FI112813B - Monikerrosperälaatikon säätöjärjestelmä - Google Patents

Description

112813

Monikerrosperälaatikon säätöjärjestelmä Reglersystem för en flerskiktsinloppsläda 5

Keksinnön kohteena on paperi- tai kartonkikoneen monikerrosperälaatikon takaisinkytketty säätöjärjestelmä, joka monikerrosperälaatikko käsittää N kappaletta, N - 2, päällekkäisiä massasuspension virtauskanavia, jotka ulottuvat toisistaan erotettuina ainakin lähelle monikerrosperälaatikon huulikanavan huuliaukkoa, josta massasus-10 pensiosuihku, joka koostuu osamassavirtauksista, purkautuu muodostusviiralle tai muodostusviirojen väliseen muodostuskitaan, joka säätöjärjestelmä käsittää säädinyksikön ja asetusarvoyksikön, johon säädinyksikköön johdetaan perälaatikkojärjestelmästä mittausarvot ja josta säädinyksiköstä saadaan ohjausarvot, joilla ohjataan perälaatikko-järjestelmän toimilaitteita.

15

Ennestään tunnetusti paperikoneen perälaatikon huulikanavan kautta syötetään massasus-pensiosuihku muodostusviiralle tai kaksiviiraformereissa viirojen väliseen muodostuskitaan. Eräs tärkeä paperinvalmistuksen hallintaparametri on ns. suihkusuhde eli perälaatikon huuliaukosta purkautuvan massasuihkun nopeuden suhde viiran/viirojen nopeuteen.

:‘ 20 Mainittujen nopeuksien suhteen asemesta voidaan kyseisenä hallintaparametrina käyttää myös näiden nopeuksien absoluuttista eroa. Tällä parametrilla voidaan osaltaan hallita : · ’ muodostuvan rainan formaatiota, myös jossain määrin sen z-suunnassa.

; Ennestään tunnetusti käytetään paperin ja kartongin valmistuksessa ns. monikerrostek- 25 nilkkaa ja siinä monikerrosperälaatikoita. Monikerrosperälaatikoissa on kaksi tai useampia päällekkäisiä massasuspension syöttökanavia, jotka voivat ulottua toisistaan erotettuina aina huuliaukkoon tai jopa muodostuskidan alueelle. Mainittuihin eri syöttökanaviin voidaan syöttää erilaista raaka-ainetta. Monikerrosperälaatikoissa voidaan • myös soveltaa sellaista tekniikkaa, että samasta perusmassasta valmistetaan rainan pinta- 30 ja keskikerroksiin erilaisilla lisä- ja täyteainetäydennyksillä keskenään erilaista massaa. Tämän tekniikan osalta viitataan esimerkkinä hakijan patenttijulkaisuun 92 729 (vast. EP-hak. 94 115 765 ja US-hak. 08/323 839).

2 112813

Paino- ja kirjoituspapereita valmistettaessa on viimeaikoina erityisen kiinnostavaksi paperinvalmistustekniikaksi muodostunut menettely, jossa paperin keskikerros valmistetaan eri massasta kuin pintakerrokset. Tämä valmistustekniikka tarjoaa paperintekijälle työkalun räätälöidä lopputuotetta niin, että sopivin kuitumateriaali voidaan sijoittaa 5 paperin oikeaan kerrokseen niin, että voidaan optimoida pintakerrokset ja sisäkerros toisistaan riippumattomasti. Tällöin voidaan esim. paino- ja kirjoituspaperi valmistaa kolmesta kerroksesta, jossa pintakerrokset muodostetaan kemiallisista kuiduista ja keskikerros mekaanisesta ja/tai kierrätysmassasta. Myös tässä tekniikassa sovelletaan monikerrosperälaatikkoa, jossa on esimerkiksi kolme päällekkäistä kerrosta.

10

Monikerrosperälaatikko on vaikea säätökohde, koska monikerrosprosessissa on useita eri parametreja, joilla on erilaisia ristikkäisvaikutuksia, jotka voivat vielä riippua käytettävistä raaka-aineista, valmistettavasta laadusta ja/tai perälaatikon geometriasta ja ajotavasta. Kuitenkin laadullisesti moitteettoman paperituotteen, etenkin paino- ja kirjoituspape-15 rin valmistamisessa monikerrostekniikkaa hyväksikäyttäen tulee eri kerrosten nopeus- ja virtausmääräsuhteet sekä näiden parametrien asetus viiranopeuteen nähden olla riittävän tarkasti hallittavissa.

Esillä olevaan keksintöön liittyvän, hakijan tiedossa olevan tekniikan tason osalta 20 viitataan US-patentteihin 4 764 253 ja 4 526 653, DE-patentteihin 38 35 903 ja 44 23 695.

Esillä olevaan keksintöön lähiten liittyvän tekniikan tason osalta viitataan vielä lehtiartikkeliin Tappi Journal, September 1987, sivut 49 - 52, Gunnar Stenberg: 25 "A new headbox for multilayered printing paper". Esillä olevasta keksinnöstä ’. olennaisesti poiketen tässä lehtiartikkelissa käytetään nimenomaan sellaista monikerros perälaatikkoa, jossa huulikanavan eri kerrokset on erotettu toisistaan kiinteillä vä-liseinämillä ja raina muodostetaan kolmesta erillisestä suihkusta, joita pidetään erillään ilmakiilojen avulla syvälle muodostuskitaan saakka. Tässä lehtiartikkelissa esitettyjä 30 tutkimustuloksia ja ajatuksia voidaan tietyin osin soveltaa myös esillä olevan keksinnön mukaisessa säätöjärjestelmässä.

.112813 3

Keksinnön päätarkoituksena onkin aikaansaada uusi säätöjärjestelmä, jolla monikerrospe-rälaatikkoa voidaan entistä paremmin hallita tarkoituksena entistä paremman ja aina entisestään tiukentuvia laatuvaatimuksia täyttävän kartonki- tai paperituotteen, etenkin paino- ja kirjoituspaperin valmistamiseksi raaka-aineita taloudellisesti hyväksikäyttäen.

5

Keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen monikerrosperälaatikon säätöjärjestelmä, jota käyttäen paperituote, etenkin paino- ja kirjoituspaperi voidaan valmistaa entistä taloudellisemmin eri raaka-aineita hyväksikäyttäen esim. niin, että paperin keskikerros valmistetaan mekaanisesta massasta ja/tai kierrätysmassastaja pintakerrokset 10 kalliimmasta kemiallisesta massasta.

Keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen edellä esitetyt päämäärät toteuttava monikerrosperälaatikon säätöjärjestelmä, joka antaa mahdollisuuden ajaa eri massakerroksiin keskenään erilaisia määriä kuitenkin rainan kokonaismassamäärän siis 15 valmistettavan tuotteen neliöpainon pysyessä vakiona.

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on käyttää entistä tehokkaammin hyväksi niitä fysikaalisia malleja, joita saatujen tutkimustulosten perusteella on kehitetty tai kehitettävissä monikerrosrainaukseen.

20

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on *. pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittuihin mittausarvoihin kuuluvat perälaatikon huulikanavan keskimääräisen paineen mittausarvo ja perälaatikkojärjestelmän lähesty-mislinjojen eri osamassavirtausten tai niiden virtausnopeuksien mittausarvo(t) ja/tai 25 mainittujen mittausarvojen ja kokonaismassavirtauksen tai sen nopeuden suhde tai suhteet ’. ja/tai vastaavat mittausarvot, ja että mainittu keskimääräinen paine mitataan sellaisesta ' . perälaatikon huuliosan hetuloilla varustetun huulikanavan kohdasta, josta saadaan 11.. ’ indikaatio perälaatikon keskimääräisestä paineesta.

30 Kun keksinnön edullisessa toteutusmuodossa mitataan eri osakanavien keskimääräistä painetta, päästään sitä kautta huulisuihkun keskimääräisen nopeuden hallintaan, vaikka 4 112813 eri osakanavien väliset paineet eivät välttämättä täysin tasaudu joustavien hetuloiden ansiosta. Keskimääräisen paineen mittaus voidaan toteuttaa käyttämällä sellaista paineanturia Jonka mittauspinta-ala ulottuu riittävän monen osakanavan alueelle.

5 Keksinnön mukaista säätömenetelmää sovelletaan synergisesti nimenomaan sellaisen hetulaperälaatikon yhteydessä, jossa perälaatikon huulikanavan hetulat pääsevät asennoitumaan ja/tai taipumaan. Hetulaperälaatikossa hetuloiden erottamien eri kanavien paineet mitattuna samasta kohdasta virtauksen suunnassa saattavat poiketa toisistaan riippuen virtaussuhteista, hetuloiden jäykkyydestä ja pituudesta.

10

Keksinnön mukaisen säätöjärjestelmän avulla voidaan hallita esimerkiksi keskikanavan staattista painetta ja virtaussuhteita eri kanavien välillä. Keksinnön mukainen säätöjärjestelmä antaa mahdollisuuden ajaa monikerrosrainan eri kerroksiin vaihtelevat määrät massaa ja kuitenkin pitää kokonaismassamäärä siis neliöpaino vakiona.

15

Kun keksinnön avulla on lisäksi mahdollista hallita muodostuvan rainan eri kerrosten nopeussuhteita ja sitä kautta nopeuseroja, voidaan vaikuttaa eri kerrosten keskinäisien sekoittumiseen ja näin ollen rainan z-suuntaiseen formaatioon optimaalisen paperituotteen valmistamiseksi taloudellisista raaka-aineista.

;; 20 ,; Keksinnössä voidaan edullisesti soveltaa ns. monimuuttujasäätöä, joka perustuu moni- ! muuttujaprosessimalliin. Keksinnössä käytettävä monimuuttujaprosessimalli voi edulli- .! sesti olla matriisimuodossa. Mallin alkiot ovat esim. askelvasteita, impulssivasteita, siirtofimktioparametreja tai ns. tilasäätöä sovellettaessa kyseessä olevaa järjestelmää i . . 25 kuvaavan differentiaali- tai differenssiyhtälön kertoimia matriisiksi koottuna. Monimuut- " , tujatekniikassa voidaan käyttää myös mallipredektiivistä säätöä.

Keksinnön mukaiseen säätöjärjestelmään voidaan myös integroida paperikoneen muita säätöjä esimerkiksi paperirainan poikkisuunnan (CD) neliöpainoprotiilin laimennussää-; ’ * 30 tö, jonka osalta viitataan esimerkkeinä hakijan em. FI-patenttihakemukseen 970140 ja oheiseen kuvioon A.

5 112813

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellusesimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.

5 Kuvio A esittää kaaviollisesti keksinnön taustaksi ja sovellusympäristöksi ennestään tunnettua perälaatikon CD-neliöpainoprofiilin laimennussäädöllä varustettua massansyöt-töjärjestelmää ja sen ohjausjärjestelmää.

Kuvio 1 esittää konesuuntaista pystypoikkileikkausta kolmikerrosperälaatikosta, jonka 10 yhteydessä keksinnön mukaista säätöjärjestelmä on edullisesti sovellettavissa.

Kuvio 2 esittää nelikerrosperälaatikon kolmella päällekkäisellä niveltyvällä hetulalla varustettua huuliosaa konesuuntaisena pystypoikkileikkauksena.

15 Kuvio 3 esittää kaaviollisesti ja osittain lohkokaaviona keksinnön mukaisen säätöjärjestelmän ensimmäistä toteutusesimerkkiä.

Kuvio 4 esittää kuviota 3 vastaavalla tavalla keksinnön mukaisen säätöjärjestelmän toista toteutusesimerkkiä.

20

Kuvio 5 esittää kuvioita 3 ja 4 vastaavalla tavalla keksinnön mukaisen säätöjärjestelmän kolmatta toteutusesimerkkiä.

Kuvio 6 esittää periaatteellisena lohkokaaviona keksinnön erästä toista toteutusmuotoa. 25

Kuviossa A on esitetty kaaviollisesti perälaatikon massajärjestelmä sekä perälaatikkoa ohjaava säätöjärjestelmä hyvin kaaviollisesti. Kuviossa A esitetty perälaatikko on ns. yksikerrosperälaatikko ja kuvion A tarkoituksena onkin vain havainnollistaa esillä olevan keksinnön erästä sovellusympäristöä muita kuvioita laaja-alaisemmin.

30 6 112813

Kuviosta A näkyy myös perälaatikon säätöjärjestelmä 100, jolla kontrolloidaan paperikoneen CD-suuntaisia profiileja, laimennussuhdetta ja perälaatikon 10 huulisuihkun J nopeutta. Perälaatikon 10 huulisuihku J purkautuu muodostusviirojen (ei esitetty) rajoittamaan muodostuskitaan. Paperin valmistuksessa eräs tärkeä hallintaparametri on huu-5 lisuihkun J nopeuden suhde muodostusviirojen (ei esitetty) nopeuteen. Kuviossa A esitettyyn massansyöttöjäijestelmään kuuluu viirakaivo 61, joka on yhdistetty pumpulla 62 paperikoneen lyhyeen kiertoon 70, josta saadaan päämassavirta FM, joka johdetaan päämassaputken 67 kautta perälaatikon 10 jakotukkiin 11. Viirakaivoon 61 on yhdistetty laimennusnesteen ensimmäinen syöttöpumppu 63, joka johtaa laimennusnesteen ilman-10 poistajaan 65. Laimennusneste syötetään ilmanpoistajasta 65 pumpulla 64 painesihdin 66 kautta laimennusj ako tukkiin 72, joka voi olla perälaatikon 11 jakotukkiin nähden erillinen tai siihen integroitu esim. hakijan em. FI-hakemuksessa 970140 esitetyllä tavalla käsittäen myös reunasyöttösäätöjäijestelyt, jotka on sovitettu perälaatikon molemmille reuna-alueille lähinnä kuituorientaatioprofiilin hallintaa varten. Jakotukista 72 syötetään 15 laimennusvirtaukset FDi...FDn säätöventtiilisaijan 71i...n kautta perälaatikon 10 turbu-lenssigeneraattorin 12 jakoputkistoon 13 ja edelleen huulikanavan 14 kautta massasuih-kuksi J.

' Kuvion 1 mukaisessa perälaatikossa 10 perälaatikkovirtaus, kuten kuvion A virtaus FM, ' 20 on jaettu kolmeen eri kerrosvirtaukseen Fr, F2, F3, jotka ovat toisistaan erillään aina huulikanavan 14 hetuloiden 15i, 152 loppuun saakka. Kerrosvirtaukset Fi, F2 ja F3 voi-; ’ vat periaatteessa muodostua kuviossa A esitetyn virtauksen FM tapaan eri raaka-aineista ; koostuvista virtauksista tai samasta perusraaka-aineesta eri lisä- ja täyteaineilla muo dostetuista osavirtauksista, kuten on esimerkiksi tarkemmin selostettu hakijan em.

25 FI-patentissa 92 729. Perälaatikon 10 jokaisella päällekkäisellä kerroksella on oma jakotukkinsa lii, II2, II3, joista virtaus johdetaan turbulenssigeneraattoriin 12 ja ; edelleen jakoputkistoon 13. Virtaukset johdetaan jakoputkistosta 13 huulikanavaan 14.

Huulikanavassa 14 virtaukset on erotettu toisistaan hetuloilla 15i, 152, joiden alkupäät 7’ 15a on nivelöity kääntyviksi jakoputkiston 13 loppupään yhteyteen. Hetulat 15i, 152 ’·' * 30 pääsevät kääntymään eri asentoihin. Hetulat 15i, 152 ovat jossakin määrin joustavaa < » » '· materiaalia, joten ne voivat myös taipuilla. Etenkin hetuloiden 151, 152 taipuisuuden 7 112813 johdosta osamassavirtausten paineet pääsevät ainakin jossakin määrin tasautumaan. Keksintöä sovelletaan edullisesti nimenomaan sellaisessa perälaatikossa, jossa huuli-kanavassa on päällekkäisiä hetuloita, joiden avulla huulikanava on jaettu huuliaukkoon saakka tai sen lähelle osakanaviksi, joissa virtaukset eivät pääse sekoittumaan, mutta 5 paine pääsee hetularakenteen liikkuvuuden ansiosta tasaantumaan.

Keksinnön mukaista säätöjärjestelmää voidaan soveltaa sellaisissa perälaatikoissa, joissa on kaksi tai useampia päällekkäisiä kerroksia ja seuraavassa on esitetty myös yleinen tapaus, jossa käytetään N (N — 2) kappaletta päällekkäisiä kerroksia, jolloin huuli-10 kanavassa 14 on N - 1 kappaletta päällekkäisiä hetuloita 15.

Kuviossa 1 esitetyssä perälaatikossa 10 ei ole ns. tasauskammiota, mutta keksintöä voidaan yhtä hyvin soveltaa myös sellaisissa perälaatikoissa, joissa jakotukin 11|...11^ jälkeen seuraavat jakoputkistot, niiden jälkeen tasauskammiot (N kpl), minkä jälkeen 15 seuraa turbulenssigeneraattorit ja huulikanava 14, joka on jaettu osakanaviin hetuloilla l5i · 15N-1·

Kuvioiden 3 - 5 mukaisesti perälaatikkoa 10 syötetään kolmella erillisellä syöttöpumpulla ... § 20 j, 2Ο2 ja 2Ο3. Massavirta ohjataan konesihtien (ei esitetty) kautta perälaatikon 10 eri t · 20 kerroksia syöttäville jakotukeille 11 j, 112» 113 (kuvio 1).

•, Kuviossa 2 on esitetty kaavallisesti nelikerrosperälaatikon huuliosa 14, jota voi edeltää ‘; esim. kuviossa 1 esitetyn kaltainen perälaatikko 10, jossa on neljä päällekkäistä jakotuk- ': kia llj ... 114 ja joka voi olla varustettu myös tasauskammioilla. Kuvion 2 mukaisesti 25 huulikanavassa 14 on kolme päällekkäistä hetulaa 15j, 152 ja 153, jotka rajoittavat ; ’: : yhdessä huulikanavan 14 yläseinämän 14a ja alaseinämän 14b kanssa neljä päällekkäistä ' : virtauskanavaa, joissa kulkevat massasuspensio-osavirtaukset Fj, F2, F3 ja F4. Hetulat . 15| - 153 on valmistettu verraten ohuesta, jossain määrin taipuisasta materiaalista.

: Lisäksi hetulat 15γ - 153 on ylävirran puoleisesta päästään kiinnitetty kääntyvästi ’ : 30 nivelosin 15a turbulenssigeneraattorin tai jakoputkiston 13 yhteyteen niin, että hetulat 151 - 153 pääsevät vapaasti asennoitumaan ja taipuilemaan, mikä tarkoittaa sitä, että 8 112813 päällekkäisissä virtauskanavissa vallitsevat paineet pääsevät ainakin jossakin määrin tasaantumaan. Hetuloissa 15 j - 15^ on tasomaiset osat, jotka rajoittavat päällekkäisiä virtauskanavia. Konesuuntaisessa pystypoikkileikkauksessa hetulat 15 ^ - 153 ovat sopivimmin virtaussuunnassa hieman kiilamaisesti kapenevia ja niissä on pyöristetty 5 loppusärmä 15c. Hetuloiden 15 ^ - 153 pituus Lj mitoitetaan olennaisesti yhtäsuureksi tai hieman pienemmäksi kuin huulikanavan 14 pituus Lq konesuunnassa ja virtaussuunnassa. Joissakin poikkeustapauksissa hetulat 15 voivat ulottua myös huuliaukon 16 ulkopuolelle muodostuskidan alueelle. Hetulat 15j - 15^_j ovat levymäisiä ja ne ulottuvat huulikanavan 14 koko leveydelle niin, että huulikanavan pystysivuseinien 10 sisäpintojen ja hetuloiden konesuuntaisten reunojen välillä on pieni välys niin, että hetulat pääsevät vapaasti asennoitumaan ja taipuilemaan huulikanavassa 14 nivelöintiensä 15a ja/tai taipuisan rakenteensa ansiosta. Hetulajärjestely voi myös olennaisesti poiketa kuvioissa 1 ja 2 vain kaaviollisesti ja esimerkinomaisesti esitetyistä. Hetularakenne voi olla esimerkiksi sellainen, että siihen kuuluu kaksi pitkää hetulaa, jotka ulottuvat jopa 15 huuliaukon 16 ulkopuolelle ja niiden rajoittamien osakanavien alkupäässä on kolme lyhyttä välihetulaa, joiden pituus on esimerkiksi noin 5 - 30 %, sopivimmin 10 - 15 % pitkien hetuloiden konesuuntaisesta kokonaispituudesta.

.:, Seuraavassa selostetaan keksinnössä sovellettava monimuuttajasäätö yleisellä tasolla ja ,,,: 20 tämä selostus on voimassa kuvioissa 3, 4 ja 5 esitetyissä keksinnön eri sovellusesimer- , keissä, joissa kussakin mittausarvot MV ja niitä vastaavat asetusarvot SV vaihtuvat eri ' sovelluksia vastaaviksi. Samoin säädössä käytettävä malli 40 on muodostettu näiden ; suureiden välille. Kuvioissa 3, 4 ja 5 esitetty säätöjärjestelmä käsittää monimuuttujasääti- men 30, johon tuodaan perälaatikolta 10 mittaus- eli oloarvot MV ja josta lähtevät 25 toimilaitteita 20 ohjaavat säätöarvot CV. Monimuuttujasäädintä 30 ohjataan ja modifioi-: daan signaaleilla PM monimuuttujaprosessimalliyksiköstä 40. Monimuuttujasäätimelle 30 v : annetaan asetusarvot SV asetusarvoyksiköstä 50.

:' : Monimuuttujaprosessimalli 40 koostuu alkioista Ry, jotka kukin kuvaavat ko. ohjattavan , , : 30 suureen CV esim. syöttöpumpun 20 j kierrosnopeuden vaikutusta ko. mitattavaan ..: suureeseen, jolle annetaan halutut asetusarvot SV yksiköstä 50. Alkioiden Ry kuvaamis- 9 112813 sa vaikutuksissa on otettu huomioon sekä vaikutuksen vahvuus eli vahvistus, että vaikutuksen ajallinen riippuvuus eli aikavakiot ja viiveet.

Keksinnössä sovellettavaa säätöjärjestelmää voidaan osaltaan kuvata seuraavalla yhtälöllä 5 (1).

y] Gn Gn ... r^- Y2 = G21 u2 (1) r3] ; k missä Gn Gn ...

R.. = G2i (2) 10

Yhtälön (2) mallimatriisi Ry on (1 x k) suuruinen matriisi, jonka rivi i kertoo eri ohjattavien suureiden Uj (j = 1...k) vaikutuksen mitattavaan suureeseen Yj (i = 1...1).

Mallin 40 alkiot Ry voivat olla ns. askel vasteita, impulssivasteita, siirtofunktioita tai ns. 15 tilasäädön tapauksessa kyseessä olevaa järjestelmää kuvaavan differentiaali- tai differens-siyhtälöryhmän kertoimet matriisiksi koottuna. Mallin 40 muoto määräytyy käytetyn monimuuttujatekniikan perusteella, esim. malliprediktiivisen säätöä sovellettaessa alkiot Ry ovat tyypillisesti joko askel- tai impulssivasteita.

, : 20 Mallin 40 alkioiden Ry arvot voidaan määrittää kokeellisesti esim. askelvastekokeiden " ’. avulla tai jos on riittävästi fysikaalista tietoa prosessista, malli voidaan muodostaa ja .' , tarvittaessa tarkentaa kokeiden perusteella. Malli 40 voidaan järjestää myös adaptoitu- vaksi siten, että malliin 40 kerätään tietoja prosessista riittävän pitkältä ajalta esim.

10 112813 lajinvaihdon tai muun vastaavan muutoksen yhteydessä. Tällöin voidaan menetellä esim. niin, että mallissa 40 jätetään tiettyjä parametreja muuttujiksi, jotka tarkennetaan prosessia paremmin kuvaaviksi sitä mukaa kun prosessista saadaan kerätyksi tietoja. Prosessimallia 40 voidaan tarkentaa myös on-line mittausten lisäksi tai asemesta myös 5 laboratoriosta saatavilla mittaustuloksilla, jotka syötetään malliin 40.

Malleja 40 voi olla useampia niin, että kukin malli on käytössä vain rajoitetulla toiminta-alueella. Toimintapisteen siirtyessä riittävästi toimintapisteestä, jossa malli on määritetty, otetaan käyttöön uutta toimintapistettä kuvaava malli 40 tai uudet mallin parametrit.

10

Keksinnön mukaisessa säätöjärjestelmässä mitataan esim. seuraavat suureet: syöttöpump-pujen 201 ...20^ nopeudet, syöttöpumppujen 20 ohjaukset Sj ... S3 (karkeaohjaus ja hieno-ohjaus), paine-ero konesihtien ylitse, massan tilavuusosavirrat F| ... F^j eri lähestymislinjastoissa sihtien jälkeen, tasauskammioiden (ei esitetty) paineet, keskimää-15 räinen paine Pt hetulaosalla 15 j ... 15^_ι huulikanavan 14 keskikanavassa ja huuliaukon 16 koko A.

Kuvion 3 mukaisessa säätöjärjestelmässä säätö perustuu erillisiin keskimääräisen paineen Pt ja virtaussuhteiden F3 /Ft ja Fj/Ft (Ft = Fj + F2 + F3) säätöihin. Suihkusuhteen 1 20 (huulisuihkun J nopeus / viirojen nopeus) ja huulikanavan 14 geometrian mukaan lasketaan perälaatikon 10 keskimääräiselle paineelle Pt (huulikanavan 14 keskikerrokses-" ; sa oleva painemittaus 24) asetusarvo. Keskimääräisen paineen Pt asetusarvon ja mittauk- :'. : sen välisestä erosuureesta lasketaan keskimääräisen paineen Pt säätäjän ohjaussuure CV, : joka on pohjaohjaus kaikille syöttöpumpuille 20 j, 2Ο2 ja 2Ο3.

25 Käyttäjä voi asetella huulikanavan 14 eri kanavien väliset virtaussuhteiden asetusarvot yksikköön 50. Virtaussuhteet annetaan laitimmaisten kanavien 14a - 15 j ja 14b - 152 virtausmäärille Fj ja F3 ja jäljelle jäänyt osuus jää keskimmäiselle kanavalle 15j - 152-: Virtaussuhteen asetusarvon ja lasketun virtaussuhteen välisestä erosuureesta lasketaan : 30 virtaussuhdesäätäjän ohjaussuureet CV. Nämä ohjaussuureet CV lisätään keskimääräisen paineen Pt säätäjän laskemaan pohjaohjaukseen. Virtaussuhdesäätö korjaa myös toiminta- 11 112813 pisteen muutoksessa tapahtuvat virtaussuhdemuutokset, jotka johtuvat muuttuvista painehäviöistä eri linjoissa, koska linjojen rakenne ei ole täysin identtinen. Em. virtaus-suhteilla on voimakkaat ristikkäisvaikutukset so. muutettaessa yhtä virtaussuhdetta on kaikkien tilavuusvirtauksien muututtava ja tämä häiritsee samalla toista aseteltavissa 5 olevaa virtaussuhdetta. Samoin virtaussuhteiden muutokset vaikuttavat hetkellisesti myös keskimääräisen paineen Pt säätöön, koska kokonaisvirtaus muuttuu. Nämä ristikkäisvaikutukset voidaan kumota käyttämällä myötäkytkentöjä ja/tai edellä selostettua monimuut-tujasäätöä. Automaatiojärjestelmästä ohjaus siirretään kahdessa osassa moottorikäytöille tarkkuuden parantamiseksi. Ohjauksesta lasketaan ns. karkeaohjaus ja hieno-ohjaus. 10 Hieno-ohjaus on ohjaussignaalin poikkeama karkeaohjauksesta. Tällöin ohjaustieto saadaan siirrettyä tarkasti moottorikäytöille kohtuullisella A/D-muunnosresoluutiolla.

Kuviota 3 vastaavassa yleisessä sovellusesimerkissä asetetaan perälaatikon keskimääräinen paine Pt ja säädetään kokonaisvirtaus Ft = Fj + F2 + F3 + ... Fj^ sekä virtaus-15 suhteet Fj/Fj ... fN- j/Ft. Näin ollen virtaussuhteita on yksi vähemmän (siis N-l kpl) kuin virtauksia. Prosessimallin 40 matriisin koko on tällöin 3 x N.

Kuviossa 4 esitetty sovellusesimerkki eroaa kuviossa 3 esitetystä siinä, että perälaatikon keskimääräisen paineen Pt mittauksen lisäksi mitataan virtausmäärät Fj, F2 ja F3, jotka 20 siirretään mittausarvoina MV monimuuttujasäätimelle 30. Vastaavasti asetusarvoyksikös-tä 50 annetaan asetusarvo keskimääräiselle paineelle Pt sekä eri virtaussuhteille ja niiden . perusteella muodostetaan syöttöpumppujen 20j, 2Ο2 ja 2Ο3 asetusarvot sj, S2 ja S3 : pumppujen omille kierroslukusäädöille.

25 Kuvion 5 mukaisessa säätöjärjestelmässä mitataan perälaatikon 10 keskimääräisen paineen Pj lisäksi osavirtausten Fj ja F2 paineet Pj ja P3 huuliosan alkupäästä mit-; tausantureilla 26 j ja 263. Paineet Pj ja P3 mitataan esimerkiksi ennen turbulenssi- ,: generaattoria olevien välikammioiden kohdalta. Mainituilta antureilta 26 j ja 263 saadut painesignaalit siirretään yksiköiden 27 j ja 273 kautta eroelimiin 28 j ja 283. Näissä 30 eroelimissä 28 j ja 283 muodostetaan osavirtausten Fj ja F2 paineiden ja kokonaispainei-den erotukset dPj = Pj - Pt ja dP3 = P3 - Pt, jotka johdetaan yksiköiden 29j ja 293 12 112813 kautta mittausarvoiksi MV monimuuttujasäätimelle 30. Näin ollen paine-eroja dP lasketaan yksi vähemmän kuin mitattuja paineita Pt, Pj ja Pg on. Käytännössä joudutaan paine-erot dP mittaamaan riittävän mittaustarkkuuden saamiseksi suoraan paine-eromit-tauksina. Näin ollen kuvio 5 on paine-erojen mittauksen osalta ymmärrettävä vain 5 periaatteelliseksi esitykseksi. Kuviossa 5 monimuuttujamallin 40 matriisin Rjj koko on 3 x n, missä on n on mitattavien paineiden lukumäärä.

Kuviossa 6 on esitetty periaatteellisesti lohkokaaviona keksinnön eräs toinen edullinen toteutusmuoto. Kuvion 6 mukaisesti on säätökohde jaettu aktiiviseen prosessiin 80 ja 10 passiiviseen prosessiin 90. Passiiviseen prosessiin 80 kuuluu mm. edellä selostetun perälaatikon 10 huuliosa 14, joka on varustettu hetuloilla 15j ... 15n_j. Kuvion 6 mukaisesti mitataan huuliaukon 16 kautta purkautuvan huulisuihkun J keskimääräinen nopeus vt, eri kerrosvirtausten Fj ... Fj^ nopeudet v^ osakanavissa sekä huuliaukosta 16 purkautuvan massasuihkun J kokonaispaksuus ht ja/tai eri kerrosten paksuudet h^. 15 Mainitut suureet vt, v^, h^, ht muodostavat mittausarvot MV, jotka johdetaan eroeli-meen 61. Tähän eroelimeen 61 johdetaan myös em. mittausarvojen vt, v^, h^, ht vastaavat asetusarvot SV. Eroelimistä 61 saadaan erosignaalit, jotka johdetaan ensimmäiselle malli-säädinyksikölle 60. Tästä yksiköstä 60 saadaan mallinnetut asetusarvot SVm, jotka johdetaan toiselle eroelimelle 71. Tälle eroelimelle 71 johdetaan myös mittausarvot , 20 MVm, jotka käsittävät aktiivisesta prosessista 80 tulevan kokonaisvirtauksen Ft ja osavirtausten F j, F2 ja F3 mittausarvot. Mainittujen mittausarvojen MVm ja asetusarvo-jen SVm eroarvot muodostetaan toisessa eroelimessä 71 ja johdetaan toiselle malli-säädinyksikölle 70. Tästä yksiköstä 70 saadaan säätöarvot CV, jotka käsittävät ensimmäisen, toisen ja kolmannen massapumpun 20 säätösignaalit Cj, C2 ja C3, jotka ohjaavat 25 aktiiviseen prosessiin 80 kuuluvia massapumppuja 20, jotka on järjestetty esimerkiksi samaan tapaan kuin kuvioissa 3, 4 ja 5 esitetyt pumput 20.

. ; Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen ." . puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimer- 30 kinomaisesti esitetyistä.

Claims (11)

1. Paperi- tai kartonkikoneen monikerrosperälaatikon (10) takaisinkytketty säätöjärjestelmä, joka monikerrosperälaatikko (10) käsittää N kappaletta, N > 2, päällekkäisiä 5 massasuspension virtauskanavia, jotka ulottuvat toisistaan erotettuina ainakin lähelle monikerrosperälaatikon (10) huulikanavan (14) huuliaukkoa (16), josta massasuspen-siosuihku (J), joka koostuu osamassavirtauksista (Fj ... Fn), purkautuu muodostusviiralle tai muodostusviirojen väliseen muodostuskitaan, joka säätöjärjestelmä käsittää säädinyk-sikön (30) ja asetusarvoyksikön (50), johon säädinyksikköön (30) johdetaan perälaatik-10 kojärjestelmästä mittausarvot (MV) ja josta säädinyksiköstä (30) saadaan ohjausarvot (CV), joilla ohjataan perälaatikkojärjesteinään toimilaitteita (20i ... 20n), tunnettu siitä, että mainittuihin mittausarvoihin (MV) kuuluvat perälaatikon huulikanavan (14) keskimääräisen paineen (Pt) mittausarvo ja perälaatikkojäqesteinään lähestymislinjojen eri osamassavirtausten (F] ... Fn) tai niiden virtausnopeuksien mittausarvo(t) ja/tai mainittu- 15 jen mittausarvojen ja kokonaismassavirtauksen (Ft) tai sen nopeuden suhde tai suhteet ja/tai vastaavat mittausarvot (MV), ja että mainittu keskimääräinen paine (Pt) mitataan sellaisesta perälaatikon huuliosan (14) hetuloilla (15i - 15n-i) varustetun huulikanavan (14) kohdasta, josta saadaan indikaatio perälaatikon keskimääräisestä paineesta (Pt), että : säädinyksikkönä (30) on monimuuttujasäädin, jota ohjataan monimuuttujaprosessimallil- 20 la (40) ja että monimuuttujaprosessimalli on muodostettu alkioista (Rij), jotka kukin . kuvaavat ohjausarvojen (CV) vaikutusta vastaaviin mittausarvoihin (MV).

2. Reglersystem enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att reglersystemet styr en sädan inloppsläda vars läppdel (14) uppvisar N-l stycken skivformiga harder (15 j - 15^_|), som i viss män fritt kan intä ställningar och som i strömningsriktningen med sin uppströms belägna ände är fästade vid inloppslädekonstruktioner fast eller 30 ledbart (15a) och/eller vilka harder (15j - 15^_|) är av ett skivmaterial som kan böja sig ätminstone i nägon män. 17 112813

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestelmä ohjaa sellaista perälaatikkoa, jonka huuliosassa (14) on N-l kappaletta tietyssä määrin 25 vapaasti asennoitumaan pääseviä levymäisiä hetuloita (15i ... 15n-i); jotka ovat virtaus- suunnassa ylävirran puoleisesta päästään kiinnitetty perälaatikkorakenteisiin kiinteästi tai niveltyvästi (15a) ja/tai jotka hetulat (15i ... 15n-i) ovat ainakin jossain määrin taipuile-maan pääsevää levymateriaalia. • I 30 14 112813

3. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att processmodellen (40) med Hera variabler är i matrisform sä att var och en rad (i) i modellmatrisen (Ry) bestämmer inverkan av olika storheter (Uj) som styrs pä storheter (Yj) som mäts. 5

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että monimuuttuja-prosessimalli (40) on matriisimuodossa niin, että mallimatriisin (Rjj) kukin rivi (i) määrittää eri ohjattavien suureiden (Uj) vaikutuksen mitattaviin suureisiin (Y,).

4. Reglersystem enligt patentkravet 3, kännetecknat därav, att nämnda element (Ry) i processmodellen (40) med flera variabler är koefficienter i en grupp differential- eller differensekvationer sombeskriver stegkorrelat, impulskorrelat, överföringsfunktionspara-metar och/eller systemet som regleras, hopsatta tili en matris. 10

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että monimuuttuja- prosessimallin (40) mainitut alkiot (Ry) ovat askelvasteita, impulssivasteita, siirtofunktion parametreja ja/tai säädettävää järjestelmää kuvaavan differentiaali- tai differenssiyhtä-löryhmän kertoimia matriisiksi koottuna. 10 5. .Tonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestelmässä sovelletaan ns. myötäkytkentää.

5. Reglersystem enligt nägot av patentkraven 1 - 4, kännetecknat därav, att i reglersys-temet tillämpas sä kallad medkoppling.

6. Reglersystem enligt nägot av patentkraven 1-4, kännetecknat därav, att i reglersys-15 temet mäts det genomsnittliga trycket (Pt) i läppdelen av inloppslädan, lämpligast det ge- nomsnittliga trycket i mittkanalen av läppdelen, den totala massaströmningen (Ft = Fj + F2 ... Fjvj) i tillströmningslinjerna och förhällandena mellan nämnda strömningar (Fj.. .Fj^j) och den totala strömningen (Ft), vilka mätvärden förs tili regle-ringsenheten (30) som mätvärden (MV) och att frän regleringsenheten (30) erhälls 20 styrvärden (CV) för funktionsanordningarna i inloppslädesystemet, lämpligast varvtals- ·' styrningar (s^ ... s^) för massamatarpumpar (20j ... 20^) (figur 3). .! 7. Reglersystem enligt nägot av patentkraven 1-6, kännetecknat därav, att i reglersys- temet mäts det genomsnittliga trycket (Pt) i inloppslädan, lämpligast i mittkanalen av 25 läppdelen (14), och dessutom mäts delmassaströmningarna (F^...Fj^) i de olika till- \ strömningslinjerna i inloppslädesystemet, vilka mätvärden (MV) förs tili regleringsen heten (30) (figur 4).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestelmässä mitataan perälaatikon huuliosan keskimääräinen paine (Pt) sopivim- 15 min huuliosan keskikanavan keskimääräinen paine, lähestymislinjojen kokonaismassa-virtaus (Ft = Fi + F2 ... Fn) ja mainittujen virtausten (F{ ... Fn-i) suhteet kokonais virtaukseen (Ft), jotka mittausarvot siirretään säädinyksikölle (30) mittausarvoiksi (MV) ja että säädinyksiköstä (30) saadaan perälaatikkojärjestelmän ohjausarvot (CV) toimilaitteille, sopivimmin massansyöttöpumppujen (20i ... 20n) kierroslukuohjaukset (s[ ... sn) 20 (kuvio 3).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestelmässä mitataan perälaatikon keskimääräinen paine (Pt), sopivimmin huuliosan (14) keskikanavasta, ja lisäksi mitataan perälaatikkoj ärj estelmän eri lähestymislin- 25 jojen osamassavirtaukset (Fy ... Fn)5 jotka mittausarvot (MV) siirretään säädinyksikölle : (30) (kuvio 4). : ' ; 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että · i säätöjärjestelmässä mitataan perälaatikon huuliosan (14) eri virtauskanavien, sopivim- : 30 15 112813 min tasauskammion paineita (Pi...Pn), jotka syötetään säädinyksikölle (30) mittausarvoiksi (MV) (kuvio 5).

8. Reglersystem enligt nägot av patentkraven 1-7, kännetecknat därav, att i regler-‘ 30 systemet mäts trycken (Pj...Pn) i de olika strömningskanalerna i läppdelen (14) av 112813 18 inloppslädan, lämpligast i en utjämningskammare, vilka mätäs tili regleringsenheten (30) som mätvärden (MV) (figur 5).

9. Reglersystem enligt patentkravet 8, kännetecknat därav, att i reglersystemet mäts det 5 genomsnittliga trycket (Pt) vid utgängssidan av mittkanalen av läppkanalen (14) och trycken (P^Pg) vid ingängssidan av de övriga kanalerna, ätminstone kantkanalerna, lämpligast direkt i form av tryckdifferensmätningar, och att differenserna (dPj,dP2) av nämnda tryck (Pt;Pj, Pg) förs som mätvärden (MV) tili regleringsenheten (30) (figur 5).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestel-5 mässä mitataan huulikanavan (14) keskikanavan lähtöpuolelta keskimääräinen paine (Pt) ja muiden kanavien, ainakin reunakanavien, paineet (Pi, P3) tulopuolelta, sopivimmin suoraan paine-eromittauksina, ja että mainittujen paineiden (Pt; Pi, P3) erot (dPi, (IP2) siirretään mittausarvoiksi (MV) säädinyksikölle (30) (kuvio 5).

10. Reglersystem enligt nägot av patentkraven 1-5, kännetecknat därav, att tili de storheter som mäts i reglersystemet hör den genomsnittliga hastigheten (vt) av läppsträlen (J), skikthastigheterna (v^) av de olika delströmningarna (Fj, F2 ... F^) i läppdelen och/eller den totala tjockleken (ht) av läppsträlen och/eller tjocklekama (h^) av de olika skikten av denna. 15

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestelmässä mitattaviin suureisiin kuuluvat huulisuihkun (J) keskimääräinen nopeus (vt), huuliosan eri osavirtausten (Fi, F2 ... Fn) kerrosnopeudet (vk) ja/tai huulisuihkun kokonaispaksuus (ht) ja/tai sen eri kerrosten paksuudet (hk).

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 10 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että monimuuttujaprosessimallin (40) alkioiden arvot määritetään kokeellisesti esim. askel-vastekokeiden avulla ja/tai malli muodostetaan prosessista saatujen fysikaalisten tietojen perusteella ja/tai malli järjestetään adaptoituvaksi siten, että malliin (40) kerätään tietoja . prosessista on-line mittausten ja/tai laboratoriomittaustulosten perusteella, joiden avulla 20 mallia tarkennetaan. ,6 112813 1. Äterkopplat reglersystem för en flerskiktsinloppsläda (10) i en pappers- eller kartong-maskin, vilken flerskiktsinloppsläda (10) omfattar N stycken, N > 2, ovanom varandra 5 belägna strömningskanaler för massasuspension, som sträcker sig ätskilda frän varandra ätminstone tili närheten av en läppöppning (16) av en läppkanal (14) i flerskiktsin-loppslädan (10), genom vilken en massasuspensionssträle (J), som bestär av delmassa-strömningar (Fj.. -F^), sprutar ut pä en formningsvira eller in i ett formningsgap mellan formningsviror, vilket reglersystem omfattar en regleringsenhet (30) och en börvär-10 desenhet (50), tili vilken regleringsenhet (30) leds mätvärden (MV) frän inloppslädesys-temet och frän vilken regleringsenhet (30) erhälls styrvärden (CV), med vilka styrs funktionsanordningar (20^...20^) i inloppslädesystemet, kännetecknat därav, att tili nämnda mätvärden (MV) hör ett mätvärde pä det genomsnittliga trycket (Pt) i läpp-kanalen (14) av inloppslädan och ett eller flera mätvärden pä de olika delmassaström-15 ningarna (Fj...Fj^) eller strömningshastigheterna av dessa i tillströmningslinjerna i inloppslädesystemet och/eller förhällandet eller förhällandena mellan nämnda mätvärden och den totala massaströmningen (Ft) eller hastigheten av denna och/eller motsvarande mätvärden (MV), och att nämnda genomsnittliga tryck (Pt) mäts pä ett sädant ställe av den med harder (15 j - 15^ j) försedda läppkanalen (14) i läppdelen (14) av inloppslä-20 dan där det erhälls en indikation av det genomsnittliga trycket (Pt) i inloppslädan, att regleringsenheten (30) är en regulator med flera variabler som styrs med en processmo-dell(40) med flera variabler och att processmodellen med flera variabler är bildad av element (Ry), som vart och ett beskriver inverkan av styrvärden (CV) pä motsvarande mätvärden (MV). 25

11. Reglersystem enligt nägot av patentkraven 1 - 10, kännetecknat därav, att värdena av elementen av processmodellen (40) med flera variabler bestäms experimentellt exempelvis med hjälp av stegkorrelatprov och/eller modellen bildas pä basis av fysi-kaliska data erhällna frän processen och/eller modellen anordnas anpassningsbar pä 20 sädant sätt, att tili modellen (40) insamlas data frän processen pä basis av on-line mätningar och/eller laboratoriemätresultat, med hjälp av vilka modellen preciseras. t