FI108475B

FI108475B - Menetelmõ paperiradan mittaamiseksi

Info

Publication number: FI108475B
Application number: FI981058A
Authority: FI
Inventors: Olli Sarkkinen; Harri Mustonen; John Shakespeare; Juha Kniivilo; Pekka Petrilo
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2002-01-31
Also published as: FI981058A; WO1999058436A1; AU4146699A; FI981058A0

Description

108475

Menetelmä paperiradan mittaamiseksi Förfarande för mätning av en pappersbana 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperiradan vetolujuussuhteen ennustamiseksi.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä paperiradan kuivausasteen ennustamiseksi.

10

Paperikoneissa ja vastaavissa, joissa valmistetaan jatkuvaa materiaalirainaa, on tarpeellista tunnistaa materiaalirainan reunojen sijainti prosessin eri vaiheissa. Radan reunojen määrittämisellä saadaan tieto radan leveydestä sekä radan keskikohdasta. Ennestään on tunnettua suorittaa reunan tunnistus valosähköisillä tunnistuslaitteilla, jotka on is asennettu joko kiinteinä radan reunaan tai jotka traversoivat radan poikki.

Hakijan FI-patentissa 94176 on esitetty radan reunan tunnistamiseen menetelmä ja laite, jossa lähetin/vastaanotinsarja sijoitetaan radan reunaan ja sillä havaitaan radan sijainti ja läsnäolo. Vaativa käyttöympäristö, jossa on korkea lämpötila, paljon kosteutta sekä 20 taustavalon ja sähkömagneettisen säteilyn aiheuttamia häiriöitä, asettaa korkeat laa- • . tuvaatimukset tunnistuslaitteille.

« · « « « · · .···. Paperiradan reunan paikka ja radan leveys voidaan mitata myös radan poikki traver- • · · soivan mittapään avulla. Yksi traversointijakso kestää tyypillisesti 20-40 sekuntia. 25 Tässä ajassa rata saattaa liikkua poikkisuunnassa jopa 1-2 cm. Tästä on seurauksena se, • · että mitattaessa toista reunaa ei ole tiedossa toisen reunan tarkka paikka. Tämä johtaa epätarkkuuksiin mittaustuloksissa.

• · · » · · • · · • · · . : Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edelleen edellä esitettyä tekniikan ) : ‘; 30 tasoa ja saada aikaan uusi laite paperiradan reunojen aseman määrittämiseksi, joka laite on toiminnaltaan luotettava ja häiriösietoinen sekä käytöltään entistä monipuolisempi .···. ja ilmaisun osalta entistä tarkempi ja nopeampi.

2 108475

Keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä, jossa rainan paikka-ja kutistumamuutoksia voidaan hyödyntää rainan poikkisäädön kohdistusalgoritmissa.

Keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä, jossa paperin 5 vetolujuussuhde voidaan määrittää rataleveyden perusteella.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle paperiradan vetolujuussuhteen ennustamiseksi on pääasiallisesti tunnusomaista se, että se käsittää vaiheet: 10 a) muodostetaan matemaattinen malli vetolujuuden, rataleveyden ja suihku/viira-suhteen välille laboratoriomäärityksen ja/tai on-line-mittauksen perusteella, b) määritetään paperiradan takareunan sijainti reunanleikkauselimen kohdalla, 15 c) määritetään paperiradan etureunan sijainti reunanleikkauselimen kohdalla, d) määritetään paperiradan leveys ja keskikohdan siirtymä em. vaiheiden b) ja c) perusteella, : e) määritetään paperiradan kummankin reunan sijainti samanaikaisesti reunan- .··*. mittauskameroiden avulla, • ·

«M

*i · f) määritetään paperiradan kutistuma reunanleikkauselimen ja reunanmittaus- * * 25 kameroiden välillä, ja * g) lasketaan rataleveyden, suihku/viira-suhteen ja kohdassa a) mainitun matemaatti- *«· ·.· : sen mallin perusteella arvo vetolujuussuhteelle.

30 I I · 4 I · » · 3 108475

Keksinnön mukaiselle menetelmälle paperiradan kuivausasteen ennustamiseksi on pääasiallisesti tunnusomaista se, että se käsittää vaiheet: a) muodostetaan matemaattinen malli paperiradan kuivausasteen ja rataleveyden 5 välillä laboratoriomäärityksen ja/tai on-line-mittauksen perusteella, b) määritetään paperiradan leveys ennen paperikoneen kuivatusosaa, c) määritetään paperiradan leveys kuivatusosan kuivatussylinterien välissä ίο mittaamalla paperiradan reunojen sijainnit samanaikaisesti reunanmittauskame- roilla, d) määritetään edellä mainittujen vaiheiden b) ja c) välissä syntynyt paperiradan poikkisuuntainen kuivatuskutistuma ja 15 e) määritetään edellä mainitussa vaiheessa a) muodostetun matemaattisen mallin perusteella paperiradan kuivausaste.

Havaitsemalla paperiradan reunat ja niistä määrittämällä radan leveys sekä radan 20 keskikohta, voidaan saada tietoa, jolla voidaan säätää paperinvalmistusprosessia.

< I

: Nykyään rataleveyttä käytetään hyväksi lähinnä profiilisäädössä. Radan leveyden .1··. muutosta voidaan kuitenkin käyttää myös esim. ennustamaan vetolujuussuhteen • · · •; · · · muutoksia. Vetolujuussuhdetta on tähän mennessä voitu tutkia vain laboratoriomittausten :Y: perusteella. Vertaamalla laboratoriomittauksia ja on-line-mittauksen avulla määri- • · :T: 25 tettävää radan leveyttä voidaan muodostaa malli rataleveyden muutoksen ja vetolujuus- suhteen muutoksen välille. Tällaisen mallin hyväksikäyttöä varten on tarpeen tarkka • 1 · Y : reaaliaikainen paperirainan leveyden mittaus, joten traversoivaa mittalaitetta ei voida · · . v · käyttää tähän tarkoitukseen.

* > > * · « • · · : “': 30 Paperiradan leveyden muuttuminen johtuu pääasiassa rainan kuivausasteen muuttumises- ta. Tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi paperikoneen kuivatusosalla kuivatuksen 4 108475 seurannassa. Mittaamalla paperiradan leveys ennen kuivatusosaa, kuivatussylinterien välissä ja kuivatusosan jälkeen saadaan tietoa kuivausasteen muuttumisesta. Tämän tiedon perusteella voidaan säätää kuivatussylinterien toimintaa.

5 Keksinnön mukaisessa menetelmässä paperiradan molempiin reunoihin asetetaan reunan-mittauskamerat, joilla voidaan mitata erikseen kummankin reunan paikkaa samanaikaisesti ja jatkuvatoimisesti. Reunanmittauskamera suorittaa hahmontunnistukseen perustuvan radan reunan määrittämisen. Määritystulos lähetetään tietojenkäsittelylaitteistolle analyysiä ja prosessointia varten. Reunanmittauskamerapareja voidaan sijoittaa kone-lo suunnassa useisiin eri paikkoihin paperinvalmistusprosessin eri osiin.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan perinteisiin mittausmenetelmiin verrattuna tarkempi tieto paperiradan reunojen sijainnista mittaushetkellä. Tietoa paperiradan paikka- ja kutistumamuutoksista käytetään hyväksi esim. poikkisuunnan kohdistusalgo-15 ritmissa. Lisäksi näiden tietojen perusteella voidaan ennustaa paperiradan vetolujuussuh-teen arvo, joka aiemmin on voitu määrittää vain laboratoriomittauksilla. Näin päästään käyttämään hyväksi vetolujuussuhteen arvoa paperikoneen reaaliaikaisessa säädössä.

20 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen : . ·. kuvioissa esitettyihin keksinnön sovellusesimerkkeihin, joihin keksintöä ei ole tarkoitus

I · ( I

.***. yksinomaan rajoittaa.

• · · • ·

Kuviossa 1 on esitetty kaavallisesti paperikoneen perälaatikko, paperirata sekä • · 25 mittalaitteiden sijoittelu.

• · # · Kuviossa 2 on esitetty rataleveys- ja vetolujuussuhde suihkuviirasuhteen (s/v-suhde) ; funktiona.

: 30 Kuviossa 3 on esitetty lohkokaaviomuodossa keksinnön mukainen järjestelmä paperira- . ·: ·. dan reunan mittaamiseksi.

• · · 5 108475

Kuviossa 4 on esitetty perälaatikon paineensäätöperiaate.

Kuviossa 1 on esitetty paperiradan W reunojen mittauslaitteisto. Massasuspensiosuihku tulee ulos perälaatikon 10 huuliaukosta. Tässä kohdassa paperiradan W tarkka 5 alkuleveys L0 tunnetaan. Paperiradan W kumpikin reuna leikataan tiettyyn tarkkaan leveyteen takareunan leikkauselimellä 15 ja etureunan leikkauselimellä 16. Paperiradan W leveyttä tässä kohdassa merkitään suureella P. Paperirata W kutistuu tämän jälkeen edelleen vedenpoiston seurauksena.

ίο Jäljemmäksi sijoitetut takareunan mittauskamera 17 mittaa paperiradan W takareunan WB tarkan sijainnin ja etureunan mittauskamera 18 mittaa paperiradan etureunan WF tarkan sijainnin. Paperiradan W leveyttä reunanmittauskameroiden 17,18 kohdalla merkitään suureella Q. Kuvioon on piirretty myös tekniikan tason mukainen traversoiva mittauslaite 20. Reunanleikkauselinten 15,16 ja reunanmittauskameroiden 17,18 välisellä 15 osuudella tapahtuu paperiradan W poikkisuuntaista kutistumista, jota kuvaa kutistumis-suhde:

R = Q/P

Tätä vastaa kutistumahäviö: 1 = 100 · (1-R) [%] : , , Paperiradan W kutistuminen vedenpoiston seurauksena johtuu pääasiassa paperikuiduissa .♦··. tapahtuvista muutoksista. Tässä on tarkasteltu paperiradan W kutistumista vain leveyssuunnassa. Paperirata W kutistuu myös konesuunnassa ja tämä ilmenee paperira- ·/;1; dan kireysmuutoksina. Vetolujuussuhteen ennustaminen paperiradan leveysmuutoksista • · 25 edellyttää suhteellisen tasaista kuituorientaatiojakaumaa.

♦

Kuvioon 1 on myös merkitty katkoviivalla paperiradan W keskikohdan sijainti yQ. y · Ideaalitapauksessa keskikohta pysyy koko ajan poikkisuunnassa samassa kohdassa y0 • siirtymättä sivusuunnassa. Käytännössä kuitenkin paperirata W usein liikkuu poik- • · · 1 : ” ‘: 30 kisuunnassa jonkin verran ja tällöin myös keskikohta siirtyy kohtaan y0’, kuten kuvioon • · 1 · 1 6 108475 on merkitty poikkeavalla katkoviivalla. Paperiradan W siirtymää merkitään suureella s = y0 - y0’·

Valmistettavan paperin vetolujuussuhteen KS/PS ja rataleveyden L välisen korrelaation 5 ennustamiseksi tehdään kullekin paperikoneelle konekohtainen malli. Tätä varten kustakin paperirullasta määritetään laboratoriossa vetolujuussuhde KS/PS suihku/viira-suhteen s/v funktiona. Kun samalla tunnetaan rataleveyden L muuttuminen, voidaan muodostaa malli rataleveyden L ja vetolujuussuhteen KS/PS välille. Tätä mallia voidaan käyttää reaaliaikaisesti vetolujuussuhteen KS/PS ennustamiseen rataleveystietojen perus-10 teella. Tietoa muuttuneesta vetolujuussuhteesta KS/PS käytetään hyväksi mm. perälaa-tikon syöttöpaineen asetusarvon korjaamiseen.

Vastaavanlainen malli voidaan myös muodostaa rataleveyden L ja paperiradan W kosteusasteen välille. Näin muodostetun mallin avulla saadaan yhdellä on-line-mittauk-15 sella tietoa paperiradan W kosteusasteesta mittauskohdalla. Tietoa voidaan käyttää hyväksi paperikoneen kuivatusosan parametrien säätämiseen.

Kuviossa 2 on esitetty esimerkkinä tyypilliset käyrät mitatusta rata-leveydestä L suihku/viira-suhteen s/v funktiona sekä vetolujuudesta KS/PS suihku/viira-suhteen s/v , ·, , 2 0 funktiona. Näiden käyrien perusteella muodostetaan malli, jota käytetään hyväksi tieto- : , , jenkäsittelylaitteessa 25 vetolujuussuhteen KS/PS reaaliaikaiseen määrittämiseen.

··· • ♦ • ·

Kuviossa 3 on esitetty lohkokaaviomuodossa rataleveyden L mittauslaitteiston toiminta. Takareunan mittauskameralta 17 ja etureunan mittauskameralta 18 viedään niillä mitattu • · 25 tieto väylää pitkin tietojenkäsittely-yksikölle 25. Tietojenkäsittely-yksikkö 25 saa lisäk-si tiedot suihku/viira-suhteesta s/v yksiköstä 19 sekä reunanleikkauselinten 15,16 • · · *· sijainnista. Näiden tietojen perusteella voidaan laskea kutistumahäviö 1 ja määrittää ··· : aiemmin muodostetun mallin mukaan arvo veto-lujuussuhteelle KS/PS. Saatu tieto • voidaan esittää näyttölaitteella 26, joka voi olla esim. näyttömonitori tai tulostin. 30 Lisäksi määritetty tieto vetolujuussuhteesta KS/PS viedään paperikoneen säätöyksikölle 27. Säätöyksikkö 27 säätää vetolujuussuhteen KS/PS arvon perusteella perälaatikon • · · 7 108475 10 paineen asetusarvoa. Vetolujuussuhteen KS/PS arvoa voidaan käyttää myös muiden paperikoneen suureiden säätämiseen.

Määritettyä vetolujuussuhteen KS/PS arvoa voidaan käyttää esim. s/v-suhteen 5 asetusarvon määritykseen seuraavalla tavalla.

Kuviossa 4 on havainnollistettu perälaatikon paineensäätöperiaatteita. Suihku/viira-suh-teen säätöyksikkö 31 laskee s/v-suhteen asetusarvosta ja viiran nopeudesta tarvittavan suihkun nopeuden ja tästä edelleen tarvittavan perälaatikon paineen, jonka asetusarvo ίο lähetetään perälaatikon paineensäätöyksikölle 32. Perälaatikon painetta tarkkaillaan jatkuvatoimisesti painemittauksella ja perälaatikon paineensäätöyksikkö 32 lähettää ohjaussignaalin perälaatikon syöttöpumpulle.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen 15 ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa huomattavas tikin edellä vain esimerkinomaisesti esitetystä.

I I < I I I « » I 4 ( · ( I 4 I l>< 1 • · · • · • · • · · • · • « I I » • » · • * • · · • · « • · · • * · • · · • · · • · · • · · • · * f · · • « · 4 ( » • · i f · ( L · • * *

Claims

108475

1. Menetelmä paperiradan vetolujuussuhteen ennustamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet: 5 a) muodostetaan matemaattinen malli vetolujuuden, rataleveyden ja suihku/viira— suhteen (s/v) välille laboratoriomäärityksen ja/tai on-line-mittauksen perusteella, ίο b) määritetään paperiradan (W) takareunan (WB) sijainti reunanleikkauselimen (15) kohdalla, c) määritetään paperiradan (W) etureunan (WF) sijainti reunanleikkauselimen (16) kohdalla, 15 d) määritetään paperiradan (W) leveys ja keskikohdan siirtymä em. vaiheiden b) ja c) perusteella, e) määritetään paperiradan kummankin reunan sijainti samanaikaisesti reunan- . . 2 0 mittauskameroiden (17,18) avulla, I · | · · ·. f) määritetään paperiradan kutistuma reunanleikkauselinten (15,16) ja reunanmit- • · • ♦ · tauskameroiden (17,18) välillä, ja • ♦ 9 108475

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vetolujuussuh-teen (KS/PS) arvoa käytetään perälaatikon paineen asetusarvon muuttamiseen.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 suihku/viira-suhteen (s/v) asetusarvosta ja viiran nopeudesta lasketaan tarvittavan suihkun nopeus.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitusta suihkun nopeudesta lasketaan perälaatikon paineen asetusarvo.

6. Menetelmä paperiradan kuivausasteen ennustamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet: a) muodostetaan matemaattinen malli paperiradan (W) kuivausasteen ja ratalevey- 15 den välillä laboratoriomäärityksen ja/tai on-line-mittauksen perusteella, b) määritetään paperiradan (W) leveys (L) ennen paperikoneen kuivatusosaa, c) määritetään paperiradan (W) leveys (L) kuivatusosan kuivatussylinterien , . 20 välissä mittaamalla paperiradan (W) reunojen sijainnit samanaikaisesti reunan- « > I ,' _mittauskameroilla (17,18), < i * i ··· • · • · «·* ,...· d) määritetään edellä mainittujen vaiheiden b) ja c) välissä syntynyt paperiradan • · (W) poikkisuuntainen kuivatuskutistuma (1) ja • · ·· · o c ♦ ♦ · 25 • · ♦ e) määritetään edellä mainitussa vaiheessa a) muodostetun matemaattisen mallin perusteella paperiradan kuivausaste. • il· < I t « « « * «

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperiradan • « « * 30 (W) kuivausasteen arvoa käytetään paperikoneen kuivausosan säätämiseen. • · * ♦ » · « r ' » t · 10 108475

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperiradan (W) kuivausasteen arvoa käytetään puristimen vedenpoiston säätämiseen.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 paperiradan (W) kuivausasteen arvoa käytetään kuivatussylinterien ja/tai kuivatusryh- mien höyrynpaineiden säätämiseen. I I I I I • • · • · • · · * · · • · • · · • « · • · 1 • · · « · · » · · ··· • · · • · · « « « « « · 1 08475 11