DE3602833A1

DE3602833A1 - Regelverfahren und -anordnung fuer einen papierherstellungsrefiner

Info

Publication number: DE3602833A1
Application number: DE19863602833
Authority: DE
Inventors: Sen John M Ellery
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1985-01-31
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1986-08-07
Also published as: CA1249646A; PL156002B1; KR860005931A; JPH0250238B2; IN164369B; GB2170620B; KR890000814B1; IT8619251A0; MX161502A; BR8600386A; IT1208200B; PL257729A1; CN86100491A; PH23231A; JPS61179391A; GB8602068D0; CN1007273B; GB2170620A; US4661911A

Description

Regelverfahren und -anordnung für einen Papierherstellungsrefiner

Die Erfindung bezieht sich auf eine Refinerregelung und betrifft insbesondere eine adaptive Refinerregelung, die mit Hilfe von Echtzeitprozeßmessungen und einstellbaren Konstanten eine berechnete Hauptantriebsdrehzahl einstellt, die in Beziehung zu der durch den Hauptantrieb eines Refiners aufgenommenen Energie steht.

Das Grundproblem, welchem sich Papierfabriken heute in bezug auf die Refinermahlung gegenübersehen, ist das Aufrechterhalten der Refinermahlintensität, die eine Funktion der MahlScheibenkonstruktion und der Nutzenergie, mit der der Stoff beaufschlagt wird, ist und die für eine bestimmte Papierqualität bei veränderlicher Produktionsleistung konstant ist, und dann, unter Verwendung derselben Mahlausrüstung, das Herstellen einer anderen Papierqualität mit einer anderen Produktionsleistung und einem neuen Satz von PS-Tag/t (17,9 kWh/t)- und Mahlintensitätswerten. Die bekannte Technik schafft eine konstante Drehzahl für die Hauptantriebs-

motoren, weshalb bei einer Änderung in den Produktionsleistungen eine Einstellung der Refinerleistung vorgenommen wird, um den erforderlichen PS-Tag/t-Wert zu erzielen, wobei aber die Mahlintensität praktisch ungeändert bleibt, weil die Drehzahl nicht verändert wird.

Unter den vorgenannten Bedingungen muß das Papierfabrikpersonal weiterhin die Refinerleistung einstellen, um zu versuchen, die optimale Refinereinstellung für die gewünschten Ergebnisse zu finden. Diese Einstellung führt häufig zur Energievergeudung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Refinerintensitätsregelung zu schaffen, die sich den besonderen Refinererfordernissen und dem besonderen Mahlprozeß anpaßt.

Gelöst wird vorstehende Aufgabe durch die Schaffung einer adaptiven Konstantrefinerintensitätsregelung, bei welcher ein drehzahlveränderlicher Antrieb benutzt wird und welche eine Anzahl von Problemen löst, u.a.:

1) Bestimmen der Drehzahl, mit der der Hauptantrieb laufen sollte, in Beziehung zu der dem Refiner zugeführten Gesamtenergie;

2) Bestimmen der Nullast- oder Leerlaufleistung auf Echtzeitbasis und Verwenden derselben zum Optimieren des gesamten Refinerenergiebedarfs;

3) Bestimmen der Istgesamtenergie, die dem Refiner zugeführt wird; und

4) Bestimmen der erforderlichen Drehzahl der Einstellvorrichtung, die umgekehrt proportional zu dem Energiewert des Hauptantriebs ist, was einen stufenlos einstellbaren Drehzahlbereich für die Regelstabilisierung erlaubt.

Insbesondere wird die Aufgabe durch die Lösung der vorgenannten Probleme gelöst, indem mehrere eindeutige Algorithmen gelöst werden, deren Werte aus Echtzeitprozeßmessungen und einstellbaren Konstanten gewonnen werden, die zu einer

berechneten Hauptantriebsdrehzahl führen, welche in Beziehung zu der durch den Hauptantrieb aufgenommenen Gesamtenergie steht.

Die Genauigkeit der Regelung ist deshalb von der genauen Bestimmung der Leerlaufleistung abhängig. Deshalb wird eine besondere lineare Gleichung benutzt, um die Leerlaufleistung zu bestimmen. Eine zweidimensionale Matrix, die den "Fingerabdruck" des Prozesses in Echtzeit darstellt, wird festgelegt, wobei dieser Fingerabdruck die Leerlaufleistung bei verschiedenen Drehzahlen für eine bestimmte Produktionsleistung (in Tonnen) plus weitere mechanische und hydraulische Verluste berücksichtigt.

Die Genauigkeit des Ergebnisses wird weiter verbessert und anpassungsfähig gemacht, indem die gesamte Leerlaufleistungsgleichung unter Verwendung einer Echtzeitmessung des Durchsatzes und der Konsistenz gelöst wird.

Der ist-Nutz-PS-Tage/t-Wert kann nun unter Verwendung der berechneten Leerlaufleistung und einer Istleistungsmessung am Antriebsmotor berechnet werden.

Das Ergebnis der vorgenannten Reihe von Berechungen wird als Rückführung benutzt, um das Ungleichgewicht zwischen dem PS-Tag/t-Sollwert und dem PS-Tag/t-Istwert anzuzeigen. Ein ausgeglichener Zustand wird durch Einstellen der Mahlelemente erreicht.

Zur gleichen Zeit, zu der die Gesamtenergie eingestellt wird, wird die Gleichung für die erforderliche Drehzahl verarbeitet. Die erforderliche Drehzahl ist eine Funktion von Zoll Schnitte pro Umdrehung der Leisten einer Mahlscheibe und ist für jede Mahlscheibenkonfiguration konstant, der Nutzleistung, die das Ergebnis einer zuvor erläuterten Berechnung ist, und eines Intensitätsfaktors, der eine numerische Konstante ist, die die gewünschte physikalische Faserausbildung darstellt.

A-

Das Ergebnis der vorerwähnten Berechnung ist die erforderliche Drehzahl des Antriebsmotors für jeden variierenden Satz von Bedingungen.

Um zu gewährleisten, daß die berechneten Ergebnisse durch das letzte Steuerelement, d.h. den Refinergetriebemotor, genau implementiert werden, wird eine drehzahlveränderliche Einstellvorrichtung benutzt. Die Istgetriebemotordrehzahl ist eine inverse Funktion der durch den Hauptantrieb aufgenommenen Leistung und einer einstellbaren Konstante, die zu langsamerer Drehzahl der Einstellvorrichtung führt, wenn die aufgenommene Leistung zunimmt. Dieses besondere Merkmal eliminiert eine übliche Ursache der Regelinstabilität, die sich ergibt, wenn Antriebsmotoren auf oder in der Nähe von ihren Vollastwerten betrieben werden und die Refinerelemente mit einer vorbestimmten konstanten Drehzahl eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

die Fig. 1A und 1B

gemeinsam eine schematische Darstellung einer adaptiven Konstantrefinerintensitätsregelung nach der Erfindung, die mit einem Refiner verbunden ist und diesen auf der Basis von Echtzeitprozeßmessungen steuert,

Fig. 2

in Draufsicht einen Teil einer Mahlscheibe eines Refiners und

Fig. 3

ein vereinfachtes Blockschaltbild der Erfindung.

Allgemeines

Die Erfindung schafft, allgemein ausgedrückt, ein Verfahren

zum Konstanthalten der Mahlintensität bei veränderlichen Produktionsleistungen (in Tonnen) und veränderlicher aufgenommener Leistung für eine Stoffaufschlämmung, die durch einen Scheibenrefiner hindurchgeleitet wird. Erreicht wird das durch die Verwendung einer Regelstrategie und von mehreren besonderen Regelalgorithmen, die gemeinsam ein Ergebnis liefern, das die Drehzahl der Refinerelemente zu der durch den Hauptantrieb aufgenommenen Leistung in Beziehung setzt. Die Intentsität ist definiert als die aufgenommene Gesamtmahlleistung dividiert durch die Anzahl von Leistenüberquerungen (Refinerelementen) pro Zeiteinheit (IC/REV). Die NutzmahlIeistung ist definiert als die Gesamtleistung des Hauptantriebs minus der Nullast- oder Leerlaufleistung. Die Leerlaufleistung ist die Summe an Leistung, die erforderlich ist, um die Refinerelemente gegen den Widerstand aufgrund von Kräften zu drehen, die durch die Papieraufschlämmung zwischen den Refinerelementen und durch Stopfbüchsenreibungen, Lagerreibungen, Ventilationsverluste und interne Turbulenz und weitere kleinere Faktoren, die nicht vollständig definiert sind, hervorgerufen werden. Die Erfindung schafft eine Technik, durch die ein Prozeßsollwert festgelegt wird, die erforderliche Refinerleistung berechnet wird, die Refinerelemente mit einer veränderlichen Geschwindigkeit eingestellt werden, die von der Größe der aufgenommenen Leistung abhängig ist, die Istnutzleistung unter Verwendung der vorgenannten besonderen Fingerabdruckmethode für die Leerlaufbestimmung bestimmt wird und eine Drehzahl des Hauptantriebs berechnet wird, um die Mahlintensität für veränderliche Prozeßbedingungen konstant zu halten.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1A und 1B werden die Elemente der adaptiven Konstantrefinerintensitätsregelung gesondert erläutert.

Betriebsartauswahl

Ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Betriebsartauswahlelement, das eine Einrichtung darstellt, die aufgrund von durch die

Bedienungsperson gewählter Regelmethoden (d.h. Mahlgradregelung, Gautschvakuumregelung, PS-Tage/t-Regelung od.dgl.) anzeigt, in welcher Betriebsart die Regelanordnung arbeiten soll. Ein Menüformat wird benutzt, und, nachdem die Betriebsart gewählt worden ist, werden die richtigen Skalier- und Bereichs zahlen von Meßwertgebern dem Sollwertteil der Anordnung durch zugeordnete Softwaresubroutinen zugeordnet.

ProzeßSollwert

Das Prozeßsollwertelement 12 stellt eine Einrichtung dar zum Festlegen des Wertes der gewünschten Mahlergebnisse.

Wenn die PS-Tag/t (horsepower day per ton oder HPDT)-Betriebsart gewählt wird, ist die PID-Funktion nicht erforderlich und wird umgangen, was gestattet, daß der erforderliche HPDT-Sollwert durch den programmierbaren Refinerregler (PRC) 14 direkt empfangen wird.

Programmierbarer Refinerregler

Der programmierbare Refinerregler 14 empfängt als Eingangssignal, das einen erforderlichen Leistungssollwert darstellt, das Ausgangssignal des Prozeßsollwertelements 12. In Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart, was weiter unten unter der Überschrift "Betriebsartauswahl" näher erläutert ist, wird das Rückführungssignal entweder der berechnete Nutz-PS-Tage/t-Wert oder die Istnutzleistung sein.

Der programmierbare Refinerregler 14 leitet auf der Basis der Abweichung des Rückführungssignals von dem Sollwertsignal den erforderlichen Korrekturvorgang durch die Scheibenpositioniervorrichtung ein, d.h. vergrößert oder verkleinert die relative Refinerelementeposition, bis ein abgeglichener Zustand vorhanden ist. Das Tempo, mit welchem die Umpositionierung der Mahlelemente erfolgt, wird durch das Getriebemotordrehzahlberechnungselement 16 bestimmt.

Getriebemotordrehzahlberechnungselement

Das Getriebemotordrehzahlberechnungselement 16 empfängt das

Istnutzleistungssignal aus dem Istnutzleistungselement 18 und bestimmt durch das Verarbeiten einer besonderen linearen Gleichung die Drehzahl, mit der sich der Scheibeneinstellgetriebemotor drehen soll. Die Getriebemotordrehzahlberechnungsgleichung invertiert die Drehzahl des Getriebemotors / so daß eine Vergrößerung der Hauptantriebsleistung zu einer Verringerung der Drehzahl der Getriebemotoreinste 1 Ivor richtung führt. Diese Methode ist in einer weiteren deutschen Patentanmeldudng der Anmelderin beschrieben, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 660 522, vom 12. Oktober 1984 in Anspruch genommen worden ist und auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Refinerscheibeneinstellelement

Die RefinerScheibeneinstellung erfolgt unter Verwendung einer Standardmotoranlasser- und -wendeschützkombination 18. Die Drehrichtung und die Dauer der Einschaltzeit werden durch das Sollrefinerleistungselement 20 bestimmt, wogegen die Drehzahl des Getriebemotors durch das Getriebemotordrehzahlberechnungselement 16 vorbestimmt wird und selbsteinstellend ist.

Leerlaufleistung

Das Leerlaufleistungelement 22 stellt eine besondere Methode zum Entwickeln eines genauen Leerlaufwertes dar, der unter den meisten Bedingungen eine Variable ist, deren Wert sich mit der prozentualen Belastung des Hauptantriebsmotors ändert. Der Begriff "Leerlaufleistung" ist oben unter der Überschrift "Allgemeines" definiert. Für eine genaue Bestimmung der Nutzleistung muß dieser Wert über dem gesamten Belastungsbereich des Hauptantriebsmotors genau sein. Die Bestimmung dieses Wertes erfolgt durch eine Technik, die als Fingerabdruckmethode bezeichnet wird und gemäß der sämtliche Leerlaufwerte des Hauptantriebsmotors bei verschiedenen inkrementellen Drehzahlen in eine Matrix gesetzt werden. Die Matrix wird die wahre Anzeige der Leerlaufleistung für die geregelte Maschine und berücksichtigt sämtliche verschiedenen definierten und Undefinierten Verluste, die für die besondere Maschine vorhanden sind.

-Ji-

Die Matrix enthält zwei Felder, in welchen die Drehzahl in einem besonderen Zeitpunkt und der entsprechende Leerlaufleistung swert im selben Zeitpunkt aufgezeichnet sind.

Diese Information liefert in Verbindung mit den Istdrehzahlmessungen des drehzahlveränderlichen Antriebssystems und in Kombination mit einem Meßsignal, das zu der Stoffkonsistenz und zu dem Stoffdurchsatz proportional i"st, den Leerlaufleistungswert. Die Verwendung einer Messung der Iststoff konsistenz und des Stoffdurchsatzes ist notwendig, um eine Darstellung der Auswirkung der Konsistenz- oder Durchsatzänderung auf die Istleerlaufleistung zu liefern.

Der gesamte Prozeß des Bestimmens der Leerlaufleistung NHL erfolgt durch folgende Beziehung

NLH = A +

wobei K,

CA
CT

(CA - CT)

(FA - FT) ^KF

FA
FT
A

RPM

die einstellbare Leistungskonstante zum Trimmen der Auswirkung der Konsistenzänderung auf die Leerlaufleistung ist,
die Istkonsistenz ist,
die Sollkonsistenz ist,

die einstellbare Konstante zum Trimmen der Auswirkung der Durchsatzänderung auf die Leerlaufleistung ist,
der Istdurchsatz ist,

der Sollwert für den Solldurchsatz ist, die Matrixwertleistung ist, die durch den Wert der gemessenen Istvariablen RPM ausgewählt wird, und die gemessene Drehzahlvariable ist.

ti

Tabelle IV

DREHZAHL-LEERLAUFLEISTUNG-MATRIX

DATENPUNKT RPM A

	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
1	O
1	1
1	2
1	3

900,0 180,0

899,5 179,8

899,0 179,4

898,5 179,2

898,0 179,0

897,5 178,8

897,0 178,6

896,5 178,4

896,0 178,2

895,5 177,8

895,0 177,4

894,5 177,2

894,0 176,7

99 401,0 131,0

100 400,0 130,0

-Uf-

Istnutzleistung

Die Istnutzleistung, die durch den Hauptantriebsmotor aufgenommen wird, wird durch folgende Beziehung bestimmt

T JTT PT ζΤΠΝΡ ISTNUTZLEISTUNG = " LEERLAUFLEISTUNG

Die berechnete Istnutzleistung wird als Rückführungsinformation für die Getriebemotordrehzahlberechnung, die Intensitatsberechnung, das PRC-Element und das %-Nutzleistung-Element benutzt.

% Nutzleistung

Das %-Nutzleistung-Element 24 bestimmt den Prozentsatz der Nutzleistung, die durch den Hauptantriebsmotor aufgenommen wird. Sein Wert wird aus folgender Beziehung ermittelt

% NUTZLEISTUNG = 100 ()

^K3

Die Istnutzleistung wird aus der vorgenannten Beziehung gewonnen, und die Konstante K^. ist eine einstellbare Konstante welche die verfügbare Nutzleistung darstellt.

% Durchsatz

Das %-Durchsatz-Element 26 bestimmt den Istdurchsatz oder -durchfluß in einem bestimmten Zeitpunkt und wandelt diesen Wert in einen Prozentsatz des maximalen Durchsatzes oder Durchflusses um. Sein Wert wird aus folgender Beziehung gewonnen

% Durchsatz = 100 (_}

^K4

Der Istdurchsatzwert wird durch Verwendung einer Standarddurchfluß- oder -massenmeßvorrichtung, beispielsweise eines magnetischen Durchflußmeßwertgebers, gewonnen.

In der obigen Gleichung ist K. eine einstellbare Konstante, die den geeichten Bereich der Durchflußmeßvorrichtung darstellt.

% Nutz-PS-Tage/t

Das %-Nutz-PS-Tage/t-Element 28 berechnet die Ist-Nutz-PS-Tage/t, die dem Hauptantriebsmotor zugeführt werden, auf der * Basis des Durchsatzes (T/D) und der Konsistenz des Materials, das zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt verarbeitet wird. Der Wert für % Nutz-PS-Tage/t wird aus folgender Beziehung (net horsepower days per ton oder NHDT) gewonnen

ΜΠΦ7 — ης

% MHDT = < * < ^% DURCHSATZ χ 0,06)

C der Wert der gemessenen Konsistenz ist, P₁ (1-P₂)/50 ist,

P das Verhältnis Mindestkonsistenz/mittlere Konsistenz ist,

% Durchsatz das Ergebnis der Berechnung des prozentualen Durchsatzes ist, und

0,06 1/16,62 ist.

Die Verwendung der obigen Gleichung, die in %-Nutz-PS-Tage/t enthalten ist, wird nicht speziell als Erfindung beansprucht. Diese Prozedur ist in einem US-Patent (Serial No. 370 577, Anmeldetag 19. April 1982, Erteilungstag 28. August 1984) beschrieben, auf das bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

ίο

-Vt-

Intensitätsberechnung

Das Ergebnis der Intensitätsberechnung durch das Element ist ein Signal, welches die Drehzahl des Hauptantriebsmotors darstellt, die die Beziehung im Gleichgewicht hält. Die erforderliche Drehzahl des Hauptantriebsmotors wird durch folgende Beziehung bestimmt

τ,™ /r> u μ, ISTNUTZLEISTUNG RPM (Drehzahl) =

IC/REV χ INTENSITÄTSFAKTOR wobei:

NUTZLEISTUNG das Ergebnis der Istnutzleistungsberechnung ist,

IC/REV die einstellbare Konstante ist, die

von der Konfiguration der Mahlelement-Konstruktion abhängig ist, und

ISTNUTZLEISTUNG

INTENSITÄTSFAKTOR =

IC/REV χ RPM

Der Intensitätsfaktor ist eine einstellbare Konstante, die das verlangte Ergebnis darstellt, nachdem das Material durch den Scheibenrefiner und die Mahlelemente hindurchgeleitet worden ist.

Proportional, Integral, Differential (PID)

Es ist nicht beabsichtigt, hier auf irgendeine Weise, ausgenommen in Kombination mit den anderen Elementen der Erfindung, die Standard-PID-Funktionen zu beanspruchen, die seit vielen Jahren bekannt sind. Diese Standard-Funktionen werden im Rahmen der Erfindung benutzt, um den Gesamtbetrieb zu verbessern. Sie werden verwendet, jeweils mit zugehöriger Definition, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, und sind durch das Element 3 2 dargestellt.

Der Begriff "proportional" oder "Verstärkung" ist das Verhältnis der Änderung im Ausgangssignal zur Änderung im Eingangssignal aufgrund der Proportionalregelung.

Der Begriff "integral" ist die Regelung, bei der die zeitliche Änderung des Ausgangssignals proportional zum Eingangssignal ist.

Der Begriff "differential" ist das Verhältnis der maximalen Verstärkung, die aus der PD-Regelung resultiert, zu der Verstärkung aufgrund der P-Regelung allein.

Die obigen drei Regelfunktionen sind in gewissen Grenzen finit einstellbar und ermöglichen die Prozeßabstimmung des Betriebsregelschemas.

Eine ähnliche Schaltung 34 ist vorgesehen zum Steuern des Hauptantriebsdrehzahlsollwerts aus der Drehzahlberechnung des Elements 30.

HARDWARE

Steuerschaltungen

Die einzelnen Steuerschaltungen oder -elemente, die oben angegeben sind, können unter verschiedenen bekannten Schaltungen ausgewählt werden, es ist aber festgestellt worden, daß die Berechnungen leicht durch einen Computer gehandhabt werden können, nämlich durch den DEC (Digital Equipment Corporation)-Computer PDP 11-23E. Das PDP-11-23E-System enthält eine 1-Meg-Platteneinheit, A/D (Analog/Digital)-Eingabekarten, D/A (Digital/ Analog)-Ausgabekarten, ein RSX-Betriebssystem und einen Pascal-(UCSD)-Version-Compiler.

HauptmotorSteuereinheit 36

Die für den Hauptmotor gewählte frequenzgestellte Steuereinheit ist ein frequenzgestellter 600-PS-Regler der Firma Reliance Electric.

Zi

Getriebemotorsteuereinheit

Die für den Getriebemotor gewählte frequenzgestellte Steuereinheit war ein frequenzgestellter 5-PS-Regler der Emerson Electric Co., Modell AS270-OTB.

Getriebemotoreinstelltafel

Die Getriebemotoreinstelltafel wird von der Beloit Corporation gemäß deren Zeichnung D42-400788 hergestellt und geliefert.

PRC 14

Der programmierbare Refinerregler wird von der Beloit Corporation gemäß deren Zeichnung D42-400983-G1 hergestellt und geliefert.

Leistungssignalgeber 36

Der gewählte Leistungssignalgeber ist das von der Scientific Columbus hergestellte Modell XL.

Konsistenzmeßwertgeber 38

Der Konsistenzmeßwertgeber ist das von der Dezurik Corporation hergestellte Modell 710BC.

Durchflußmeßwertgeber 40

Der Durchflußmeßwertgeber 40 ist das von der Foxboro Company hergestellte Modell 2800.

Mahlgradmeßwertgeber 42

Der gewählte Mahlgradmeßwertgeber ist das von der Bolton Emerson Company, Lawrence, MA, hergestellte Modell Mark III.

Gautschvakuummeßwertgeber

Der gewählte Gautschvakuummeßwertgeber 44, der das Vakuum an der Gautschwalze 46 abfühlt, wird von der Foxboro Company, Foxboro, MA, hergestellt.

- 3Λ -

Die Entscheidungselemente 52, 54 und 56 sind selbstverständlich Teile des PDP-11-23E-Systems.

Die anderen Betriebselemente sind der Hauptantriebsmotor 48 und der Refiner 50, der den Refinergetriebemotor 52 enthält.

Betriebsarten

Wie oben erwähnt wurde der Computer PDP 11-23E zum Implementieren der adaptiven Konstantrefinerintensitätsregeltechnik gewählt. Wie oben ebenfalls erwähnt ist der Computer PDP 11-23E nicht die ausschließliche Implementierungseinrichtung. Die »ausführlich angegebene Regeltechnik kann unter Verwendung von Analogtechniken oder von Digitaltechniken mit richtig gewählter Hardware implementiert werden.

Die im folgenden beschriebene Arbeitsweise basiert auf der digitalen Implementierung und wird zur Erleichterung des Verständnisses in kleinen Blöcken beschrieben. Der letzte Teil wird die verschiedenen Betriebsblöcke miteinander verknüpfen, um die vollständige Arbeitsweise darzustellen. Die Figuren 1A und 1B stellen deshalb sowohl die Hardware des Systems als auch ein Flußdiagramm dar, welches die Betriebsarten des Systems im einzelnen zeigt.

Betriebsartauswahl, Sollwert, Entscheidung

Der Betriebsartauswahlteil der Regelanordnung wird unter Verwendung eines Katodenstrahlröhrenterminals implementiert, das mit dem Computer verbunden und in Fig. 1A mit 10 bezeichnet ist. Die Softwaremoduln bieten der Bedienungsperson ein interaktives Dialogprogramm, welches erfordert, daß über die Tastatur (die ebenfalls Teil des Elements 10 ist) eine Eingabe erfolgt, um die Betriebsart festzulegen, in welcher die Regelanordnung arbeiten soll, d.h. HPDT-Betriebsart, Gautschvakuumbetriebsart, Mahlgradregelbetriebsart und andere.

- ve- - Ji/

Der Betriebsartauswahl-, Sollwert- und Entscheidungsteil der Regeltechnik ist in Fig. 1A durch die Elemente 10, 12 und 52 dargestellt.

Bei Verwendung der interaktiven Daten, die während eines anfänglichen Einsteilens der Regelanordnung empfangen werden, finden das folgende Menü und der folgende Dialog statt, während welchen geeignete Subroutinen ausgewählt werden, die die korrekten Skalierdaten und Konstanten bestimmen, welche für die gewählte Betriebsart erforderlich sind. Gleichzeitig werden die verschiedenen Entscheidungen auf der Basis derselben Eingangsdaten getroffen.

SORTENEINGABEMENÜ

SORTENBESCHREIBUNGEN

1 2 3 4

Sie wählen Eins?

REGELB ETRIEB SARTAUSWAHL

1. Sie wählen Refiner?

2. Wünschen Sie in HPDT-Betriebsart zu arbeiten, Ja/Nein?

3. Wünschen Sie in Mahlgradbetriebsart zu arbeiten, Ja/Nein?

4. Wünschen Sie in Gautschvakuumbetriebsart zu arbeiten, Ja/Nein?

5. Wünschen Sie in "anderer" Betriebsart zu arbeiten, Ja/Nein?

Sie haben gewählt Betriebsart für Refiner Nr.

Ist Ihre Wahl korrekt? Ja/Nein?

BEGINNEN SIE INTERAKTIVEN DIALOG

1. Sie haben gewählt (Sorte)

Ist Ihre Wahl korrekt? Ja/Nein

2. Möchten Sie Automatische Regelung einleiten? Ja/Nein

3. Ja = "Automatische Regelung Eingeleitet" Subroutine "A"

4. Nein = übergang auf Subroutine für Konstantenneueinstellung Subroutine "B"

Leerlaufleistung und Istnutzleistung

Das Leerlaufleistungselement 22 und das Istnutzleistungselement 18 werden zusammen mit dem Entscheidungselement 54 unter Verwendung einer Drehzahl- und Leistungsdatenmatrix, die durch Echtzeitdatenerfassungstechniken gebildet wird, und der kontinuierlichen Lösung der Leerlaufleistungsgleichung, die oben für das Leerlaufleistungselement 22 und das Istnutzleistungselement 18 angegeben ist, implementiert.

In bezug auf diese Elemente und auf die Gleichungen dafür ergibt die Drehzahl- und Leistungsdatenmatrix, die im folgenden als Fingerabdruck bezeichnet wird, eine Leerlaufkennlinie von Leerlaufwerten für den einzelnen Motor und den einzelnen Refiner, die benutzt werden, über dem gesamten Drehzahlbereich des drehzahlgeregelten Hauptantriebsmotors 48. Die auf diese Weise gebildete Kennlinie berücksichtigt sämtliche Leistungsverluste aufgrund verschiedener Umstände, die oben unter der Überschrift "Allgemeines" beschrieben worden sind,und

- MT - Zi-

stellt die echten Leerlaufwerte bei verschiedenen Drehzahlwerten des Antriebs dar.

Der folgende Plan repräsentiert einen typischen Pseudocode zum Vervollständigen des Fingerabdruckbetriebes. Dieser Fingerabdruckbetrieb braucht nur einmal vor dem Einleiten der Regelung ausgeführt zu werden. Der Fingerabdruckprozeß wird nur wiederholt, wenn mechanische Änderungen vorgenommen werden, d.h. wenn ein Motor mit größerer Leistung oder andere Refinerelementkonfigurationen benutzt werden.

PSEUDOCODE

1. Starte Hauptantrieb und beschleunige Antrieb auf maximale Drehzahl, starte Stoffpumpe.

2. Prüfe, ob Einlaßdruck und Konsistenz innerhalb des Bereiches sind.

3. Verzögere Antriebsinkremente.

4. Lies Antriebsleistung und Drehzahl bei jedem Inkrement P/-i\S#_?w usw.

5. Nach Beendigung schalte Steuerung auf Sorten (grade)-eingabemenü um.

Es ist klar, daß die Anzahl der Datenpunkte, die in der Drehzahl- und Leistungsdatenmatrix enthalten sind, großen Einfluß auf die Genauigkeit der gebildeten Kennlinie hat. Eine typische Fingerabdruckdatenmatrix ist in der weiter unten angegebenen Beschreibung des Leerlaufleistungselements angegeben und wird im übrigen Teil dieses Textes benutzt/ um die tatsächliche Arbeitsweise des Regelprozesses zu veranschaulichen. Die Algorithmen, die in Gleichungsform angegeben sind, sind nicht in allen Fällen vereinfacht worden, um ein gründlicheres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen.

Das Leerlaufleistungselement 22 arbeitet folgendermaßen.

1. Der Wert des Drehzahleingangssignals wird der Programmvariablen AIN zugeordnet.

2. Unter Verwendung von Standardmatrixsuchtechniken wird der Wert in der Variablen A mit den Motordrehzahlwerten, die in der Matrix enthalten sind, während der Fingerabdruckprozedur verglichen.

3. Die engstmögliche Übereinstimmung mit dem

in der Programmvariablen AIN enthaltenen Wert wird gefunden, der entsprechende Wert der

Leistung in diesem Punkt wird der Programmvariablen AOUT zugeordnet.

4. Die Leerlaufleistungsgleichung wird gelöst, und ein berechneter Wert wird der Programmvariablen NLHP zugeordnet.

Folgendes veranschaulicht numerisch die oben beschriebene Prozedur.

NLHP = AOUT

wobei:

(CA - CT)

(FA - FT) ^KF

CA = Istkonsistenz aus dem Konsistenzmeßwertgeber 38,

CT = Sollkonsistenz,

FA = Istdurchsatz aus dem Durchflußmeßwertgeber 40, FT = Solldurchsatz,

K_c = Einstellbare Konstante zum Darstellen der Auswirkung einer Konsistenzänderung auf den korrigierten Leerlaufwert für verschiedene Materialarten, die verarbeitet werden,

Κ_π = Einstellbare Konstante zum Darstellen der Auswirkung einer Durchsatzänderung für verschiedene Materialarten, und

AOUT = Matrixwert,gespeichert in der Matrix an der Stelle, die durch die Übereinstimmung der Variablen AIN mit dem Matrixdrehzahlwert (RPM) angegeben ist.

NLHP-DATENMATRIX AIN RPM AOUT

898,5 900 180,0

899,5 179,8

899,0 179,4

898,5 179,2

898,0 179,0

897,5 178,8

897,0 178,6

896,5 178,4

896,0 178,2

895,5 177,8

895,0 177,4

894,5 177,2

894,0 176,7

K_c = 0,1

^KF * ²

BERECHNUNGSERGEBNIS

AIN	AOUT	CA	CT	FA	FT	KC	KF	NLHP
898,5	179,2	3,5	3,5	1000	1000	0,1	30	179,2
898,5	179,2	4,0	3,5	1000	1000	0,1	30	181 ,7
898,5	179,2	3,0	3,5	1000	1000	0,1	30	176,7
898,5	179,2	3,5	3,5	1200	1000	0,1	30	182,5
898,5	179,2	3,5	3,5	900	1000	0,1	30	177,5
898,5	179,2	3,2	3,5	1100	1000	O,1	30	179,5

Die obigen Berechnungsergebnisse zeigen, daß die angegebene Gleichung ein Ergebnis erzeugen kann, das als adaptiv beschrieben werden kann, wenn die Konsistenz- und Durchsatzwerte aktive Eingabegrößen für die Gleichung sind. Sie beschreiben außerdem die Prozedur zum Erzielen von genauen Leerlauf-Ieistungswerten, die ein integraler und wichtiger Teil der gesamten Regeltechnik sind. Die beiden Konstanten K_, und K„ sind empirisch und müssen aus tatsächlichen Versuchen gewonnen werden.

ISTNUTZLEISTUNG

Der Wert der Istnutzleistung wird aus folgender Gleichung bestimmt:

ANHP = (

LEISTUNG 0,746

- NLHP

wobei:

ANHP
LEISTUNG

Istnutzleistung (actual net horsepower) Ist-Kilowatt-Wert, erzielt aus der Wattmeßvorrichtung (Leistungsmeßwertgeber 36),

0,746 = Umrechnungsfaktor, entnommen der festgelegten Definition, die zum Umwandeln von kW in PS benutzt wird,

1 PS = 4562 kgm/min ( 33,000 ft-lb/min)

1 PS = 76 kgm/s (550 ft-lb/sec.)

1 PS = 746 Watt, und

1 PS = 0,746 Kilowatt und

NLHP = Ergebnis der Lösung für obiges NLHP.

Unter Verwendung der obigen Gleichung für die Istnutzleistung veranschaulicht das folgende numerisch die Verwendung der Berechnungsergebnisse aus der Leerlaufleistungsberechnung unter der Annahme, daß die Motorleistung 1 000 PS beträgt.

LEISTUNG IN KW PS NLHP ANHP

745	998	,6	179	,2	819,4
600	804	,2	181	,1	622,5
500	670	,2	176	,1	493,5

Die obigen Berechnungsergebnisse zeigen, daß die Gleichung wie erwähnt einen Ist-Nutz-PS-Tage/T-Wert ergibt, der auf einer Umwandlung von Kilowatt in PS minus dem Ergebnis der Leerlaufleistungsberechnung basiert.

Prozent Nutzleistung, Prozent Durchsatz,

Prozent Nutz-PS-Tage/t

Die Werte für Prozent Nutzleistung, Prozent Durchsatz und Prozent Nutz-PS-Tage/t werden für die PS-Tage/t-Betriebsart durch die Elemente 24, 26 und 28 in Fig. 1A mit zusätzlichen Eingangssignalen aus dem Durchflußmeßwertgeber 40 und dem Konsi¹-stenzmeßwertgeber 38 geliefert und wie angegeben nur implementiert, wenn eine HPDT-Betriebsart gewählt wird. Die Umwandlung

von Werten in Prozent an sich nichts besonderes, aber ein Merkmal der Erfindung.

Prozent Nutz-PS-Tage/t

Das Prozent-Nutz-PS-Tage/t-Element 28 stellt eine Standardmodifizierung einer Prozedur dar, die in der US-PS 4 184 204 beschrieben ist, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Mit diesem Element wird bezweckt, ankommende Prozeßmeßsignale in einen Nutz-PS-Tage/t-Wert unter Verwendung einer besonderen Methode umzuwandeln, die in der US-PS 4 184 204 beschrieben ist. Die Modifizierung dieser Prozedur ist die Prozentumwandlung der sich ergebenden Werte, die für den Betrieb der Erfindung erforderlich ist, und die Tatsache, daß die Variable Prozent-Nutz-PS nun diesem Element zur Lösung seiner Gleichung in einer Form dargeboten wird, die sich aus der obigen Beschreibung für Prozent-Nutz-PS-Tage/t unter Verwendung der Prozent-Nutz-PS-, der Prozent-Durchsatz- und der Konsistenzmessungen und -Verhältnisse ergibt.

Prozentuale Nutzleistung (% Nutz-PS)

Das Prozent-Nutzleistung-Element 24 sorgt für eine einfache Umwandlung eines Wertes, der durch die Elemente 22 und 18 bestimmt wird, in einen Prozentwert. In den im folgenden angegebenen numerischen Beispielen für die Prozent-Nutz-PS-Gleichung ist die Konstante K3 einstellbar und stellt die verfügbare Nutzleistung dar. Die verfügbare Nutzleistung kann als die maximale Nennleistung des Hauptantriebsmotors 48 minus seiner Leerlaufleistung beschrieben werden, und, wenn angenommen wird, daß die Motorleistung 1000 PS und seine Leerlaufleistung 180 PS beträgt, ist die Konstante K3 gleich 820 PS. Wenn eine Istnutzleistung von 600 PS angenommen wird, dann gilt % Nutz-PS = Istnutzleistung/K3 % Nutz-PS = 100 (600/820)

% Nutz-PS = 7 3,1%.

Prozent Durchsatz

Das Prozent-Durchsatz-Element 26 führt eine Umwandlungsprozedur aus/ bei der der Durchsatzmeßwert/ der aus dem Durchflußmeßwertgeber 40 erhalten wird, und eine einstellbare Konstante K4 benutzt werden, um einen Wert zu erzeugen, der den prozentualen Durchsatz darstellt. Die Konstante K4 stellt den geeichten Bereich der Durchflußmeßvorrichtung dar. Der Istdurchsatz ist der Wert des Ausgangssignals der Durchflußmeßvorrichtung in irgendeinem besonderen Zeitpunkt. Wenn ein Durchflußmeßvorrichtungseichbereich von 1000 GPM und eine Istdurchflußmessung von 800 GPM angenommen werden, dann gilt

% Durchsatz = 100 (800/1000) % Durchsatz = 80%.

Getriebemotordrehzahl, drehzahlgeregelter Antrieb

und Getriebemotorscheibeneinsteilung

Diese Funktionen sind durch die Elemente 16, 20 und 21 in Fig. 1B dargestellt. Sie sind auch in der älteren deutschen Patentanmeldung beschrieben, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial Number 660 522, vom 12. Oktober 1984 in Anspruch genommen worden ist und auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Diese Techniken werden bei dem hier beschriebenen Regelprozeß verwendet, um die gesamte Betriebsweise zu verbessern, und sind im folgenden mit numerischen Beispielen angegeben.

Getriebemotordrehzahl

Dieser Abschnitt der Regelung basiert auf der kontinuierlichen Lösung einer linearen Gleichung unter Verwendung von verschiedenen Methoden des Ausführens von Berechnungen, die erforderlich sind, wobei das Ergebnis die erforderliche Getriebemotordrehzahl darstellt. Der Kern dieser Technik ist das Verändern der Ausgangsdrehzahl des Getriebemotors in entgegengesetzter Beziehung zu der Größe der Refinerhauptantriebslelstung, und die grundlegende lineare Gleichung ist:

GMSR = GMSMX - (ACMMP/AVMMP)/GMSMX + GMSMN wobei:

GMSR = erforderliche Getriebeirotordrehzahl (gearmotor speed required^

GMSMX = maximale Getriebemotordrehzahl (eine einstellbare Konstante, die die maximale Ausgangsdrehzahl des Getriebemotors darstellt),

ACMMP = Isthaupt motorIeistung (eine Echtzeitmessung der Leistung, die der Hauptantrieb des Refiners aufnimmt) ,

AVMMP = verfügbare Hauptmotorleistung (eine einstellbare Konstante, die die maximale Leistung in Kilowatt darstellt, die ein Refinerantrieb liefern kann),

GMSMN = minimale Getriebemotordrehzahl (eine einstellbare Konstante, die in einem frequenzgestellten Antriebsregler enthalten ist).

TYPISCHES BEISPIEL

Angenaimene Hauptantriebsleistung = 200 PS

Max. verfügbare Leistung =200 PS χ 0,746 = 149,2 Kilowatt Max. Getriebemotordrehzahl = 900 U/min Min. Getriebemotordrehzahl = 50 U/min Getriebemotordrehzahlbereich = 900 U/min - 50 U/min = 850

U/min

Setze max. Drehzahl auf = 850 U/min Angenommene Leerlaufleistung = 70 PS χ 0,746 =52,2 Kilowatt.

Hauptmotorleistung Hauptmotorleistung Max .GM- Min.GM- Getriebemo-(Ist) (Verfügbar) Drehzahl Drehzahl tordrehzahl

149,2 kW 149,2 kW 850 U/min 50 U/min 50 U/min

139,2 kW 149,2 kW 850 U/min 50 U/min 106 U/min

129,2 kW 149,2 kW 850 u/min 50 ü/min 163,8 U/min

119,2 kW 149,2 kW 850 U/min 50 U/min 220 U/min

Vorstehendes zeigt, daß sich, wenn sich die tatsächliche gemessene Hauptmotorleistung ändert, die Ausgangsdrehzahl des Getriebemotors entgegengesetzt dazu ändert.

Drehzahlgeregelter Antrieb

Der drehzahlgeregelte Antrieb 20 stellt einen üblichen frequenzgestellten Antriebsregler dar. Es gibt mehrere Hersteller dieses Typs von Antriebsregler. Die Meßanforderungen an den Regler für den drehzahlgeregelten Antrieb sind:

A) Er muß in der Lage sein, das Fernsteuersignal zu empfangen, das aus der Getriebemotorberechnung gewonnen wird, und

B) der Regler für den drehzahlgeregelten Antrieb muß so dimensioniert sein, daß er den Leistungserfordernissen der verschiedene Nennleistungen aufweisenden Getriebemotoren angepaßt ist.

Wie oben erwähnt war die gewählte frequenzgestellte Steuereinheit für den Getriebemotor ein 5-PS-VF-Regler der Emerson Eletric Co., nämlich deren Modell AS270-OTB.

GetriebemotorScheibeneinstellung

Das Getriebemotorscheibeneinstellelement 21 stellt eine Gruppe von Motoranlassern und Wendeschützen dar, die ihre Betriebsbefehle aus dem programmierbaren Refinerregler 14 empfangen .

Wie oben angegeben wird die Getriebemotorscheibeneinstelltafel von der Beloit Corporation gemäß deren Zeichnung D42-400788 hergestellt und geliefert und ist typisch für Getriebemotorscheibeneinstellelemente, die bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden können.

Programmierbarer Refinerregler

Wie oben angegeben wird der programmierbare Refinerregler auf

Mikroprozessorbasis von der Belolt Corporation gemäß deren Zeichnung D42-400983-G1 hergestellt und geliefert. Seine Operationen bestehen, kurz gesagt, darin, ein Eingangssignal aus einer entfernten Quelle zu empfangen, dieses Signal mit einem Meßsignal aus der gesteuerten Vorrichtung zu vergleichen und einen Korrekturvorgang an einer Scheibenpositioniervorrichtung mit Hilfe der Geschwindigkeit und der Richtung von Umdrehungssignalen auszuführen. Er ist ebenfalls typisch für einen Regler, der bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden kann.

Intensitätsberechnung

Die unten beschriebene Antriebsdrehzahlberechnung stellt eine besondere Methode zum Bestimmen der erforderlichen Drehzahl des mit dem Scheibenrefiner 50 verbundenen Hauptantriebsmotors 48 dar, um eine konstante Mahlintensität für variierende Prozeßbedingungen aufrechtzuerhalten.

ANTRIEBSDREHZAHLBERECHNUNG

DREHZAHL-

SOLLWERT PIDFUNKTION < DREHZAHL

DREHZAHLGEREGELTER
HAUPTANTRIEBSMOTOR

Die Intensität wurde oben in der allgemeinen Beschreibung als die aufgenommene Nutzmahlleistung dividiert durch die Anzahl von Leistenüberquerungen (Mahlelementen) pro Zeiteinheit definiert.

Die erforderliche Drehzahl ist das Ergebnis des kontinuierlichen Lösens der folgenden besonderen Gleichung:

RPM(Dreh_Zahl) =

IC/REV χ Intensitätsfaktor

wobei:

die Istnutzleistung das mathematische Ergebnis ist, das aus der Lösung der oben beschriebenen Nutzleistungsgleichung gewonnen wird, und
IC/REV Zoll Schnitte pro Umdrehung bedeutet (die Summe der Anzahl von Leisten auf einem Mahlelement in der Rotorposition mal der Zahl der Leisten in der Statorposition mal der Länge der Leisten in jeder Zone des Mahlelements, wobei die Summe mit der Anzahl der Umdrehungen pro Minute multipliziert wird).

Gemäß Fig. 2 gilt folgendes:
IC/M
wobei:

IC/M = 2 [ (B_R1X B₅₁ x L₁) ₊ (B_R11 *B_S11 χ L „) ₊ (B^ x B^ 1^)]χ RPM

B₁ = Anzahl der Leisten am Rotor, Zone 1/

Bg₁ = Anzahl der Leisten am Stator, Zone 1 ,*

L₁ = Leistenlänge, Zone 1; und

RPM = Umdrehungen pro Minute.

	^Bs	BERECHNUNGSBEISPIEL	^BS^BR
ZONE	152	B_R	31616
I	225	208	46800
II	222	208	46176
III	204	208	39168
IV	188	192	33088
V	28	176	1120
VI		40	197968
	197968
	χ 2 = 395936 IC/REV

Der Intensitätsfaktor ist eine einstellbare Konstante empirischer Natur, die benutzt wird, um die gewünschten Ergebnis-

- 79 -

se des Mahlprozesses zu beschreiben. Dieser Faktor kann durch folgende Beziehung beschrieben werden

_s _ ISTNUTZLEISTUNG INTENSITATSFAKTOR - _{IC/REV χ RpM}

Unter Verwendung derselben Werte für die Leistung und für RPM, die früher benutzt wurden, ergibt das folgende einen Intensitätsfaktor IF, der im übrigen Teil dieser Beschreibung benutzt wird. Unter der Annahme einer Motorleistung von 1000 PS und einer Istnutzleistung von 819,4 PS sowie einer Drehzahl von 900 u/min für den Hauptantriebsmotor 48 ergibt sich für den Intensitätsfaktor:

IF = 819,4/(395936 χ 900)

IF = 0,23 χ 10~⁵

Wie oben erwähnt stellt dieser Faktor die Kombination von drei -Variablen dar, d.h. RPM,IC/M, die refinerelementabhängig ist, und der Drehgeschwindigkeit, die, wenn sie miteinander verknüpft werden, gemeinsam ein gewünschtes Endprodukt ergeben.

Mit der Festlegung eines Intensitätsfaktors gilt für die Antriebsdrehzahlberechnung

ISTNUTZLEISTUNG

RPM (Drehzahl) =

IC/REV X INTENSITÄTSFAKTOR

RPM = 819,4/(395936 χ 0,23 χ 10~⁵) RPM = 899,794.

Die berechnete Drehzahl wird nun der Sollwert für das PID-Funktionselement 34. Das berechnete Ausgangssignal des PID-Elements 34 wird an den Drehzahlsollwertteil des Reglers für den drehzahlgeregelten Antrieb angelegt. Ein Rückführungssignal wird zu dem PID-Element 34 aus dem Element 36 zurückgeleitet, um sicherzustellen, daß die Antriebsdrehzahl auf dem Wert ist, der durch das Ausgangssignal des PID-Elements bestimmt ist.

Gemäß Fig. 3 besteht die hier beschriebene Regelung aus einer

Kombination einer physikalischen Messung in dem Prozeß, besonderen Algorithmen zum Bestimmen verschiedener Werte und Steuerhardware zum Implementieren von Ergebnissen, die benötigt werden, um eine adaptive Konstantintensitätsregelung eines Scheibenrefiners vorzunehmen. Fig. 3 faßt die gesamten ausführlichen Beschreibungen der Erfindung in einem vereinfachten Blockschaltbild (Flußdiagramm) zusammen. Die Funktion jedes Blockes ist oben beschrieben worden. Wie erwähnt ist es das Ziel der Erfindung, eine Regelanordnung zu schaffen, die adaptiv ist,und eine konstante Mahlintensität unter sich verändernden Prozeßbedingungen aufrechtzuerhalten, indem eine von mehreren Hauptbetriebsarten der Regelung benutzt wird, wie beispielsweise Mahlgradregelung, PS-Tage/t-Regelung, Gautschvakuumregelung, und andere.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 werden folgende grundlegende Schritte ausgeführt:

A) Die Bedienungsperson leitet die Hauptregelbetriebsart ein und legt einen Sollwert für die gewählte Betriebsart fest.

B) Wenn die Prozeßmessung von dem Sollwert abweicht, verstellt die Refinerscheibeneinstellsteuerung das Mahlelement mit einem Tempo, das durch die Scheibeneinstellgeschwindigkeitsberechnung bestimmt wird. Die Änderung der Mahlelementposition bewirkt eine Änderung der Hauptantriebsleistung.

C) Die Änderung der Hauptantriebsleistung wird durch die Leerlaufleistungsberechnungs- und Istnutzleistungsberechnungselemente erkannt. Der neue Leerlaufleistungswert wird in die Istnutzleistungsberechnung eingeführt. Das Ergebnis ist, daß die Berechnung das Prozeßmeßsignal wird und zu dem programmierbaren Refinerregler zurückgeleitet wird, um die Regelanordnung auf dem Sollwert abzugleichen.

D) Der neu berechnete Istnutzleistungswert wird außerdem dem Drehzahlberechnungselement für den Drehzahlberechnungsalgorithmus zugeführt, und ein neuer Drehzahlsoll-

wert wird gebildet.

E) Der Regler für den drehzahlgeregelten Hauptantriebsmotor wird über das Ausgangssignal des Drehzahlberechnungselements und des PID-Elements instruiert, um dessen Drehzahl nachzustellen. Der neue Drehzahlwert wird zu dem Drehzahlberechnungselement und zu dem PID-Element zurückgeführt, um zu gewährleisten, daß die Gleichung für konstante Intensität erfüllt ist.

Bedeutung

Die Bedeutung der Erfindung ist mehrfach und beinhaltet mehrere Einrichtungen und Methoden zum Schaffen einer adaptiven Regelung zur Aufrechterhaltung von konstanter Mahlintensität unter sich verändernden Bedingungen der Produktionsleistungen und der aufgenommenen Leistung für eine Stoffaufschlämmung, die durch einen Scheibenrefiner hindurchgeleitet wird. Diese Methoden und Einrichtungen sind:

1. Schaffen eines Verfahrens und einer Einrichtung zum genauen Bestimmen der Leerlaufleistungswerte des Hauptantriebsmotors als erster Schritt beim Entwickeln einer genauen Gesamtregeltechnik zum Erzielen eines gleichmäßigen Produkts aus dem Scheibenrefiner;

2. Schaffen einer Einrichtung und einer Methode zum Regeln der Intensität des Mahlvorganges auf der Basis von variierenden Prozeßmessungen und verlangten Produktergebnissen, was ein zusätzlicher Vorteil und ein Merkmal ist, das zu einem gleichmäßigen Endprodukt beiträgt;

3. Schaffen einer Einrichtung und einer Methode zum Einstellen der Hauptantriebsmotordrehzahl auf der Basis von Lösungen besonderer Gleichungen, was dazu beiträgt, daß die Regeltechnik in die Lage versetzt wird, "ein gleichmäßiges Produkt bei einer Hauptantriebsleistungsauf nähme zu erzeugen, die kleiner ist als die, die normalerweise einem Antriebsmotor mit fester Drehzahl zugeordnet ist; und

4. Jede Verbesserung in der Regelbarkeit der Scheibenref inervariablen, d.h. aufgenommene Leistung in relati-

tiven Mahlelementpositionen, muß zu einem verbesserten Endprodukt mit weniger Energieverbrauch für eine bestimmte Gruppe von Umständen führen.

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Regeln eines Papierherstellungsrefiners, der einen Getriebemotor zum Einstellen der Refinerscheiben enthält und durch einen Hauptantriebsmotor angetrieben wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Messen der Stoffkonsistenz und des Stoffdurchsatzes

des Refiners und Erzeugen von entsprechenden Konsistenz- und Durchsatzsignalen;

b) Messen der Drehzahl und der Leistung des Antriebsmotors und Erzeugen von entsprechenden Drehzahl- und Leistungssignalen;

c) Erzeugen eines Leerlaufleistungssignals des Antriebsmotors auf die Konsistenz-, Durchsatz- und Drehzahlsignale hin;

d) Umwandeln der Leerlaufleistung in Prozent-PS-Tage/t auf die Leistungs-, Durchsatz- und Konsistenzsignale hin, beinhaltend den Schritt

e) Umwandeln der Leerlaufleistung in Istnutzleistung auf das Leistungssignal hin;

f) Erzeugen eines Antriebsmotordrehzahlsignals aus der Istnutzleistung, einer einstellbaren Konstanten, die von der Refinerscheibenkonfiguration abhängig ist, und eines Intensitätsfaktors, der als eine einstellbare Konstante definiert ist, die das gewünschte Mahlergeb-

nis darstellt, und Anlegen des Drehzahlsignals an den Antriebsmotor; und

g) Erzeugen eines Getriebemotordrehzahlsignals aus dem Prozent-PS-Tage/t-Wert, einem Drehzahlsollwert, der Hauptmotorleistung, der verfügbaren Hauptmotorleistung sowie der maximalen und minimalen Getriebemotordrehzahl und Anlegen des Getriebemotordrehzahlsignals an den Getriebemotor.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) und der Schritt b) weiter beinhalten:

al) Erzeugen von analogen Konsistenz- und DurchsatzSignalen;

und
b1) Erzeugen von analogen Drehzahl- und Leistungssignalen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) und der Schritt b) weiter beinhalten:

a2) Umwandeln der analogen Konsistenz- und Durchsatzsignale in digitale Konsistenz- und Durchsatzsignale; und

b2) Umwandeln der analogen Drehzahl- und Leistungssignale in digitale Drehzahl- und Leistungssignale.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) weiter beinhaltet:

c1) Berechnen der Leerlaufleistung NLH gemäß der Beziehung

(CA - CT)T ^ (FA-FTl NLH = A +{

^KC J ^KF

wobei CA die Istkonsistenz ist, CT eine Sollkonsistenz ist, FA der Istdurchsatz ist, FT ein Solldurchsatz ist, Kp eine einstellbare Konstante zum Trimmen der Konsistenzänderungsauswirkung auf die Leerlauf leistung ist, K_n, eine einstellbare Konstante zum Trimmen der Durchsatzänderungsauswirkung auf die Leerlaufleistung ist und A ein Wert ist, der die Antriebsmotorleistung bei der gemessenen Antriebsmotordrehzahl darstellt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) weiter beinhaltet:

d1) Berechnen der Istnutzleistung ANHP gemäß der Beziehung

_ANHP = LEISTUNG - NLH
ANHtf 0,746

wobei LEISTUNG die gemessene Istantriebsmotorleistung in Kilowatt ist, 0,746 ein PS-Umrechnungsfaktor ist und NLH die Leerlaufleistung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) weiter beinhaltet:

d2) Berechnen der prozentualen Nutzleistung PNH gemäß der Beziehung

PNH = 100 (ANHP/K3)

wobei K3 die maximale Nennleistung des Antriebsmotors minus der Leerlaufleistung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) weiter beinhaltet:

d3) Berechnen des prozentualen Durchsatzes PF gemäß der Beziehung

PF = 100 (ISTDURCHSATZ/K4)

wobei K4 der geeichte Bereich einer Durchflußmeßvorrichtung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) weiter beihaltet:

d4) Berechnen des Prozent-Nutz-PS-Tage/t-Wertes PNHDT gemäß der Beziehung

PHNDT =

PNH

(PF x 0,06)

(C χ P) + P₂

wobei PNH die prozentuale Leistung ist, C die gemessene Konsistenz ist, P₁ gleich (1-P_)/50 ist, P- die Mindestkonsistenz dividiert durch die mittlere Konsistenz ist und PF der prozentuale Durchsatz ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt f) weiter beinhaltet: f1) Berechnen einer Drehzahl RPM für den Antriebsmotor gemäß der Beziehung

ANHP

RPM =

IC/REV χ INTENSITA'TSFAKTOR

wobei ANHP die Istantriebsmotorleistung ist, IC/REV Zoll Schnitte pro Umdrehung der Mahlscheiben bedeutet und der INTENSITÄTSFAKTOR eine einstellbare Konstante ist, die die gewünschten Mahlergebnisse beschreibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt g) weiter beinhaltet: g1) Berechnen der Getriebemotordrehzahl GMS gemäß der Beziehung

- GMSMN lzahl ist,

GMSR = GMSMX - (ACMMP/ AVMMP)/GMSMX wobei GMSR die erforderliche Getriebemotordre GMSMX die maximale Drehzahl des Getriebemotors ist, GMSMN die minimale Drehzahl des Getriebemotors ist, ACMMP die Isthauptmotorleistung ist und AVMMP die verfügbare Hauptmotorleistung ist.

11. Anordnung zum Regeln eines Papierherstellungsrefiners, der einen Getriebemotor (52) zum Einstellen der Refinerscheiben enthält und durch einen Hauptantriebsmotor (48) antreibbar ist, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (26, 38, 40) zum Messen der Stoffkonsistenz und des Stoffdurchsatzes des Refiners (50) und zum Erzeugen von entsprechenden Konsistenz- und DurchsatzSignalen; eine Einrichtung (36) zum Messen der Drehzahl und der Leistung des Antriebsmotors (48) und zum Erzeugen von entsprechenden Drehzahl- und Leistungssignalen; eine Einrichtung (22) zum Erzeugen eines Leerlaufsignals des Antriebsmotors (48) auf die Konsistenz-, Durchsatz- und Drehzahlsignale hin;
eine Einrichtung (28) zum Umwandeln der Leerlaufleistung in

Prozent-PS-Tage/t auf die Leistungs-, Durchsatz- und Konsistenzsignale hin, mit einer Einrichtung (18, 24) zum Umwandeln der Leerlaufleistung in Istnutzleistung auf das Leistungssignal hin;

eine Einrichtung (30, 34) zum Erzeugen eines Antriebsmotordrehzahl signals aus der Istnutzleistung, einer einstellbaren Konstanten, die von der Refinerscheibenkonfiguration abhängig ist, und einem Intensitätsfaktor, der als eine einstellbare Konstante definiert ist, die das gewünschte Mahlergebnis darstellt, und Anlegen des Drehzahlsignals an den Antriebsmotor (48); und

eine Einrichtung (14, 21) zum Erzeugen eines Getriebemotordrehzahlsignals aus dem Prozent-PS-Tage/t-Wert, einem Drehzahlsollwert, der Hauptantriebsmotorleistung, der verfügbaren Hauptantriebsmotorleistung sowie der maximalen und der minimalen Getriebemotordrehzahl, und Anlegen des Getriebemotordrehzahlsignals an den Getriebemotor (52).

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (26, 36, 38, 40) zum Messen enthalten: eine Einrichtung (38, 40) zum Erzeugen von analogen Konsistenz- und DurchsatzSignalen; und

eine Einrichtung (26, 36) zum Erzeugen von analogen Drehzahl- und Leistungssignalen.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (26, 36, 38, 40) zum Messen enthalten: eine Einrichtung zum Umwandeln der analogen Konsistenz- und Durchsatzsignale in digitale Konsistenz- und Durchsatzsignale ; und

eine Einrichtung zum Umwandeln der analogen Drehzahl- und Leistungssignale in digitale Drehzahl- und Leistungssignale.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22) zum Erzeugen eines Leerlaufleistungssignals enthält:

eine Einrichtung zum Berechnen der Leerlaufleistung NLH gemäß folgender Beziehung

wobei CA die Istkonsistenz ist, CT eine Sollkonsistenz ist, FA der Istdurchsatz ist, FT ein Solldurchsatz ist, K_ eine einstellbare Konstante zum Trimmen der Konsistenzänderungsauswirkung auf die Leerlaufleistung ist, K„ eine einstell-

bare Konstante zum Trimmen der Durchsatzänderungsauswirkung auf die Lerlaufleistung ist und A ein Wert ist, der die Antriebsmotorleistung bei der gemessenen Antriebsmotordrehzahl darstellt.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18, 24) zum Umwandeln der Leerlaufleistung enthält:

eine Einrichtung zum Berechnen der Istnutzleistung ANHP gemäß folgender Beziehung

..._un / LEISTUNG \ ._TT „ ANHP = ( j - NLH

wobei LEISTUNG die gemessene Istantriebsmotorleistung in Kilowatt, 0,746 ein PS-Umrechnungsfaktor und NLH die Leerlaufleistung ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18, 24) zum Umwandeln der Leerlaufleistung enthält:

eine Einrichtung (24) zum Berechnen der prozentualen Nutzleistung PNH gemäß folgender Beziehung

PNH = 100 (ANHP/K3)

wobei K3 die maximale Nennleistung des Antriebsmotors (48) minus der Leerlaufleistung ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18, 24) zum Umwandeln der Leerlaufleistung enthält:

eine Einrichtung zum Berechnen des prozentualen Durchsatzes

PF gemäß der Beziehung

PF = 100 (ISTDURCHSATZ/K4)

wobei K4 der geeichte Bereich einer Durchflußmeßvorrichtung (36) ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18, 24) zum Umwandeln der Leerlaufleistung enthält:

eine Einrichtung (28) zum Berechnen von Prozent-Nutz-PS-Tage/ t PNHDT gemäß der Beziehung

BiHDT-PNHDT -

(C χ P₁) + P₂

wobei PNH die prozentuale Leistung, C die gemessene Konsiytenz, P₁ gleich (1-P₂)/50, P₂ die Mindestkonsistenz dividiert durch die mittlere Konsistenz und PF der prozentuale Durchsatz ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30, 34) zum Erzeugen eines Antriebsmotordrehzahlsignals enthält: eine Einrichtung (30) zum Berechnen einer Drehzahl RPM für den Antriebsmotor (48) gemäß der Beziehung

RPM = ^ANHP

IC/REV X INTENSITÄTSFAKTOR

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14, 21) zum Erzeugen eines Getriebemotordrehzahlsignals enthält: eine Einrichtung (21) zum Berechnen der Getriebemotordrehzahl GMS gemäß der Beziehunq

GMSR = GMSMX - [ (ACMMP/AVMMP)/GMSMX J" ^GMSMN

wobei GMSR die erforderliche Getriebemotordrehzahl, GMSMX die maximale Drehzahl des Getriebemotors, GMSMN die minimale Drehzahl des Getriebemotors, ACMMP die Isthauptantriebsmotorleistung und AVMMP die verfügbare Hauptantriebsmotorleistung ist.