FI115144B - Kalanterointimenetelmä - Google Patents

Description

115144

Kalanterointimenetelmä Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen kalanterointimenetelmä.

Kalanteroinnissa liikkuvaa paperi- tai kartonkirataa muokataan pyörivien telojen välissä. Kalanteroitavan radan muokkautumisen määrään vaikuttavat kalanterointiolosuhteet ja 10 muokattavan radan ominaisuudet. Kalanterointiolosuhteita kuvaavia suureita ovat kalanterointiprosessin muokkaavuu-teen vaikuttavat tekijät, kuten telojen lämpötila ja pyörimisnopeus sekä kahden telan välisessä nipissä rataan kohdistuva viivakuormitus. Muokattavan radan ominaisuuksista 15 esimerkiksi kosteus, lämpötila, neliömassa ja tiheys vaikuttavat muokkautumisen määrään. Esimerkiksi kostea ja lämmin paperi muokkautuu enemmän kuin kuiva ja kylmä samoissa kalanterointiolosuhteissa. Vastaavasti paperiin, jonka tiheys kalanterille tullessa on pieni, saadaan samoisssa ka-20 lanterointiolosuhteissa aikaan suurempi tiheydenmuutos kuin entuudestaan tiheään paperiin.

: Kalanterille tulevan paperi- tai kartonkiradan ominaisuudet vaikuttavat radan muokkautuvuuden lisäksi myös kalanteroin-25 tiolosuhteisiin. Esimerkki tällaisesta vuorovaikutuksesta • » · ·.* * on radan ja kalanterin telojen välillä siirtyvä lämpö. Läm- '·* * mön siirtymisen määrään ja suuntaan vaikuttavat kalanteroi tavan radan lämpötila ja kosteus. Tällöin on mahdollista, '·’ ' että kalanterille tulevan radan epätasainen lämpötila- ’ 30 ja/tai kosteusprofiili ajan mittaan muuttaa telojen lämpö- tilaprofiilia. Telojen lämpölaajeneminen puolestaan muuttaa niiden halkaisijaprofiilia, jolloin myös nipin kuormitus-profiili muuttuu.

2 115144 Säätötekniikassa säätöön kytkettävän signaalin mukaan voidaan erottaa kaksi pääsäätötyyppiä, joita ovat takaisinkytketty ja myötäkytketty säätö. Takaisinkytketyssä säädössä 5 säädettävän suureen mitattua arvoa verrataan asetusarvoon, ja tarvittaessa säätöpiirin ohjausmuuttujan arvoa korjataan asetusarvon ja mitatun arvon välisen poikkeaman minimoimiseksi. Myötäkytketyssä säädössä ohjausmuuttujan arvoa korjataan muun kuin varsinaisen säädettävän suureen perusteel-10 la. Myötäkytkettävä signaali on tavallisesti joku mitattavissa oleva prosessihäiriö, jonka suuruuteen säätöpiiri ei pysty vaikuttamaan, mutta jonka vaikutusta säädettävään suureeseen voidaan säätöpiirin oikealla ohjauksella kompensoida .

15

Yleensä tehokas säätöratkaisu saadaan yhdistämällä takaisinkytketty ja myötäkytketty säätöperiaate. Tällöin myö-täkytkennän avulla pyritään jo ennakkoon korjaamaan tunnettujen häiriöiden vaikutusta hyödyntämällä tietoa häiriön ja 20 säädettävän suureen sekä toisaalta ohjauksen ja säädettävän suureen keskinäisistä vaikutuksista. Samanaikaisesti var-j · mistetaan säädettävän suureen pysyminen asetusarvossaan ta- kaisinkytketyn säädön avulla. Jälkimmäinen on tarpeen, kos-ka kaikkia häiriösuureita ei kuitenkaan pystytä mittaamaan, 25 ja toisaalta myötäkytkennässä on yleensä jonkin verran epä-‘ tarkkuutta.

• i

Monimuuttujasäädössä, jossa käytetään kahta tai useampaa ·’ ohjausmuuttujaa, myötäkytkennän edut korostuvat. Hyödyntä- ’·* ’ 30 mällä tietoa häiriösuureiden tilasta voidaan paremmin vali- ta ne ohj ausmuuttuj at, joilla häiriötä pystytään parhaiten kompensoimaan. Yksinkertaistaen, kun säätöalgoritmi tietää 3 115144 häiriön syyn, sillä on mahdollisuus tuottaa tilanteeseen parempi korjaus.

Kuten edellä mainittiin, on tunnettua, että kalanterissa 5 tapahtuviin radan ominaisuuksien muuttumiseen vaikuttaa ka-lanterointiolosuhteiden lisäksi myös kalanterille tulevan radan ominaisuudet. Paperia tai kartonkia valmistettaessa radan ominaisuuksia kuitenkin mitataan yleensä vasta kunkin konevaiheen jälkeen, esimerkiksi paperikoneen tai off-line 10 -kalanterin kiinnirullaimella. Koska kalanteroitavan radan ominaisuuksia ei mitata ennen kalanteria, ovat näiden vaihtelut kalanterin säätöjen kannalta tuntemattomia häiriöitä, joiden vaikutus havaitaan vasta kalanterin jälkeen suoritettavista radan ominaisuuksien mittauksista. Kalanterin 15 säätöratkaisuissa on siksi tyydyttävä pelkkään takaisinkytkettyyn säätöön, joka pystyy reagoimaan vasta, kun häiriöiden vaikutus näkyy säädettävässä suureessa.

Se, että kalanteroitavan radan ominaisuuksia ei mitata en-20 nen kalanteria, hankaloittaa myös mahdollisten radan pro-j fiiliongelmien syyn paikallistamista. Kalanterin vaikutus _· radan profiiliongelmaan voidaan selvittää eliminoimalla ka- | lanterin vaikutus mittauksista. Nykyisin käytettävällä mit- : tausjärjestelyllä tämä onnistuu vain mittaamalla kiinnirul- 25 laimelle tulevaa rataa, joka on ajettu kalanterin läpi ka lanterin nippien ollessa avattuja. Tällaiseen kokeeseen kuitenkin ryhdytään yleensä vasta, kun ongelma on esiinty-nyt jo jonkin aikaa, jolloin osa tuotantoa on sen takia me- * ;'.j netetty.

30 » · • Radan profiiliongelma ei yleensä ole niin yksinkertainen, ·, ; että se joko syntyy kalanterilla tai ennen kalanteria. On * · myös mahdollista, että kalanterille tulevan radan profiilin 4 115144 epätasaisuus vähitellen muuttaa kalanterin lämpötila-, halkaisija- ja viivakuormaprofiileja, jolloin alunperin ennen kalanteria syntynyt radan profiiliongelma muuttaa ka-lanterointiolosuhteita sellaisiksi, että kalanteri itse ai-5 heuttaa profiiliongelmia.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan aivan uudenlainen kalanterointimenetelmä, jonka avulla edellä kuvatun tekniikan ongelmat voidaan poistaa.

10

Keksintö perustuu siihen, että kalanteroitavan radan ominaisuuksia mitataan myös ennen kalanteria, jolloin mittaustuloksia voidaan hyödyntää takaisinkytketyssä säädössä vaikuttamalla suoraan kalanterin muokkautuvuustekijöihin. Mi-15 tattavia ominaisuuksia voivat olla esimerkiksi radan kosteus, lämpötila, neliömassa ja tiheys. Kalanteria ennen mitattujen suureiden vaihtelut ovat säädön kannalta tunnettuja häiriöitä. Tällöin takaisinkytkettyä säätöä voidaan täydentää häiriöiden myötäkytkennällä. Myötäkytketyssä säädös-20 sä säätöalgoritmi pyrkii kompensoimaan mitatun häiriön vaikutuksen säädettävässä suureessa ohjausmuuttujaa korjaamal-• la, jolloin ideaalitapauksessa häiriön vaikutus ei edes näy '· säädettävässä suureessa.

' : 25 Ennen kalanteria mitattuja kalanteroitavan radan ominai- ' suuksien mittaustuloksia voidaan myös hyödyntää takaisin- ' kytketyn säädön avulla muuttamalla kalanteroitavan rainan säädettävissä olevia ominaisuuksia, joita ovat kosteus ja » ♦ *·’ ’ lämpötila. Jos kalanteria ennen on rainan kostuttamiseen 30 ja/tai lämmittämiseen tarvittavat laitteet, voidaan kalan- I t * '...· terin säätöalgoritmia parantaa muuttamalla kalanteroitavan t t » * * ' ' radan muokkautuvuuteen vaikuttavia ominaisuuksia paremmin ; ·*: kalanterointiin sopiviksi.

5 5 115144 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle kalanterointimenetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Molemmissa edellä kuvatuissa ratkaisuissa kalanterin säätö-algoritmia voidaan parantaa huomattavasti verrattuna tilan-10 teeseen, jossa kalanteroitavan radan tilaa mitataan ainoastaan kalanterin jälkeen. Paremman säädön ansiosta kalanterin ajettavuus paranee ja kalanterilta hukkaan menevän tuotannon määrä vähenee. Ennen kalanteria saatuja mittaustuloksia voidaan hyödyntää myös kalanterin vikadiagnostiikas-15 sa. Mittaustulosten perusteella voidaan nopeasti päätellä, aiheutuuko tietty häiriö kalanterista vai paperikoneen muista osaprosesseista, minkä perusteella tilanne pystytään paremmin korjaamaan kalanteroinnin kannalta paremmaksi. Kalanteroitavan radan ominaisuuksien mittaaminen ennen kalan-20 teriä ja sen jälkeen helpottaa myös radan profiiliongelmien syyn paikallistamista.

Keksintöä kuvataan seuraavassa tarkemmin viittaamalla · oheisiin piirustuksiin.

'·: 25 ' * Kuvio 1 esittää kaaviollisesti yhtä keksinnön mukaista ’ * sovellusmuotoa.

·* * Kuvio 2 esittää kaaviollisesti toista keksinnön mukaista • * 30 sovellusmuotoa.

• # ♦

Kalanteroitava rata 1 kulkee kalanterin 2 läpi nuolen ·’·*: suuntaisesti. Ainakin yhtä kalanteroidun radan 1 • · 6 115144 ominaisuutta mitataan tavanomaiseen tapaan kalanterin 2 jälkeen sijoitetussa ensimmäisessä mittauskohdassa 3. Ensimmäisessä kohdassa 3 mitattavia ominaisuuksia voivat olla esimerkiksi kalanteroidun radan 1 paksuus, tiheys, 5 kireys, neliömassa ja radan pintaominaisuudet, kuten kiilto ja sileys. Kalanteria 2 ennen olevan konevaiheen ja kalanterin 2 väliin on sijoitettu toinen mittauskohta 4, jossa myös mitataan ainakin yhtä kalanterille 2 tulevan radan 1 ominaisuutta.

10

Kuviossa 1 toisessa mittauskohdassa 4 mitataan ainakin yhtä kalanterille tulevan radan 1 muokkautuvuuteen vaikuttavaa ominaisuutta, kuten lämpötilaa, kosteutta tai päällystemäärää. Säätimessä 5 verrataan ensimmäisestä 15 mittauskohdasta 3 takaisinkytkettyä mittausarvoa asetusarvoon ja tarvittaessa korjataan kalanterointiproses-sille 2 annettavan ohjausmuuttujan 6 arvoa ensimmäisessä kohdassa 3 mitatun arvon ja asetusarvon välisen poikkeaman minimoimiseksi. Ohjausmuuttujia 6 voivat olla esimerkiksi 20 kalanterin muokkaavuuteen vaikuttavat päähallintasuureet, kuten nippien viivakuormitus ja termotelojen lämpötilat.

• Lisäksi säätimelle 5 tuodaan myötäkytketty tieto toisessa : mittauskohdassa 4 mitatusta arvosta, jonka perusteella : säädin 5 kompensoi ohjausmuuttujien 6 avulla kalanterille 2 '· ’ί 25 tulevan radan 1 muokkautuvuuden vaihteluista aiheutuvien I i * » · ' häiriöiden vaikutuksia kalanterointiprosessiin. Myötäkyt- '* * kettävä signaali on tavallisesti joku mitattavissa oleva prosessihäiriö, jonka suuruuteen säätimen 5 säätöpiiri ei * » pysty vaikuttamaan, mutta jonka vaikutusta säädettävään 30 suureeseen voidaan säätöpiirin oikealla ohjauksella kompen-soida.

» I « « * t » 7 115144

Myötäkytkennällä siis pyritään ennakolta korjaamaan häiriöiden vaikutusta hyödyntämällä tietoa häiriön ja säädettävän suureen sekä ohjauksen ja säädettävän suureen keskinäisistä vaikutuksista. Samalla varmistetaan säädettävän suu-5 reen pysyminen asetusarvossa takaisinkytketyn säädön avulla. Takaisinkytkettyä säätöä tarvitaan, koska kaikkia häi-riösuureita ei kuitenkaan pystytä mittaamaan, minkä lisäksi myötäkytkennässä on yleensä jonkin verran epätarkkuutta.

10 Kuvion 2 sovellusmuodossa kalanterin 2 yhteyteen on sijoitettu toimilaite 7, kuten kostutin, lämmitin ja/tai päällystin, jolla kalanteroitavan radan 1 muokkautuvuuteen vaikuttavia ominaisuuksia voidaan säätää. Radan 1 kulkusuunnassa toimilaitteen 7 jälkeen olevassa toisessa mittauskoh- 15 dassa 4 mitatut arvot viedään takaisinkytkentänä toimilaitteen 7 säätimelle 8, joka tekee tarvittavat korjaukset toimilaitteen 7 ohjaussuureeseen 9. Näin kalanterille 2 tulevan radan 1 ominaisuudet pyritään pitämään mahdollisimman tarkasti optimaalisina kalanterointiprosessia 2 ajatellen.

20

Keksinnöllä on myös edellä kuvatusta poikkeavia sovellus-• muotoj a.

! Ennen kalanteria 2 sijoitettua rainan 1 ominaisuuksia mit- : 25 taavaa toista mittauskohtaa 4 voidaan hyödyntää myös kalan- *·* 1 terin 2 vikadiaknostiikassa. Esimerkiksi kalanteroitavan '·' ‘ radan 1 tiheys, paksuus, neliömassa ja kireysprofiili ennen kalanteria 2 ovat asioita, joihin kalanterilla 2 ei voida » · ’ vaikuttaa, mutta näitä ominaisuuksia mittaamalla voidaan > » • 30 nopeasti selvittää esimerkiksi syy jonkin kalanterin 2 oh- .· jausmuuttujan ajautumiseen äärirajoilleen. Vaikka tilannet- • ta ei kalanterilla 2 pystytäkään korjaamaan, voidaan tilan- > * * 115144 8 netta parantaa kalanteroinnin kannalta edullisemmaksi muuttamalla paperi- tai kartonkikoneen muita säätöjä.

Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan käyttää myös kalante-5 rin 2 tilan selvittämisessä. Nykyisissä kalantereissa ei pystytä tarkasti mittaamaan nippien viivakuormaprofiilia eikä termotelan lämpötilaprofiilia, jolloin näistä kalante-roitavan radan muokkautuvuuteen vaikuttavista tekijöistä tunnetaan vain ohjausasetus, ei todellista tilaa. Tällöin 10 kalanteroidussa rainassa olevien profiilivikojen syyn selvittämisessä voidaan hyödyntää tietoa kalanterilla tapahtuvasta lämpötila- paksuus-, tiheys- tai kireysprofiilin muutoksesta, koska nämä profiilit voidaan mitata keksinnössä ennen kalanteria ja sen jälkeen. Näistä paksuus, tiheys ja 15 kireys ovat usein keskenään vaihtoehtoisia ominaisuuksia, koska niiden profiilimuotojen on havaittu korreloivan voimakkaasti keskenään. Tällöin voidaan päätellä, muodostuuko haitallinen rainan profiilimuutos kalanterilla vai sitä ennen .

t * > · s · ! · · ·

Claims (6)

115144

1. Menetelmä paperi- tai kartonkiradan (1) kalanteroimi-seksi, jossa menetelmässä 5 - tuodaan rata (1) kalanterille (2), kalanteroidaan rata (1), ja 10. mitataan ainakin yhtä kalanteroidun radan (1) ominaisuutta kalanterin (2) jälkeen sovitetussa ensimmäisessä mittauskohdassa (3), ja säädetään kalanterin (2) muokkaavuuteen 15 vaikuttavaa ohjausmuuttujaa (6) ensimmäisen mittauskohdan (3) mittaustuloksen takaisinkytkennällä, 20 tunnettu siitä, että - mitataan kalanterille (2) tulevan radan (1) : lämpötilaa kalanterin (2) ja tätä ennen olevan | konevaiheen väliseen kohtaan sovitetussa 25 toisessa mittauskohdassa (4), ja • · • · säädetään kalanteroitavan radan (1) muokkautuvuutta muuttamalla radan (1) lämpötilaa (9) toisen mittauskohdan (4) • · 30 mittaustuloksen takaisinkytkennällä. • » » »

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalanterin (2) muokkaavuuteen vaikuttavana ,· ohjausmuuttujana (6) käytetään nipin viivakuormaa. 35 ίο 115144

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalanterin (2) muokkaavuuteen vaikuttavana ohjausmuuttujana (6) käytetään nipin termotelojen lämpötilaa. 5

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisessa mittauskohdassa (4) mitataan kalanteroitavan radan (1) kosteutta.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalanteroitavan radan (1) muokkautuvuutta säädetään radan (1) kosteutta muuttamalla. 15

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalanteroitavan radan (1) muokkautuvuutta säädetään radan (1) päällystemäärää muuttamalla. * 1 * 115144