FI119113B - Säätömenetelmä ja -järjestelmä kuiturainan konesuuntaisen paksuuden säätämiseksi - Google Patents

Description

119113 Säätömenetelmä ja -jäijestelmä kuiturainan konesuuntaisen paksuuden säätämiseksi Ett regleringsförfarande och -system för att reglera fiberbanans tjocklek i maskinlinjen 5 Esillä oleva keksintö liittyy kuiturainakoneisiin. Tarkemmin esillä oleva keksintö koskee paperin tai vastaavan rainamateriaalin paksuuden säätöön käytettyä säätömenetelmää ja -järjestelmää, kun kalanteroitava raina kulkee yhden tai useampia nippejä käsittävän kuiturainakoneen kalenterin telaston lävitse.

10 Keksinnön mukainen menetelmä kattaa sekä normaalit tuotantotilanteiden vaatimat ohjaukset että ohjaukset tilanteissa, jolloin ollaan siirtymässä tuotantotilaan tai päin vastoin. Normaalilla tuotantotilanteella tarkoitetaan tilaa, jossa konenopeudessa ei tapahdu olennaisia muutoksia tai konenopeuden muutokset eivät vaikuta laatuun. Konenopeuden muutostilanteet ja koneen ylös/-alasajo edustavat tilanteita, jolloin 1S siirrytään tuotantotilaan, pois tuotantotilasta tai tuotantotilan muutos- ja siirtotiloja.

Kalanterointi on periaatteessa yksinkertainen kuiturainan prosessointivaihe. Rainaa puristetaan kalenterissa toistuvasti toisiaan vasten puristuvien, päällekkäisten telojen . ·. *. väliinsä muodostamassa/-missä nipissä/nipeissä niin, että raina tulee ohuemmaksi ja • * · • · 20 tasaisemmaksi. Ongelmallista on kuitenkin ennakoida kuinka paljon ohuemmaksi ja • · ; . tasaisemmaksi raina tällaisen prosessoinnin seurauksena tulee, koska prosessoinnin • · « • ; *: tulos on riippuvainen hyvin monesta muuttujasta ja itse rainan ominaisuuksista.

• ·· * ♦ ·· ···· : Kalanteroinitulokseen vaikuttavista jopa noin 20 muuttujasta voidaan mainita mm.

25 rainaa puristava nippikuorma, telojen halkaisijat, telojen lämpötilat, konesuuntainen • * ί,ν’ rainan ratanopeus nipin läpi, rainan kosteus, ja kalanteritelastoon tulevan rainabulkin :...· ominaisuudet, joilla kaikilla on oma vaikutuksensa saavutettavaan •’ ·' i kalanterointitulokseen. Koska eri muuttujat ja bulkin ominaisuudet antavat erilaisia :: kalanterointivasteita, on kalanterisuunnittelu ollut pitkälti kokemus- ja koetulostiedon ··· .·' : 30 varassa. Luotettavaa kokemus- ja/tai koetulostietoa on kuitenkin vaikeaa saada joten • * · • · ....: yksittäiset kalenterit ovat enemmän ja vähemmän estimaatteja ja/tai kokemustiedon • · extrapolointituloksia. Nykyisin kalantereissa pitäydytään kalanterisäädössä pitkälti 2 119113 rainan kosteuden mittaamiseen sekä rainan esi-, väli-ja välikostuksiin, koska rainan kosteuden on kokemusperäisesti katsottu korreloivan kalanteroinnilla saavutettua rainan tasaisuutta ja paksuutta. Ennestään on tunnettu 5 Tekniikan tason osalta viitataan lisäksi julkaisuihin: - /1/ RH. Crotogino, Towards a Comprehensive Calendering Equation, Transactions, Technical Section Montreal, Canada. December 1980, Canadian Pulp & Paper Association, 10 -/2/ R.H. CrotoginO,M.F. Gratton, J. Hamel, 1988, A Design Procedure for Machine

Calends, T APPI Proceedings, Finishing and Converting Conterence, Richmond, USA, October 2-6,

- /3/ R.H. Crotogino, S.M. Hussain. J.D. McDonald, 1983, Mill Application otthe Calendering Equation, Journal otPulp and Paper Science, November 1983, pp. TR

15 128-134, - /4/ J. Hamel, R.H. Crotogino, M.F. Gratton, 1992. Measurement otNip Load Distribution in Calenders Using Uncalendered Paper, Journal ofPulp and Paper Science, Voi. 18, No. 1, January 1992, pp. JI7-23.

• V. Julkaisut /1 ... 4/ käsittelevät paperin kokoonpuristuvuus- eli paksuusmuutosmallia • · 20 nippitapahtumassa.

• · :" *: 1. /5/ L. Ljung, T. Söderström. Theory and Practice of Recursive Identification, Mff • · · : Press, Cambridge 1983.

*: * Julkaisu /5/ käsittelee rekursiivista pienimmän neliösumman menetelmää tai • · * φ * • * * !,i(! Kalman suodinta paperin paksuusmuutosta kuvaava mallin formuloimiseksi siten, 25 että malli on lineaarinen tuntemattomien parametrien suhteen.

• · • · · • · · • · * · · :: Keksinnön mukaisesti päämääränä on eliminoida tai ainakin olennaisesti vähentää j ’ · *: perinteiseen kalanterointiprosessiin liittyviä heikkouksia j a epävarmuuksia. Keksinnön : (: erään aspektin mukaisesti päämääränä on aikaansaada uusi ja keksinnöllinen menetelmä * .·.t: 30 kuiturainan konesuuntaisen paksuuden säätämiseksi. Keksinnön erään toisen aspektin • · ....: mukaisesti päämääränä on aikaansaada uusi ja keksinnöllinen järjestelmä kuiturainan konesuuntaisen paksuuden säätämiseksi. Keksinnön yleisen aspektin mukaisesti 3 119113 päämääränä pyritään kuiturainan, edullisesti paperin konesuuntaisen paksuuden tarkkaan kokonaishallintaan kaikissa tuotantotilanteissa ja/tai siirryttäessä kalanterilla ylösajotilasta tuotantotilaan tai päinvastoin. Keksinnön erään toisen yleisen aspektin mukaisesti päämääränä on säätää paperin paksuus halutuksi käyttäen nippikohtaisia 5 ohjauksia.

Näiden päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle säätömenetelmälle, jossa sovelletaan kuiturainan kokoonpuristuvuusmallia kuiturainan paksuuden säätämiseksi, kun kalanteroitava raina kulkee yhden tai useampia nippejä käsittävän kuiturainakoneen 10 kalenterin telaston lävitse, yleisesti ominaista, että nipissä sovelletaan kuiturainan konesuuntaisen paksuuden kokoonpuristuvuusmallia kuiturainan koneensuuntaisen kokoonpuristumisen ohjaamiseksi ja säätämiseksi laskettaessa nippikohtaista viivakuormituksen ja kokillitelojen pintalämpötilojen asetusarvoja, ja kokoonpuristuvuusmallin avulla saatua paksuuden ennustearvoa verifioidaan ainakin 15 nipin tai kalenterin jälkeisen paksuusmittauksen arvolla.

Edullista on, että mallin avulla saatua paksuuden ennustearvoa verifioidaan, sen oikeellisuuden varmistamiseksi, ainakin nipin tai kalenterin jälkeisen . *. *. paksuusmittauksen arvolla. Tällöin on lisäksi edullista, että ennustearvoa verifioidaan • · : *. *. 20 nippiä tai kalenteria edeltävän paksuusmittauksen tai paksuuden laboratoriomäärityksen • · ·*"· arvolla.

• · ·*· • * • · * • · · • · · m •: · Eräälle suoritusesimerkin mukaisesti, laskettaessa nippikohtaisia viivakuormituksen ja • · · · ; kokillitelojen pintalämpötilojen asetusarvoja, nipeissä käytetään kuiturainan 25 kokoonpuristuvuusmallia ketjutetusti kalenterin kokonaisprosessin kuvaamiseksi.

* • · * • · * • * • · · :... * Keksinnön mukaisesti menetelmää voidaan soveltaa sekä normaalissa tuotantotilassa • * · *: että konenopeuden muutosten yhteydessä. Keksinnön mukaiselle säätömenetelmälle on • · ; *": omaista myös se, että matemaattisen malliyhtälön parametreja päivitetään laji- ja * · · ; 30 toimintapistekohtaisesti on-line -algoritmilla, ja että päivitetyt parametrit talletetaan • · · φ · ..,.: laj ikohtaisiin taulukoihin.

4 119113

Keksinnön eräälle toteutusesimerkille on ominaista, että kuiturainan kokoonpuristuvuusmal 1 i n avulla määritetään kussakin nipissä tapahtuva paksuuden muutos, ja että kytkemällä paksuuksien muutoksien mallit eri nipeissä toisiinsa saadaan kokonaisjäijestelmän ketjutettu malli. Tällöin siis edellisessä nipissä laskettua 5 paksuusmuutoksen antotietoa käytetään seuraavalle nipille paksuusarvon syötetietona.

Tuotantotilassa, jolloin konenopeudessa ei tapahdu muutoksia ja muut prosessissa tapahtuvat muutokset ovat dynamiikaltaan hitaita käytetään paperin paksuuden säätöön takaisinkytkettyä säätöä, jolloin hyödynnetään mallin antamia estimoituja nippikohtaisia 10 viivakuorman ja pintalämpötilan ennusteita halutun kuiturainan paksuuden saavuttamiseksi.

Muutostilassa, jolloin konenopeus joko kasvaa tai pienenee, säätö toteutetaan malliin perustuvana ennakoivana säätönä.

15

Edellä mainittujen päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle säätöjärjestelmälle, joka soveltaa kuiturainan kokoonpuristuvuusmallia, kuiturainan paksuuden säätämiseksi, kun kalanteroitava raina kulkee yhden tai useampia nippejä . . käsittävän kuiturainakoneen kalenterin telaston lävitse, yleisesti ominaista, että • · · • · · 20 säätöjärjestelmä soveltaa nipissä viivakuormituksen ja kokillitelojen pintalämpötilojen • · ’···, asetusarvojen laskennassa kuiturainan konesuuntaisen paksuuden kokoonpuristuvuus- • * • * * : . mallia kuiturainan koneensuuntaisen kokoonpuristumisen ohjaamiseksi ja säätämiseksi, • * φ ··· · .:. ja että säätöjärjestelmä verifioi mallilla saatua paksuuden ennustearvoa ainakin nipin tai • * ♦ . *". kalenterin jälkeisen paksuusmittauksen arvolla.

*· · 25 : ’:*: Edullista on, että säätöjärjestelmä verifioi mallilla saatua paksuuden ennustearvoa, sen • · : * * *: oikeellisuuden varmistamiseksi, ainakin nipin tai kalenterin j älkeisen • * * : ·. *. paksuusmittauksen arvolla. Tällöin on lisäksi edullista, että säätöjärjestelmä verifioi • · • · .·**. ennustearvoa nippiä tai kalenteria edeltävän paksuusmittauksen tai paksuuden φ·· .* . 30 laboratoriomäärityksen arvolla.

• ·· • · m • ·

Keksinnön eräälle suoritusesimerkille on ominaista, että nippikohtaisten 5 119113 viivakuormitusten ja kokillitelojen pintalämpötilojen asetusarvojen laskennassa, järjestelmä soveltaa nippien ohjauksessa ja säädössä kuiturainan kokoonpuristuvuus-mallia ketjutetusti kalenterin kokonaisprosessin ohjaamiseksi ja säätämiseksi.

S Suositeltavan toteutusmuodon mukaisesti jäijestelmä on sekä normaalin tuotantotilan että konenopeuden muutostilan säätöjägestelmä. Keksinnön mukaiselle säätöjärjestelmälle on ominaista myös online-algoritmi, joka päivittää matemaattisen malliyhtälön parametreja laji-ja toimintapistekohtaisesti, ja että päivitetyt parametrit talletetaan lajikohtaisiin taulukoihin.

10

Yleisesti esillä olevan keksinnön uutuus ja keksinnöllisyys liittyy käytettyyn lähestymistapaan muodostaa paperin kokoonpuristuvuudelle nipissä matemaattinen malli, jota hyödynnetään laskettaessa nippikohtaisesti ohjauksia viivakuormille ja lämmitettävien kokillitelojen pintalämpötiloille. Menetelmä soveltuu sekä yksi-, kaksi-15 tai useampinippisille kalantereille sekä monitelaisille kalentereille.

Keksinnön mukaisen järjestelmän eräässä toteutusesimerkissä kuiturainan kokoonpuristuvuusmalli määrittää kussakin nipissä tapahtuvan kuiturainan paksuuden . . muutoksen ja kytkemällä mallin mukaiset paksuuksien muutokset eri nipeissä toisiinsa • · · 20 muodostuu kalenterin kokonaisjäijestelmän ketjutettu malli. Tällöin siis edellisessä • · « • · *.. I nipissä laskettu paksuusmuutoksen antotieto on seuraavalle nipille paksuusarvon • * syötetieto.

• * · ··· * • · ”··. T uotantotilassa, jolloin konenopeudessa ei tapahdu muutoksia ja muut prosessissa • * ··· 25 tapahtuvat muutokset ovat dynamiikaltaan hitaita, kuiturainan paksuuden säätö on . *. *. takaisinkytkettyä säätöä, joka hyödyntää mallin antamia estimoituja nippikohtaisia • ♦ viivakuorman ja pintalämpötilan ennusteita halutun paksuuden saavuttamiseksi ··· ·· · • · · • ·

Muutostilassa, jolloin konenopeus joko kasvaa tai pienenee, kuiturainan paksuuden • » 30 säätö on malliin perustuvaa ennakoivaa säätöä.

• · « • ·· • ·

Keksinnön suojapiirin osalta viitataan oheiseen vaatimusasetelmaan ja keksintöä ja sen 6 119113 erityisiä suoritusmuotoja selitetään tarkemmin seuraavassa keksinnön selityksen erityisessä osassa viittaamalla oheisiin patenttipiirustuksiin, joissa FIG.l kuvaa yleisesti päällystysasemalla varustetun on-line paperikoneen viimeistelyosaa alkaen päällystysasemalta ja päättyen kiinnirullaimeen, johon 5 viimeistelyosaan on implementoitu keksinnön mukainen säätö- j a ohjaus, FIG.2 kuvaa paperirainan paksuuden säätöä kaksinippisessä kalenterissa.

FIG.3 kuvaa paperin paksuuden säätöä OptiLoad-kalanterissa, kun a) vallitsee tasainen viivakuormajakauma ja b) tapahtuu muutos viivakuormissa, 10 c) tapahtuu viivakuormajakauman yhdensuuntaissiirto ja d) vallitsee epäjatkuva viivakuormajakauma FIG.4 kuvaa modifioitua OptiLoad-kalanteria, jossa ylä-ja alatelasto ovat toisistaan erillään niin, että kääntönippi on auki ja jossa ylä-ja alatelastoilla on erilaiset viivakuormajakaumat, jolloin on kasvatettu mahdollisuutta rainan sekä toispuoleisuuden 15 säätöön että kiiltosäätöön, F1G.S kuvaa prosessitilaa kalenterissa, kun konenopeus muuttuu, kalenterin ennakoivaa ohjausta ja säätöä varten, ja FIG.6 kuvaa kalenterin prosessitilaa, so. ylösajoa, jossa konenopeutta nostetaan portaittain.

« » · ·· * 20 • · » “v • · • · . * * *. Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa sekä ns. off-line että on-line • · ··· : kalanterikonstruktioille.

* * » »·· * ··· * · · · : “ *: Viitataan kuvioon 1, jossa on esitetty kaaviomaisesti on-line paperikoneen ··« 25 viimeistelyosa päällystysaseman 1 ja kiinnirullaimen 6 välillä, jolloin viimeistelyosaan : : kuuluu lisäksi • i • · » !.,.: i. kuivaimia, edullisesti infrapunakuivaimia 2 ja leijukuivaimia 3, ί V. ii. sylinterikuivainyksikkö 4, • i iii. kalanteri 5, joka on kuvion 1 esimerkissä monitelakalanteri, joka käsittää • · · 30 pehmeäpintaisia polymeeriteloja 11 ja/tai paperiteloja tai muita pehmeäpintaisia • · · teloja, sekä kokilliteloja 10, joista yksi tai useampi voi olla lämmitettävä, • · tyypillisesti kovapintainen termotela.

7 119113

Keksinnön implementoimiseksi paperikoneeseen, on keksinnön mukaisesti edullista, että kalanterin 5 jälkeen on jäljestetty rainan W paksuuden mittausasema 7, ja että rullaimen 6 yhteyteen järjestetty rainan konenopeuden mittausasema 8, ja että S valinnaisesti joko - kalanteria 5 ennen jäljestetty rainan W paksuuden mittausasema 9a, tai - kalanteria 5 ennen jäljestetty rainan W paksuuden määritysasema, joka antona saadaan syötteeksi keksinnön rainan konesuuntaisen paksuuden ohjaus-ja säätömenetelmälle sekä jäijestelmälle laboratoriomittauksiin perustuva paksuusarvo.

10

Esillä oleva keksintö hyödyntää siis näin laatumittausjäijestelmästä saatavia kuiturainan paksuus ja neliöpainomittauksia. Tällöin voivat laatumittausjäijestelmän mittausasemat kuiturainan paksuuden säätämiseksi kalenterissa 5 sijaita ennen ja jälkeen kalanterin 5, jolloin kalanteria ennen on yksi rainan paksuuden mittausasema 9a ja kalanterin jälkeen 15 on toinen rainan paksuuden mittausasema 7.

Keksinnön mukaisesti voi kuiturainan W paksuuden säätämiseksi ja ohjaamiseksi mittausasemajäijestely olla jäljestetty myös siten, että käytetään vain yhtä #. tφ mittausasemaa 7, j oka tällöin sij aitsee kalanterin 5 j älkeen. Tällaisessa • · · ; ·. ·, 20 mittausasema) äij estetyllä on keksinnön mukaisesti syytä käyttää kalanteria 5 edeltävän • · e · .···, mittausaseman sijasta laboratoriomäärityksellä 9b saatavia kuiturainan paksuusarvoja.

e · • · i » · • · · t*« .:. Kuiturainan, kuten paperin kokoonpuristuvuusmallin avulla voidaan määrittää kussakin • · · · ·*". nipissä N tapahtuva paperin paksuuden muutos. Kytkemällä eri nippien malliyhtälöt ··» 25 toisiinsa saadaan kokonaisjäijestelmän ketjutettu malli. Tällöin siis edellisessä nipissä : *: *: laskettua paperin paksuumuutoksen antotietoa käytetään seuraavassa nipissä paperin · paksuuden tulotietona.

·· · • · · • φ • · .' * *. Menetelmässä kuiturainan, kuten paperin paksuutta kalanterin 5 jälkeen tai • tt / . 30 kiinnirullaimella 6 säädetään käyttämällä hyväksi paperin kokoonpuristuvuutta kuvaava « tt (|tt| mallia. Malli pyrkii huomioimaan kaikkien merkittävien muuttujien vaikutukset paperin · kokoonpuristuvuuteen. Matemaattiseen malliin sisältyvät tuntemattomat parametrit 8 119113 määritetään rekursiivisella algoritmilla. Soveltuva rekursiivinen on sinällään tunnettu, minkä vuoksi se on tässä tuotu esiin ainoastaan mainintana. Esimerkkeinä rekursiivisesta algoritmista voidaan mainita Kalman suodin ja pienimmän neliösumman menetelmällä. Mallin avulla lasketaan kullekin nipille N sellaiset ohjaus- ja 5 säätösuureiden asetusarvot, jotta haluttu paperin paksuus saavutetaan.

Normaalissa tuotantotilanteessa, jolloin konenopeudessa ei tapahdu muutoksia ja muut prosessissa tapahtuvat muutokset ovat dynamiikaltaan hitaita,, käytetään paperin paksuuden säätöön takaisinkytkettyä säätöä. Tällöin säätö käyttää hyväksi mallin 10 antamia estimoituja nippikohtaisia viivakuorman ja pintalämpötilan ennusteita siten, että haluttu paperin paksuus saavutetaan. Muutostilojen yhteydessä, jolloin konenopeus joko kasvaa tai pienenee, toteutetaan säätö malliin perustuvana ennakoivana säätönä. Olennaista on, että mallin avulla saatujen ennustearvojen oikeellisuutta verifioidaan ainakin nipin N tai kalenterin S jälkeisellä paksuusmittauksella 7. Edullista on tällöin 1S hyödyntää myös nippiä N tai kalenteria 5 edeltävää paksuusmittausta 9a tai paksuuden laboratorio määritystä 9b.

Kuiturainan, kuten paperin kokoonpuristuvuusmalli sekä mallin parametrien a Va rekursiivinen päivitys lasketaan joko automaatiojärjestelmässä tai tähän välittömässä * 4 f . ‘ p 1 20 yhteydessä olevassa erillisessä laskentayksikössä. Paperin kokoonpuristuvuus- eli • · , · · ·, paksuusmuutosmalli huomioi nippitapahtuman sitomalla toisiinsa: • · : - käytetyn kalanteroimattomanjakalanteroidun paperin huikin (cm3/g), • · · ··* · - kuiturainan W paksuuden (pm), • t · · - nipin N viivakuorman (kN/m), • •4 25 - kuiturainan konenopeuden (m/s), - kalanterin 5 telojen 10,11 säteen (m), • · :***: - kuiturainan lämpötilan (eC) ja ;v, - kuiturainan kosteuden (%).

• ♦ • * ,··*. Malli sisältää joukon parametreja, jotka riippuvat vain ja ainoastaan kalanteroitavan • · » .* . 30 paperin ominaisuuksista. Mallin kertoimet voidaan määrittää esim. kokeellisesti • *·· [ ! kullekin paperilaadulle erikseen, minkä jälkeen malliyhtälöä voidaan soveltaa mille • · tahansa kovanippiselle tai pehmeä nippiselle kalenterille 5. Koska malliyhtälöön ei 9 119113 sisälly termiä, joka huomioisi pehmeän telan 10 joustavuuden, riippuvat malliparametrit myös käytettävästä kalenterista. Mallia voidaan kuitenkin soveltaa, kun sen kertoimet määritetään jokaiselle kalanterille 5 erikseen. Merkittävimmät säätösuureet, joilla paksuusmuutokseen perinteisesti vaikutetaan, ovat viivakuorma ja kokillitelan 10 5 lämpötila. Ratanopeus ja telojen 10,11 säteet vaikuttavat viipymäaikaan nipissä N eli nippiaikaan, mutta yleensä koneen nopeus pyritään pitämään vakiona, paitsi hallittujen nopeusmuutosten aikana. Rajaamalla esim. telojen 10,11 säteen muutos pois voidaan malliyhtälön tuntemattomien parametrien lukumäärää hallitusti pienentää. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä kattaa kuitenkin kaikki vaihtoehdot.

10

Kuiturainan W paksuusmuutosta kuvaava malli on keksinnön mukaisesti formuloitu siten että se on lineaarinen tuntemattomien parametrien suhteen. Tällöin erilaisia offline tai on-line identitiointimenetelmiä voidaan soveltaa suoraan mallin tuntemattomien parametrien määrittämiseen. Esim. rekursiivinen pienimmän neliösumman menetelmä 15 tai Kalman suodin soveltuvat tehtävään. Menetelmässä identifioitujen parametrien oikeellisuus tarkistetaan laskemalla estimoitujen parametrien ja malliyhtälön avulla estimaattit viivakuormalle nipissä N ja esim. kokillitelan 10 pintalämpötilalle. Vertaamalla esim. viivakuorman oloarvoa ja systeemimallin avulla laskettua (' viivakuorman estimaattia, voidaan päätellä ovatko saavutetut parametrien estimaatit * « · 20 hyväksyttävissä.

• · • * ♦ ·· • · • · f ♦· : , ·, Keksinnön mukaisesti hyväksyttävät paperilajin ja prosessin toimintapistekohtaiset ··» * malliyhtälön parametrien arvot talletetaan erilliseen tietokantaan tai automaatio .··*. järjestelmän lajiresepteihin, josta ne voidaan ottaa käyttöön kun ko. paperilaji tulee ♦ ·· 25 tuotantoon.

• · • · • · · • ·

Keksinnön yleisen perusajatuksen mukaisesti paperin paksuuden säätämiseksi IV, konesuunnassa, mallipohjainen paperin paksuussäätäjä muodostaa mitatun • · • * .**·. paksuusarvon ja tavoitepaksuusarvon erosta ohjausviestin, joka perustuu yhdistettyyn M»

.* . 30 nippikohtaiseen paperin kokoonpuristuvuusmalliin. Mallien avulla lasketaan kullekin N

• ·· ']"! nipille sellaiset ohjaus-ja säätösuureiden asetusarvot, jotta haluttu loppupaksuusarvo • · saavutetaan. Mallin tuntemattomat parametrit on tällöin määritetty ko.

ίο 119113 prosessiolosuhteissa tuotannossa olevalle paperilajille tai ladattu tietokannasta. Konenopeuden muutostilojen yhteydessä säätöalgoritmi laskee nippikohtaisen viivakuorman ja kokillitelan pintalämpötilan muutostarpeen ratanopeuden muuttuessa.

5 Normaalissa tuotantotilanteessa, jolloin ratanopeus ei muutu säätö toteutetaan takaisinkytkettynä säätönä, jolloin paperin paksuuden asetusarvon ja mittauksen perusteella muodostetaan tieto paksuuserosta, jonka perusteella säätöalgoritmi tekee tarvittavat muutokset tietokonesäädölle valittujen nippien viivakuormiin ja/tai kokillitelojen pintalämpötiloihin tai ainoastaan viivakuormiin. Menetelmässä kaikki 10 nipit ovat valittavissa tietokonesäädölle.

Viitataan kuvioon 2, jossa esitetään paperin paksuuden säätöä kaksinippisessä kalenterissa. Tällöin ennen kiinnirullausta eli kalanterin S jälkeen olevalta mittausaseman 7 laatumittausanturilta saadaan paperin paksuuden oloarvo, jota 15 säätöohj elma vertaa asetusarvoon. Asetusarvon j a mittauksen paksuuseron perusteella lasketaan vastaava kokonaispaksuuden (Ajxm) muutos, joka tietikonesäädölle valittujen nippien N pitää saada aikaan. Kokonaispaksuusero (Apm) jaetaan tietokonesäädölle valituille nipeille (i = 1 ... N) suhteellisella painokertoimella (0-100 %) painotettuna siten, että painokertoimien summa on kuitenkin 100. On korostettava, että esillä olevan • · · • » 20 keksintö kattaa myös muunlaiset tavat jakaa paksuusero nipeille. Suhteellisessa jaossa * ·* , · · *. kunkin painokertoimen osoittama osuus paksuuserosta kohdistuu valitulle nipille Nj.

**·* j Paperin kokoonpuristuvuusmallia käytetään laskettaessa vaadittavat muutokset kunkin ♦ ·· ♦ • | · nipin ohjausten asetusarvoihin (ASetPoints). Uudet asetusarvot välitetään tämän jälkeen »··· : * * *: yksikkösäädinpiireille, jotka toteuttavat asetusarvojen muutokset.

··· 25 : V: Viitataan kuvioon 3 ja tarkastellaan seuraavaksi monitelaista OptiLoad-kalanteria ja *·· :§(4! erilaisia kuormitustilanteita OptiLoad-kalanterissa.

·· · • · « • ♦ • ·

Kun OptiLoad-kalanteria ajetaan tasakuormitteisesti eli kaikissa nipeissä on yhtäsuuri ··· . 30 viivakuorma niin kokonaispaksuuseron (Apm) koijaus tehdään muuttamalla telaston • ·· kuormitusta ala- tai/ja yläsylinteriä ohjaamalla. Tällöin ei siis haluta tehdä muutosta • « viivakuormajakauman muotoon (FIG.3a).

11 119113

Mikäli OptiLoad-kalanteria ei ajeta tasakuormitteisesti ja viivakuormajakauman muutokset ovat sallituja, muutetaan joko ylänippien nippikohtaisia kuormitustasoja (Kuva 3b), jolloin alanipin kuormitustaso pysyy muuttumattomana, tai alanippien 5 nippikohtaisia kuormitustasoja (ei esitetty), jolloin ylänipin kuormitustaso pysyy muuttumattomana.

OptiLoad-kalanterissa on mahdollista myös tehdä kuormitusj akauman "yhdensuuntaissiirto", jolloin voidaan säilyttää kuormitusjakauman muoto (Kuva 3c).

10 Tällöin muutetaan ylä· ja alanipin kuormituspisteen paikkaa kN/m-akselilla eli lisätään tai kevennetään nippien kuormitusta samalla kN/m-määrällä.

Mahdollista on myös muuttaa, tietyissä rajoissa, kuonnitusjakaumaa siten, että se ei ole lineaarinen vaan diskreetisti epäjatkuva (Kuva 3d). Tällöin OptiLoad-kalanterin 15 välitelojen massoja yli· tai alikevennetään sallituissa rajoissa.

Viitataan kuvioon 4. Keksintöä voidaan soveltaa myös modifioidulle OptiLoad-kalanterille, jossa kääntönipin telat ovat kiinteät ja/tai asemoitavat siten, että kääntönippi voi olla auki erillisten ylä- ja alatelaston muodostamiseksi, jolloin *** * : ·, ·. 20 viivakuormajakaumia voidaan säätää ylä- ja alatelastossa erikseen. Tällöin ylätelaston • · « * ,···. kuormitus voidaan aikaansaada ylätelallaZ-teloilla ja alatelaston kuormitus voidaan • · · * : aikaansaada alatelalla/-teloilla. Tällaisessa modifioidussa kalanterissa voidaankin • · · • f· ♦ • |. kumpaakin telastoa ohjata erilaisella kuormitusjakaumalla riippuen laatukriteereistä.

»··· : * * *: Etuna on tällöin, että paperin toispuoleisuutta voidaan hallita paremmin kytkemällä ··* 25 esim. kokillitelojen lämpötilan säätö ja höyrylaatikoiden ohjaus toisiinsa : V: telastokohtaisesti (ylätelasto/alatelasto). Toispuoleisuuden säädössä myös kiiltomittaus ··· voidaan kytkeä jäqestelmään.

M · * * · • · • « . ’ * *. Modifioidun OptiLoad-kalanterin ylä- ja alatelastossa voidaan lisäksi toteuttaa, edellä

»M

/ . 30 kuvion 3 yhteydessä selitetyt normaalin OptiLoad-kalanterin viivakuormajakauman ·* ohjausperiaatteet.

• · 12 119113

Viitataan kuvioihin 5 ja 6. Kuviossa 6 on havainnollistettu asetusarvojen välitystä kuviosta 5 poiketen inkrementeittäin.

Kuvion 5 mukaisessa tilassa, jossa konenopeus muuttuu, toteutetaan säätö siis 5 ennakoivasti. Tarkastellaan ensin normaalia kalenteria (ei OptiLoad). Tehtäessä konenopeudessa muutos pisteestä A pisteeseen C, menetellään seuraavasti. Pisteessä A lasketaan pistettä C vastaavat viivakuorman ja/tai pintalämpötilojen asetusarvot mallin avulla siten, että huomioidaan konenopeuden muutoksesta (ASpeed) aiheutuvat koijaukset ohjauksiin.

10

Uudet asetusarvot välitetään joko välittömästi konenopeuden muutoksen alkaessa, so. piste A, tai inkrementeittäin konenopeusmuutoksen aikana (FIG.6). Tähän valintaan vaikuttavat konenopeuden muutoksen suuruus (AL) ja muutosaika (AT).

15 Koneen ylösajon aikana menetellään esim. kuvion S murtoviivan oikeanpuoleisen esitystavan mukaisesti. Pisteessä A' lasketaan joko pistettä B' tai pistettä C vastaavat uudet asetusarvot mallin avulla. Mikäli koneen kiihdytys tehdään välivaiheen B' kautta voidaan tavoitenopeutta C vastaavat asetusarvot välittää joko pisteessä A', B' tai ^ . inkrementeittäin porrastaen (FIG.6).

• · · 20 • · · * · * · ,···, Keksinnön mukaisesti voidaan asetusarvojen alku- ja loppupisteiden arvojen perusteella • * ·♦· : laskea vapaasti määritettävä lukumäärä inkrementtipisteitä, jotka aktivoituvat kun ··« ♦ konenopeus on saavuttanut ko. asetusarvoa vastaavan nopeuden. Toisaalta mikäli esim.

.***. kokillitelojen pintalämpötilan lämmitysjäijestelmän hitaus (aikavakio t) halutaan ottaa ··· 25 mukaan, voidaan pistettä C vastaavat pintalämpötilan asetusarvot välittää jo pisteessä : * * ’: (A’~ t) tai huomioida hitaus inkrementtijaossa. Mikäli koneen ylösajo tehdään vaihetta :***: B’ käyttäen, lasketaan, riippuen ajasta (AT*), myös pistettä B’ vastaavat viivakuormitusten ja/tai pintalämpötilojen asetusarvot, joita käytetään lähtöarvoina • · siirryttäessä tilaan C.

»·· 30 < · t • ·· ! On syytä korostaa, että keksinnön mukainen menetelmä kattaa myös tilanteet, jolloin • · konenopeusmuutosten tai ylösajon aikana käytetään hyväksi laatumittausjäijestelmästä 13 119113 saatavia joko täyden profiilin mittauksia tai osittaisia profiiUmittauksia.

Osittaisessa profiilimittauksessa laatumittausjäijestelmän mitta-anturi voi olla ns. pistemittauksella (ei traversoi) tai mitta-anturi voi traversoida vain osittain, esim. 0.5 -5 1.0 m leveydeltä. Tällöin aina uuden luotettavan mittaustiedon valmistuttua tehdään koijaus asetusarvoihin malliyhtälön tai muun koijauslaskennan perusteella.

Keksinnön sovellettavuuden selkinnyttämiseksi todetaan vielä, että OptiLoad-kalanterilla, jollaisen erilaisia viivakuormajakaumamahdollisuuksia on esitetty kuviossa 10 3, konenopeuden muutoksista aiheutuvat asetusarvomuutokset toteutetaan siten, että lasketaan konenopeuden muutoksesta aiheutuvat kolaukset viivakuormiin toimintastrategiaksi valitulle viivakuormajakaumalle kuvioiden 3a-3d mukaisesti. Tällöin konenopeusmuutosten aikana muutetaan ja ohjataan kokillitelojen 10 pintalämpötiloja sekä nippien N viivakuormien asetusarvoja joko telaston 10,11 15 kuormituksen (kuva 3a), nippikohtaisen kuormitustasojen (kuva 3b), kuormitusjakauman paikan (kuva 3c) tai kuormitusjakauman muodon (kuva 3d) perusteella ja edellä kuvioiden 5 ja 6 yhteydessä esitetyllä tavalla.

. . Keksintöä on selostettu edellä vain esimerkinomaisesti. Tällä ei ole kuitenkaan millään • · a • · · •V, 20 tavoin tarkoitus rajata esillä olevaa keksintöä ja kuten on alan ammattimiehelle selvää • · • 4 . · · 1. monet vaihtoehtoiset tai ekvivalentit ratkaisut, toteutukset j a muunnelmat ovat • · : .·. mahdollisia oheisen vaatimusasetelman määrittelmän suojapiirin puitteissa.

• · a aa· a • • aa

• »M

·1 • · • · ··· • 4 • · · • · 4 • · • 44 • · • · ··· a • a · aa# • a a · *·· • · • a • aa a • a a a a • aa • · a

Claims (18)

1. Säätömenetelmä, jossa sovelletaan kuiturainan (W) kokoonpuristuvuusmallia kuiturainan paksuuden säätämiseksi, kun kalanteroitava raina (W) kulkee yhden tai 5 useampia nippejä (N) käsittävän kuiturainakoneen kalanterin (5) telaston (10,11) lävitse, tunnettu siitä, että nipissä (N) sovelletaan kuiturainan (W) konesuuntaisen paksuuden kokoonpuristuvuusmallia kuiturainan koneensuuntaisen kokoonpuristumisen ohjaamiseksi ja säätämiseksi laskettaessa nippikohtaista viivakuormituksen ja kokillitelojen (10) pintalämpötilojen asetusarvoja, ja kokoonpuristuvuusmallin avulla 10 saatua paksuuden ennustearvoa verifioidaan ainakin nipin (N) tai kalanterin (5) jälkeisen paksuusmittauksen (7) arvolla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että ennustearvon verifioidaan nippiä (N) tai kalanteria (5) edeltävän paksuusmittauksen 15 (9a) tai paksuuden laboratoriomäärityksen (9b) arvolla.

3. Patenttivaatuimuksen 1 ja/tai 2 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että laskettaessa nippikohtaisia viivakuormituksen ja kokillitelojen (10) pintalämpötilojen • V · asetusarvoja, nipeissä (N) sovelletaan kokoonpuristuvuusmallia ketjutetusta kalanterin t 20 (5) kokonaisprosessin kuvaamiseksi.

• · • · · • · • · • · · ! .*. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että • * I 7 ’ • tt · kuiturainan kokoonpuristuvuusmallilla määritetään kussakin nipissä (N) tapahtuva »··· , * · *, kuiturainan paksuuden muutos, jolioin toisiinsa kytketyt mallin mukaiset paksuuksien • · · 25 muutokset eri nipeissä muodostavat kalanterissa (5) ketjutetun kokonaisprosessin , ,·, mallin, jossa edellisessä nipissä laskettu paksuumuutoksen antotieto on seuraavalle • * · Ml , · ·, nipille paksuusarvon syötetieto. « · • M * I I I

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että • · ' ·; · * 30 säätömenetelmää sovelletaan sekä normaalissa tuotantotilassa, kun konenopeus pysyy • · ! t ϊ t ί Pysyy muuttumattomana, että konenopeuden muutosten yhteydessä. • * * · · · • i 15 119113 *

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että matemaattisen kokoonpuristumismalliyhtälön parametreja päivitetään laji-ja toimintapistekohtaisesti on-line -algoritmilla, ja että päivitetyt parametrit talletetaan lajikohtaisiin taulukoihin. 5

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että tuotantotilassa käytetään paperin paksuuden säätöön takaisinkytkettyä säätöä, jolloin hyödynnetään mallin antamia estimoituja nippikohtaisia viivakuorman ja pintalämpötilan ennusteita halutun kuiturainan paksuuden saavuttamiseksi, ja että muu- 10 tostilassa, jolloin konenopeus joko kasvaa tai pienenee, säätö toteutetaan malliin perustuvana ennakoivana säätönä.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että, kun konenopeus muuttuu alkuarvosta (A, A’) tavoitearvoon (C, C’, C”), lasketaan 15 ensin, huomioiden konenopeuden muutoksesta ( Speed) aiheutuvat korjaukset ohjauksiin, tavoitearvoa vastaavat viivakuorman ja/tai pintalämpötilojen asetusarvot, että uudet asetusarvot välitetään joko välittömästi konenopeuden muutoksen alkaessa inkrementeittäin konenopeusmuutoksen aikana. • · • t · • · « • · !*.*. 20

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että • · • * * *; kokilliteloj en (10) pintalämpötilan lämmitysjärjestelmän hitauden huomioimiseksi, fft • ;*· tavoitearvoa (C, C\ C) vastaavat pintalämpötilan asetusarvot välitetään jo pisteessä ·»· « ··· (A’-1) tai lämmitysjärjestelmän hitaus huomioidaan inkrementtijaossa. ···· ··* • · • · *··

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen säätömenetelmä, tunnettu siitä, että . ,·, kun koneen ylösajo tehdään alkuarvon (A, A’) ja tavoitearvon (C, C\ C”) välivaihetta ·· · . · · ·. B’ käytäen, lasketaan, riippuen muutosajasta ( T’)> myös välivaihetta vastaavat nipin *···* \ (N) viivakuormitusten ja/tai pintalämpötilojen asetusarvot, joita käytetään lähtöarvoina • » · *·· siirryttäessä tavoitearvon tilaan. 30 • · V,!

11. Säätöjärjestelmä, joka soveltaa kuiturainan (W) kokoonpuristuvuusmallia, ί,’·· kuiturainan paksuuden säätämiseksi, kun kalanteroitava raina (W) kulkee yhden tai 16 119113 J / useampia nippejä (N) käsittävän kuiturainakoneen kalanterin (5) telaston (10,11) lävitse, tunnettu siitä, että säätöjäijestelmä soveltaa nipissä (N) viivakuormituksen ja kokillitelojen (10) pintalämpötilojen asetusarvojen laskennassa kuiturainan (W) konesuuntaisen paksuuden kokoonpuristuvuusmallia kuiturainan koneensuuntaisen 5 kokoonpuristumisen ohjaamiseksi ja säätämiseksi, ja että säätöärjestelmä verifioi mallilla saatua paksuuden ennustearvoa ainakin nipin (N) tai kalanterin (5) jälkeisen paksuusmittauksen (7) arvolla.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen säätöjäijestelmä, tunnettu siitä, 10 että.säätöjärjestelmä verifioi ennustearvon nippiä (N) tai kalanteria (5) edeltävän paksuusmittauksen (9a) tai paksuuden laboratoriomäärityksen (9b) arvolla.

13. Patenttivaatuimuksen 11 ja/tai 12 mukainen säätöjäijestelmä, tunnettu siitä, että nippikohtaisten viivakuormitusten ja kokillitelojen (10) pintalämpötilojen asetusarvojen 15 laskennassa säätöjärjestelmä soveltaa kuiturainan (W) kokoonpuristuvuusmallia ketjutetusti kalanterin (5) kokonaisprosessin ohjaamiseksi ja säätämiseksi.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että ; 1: 1; säätöjärjestelmässä kuiturainan (W) kokoonpuristuvuusmalli määrittää kussakin nipissä • ’ · ’; 20 (N) tapahtuvan kuiturainan paksuuden muutoksen, jolioin toisiinsa kytketyt mallin • i • 1 1 1: mukaiset paksuuksien muutokset eri nipeissä muodostavat kalanterissa (5) *·# • kokonaisjärjestelmän ketjutetun mallin, jossa edellisessä nipissä laskettu • n1 · • ·· paksuumuutoksen antotieto on seuraavalle nipille paksuusarvon syötetieto. • ··· ··· • · • » ···

14 119113

15. Jonkin patenttivaatimuksen 11-14 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, . että säätöjärjestelmä on sekä normaalin tuotantotilan että konenopeuden muutostilan ··· .1··. ohjaus-ja säätöjärjestelmä. · · • 1 1

16. Jonkin patenttivaatimuksen 11-15 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu on-line- • · 30 algoritmista, joka päivittää matemaattisen malliyhtälön parametreja laji- ja • · !,V toimintapistekohtaisesti, ja että järjestelmä tallentaa päivitetyt parametrit lajikohtaisiin • · \1·· taulukoihin. 7 119113 17

17. Jonkin patenttivaatimuksen 11-16 mukainen säätöjäijestelmä, tunnettu siitä, että tuotantotilassa, kun konenopeudessa ei tapahdu muutoksia ja muut prosessissa tapahtuvat muutokset ovat dynamiikaltaan hitaita, kuiturainan (W) paksuuden säätö on 5 takaisinkytkettyä säätöä, joka hyödyntää mallin antamia estimoituja nippikohtaisia viivakuorman ja pintalämpötilan ennusteita halutun paksuuden saavuttamiseksi, ja että muutostilassa, kun konenopeus joko kasvaa tai pienenee, kuiturainan (W) paksuuden säätö on malliin perustuvaa ennakoivaa säätöä.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 11-17 mukainen säätöjäijestelmä, tunnettu siitä, että kuiturainan (W) paksuusmuutosta kuvaava malli on lineaarinen tuntemattomien parametrien suhteen. • · • i · f · » · 14 · • · · • · • « «1· • · • · ·· • • · · • 1 · ··· · M1 4411 ··· • · • t ·1· • 1 · • · · ··· • · ♦ · ··♦ • 1 ♦ • · · •14 ··· • · • ♦ ·1· • · • · · ♦ 1 ♦ • · « * 1 · • 4« • ♦ 119113 18