso kommen aber auch beispielsweise chemische Sensoren, zum Beispiel zur Bestimmung des pH-Werts; akustische Sensoren, usw. zum Einsatz. Besonders geeignet sind Sensoren, die in kurzer Zeit oder kontinuierlich ein Messergebnis erzeugen.In such a paper or board machine, a large number of measured variables are measured by means of sensors at different measuring points as online measurements 1 (FIG.). For this purpose, corresponding sensors are either arranged in the frame of the stock feed system, such as one in the aforementioned German published application DE 101 21 775 A1 Sensor described for measuring the consistency (concentration g / l of fibrous material) in a fibrous suspension, or they are arranged along the fibrous web produced from the fibrous suspension. In the present case there is a sensor 2 arranged on a line 3 for transporting the fiber suspension. The sensor 2 is, for example, an optical sensor in the line 3 is appropriate. However, chemical sensors, for example for determining the pH value, are also used; acoustic sensors, etc. are used. Sensors that generate a measurement result in a short time or continuously are particularly suitable.

Zur Korrektur der von dem Sensor 2 durchgeführten Online-Messung 1 dient eine Labormessung 4, die auf einer an einem Ventil 5 abgeführten Flüssigkeitsprobe aus der Faserstoffsuspension beruht. Die Labormessung 4 wird mittels einer im Vergleich zu dem Sensor 2 aufwendigeren Messapparatur durchgeführt, weswegen es auch nicht möglich ist, sie unmittelbar im Bereich der Papier- oder Kartonmaschine selber vorzunehmen. Die Labormessung 4 hat allerdings den Vorteil, dass sie zu einem im Vergleich zu dem von dem Sensor 2 gelieferten Ergebnis zu einem hochgenauen Ergebnis führt, das als das tatsächliche Messergebnis angesehen werden kann.To correct the from the sensor 2 performed online measurement 1 serves a laboratory measurement 4 that on one at a valve 5 removed liquid sample based on the fiber suspension. The laboratory measurement 4 is compared to the sensor 2 more complex measuring apparatus, which is why it is not possible to carry it out directly in the area of the paper or board machine itself. The laboratory measurement 4 has the advantage, however, that it is compared to that of the sensor 2 delivered result leads to a highly accurate result that can be regarded as the actual measurement result.

Das bei der Labormessung 4 erzielte Ergebnis ist geeignet, um den Sensor 2, dessen Messergebnis von dem tatsächlichen Messwert abweicht, zu kalibrieren. Die Kalibration wird durch ein automatisiertes Verfahren, als Online Calibration 6 bezeichnet, in einer (hier nicht dargestellten) Recheneinheit durchgeführt. Das Messergebnis wird dabei von dem Ort der Labormessung 7 unmittelbar nach jeder Messung der Online Calibration 6 zugeführt. Dort werden die Werte der Labormessung parallel mit dem jeweiligen Online-Wert des Sensors 2 gespeichert. Es erfolgt eine automatische Berechnung für jedes Wertepaar aus Sensor-Messwert und Labor-Messwert. Anschließend erfolgt eine automatische Berechnung der Abweichung für jedes Wertepaar und eine gewichtete Neuberechnung der Kalibrierparameter. Automatisch erfolgt so nach jeder Messung (üblicherweise einmal pro Schicht) die Korrektur des Online-Messwerts des Sensors 2. Über eine bidirektionale Datenleitung 8 werden diese Korrekturen an den Sensor 2 zurückgeleitet. In einer anderen Ausführungsformen werden die vom Sensor gelieferten Signale korrigiert und nicht an den Sensor zurück, sondern direkt als korrigierte Messwerte dem Prozessleitsystem einer entsprechenden Regelung zugeleitet.That with the laboratory measurement 4 Result achieved is suitable to the sensor 2 whose measurement result differs from the actual measurement value. The calibration is carried out by an automated process, called online calibration 6 referred to, carried out in a computing unit (not shown here). The measurement result is determined by the location of the laboratory measurement 7 immediately after each measurement of the online calibration 6 fed. There the values of the laboratory measurement are parallel to the respective online value of the sensor 2 saved. There is an automatic calculation for each pair of values from the sensor measured value and the laboratory measured value. Then the deviation is automatically calculated for each pair of values and a weighted recalculation of the calibration parameters. After each measurement (usually once per shift), the online measured value of the sensor is automatically corrected 2 , Via a bidirectional data line 8th will make these corrections to the sensor 2 returned. In another embodiment, the signals supplied by the sensor are corrected and not sent back to the sensor, but rather fed directly to the process control system as a corrected measured value of a corresponding control.

Optional fließen in den Kalibriervorgang weitere Prozessinformationen 9 wie die Faserzusammensetzung, der Gasgehalt der Faserstoffsuspension, usw. ein, die der Anordnung zur Durchführung der Online Calibration 6 über Datenleitungen 10 zugeführt werden. Die anderen Prozessinformationen schließen auch von anderen Sensoren gelieferten Daten ein. Zur Korrektur dieser Daten wird beispielsweise eine multivariate Regression eingesetzt. Als Verfahren eignen sich etwa: Partial Least Square Regression, Principle Component Analysis (NIPALS), Ordinary Multivariate Regression. Aber auch andere Regressionsverfahren sind für den Einsatz denkbar.Optionally, additional process information flows into the calibration process 9 such as the fiber composition, the gas content of the fiber suspension, etc., which the arrangement for performing the online calibration 6 over data lines 10 are fed. The other process information also includes data provided by other sensors. For example, multivariate regression is used to correct this data. Examples of suitable methods are: Partial Least Square Regression, Principle Component Analysis (NIPALS), Ordinary Multivariate Regression. However, other regression methods are also conceivable for use.

Die Online Calibration 6 über eine Steuerleitung 11 an ein zentrales Prozessleitsystem 12, das die aufgrund der Kalibration korrigierten Daten benutzt, um Prozessparameter wie die Temperatur, den pH-Wert, usw. zu verändern oder konstant zu halten.The online calibration 6 via a control line 11 to a central process control system 12 which uses the data corrected on the basis of calibration to change or keep process parameters such as temperature, pH, etc. constant.

11
Online-MessungOnline measurement
22
Sensorsensor
33
Leitungmanagement
44
Labormessunglaboratory measurement
55
VentilValve
66
Online CalibrationOn-line Calibration
77
Labormessunglaboratory measurement
88th
Bidirektionale Datenleitungbidirectional data line
99
Prozessinformationenprocess information
1010
Datenleitungendata lines
1111
Steuerleitungcontrol line
1212
Zentrales Prozessleitsystemcentral process Control System

Claims (9)

Verfahren zum Kalibrieren von Sensoren (2), die bei der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, dazu dienen, für den Herstellungsprozess benötigte Parameter zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass Labormessungen (4) durchgeführt werden, dass die daraus gewonnenen Labor-Messdaten vorzugsweise nach jeder Messung zur Erzeugung einer Kalibriersoftware benutzt werden und dass die Labor-Messdaten zur Korrektur der von den Sensoren (2) erzeugten Online-Messwerte (1) benutzt werden.Procedure for calibrating sensors ( 2 ), which are used in the production of a fibrous web, in particular a paper or cardboard web, to measure the parameters required for the manufacturing process, characterized in that Labormes sung ( 4 ) that the laboratory measurement data obtained from this are preferably used after each measurement to generate calibration software and that the laboratory measurement data are used to correct the sensors ( 2 ) generated online measured values ( 1 ) to be used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Vergleich der Labor-Messdaten und der von einem Sensor (2) gemessenen Daten die Abweichung jedes Sensor-Messwertes von dem Labor-Messwert errechnet wird und dass daraus ein Kalibrierparameter mittels einer Gewichtung neu berechnet wird.A method according to claim 1, characterized in that from a comparison of the laboratory measurement data and that of a sensor ( 2 ) measured data, the deviation of each sensor measured value from the laboratory measured value is calculated and that a calibration parameter is recalculated from this using a weighting. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Messung eines Labor-Messwertes eine Korrektur des Online-Messwertes des Sensors erfolgt.A method according to claim 2, characterized in that After each measurement of a laboratory measured value, a correction of the online measured value of the sensor. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung andere Prozessinformationen (9) oder andere Sensor-Messwerte einbezogen werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for process calibration other process information ( 9 ) or other sensor measurements. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor-Messwerte mit multivariater Regression korrigiert werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that corrects the sensor readings with multivariate regression become. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Regressionsverfahren die Partial Least Square Regression, die Principle Component Analysis (NIPALS) oder die Ordinary Multivariate Regression eingesetzt werden.A method according to claim 5, characterized in that the partial least square regression, Principle Component Analysis (NIPALS) or Ordinary Multivariate Regression. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung der Sensoren in einem vorgegebenen Zeitabstand erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the calibration of the sensors at a predetermined time interval he follows. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (2) zur Durchführung einer Online-Messung (1) vorhanden ist und dass eine Labor-Messeinrichtung (4) zur Gewinnung eines exakten Labor-Messwertes vorhanden ist.Device for carrying out a method according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one sensor ( 2 ) to carry out an online measurement ( 1 ) is present and that a laboratory measuring device ( 4 ) is available to obtain an exact laboratory measurement. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinrichtung vorhanden ist, die aus einem Vergleich der von der Labor-Messeinrichtung gewonnenen Messwerte mit den von dem Sensor (2) gewonnenen Messwerten korrigierte Messwert erzeugt.Apparatus according to claim 8, characterized in that there is a computing device which compares the measured values obtained by the laboratory measuring device with those from the sensor ( 2 ) measured values obtained, corrected measured value is generated.
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