DE3851340T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Druckverteilung auf einer Materialbahn. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 12. Obgleich die Erfindung jene Zustände betrifft, welche in dem Spalt zwischen dem Preßschuh und einem Gegenstück herrschen, wird sie im wesentlichen bezüglich eines Spalts zwischen einer durchbiegungsvariablen Walze und einem Gegenstück offenbart.
• Im Papiermaschinen und in Nachbehandlungsmaschinen für Papier werden mehrere derartige Walzen zur Bildung eines Entwässerungsdruckspalts, eines Spalts zur Glättung oder eines Kalenderspalts mit einer Gegenwalze verwendet. Bei diesen Verwendungsvorschlägen ist es wichtig, daß die Verteilung der Linearlast im Spalt, d. h. das Profil, in Axialrichtung unverändert bleibt oder daß dieses Profil beliebig verstellt werden kann, beispielsweise hinsichtlich der Regelung des Feuchtigkeitsprofils und/oder des Dickenprofils der Bahn in Bahnquerrichtung, oder in anderer Hinsicht, entsprechend dem Qualitätsprofil der Bahn. Für diesen Vorschlag sind verschiedene, durchbiegungsverstellbare oder durchbiegungsveränderbare Walzen aus dem Stand der Technik bekannt, mittels denen die Verteilung der Linearlast in einem Spalt geregelt wird.
• Aus dem Stand der Technik sind mehrere unterschiedliche durchbiegungsverstellbare oder durchbiegungsveränderbare Walzen für Papiermaschinen bekannt. In der Regel haben diese Walzen eine massive, stationäre Walzenachse und einen drehbar um die Walzenachse gelagerten Walzenmantel. Zwischen der Achse und dem Mantel sind Gleitschuhanordnungen und/oder Druckflüssigkeitskammern eingefügt, die auf die Innenseite des Mantels wirken und die in Axialrichtung der Walze in mehrere Teile oder Gruppen unterteilt oder gruppiert sind, so daß das Axialprofil des Mantels angepaßt oder verstellt werden kann. In der Regel sind die durch solche Walzen gebildeten Spalte wie beispielsweise Preßspalte oder Kalenderspalte durch Lastkräfte beaufschlagt, die an den Achsenenden der durchbiegungsvariablen Walze und ihrer Gegenwalze aufgebracht sind.
• Ein Beispiel einer durchbiegungsvariablen Walze für die die erfindungsgemäße Lehre bezüglich des Verfahrens und der Einrichtung vorzugsweise angewendet werden kann, ist die in der US-A-4 757 585 beschrieben durchbiegungsvariablen Walze. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, werden Gleitschuhe, die mittels Zylindern belastet werden, die mit gemeinsamen Hydraulikversorgungszonen versehen sind, zur Regelung der Auslenkung der durchbiegungsvariablen Walze verwendet. Jeder dieser Zonen wird mittels eines zonenspezifischen Hydraulikventils geregelt. Die Anzahl von Gleitschuhen in den unterschiedlichen Zonen können von Zone zu Zone in der Weise unterschiedlich sein, die durch die zweckmäßige Regelung der Druckkraft zwischen der durchbiegungsvariablen Walze und ihrer Gegenwalze gefordert wird. Die Zahl von Lastzylindern, die zur Erzeugung des Spaltdrucks verwendet werden, beträgt in der Regel eine an jedem Ende der Walzenachse, wobei die Zylinder zusammen mit den Gleitschuhen die Druckkraft erzeugen.
• Durchbiegungsvariable Walzen werden sowohl in Papiermaschinen als auch in Papierveredelungsmaschinen und verschiedenen Nachbehandlungseinrichtungen für Papier in immer umfangreicherem Maße verwendet, was teilweise auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß immer höhere Qualitätsanforderungen an das Produkt gestellt werden, d. h., daß was seine unterschiedlichen Eigenschaften betrifft, muß das Papier innerhalb immer strengerer Qualitätsvorschriften sowohl in Maschinenrichtung als auch Querrichtung fallen. Zumindest ein Teilgrund für die immer strenger werdenden Qualitätskriterien sind die neuen Kopier- und Drucktechniken, für deren ungestörten Betrieb eine gleichmäßige Qualität des Papiers erforderlich ist. Die durchbiegungsvariablen Walzen sind ein Bestandteil, mittels dem es möglich ist, eine positive Wirkung auf die Qualitätseigenschaften von Papier auszuüben.
• Die mechanische Konstruktion von durchbiegungsvariablen Walzen wurde innerhalb weniger Jahre beträchtlich weiterentwickelt, was jedoch nicht von den Regelungssystemen der durchbiegungsvariablen Walzen gesagt werden kann, die jedoch uneingeschränkt von maßgebender Bedeutung sind, wenn durchbiegungsvariable Walzen zur Regelung der Qualitätseigenschaften von Papier verwendet werden.
• Die Regelungssysteme für durchbiegungsvariable Walzen gemäß dem Stand der Technik haben den Nachteil, daß selbst dann, wenn die Wechselwirkungen der Druckkräfte, die durch die Zonenkräfte in den Zonenwalzen erzeugt werden, an den unterschiedlichen Zonen in Betracht gezogen werden, hat der Bediener der Walze nur eine geringe Anzahl von Zonen, die er regeln kann und mittels denen versucht wird, ein möglichst stark variierendes Eigenschaftsprofil in Querrichtung der Bahn zu erzielen. Ein Beispiel für ein derartiges, derzeit verwendetes Regelungssystem ist das Regelungssystem gemäß der DE-A-3 117 516.
• Wenn man sich zum Beispiel eine Situation ausdenkt, in der fünf Druckzonen in einer durchbiegungsvariablen Walze verwendet werden, ist es mit den aus dem Stand der Technik bekannten Regelungssystemen möglich, die Linearlast an fünf unterschiedlichen Punkten entsprechend den Sollwerten zu verstellen. Beträgt die Länge der durchbiegungsvariablen Walze beispielsweise 10 Meter, sind diese Punkte jeweils ungefähr 2 Meter voneinander beabstandet, wobei die Linearlast in den Bereichen zwischen den Verstellpunkten vollkommen ungeregelt bleibt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelungssysteme für Preßschuhe (durchbiegungsvariable Walzen) derart weiterzubilden, daß das Linearlastprofil im Spalt zwischen dem Preßschuh und seiner Gegenwalze präziser verstellt werden kann, ohne die Anzahl von Druckzonen zu erhöhen. Eine erhöhte Anzahl von Druckzonen würde eine kompliziertere Konstruktion des Preßschuhs und eine erhöhte Störanfälligkeit zur Folge haben.
• Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Regelungssystem zu schaffen, in dem ein bestimmtes Maß an "Intelligenz" integriert werden kann, wie beispielsweise zur Diagnose und zur Betriebssicherheit der Walze, so daß nachteilige Einflüsse von unterschiedlichen Störungen verhindert oder reduziert werden können.
• Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben, wie auch der Aufgaben die sich im folgenden ergeben, ist das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung im wesentlichen durch die Merkmale gemäß den Ansprüchen 1 und 12 gekennzeichnet.
• Infolge der Erfindung ist es in der Praxis möglich, das Eigenschaftsprofil der zu behandelnden Bahn derart zu regeln, daß es gegenüber dem Stand der Technik präziser dem Soll- Eigenschaftsprofil folgt, da der Bediener der Preßschuhe das Sollprofil oder Zielprofil der Druckkraft so präzise wie möglich einstellen kann, um das beabsichtigte Eigenschaftsprofil zu erreichen. Diese Aufgabe wird mittels der Erfindung dadurch gelöst, daß das Zielprofil der Linearlast im Spalt zwischen dem Preßschuh und der Gegenwalze an einer erheblich höheren Anzahl von Punkten in Querrichtung der zu behandelnden Bahn verstellbar ist, als im Vergleich zu der Gesamtzahl von unabhängigen Druckzonen und Lastzylindern in den in Zonen verstellbaren, Preßschuhen.
• Erfindungsgemäß werden anfänglich die Sollwerte der Zonendrücke des Preßschuhs in Querrichtung der Materialbahn im wesentlichen dichter bestimmt, als es für die in den verwendeten Preßschuhen verfügbaren Anzahl von Druckzonen erforderlich ist. Hierauf werden die Zielwerte erfindungsgemäß in einer in diesem Anwendungsbereich neuen Weise in Leitwerte für Zonendrücke der Zonenwalze konvertiert, wobei die Konvertierung so zugig vonstatten geht, daß bei Verwendung der gewählten Zonendruckwerte, Abweichungen von der beabsichtigten Linearlastverteilung verringert werden können.
• Die vorstehend genannte Konvertierung von einer höheren Anzahl von gegebenen Zielwerten in eine kleinere Anzahl von Leitwerten für Zonendrücke, kann von der sogenannten Pseudo- Invers Technik ausgeführt werden, die aus der Mathematik zur Behandlung von Matrizen bekannt ist, auf die jedoch nachfolgend eingegangen wird.
• Entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, sind Diagnose- und Sicherheitslogikeinheiten erfindungsgemäß in das Regelungssystem integriert, so daß die nachteiligen Einflüsse von Betriebsstörungen verringert werden können.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt das Prinzip eines erfindungsgemäßen Regelungssystems in einem Blockdiagramm, welches einer durchbiegungsvariablen Walze zugeordnet wird.
• Fig. 2 zeigt den Sollwertblock, den Konvertierungsblock und den Begrenzungsblock für eine Linearlast.
• Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Regulator, den Antrieb und Rückmeldeblock in einem Blockdiagramm.
• Fig. 4 zeigt ausführlicher ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regulatorblocks im Blockdiagramm.
• Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regulatoren für die individuellen Kanäle im Regelungsblock.
• Fig. 6 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht in Maschinenrichtung eines sogenannten erweiterten Spalts, der eine Reguliermaßnahme gemäß der Erfindung darstellt, wobei Fig. 6 gleichzeitig ein Ausschnitt VI-VI in Fig. 7 ist.
• Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt VII-VII in Fig. 6.
• Zu Beginn wird mit Bezug auf Fig. 1 und 3 eine kurze Beschreibung der Konstruktion und Betriebsweise einer durchbiegungsvariablen Walze 10 gegeben, die mittels erfindungsgemäßen Regelungssystems regelbar ist. Zusammen mit ihrer Gegenwalze 20 bildet die durchbiegungsvariable Walze 10 einen Spalt N&sub0;, durch den die zu behandelnde Materialbahn W geführt wird. Der Spalt N&sub0; ist beispielsweise ein Spalt in der Entwässerungspresse einer Papiermaschine oder ein Kalenderspalt entweder in einer Superkalender oder in einer sogenannten Maschinenbaugruppe. Das Profil der Linear- oder Streckenlast im Spalt N&sub0;, d. h., die Verteilung der Linearlast in Querschnitt der Bahn W, wird mittels der durchbiegungsvariablen Walze 10 geregelt.
• Die Gegenwalze 20 ist mit Achsenenden 21a und 21b versehen, mittels denen die Walze 20 drehbar in ihren Kugellagern 22a und 22b gelagert ist, die mit Lastbauteilen versehen sein können. Die durchbiegungsvariable Walze 10 hat eine massive Mittelachse 11, um die ein zylindrischer Walzenmantel 13 drehbar angeordnet ist.
• Gleitschuhe, die mittels Druckzylinder 15 belastet sind, wirken gegen die glatte Innenseite des Walzenmantels 13. Die Druckzylinder 15 sind in Zonen 16 eingeteilt, in welchen ein bestimmter, mittels des erfindungsgemäßen Regelungssystems geregelter Zonendruck eines Hydraulikfluids in jeden Zylinder 15 geführt wird. Außerdem ist der Spalt N&sub0; von den Achsenenden 11a und 11b der stationären Mittelachse 11 der durchbiegungsvariablen Walze 10 mittels Lastzylinder 12a, 12b belastet, in die Hydraulikfluid mit den ebenfalls geregelten Drücken Pa und Pb geleitet wird.
• Zu Beginn werden bezüglich Fig. 1 die grundlegenden Pinzipien des erfindungsgemäßen Regelungssystems beschrieben. Das System hat einen Block 100, der die Zonenkonvertierungseinrichtung der Zollwerteinrichtung aufweist und von dem Soll-Wert A der Zonendrücke der durchbiegungsvariablen Walze 10 und der Drücke Pa und Pb ausgegeben werden, wobei die Gesamtzahl der Sollwerte A den Wert K annimmt. Die Sollwerte A werden zu einem Begrenzerblock 200 geleitet, in dem die Sollwerte der Zonendrücke innerhalb gewählter Grenzwerte begrenzt werden. Vom Begrenzerblock 200 werden begrenzte Sollwerte B der Drücke ausgegeben, deren Anzahl K beträgt und die zu einer intelligenten Regeleinrichtung 300 geleitet werden, von dem Strömungssignale c von Ventilen ausgegeben werden, wobei die Anzahl von Strömungssignalen c den Wert K annimmt. Mittels der Signale c wird die Einrichtung 400 geregelt, die Druckregelventile 410 und Konverter 420 (Fig. 3) beinhaltet. Von der Einrichtung 400, werden Strömungssignale der Ventildrücke als Rückkopplungs- bzw. Rückmeldungssignale D ausgegeben, wobei die Anzahl von Strömungssignalen K beträgt und die Signale, die Meßsignale sind, zur Regeleinrichtung 300 geleitet werden. Von der Einrichtung 400 werden die Ventildrücke P ausgegeben, die als die Drücke für die Zonen 16 in der durchbiegungsvariablen Walze 10 sowie die Drücke Pa und Pb für die Hydraulikzylinder 12a und 12b geführt werden, welche die Achsenenden 11a und 11b der durchbiegungsvariablen Walze belasten.
• In Fig. 1 wird das Regelungssystem ferner mit einem Rückkopplungs- bzw. Rückmeldungsblock 500 gezeigt, zu dem eine Serie E an gemessenen Signalen von einer Erfassungseinrichtung 510 geleitet wird, die die Eigenschaften der Bahn W feststellt, welches durch den Spalt N&sub0; geführt wird, beispielsweise Feuchtigkeit oder Dicke in Querrichtung der Bahn W. Die Rückmeldungseinrichtung 500 regelt die Sollwerteinrichtung 100. Die Rückmeldungseinrichtung 500 wird in nicht allen erfindungsgemäßen Ausführungen verwendet.
• Mittels des Regelungssystems wird die Verteilung der Lastkräfte geregelt, die auf die Materialbahn W aufgebracht werden, welches zwischen der in Zonen verstellbaren Walze 10 und der Gegenwalze 20 geführt wird. Anstelle einer in Zonen verstellbaren Walze 10 ist es ebenso möglich, ein von einer zylindrischen Walzenfläche abweichendes Bauteil zu verwenden, wie zum Beispiel eine Bandschleife, gegen die die Gleitschuhe 15 entsprechend den in die Regelzonen 16 geleiteten Hydraulikdrücke angepreßt werden. Anstelle einer Gegenwalze 20 ist ebenfalls möglich, ein von einer zylindrischen Gegenfläche abweichendes Bauteil zu verwenden, wie zum Beispiel ein Laufband oder ein stationäres Bauteil.
• Mittels der Konverter 420, deren Anzahl K beträgt, beispielsweise K=10, werden Meßinformationen über die Drücke P in den Zonen 16 und in den Lastzylindern 12a, 12b erhalten. Die in Rückmeldesignale D konvertierten Drucksignale werden an den intelligenten Regulator 300 gekoppelt, der die Sollwerte der Zonendrücke P als Ausgangssignale B des Begrenzerblocks 200 empfängt. Der intelligente Regulator 300 regelt wiederum mittels seiner Regelsignale c, mit der Anzahl K, die Hydraulikventile 410, deren Anzahl ebenfalls K beträgt, beispielsweise K=10.
• Als Teilfunktionen hat der intelligente Regulator 300 einen Diagnoseblock 310, ein Sicherheitslogikteil 320 und Einzelkanalregulatoren, 340. Der Betrieb findet entsprechend Fig. 3 statt, wenn die Walze 10 mit ihren Regeleinrichtungen erwartungsgemäß arbeitet, d. h., wenn die Ausgangsdrücke P der Ventile 410 den Sollwerten B der Zonendrücke in geregelter Präzision entsprechen. Dabei arbeitet jeder Druckregulator 350 . . . 350+K unabhängig von anderen entsprechenden Regulatoren.
• Arbeitet die Walze mit ihren Kontrolleinrichtungen normwidrig, registriert der Diagnoseteil 310 des intelligenten Regulators 300 die Abweichung der Rückmeldesignale D der Ventile mittels der Konvertereinheit 420. Auf der Grundlage der vom Diagnoseteil 310 empfangenen Regeldaten d&sub1; regelt der Sicherheitslogikteil 340 die Sollwerte B der Drücke in den Regulatoren 350 des Regulatorteils 340 auf einen Wert, der hinsichtlich des Schutzes der Walze 10 günstig ist.
• Im Begrenzerblock 200 wird die Übertragung von enormen Drucksollwerten A der Ventile 410, welche die Walze 10 beschädigen könnten, auf die Sollwerte B des intelligenten Regulators 300 bereits im voraus verhindert. Dabei werden die Drucksollwerte (Pj; j=1,2, . . . K) jedes Hydraulikventils 410 zwischen einem bestimmten Minimal- und einem Maximaldruck MIN(LIM(Pj)), MAX(LIM(Pj)) begrenzt, wobei j=1,2, . . . K ist. Außerdem werden zum Schutz des Mantels 13 der Zonenwalze 10 vor zu großen Biegungen, die Differenzen zwischen den solldrücken in angrenzenden Zonen 16 auf einen Wert begrenzt, der niedriger als der erlaubte Grenzwert Pj:j+1 > (Pj-Pj+1), mit j=1, . . . K-1.
• Gemäß Fig. 2 wird die Linearlast der Zonenwalze 10 durch einen Einstellblock 110 für das Linearlastprofil Q, für jede Verstellzone Z (Z=fortlaufende Zahl 1 . . . N der Zonen) geregelt, der die gewünschte Linearlast Qi der Zone (i=1,2 . . . , N) einstellt. Auf diese Weise wird das gewünschte sollwert-Profil Q(Z) der Linearlast im Spalt N&sub0; zwischen der Zonenwalze 10 und der Gegenwalze 20 gebildet. Die Lastzylinder 12a und 12b sind ebenfalls in den Verstellzonen Z mit aufgenommen.
• Es ist ein charakteristisches Merkmal der Erfindung, daß die Anzahl N der Verstellzonen gleich oder höher ist als die Anzahl K von Hydraulikventilen 410, wohingegen die Anzahl der Zonen 16 K-2 beträgt und die Anzahl der Lastzylinder 12a und 12b zwei ist.
• Erfindungsgemäß ist die Zahl N von Verstellzonen Z vorzugsweise derart gewählt, daß eine entsprechende Anzahl von Linearlast-Bewertungspunkten in der Materialbahn W zwischen der Zonenwalze 10 und der Gegenwalze 20 ausreicht, die Linearlast-Verteilung zu veranschaulichen, die durch jede Zone 16 in der Materialbahn W verursacht wird. Eine vorteilhafte Wahl für die Zahl N von Verstellzonen Z ist ungefähr das zweifache der Anzahl K von Hydraulikventilen 410 (N=2*K). In der Regel ist N=(1.5-3)*K. Die vorstehende Auswahl für die Zahl N von Verstellzonen Z hat hinsichtlich der Schwierigkeiten für eine Bediener und der Anzahl von Verstellmöglichkeiten keinen unnötig hohen Wert N zur Folge.
• Die Anzahl N von Verstellzonen liegt in der Regel innerhalb des Bereichs von N=5 - 50, vorzugsweise N=10 - 20. Die Anzahl K von unterschiedlichen einstellbaren Druckzonen in einer durchbiegungsvariablen Walze 10, welche die Hydraulikzylinder 12a und 12b beinhalten, die, falls vorhanden, die Enden der Walze 10 belasten, liegt in der Regel innerhalb des Bereichs K=5 - 20, vorzugsweise K=6 - 10.
• Gemäß Fig. 2 werden die Sollwerte A&sub1; der Linearlasten in den Zonen in den Zonenkonvertierungsblock 120 geleitet. Im Zonenkonvertierungsblock 120 werden die Sollwerte A&sub1; entsprechend dem Linearlastprofil Q(Z) der Einstellzonen Z in Sollwerte A für die Zonenventile 410 konvertiert. Um die im Block 120 vorgenommene Konvertierung ausführen zu können, werden Informationen dazu benötigt, wie sich die Einheit, welche von der Zonenwalze 10 und ihrer Gegenwalze 20 sowie von der Materialbahn W in Abhängigkeit von den Zonendrücken Pv und den Lastdrücken Pa und Pb elastisch verhält. Diese Information kann auf theoretische und falls nötig, auf experimentelle Weise erhalten werden, wobei sie in Form eines mathematischen Models dargestellt werden kann, das im Zonenkonvertierungsblock 120 beispielsweise in Form eines Computerprogramms gespeichert ist. Für die im Zonenkonvertierungsblock 120 stattfindende Zonenkonvertierung von den Sollzonen Z (N St.) in die Sollwerte c (K St.) der Drücke für die Zonenventile 410 existiert keine direkt eindeutige Lösung. Wenn die wichtige Randbedingung in die im Block 120 stattfindende Konvertierung eingeht, daß mittels der in Wirkung tretende Sollwerte c der Zonendrücke Pv das Regelungssystem ein tatsächliches, auf die Materialbahn W aufgebrachtes Linearlastprofil erzeugen muß, welches vom Soll-Linearlastprofil so wenig wie möglich abweicht, kann das Konvertierungsproblem eindeutig gelöst werden. Erfindungsgemäß kann die im Konvertierungsblock 120 stattfindende Konvertierung der Soll-Linearlasten Q&sub1; . . . QN in Soll-Werte P&sub1; . . . PK von Zonendrücken, wobei N> K ist, in der Praxis durch die Abwendung der sogenannten Pseudo-Invers- Theorie erreicht werden, die ein in der Mathematik bekanntes Verfahren darstellt. Hinsichtlich dieses Verfahrens wird auf die Schrift von James A. Cadzow und Heinrich R. Martins: "Discrete-Time and Computer Control Systems", Sec. 7.6 "Minimum Energy Control", S. 286 bis 293, Prentice-Hall Inc., 1970, U.S.A. verwiesen.
• Die Beziehung zwischen der Verteilung der Linearlast Q(Z) und der Zonendrücke Pi wird auf der Grundlage der physikalischen Daten der Walze und der Eigenschaften der Materialbahn bestimmt. Diese Bestimmung geschieht beispielsweise durch Darstellung der Zonenwalze 10, der Gegenwalze 20, des dazwischen gebildeten Spalts N&sub0; und der hindurchgeführten Materialbahn W mit Hilfe eines vereinfachten Balkenmodels, wodurch ein den Spalt darstellendes Elementmodel erzielt wird, d. h. ein bestimmtes Gleichungssystem, welches mittels einer Matrizenrechnung gelöst werden kann, während die vorstehend erwähnten Randbedingungen in Betracht gezogen werden.
• Infolge der im Block 120 abgespeicherten Zonendruckberechnung kann der Bediener des Regelungssystems erfindungsgemäß dem Spalt N&sub0; die gewünschte Verteilung der Linearlast Q(Z) geben. Folglich kann der Bediener unmittelbar eine auf die Qualität des Papiers sich auswirkende Quantität regeln, wodurch es möglich ist, hinsichtlich der Beziehung zwischen einem ausgeführten Regelungsbetrieb und dem daraus erhaltenen Resultat direkte Schlußfolgerungen zu ziehen.
• Auf der Grundlage des gemessenen Querprofils des Papiers, stellt der Bediener das gewünschte Linearlast-Profil Q(Z)) ein. Die Zonendrücke und Lastdrücke, die zur Erreichung der eingestellten Linearlastverteilung nötig sind, werden mittels des Models berechnet, das den Walzenspalt N&sub0; darstellt. Ungeachtet der Komplexität des Problems, kann die On-line- Berechnung, die durch die modelgemäße Regelung erforderlich ist, zu einer Matrizenmultiplikation vereinfacht werden. Die Regelungen können mittels eines Microcomputer einfach berechnet werden.
• Der Mantel 13 der durchbiegungsvariablen Walze 10 und die im Spalt N&sub0; verlaufende Materialbahn W schaffen Begrenzungen für die erlaubten Veränderungen der Linearlast pro Längeneinheit. Sollte das durch den Bediener eingestellte Linearlastprofil übermäßig große Druckunterschiede verursachen, begrenzt das Regelungssystem die Regelung auf die gewünschten Werte, bevor es zu Nachwirkungen kommt.
• Das erfindungsgemäße System kann auch die Bedienung der Einrichtung überwachen. In Situationen eines aus der Sicht der Einrichtung gefährlichen Versagens, regelt das System den Spalt in einen Sicherheitszustand. Folglich erlaubt das Regelungssystem keine Regelungen, die in irgendeiner Situation zu einer Beschädigung der Zonenwalze 10 oder der Papierbahn W führen könnten.
• Anstelle einer Regelung des Walzenspalts N&sub0; mittels des wie vorstehend beschrieben erfindungsgemäßen Regelsystems ist es auch möglich, einen sogenannten erweiterten Spalt Np der Art wie er in Fig. 6 und 7 gezeigt wird oder eines anderen, entsprechenden Spalts zu regeln. Der erweiterte bzw. verlängerte Spalt Np, dessen Länge gemäß Fig. 6 mit L&sub0; bezeichnet ist, wird zwischen einer Mulden-flächigen 20' Preßwalze 20 und einem Preßschuh 10A ausgebildet. Die Papierbahn W läuft durch den Spalt Np zwischen Preßfilze oder Fleece 41 und 42, welche Wasser aufnehmen. Überdies wirkt eine undurchlässige Bandschleife 40 gegen die Gleitfläche 35' des Gleitstücks 35, wobei ein Schmierstoff, beispielsweise ein Schmieröl oder eine Mischung aus Wasser und Schmieröl durch eine Röhre 37 in Richtung des Pfeils s geleitet wird.
• Der Preßschuh 10A ist auf einem Endflansch 31 des Rahmenbalkens 31 abgestützt. Auf der Oberseite des Flansches 31 ist ein Zylinderblock befestigt, der eine Reihe von Zylinderbohrungen 33&sub1; . . . 33k in Richtung der Verlängerung des Spalts Np hat, von denen die Bohrungen 33n und 33n+1 in den Fig. 6 und 7 zu sehen sind. In den Zylinderbohrungen 33 ist eine Reihe von Kolben 34&sub1; . . . 34k eingesetzt, von denen die Kolben 54n und 54n+1 in den Fig. 6 und 7 zu sehen sind. Die Seiten der Kolbenreihen 34, welche zum Spalt Np hinweisen, sind mit dem Gleitstück 35 verbunden, welches verlängert und ausreichend elastisch in Richtung der Zylinder-Kolbenreihen 33, 34 ist, so daß die Druckverteilung im Spalt Np mittels der Drücke P&sub1; . . . Pn, Pn+1 . . . Pk einstellbar und regelbar ist, die in den Zylinderräumen 33 aufgebaut werden.
• Gemäß Fig. 6 wird die Länge des Gleitstücks 35 in Richtung des Bahnverlaufs mit L und die Dicke mit H bezeichnet. Wenn festgelegt wird, daß L=k*H ist, dann ist das Gleitstück 35 als eine Gesetzmäßigkeit ausreichend flexibel, wenn k innerhalb des Bereichs von k=7 bis 15 vorzugsweise k=10 bis 13 liegt. Das besagte Verhältnis k hängt auch vom Material des Gleitschuhs 35 ab. Die Drücke p, die mittels dem erfindungsgemäßen Regelsystem eingestellt werden, werden über die Reihe von Röhren 38 und Bohrungen 39 in den Zylindern 33 angelegt. Die Kolben 34 sind durch Dichtringe 36 abgedichtet. Die Länge der Gleitschuhs 35 in Querrichtung entspricht der Breite der zu behandelnden Bahn W und hat in der Regel eine Größe von 5 bis 10 m.
• Die Preßwalze 20 gemäß Fig. 6 und 7 kann durch einen entsprechenden Schuh ersetzt werden, so daß der Spalt Np zwischen zwei sich gegenüberliegenden Preßschuhen ausgebildet wird. In einem solchen Fall kann die Konstruktion beispielsweise der in der Fig. 7 des FI Patents No. 71,369 des Anmelders gezeigten Konstruktion ähneln. Überdies wird hinsichtlich der Konstruktion und Bedienung des erweiterten Spalts Np, wie beispielsweise die Verteilung des Drucks in Richtung des Bahnverlaufs auf das finnische Patent Bezug genommen.
• Fig. 1 zeigt eine solche erfindungsgemäße
• Ausführungsbeispielvariation in der ein Rückmeldeblock 500 verwendet wird. In Verbindung mit der zu behandelnden Materialbahn W ist eine Erfassungseinheit 510 in Bahnlaufrichtung nach dem Spalt N&sub0; angeordnet, von der eine Reihe E von Meßwertsignalen erhalten wird, die in die Rückmelde- und Prozeßsoreinheit 500 geleitet wird. Die Einheit 500 regelt wiederum die Einheit 100, so daß eine Reihe Q(Z) der Einstellwerte direkt oder indirekt auf der Grundlage der Meßwerte von der Bahn W erhalten wird. Die Erfassungseinheit 510 weist beispielsweise N St. von Meßdetektoren 521 . . . 520+N auf. Die Erfassungseinheit 510 kann auch mehr als N Detektoren, beispielsweise 2*N Detektoren aufweisen, wobei in der Einrichtung 500 die notwendige Konvertierung, beispielsweise die Formatierung des Durchschnitts ausgeführt wird, um eine Reihe Q(Z) von Sollwertsignalen zu erzeugen. Anstelle einer statischen Reihe von Detektoren 510 ist es auch möglich eine geeignete Erfassungseinrichtung zu verwenden, die die Materialbahn durchquert und entweder ein fortlaufendes Meßsignal abgibt oder Proben der Bahneigenschaften in Querrichtung der Bahn W entnimmt.
• Einige der gemessenen Eigenschaften der Bahn W können zum Beispiel seine Dicke (Stärke), Feuchtigkeit, Oberflächenglätte, Satinierung, oder unterschiedliche Kombinationen dieser Meßwerte sein. Der vorstehend beschriebene Rückmeldeblock 500 und die Erfassungseinrichtungen 510, 520 sind des öfteren nicht erforderlich oder verwendbar und die Erfindung meistens "mit manueller Regelung" erzielbar, so daß der Bediener des Systems eine Reihe Q(Z) von Sollwerten eingibt, für die er die notwendige Information vom anderen Meßsystem, welches mit der Papiermaschine oder mit der Nachbehandlungseinrichtung verbunden ist und/oder vom Labor erhält.
• Wenngleich sich die vorstehend beschriebene Erfindung nur bezüglich einer in Zonen verstellbaren Walze 10 befaßt, wird betont, daß innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung das Verfahren und die Einrichtung der Erfindung auch bei Druckschuheinrichtungen entsprechend einer in Zonen verstellbaren Walze 10 angewendet werden kann, wobei die Druckschuhe in der Regel einen sogenannten länglichen Spalt mit einem Gegenbauteil, beispielsweise einer Walze oder einer zweiten Schuheinrichtung, bilden. Derartige Druckschuheinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, worin es möglich ist, Gleitschuhe oder Gleitschuhgruppen zu verwenden, deren Druckwirkungsantrieb mittels des erfindungsgemäßen Regelungssystems geregelt wird. In Verbindung mit den Druckschuheinrichtungen ist es möglich, flexible Bandschleifen und/oder elastische Bänder zu verwenden, die ihrerseits bekannt sind.

Claims (15)

1. Verfahren zur Regelung der Verteilung einer Drucklast, die auf eine Materialbahn (W) aufgebracht wird, welche durch einen Spalt (NP) geführt wird, der in Zonen einstellbar ist und Lastelemente (33, 34) aufweist, wobei ein Druckwirkungsantrieb (400) der Lastelemente (33, 34) des Preßspalts (NP) mittels einer Regelungseinrichtung (300) geregelt wird, und eine Sollwerteinrichtung (100) verwendet wird, mittels der eine Reihe Q(Z) von Sollwertsignalen (A) erzeugt wird, die unmittelbar oder über eine Prozessoreinheit (200), wie beispielsweise einen Begrenzerblock, zur Regelungseinrichtung (300) geführt wird, so daß Sollwerte (B) für deren Regelungskreise gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß

als Preßspalt (NP) ein erweiterter Preßspalt (NP) verwendet wird, der zwischen einer Preßschuheinrichtung (10A) und deren Gegenstück, beispielsweise einer Gegenwalze (20) oder einer entsprechenden Preßschuheinrichtung in einer Richtung quer zur Richtung des Verlaufs der Materialbahn (W) ausgebildet wird, wobei die Lastelemente (33, 34), die auf die Preßschuheinrichtung (10A) einwirken, durch einen Rahmen (30, 31) abgestützt werden, und daß eine Anzahl (N) von sollastwerten (Q&sub1; . . . QN) verwendet wird, mittels denen die Sollwertverteilung Q(Z) des Druckprofils des erweiterten Spalts (NP) festgelegt wird, wobei Z=1 . . . N; daß die Anzahl (N) der sollastwerte (Q&sub1; . . . QN) größer gewählt wird als die Anzahl (K) der separat einstellbaren Zonen der Preßschuheinrichtung (10A), N> K; und daß die Sollastwerte (Q&sub1; . . . QN) die in der Sollwerteinrichtung (100) festgelegt oder zur Sollwerteinrichtung (100) ausgehend von einem Rückkopplungsblock (500) übersandt werden, in einen Zonenkonvertierungsblock (120) überführt werden, in dem auf der Basis eines mathematischen Modells eines einstellbaren Spalts (NP) eine Konvertierung in sollzonen-Druckwerte (P&sub1; . . . PK) ausgeführt wird, so daß mittels der Regelungseinrichtung (300), des Zonenkonvertierungsblocks (120) und des Druckwirkungsantriebs (400) in der Materialbahn (W) ein Linearlastprofil erreicht werden kann, dessen Abweichungen vom Sollwertprofil Q(Z) wesentlich verringert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (N) von Verstellzonen von der Größenordnung N=(1,5-3)xK ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (N) von Verstellzonen für das Sollwertprofil Q(Z), N=5-50 beträgt, vorzugsweise N=10-20, und daß die Anzahl (K) von verstellbaren Zonen in der Preßschuheinrichtung (10A), welche Lastelemente aufweisen, die, falls vorhanden, die Enden der Preßschuheinrichtung (10A) belasten, K=5-20 beträgt, vorzugsweise K=6-10.

4. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonendruck-Sollwerte (K) vom Zonenkonvertierungsblock (120) in den Begrenzerblock (200) geführt werden, in dem die Werte der Zonendrücke zwischen bestimmten Druckwerten begrenzt werden und/oder die Differenzen zwischen angrenzenden Zonendrücken auf einen Wert begrenzt werden, der niedriger ist als ein bestimmter festgesetzter Grenzwert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine intelligente Regelungseinrichtung (300) verwendet wird, die derart eingesetzt ist, daß sie den Betrieb des Systems diagnostiziert und auf dieser Grundlage jede normwidrige Betriebssituation des Regelkreises regelt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die intelligente Regelungseinrichtung (300) zur Regelung der Zonendrücke (P) in der Preßschuheinrichtung (10A) derart verwendet wird, daß auf der Basis einer Fehlermeldung, die von einem Diagnoseblock (310) der Regelungseinrichtung erhalten wird, die Sollwerte von Einzelkanalregulatoren (340) mittels eines Sicherheitslogikteils (320), das der Regelungseinrichtung (300) beigefügt ist, auf einen hinsichtlich der Sicherheit der Preßschuheinrichtung (10A) und eventuell der zu behandelnden Bahn (W) geeigneten Zustand geregelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückmeldeverbindung derart angelegt ist, daß nach dem zu regelnden erweiterten Spalt (Np) das Eigenschaftsprofil der zu behandelnden Bahn (W) in Querrichtung der Bahn gemessen wird, wobei das Profil unmittelbar oder über einen Rückmeldeblock (500) zur Sollwerteinrichtung (100) geführt wird und hierdurch die Sollwertverteilung Q(Z) der Linearlast direkt oder indirekt erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis des mathematischen Modells der Zonenkonvertierungsblock (120) programmiert ist, wobei die zu bestimmenden Sollastwerte (Q&sub1; . . . QN) als Eingangsquantitäten des Zonenkonvertierungsblocks (120) angenommen werden und die Sollzonendruckwerte (P&sub1; . . . PK) als Ausgangsquantitäten des Zonenkonvertierungsblocks (120) angenommen werden, wobei die Zonenkonvertierung vorzugsweise durch Verwendung einer sogenannten Pseudoinversion programmiert wird wie stattfindend, so daß solch ein Linearlastprofil der Materialbahn (W) in Wirkung tritt, dessen Abweichungen vom Sollwertprofil Q(Z) wesentlich minimiert sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn (W) durch den erweiterten Spalt (NP) zwischen zwei Filzen oder Fließen (41, 42), vorzugsweise zwei wasseraufnehmenden Druckfilzen, geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine undurchlässige Bandschleife (40), welche gegen eine Gleitfläche (35') eines in der Preßschuheinrichtung (10A) integrierten Gleitstücks (35) einwirkt, durch den erweiterten Spalt (NP) geführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmierstoff zu einer Einlaßseite zwischen der Bandschleife (40) und der Gleitfläche (35') des Gleitstücks (35) geführt wird.

12. Einrichtung zur Behandlung einer Materialbahn (W), wie beispielsweise einer Papierbahn, in einem Druck- bzw. Preßspalt (NP), wie z. B. einem Entwässerungsspalt oder einem Kalenderspalt, wobei die Einrichtung ein Regelungssystem aufweist, das eine Sollwerteinrichtung (100), eine Prozessoreinheit, beispielsweise einen Begrenzerblock (200), eine Regelungseinrichtung (300) und einen Druckwirkungsantrieb (400) hat, der eine Reihe von Druckventilen (410) und eine Reihe von P-I-Konvertern (420) hat, von denen Rückmeldesignale zu der Regelungseinrichtung (300) geleitet werden, sowie eine Reihe von Lastelementen (34, 35), welche als Drucklastzonen gruppiert sind, von denen jede Gruppe durch einen Zonendruck (P) beaufschlagt wird, welcher durch ein Ventil (410) geregelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

der Preßspalt (NP) eine Preßschuheinrichtung (10A) und dessen Gegenstück, wie beispielweise eine Gegenwalze (20) oder eine entsprechende Preßschuheinrichtung hat, welche zusammen einen erweiterten Spalt (NP) ausbilden, durch den die zu behandelnde Materialbahn (W) geführt wird, wobei die Preßschuheinrichtung (10A) ein stationäres Teil (30,31) und ein Gleitstück (35) hat, wobei die Reihe von Lastelementen (34, 35) zwischen dem stationären Teil (30, 31) und dem Gleitstück (35) angeordnet ist, daß

die Sollwerteinrichtung (100) eine Sollzoneneinrichtung (110) aufweist, in der die Anzahl (N) von Sollastwerten (Q&sub1; . . . QN), welche mittels der Einrichtung festgesetzt werden kann, höher ist als die Anzahl (K) von einzeln verstellbaren Zonen in der Preßschuheinrichtung (10A) und daß

die Sollwerteinrichtung (100) desweiteren einen Zonenkonvertierungsblock (120) aufweist, in dem die Sollastwerte (Q&sub1; . . . QN) in Soll-Zonendruckwerte (P&sub1; . . . PK) konvertiert werden, so daß in der Materialbahn (W) ein Linearlastprofil erzielt werden kann, das so gering wie möglich vom Sollwertprofil Q(Z) abweicht.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung (300) eine intelligente Regelungseinrichtung ist, die einen Diagnoseblock (310), ein Sicherheitslogikteil (320) und eine Reihe von Regulatoren (340) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind, unabhängig voneinander arbeiten und deren Anzahl (K) gleich der Anzahl von verstellbaren Zonen ist, die Lastbauteile aufweisen, die, falls vorhanden, auf die Enden der Preßschuheinrichtung (10A) wirken.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückmeldeeinrichtung (500) sowie eine Erfassungseinrichtung (510) vorgesehen sind, mittels der das Eigenschaftsprofil der durch den erweiterten, mittels des Regelungssystems geregelten Spalt (NP) geführten Bahn (W) in Querrichtung der Bahn gemessen wird, wobei von der Erfassungseinrichtung (510) ein Meßsignal (E) zu der Rückmeldeeinrichtung (500) oder direkt zu der Sollwerteinrichtung (100) geführt werden kann, so daß das Sollwertprofil Q(Z) entweder direkt oder indirekt erzeugt wird.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Gleitstücks (35) in Laufrichtung der Bahn definiert ist als L=kxH, wobei H=Dicke des Gleitstücks (35) und k=7-15, vorzugsweise 10-13.