EP2227593A1

EP2227593A1 - System und verfahren zur regelung wenigstens eines qualitätsparameters einer materialbahn, insbesondere einer faserstoffbahn in einer papier- und/oder kartonmaschine

Info

Publication number: EP2227593A1
Application number: EP08805176A
Authority: EP
Inventors: Jörg Spindler; Niels Hardt; Oliver Kaufmann; Jens Haag; Hartmut Abel; Armin Bauer; Rudolf Münch
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-09-15
Also published as: DE102007055833A1; WO2009077219A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder Kartonmaschine, umfassend wenigstens ein erstes Regelsystem (100, 200) zur Regelung eines Wassergewichtsprofils entlang einer Maschinenlaufrichtung (MD-Richtung), und/oder in einer Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) einer Papiermaschine, sowie wenigstens ein zweites Regelsystem (120, 220), wobei das zweite Regelsystem (120, 220) den Qualitätsparameter der Materialbahn regelt.

Description

System und Verfahren zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder Kartonmaschine

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung wenigstens eines Guaiitätspara- meters einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder Karton maschine sowie ein Verfahren hierzu.

Bei der Herstellung von Materialbahnen, insbesondere Faserstoffbahnen in Papier- oder Kartonmaschinen, müssen die Eigenschaften der Faserstoffbahn kontinuierlich überwacht und kontrolliert werden, um eine ausreichende Qualität des Endprodukts zu gewährleisten und die Menge von verworfenem Endprodukt zu minimieren. Zur Steuerung beziehungsweise Regelung des Herstellungsprozesses können unterschiedliche Variablen verwendet werden, beispielsweise das Flächengewicht, das Wassergewicht oder auch die Dicke einer Papierbahn an unterschiediichen Stellen im Herstellprozess.

Diese zuvor beispielhaft genannten Prozessvariablen werden typischerweise dadurch geregelt, dass die Zuführrate des Faserstoffs vom Stoffauflauf auf ein Sieb gesteuert wird oder die Menge von Dampf, die dem Papier in der Mitte des Herstellprozesses zugeführt wird oder durch Änderung des Pressdrucks am Ende des Papierherstellungsprozesses. Papiermaschinen sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise in Herbert Holik (Editor), Handbook Paper and Board, Wiley-VCH Verlag, 2006, ISBN-10: 3-527-30997-7, beschrieben.

Bei der Hersteilung von Papier in einem kontinuierlichen Herstellprozess wird zunächst eine Papierbahn aus einer wässrigen Suspension von Fasern auf einem sich bewegenden Sieb geformt. Hierbei wird der Bahn das Wasser aufgrund der Gewichtskraft und mit Hilfe von Vakuumabsaugung durch das Sieb entzogen. Die Bahn wird an die Entwässerung in der Siebpartie anschließend in eine Presseinrichtung transferiert, aus der Wasser weiter entzogen wird durch Trockenpressen. Anschließend wird die Bahn in eine Trockensektion überführt, in der der Trocken- prozess abgeschlossen wird. Bei dem Papierherstellungsprozess handelt es sich im Wesentlichen um einen Entwässerungsprozess. Bei der Herstellung der Papierbahn in einem kontinuierlichen Prozess bezeichnet die MD-Richtung die sogenannte Maschinenlaufrichtung, die im Wesentlichen mit der Richtung über- einstimmt, die die Materialbahn während des Herstellprozesses durchläuft. Die Bezeichnung CD-Richtung steht für die Richtung entlang der Breite der Bahn. Die CD-Richtung, die ist zur Maschinenlaufrichtung und steht auf dieser im Wesentlichen senkrecht.

Bei dem Papierherstellungsprozess beeinflussen die Prozesse am Sieb wesentlich die Endqualität des Papiers, beispielsweise die Formation und Stärke des Papiers. Die Faktoren, die die Papierqualität beeinflussen, sind das Verhältnis der Geschwindigkeit des Siebs im Vergleich zum aufgebrachten Stoff, und der Winkel, unter dem der Stoff auf das Sieb auftrifft sowie der Grad, mit der die Entwässe- rung aus der Bahn erfolgt. Generell beeinflusst die Differenz zwischen der Geschwindigkeit des Stoffstrahls und des Siebs die mittlere Orientierung der Fasern des Papiers, wobei die mittlere Orientierung der Fasern wiederum kritisch sowohl für die Papierformation wie für die Blattsfärke ist.

Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Regeiverfahren, mit denen die Papierqualität, die sich beispielsweise in der Formation, in der Stärke bzw. Dicke des Papiers, im Flächengewicht, in dem Otro-Flächengewicht oder in dem Lutro- Flächengewicht ausdrückt, geregelt werden soll. Das Otro-Flächengewicht ist das sogenannte ofentrockene Fiächengewicht des Papiers; Otro steht hierbei für ein Maß für den Trockenheitsgrad des Papiers nach der Trocknung unter festgelegten Bedingungen. Ebenso definiert ist das Lutro-Flächengewicht, das sich auf das Flächengewicht inklusive der Feuchte der produzierten Bahn bezieht. Bei lufttro- ckenem Papier handelt es sich um einen Feuchtgehalt der größer als O Prozent ist und einen normalen für das Papier grundsätzlich notwendigen Feuchtegehalt. Bei Zellstoffen im Holzschliff beträgt der Anteil 90 Teile Luft auf 10 Teile Wasser.

Die Qualitätsmessungen können beispielsweise am Ende der Papiermaschine zum Beispiel mit optischen Methoden wie in der US 4,786,817, der US 5,073,712 oder der EP 0 390 623 A1 beschrieben, gemessen werden. Der Nachteil der Qualitätsmessung am Ende der Papiermaschine besteht darin, dass die Transporttotzeit von den Stellgliedern, die sich beispielsweise am Stoffauflauf im Nassteil der Maschine befinden, bis zum Ende der Papiermaschine relativ groß ist. Die Dauer der Transportzeit beträgt ca. 1 Minute vom Nassteil der Papiermaschine, das heißt vom Stoffauflauf bis zum Ende. Eine Totzeit von einer Minute führt aber dazu, dass Störungen der Qualität mit Wellenlängen kleiner als dem 8- fachen der Totzeit, also 8 Minuten, nicht regelbar sind.

Alternativ zu einer Qualitätsmessung am Ende der Papiermaschine als Grundlage für die Bestimmung von Regelaktionen der Steilglieder schlägt die WO 99/55959 A1 , die EP 1 021 729 B1 oder die WO 99/64963 A1 die Verwendung von Sensoren zur Messung der Leitfähigkeit des Stoffs auf dem Sieb im Nassteil der Papier- maschine vor. Solche Messgeräte können sehr nah an den Stellgliedern im Nassteil, beispielsweise an den Stellgliedern des Stoff auf Ia ufs, angeordnet werden. Ein Nachteil derartiger Sensoren ist jedoch, dass die Leitfähigkeit ein Maß für die Feuchtigkeit der Bahn und nicht für deren flächenbezogene Masse ist. Um die Trockenmasse auf dem Sieb schätzen zu können, schlägt die WO 99/55954 A1 und die WO 99/64963 A1 vor, eine Vielzahl von sogenannten Sensoren, die basierend auf der Leitfähigkeit, Messungen des Feuchtegehalts vornehmen, entweder in Maschinenlaufrichtung (MD-Richtung) oder in Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) vorzusehen. Da aber mindestens 4/5 des Gesamtgewichts der Papierbahn auf dem Sieb Wasserbestandteile sind und nur der restliche Anteil Papierfasern, ist es äußerst schwierig, eine Korrelation zwischen dem Wasserge- wichtsprofii und dem Flächengewichtsprofil am Ende der Papierbahn über die Zeit herzustellen. Dies wird beispielsweise in der WO 99/64963 A1 versucht. In der WO 99/64963 A1 wird zunächst in mehreren Versuchsschritten eine akzeptable Papierqualität hergestellt und die hierfür notwendigen optimierten Parameter des korrespondierenden Wasserprofils aufgenommen. Dieses optimale Wasserprofil kann dann mit unterschiedlichen Funktionen angepasst, das heißt gefittet werden. Wenn dann die Produktion gefahren wird, wird ständig die Kennlinie, die zu dem optimalen Papier geführt hat, nachgeregelt. Eine derartige Regelung berücksichtigt aber nicht die Korrelation zwischen einem Wassergewichtsprofil und dem Fiächengewichtsprofil. Vielmehr hat sich herausgestellt, dass diese Korrelation sich ständig verändert und daher die in der WO 99/64963 A1 dargestellte Methode zur Herstellung optimaler Faserbahnen Nachteile aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein System zur Regelung der Qualitätsparameter einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder Kartonmaschine sowie ein solches Verfahren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem System zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters einer Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder Kartonmaschine, ein erstes Regelsystem vorgesehen ist, welches das Wassergewichtsprofil entlang einer Maschinenlaufrichtung (MD-Richtung) und/oder in einer Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) einer Papiermaschine regelt. Dieses Regelsystem wird erfindungsgemäß ergänzt durch wenigstens ein zweites Regelsystem, wobei das zweite Regeisystem einem oder mehrere Qualitätsparameter einer Materialbahn regelt. Das Regelsystem zur Aufnahme äer Wassergewichtsprofiie entlang einer Maschi- nenlaufrichtung (MD-Richtung) oder in Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) einer Papiermaschine kann eine Vielzahl von Wassergewichtssensoren unterhalb beziehungsweise benachbart zu dem Sieb umfassen, die ein Leitfähigkeitssignal, also ein geeignetes Signal aufnehmen, das mit dem Wassergewicht korreliert wie beispielsweise in der WO 99/55959 A1 für die CD-Richtung beschrieben oder wie in der WO 99/64963 A1 für die MD-Richtung beschrieben. Geeignete Sensoren verwenden zum Beispiel die Leitfähigkeit des Mediums, die Dielektrizitätskonstante des Mediums oder die Infrarotabsorption des Mediums. Als Sensoren kommen also zum Beispiel Mäkroweliensensoren, optische Sensoren oder Leitfähigkeitssensoren in Betracht. Denkbar sind aber auch andere Messprinzipien, beispielsweise basierend auf Absorption/Reflexion/Verzögerung von Schail, Ultraschall, sichtbarem Licht.

Das zweite Regelsystem, das den beziehungsweise die Qualitätsparameter der Materialbahn regelt, kann beispielsweise ein Regelsystem sein, dass Sensoren zur Bestimmung des Flächengewichts des Otro-Flächengewichts oder des Lutro- Flächengewichts sowie der Formation und/oder der Dicke aufweist. Sensoren, die derartige Eigenschaften einer Papierbahn messen, sind beispielsweise Sensoren auf optischer Basis, wie in der EP 0 972 882 A1 beschrieben.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann das System zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters derart aufgebaut sein, dass das erste Regeisystern, dass das Wassergewichtsprofil entlang einer Maschinenlaufrichtung und/oder in einer Maschinenquerrichtung einer Papiermaschine regelt, dem zweiten Regelungssystem zur Regelung des Qualitätsparameters einer Materialbahn im Sinne einer Kaskadenregiung nachgeordnet ist. Bei der Kaskadenregetung wird die Ausgangsgröße des zweiten Regelsystems, für den Qualitätsparameter oder die Quaütätsparameter einer Materialbahn als Soliwert für das erste Regelsystem genutzt, das der Wassergewichtsprofiiregelung dient. Die Wassergewichtsprofiire- gelung selbst umfasst mindestens einen Sensor zur Aufnahme des Wasserge- wichts, wie beispielsweise in der WO 99/55959 A1 beschrieben. Im Falle wie in der WO 99/55959 A1 oder der WO 99/64963 A1 , bei welchen eine Vielzahl von Wassergewichtssensoren in MD- und/oder CD-Richtung im Nassbereich, das heißt im Formierbereich der Papiermaschinen an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind, handelt es sich in der Regei um eine Mehrgrößenregeiung, die nicht nur das Signal von vielen Wassergewichtssensoren, die in MD- und/oder CD- Richtung verteilt sind, aufnimmt, sondern auch viele Aktuatoren, die ebenfalls in MD-Richtung oder CD-Richtung verteilt sind, ansteuert. Als Aktuatoren für die Wassergewichtsregelung kommen zum Beispiel die Verdünnungswasserventile an einem Stoffauflauf, die Blendenöffnungen des Stoffaufiaufs, die Formiereinsteilungen über Vakuum, Leistenanpressung, Leistenwinkel, die Verdünnungswassermenge im Stoffauflauf sowie die Zugabe chemischer Additive, die über die Reten- tion wirksam auf das Flächengewicht sind, in Frage.

Alternativ zu einer Kaskadenregelung, wobei der wenigstens eine Wassergewichtssollwert des ersten Regelkreises zur Regelung des Wassergewichtsprofils von dem Ausgang des zweiten Regelsystem vorgegeben wird, kann in einer weite- ren Konfiguration auch vorgesehen sein, dass die beiden Regelsysteme nicht in Reihe in Form einer Kaskade, sondern parallel zueinander aufgebaut sind, wobei bevorzugt das zweite Regeisystem dem ersten Regelsystem überlagert ist und das zweite Regelsystem zur Regelung der Qualitätsparameter einen Ausgang aufweist, über den Größen dem ersten Regeisystem zugeführt werden können. Aber auch der umgekehrte Weg ist denkbar. Größen des Wassergewichtsregei- kreises könnten auch dem Qualitätsregelkreis zur Verfügung gestellt werden, idealerweise im Sinne einer Feed Forward Struktur.

Die Möglichkeiten des "feed forward" Eingriffs auf die Qualitätsregeiung sind: - Änderung des Regler-Sollwerts abhängig von einem Zustand des Wassergewichtsregelkreises;

- Änderung des Stellwerts Regler-Sollwert abhängig von einem Zustand des Wassergewichtsregelkreises.

Beispielsweise wäre es möglich, dass die Ausgangsgrößen des zweiten Regelsystems betreffend die Qualitätsparameter der Materialbahn an das erste Regelsystem der Wassergewichtsprofiiregelung weitergeleitet werden. So könnten die Ausgangsgrößen des ersten Regelsystems an die Wassergewichtsprofiiregelung übermittelt werden und zwar nicht als Sollgrößen, sondern im Bereich der aufge- nommenen Signale und so bei der Sollwertbiidung für die Wassergewichtsregelung Berücksichtigung finden. Umgekehrt wäre es auch möglich, dass Ausgangsgrößen der Wassergewichtsprofilregelung an die Qualitätsregelung, das heißt das zweite Regelsystem übermittelt werden, und zwar als direkte Rückwirkung auf die Qualitätsregeiung.

Eine zeitliche langsame Änderung kann begründet sein durch die Erfordernisse anderer Papierqualitäten, die gleichzeitig konstant gehalten werden sollen, durch

Anforderungen nach Sortenwechseln oder Geschwindigkeitswechseln oder durch

Berücksichtigung anderer Optimierungskriterien wie zum Beispiel Optimierung des

Energieverbrauchs. Der Vorteil ist in jedem Fall, dass das erste Regelsystem für eine konstante Qualität sorgt und das zweite Regelsystem über den Wasserge- wichtsprofiisollwert einen weiteren Freiheitsgrad für die Prozessoptimierung bietet.

Bevorzugt dient das zweite Regeisystem, mit dem die Qualitätsparameter der Materialbahn geregelt werden dazu, die schnellen Schwankungen, die im Wassergewichtsprofil auftreten und die Qualität der Materialbahn beeinflussen können, zu beruhigen. Dies kann dadurch geschehen, dass das RegeJsignal des Wasserprofils in einen hoch- und in einen niederfrequenten Anteil aufgespalten wird. Da lediglich die schnellen Schwankungen im Wassergewichtsprofil mit Hilfe der Qualitätsregelung ausgeglichen werden sollen, wird bevorzugt von der Quaiitätsrege- lung, das heißt dem zweifachen Regelsystem, nur der hochfrequente Anteil des Wasserprofils geregelt.

Anstelle einer Kaskadenregelung oder einem Regelungskonzept, bei dem das erste Regelsystem und das zweite Regeisystem als jeweils separate Regelkreise aufgebaut sind, ist es auch möglich, die beiden Regelsysteme, das heißt die Qua- ütätsregelung sowie die Wassergewichtsprofilregelung in eine Regeianordnung mit einem sogenannten multivariablen Regelungsansatz einzubetten, bei dem neben den Daten der Qualitätsregelung sowie der Wassergewichtsprofilregeiung auch noch andere Prozess- und/oder Qualitätsdaten und/oder Limitierungen berücksichtigt werden können. So wäre es bei einem multivariablen Regelungsansatz zum Beispiel möglich, im Bereich der Nasspartie, also der Siebpartie, zusätzlich einen Formationssensor einzusetzen. Der Formationssensor kann Teil eines weiteren Regelsystems beziehungsweise Regelkreises sein, so dass es mit einer derartigen Regelung möglich ist, zusätzlich zum Wassergewicht auch noch die Formation des Papiers optimieren zu können.

Neben dem Regelsystem stellt die Erfindung auch noch ein Verfahren zur Rege- lung wenigstens eines Qualitätsparameters zur Verfügung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters wird mit einem ersten Regelsystem wenigstens das Wassergewichtsprofil in MD- Richtung und/oder CD-Richtung geregelt und mit einem zweiten Regelsystem ein Qualitätsparameter der Materialbahn.

Ist das Regelsystem als eine Art Kaskadenregelung aufgebaut, so wird wenigstens eine Größe des ersten Regelsystems an das zweite Regelsystem übermittelt, beispielsweise als Sollwert für den inneren Regelkreis, der beispielsweise den Regelkreis für das Wassergewichtsprofil darstellt.

Bei einer Kaskadenregelung wäre es also möglich, dass ein Quaütätsparameter des zweiten Regelsystem wie beispielsweise das Flächengewicht, das Otro- Flächengewicht, das Lutro-Flächengewicht, die Formation beziehungsweise die Dicke an den ersten Regelkreis als Wassergewichtsprofiisollwert übermittelt wird. In einem solchen Fall wäre eine Nachführung wie im Stand der Technik nicht mehr notwendig, da eine sich ändernde Korrelation von dem Qualitätsregelkreis detek- tiert und sofort in einen Sollwert für einen Mehrgrößenregler zur Wassergewichts- profilregelung umgesetzt wird.

Neben einer Kaskadenregelung wäre es auch möglich, das Regelverfahren so zu führen, dass die beiden Regelkreise unabhängig voneinander aufgebaut sind, aber Größen des Qualitätsregelsystems, das heißt des zweiten Regelsystems dem ersten Regelsystem zugeführt werden, beispielsweise Stellgrößen für den Stoffauflauf, wie sie sich aus der Regelung des Qualitätsregelkreises ergeben, der Wassergewichtsprofiiregeiung zur Verfügung gestellt werden. Da bei einem derartigen System, bei dem das zweite System mit dem ersten Regelsystem überlagert ist, der Wassergewichtsprofiisollwert unbeeinflusst vom zweiten Regelsystem festgesetzt wird, kann der WassergewichtsprofilsoNwert des ersten Regelsystems entweder konstant oder zeitlich sich nur langsam ändernd festgesetzt werden. Unter langsam ändernd wird verstanden, dass der Quaiitäts- regier nur in Ausnahmefällen das Mittel nützt den Wassergewichtssollwert zu ändern. Beispielsweise kann eine FormationsregeSung als Stellglied die Stoffauflauf-Blende verwenden - aber, wenn die Blende bereits an einer Begrenzung angekommen ist, wird der Wassergewichtssoilwert geändert.

Der Wassergewichtsprofiisollwert kann sowohl manuell wie unter Verwendung von Prozessinformationen automatisch bestimmt werden. Wenn die Regelung eine multivariable Regelung ist, so ist es bei einer derartigen Regelung möglich, weitere Parameter, wie beispielsweise die Formation, zu berücksichtigen.

Prinzipiell kann das Regelverfahren immer so geführt werden, dass auch die Papiermaschinengeschwindigkeit als eine Referenzgröße für das Wassergewichtsprofil herangezogen wird und sich das Wassergewichtsprofil bei einer Änderung der Papiermaschinengeschwindigkeit nicht oder nur unwesentlich ändert. Alternativ kann man vorsehen, dass sich das Wassergewichtsprofil in Abhängigkeit von der Änderung der Papiermaschinengeschwindigkeit ändert. Eine weitere Möglichkeit ist, dass sich in Abhängigkeit von der Änderung der Qualitätsparameter des zweiten Regelsystems das Wasserprofil nicht ändert oder in einer vorbestimmten Weise. Neben den Regelschritten können auch Überwachungsschritte in das Rege I verfahren übernommen werden, wie beispielsweise Überwachung von Steliaktivitäten der Aktuatoren zur Erzieiung des Wassergewichtsprofils, die dafür verwendet werden können, darauf hinzuweisen, dass das Sieb, das Vakuum, die Formierleisten oder andere Entwässerungselemente nicht ordnungsgemäß funktionieren beziehungsweise Papiereigenschaften oder Rohstoffe nicht in Ordnung sind. Derartige Überwachungen können unter Zuhilfenahme von Erfahrungswerten und Vorwissen präzisiert werden, in Regeln oder aigorithmisch formuliert werden und dann zu einer automatischen Diagnose beziehungsweise Überwachung verwendet werden. Beispielsweise ist es bemerkenswert für den Betreiber der Maschine wenn wesentlich höhere (niedrigere) Aktivitäten notwendig sind, um ein bestimmtes Wassergewicht zu erzielen. Das deutet darauf hin, dass sich zum Beispiel die Maschine, die Bespannung oder die Steliorgane (zum Beispiel Vaku- umerzeugung und Klappen) in unerwarteter Weise verändert haben. Wenn aber eine Vakuumerzeugung und gegebenenfalls andere Punkte ausgeschlossen werden können ist der Effekt auf eine Änderung im zugeführten Stoff zurückzuführen. Für eine genauere automatische Diagnose sind aber noch zusätzliche Informationen notwendig wie zum Beispiel - Typ, Alter, Verschleißzustand der Bespannung;

- Erfahrungswissen zur Bespannung;

- Verschmutzung der Bespannung;

- Drücke in Saugkästen;

- Positionsrückmeldungen von Bewegern; - Erfahrungswissen zum Verhalten von verschieden Rohstoffen;

- Erfahrungswissen zum Verhalten von verschiedenen Additiven (zum Beispiel Retentionsmittel).

Generell ist es so, dass im Wassergewichtsprofil Stellaktivitäten von beispieis- weise Querprofileinrichtungen, das heißt in CD-Richtung, viel früher sichtbar sind als an der fertigen Papierbahn. Daher eignet sich das Wassergewichtsprofil nicht nur zur Regelung, sondern Daher eignet sich das Wassergewichtsquerprofil nicht nur zur Regelung sondern auch zur Diagnose der Wirksamkeit von Steilbewegungen. Wenn ein SteNorgan bewegt wird, aber im Wassergewichtsquerprofil eine überraschend große/kleine Änderung ersichtlich ist, bedeutet das, dass sich das Prozessverhalten nicht mit der Erwartung deckt. Eine zielgerichtete optimale Regelung ist damit nicht mehr möglich. Der Betreiber muss daraufhin das Gesamtsystem analysieren/korrigieren, um wieder eine optimale Regelung zu erhalten.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden. Es zeigen: Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Papiermaschine;

Figur 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelung; und Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelung.

In Figur 1 ist ein prinzipieller Aufbau einer Papiermaschine dargestellt. Der Papierbrei bzw. die Stoffsuspension wird mitteis eines Stoffauflaufs 10 auf eine Nasspartie 20, umfassend ein umlaufendes Sieb 22, aufgebracht. Im Bereich der Nasspartie 20 sind unterhalb des Siebs 22 Wassergewichtssensoren 25 angeordnet. Diese können sowohl in der Maschinenlaufrichtung 30 (M D- Richtung) als in der Maschinenquerrichtung 40 (CD-Richtung) angeordnet sein. Mit Hilfe der Wassergewichtssensoren 25 ist es möglich, das Wassergewichtsprofil zu analysieren. Hierzu werden diese Messwerte einem Profiianaiysator bzw. Profilregler 100 zugeführt, der wiederum Teil des ersten Regelsystems ist, mit dem das Wassergewichtsprofil anhand von vorgegebenen Soligrößen geregelt wird. Das erste Regelsystem stellt als Aktuatoren beispielsweise Verdünnungswasserventüe (nicht dargestellt) am Stoffauflauf 10 dar.

An die Nasspartie 20 der Papiermaschine schließt sich eine Pressenpartie 50 und die Behandlungsmaschine 60 an, mit der die Papierbahn weiter entwässert wird. Die Behandlungsmaschine 60 kann beispielsweise die Trockenpartie, Coater oder Kalander umfassen, mit weicher der Trockenprozess abgeschlossen werden kann. Am Ende der Behandlungsmaschine 60 kann ein optischer Sensor, beispielsweise eine Quaiitätssensor 110, beispielsweise eine CCD Kamera, radio metrische Sensoren, optische Sensoren oder Mikrowellen Sensoren angeordnet sein, mit der die Formation des Blatts, die wiederum ein Qualitätsmerkmal der trockenen Papierbahn ist, erfasst wird und an ein zweites Regelsystem 120, das die Qualitätsregelung 120 übernimmt, übermittelt wird. Qualitätssensoren sind üblicherweise nach der Trockenpartie angeordnet, aber auch andere Einbauorte sind denkbar. So ist es denkbar die Papiereigenschaft "Formation" bereits vor der Presse im Former- Bereich zu ermitteln. Die Qualitätsregelung 120 wiederum verwendet ebenfalls als Stellglieder die Aktuatoren am Stoffauflauf 10. Es sind nun verschiedene Rege- iungskonzepte zur Ausführung der Erfindung denkbar. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, die in Figur 1 gezeigt ist und in Figur 2 dargestellt ist, wird ein Kaskadenregelsystem verwirklicht. Bei der in Figur 1 und Figur 2 dargestellten Kaskadenregelung wird zunächst ein Sollwert SOLL QUALITÄT angelegt, der sich aus der gewünschten Papierqualität ergibt. Das Ausgangssignai der Qualitätsre- geiung wird an das erste Regelsystem 100, vorliegend die Wassergewichtsprofil- regeiung übermittelt. Der Ausgangswert der Quaiitätsregelung ist dann der Sollwert für die Wassergewichtsprofilregelung. Abhängig von den Sensoren 25, die über die gesamte Nasspartiezone unterhalb beispielsweise des Siebs 22 verteilt sind, wird das Wassergewichtsprofii geregelt. Die Regelung des Wassergewichtsprofils wird mit Hilfe von Aktuatoren beispielsweise am Stoffauflauf 10 (nicht dargestellt) vorgenommen.

Beim Aufbau in Figur 2 bezeichnet die Bezugsziffer 50 die Pressenpartie und die Bezugsziffer 60 die Behandlungsmaschine umfassend beispielsweise die Trockenpartie.

Neben den Sensoren 25 zur Wassergewichtsprofilregelung sind am Ende der Papiermaschine Qualitätssensoren 110, beispielsweise eine CCD Kamera, radiometrische Sensoren, optische Sensoren oder Mikrowellen Sensoren, angeordnet, beispielsweise Sensoren auf optischer Basis, die die Papierqualität sensieren und dem ersten Regelsystem zugeführt werden. Wird am Ende der Papiermaschine beispielsweise eine Qualitätseinbuße sensiert, so wird der Sollwert in der Kaska- denregeiung nachgeordneten Wassergewichtsprofilregelung geändert. Die Quaii- tätssensoren können ganz am Ende der Pressenpartie 50 und/oder der Behandlungsmaschine 60 angeordnet sein, wie mit Linie 140 gezeigt oder auch innerhalb der Pressenpartie 50 bzw. Behandlungsmaschine 60, wie mit strichpunktierter Linie 130 dargestellt für die Rückführung an den Qualitätsregler 120.

In Figur 3 ist ein Alternativaufbau einer Regelung gemäß der Erfindung gezeigt. Gemäß Figur 3 sind zwei separate Regelsysteme vorgesehen, ein erstes Regel- System 200, das der Wassergewichtsprofilregelung dient, sowie ein zweites Regelsystem 220, das vom ersten Regelsystem zur Wassergewichtsprofilregelung unabhängig ist und die Papierquaiität regelt. Der Sollwert 202 des ersten Regelsystems 200 betreffend die Wassergewichtsprofilregelung wird unabhängig vom zweiten Regeisystem 220, das die Papierqualität regelt, eingestellt. Dieser Sollwert 202 kann entweder eine Konstante sein oder sich langsam ändern. Auch eine manuelle Einstellung wäre möglich. Die Kopplung zwischen dem zweiten Regelsystem 220 betreffend die Papierquaiitätsregelung und dem ersten Regelsystem 200 betreffend die Wassergewichtsprofilregelung findet dadurch statt, dass am Ausgang 206 der Papierquaiitätsregelung vor Betätigung der Aktuatoren beispielsweise am Stoffauflauf 208, beispielsweise am Stoffauflauf selbst oder im Zuführungsprozess vor dem Stoffauflauf, das Signal der Papierquaiitätsregelung an die Wassergewichtsprofilregelung 200 übermittelt wird, und zwar bevor das im Nassbereich der Papiermaschine ermittelte Wassergewichtsprofil als Regelgröße 210 im ersten Regelsystem 200 zurückgegeben wird. Hierdurch kann die Wassergewichtsregelung, die in der Regel eine Mehrgrößenregelung ist, beeinffusst werden bzw. es wird der Wassergewichtsregeiung die Zeit gegeben auf eine Änderung der Stellausgänge 206 vorbeugend und synchron zu reagieren, beispielsweise um eine Wassergewichtsänderung zu vermeiden, obwohl der Regelaus- gang 206 sich ändert.

Bei den Aktuatoren handelt es sich zum Beispiel Ventile oder Pumpen oder Blenden mit dem Ziel den Stoffdurchfluss in MD-Richtung oder lokal in CD-Richtung zu verändern.

Nach dem Formierschritt der Papierbahn ist es möglich aber nicht notwendig, dass die sensierten Signale 212 an das Qualitätsregelsystem übermittelt werden, bevor die Papierquaiität mit Hilfe beispielsweise von Formationssensoren 110 auf im zweiten Regelsystem 220 an den Eingang 214 rückgeführt wird. Nachdem die Papierbahn geformt und getrocknet ist, können noch weitere Aggregate der Papiermaschine vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Aufwickelvorrichtung 216.

Mit der Erfindung wird erstmals eine Papierqualitätsregelung angegeben, die schneller als bislang in die Regelung der Papierqualität eingreifen kann. Insbesondere ist es möglich, mit der Papierqualitätsregelung ein Qualitätsprofil der Papierbahn zu regein und gleichzeitig schnelle Schwankungen in der Wasserge- wichtsprofilregelung auszugleichen.

Bezugszeichen liste

10 Stoffauflauf

20 Nasspartie 22 Sieb

25 Wassergewichtssensoren

30 Maschineniängsrichtung (MD-Richtung)

40 Maschinenquerrschtung (CD-Richtung)

50 Pressenpartie 60 Trockenpartie

100 Erstes Regeisystem (Wassergewichtsprofiiregelung)

110 Sensoren zur Sensierung der Papierqualität

120 Zweites Regelsystem (Quaiitätsregelung)

200 Erstes Regelsystem (Wassergewichtsprofiiregelung) 202 Sollwert für die Wassergewichtsprofiiregelung

208 Stoffauflauf

210 Regelgröße im ersten Regelsystem

212 Sensiertes Signal der Qualitätsregelung

214 Eingang des zweiten Regelsystems 216 Weitere Aggregate der Papiermaschine wie beispielsweise Kalander oder Coater

220 Zweites Regelsystem

Claims

Patentansprüche

1. System zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters einer Materiai- bahn, insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder Kartonmaschine, umfassend:

- wenigstens ein erstes Regelsystem (100, 200) zur Regelung eines Wassergewichtsprofils entlang einer Maschinenlaufπchtung (30), und/oder in einer Maschinenquerrichtung (40) einer Papiermaschine, sowie - wenigstens ein zweites Regetsystem (120, 220), wobei das zweite Regelsystem (120, 220) den (die) Qualitätsparameter der Materialbahn regelt.

2. System nach Anspruch 1 , wobei das zweite Regelsystem (120, 220) wenigstens eine Größe des ersten Regelsystems (100, 200) beeinflusst,

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Qualitätsparameter einer oder mehrerer der nachfolgenden Parameter ist:

- das Flächengewicht;

- das Otro-Flächengewicht; - das Lutro-Fiächengewicht;

- die Formation;

- die Dicke;

- die Feuchte.

4. System nach Anspruch 3, wobei der Qualitätsparameter ein Qualitätssoilwert des zweiten Regelsystems (120, 220) ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Regeisystem (100, 200) ein innerer Regelkreis einer aus dem ersten Regeisystem (100,

200) und dem wenigstens zweiten Regelsystem (120, 220) bestehenden Kaskadenregelung ist.

6. System nach Anspruch 5, wobei das zweite Regelsystem (120, 220) den äußeren Kreis der Kaskadenregelung darstellt und wenigstens einen Was- sergewichtsprofilsollwert an das erste Regelsystem (100, 200) übermitteit.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Regelsystem (120, 220) dem ersten Regeisystem (100, 200) überlagert ist.

8. System nach Anspruch 7, wobei das zweite Regelsystem (220) einen Ausgang aufweist, über den Größen dem ersten Regelsystem (200) zugeführt werden können.

9. System nach Anspruch 8, wobei das erste Regeisystem (200) derart ausgestattet ist, dass der Wassergewichtsprofilsoltwert des ersten Regeisystems (200) weitgehend eine Konstante ist.

10. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste Regefsystem (200) derart ausgestattet ist, dass ein Regeisignal des Wasserprofiis in einen hoch- und in einen niederfrequenten Anteil aufgespalten wird, wobei nur der hochfrequente Anteil als Regelsigna! dient.

11. System nach Anspruch 1 , wobei das erste Regeisystem (100, 200) und das zweite Regelsystem (120, 220) Teil einer multivariablen Regelung ist.

12. System nach Anspruch 11 , wobei die multivariabie Regelung als weitere Regelgröße eine Formationsregelgröße berücksichtigt, die von einem Formationssensor aufgenommen wird.

13. Verfahren zur Regelung wenigstens eines Qualitätsparameters, wobei mit einem ersten Regelsystem (10O₁ 200) wenigstens das Wassergewichtsprofil entlang einer Maschineniaufrichtung (30) und/oder in einer Maschinenquer- richtung (40) geregelt wird, und mit einem zweiten Regeisystem (120, 220) ein Qualitätsparameter der Materialbahn.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei wenigstens eine Größe des ersten Regelsystems (100, 200) an das zweite Regelsystem (120, 220) rückgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Qualitätsparameter einer oder mehrer der nachfolgenden Parameter ist:

- das Flächengewicht;

- das Otro-Flächengewicht;

- das Lutro-Flächengewicht; - die Formation;

- die Dicke;

- die Feuchte.

16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Quaiitätsparameter ein Qualitätssollwert des zweiten Regelkreises ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das erste Regelsystem (100, 200) ein innerer Regelkreis einer aus dem ersten Regelsystem (100, 200) und dem wenigstens zweiten Regelsystem (120, 220) bestehen- den Kaskadenregelung ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das zweite Regelsystem (100, 200) den äußeren Kreis der Kaskadenregelung darstellt und wenigstens einen Was- sergewichtsprofiisollwert an das zweite Regeisystem (120, 220) übermittelt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das zweite Regelsystem (220) dem ersten Regelsystem (200) überlagert ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei eine Größe des zweiten Regelsystems (220) dem ersten Regelsystem (200) zugeführt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Wassergewichtsprofiisoll- wert (202) des ersten Regelsystems (200) weitgehend eine Konstante ist, die sich zeitlich nicht oder nur langsam ändert

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das Regelsignal des Wasserprofils des ersten Regelkreises (100, 200) in einen hoch- und in einen niederfrequenten Anteil aufgespalten wird, wobei nur der hochfrequente Anteil dem ersten Regelsystem (100, 200) als Regelsignal dient.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei das erste und das zweite Regelsystem (120, 220) auf dieselben Regelungsorgane einwirken.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei der Wassergewichtsprofilsollwert für das erste Regeisystem (100, 200) manuell vorgebbar ist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei der Wassergewichtsprofilsoilwert für das erste Regelsystem (100, 200) unter Verwendung von Prozessinformationen beispielsweise Produktionsdaten, Maschinengeschwindigkeit, Former-Einstellungen, Rohstoffdaten, automatisch bestimmt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste Regelsystem {100, 200) und das zweite Regelsystem (120, 220) Teil einer multivariabien Regelung ist.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei in der multivariablen Regelung ein drit- tes Regelsystem zur Regelung der Formation vorgesehen ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 27, wobei das Regelverfahren derart geführt wird, dass bei einer Änderung der Papiermaschinengeschwindigkeit sich das Wassergewichtsprofil nicht oder nur unwesentlich ändert.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 27, wobei das Regelverfahren derart geführt wird, dass das Wassergewichtsprofil sich in einer vorbestimmten Art abhängig von der Änderung der Papiermaschinengeschwindigkeit ändert.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 29, wobei das Verfahren derart geführt wird, dass bei einer vorgegebenen Änderung der Qualitätsparameter sich das Wasserprofil nicht ändert.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 29, wobei das Verfahren derart geführt wird, dass bei einer Änderung der Qualitätsparameter sich das Wassergewichtsprofil in einer vorbestimmten Weise ändert.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 31 , wobei das Regelverfahren zusätzlich einen Überwachungsschritt umfasst, der delektiert, ob sich das

Wassergewichtsprofil in einer vorgegebenen Art und Weise abhängig von den Prozessbedingungen und Qualitätsparametern ändert.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 32, wobei das Verfahren einen Überwachungsschritt umfasst, der die Stellaktivitäten zur Einstellung eines vorgegebenen Wasserprofils überwacht.