FI116403B - Menetelmä kalanteroitavan paperirainan ominaisuuden säätämiseksi - Google Patents

Description

116 4 ϋ '6

Menetelmä kalanteroitavan paperirainan ominaisuuden säätämiseksi - Förfar-ande för att reglera en egenskap hos en pappersbana

Tekniikan tausta 5 Keksintö liittyy paperirainan kalanterointiin kalanterilla, jossa on profiilisäädettävä laite paperin ominaisuuksien, kuten paksuuden, säätämiseksi rainan poikkisuunnas-sa.

Kalanteroinnissa paperi ajetaan toisiaan vasten pyörivien telojen muodostaman nipin läpi. Nipissä paperi puristuu kokoon paksuimmista kohdistaan. Näin saadaan pape-10 rin pinta tasaisemmaksi, jolloin sen myös kiilto lisääntyy ja tasoittuu.

Nykyään kalanteroinnissa käytetään myös ns. profiilisäädettäviä monivyöhyketeloja, joissa kompensoidaan telan taipuma radan poikkisuunnassa. Tällaisessa telassa on telan sisällä akselin suunnassa radiaalisesti telan vaippaan painettavia kuormitus-kenkiä, joiden kunkin painetta voidaan erikseen säätää. Näin saadaan kompensoi-15 duksi telan taipumisen aiheuttama profiilinmuutos, jolloin nipin rako saadaan yhtä suureksi koko rainan leveydeltä.

Keksinnön yleinen kuvaus * I · * t : .·. Nyt on keksitty vaatimuksen 1 mukainen säätömenetelmä. Keksinnön eräitä edulli- ’·siä toteutustapoja esitetään muissa vaatimuksissa.

• I

• li • · 20 Keksinnön mukaisesti päästään rainan poikkisuuntaisen (CD) kalanterissa muuttu- * t · van ominaisuuden, kuten paksuuden, tarkkaan kokonaishallintaan kaikissa tuotanto-tilanteissa. Keksinnön mukainen mallipohjainen säätömenetelmä soveltuu sekä kone-, soft- että monitelakalantereille. Monitelakalanteri voi olla sellainen, jossa teloja • .'. kuormitetaan erikseen (Valmet OptiLoad).

Hl · • t » 25 Paperin laatusuure, johon säädöllä vaikutetaan, voi olla esimerkiksi paksuus, kiilto : ’ I *; tai sileys. Luonnollisesti samanaikaisesti voidaan säätää useampaakin suuretta.

Profilointilaite voi olla erityisesti taipumakompensoitava kalanteritela. Siinä on si-1, ‘ · j säliä yksi tai useampi profilointielin, erityisesti radiaalisuuntainen mäntä, jolla telan ;,,,: taipumaa korjataan. Profilointilaite voi olla kuitenkin myös esimerkiksi lämpötilaan 30 vaikuttava elin, kuten lämmitin. Lämmitin voi olla esimerkiksi induktiolämmitin, mahdollisesti termotelan yhteydessä, tai lämpöpuhallin.

2 116405

Piirustukset

Oheiset piirustukset liittyvät keksinnön yksityiskohtaiseen kuvaukseen. Niissä - kuva 1 esittää erästä paperin kokoonpuristuvuuskäyrää ja CD-suuntaista paksuus-profiilia vyöhykkeittäin, 5 - kuva 2 esittää paksuusmuutosmallin parametrien on-line-identifiointia, - kuva 3 esittää CD-säädintä lohkokaaviomuodossa.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Keksinnön mukaisesti käytetään kalanterissa profiloivaa laitetta, jolla voidaan haluttua paperin laatusuuretta poikki suunnassa säätää. Kalanteri voi olla yksi tai useam-10 pinippinen.

Profiloiva laite voi olla profiilisäädettävä tela. Siinä on ainakin yksi vyöhyke, jossa telan sisällä on profilointielin, jolla telan vaippaan voidaan sisältä ulospäin kohdistaa radiaalinen säädettävä voima. Tällaisia profilointielimiä on yleensä useita esimerkiksi noin 10...20 cm välein. Profilointielimiä voidaan säätää erikseen. Profiloin-15 tielimet ovat yleensä telan vaipan pintaan painettavia kuormituskenkiä. Yleensä ne ovat hydraulitoimisia.

Keksinnön mukaisesti säädetään jotain kalanteroinnissa muuttuvaa suuretta, joka pyritään saamaan tiettyyn arvoon ja johon profilointilaitteella voidaan vaikuttaa.

* « * ’ Suure voi olla erityisesti paperin paksuus, kiilto, sileys tai kosteus. Etukäteen määri- : 20 tetään malli, joka kuvaa profilointielimen voiman vaikutusta seurattavaan suuree- •,,,: seen. Kalanteroinnin jälkeen rainasta profiilisäädettävän vyöhykkeen kohdalta mita- ·*.*·: taan tätä suuretta, ja jos se eroaa asetetusta, lasketaan mallin avulla säätöelimen ' i voimaan tarvittava muutos, jolla ero saadaan korjatuksi. Kun kutakin profilointielin- tä säädetään erikseen, saadaan suure mahdollisimman vakioksi myös rainan poikki-25 suunnassa. Suure mitataan myös ennen kalanteria, jolloin mallilla lasketaan suureen : , muutos kalanterissa. Mitattava suure on sopivimmin paperin paksuus.

*...· Malli on matemaattinen malli, jossa on parametrejä. Normaalissa tuotantotilantees- : sa, jolloin konenopeudessa ei tapahdu muutoksia ja muut prosessissa tapahtuvat . · ·. muutokset ovat dynamiikaltaan hitaita, voidaan käyttää takaisinkytkettyä säätöä.

30 Matemaattinen malli on sopivimmin sellainen, joka pyrkii huomioimaan kaikkien : ”'; merkittävien muuttujien vaikutukset. Malliin sisältyvät tuntemattomat parametrit 3 1 1 6 4 u 6 määritetään koetuloksista esimerkiksi rekursiivisella algoritmilla, kuten Kalman-suotimella tai pienimmän neliösumman menetelmällä. Parametrejä voidaan päivittää tuotanto-olosuhteissa. Tämä voidaan tehdä laji- tai toimipistekohtaisesti. Päivitys voidaan tehdä on-line-algoritmilla tai laboratoriomittausten perusteella. Parametrit 5 voidaan tallettaa paperilajikohtaisiin taulukoihin. Paperilajikohtaisia tietoja voidaan käyttää myös profiilisäädettävän telan telamallin alustavakion ja vastemallin määrittämiseen.

Moninippikalanterissa matemaattisen mallin avulla voidaan määrittää kussakin ni-pissä paperissa tapahtuva muutos. Kytkemällä eri nippien malliyhtälöt toisiinsa saa- 10 daan kokonaisjäijestelmän ketjutettu malli. Tällöin siis edellisessä nipissä laskettua suureen muutoksen lähtöarvoa käytetään seuraavassa nipissä syöttötietona. Kalan-terissa, jossa on useita säädettäviä teloja, mallia voidaan näin käyttää ketjutetusta kuvaamaan kokonaisprosessia laskettaessa nippikohtaisia säädettävien telojen viiva-kuormaprofiilien asetusarvoja.

15 Mallissa voi olla parametrejä, jotka riippuvat vain kalanteroitavan paperin ominaisuuksista, sekä kalanterista riippuvia parametrejä. Mallin kertoimet voidaan määrittää esimerkiksi kokeellisesti kullekin paperilaadulle erikseen, minkä jälkeen malliyh-tälöä voidaan soveltaa mille tahansa kalanterille. Kalanterista riippuvat kertoimet määritetään kullekin kalanterille erikseen.

20 Malli voidaan formuloida siten, että se on halutun muotoinen, esimerkiksi lineaari-: nen, tuntemattomien parametrien suhteen. Tällöin erilaisia off-line- tai on-line- .···. identifiointimentelmiä voidaan soveltaa suoraan mallin tuntemattomien parametrien määrittämiseen. Tähän soveltuvat esimerkiksi pienimmän neliösumman menetelmä * tai Kalman suodin.

•,,.: 25 Eräs paperin suhteellista kokoonpuristuvuutta ε kalanterinipissä kuvava malli on ns.

Crotoginon yhtälö (ks. esim. Crotogino et ai., TAPPI Procee‘dings, 1988 Finishing :' * *: and Converting Conference, 49-57) ε = (Βι - Bf) / B; = A+μΒί.

, · ·, μ on ns. nipin intensiteettitekijä, ja täsmällisemmin

: V: 30 μ = ao + aLlogL + aslogS +aRlogR + aeO + aMM

....: jolloin B; on alkubulkki (cm3/g)

Bf on loppubulkki (cm3/g) 4 116 4 u 3 L on nippikuorma (kN/m) S on koneen nopeus (m/s) R on ekvivalenttinen telan säde (m) Θ on rainan lämpötila nipissä (°C) 5 M on rainan kosteus (%).

Esimerkiksi tätä yhtälöä voidaan käyttää mallina keksinnön mukaisessa säätömenetelmässä.

Em. malli sisältää joukon parametreja, jotka riippuvat vain ja ainoastaan kalanteroi-tavan paperin ominaisuuksista. Mallin kertoimet voidaan määrittää esimerkiksi ko-10 keellisesti kullekin paperilaadulle erikseen. Koska malliyhtälössä ei ole esimerkiksi pehmeän telan joustavuutta huomioivaa termiä, määritetään kertoimet kullekin kalenterille erikseen.

Merkittävimmät säätösuureet, joilla paksuusmuutokseen perinteisesti vaikutetaan, ovat viivakuorma ja kokillitelan lämpötila. Ratanopeus ja telojen säteet vaikuttavat 15 nippiaikaan, mutta yleensä koneen nopeus pyritään pitämään vakiona paitsi hallittujen nopeusmuutosten aikana. Rajaamalla esimerkiksi telojen säteen muutos pois voidaan malliyhtälön tuntemattomien parametrien lukumäärää haluttaessa hallitusti vähentää.

•. ·. Mallin tuntemattomat parametrit voidaan määrittää käyttäen erilaisia off-line- tai on- | 4 20 line-identifiointimenetelmiä, esimerkiksi rekursiivista pienimmän neliösumman me- netelmää tai Kalman-suodinta.

:/.: Matemaattisen mallin sijasta voidaan käyttää käyttää kokeellisesti kalanteroitavalle : ‘ paperilajille saatuja funktioita, joissa otetaan huomioon prosessiolosuhteiden vaiku- ; ‘ ‘. tus. Nämä voidaan saada esimerkiksi laatumittausjäijestelmästä tai laboratoriokoetu- 25 loksista. Nämä voidaan esittää esimerkiksi kokoonpuristuvuuskäyrästöinä.

Tietylle paperilaadulle kokeellisesti tietyissä prosessiolosuhteissa (viivakuorma, te-lan pintalämpötila, ratakosteus, ratalämpötila, konenopeus) voidaan määrittää ko-koonpuristuvuuskäyrä. Käyrän määritys voidaan tehdä hakemalla off-line-menetel-. * · ·. miä käyttäen mittapisteille funktiosovitus (esim. pienimmän neliösumman menetel- '·’ 30 mällä) tai käyttäen rekursiivisia on-line-menetelmiä kokoonpuristuvuuskäyrän tunte- ν’.: mattomien parametrien määritykseen. On-line-menetelmiä käytettäessä määritetään ‘: : eri viivakuormapisteitä vastaavat paksuusarvot ja käyrän muoto erillisen ohjelma- sekvenssin mukaisesti, jolloin viivakuormatasoa muutetaan automaattisesti.

5 1 1 i 4 υ i

Malli tai kokeellisesti saatu funktio sekä mallin mahdollinen rekursiivinen päivitys voidaan laskea esimerkiksi automaatiojärjestelmässä tai tähän välittömässä yhteydessä olevassa erillisessä laskentayksikössä.

Kuvassa 1 oikealla on esimerkkinä eräs kokoonpuristuvuuskäyrä, joka esittää pape-5 rin paksuutta viivakuorman funktiona. Tehtäessä viivakuorman muutos Δι kN/m muuttuu paperin paksuus Δι pm. Vastaavasti haluttaessa aikaansaada paperin paksuudessa muutos Δι pm joudutaan vastaavalla viivakuormatasolla tekemään viivakuormaan muutos Δι kN/m. Kuvassa 1 vasemmalla esitetään paksuuseroprofiili poikkisuunnassa eri CD-vyöhykkeissä N. Kussakin vyöhykkeessä viivakuormaa 10 muutetaan CD-säätäjällä optimaalisesti kokoonpuristuvuuskäyrän määräämällä tavalla.

CD-säädin muodostaa mitatun paksuusprofiilin ja tavoiteprofiilin erosta ohjausvies-tin, jossa on huomioitu nippi-/profiilikohtainen kokoonpuristuvuus. Mallien avulla lasketaan kullekin profrilisäädettävän telan vyöhykkeelle sellaiset ohjaussuureiden 15 asetusarvot, että CD-suuntainen tavoiteprofiili saavutetaan. Mallin tuntemattomat parametrit tai kokoonpuristuvuuskäyrät on määritetty ajettavavalle paperilajille tai vastaavat tiedot on haettu tietokannasta. Kullekin profiilisäädettävän telan vyöhykkeelle i lasketaan vastaavaa eroprofiilin Δ; pm paksuusmuutostarvetta vastaava vyö-hykekohtainen viivakuorman muutostarve Δ, kN/m.

116403 6

Kuvassa 3 esitetään CD-säätimen rakenne lohkokaaviomuodossa. Takaisinkytkentä-periaatteella toimivassa CD-säätimessä mitatusta paksuusprofiilista ja tavoiteprofii-lista muodostetaan eroprofiili, joka johdetaan säädin-/laskentalohkoon. CD-säädin-/-laskentalohko määrittää profiilisäädettävän telan optimointilaskennalle välitettävät 5 profiilinohjauspyynnöt (kN/m). CD-säädin-/laskentalohko huomioi paperin kokoon-puristuvuusmallin avulla prosessin senhetkisen tilan. Kokoonpuristuvuusmallista saatava tieto kytketään vyöhykekohtaisiin Af kN/m - ohjauksiin joko laskennallisesti tai siten, että kokoonpuristuvuusmallin avulla määritetään säätimen viritysparamet-reille (vahvistus K, integrointiaika Ti ja derivointiaika Td) eri toimintapisteissä 10 (viivakuormataso) optimaaliset arvot ns. vahvistustaulukointimenetelmää tai muuta menetelmää käyttäen. Säätimen vyöhykekohtaisia viritysparametrejä (K, Ti, Td) muutetaan siten, että eroprofiili minimoituu yhdellä ohjauskerralla ja säätö nopeutuu merkittävästi. Tällöin muodostetaan ennuste niistä ohjauksista, jotka minimoivat eroprofiilin.

15 Kokoonpuristuvuusmalli tai kokoonpuristuvuuskäyrät määritetään erillisellä on-line-tai off-line-menetelmällä automaatiojärjestelmässä tai tähän välittömästi yhteydessä olevassa erillisessä laskentayksikössä. Mallista saatua tietoa käytetään myös profiili-säädettävän telan optimoinnissa siten, että telamallin alustavakioita koqataan toimintapiste- ja paperilajikohtaisilla kokoonpuristuvuustiedoilla. Alustavakion arvot 20 vaikuttavat vastemallin muotoon joko huippua korostaen tai tasoittaen. Alustavakion v> koij aus voidaan tehdä joko off-line- tai on-line-menetelmiä käyttäen.

♦ · « • * « · » ! ) $ t « 4 i »

* I

I « · » I t t t • 4 * » » · tili*

Claims (4)

116403 7

1. Menetelmä kalanteroitavan paperirainan ominaisuuden säätämiseksi rainan poikkisuunnassa kalanterilla, jossa on ainakin yksi säädettävä profilointilaite, tunnettu siitä, että etukäteen määritetään matemaattinen malli, jossa on parametrejä, 5 jotka määritetään koetuloksista tai tuotannossa on-line-algoritmilla, ja joka malli kuvaa profilointielimen vaikutusta johonkin kalanteroinnissa muuttuvaan paperin ominaisuuteen, asetetaan tälle ominaisuudelle asetusarvo, johon kalanteroinnissa pyritään, mitataan ennen kalanteria ja kalanteroinnin jälkeen rainasta ainakin yhden profilointielimen paikkaa vastaavalta kohdalta tätä ominaisuutta ja säädetään profi-10 lointielintä siten, että mallin antamalla tavalla päästään asetettuun arvoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä paperirainan paksuuden, kiillon tai sileyden säätämiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa profilointilaite on tai-pumakompensoitava kalanteritela.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, jossa malli on mate maattinen malli, jossa parametrit tallennetaan paperilajikohtaisiin taulukoihin.