DE60215694T2

DE60215694T2 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der siebpartie

Info

Publication number: DE60215694T2
Application number: DE60215694T
Authority: DE
Inventors: Jukka Muhonen; Hannu Korhonen; Minna Partonen; Jussi Rajala; Antti Leinonen
Original assignee: Metso Automation Oy
Current assignee: Valmet Automation Oy
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: ATE343676T1; WO2003040465A1; EP1454012A1; CN1295395C; DE60215694D1; US7279072B2; FI20012175A0; CN1592805A; EP1454012B1; US20050006044A1; FI20012175A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen des Betriebs einer Siebpartie.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Gerät zum Einstellen des Betriebs der Siebpartie.
Eine Papiermaschine hat einen Stoffauflaufkasten, von dem ein Ganzstoff zu der Siebpartie oder einem Former zugeführt wird, bei der oder bei dem der Ganzstoff eine Faserbahn oder ein Blatt ausbildet. Von der Siebpartie wird die Faserbahn zu einer Pressenpartie befördert und dort zu einer Trockenpartie, und danach wird das Papier unter Verwendung einer Rolle aufgerollt.
Die Aufgabe des Steuerns von dem Betrieb einer Siebpartie ist es, an der Siebpartie eine Bahn vorzusehen, die so homogen wie möglich ist. Die Homogenität kann als eine Formierung (Bahnbildung) ausgewertet werden, die eine Basisgewichtsverteilung im kleinen Maßstab bei der Bahnhöhe beschreibt. Die Struktur der Bahn in der Richtung z muss außerdem im Hinblick auf die Druckeigenschaften geeignet sein. Die Bahnbildung beeinflusst die physikalischen und optischen Eigenschaften von dem Papier. Wenn die Bahnbildung schlecht wird, nimmt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von dünnen Punkten zu, wodurch die Anzahl an Nadellöchern zunimmt und die Ungleichmäßigkeit der Festigkeitseigenschaften zunimmt. Das Herstellen von insbesondere beschichteten Arten von Papier, die zunehmende Luftdurchlässigkeit der Papierbahn oder die Porosität und die möglichen Nadellöcher verschlechtern die Lauffähigkeit von einem Beschichter. Beim Kalandrieren einer Bahn, die mit einer schlechten Bahnbildung vorgesehen worden ist, wird die Dichteverteilung in der Papierhöhenrichtung ungleichmäßig, und wird bewirkt, dass die Drucktinte ungleichmäßig absorbiert wird und somit wird eine fleckenartige Druckqualität bewirkt. Die Feinstoffverteilung in der Richtung z der Papierbahn ist ebenfalls von Bedeutung, wenn die Druckeigenschaften von dem fertigen Papier ausgewertet werden. Insbesondere der Unterschied bei der Menge an Feinstoffen an der oberen und unteren Seite von der Papierbahn sollte im Allgemeinen so gering wie möglich sein. Außerdem ist der Trockengehalt der Papierbahn nach der Siebpartie ein wichtiger Faktor für den Betrieb der gesamten Papiermaschine. Wenn der Trockengehalt zu gering ist, verschlechtert sich das Randschneiden, was die Randfehler erhöht. In ähnlicher Weise schwächt ein zu geringer Trockengehalt die Zuverlässigkeit des Betriebs, wenn die Papierbahn von der Siebpartie zu der Pressenpartie befördert wird. Des Weiteren gibt es, wenn der Trockengehalt zu gering ist, eine Möglichkeit eines Blattbruchs, beispielsweise wenn das Papier gepresst wird, wobei die Zugdifferenz zwischen der Pressenpartie und der Trockenpartie erhöht werden muss, und darüber hinaus nimmt die Lauffähigkeit der Papiermaschine ab.
Typischer Weise wird die Siebpartie reguliert, indem der Unterdruck der Entwässerungselemente in der Siebpartie und die Auslaufdüsenöffnung von einem Stoffauflaufkasten eingestellt werden. Das Einstellen der Auslaufdüsenöffnung kann die Konsistenz des Stoffauflaufkastenganzstoffes beeinflussen und somit die Menge an Wasser, die zu der Siebpartie zu befördern ist, erhöhen oder verringern. Es ist außerdem möglich, die Spannungen der Siebe in der Siebpartie einzustellen und somit das Ablaufen der Entwässerungselemente zu beeinflussen.
Ein Betreiber einer Maschine steuert typischer Weise den Betrieb einer Siebpartie und gründet seine Auswertung über den Betrieb von dem Prozess auf eine visuelle Abschätzung im Hinblick auf das Ausbilden des hergestellten Papiers und mitunter auf mögliche Formierungsmessungen, die ausgeführt werden. In einigen Fällen wird der Ablaufzustand unter Verwendung von Ablaufmessungen beobachtet, die es ermöglichen, dass der Anwender empirisch die Qualität der auszubildenden Papierbahnen abschätzt und, sofern dies erforderlich ist, den Unterdruck der Entwässerungselemente oder der Auslaufdüsenöffnung von dem Stoffauflaufkasten einstellt. Eine Querbahnprobe, von der die Papierbahneigenschaften wie beispielsweise die Bahnbildung ausgewertet werden, wird stets dann genommen, wenn die Rolle gewechselt wird, d. h. typischer Weise ungefähr einmal pro Stunde.
Das Ablaufen, das an der Siebpartie stattfindet, wird im großen Maße von den Infiltrationseigenschaften des Ganzstoffes beeinflusst, die in starkem Maße von dem Mahlgrad, dem chemischen Zustand das aneinander bewirkte Faserkleben, d. h. die Flockung, dem Feinstoffgehalt und der Temperatur von dem Ganzstoff ab. Die Infiltrationseigenschaften von dem Ganzstoff können gegenwärtig unter Bedingungen, die gänzlich denen einer Papiermaschine entsprechen, nicht gemessen werden, und daher kann das Verhalten des Ganzstoffs in dem Ablaufprozess an der Siebpartie nicht gänzlich zuvor vorhergesagt werden. Außerdem kann aufgrund der sich ändernden Ganzstoffeigenschaften, was durch verschiedene Papiersorten erforderlich ist, das Verhalten des Ablaufprozesses sich einige Male während des Tages in der Papiermaschine ändern. Darüber hinaus können Schwierigkeiten bei dem Ganzstoffvorbereitungsprozess aufgrund der Änderungen auftreten, die bei den gegenseitigen Dosierungsverhältnissen der Ganzstoffkomponenten auftreten, die durch die Änderungen bei der Dosierung des Fertigungsabfalls bewirkt werden können. Es kann daher sehr schwierig für den Betreiber sein, die Steuerung der Siebpartie optimal zu handhaben. Da das Ausbilden von dem Boden des Papiers nicht anders als unter Verwendung von selten genommenen Proben beurteilt werden kann, muss der Betreiber einen ausgedehnten Sicherheitsbereich für die Steuerung belassen, um ein Blattbrechen zu vermeiden, wenn das Blatt durch die Entwässerungselemente, die die Bahn belasten, beeinflusst wird, oder um zu vermeiden, dass die Bahn aufgrund der möglichen Änderungen flockuliert, die bei den Infiltrationseigenschaften des Ganzstoffes auftreten und die zwischen den Probenahmen stattfinden.
Die Veröffentlichung FI 97 244 zeigt ein Verfahren zum Einstellen des Ablaufens von der Siebpartie, wobei bei diesem Verfahren jede Entwässerungseinheit mit einer Ablaufstrategie versehen ist. Die Menge an Wasser, die durch jede Entwässerungseinheit abläuft, wird gemessen, und die gemessene Menge an Wasser wird mit einem eingestellten Wert verglichen. Wenn die entfernte Menge an Wasser und der eingestellte Wert von unterschiedlicher Größe sind, wird die Drehzahl von dem Elektromotor der Unterdruckpumpe in der Entwässerungseinheit beispielsweise eingestellt. Das Patent US 5 879 513 offenbart ein Verfahren zum Einstellen des Ablaufens in derartiger Weise, dass die Menge an Wasser, die in dem Entwässerungselement abläuft, gemessen wird und die Unterdruckkapazität auf dieser Basis eingestellt wird. Jedoch muss bei den beiden vorstehend erwähnten Veröffentlichungen der Betreiber die eingestellten Werte in der vorstehend aufgezeigten herkömmlichen Art und Weise bestimmen. Folglich sind sämtliche Probleme bei der Lösung zum Optimieren und Einstellen der Siebpartie gemäß den zitierten Veröffentlichungen vorhanden.
Der Aufsatz „Effect of Vacuum Level and Suction Time on Vacuum Assisted Drainage of a Paper Machine Wire Section" von Kari Räisänen, Hannu Paulapuro und Ari Maijala, APITA 48th Annual General Conference, Melbourne 1994, untersucht, wie der Unterdruck in den Entwässerungselementen einer Siebpartie die Ausbildung einer Bahn beeinflusst. Dieser Aufsatz zeigt auch ein Verfahren auf, das das Ablaufen in einer Siebpartie unter Verwendung einer mathematischen Formel vorhersagen kann. Die Idee ist es, dazu in der Lage zu sein, den Energieverbrauch einer Siebpartie minimal zu gestalten oder einen Trockengehalt in der Bahn zu erzielen, der so umfangreich wie möglich einen speziellen Energieverbrauch nutzt. Diese Lösung berücksichtigt nicht in angemessener Weise die schnellen Änderungen, die bei dem Ganzstoff oder bei dem Prozess auftreten, und die Lösung ist daher nicht dazu in der Lage, den Betrieb der Siebpartie so genau zu optimieren, wie dies erwünscht ist.
Die Veröffentlichung FI 1999 24 30 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen des Trockengehalts einer Papiermaschine und die Entwicklung und/oder Steuerung von diesem. Bei diesem Verfahren wird der Trockengehalt an einem erwünschten Punkt auf der Grundlage einer gemessenen Flüssigkeitsmenge und eines Trockenbasisgewichts der Bahn bestimmt. Die Messung der Ablaufmenge in den Entwässerungselementen der Siebpartie und das Berücksichtigen des bestimmten Trockengehalts bewirken, dass der Trockengehalt von der Papierbahn an den erwünschten Orten bestimmt werden kann. Die erhaltene Trockenstoffinformation ermöglicht das Einstellen von beispielsweise den Pressdrücken und/oder den Unterdruckhöhen in der Siebpartie, um die erwünschte Trockenstoffentwicklung zu erzielen. Jedoch ermöglicht diese Lösung nicht ein Optimieren des Betriebs von der Siebpartie in so genauer Weise, wie dies erwünscht ist.
Die Veröffentlichung EP 1 063 348 offenbart ein Verfahren zum Steuern der Menge an Wasser bei der Papierbahn und zum Verhindern des Ausbildens einer Flockung an der herzustellenden Papierbahn. Bei diesem Verfahren wird die Menge an Wasser bei der Papierbahn in der Richtung der Bewegung der Bahn an verschiedenen Orten der Siebpartie bestimmt, wobei daher die Menge an Wasser, die von der Bahn zu entfernen ist, eingestellt wird durch ein Steuern der Funktion von Saugkästen. Zusätzlich wird nach der Pressenpartie oder der Trockenpartie die Lichttransparenzeigenschaft der Bahn gemessen, wobei auf dieser Grundlage der Betrieb von Flügeln, die an der Siebpartie angeordnet sind, gesteuert wird, wobei die Flügel eine Turbulenz, die die Faserflocken aufbricht, bewirken sollen. Die Steuerung ist somit auf ein Steuern des Winkels von den mechanischen Komponenten in der Siebpartie gegründet. Jedoch ist eine derartige Lösung nicht dazu in der Lage, den Betrieb der Siebpartie wunschgemäß zu optimieren.
Das Patent US 5 825 653 zeigt ein Einstellverfahren für eine Siebpartie auf der Grundlage eines Fluidströmungsmodells, bei dem eine Strömungsberechnung das Einstellen der Siebpartie ermöglicht. Ein physikalisches Fluidströmungsmodell wird bei der Lösung ausgebildet, das auf das Ablaufen des Siebes und den Strömungszustand der Ganzstoffsuspension gegründet ist. Das Ablaufen des Siebes wird von verschiedenen Orten an der Siebpartie gemessen durch die Messung der Menge an Wasser, die von verschiedenen Orten abläuft, und der Strömungszustand von der Ganzstoffsuspension wird mittels der Ganzstoffstrahlgeschwindigkeit, der Siebgeschwindigkeit und der Konsistenz von dem Ganzstoff bestimmt. Die Qualität von dem Papier wird an dem Trockenende der Papiermaschine überwacht. Das Modell bestimmt den angestrebten Strömungszustand und auch die Differenz zwischen dem angestrebten Strömungszustand und dem gegenwärtigen Strömungszustand, woraus eine Kostenfunktion ausgebildet wird, die ein Bestimmen einer neuen Steuerung und neuen Einstellwerten ermöglicht, um den angestrebten Strömungszustand zu erreichen. Die Lösung macht somit das Ausbilden eines physikalischen Fluidströmungsmodells erforderlich, wodurch das Verfahren sehr kompliziert wird, und erheblich mehr fachliches Können erforderlich macht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zu schaffen, die das Steuern des Betriebs einer Siebpartie in optimaler Weise ermöglichen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmen der Entwicklung der Konsistenz von Ganzstoff an einer Siebpartie, Bestimmen des Effektes der Konsistenz, die vorstehend bestimmt worden ist, auf die Ausbildung und/oder Porosität einer Papierbahn und Einstellen der Konsistenz, die sich an der Siebpartie entwickelt, auf der Grundlage einer Qualitätseigenschaft von Papier und/oder durch Optimieren einer Kostenfunktion, wobei die Qualitätseigenschaft von Papier das Ausbilden und 1 oder die Porosität und/oder eine Kombination, die durch das Ausbilden und/oder die Porosität definiert ist, aufweist, und wobei die Kostenfunktion zumindest den Effekt des Ausbildens und/oder der Porosität umfasst.
Das Gerät der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Bestimmen der Entwicklung der Konsistenz von Ganzstoff an einer Siebpartie, eine Einrichtung zum Bestimmen des Effektes der Konsistenz, die vorstehend bestimmt worden ist, auf das Ausbilden und/oder die Porosität einer Papierbahn und eine Einrichtung zum Einstellen der Konsistenz, die sich an der Siebpartie entwickelt, auf der Grundlage einer Qualitätseigenschaft von Papier und/oder durch Optimieren einer Kostenfunktion, wobei die Qualitätseigenschaft von Papier das Ausbilden und/oder die Porosität und/oder eine Kombination aufweist, die durch das Ausbilden und/oder die Porosität definiert ist, und wobei die Kostenfunktion zumindest den Effekt des Ausbildens und/oder der Porosität umfasst.
Die wesentliche Idee der Erfindung ist es, dass die Entwicklung der Konsistenz von dem Ganzstoff an der Siebpartie bestimmt wird und der Effekt der Konsistenz auf die Bahnbildung und/oder Porosität der Bahn bestimmt wird. Darüber hinaus wird die Konsistenz, die bei einem speziellen Entwässerungselement eintrifft, eingestellt auf der Grundlage dieser Qualitätseigenschaft der Bahn, d. h. der Bahnbildung und/oder Porosität, und/oder durch ein Optimieren einer Kostenfunktion, die den Effekt der Bahnbildung und/oder der Porosität enthält. Die Idee von einem ersten Ausführungsbeispiel ist es, einen optimalen Wert für die Konsistenz in einer derartigen Weise zu bestimmen, dass das Verhältnis zwischen einer ersten Ableitung der Qualitätseigenschaft von dem Papier und/oder der Kostenfunktion und einer ersten Ableitung von der Konsistenz bestimmt wird. Die Idee von einem zweiten Ausführungsbeispiel ist es, eine korrekte Steuerrichtung der Konsistenz unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der ersten Ableitung der Qualitätseigenschaft von dem Papier und/oder der Kostenfunktion und der ersten Ableitung der Konsistenz zu bestimmen, und auch die Größe von einem Steuerschritt unter Verwendung des Verhältnisses zwischen einer zweiten Ableitung der Qualitätseigenschaft von dem Papier und/oder der Kostenfunktion und der ersten Ableitung der Konsistenz. Die Idee von einem dritten Ausführungsbeispiel ist es, die Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie zu bestimmen, indem der Trockengehalt an der Bahn nach der Siebpartie bestimmt wird und die Wassermengen gemessen werden, die durch die Entwässerungselemente in der Siebpartie ablaufen, und die Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie auf der Grundlage der gemessenen Wassermengen berechnet werden. Die Idee von einem vierten Ausführungsbeispiel ist es, die Konsistenz einzustellen, indem eine Auslaufdüsenöffnung von einem Stoffauflaufkasten und/oder das Ablaufen der Entwässerungselemente an der Siebpartie eingestellt wird. Die Idee von einem fünften Ausführungsbeispiel ist es, eine Fuzzy-Steuereinrichtung anzuwenden, und das Einstellen der Konsistenz auszuführen, bei der die einstellbare Konsistenz und die Einstellvariablen mit Grenzbedingungen versehen sind. Die Idee von einem sechsten Ausführungsbeispiel ist es, die Konsistenz einzustellen durch ein Optimieren gemäß einer derartigen Kostenfunktion, die sowohl die Qualitätsabweichungskosten als auch die Steuerkosten umfasst. Somit berücksichtigen die Qualitätsabweichungskosten das Laufverhalten von dem Prozess und/oder die Trockenstofferfordernis, die durch die Qualitätseigenschaft von dem Papier zwischen den verschiedenen Elementen eingestellt ist und/oder der Siebpartie und der Pressenpartie. Dann wiederum berücksichtigen die Steuerkosten die erforderliche Energie und/oder die erforderliche Antriebsleistung von der Siebpartie, um das Ablaufen zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung schafft einen derartigen Vorteil, dass der Betrieb der Siebpartie so optimal wie möglich eingestellt werden kann, um eine Bahn zu schaffen, die ausgezeichnet ist im Hinblick auf die Bahnbildung, die Porosität und den Trockengehalt. Bei dem Ausführungsbeispiel, das die Kostenfunktion nutzt, ermöglicht die vorgesehene Kostenfunktion das Bestimmen der Gewichtung von verschiedenen Qualitätsparametern in Bezug auf die Einstellmaßnahmen, die einen am meisten bevorzugten Betriebspunkt anstreben. Es ist möglich, auszuwählen, ob die Hauptbetonung auf der Bahnbildung liegt oder auf der Porosität. Die vorliegende Erfindung ermöglicht das optimale Einstellen der Konsistenz, die bei jedem Entwässerungselement eintrifft, in einer derartigen Weise, dass der Sicherheitsbereich in Bezug auf die Einstellung sehr klein sein kann. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Steuern der Entwicklung von der Konsistenz der Bahn in besonders gutem Maße.
In dieser Anmeldung bezieht sich der Ausdruck „Papier" zusätzlich zu Papier auch auf Karton und auf Tissue.
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine Seitenansicht in schematischer Weise von einer Papiermaschine.
Die 2 und 3 zeigen Blockdarstellungen von dem Steuersystem einer Siebpartie.
4 zeigt eine Blockdarstellung, die darstellt, wie der Betrieb von einer Siebpartie optimiert wird.
1 zeigt in schematischer Weise eine Papiermaschine. Die Papiermaschine hat einen Stoffauflaufkasten 1, von dem Ganzstoff zu einer Siebpartie 2 d. h. einem Former geliefert wird, bei dem eine Papierbahn 3 aus dem Ganzstoff gebildet wird. Die Papierbahn 3 wird zu einer Presseneinheit 4 befördert und von dort zu einer Trockeneinheit 5. Von der Trockeneinheit 5 wird die Bahn zu einer Rolle 6 befördert. Eine Papiermaschine kann außerdem andere Teile aufweisen wie beispielsweise eine Leimpresse oder einen Kalander, die in der 1 aus Gründen der Deutlichkeit nicht gezeigt sind. Darüber hinaus ist der Betrieb einer Papiermaschine Fachleuten bekannt und wird daher in diesem Kontext nicht detailliert erläutert.
In 1 bildet ein so genannter Spaltformer die Siebpartie 2. Der Spaltformer hat ein inneres Sieb 7 und ein äußeres Sieb 8, und ein Strahl von dem Stoffauflaufkasten 1 wird in den Spalt zwischen den Sieben hineingetrieben. Die Siebe 7 und 8 werden durch Führungswalzen 9 geführt. Einige dieser Walzen sind beweglich in einer derartigen Weise gestaltet, dass die Spannungen der Siebe 7 und 8 eingestellt werden können, indem Spannwalzen 17 bewegt werden. In 1 zeigt ein Pfeil, der mit zwei Enden versehen ist, die beweglichen Spannwalzen 17.
Wasser wird zunächst aus dem Ganzstoff an der Siebpartie 2 unter Verwendung einer Formerwalze 10 entfernt. Das Ablaufen der Formerwalze 10 beträgt typischer Weise 65 – 80% der Strömung des Stoffauflaufkastens 1. Der Ablaufdruck der Formerwalze 10 wird durch den Druck, der durch die Spannung des inneren Siebs 7 bewirkt wird, durch die Druckverringerung zu dem äußeren Sieb 8 hin, die durch eine Zentrifugalbeschleunigung bewirkt wird, und den Druck, der im Inneren der Formerwalze 10 vorherrscht, beeinflusst. Wasser wird aus dem Ganzstoff in dem Bereich, der nahe zu der Formerwalze 10 ist, sowohl zu der Formerwalze 10 hin als auch an der Seite des inneren Siebs 7 entfernt.
Aufgrund eines kontinuierlichen und symmetrischen Ablaufens werden dichte Oberflächenlagen des Papiers, die die Füllstoffe und Feinstoffe an dem Papier halten, infiltriert. Wasser wird ohne ein heftiges Pulsieren in beiden Richtungen entfernt, was gleichzeitig die Oberflächen der Bahn kompakter gestaltet, indem Feinstoffe zu dieser gebracht werden.
Nach der Formerwalze 10 ist ein Multifoil-Schuh 11 vorgesehen, der aus mehreren Flügeln besteht. Der Krümmungsradius bei dem Multifoil-Schuh bewirkt einen Ablaufdruck. Ein Nacheilwinkel ist über einem einzelnen Flügel innerhalb des Bereichs von dem Multifoil-Schuh 11 ausgebildet, der durch die Geometrie von dem Flügel beeinflusst wird. Aufgrund der Flügel wird das Ablaufen von dem Multifoil-Schuh 11 pulsierend. Die Druckimpulse, die durch den Multifoil-Schuh und durch andere mögliche belastbare Flügel 18 bewirkt werden, erzeugen Scherkräfte in die freie Suspension innerhalb der Bahn, die des Weiteren Geschwindigkeitsgradienten erzeugen, die die Faserflocken in der Suspension aufbrechen. Das Aufbrechen der Faserflocken verbessert das Ausbilden der Bahn. Die belastbaren Flügel 18 sind nicht in sämtlichen Formerarten erforderlich. Wenn der Former mit belastbaren Flügeln 18 versehen ist, ermöglichen die Flügel eine Zunahme der Stärke der Pulsation innerhalb des Bereiches von dem Multifoil-Schuh 11. Der Multifoil-Schuh 11 hat typischer Weise mehrere Unterdruckkammern, wodurch die Anwendung des Unterdrucks die Druckimpulse verstärkt und den Ablaufdruck erhöht, der durch den Krümmungsradius von dem Element bewirkt wird. Die Zunahme der Unterdrücke von dem Multifoil-Schuh 11 gestaltet im Allgemeinen außerdem die Bahn kompakt. Das Einstellen des Ablaufens der Formerwalze 10 und des Multifoil-Schuhs 11 ermöglicht das Beeinflussen der Qualitätseigenschaft von dem Papier wie beispielsweise die Bahnbildung, die Porosität und die Form der Füllstoffverteilung. Das Ablaufen der Formerwalze 10 beeinflusst indirekt die Bahnbildung, die Porosität und die Bindungsfestigkeit von dem Papier. Wenn das Ablaufen der Formerwalze 10 zu stark zunimmt, wird die Eingangskonsistenz von dem Multifoil-Schuh zu stark verringert und verschlechtert sich die Bahnbildung von dem Papier. Gleichzeitig wird die Bahn 3 kompakter und die Bindungsfestigkeit verbessert sich.
Die Konsistenz von dem Ganzstoff, der zu der Siebpartie 2 befördert wird, kann sich zwischen 0,2 und 1,2% bewegen. Der Trockengehalt von der Papierbahn 3, die die Siebpartie 2 verlässt, bewegt sich wiederum typischer Weise zwischen 15 und 20%. Die Formerwalze 10 wird verwendet, um ungefähr 65 bis 80% Wasser aus der Strömung des Stoffauflaufkastens 1 zu entfernen, wobei sich in diesem Fall die Konsistenz von dem Ganzstoff von 2 bis 3% bewegt. Nach dem Multifoil-Schuh 11 beträgt die Konsistenz ungefähr 4 bis 5%. Nach dem Multifoil-Schuh 11 weist die Siebpartie 2 auch eine Gautschwalze 12 und einen oder mehrere Saugkästen 13 als Entwässerungselemente auf. Außerdem können ein oder mehrere Saugkästen vor der Gautschwalze 12 vorgesehen sein. Die Gautschwalze 12 und die Saugkästen 13 können die Qualitätseigenschaften von dem Papier lediglich geringfügig beeinflussen. Jedoch ermöglichen die Entwässerungselemente eine Zunahme des Trockengehalts von der Papierbahn.
Die Papiermaschine hat außerdem Messinstrumente zum Messen der Eigenschaften der Papierbahn 3. Ein erstes Messinstrument 14 kann beispielsweise in Verbindung mit der Pressenpartie 4 angeordnet sein, und ein zweites Messinstrument 15 kann nach der Trockenpartie 5 angeordnet sein. Die Papiermaschine hat außerdem eine Steuereinheit 16, zu der Daten, die sich auf die Eigenschaften der Papierbahn 3 beziehen, von den Messinstrumenten 14 und 15 geliefert werden. Außerdem werden Messdaten von den Prozesselementen der Papiermaschine zu der Steuereinheit 16 geliefert. Die Steuereinheit 16 steuert beispielsweise die Entwässerungselemente der Siebpartie 2 wie beispielsweise die Formerwalze 10, den Multifoil-Schuh 11, die Gautschwalze 12 und die Saugkästen 13, insbesondere deren Unterdrücke. Die Steuereinheit 16 steuert außerdem die Spannung der Siebe 7 und 8 durch ein Steuern der beweglichen Spannwalzen 17. Darüber hinaus stellt die Steuereinheit 16 eine Auslaufdüsenöffnung 1a von dem Stoffauflaufkasten 1 ein.
2 zeigt ein Blockdiagramm von dem Steuersystem einer Siebpartie. Die Steuereinheit 16 ist eine multivariable Steuereinrichtung, die örtliche Steuereinrichtungen mit Einstellwerten (Soll-Werten) versieht. Die multivariable Steuereinrichtung weist ein dynamisches Modell auf, das den Betrieb der Siebpartie beschreibt, und das gemäß den Messungen auf den neuesten Stand gebracht wird. Örtliche Steuereinrichtungen stellen beispielsweise die Unterdrücke von den Entwässerungselementen in der Siebpartie 2 oder die Spannungen der Siebe 7 und 8 oder die Auslaufdüsenöffnung 1a von dem Stoffauflaufkasten ein. Das Ziel von der multivariablen Steuereinrichtung ist es, die Qualitätseigenschaften von dem Papier zu stabilisieren durch ein Ändern der laufenden Parameter von der Siebpartie 2 in einer derartigen Weise, dass der Effekt der möglichen Beeinträchtigung, die während der Infiltration des Ganzstoffs auf den Betrieb der Siebpartie 2 stattfindet, verhindert werden kann, und die Konsistenz von dem Ganzstoff für die Elemente in der Siebpartie einzustellen, was die Qualität von dem Papier so beeinflusst, dass die Bahnbildung und/oder die Porosität von dem Papier so gut wie möglich sein kann.
Die örtlichen Steuereinrichtungen beeinflussen somit den Prozess, der das Papier vorsieht. Die örtlichen Steuereinrichtungen sind in diesem Kontext nicht detaillierter erläutert, da der Aufbau und die Funktion von diesen Steuereinrichtungen für Fachleute offensichtlich sind.
Die Rückführung, die bei der Einstellung erforderlich ist, wird zunächst erhalten durch ein Messen der Qualitätseigenschaft von dem Papier. Die Messinstrumente 14 und 15 können verwendet werden, um beispielsweise das Basisgewicht, die Feuchtigkeit, die in der Fertigungslinie stattfindende Bahnbildung und die Porosität von dem Papier zu messen. Die Zweiseitigkeit kann unter Verwendung von Labormessungen abgeschätzt werden. Aus dem Prozess werden beispielsweise die Unterdrücke, die Strömungen und die Konsistenzen gemessen. Messbare Eigenschaften umfassen die Strömung von dem Stoffauflaufkasten, die Konsistenz von dem Stoffauflaufkasten, die Retention, das Ablaufen, die Siebgeschwindigkeit, die Niederdruckhöhen, die Antriebsleistung und die Energie, die zum Vorsehen eines Unterdrucks verwendet wird. Die multivariable Steuereinrichtung ist eine Steuereinrichtung auf hohem Niveau, die neue Einstellwerte für örtliche Einstelleinrichtungen auf einem niedrigeren Niveau auf der Grundlage der Messungen berechnet.
3 zeigt eine bevorzugte Möglichkeit zum Optimieren des Betriebs von der Siebpartie. Gemäß dieser Lösung wird eine Rückführung bei der Steuerung sowohl für die Papierqualität unter Verwendung der Bahnbildung als auch für den Prozess unter Berücksichtigung, wie die Konsistenz sich an der Siebpartie 2 entwickelt hat, berücksichtigt. Die Bahnbildung kann beispielsweise unter Verwendung des zweiten Messinstruments 15 bestimmt werden, indem die optische in der Fertigungslinie stattfindende Bahnbildung nach der Trockenpartie 5 gemessen wird. Beim Messen der Bahnbildung unter Verwendung eines Messinstruments, das sich in der Querrichtung der Papierbahn 3 hin- und hergehend bewegt, kann die Bahnbildung insbesondere an einem derartigen Ort der Papierbahn 3 berücksichtigt werden, der als ein solcher entdeckt worden ist, der anfällig auf die Änderungen im Hinblick auf das Ablaufen reagiert. Beispielsweise ein beginnendes Blattbrechen kann als ein Streifen an einem speziellen Ort an der Papierbahn 3 auftreten. Wie sich die Konsistenz an der Siebpartie entwickelt, kann ebenfalls bestimmt werden, indem sie örtlich gemessen wird. Das Ausführen der Konsistenzmessung ist jedoch eine anspruchsvolle Aufgabe, und daher kann eine rechnerisch bestimmte Konsistenz genutzt werden. Im Prinzip kann die Entwicklung der Konsistenz bestimmt werden, wenn die Konsistenz von dem Stoffauflaufkasten bekannt ist und auch die Wassermenge, die durch jedes Entwässerungselement in der Siebpartie abläuft. Die Konsistenz, die in dieser Weise berechnet wird, ist jedoch ungenau. Eine Ungenauigkeit bei diesem Verfahren wird beispielsweise durch die Tatsache bewirkt, dass der größte Teil des Ablaufens von der Siebpartie 2 in dem Bereich der Formerwalze 10 stattfindet. Somit wird die Konsistenz in höchst bevorzugter Weise unter Verwendung einer Rückwärtsberechnung bestimmt. Die Basis ist dann der Trockengehalt der Papierbahn 3 nach der Pressenpartie 4 und das Basisgewicht nach der Trockenpartie 5. Derartige Daten können beispielsweise unter Verwendung von Messinstrumenten 14 und 15 erhalten werden. Die Menge an Wasser, die an der Pressenpartie 4 abläuft, kann gemessen werden, wodurch der Trockengehalt nach der Siebpartie 2 bestimmt werden kann. Wie sich die Konsistenz an der Siebpartie 2 entwickelt, kann mittels der Rückwärtsberechnung bestimmt werden, wenn die Menge an Wasser, die durch die Entwässerungselemente in der Siebpartie 2 abläuft, bekannt ist, d. h. ein Modell wird entwickelt darüber, wie die Konsistenz sich an der Siebpartie 2 entwickelt.
Die Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen Eigenschaften sind nicht linear und der Prozess umfasst mehrere Störfaktoren, die vorzugsweise berücksichtigt werden, indem die Einstellung unter Verwendung einer Fuzzy-Steuereinrichtung ausgeführt wird. Beispielsweise ist es aufgrund der Vielfalt der Ganzstoffeigenschaften schwierig, die Größe der Konsistenz, die an dem Entwässerungselement eintrifft, definitiv vorherzusagen, um die bestmögliche Bahnbildung vorzusehen. Daher muss die Steuerung mit einer Rückführung in Bezug auf die Papierqualität versehen sein. Wenn eine Fuzzy-Steuerung betroffen ist, können die begrenzenden Faktoren beispielsweise die maximale Auslaufdüsenströmung, der erforderliche Trockengehalt nach der Siebpartie oder die erforderliche Bahnbildung/Porosität als die Grenzbedingungen erachtet werden. Aufgrund der Grenzbedingungen kann das Entwässerungselement nicht beispielsweise mit einem Unterdruck, der zu hoch ist, als ein Einstellwert versehen werden. Die Zweiseitigkeit der Feinstoff- und Füllstoffverteilung, die während einer Labormessung erhalten wird, kann berücksichtigt werden, wenn eine optimale Verteilung für ein Ablaufen zwischen der oberen und der unteren Seite der Bahn an der Siebpartie 2 berechnet wird. Dies kann berücksichtigt werden, wenn die Niederdruckeinstellungen von den ersten Entwässerungselementen oder die Siebspannungen der Siebpartie betroffen sind, wobei das Ablaufen genauer in der oberen oder unteren Richtung der Bahn gesteuert werden kann. Wenn die Spannungen der Siebe nicht eingestellt sind, kann das überschüssige Ablaufen an der oberen oder unteren Seite verhindert werden, indem die Steuerung mit den Grenzbedingungen versehen ist, wobei innerhalb des Umfangs von diesen die Niederdruckeinstellungen und somit die Entwässerungsverteilung geändert werden kann. Darüber hinaus kann die Datenbank der Grenzbedingungen Daten über beispielsweise die zulässige Konsistenz nach dem Multifoil-Schuh oder über die Konsistenz nach dem Saugkasten umfassen. Die Datenbank der Grenzbedingungen kann des Weiteren die Daten über die Strömung in Bezug auf einen Kurzumlauf umfassen.
Die Element-spezifischen Ablaufmessungen, die ausgeführt werden, ermöglichen ein Berechnen der Entwässerungsverteilung zwischen den verschiedenen Elementen. Eine optimale Entwässerungsverteilung kann herausgefunden werden, indem das Ablaufen von den Elementen, die in starkem Maße die Bahnbildung von dem Boden beeinflussen, d. h. die Formerwalze 10 und der Multifoil-Schuh 11, bis zu einem derartigen Punkt optimiert wird, bei dem die Bahnbildungs- und/oder Porositätsmessung einen Einstellwert vorsieht.
Der Betrieb von der Siebpartie 2 wird optimal eingestellt beispielsweise gemäß dem in 3 gezeigten Prinzip. Der Effekt der Konsistenz auf die Bahnbildung der Bahn muss für die Optimierung bestimmt werden. Es ist in ausgeführten Versuchen beobachtet worden, dass dann, wenn die Konsistenz, die bei einem speziellen Entwässerungselement eintrifft, abnimmt, sich die Bahnbildung verbessert, jedoch lediglich bis zu einem gewissen Maße. Wenn die Konsistenz zu stark abnimmt, wird die Bahnbildung drastisch schlechter, da die bereits infiltrierte Fasermatte beschädigt wird, wenn eine Belastung mit Druckimpulsen geschieht, während die Konsistenz noch zu gering ist. Dieses so genannte Blattbrechen bewirkt klar erfassbare Streifen bei der Papierbahn 3. Eine Kurve, die aus einer Kurve A in 3 geformt ist, zeigt den Wert der Bahnbildung (Formierung), während sich die Konsistenz ändert. Die Form der Kurve B entspricht der Form der Kurve A, und beide Kurven A und B beschreiben in 3 die Betriebsbereiche von der Siebpartie.
Zunächst muss der Betriebsbereich bestimmt werden, d. h. ob der Betriebsbereich die Kurve A oder die Kurve B oder eine andere im Wesentlichen gleichartig geformte Kurve ist, die an einer anderen Stelle an der horizontalen Achse angeordnet ist. Die Basisdaten über den Aufbau der Papiermaschine und über den Ganzstoff sind erforderlich zum Bestimmen des Betriebsbereiches. Der Betriebsbereich wird bestimmt, indem der Papierherstellprozess innerhalb des Bereichs der Siebpartie identifiziert wird. Ein dynamisches Modell wird aus dem Prozess entwickelt, der kontinuierlich unter Verwendung der Messungen von dem Prozess spezifiziert wird. Die Form der Kurve A und B wird daher experimentell bestimmt.
Wenn der Betriebsbereich, beispielsweise A oder B, bestimmt wird, ist der Betrieb von der Siebpartie so einzustellen, dass ein Betriebspunkt, d. h. x₀, y₀, der die bestmögliche Bahnbildung vorsieht, als der Betriebspunkt ausgebildet wird. Der Betriebspunkt x₀, y₀ sollte daher so nahe wie möglich zu dem Zenit der Kurve A oder B sein. Wenn der Betriebspunkt x₀, y₀ genau an dem Zenit ist, besteht ein Risiko dahingehend, dass die Bahnbildung abrupt abzunehmen beginnt, wenn die Startwerte von dem Prozess sich ändern, falls die Konsistenz zu stark verringert wird. Der Betriebspunkt x₀, y₀ sollte daher geringfügig von dem Zenit nach rechts gewählt werden. Jedoch darf bei der Lösung der vorliegenden Erfindung der Betriebspunkt x₀, y₀ nicht zu weit von dem Zenit entfernt wegbewegt werden, da der Betrieb von der Siebpartie perfekt gesteuert werden kann.
Es sollte hierbei auch berücksichtigt werden, dass, wenn der Betriebspunkt x₀, y₀ bestimmt wird, die Papierbahn 3 nicht zu nass nach der Siebpartie 2 sein darf. Anders ausgedrückt sollte beachtet werden, dass beim Bestimmen des Betriebspunktes die Entwässerungsleistung von dem Endabschnitt der Siebpartie ausreichend ist, um einen Trockengehalt vorzusehen, der angemessen hoch ist.
Die Form der Kurven A und B sind somit bekannt, was bedeutet, dass sie in der folgenden Form bekannt sind: y – y0 = f(x – x0), wobei

y: die Bahnbildung ist,
y₀: die Bahnbildung an einem Referenzpunkt ist,
x: die Konsistenz ist und
x₀: die Konsistenz an dem Referenzpunkt ist.

Ein optimaler Wert muss daher für den Betriebspunkt x₀, y₀ bestimmt werden. Wenn die Form der Kurve A oder B flach ist, was bedeutet, dass die Bahnbildung nicht zu kräftig bis unterhalb einer bestimmten Konsistenz abnimmt, kann der Betriebspunkt x₀, y₀ unter Ausnutzung einer ersten Ableitung bestimmt werden. Bei einem Bestimmen des Betriebspunktes wird die Eigenschaft d. h. die Konsistenz an der Achse x systematisch gestört, und die Variable dy/dx wird gleichzeitig kontinuierlich bestimmt, d. h. das Verhältnis zwischen der ersten Ableitung der Bahnbildung und der ersten Ableitung der Konsistenz, d. h. d(Bahnbildung)/d(Konsistenz). Die Störung der Konsistenz bedeutet, dass die Konsistenz beispielsweise geändert wird, indem der Unterdruck einer Entwässerungseinheit geändert wird. Die Störung findet systematisch in einer derartigen Weise statt, dass kleinere Änderungen kontinuierlich bei der Konsistenz bewirkt werden. Die Veränderung bei der Konsistenz muss natürlich ausreichend groß sein, was bedeutet, dass die Konsistenzänderung eine Änderung bei dem Ansprechen beispielsweise bei der Bahnbildung bewirken soll. Die Variable d(Bahnbildung)/d(Konsistenz) bezieht sich somit auf die Bahnbildungsänderung nach dem Stattfinden der Änderung bei der Konsistenz. Die Variable dy/dx kann konstant oder in geeigneten Intervallen bestimmt werden.
Bei einer Optimierungssituation wird die Konsistenz in einer derartigen Richtung gesteuert, dass die Ableitung oder dy/dx wunschgemäß wird, d. h. ihr Wert ist ausreichend nahe zu Null. In dieser Weise wird der Betriebspunkt für eine Kurve A oder B gesucht, wobei die Neigung der Kurve dann geeignet ist, wenn der Betriebspunkt sich an der rechten Seite von dem oberen Teil der Kurve befindet. Ein Grenzwert kann ziemlich leicht bestimmt werden durch ein Experimentieren, wenn die Größe der Ableitung ausreichend nahe zu Null ist.
Wenn ein Betriebspunkt optimiert wird, kann die Bahnbildung, die Porosität und der Trockengehalt als einstellbare Eigenschaften gewählt werden, und die Stoffauflaufkastenauslaufdüsenströmung, der Unterdruck einer Formerwalze und der Unterdruck eines Multifoil-Schuhs können als Einstelleigenschaften oder Einstellvariablen gewählt werden. In einem derartigen Fall werden drei einstellbare Eigenschaften und drei Einstellvariablen vorgesehen, wodurch beispielsweise eine Simplexoptimierung bei der Optimierung angewendet werden kann.
Wenn die Form der Kurven A oder B unpassend ist, d. h. wenn die Konsistenz, die die Bahnbildung ändert, drastisch abfällt, kann ein optimaler Betriebspunkt x₀, y₀ ebenfalls in einem derartigen Fall herausgefunden werden, wenn jedoch eine zweite Ableitung der Bahnbildung ebenfalls genutzt wird. In einem derartigen Fall wird das Verhältnis zwischen der ersten Ableitung der Bahnbildung und der ersten Ableitung der Konsistenz bestimmt, und danach wird das Verhältnis zwischen der zweiten Ableitung der Bahnbildung und der ersten Ableitung der Konsistenz bestimmt. Die Form der Kurve bei dem Betriebspunkt x₀, y₀ wird auf der Grundlage der zweiten Ableitung bestimmt. Eine Steuerschrittgröße der Konsistenz wird auf der Grundlage der Form der Kurve bestimmt. Wenn die zweite Ableitung sehr groß ist, zeigt dies an, dass die Richtung der Kurve sich sehr schnell ändert, wodurch die Steuerschrittgröße sehr klein sein muss. Ein geeigneter Grenzwert von der Größe der zweiten Ableitung und der Länge von dem Steuerschritt, die auf der Grundlage der zweiten Ableitung zu bestimmen ist, kann ziemlich einfach durch Experimentieren bestimmt werden. Der Steuerschritt muss so klein sein, dass der Betriebspunkt nicht zu einem unerwünschten Betriebsbereich gefahren wird, was bedeutet, dass die Bahnbildung nicht umfangreich verschlechtert werden sollte. Die Totzeit von dem Prozess wird klar zwischen den Steuerschritten berücksichtigt, wobei die Totzeit bestimmt., wie häufig die Steuerschritt ausgeführt werden können, d. h. wie häufig die Konsistenz geändert werden kann. Außerdem soll, wenn die zweite Ableitung anzeigt, dass die Richtung der Kurve sich sehr schnell ändert, der Betriebspupunkt nicht zu nahe zu dem oberen Teil optimiert werden, damit er nicht an der linken Seite von dem oberen Teil in einem unerwünschten Betriebsbereich, der kurzerhand startet, angeordnet wird. Wenn wiederum die zweite Ableitung anzeigt, dass die Kurve sehr flach ist, ist es möglich, den Betriebspunkt nahe zu dem oberen Teil anzuordnen. Genauer gesagt ermöglicht die Variable d(Bahnbildung)/d(Konsistenz) ein Bestimmen der korrekten Steuerrichtung der Konsistenz, und die Größe von dem Steuerschritt kann wiederum unter Verwendung der Variable d(d(Bahnbildung)/d(Konsistenz) bestimmt werden.
Wenn die Konsistenz geändert werden muss, werden die Grenzbedingungen überprüft. Wenn die Grenzbedingungen ein Ändern der Konsistenz verhindern, können keine Änderungen ausgeführt werden, und stattdessen kehrt der Prozess zurück zum Bestimmen der Konsistenz und der Bahnbildung. Wenn die Grenzbedingungen ein Durchführen von Änderungen ermöglichen, wie beispielsweise ein Steuern der Auslaufdüsenöffnung 1a von dem Stoffauflaufkasten 1 oder ein Erhöhen oder Verringern der Unterdrücke von den Entwässerungselementen, dann ermöglicht das gezeigte Steuerverfahren ein Optimieren des Ablaufzustands, wodurch es möglich ist, an der Siebpartien den Ablauf zwischen verschiedenen Elementen in einer derartigen Weise zu teilen, dass das bestmöglichste Ergebnis erhalten wird im Hinblick auf die Bahnbildung, die Porosität, die Verteilung der oberen und der unteren Seite des Ablaufens und den Endtrockengehalt.
Es sollte beachtet werden, dass, wenn der Betrieb von der Siebpartie eingestellt wird, bei dem Prozess die Siebpartie mit zwei Geschwindigkeitskonstanten versehen ist, was die Konsistenz anbelangt. Zunächst kann die Konsistenz sich schnell ändern, wenn die Eigenschaften von dem Ganzstoff sich ändern. Eine Störung wie beispielsweise eine Störung bei dem Basisgewicht in dem Ganzstoff kann daher eine schnelle Änderung bei der Konsistenz verursachen. Dann wiederum wird, wenn der optimale Wert der Konsistenz angestrebt wird, die Konsistenz sich ziemlich langsam ändern. Folglich ändert sich die Form der Kurven A und B, die in 3 gezeigt sind, sehr langsam.
Die Porosität und die Bahnbildung reagieren unterschiedlich auf die verschiedenen Änderungen. Wenn der Ganzstoff kompakter wird, nimmt die Porosität ab. Jedoch ist beobachtet worden, dass beim Einstellen der Siebpartie, wenn die Eigenschaften des Ganzstoffes unverändert bleiben und die Siebpartie gleichzeitig in einer derartigen Weise eingestellt wird, dass die Bahnbildung zunimmt, die Porosität gleichzeitig zunimmt. Folglich kann die Porosität eine Grenzbedingung dahingehend einstellen, wie die Siebpartie eingestellt wird, um die Bahnbildung zu verbessern. Anstelle dass eine Verbesserung der Bahnbildung angestrebt wird, kann die Siebpartie auch in einer derartigen Weise eingestellt werden, dass es das Ziel ist, eine derartige Porosität vorzusehen, die so geeignet wie möglich für das Enderzeugnis ist. Die Einstellung auf der Grundlage der Porosität kann prinzipiell in einer entsprechenden Weise, wie dies in 3 gezeigt ist, ausgeführt werden. Somit kann die Bahnbildung natürlich eine Grenzbedingung dahingehend einstellen, wie die Porosität einzustellen ist.
Anstelle des Bestimmens von dem Verhältnis zwischen der Ableitung der Bahnbildung und der Ableitung der Konsistenz in 3 kann ein Verhältnis zwischen der Ableitung der Porosität und der Ableitung der Konsistenz bestimmt werden. Außerdem kann die Qualitätseigenschaft von dem Papier bestimmt werden, die die Bahnbildung und/oder die Porosität und/oder eine Kombination aufweist, die mittels einer Bahnbildung und/oder Porosität definiert wird. Außerdem kann zusätzlich oder anstelle von den vorstehend erwähnten Möglichkeiten eine Kostenfunktion bestimmt werden, die zumindest den Effekt der Bahnbildung und/oder der Porosität umfasst und des Weiteren beispielsweise den Effekt einer Siebpartie und/oder ihrer Entwässerungselemente auf die Konsistenz aufweisen kann, und die Konsistenz, die sich an der Siebpartie entwickelt hat, wird eingestellt durch ein Optimieren der Kostenfunktion. Somit wird, wenn der Betriebspunkt bestimmt wird und die korrekte Steuerrichtung der Konsistenz gesucht wird, ein Verhältnis zwischen der ersten Ableitung der Qualitätseigenschaft von dem Papier und/oder der Kostenfunktion und der ersten Ableitung der Konsistenz bestimmt, und wenn die Größe von dem Steuerschritt bestimmt wird, kann ein Verhältnis zwischen einer zweiten Ableitung der Qualitätseigenschaft von dem Papier und/oder der Kostenfunktion und der ersten Ableitung der Konsistenz bestimmt werden.
Beim Ändern der Sorte können sortenspezifische Einstellwerte, die in der Datenbank von dem Steuersystem gespeichert sind, als Grobeinstellwerte angewendet werden; wobei die sortenspezifischen Einstellwerte gemäß einem vorbestimmten Ramping einführt werden. Die Sortenänderung führt nicht zu einem unstabilen Betriebsbereich, und die optimalen laufenden Werten können schnell nach der Sortenänderung erzielt werden.
4 zeigt eine Lösung, wie der Unterdruck in den Entwässerungselementen an dem Endstück der Siebpartie in optimaler Weise zwischen den verschiedenen Elementen verteilt werden kann. Bei dieser Stufe ist die Konsistenz so umfangreich, dass die Eigenschaft der Papierbahn wie beispielsweise die Bahnbildung oder Füllstoffverteilung nicht länger beeinflusst werden kann. Dies geschieht, wenn die Konsistenz so hoch ist, dass die Fasern nicht länger sich in Bezug aufeinander bewegen können. Im Allgemeinen geschieht dies innerhalb des Konsistenzbereiches von 6 bis 10%. Von dem Papier wird die Trockenheitsentwicklung bestimmt und von dem Prozess werden der Unterdruck der Elemente und die Papiermaschinengeschwindigkeit bestimmt.
Außerdem ist die Aufbaugeometrie von der Siebpartie bekannt, wodurch die effektive Saugzeit bei jedem Entwässerungselement bestimmt werden kann. Die Kurven C1 bis C4, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt sind, zeigen die Ablauffähigkeit bei jedem Entwässerungselement. Eine nicht unterbrochene Kurve beschreibt, wie sich der Trockengehalt in der Papierbahn als eine Funktion der Beeinflussungszeit des Unterdrucks entwickelt. Die Kurven C1 bis C4 können beispielsweise bestimmt werden gemäß der Veröffentlichung von Räisänen K. „Water Removal by Flat Boxes and a Couch Roll on a Papier Machine Wire Section" Dissertation, University of Technology, Paper Technology Laboratory, Espoo, 1998, Seite 62. Die Kurven C1 bis C4 können das Ablaufen von aufeinander folgenden Gautschwalzen und/oder Saugkästen darstellen. Darüber hinaus werden die Kostenfunktionen im Hinblick auf den Verschleiß der Siebe und den Energieverbrauch der Niederdruckpumpen berücksichtigt. Die Datenbank der Grenzbedingungen umfasst definierte Werte für die Konsistenz nach der Siebpartie und Grenzbedingungen für Unterdrücke. Auf der Grundlage dieser Werte wird der optimale Wert bestimmt, wodurch das Berechnungsmodell ein Verteilen des Unterdrucks zwischen den verschiedenen Elementen in einer derartigen Weise ermöglicht, dass der Bedarf an Saugenergie so gering wie möglich ist und der Verschleiß der Siebe minimal bleibt. Mittels in der Fertigungslinie stattfindender Prozessmessungen und der Konsistenzberechnung wird eine kontinuierliche Rückführung von der Trockenheit erzielt, und somit können Modelle, die die Entwicklung der Trockenheit, die als eine Basis der Optimierungsberechnung fungiert, beschreiben, kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht werden.
Da das Sieb verschleißt, müssen die Unterdrücke geändert werden, um eine erwünschte Konsistenzhöhe an einem speziellen Ort des Formers zu erzielen. Außerdem muss die Entwicklung der Konsistenz geändert werden, wenn die Unterdrücke zu hoch sind, wobei in diesem Fall das Sieb schnell verschleißt. Die Konsistenz wird vorzugsweise eingestellt durch ein Optimieren auf der Grundlage von einer derartigen Kostenfunktion, die Qualitätsabweichungskosten und Steuerkosten umfasst. Die Qualitätsabweichungskosten berücksichtigen dann das Laufverhalten von dem Prozess und/oder eine Trockenstoffanforderung, die durch die Qualitätseigenschaften von dem Papier gestellt wird, zwischen verschiedenen Elementen und/oder der Siebpartie und der Pressenpartie, und die Steuerkosten berücksichtigen wiederum die erforderliche Energie und/oder die Antriebsleistung von der Siebpartie, um ein Ablaufen zu erzielen.
Die Zeichnungen und die zu ihnen zugehörige Beschreibung sollen lediglich die Idee der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung können innerhalb des Umfangs der Ansprüche variieren. Somit kann eine andere Art an Formerlösung außer dem Spaltformer die Siebpartie ausbilden, und außerdem zu oder anstelle von den Entwässerungselementen, die in 1 gezeigt sind, können andere Entwässerungselemente als die Entwässerungselemente der Siebpartie angewendet werden. Andere Verfahren außer dem Unterdruck und den Spannungen des Siebes können ebenfalls angewendet werden, um die Bahn mit einem Entwässerungsdruck zu versehen.

Claims

Verfahren zum Einstellen des Betriebs einer Siebspartie, gekennzeichnet durch Bestimmen der Entwicklung der Konsistenz von Ganzstoff an einer Siebpartie (2), Bestimmen des Effektes der Konsistenz, die vorstehend bestimmt worden ist, auf die Ausbildung und/oder Porosität einer Papierbahn (3) und Einstellen der Konsistenz, die sich an der Siebpartie entwickelt, auf der Grundlage einer Qualitätseigenschaft von Papier und/oder durch Optimieren einer Kostenfunktion, wobei die Qualitätseigenschaft von Papier das Ausbilden und/oder die Porosität und/oder eine Kombination, die durch das Ausbilden und/oder die Porosität definiert ist, aufweist, und wobei die Kostenfunktion zumindest den Effekt des Ausbildens und/oder der Porosität umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kostenfunktion den Effekt der Siebpartie (2) und/oder der Ablauffähigkeit der Entwässerungselemente von ihr auf die Konsistenz aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Bestimmen eines optimalen Wertes für die Konsistenz in einer derartigen Weise, das ein Verhältnis zwischen einer ersten Ableitung der Qualitätseigenschaft von Papier und/oder der Kostenfunktion und einer ersten Ableitung der Konsistenz bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch Suchen eines optimalen Betriebpunktes (x₀, y₀) für den Prozess im Hinblick auf die Qualitätseigenschaft von Papier durch ein Bestimmen einer korrekten Steuerrichtung der Konsistenz durch ein Bestimmen des Verhältnisses zwischen der ersten Ableitung der Qualitätseigenschaft von Papier und/oder der Kostenfunktion und der ersten Ableitung der Konsistenz und Bestimmen der Größe eines Steuerschrittes der Konsistenz durch Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einer zweiten Ableitung der Kostenfunktion und/oder der Qualitätseigenschaft von Papier und der ersten Ableitung der Konsistenz.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Bestimmen der Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie durch ein Bestimmen des Trockengehalts in der Papierbahn (3) nach der Siebpartie (2) und ein Messen der Menge an Wasser, die durch die Entwässerungselemente der Siebpartie (2) abläuft, und Berechnen der Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie (2) auf der Grundlage der abgelaufenen Wassermenge.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Bestimmen der Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie (2) durch Messen.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsistenz eingestellt wird durch ein Regulieren einer Auslaufdüsenöffnung (1a) eines Stoffauflaufkastens (1) und/oder des Ablaufens eines Entwässerungselements.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsistenz eingestellt wird durch ein Optimieren auf der Grundlage einer derartigen Kostenfunktion, die Qualitätsabweichungskosten und Steuerkosten umfasst, wobei die Qualitätsabweichungskosten die Lauffähigkeit von dem Prozess berücksichtigen und/oder eine Trockenstoffanforderung, die durch die Qualitätseigenschaft von Papier eingestellt ist zwischen verschiedenen Elementen und/oder der Siebpartie und der Pressenpartie, und wobei die Steuerkosten die erforderliche Energie und/oder die Antriebsabgabe von der Siebpartie überwachen, um ein Ablaufen zu erzielen.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsistenz optimal eingestellt wird im Hinblick auf die Papierqualität unter Ausnutzung von in der Fertigungslinie stattfindenden Messungen betreffend die Papierqualität.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dynamisches Modell erzeugt wird betreffend die Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie, wobei das dynamische Modell auf der Grundlage der Messungen auf den neusten Stand gebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fuzzy-Steuereinrichtung genutzt wird für das Einstellen der Konsistenz, bei der Grenzbedingungen bestimmt werden für die einstellbare Konsistenz und für die Variablen.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Bestimmen der Ablauffähigkeit der Entwässerungselemente an dem Endabschnitt der Siebpartie als eine Funktion der Zeit, und wobei auf der Grundlage dieser Definition der Trockengehalt der Bahn, die durch die Siebpartie vorgesehen wird, optimal eingestellt wird durch ein Einstellen der Ablauffähigkeit der Entwässerungselemente.
Verfahren gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch Erzeugen eines dynamischen Modells, das die Entwicklung von Trockenstoff beschreibt, und wobei das Modell auf der Grundlage der Messungen auf den neusten Stand gebracht wird, und wobei über das optimale Ablaufen der Siebpartie (2) in Übereinstimmung mit dem Modell entschieden wird.
Gerät zum Einstellen des Betriebs einer Siebpartie, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Bestimmen der Entwicklung der Konsistenz von Ganzstoff an einer Siebpartie (2), eine Einrichtung zum Bestimmen des Effektes der Konsistenz, die vorstehend bestimmt worden ist, auf das Ausbilden und/oder die Porosität einer Papierbahn (3) und eine Einrichtung zum Einstellen der Konsistenz, die sich an der Siebpartie (2) entwickelt, auf der Grundlage einer Qualitätseigenschaft von Papier und/oder durch Optimieren einer Kostenfunktion, wobei die Qualitätseigenschaft von Papier das Ausbilden und/oder die Porosität und/oder eine Kombination aufweist, die durch das Ausbilden und/oder die Porosität definiert ist, und wobei die Kostenfunktion zumindest den Effekt des Ausbildens und/oder der Porosität umfasst.
Gerät gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kostenfunktion den Effekt der Siebpartie (2) und/oder der Ablauffähigkeit der Entwässerungselemente von ihr auf die Konsistenz umfasst.
Gerät gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Einrichtung aufweist für ein Bestimmen eines optimalen Wertes für die Konsistenz durch ein Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einer ersten Ableitung der Qualitätseigenschaft von Papier und/oder der Kostenfunktion und einer ersten Ableitung der Konsistenz.
Gerät gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren aufweist eine Einrichtung zum Bestimmen einer korrekten Steuerrichtung der Konsistenz durch ein Bestimmen des Verhältnisses zwischen der ersten Ableitung der Qualitätseigenschaft von Papier und/oder der Kostenfunktion und der ersten Ableitung der Konsistenz und ein Bestimmen der Größe von einem Steuerschritt der Konsistenz durch ein Bestimmen des Verhältnisses zwischen einer zweiten Ableitung der Kostenfunktion und/oder der Qualitätseigenschaft von Papier und der ersten Ableitung der Konsistenz.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Bestimmen des Trockengehalts in der Papierbahn (3) nach der Trockenpartie (2) und eine Messeinrichtung zum Messen der Menge an Wasser, die durch die Entwässerungselemente der Siebpartie (2) abläuft, und eine Berechnungseinrichtung, die so aufgebaut ist, dass sie die Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie (2) auf der Grundlage der abgelaufenen Menge an Wasser berechnet.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Einrichtung aufweist, die so aufgebaut ist, dass sie die Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie (2) misst.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einstellen der Konsistenz eine Einrichtung aufweist zum Einstellen des Ablaufens in den Entwässerungselementen der Siebpartie (2) und/oder eine Einrichtung zum Einstellen einer Auslaufdüsenöffnung (1a) eines Stoffauflaufkastens (1).
Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellgerät zum Einstellen der Konsistenz eine multivariable Steuereinrichtung (16) ist.
Gerät gemäß Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die multivariable Steuereinrichtung (16) ein dynamisches Modell nutzt, das die Entwicklung der Konsistenz an der Siebpartie (2) beschreibt, und das Modell so aufgebaut ist, dass es auf der Grundlage der Messungen auf den neusten Stand gebracht wird.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Fuzzy-Steuereinrichtung aufweist, bei der die Grenzbedingungen bestimmt werden für die einstellbare Konsistenz und für die Einstellvariablen.