FI81848B - Foerfarande foer reglering och on-line maetning av fiberorienteringen av en bana som framstaells pao en pappersmaskin. - Google Patents

Description

81 848 1 Menetelmä paperikoneella valmistettavan ralnan kuituorientaation säätämiseksi ja on-line mittaamiseksi Förfarande för regiering och on-line mätnlng av fiberorienteringen av en bana som framställs pa en pappersmaskin 5 1Q Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneella tai vastaavalla valmistettavan radan kuituorientaation poikittaisen jakautuman säätämiseksi, jossa menetelmässä säädetään paperikoneen perälaatikon huullaukon poikittaista profiilia tai vastaavaa ja jossa menetelmässä mitataan paperikoneella valmistetun paperiradan poikittaista neliömassaprofiilia ja näin aikaan-.jg saatua mittaussignaalia käytetään menetelmää toteuttavassa säätöjärjestelmässä takaisinkytkentäsignaalina.

Lisäksi keksinnön kohteena on paperikoneella tai vastaavalla valmistettavan ralnan kuituorientaation poikittaisen jakautuman on-line mittausmene-2q telmä, jossa menetelmässä mitataan paperikoneella valmistetun paperiradan poikittaista neliömassaprofiilia.

Ennestään tunnetusti paperi- tai kartonkikonelden huuliaukosta syötetään maesasuspensiosuihku muodoetusvliralle tai -viirojen väliseen kitaan.

25 Perälaatikon huullaukon poikittainen profiili määrää myös massasulhkun profiilin. Huullaukon profiilia säädetään ja tällä säädöllä voidaan osittain kompensoida myös massasulhkun niitä virheitä, jotka ovat syntyneet perälaatikossa tai sitä ennen.

gQ Ennestään tunnetaan paperikoneen perälaatikon neliöpainoprofiilin ohjausjärjestelmä, joka käsittää kulmavaihde-askelmoottori-toimilaitteen, jolla huulen säätökärkilistaa ohjataan siihen n. 10-15 cm välein kiinnitetyillä säätökaroilla, joita liikuttaa niiden toisessa päässä oleva mainittu toimilaite. Perälaatikon huullaukon kärkilistan profilointi tapahtuu yleensä 35 kutakin säätövalhdetta erikseen ohjaten peräkkäisellä kättelysekvenssillä. Jotta asennoiminen onnistuisi vaadittavalla n. 10 pm:n tarkkuudella, tarvitaan myös säätökarojen palkanmittauselektroniikka.

2 81848 1 Ennestään tunnetusti perälaatikon massasuspension huulivirtauksessa pyritään paperikoneen poikittaissuunnassa nopeudeltaan tasaiseen jakautumaan. Mainitussa virtauksessa saattaa kuitenkin esiintyä haitallisen suurta poikittaista nopeutta. Etenkin radan reuna-alueilla tästä on haittaa esi- 5 merkiksi reunalaineen vahvistumisena. Edellä mainittujen nopeusjakautumien on oltava tietyissä rajoissa, jotta voitaisiin toteuttaa neliömas-saltaan, formaatioltaan ja lujuusominaisuuksiltaan koko rainan leveydeltä riittävän homogeenista paperia ja että mahdollisimman vähän radan reunoista jouduttaisiin leikkaamaan pois.

10

Eräät viime vuosina kehitetyt laserpainatusmenetelmät kuten arkkikuumen-nuskoplointi ja ketjulomakekuumennuskopiointi ovat asettaneet näillä menetelmillä painettavan hienopaperin rakenteen tasaisuudelle entistä suurempia ja osin uusiakin vaatimuksia. Tämä johtuu lähinnä painatusproses- j5 sin aikana tapahtuvasta arkin hyvin nopeasta ja kovasta kuumentamisesta. Erityisen huomattava vaatimus asetetaan sille, että paperin kuituverkos-ton suuntajakautuman eli orientaation pääakselit yhtyvät paperin pääakse-lin suuntiin ja että orientaatio on symmetrinen näiden akseleiden suhteen.

20 Seuraavassa tarkoitetaan kuituorlentaatlon ja sen jakautuman säätämisellä orientaation pääakselin suuntauksen säätöä.

Hakijan toimesta on edellä esille tuotuja ongelmia perusteellisesti tutkittu. Tällöin on voitu osoittaa, että kuituorlentaatiolta vaadittava 25 symmetrisyys edellyttää, ettei rainan poikkisuunnassa millään sen kohdalla ylitetä huulisuihkussa n. 2-3 cm/s suurempaa poikittaisnopeutta. Koska poiklttaisnopeus syntyy jo huulikanavassa epätasaisen päävirtaus-profiilin vaimentumisen myötä, on huomio kiinnitettävä turbulenssi-generaattorin jälkeiseen päävirtauksen suuntaisen nopeuden profiiliin.

30 Vaikka perälaatikon jakojärjestelmä osattalsilnkln mitoittaa täysin oikein ja vaikka se ja turbulenssigeneraattorit kyettäisiinkln valmistamaan niin tarkasti, että asetettu vaatimus toteutuisi, näin valmistettu laite tulisi korkean hintansa takia kaupallisesti kannattamattomaksi.

35 Kuten edellä on osittain selvinnyt, on laserkelpolsen hienopaperin yksi kriittinen laatutekijä paperin kuitujen suuntajakautuman pääakselin poikkeamaa valmistusuuntaan nähden eli ns. kuituorlentaatlon vinoutuma.

3 81 848 1 Kuituorientaatiovirheet syntyvät massasuspension virtausvirheistä paperin märässä päässä sekä sekundäärisesti paperiradan reunoja kohti kasvavasta kuivumiskutistumisesta kulvatusosalla. Kuituorientaatiovirheiden korjaaminen el toistaiseksi ole onnistunut millään on-line säätömenetelmällä, g Eräänä vaikeutena on jo kuituorientaation luotettava on-line mittaus suoraan paperiradasta.

Kuituorientaation vinoutuman synnyttävällä poikittaisvirtauksella on valmistettavan paperin laserkelpoisuuden lisäksi vaikutus myös muihin 10 paperin laatutekijöihin kuten lujuuden ja venymän anisotropiaan. Aniso-tropian taso ja vaihtelu poikkisuunnassa vaikuttaa myös paperin painatus-ominaisuuksiin etenkin värikohdlstukseen sitä kautta että painatuksen yhteydessä paperi kostuu ja se elää vaihtelevalla tavalla, mikä saattaa aiheuttaa värikohdistusvirheitä painoprosessissa.

15

Paperiradan kuituorientaatiovirheet syntyvät pääasiallisesti seuraavista syistä. Perälaatikon massavirtauskanavan reunoilla virtaa vähemmän massaa. Tämä reunaefekti aiheuttaa hyvin voimakkaan lineaarisen vinoutuman profiiliin. Perälaatikon turbulensslgeneraattorin profiilivirheet aiheutta-20 vat yleensä epälineaarisen vinoutuman profiiliin virtauskanavlen reuna-alueiden sisäpuolella. Perälaatikon huulikartiossa aikaansaatu kiihdytys tasoittaa päävirtauksen profiilivirheitä, mutta juuri se ilmiö aiheuttaa poikittaisvirtauksen.

25 Paperiradan orientaatiovirheitä aiheutuu välillisesti myös kuivatusosan toiminnasta, koska paperi kuivuessaan pääsee kutistumaan poikkisuunnassa epätasaisesti siten, että reuna-alueet kutistuvat merkittävästi enemmän kuin keskusta. Kulvumiskutistuman aiheuttamaa nellömassaproflilln epätasaisuutta pyritään kompensoimaan huuliaukkoa bombeeraamalla niin, että 30 huuliaukko on massasulhkun keskeltä paksumpi. Tästä on kuitenkin seurauksena poikittaisvlrtauksia huulisuihkussa ja edelleen viiraosalla, mikä puolestaan aiheuttaa kuituorientaation vinoutumaa. Samalla ilmiöllä on vaikutusta myös rainan poikittaisiin lujuusprofiileihin.

35 Hakijan FI-kuulutusjulkaisulssa n:ot 75377 ja 70 616 (vastaava US-patent-ti 4 687 548) on esitetty paperiradan kuituorientaation vinoutuman hallintamenetelmä, jossa perälaatikon vlrtauskanavan molemmille vastakkai- 4 81848 1 sille reunaosille johdetaan väliainevirtaukset, joilla hallitaan kuitu-orientaation vinoutumaa. Väliainevirtauksina käytetään massasuspensio-virtauksia, jotka johdetaan perälaatikon virtaussuunnassa sen huuliosaa edeltävän turbulenssigeneraattorin kohdalla oleviin reunasoliin. Massa-5 suspensiovirtausten suuruutta ja/tai keskinäistä suhdetta säädetään kui-tuorientaation vinoutuman hallitsemiseksi synnyttämällä mainittujen virtausten avulla perälaatikon huullvirtauksessa poikkisuuntaista, kuituori-entaatlon vinoutumaa kompensoivaa virtausnopeutta. Mainittuja massasus-penslon ohitusvlrtauksia säädetään ohitusvlrtausputkiin sovitetuilla säätö-jQ venttiileillä.

Hakijan FI-patenttihakemuksesta 884408 (jätetty 26.9.1988) on esitetty menetelmä paperikoneen perälaatikossa paperirainan kultuorientaation jakautuman hallitsemiseksi koneen polkkisuunnassa, jossa menetelmässä Ί5 säädetään huulisuihkun poikkisuuntaista nopeuskomponenttia, jota hallitaan perälaatikon turbulenssigeneraattorin putkipatterin turbulenssiput-klen suuntausta säätämällä.

Hakijan FI-patenttihakemuksessa 884382 (jätetty 23.9.1988) on esitetty ..... 20 säätömenetelmä paperikoneen perälaatikossa paperirainan kultuorientaation vinoutuman hallitsemiseksi, jossa menetelmässä johdetaan perälaatikon virtauskanavan molemmille vastakkaisille reunaosille väliainevirtaukset, joilla hallitaan kultuorientaation vinoutumaan, joina väliainevirtauksina käytetään massasuspenslovirtauksia, joita säädetään niiden virtauskana-25 viin sovitetuilla säätöpumpullla. Säätöpumppulna käytetään esimerkiksi kierrosnopeudeltaan säädettäviä massapumppuja.

Ennestään tunnetuilla paperiradan kultuorientaation hallintamenetelmillä voidaan hallita vain lineaarisia vinoutumaprofiileja. Tunnetut menetelmät 30 soveltuvat kyllä kultuorientaation hallintaan, mutta niitä käytettäessä jää yleisesti jopa suuri epälineaarinen residuaalinen virhe orientaation - - tasaiseen jakautumaan nähden. Näitä tunnettuja menetelmiä kannattaa käyt tää orientaation vinoutuman perussäädössä, kun taas esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä on tarkoitettu soveltuvaksi mainitun residuaalisen 35 virheen kompensointiin.

5 81848 1 Keksinnön tärkeänä lähtökohtana on ollut havainto· että huulisulhkussa esiintyvillä poikittaisilla nopeuskomponenteilla on vaikutusta sekä neliö-massa- että kultuorlentaatioprofUliin. Perälaatlkon huulen säätäminen aiheuttaa muutoksen myös massasuihkun poikittaisvirtauksiin, vaikka sää-5 dön tarkoituksena on vaikuttaa neliömassaprofiiliin, siis syötettävän massakerroksen paksuusprofiillln. Poikittaisvirtauksilla on suora relaatio kuituorientaatlon jakautumaan. Säädettäessä muuttuvat sekä neliö-massa- että kultuorientaatioprofiilit.

10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi kuituorien-taation on-line mittaus- ja säätömenetelmä, jolla suureksi osaksi vältetään edellä kosketellut epäkohdat.

Esillä olevan keksinnön erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen 15 kuituorientaatlon säätömenetelmä, jota käyttämällä saadaan paremman laser-kelpoisuuden omaavaa hienopaperia sekä tarvittaessa myös sellaista paperia, jonka muiden laatuominaisuuksien anlsotropiat ovat entistä pienempiä ja polkkisuunnassa entistä tasaisempia.

20 Keksinnön eräänä osatarkoltuksena on aikaansaada luotettava kuituorien-taation on-line mittausmenetelmä suoraan paperiradasta, jota mittausmenetelmää käyttäen voidaan orientaation säätö suorittaa tarvittaessa jopa manuaalisesti ja kokemusperäisesti.

25 Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan mlkrotletokonepohjainen säätö-paketti, joka on implementoitavissa helposti nykyisin käytössä oleviin paperikoneiden säätöjärjestelmiin.

Esillä olevan keksinnön llsätarkoituksena on aikaansaada kuituorientaa-30 tlon säätö- ja mittausmenetelmä ja siihen liittyvä tietokoneohjelmisto, joka on riittävän nopea reaaliaikaisen säädön tai/ja on-line orientaatio-mittauksen toteuttamiseen. Keksintöön liittyvä ohjelmisto on tarkoitus laatia sellaiseksi, että se on sovellettavissa mikrotietokonepohjaisessa ympäristössä niin, että käyttöhenkilökunnan on helppo oppia käyttämään 35 keksinnön menetelmää.

6 81848 1 Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön säätömenetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmä käsittää kombinaationa seuraavat, esitysjärjestyksessä suoritettavat vaiheet: 5 (a) kerätään säädettävän paperikoneen kulloinkin vallitsevalla kone-konfiguraatiolla ja parametreille tietoja valmistettavan rainan poikittaisen kuituorientaatiojakautuman ja neliöpalnojakautuman välisestä relaatiosta suorittamalla paperikoneella vasteajoja sen eri j q toimintatiloissa, (b) edellä määritellyssä vaiheessa (a) saadut relaatiotiedot tallennetaan paperikoneen säätöjärjestelmään kuuluvan tietokoneen tai vastaavan muistiin, ja 15 (c) mainittuja relaatlotietoja hyväksikäyttäen säätöjärjestelmällä korjataan valmistettavan rainan kuituorlentaatiojakautumaa perälaati-kon huullaukon tai vastaavan poikkiprofiliia säätämällä.

20 Keksinnön mukaiselle kuituorientaation on-line mittausmenetelmälle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmä käsittää kombinaationa seuraavat, esitysjärjestyksessä suoritettavat vaiheet: (a) kerätään paperikoneen kulloinkin vallitsevalla konekonfiguraatiolla 25 ja parametreillä tietoja valmistettavan rainan poikittaisen kuitu- orientaatio jakautuman ja neliöpalnojakautuman välisestä relaatiosta suorittamalla paperikoneella vasteajoja sen eri toimintatiloissa, (b) edellä määritellyssä vaiheessa (a) saadut relaatiotiedot tallenne- 30 taan paperikoneen mittausjärjestelmään kuuluvan tietokoneen tai vas taavan muistiin, ja (c) mainittuja relaatlotietoja hyväksikäyttäen ilmaistaan rainan kuitu-orientaatio jakautuma paperiradan poikittaisen nellömassaprofiilin 35 mittaukseen perustuen.

I: 7 81848 1 Keksintö perustuu siihen havaintoon, että paperiradan poikkisuuntalsen kuituorientaatiojakautuman ja neliöpalnojakautuman muutoksien välillä on selvä relaatio, jota on tässä keksinnössä oivallettu käyttää hyväksi uudella tavalla. Mainittu orientaatio- ja neliömassajakautuman välinen re-5 laatio on voimakkaasti paperikonekohtainen ja relaatio riippuu pääasiallisesti perälaation ja formeriosan rakenteesta. Tolsijalsesti mainittu relaatio riippuu valmistettavan paperin lajista ja laadusta kuten kuitumateriaalista, nellöpainotasosta ja koneen nopeudesta.

jO Keksinnön mukaisessa säätömenetelmässä paperiradan kuituorientaatlon polk-kisuuntaista jakautumaa hallitaan mittaamalla radan poikklsuuntainen neliö-painoprofllli ja säätämällä perälaatikon huulikaroja tai muita vastaavia toimilaitteita. Keksinnön mukaisessa säätömenetelmässä ei yleensä ole tarpeen säätää hakijan edellä mainituissa FI-patentelssa ja hakemuksissa j5 esitettyjä lisäsyöttöventtiilejä tai -pumppuja, joita kuitenkin voidaan käyttää keksinnön ohella orientaation vinoutuman lineaarlprofiilin oikaisuun.

Keksinnössä suoritetaan kuituorientaatlon ja neliöpainon välisen kulloi-20 senkin relaation määräämiseksi vasteajoja, joissa kuituorientaatlon jakautumaa mitataan laboratoriossa ottamalla valmistettavasta ralnasta näytteitä, joista kuituorientaatiot määrätään riittävän tiheästi rainan poikki-suunnassa käyttäen ennestään tunnettuja kaupallisia laboratoriomittaus-menetelmiä ja -laitteita, DFS-menetelmää (kts. FI-patentti 75054, Koski-25 mies et Lepistö) tai vinovetolujuustestejä. Vasteajoja ja niihin liittyviä laboratorlomittaus8arjoja suoritetaan niin suuri määrä, että mittaustulokset keskiarvoistamalla saadaan riittävän hyvä selittävyys nellöpainopro-fiilin ja kuituorientaatioprofiilln välillä. Yleensä noin 80 % selittävyys on riittävä.

30

Kun keksinnön menetelmällä toteutetaan lähes tasainen kuituorientaatlon poikklsuuntainen profiili, on tästä seurauksena se, että neliöpainopro-fiilln tasaisuudesta joudutaan jossain määrin tinkimään, mutta yleensä riittävän tasainen kuituorientaatlon profiili on toteuttavissa riittävän 35 tasaisella neliöpainon profiililla.

8 81848 1 Aina neliömassaprofilli ei välttämättä huononekaan, kun orientaatiopro-fiilia korjataan, vaan korjausvaikutukset ovat ainakin osittain samansuuntaiset.

g Keksinnön toteutuksessa on edullista se, että keksinnön säätö- ja mittausmenetelmän käyttäjän työasemalla näytetään nellöpaino ja kuituorientaatio-profiilit niin, että säädön onnistuminen on välittömästi todettavissa, ja tarvittaessa voidaan ryhtyä erityisiin toimenpiteisiin esimerkiksi uusiin vasteajoihin, kun muutetaan valmistettavaa paperilaatua, koneno-jq peutta ja/tai muita prosessiparametrejä, jotka vaikuttavat neliöpaino-ja kuituorientaatiojakautuman väliseen relatloon.

Mitä tulee esillä olevan keksinnön yhteydessä sovellettavaan paperikoneen säätöjärjestelmään, jolla säädetään valmistettava rainan poikittaisia 15 ominaisuusprofiileja, voi tämä järjestelmä olla esimerkiksi hakijan FI-patenttihakemuksessa 892670 (jätetty 1.6.1989) esitetyn kaltainen tai muu vastaava.

Vaikka edellä ja seuraavassa puhutaankin paperiralnasta ja paperikoneesta, 20 näillä käsitteillä tässä yhteydessä tarkoitetaan myös kartonkikoneita ja kartonkirainoja, vaikka niitä ei erikseen mainitakaan.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin 25 sovelluseslmerkkelhin, joiden yksityiskohtiin keksintöä el ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.

Kuvio 1 esittää osittain aksonometrisenä periaatekuvantona ja osittain lohkokaaviona keksinnön mukaista menetelmää ja siihen liittyvää neliö-30 painon säätöjärjestelmää ja säädettävää paperikoneen perälaatikkoa.

- Kuvio 2A esittää keksinnön mukaisessa menetelmässä sovellettavan vaste- ajo- ja säätöohjelman vuokaaviota.

35 Kuviot 2B,2C,2D,2E ja 2F esittävät esimerkkejä eräistä tyypillisistä nellöpaino- ja kuituorientaatioprofiileista, jotka esiintyvät keksinnön mukaisesti paperikoneella suoritettavien vasteajojen yhteydessä.

il 9 81848 1 Kuviot 2G,2H,2I ja 2J esittävät eräitä tyypillisiä keksinnön mukaisen kuituorlentaatloproflllin säätövaiheen toteutuksen yhteydessä esiintyviä neliöpaino- ja kuituorientaatloproflileja.

5 Kuviot 3 esittävät säädön alkutilanteessa vallitsevia toisiaan vastaavia neliöpaino- (kuvio 3A) ja kuituorientaatioprofiileja (kuvio 3B)·

Kuviot 4 esittävät säädön välitilassa vallitsevia keskenään vastaavia neliöpaino- (kuvio 4A) ja kuituorientaatloproflileja (kuvio 4B).

10

Kuviot 5 esittävät säädön lopputilassa vallitsevia toisiaan vastaavia neliöpaino- (kuvio 5A) ja kuituorientaatioprofiileja (5B).

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mukaisen säätömenetelmän 15 eräs toteutusesimerkki. Kuvion 1 mukaisesti säädetään paperikoneen perä-laatikon 10 huullaukon 16 säätökaroja 20^.. ja 20^ niin, että rintatelan 17 yli kulkevalle tasovilralle 18 huullaukon 16 kautta purkautuessa massa-suihkusta J muodostuvalle massaradalle saadaan sopiva polkkiprofiili. Samaan paperikoneeseen kuuluu sen kulvatusosan (ei esitetty) jälkeen si-20 joltettu kuivatun radan nellöpalnomittausykslkköä, josta johdetaan yhteen 61 kautta mittaussignaali kultuorientaation poikkisuuntalsen profiilin säätöyksikköön 60. Keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan lohkossa 50, johon kuuluu käyttäjän työasematietokone 52, jonka näyttöruudulla näytetään rainan poikkisuuntainen kuituorlentaatioproflili FO 25 ja vastaava neliöpainoprofiili BW. Käyttäjän työasematietokoneen 52 on yhdistetty kultuorientaation poikkisuuntalsen profiilin asetusarvoykslkkö 51.

Mikrotietokoneen muodostamasta säätöyksiköstä 60 johdetaan yhteen 36 ja 30 liitäntäyksikön 32 sekä yhteen 35 kautta säätösignaali neliöpalnon poikkl-suuntaisen profiilin säätöyksikköön 30, joka on muodostettu mikrotietokoneesta. Säätöyksiköstä 30 johdetaan säätösignaali yhteen 34 kautta liitäntäyksikköön 31, joka yhteen 33 kautta säätää perälaatlkon 10 säätökaro-jen sarjaa 20^..20^.

35

Kuviossa 1 esitetty perälaatlkko 10 on pääpiirteissään ennestään tunnettu ja se käsittää huuliaukosta 16 alkaen massasuspenslon virtaussuuntaan F

10 81 848 1 nähden vastakkaiseen suuntaan mentäessä ensin huulikanavan 15, sitten turbulensslgeneraattorin 14, tasauskammlon 12a, jakoputkiston 12b ja jako-tukin 11. Huulikanavan 15 ylähuulipalkin etuseinämään on sinänsä tunnetusti kiinnitetty kärkilista 19, joka määrää huuliaukon 16 profiilin ja 5 täten massasuihkun J poikittaisen profiilin.

Kärkilista 19 on kiinnitetty säätökaroihin 20....20,,. Jos karat 20 ovat

1 N

esim. 10 cm etäisyydellä toisistaan, on n. 8 m:n levyisellä paperikoneella 80 kpl säätökaroja (N * 80). Kukin säätökara 20 on yhdistetty kulmavaih-jQ teeseen 25, jonka kautta askelmoottorit 21 siirtävät karoja 20 niiden pituussuunnassa. Kuhunkin eri kulmavaihde-askelmoottoriyksikköön 21,25 on yhdistetty kaapelilla 24 oma, sopivimmin älykäs toimilaiteohjain 22^...22^. Mainitut ohjaimet 22^...22^ ovat keskenään identtisiä ja niiden toteutuksen eräs edullinen sovellusesimerkki on selostettu tarkemmin 15 hakijan Fl-pat.hakemuksessa 892670 (jätetty 1.6.1989). Eri toimilaite- ohjaimet 22 on yhdistetty yhteiseen kaapeliin 33, jossa on haravamalsestl jaettu osa 23.

Keskenään identtiset älykkäät toimilaiteohjaimet 22, joita on N kpl 20 (yleensä N = 10-100), toimivat kukin itsenäisenä asennoittimena, joka myös valvoo omaa toimintaansa reaaliaikaisesti. Kaapeli 33 ja sen harava-osa 23 muodostavat osan sarjaväylää niin, että yhtäaikaisten toimintojen määrää rajoittaa vain tiedonsiirron nopeus tai teholähteen kapasiteetti.

25 Kuviossa 1 on esitetty rainan W neliöpainoprofiilin mittausyksikkö 40, jossa mittauspalkiston 41 ja sen varassa traversoivan vaunun 42 yhteydessä on rainan neliöpainon profiilin mittausanturi, josta saadaan yhteen 61 kautta mittaussignaali, joka johdetaan mittaus- ja säätöyksikölle 60.

30 Seuraavassa esitetään keksinnön menetelmän matemaattiset perusteet sekä niihin liittyen keksinnön säätömenetelmän eri vaiheet ja säätöalgoritmin eteneminen vaiheesta toiseen.

Vaihe 1 Kerätään kuituorientaation θ(χ) ja neliöpainon M(x) välisestä 35 relaatiosta tietoa käyttäjän työasematietokoneen 52 muistiin Π 81848 1 tallennettavaan tietokantaan suorittamalla paperikoneella myöhem min tarkemmin selostettavia vasteajoja. Vasteajolla tarkoitetaan paperikoneen saattamista tilasta 1 tilaan 2. Olkoon θ^(χ) ja M^(x) paperin kuituorientaatio ja nellöpalno etäisyydellä x pape-5 rlradan W reunasta paperikoneen ollessa tilassa i,i»l,2.

Valhe 2 Poimitaan mainitusta tietokannasta tilastollisen merkittävyyden saavuttamiseksi riittävä määrä vastetiedostoja säätöä varten. Olkoon θ^(χ) ja M^(x) ovat vasteajosta j saadut paperikoneen 10 tilan i kuituorientaatio ja nellöpalno.

Vaihe 3 Lasketaan muutokset paperin neliöpainolle ja kuituorientaatille 15 ΔΜ>(χ) = Μ/(χ)-Μ>(χ) ja AV(x) = θ{(χ) - θ{(χ). (I)

Vaihe 4 Kultuorientaation muutos Δθ^(χ) riippuu neliöpainon muutoksesta ΔΜ^(χ) seuraavasti: 20 <2) 25 missä on Fourier-muunnos operaattori x on etäisyys paperiradan reunasta ^ on aallonpituudesta riippuva kerroin (tuntematon) 30

Valhe 5 Yhtälön (2) ratkaisu ^^ ei riipu muuttujasta x. Tällöin ^ saadaan ratkaistua yhtälöryhmästä / a{ 0 0 \ / 7j \ / β{ ^ 35 0 aJ2... 0 72 _ β* : (3) V 0 0 ... <*2πι / \72 m) \β]2 m/ i2 81 848 1 missä c<. | ja p 1*1,...,2m ovat yhtälön (2) vasemman ja oikean puolen Fourier-kertoimia.

Vaihe 6 Statistiikan parantamiseksi ratkaistaan kertoimet ^ 01>t siten, 5 että ne toteuttavat mahdollisimman hyvin relaation (2) useille vastetiedostoille j“j ^ * · . . »j · Ts.

yopt = arg min \ || Ay - B ||2 (V

—«<7i<< 2 i=l~..,2m 10 missä (a? 0 ... 0 \ (β>'\ 0 α^1... 0 β{χ 15 0 0 ... at /4 ä= ; ; : ; b= : 20 : : : : : a{n 0 ... 0 β{η 0 0 β{η \ 0 0 ... Ο*,/ \β&) 25 ja € ja -€ merkitsevät kertoimien ·γ ^ ylä- ja alarajaa.

Vaihe 7 Korjataan kuituorientaation virhe A^(x) säätämällä neliöpainon pyyntiprofiilia. Pyyntiprofiilin muutos ΔΜ(χ) lasketaan seuraa-30 vasti:

T

(i) määrätään vektori j»· · ·» ^2m^ * yhtälöstä /ai 0 ... 0 \ / ΊχΡ* \ 0 o2... 0 72°'f 35 B = · (5) \o o ... «,„/

II

13 81 848 1 (ii) Lasketaan nellöpainon pyyntiprofiilin muutos ΔΜ(χ) yhtälöstä ΔΜ(ι) = c, <6) 5 i-l missä c^:t ovat vektorin / cosi ^ 10 cos 2x ¢, _ cos mi (7) sini s in 2x 15 . 1 \sinmi / komponentteja.

Edellä esitettyyn liittyen on todettavissa, että keksinnön mukaisesti 20 kuituorientaation on-line mittaus on suoritettavissa matemaattisesti ilmaistuna seuraavasti.

(i) Identifoidaan kertoimet o(^,i*l,...,2m yhtälön (5) avulla (B ja "γ °pt,i-l,... ,2m ovat nyt tunnettuja).

25 (ϋ) Määrätään kuituorientaation muutos Αθ(χ) yhtälöstä 2m Δ0(*) = Σ a id (8) __ i=l 30

Edellä esitettyjä yhtälöjä (1)...(8) vastaavat laskualgoritmit kuuluvat osana seuraavassa selostettavaan orientaatiomittaus- ja säätöohjelman 35 toteuttavaan tietokoneen ohjelmistoon, joka on talletettu käyttäjän työaseman 50 mikrotietokoneen 52 muistiin. Yhtälöitä (1)...(8) vastaavat laskualgoritmit alan ammattimies voi normaalien ammattitietojen perus- 14 81848 1 teella ohjelmoida» joten niitä ei tässä yhteydessä ole katsottu tarpeelliseksi yksityiskohtaisesti selostaa.

Kuviossa 2A on esitetty käyttäjän työaseman 50 mikrotietokoneen 52 muls-5 tissa olevan on-line orientaatiomittaus- ja säätöohjelman toteuttamiseen tarkoitetun ohjelmiston vuokaavio. Mikrotietokoneen 52 näyttöruudulle saadaan ohjelmiston käynnistyksen jälkeen valikko, josta voidaan valita joko vasteajo, säätö tai lopetus. Kun valitaan vasteajo, saadaan näkyviin kyselyruutu, johon syötetään vasteajoon ja koneeseen liittyvät tiedot, jg kuten vasteajon nimi, päivämäärä, reunanauhan leveys, paperin leveys, neliöpainon mittausantureiden lukumäärä, massan suihkusuhde ja paperikoneen viiran 18 nopeus sekä paperikoneen paperlrullaimen nopeus.

Tämän jälkeen saadaan näkyviin kyselyruutu, jolle syötetään paperikoneen Ί5 referenssitila, siis referenssineliöpainojakautuma (kuvio 2B) ja refe-renssikuituorientaatiojakautuma (kuvio 2C). Kultuorlentaation referens-slprofiili on mitattu laboratoriossa paperirainan poikkisuunnassa eri kohdilta otetuista paperinäytteistä sinänsä tunnetuilla kuituorientaa-tlon mittausmenetelmillä. Seuraavassa valheessa generoidaan vasteajoa 20 varten neliöpainon pyyntiprofiili (kuvio 2D), minkä jälkeen suoritetaan neliöpainon pyyntiprofiilin muutos ja annetaan koneen stabiloitua uuteen tilaan. Tämän jälkeen syötetään paperikoneen vastetila (kuviot 2E ja 2F), mikä sisältää vasteajon neliöpainoprofUlin ja vasteajon kuituorientaatio-profiilin. Tämä ohjelman haara päättyy vasteajon lopetukseen, minkä jäl-25 keen palataan kuvion 2A mukaisesti alkuvallkkoon.

Paperikoneella vallitsevilla ajo- ja laatuparametreillä suoritetun vaste-ajon jälkeen valitaan kuvion 2A mukaisesti ohjelman säätöhaara, jossa ensimmäisessä kyselyruudussa valitaan säätöön otettavat vastetiedostot, 30 jotka muodostettiin vasteajoissa edellä esitetyllä tavalla. Lisäksi ohjelma kysyy tarvittaessa muita paperikoneen tietoja, kuten perHlaatlkon levey-• - den, säätökarojen 20 lukumäärän (N) ja karavälin. Tämän jälkeen syötetään säädettävä kuituorientaatioprofiili. Ohjelman seuraavassa vaiheessa suoritetaan säätö interaktiivisesti.

35

Lopputilan saavuttamiseksi ohjelma kysyy neliöpainon pyyntlproflllin muutoksen paperikoneelta saatujen tulosten mukaan. Seuraavana vaiheena on säädön lopetus, minkä jälkeen palataan alkuvallkkoon.

is 81848 1 Säädön suorituksen eri vaiheita kuvaavat myös kuvioissa 3A ja 3B esitetty alkutila neliöpainoprofiileineen BWQ ja kuituorientaatioprofiileineen FOq, välitila neliöpainoprofiileineen BW^ ja kuituorientaatioprofiileineen FOj ja vastaavat lopputilaprofiilit BV^ ja FO^.

5

Tarkastellaan seuraavassa lyhyesti edellä esitetyllä säätöjärjestelmällä ja -ohjelmistolla (kuvio 2A) ja yhtälöt (1)...(8) toteutetun ominaisuus-profiilien lopputilaa. Kuviosta 5A havaitaan, että neliöpainoprofiilin BW^ lopputila ei ole aivan tasainen, vaan sen minimin ja maksimin välillä jQ on ero ABW, joka edustaa noin 1 %:n maksimaalista muutosta neliöpaino- profUlissa, mikä on yleensä selvästi sallittujen laatukriteerioiden sisäpuolella. Kuvion 5B mukaisesti on saavutettu tasainen kuituorlentaation profiili FO^ rainalle W.

15 Edellä selostetut vasteajot on syytä uusia tietyin väliajoin ja ainakin silloin, kun valmistettavassa paperilaadussa, sen raaka-aineessa tai paperikoneen käyttöparametrelssa kuten nopeudessa tapahtuu olennaisia muutoksia.

20 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetyistä.

25 - 30 35

Claims (10)

1 Iin mittaukseen ja referenssitilassa mitattuun kuituorientaatiojakau tumaan perustuen.

1. Menetelmä paperikoneella tai vastaavalla valmistettavan radan kuitu-orientaation poikittaisen jakautuman säätämiseksi, jossa menetelmässä 5 säädetään paperikoneen perälaatikon (10) huuliaukon (16) poikittaista profiilia tai vastaavaa ja jossa menetelmässä mitataan paperikoneella valmistetun paperiradan (W^-W^) poikittaista neliömassaproflilla ja näin aikaansaatua mittaussignaalia käytetään menetelmää toteuttavassa säätöjärjestelmässä takaisinkytkentäsignaalina, tunnettu siitä, että 10 menetelmä käsittää kombinaationa seuraavat, esitysjärjestyksessä suoritettavat vaiheet: (a) kerätään säädettävän paperikoneen kulloinkin vallitsevalla kone-konfiguraatiolla ja parametreillä tietoja valmistettavan rainan Ί5 (Wq-Wj) poikittaisen kuituorlentaatiojakautuman θ(χ)* ja neliöpaino- jakautuman M(x)^ välisestä relaatiosta suorittamalla paperikoneella vasteajoja sen eri toimintatiloissa (1), (b) edellä määritellyssä valheessa (a) saadut relaatiotiedot tallen- — 20 netaan paperikoneen säätöjärjestelmään kuuluvan tietokoneen (52) tai vastaavan muistiin, ja (c) mainittuja relaatiotietoja hyväksikäyttäen säätöjärjestelmällä korjataan valmistettavan rainan (W^-W^) kuituorientaatiojakautumaa 25 perälaatikon (10) huuliaukon (16) tai vastaavan polkklprofilila sää tämällä.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että paperikoneen mainitut vasteajot käsittävät käyttäjän työasemaan 30 (50) kuuluvan tietokoneen (52) muistiin tallennetun ohjelman (kuvio 2A) perusteella suoritettavat seuraavat vaiheet: (a) syötetään mainitulle tietokoneelle vasteajoon, paperikoneeseen sekä valmistettavaan rainaan liittyvät tiedot, 35 (b) syötetään paperikoneen referenssitila (kuviot 2B ja 2C), II i7 81 848 1 (c) edellä esitettyihin vaiheisiin (a) ja (b) perustuen generoidaan vasteajoa varten nellöpainon pyyntiprofiili (kuvio 2D), (d) suoritetaan nellöpainon pyyntiprofiilin muutos ja annetaan paperi- 5 koneen stabiloitua uuteen tilaan, ja (e) syötetään paperikoneen vastetlla (kuviot 2E ja 2F) ja lopetetaan vasteajo. •|Q

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperikoneen säätöjärjestelmään kuuluvan tietokoneen, sopivimmin mikrotietokoneen (52) muistiin tallennetun ohjelman (kuvio 2A) perusteella menetelmän säätövalhe käsittää seuraavat osavaiheet, 15 (a) valitaan säätöön otettavat vasteajoista saadut vastetiedostot, (b) syötetään säädettävä kultuorlentaatio (kuvio 2G), (c) suoritetaan kuituorlentaatlon säätö interaktiivisesti (kuviot 20 2H.2I Ja 2J)» ja (d) suoritetaan nellöpainon pyyntiprofiilimuutos saatujen tulosten mukaan ja lopetetaan säätövalhe. 25

4, Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että (a) vasteajoissa saatavasta tietokannasta poimitaan riittävä määrä vastetiedostoja ja lasketaan muutokset paperin neliöpainolle ja 30 kuituorientaatiolle (yhtälö (1)), (b) ratkaistaan kuituorlentaatlon muutoksen ja nellöpainon muutoksen välinen yhtälö (2) siten, että yhtälön ratkaisut toteuttavat mahdollisimman hyvin kyseisen relaation riittävän useilla vaste- 35 tiedostoilla (yhtälö (4)), is 81848 1 (c) lasketaan neliöpainon pyyntiprofiilin muutos (yhtälöt (5) ja (6)), ja (d) korjataan kuituorlentaatiovirhe säätämällä neliöpainon pyynti-5 profiilia eo. vaiheessa (c) saadun muutoksen mukaisesti.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että menetelmässä säädetään paperikoneen perälaatlkon (10) huuli-aukon (16) säätökaroja (20^..20^) säätöjärjestelmän avulla (kuvio 1). 10

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyttäjän työasemaan (50) sisältyvän tietokoneen, sopivlmmln mikrotietokoneen 52, ohjaaman kultuorlentaatlon poikklsuuntaisen profiilin säätöyksiköllä (60) ohjataan liitäntäyksikön (32) välityksellä neliöpainon 15 poikklsuuntaisen profiilin säätöyksikköä (60), joka puolestaan ohjaa liitäntäyksikön (31) välityksellä perälaatlkon (10) huuliaukon (16) säätö-karojen (20^..20^) toimilaitteita, kuten askelmoottori-kulmavaihde- yhdistelmiä (21,25). — 20

7· Paperikoneella tai vastaavalla valmistettavan rainan kultuorlentaatlon poikittaisen jakautuman on-line mittausmenetelmä, jossa menetelmässä mitataan paperikoneella valmistetun paperiradan poikittaista neliömassa-profiilla, tunnettu siltä, että menetelmä käsittää kombinaationa seuraavat, esitysjärjestyksessä suoritettavat vaiheet: 25 (a) kerätään paperikoneen kulloinkin vallitsevalla konekonfiguraatiolla ja parametreillä tietoja valmistettavan rainan (W_-W.) poikittaisen i v l ^ kuituorientaatiojakautuman θ(χ) ja neliöpainojakautuman M(x) välisestä relaatiosta suorittamalla paperikoneella vasteajoja sen eri 30 toimintatiloissa (1), - (b) edellä määritellyssä valheessa (a) saadut relaatiotledot tallenne taan paperikoneen mittausjärjestelmään kuuluvan tietokoneen (52) tai vastaavan muistiin, ja 35 (c) mainittuja relaatiotietoja hyväksikäyttäen ilmaistaan rainan <vv kuituorlentaatlojakautuma paperiradan poikittaisen neliömassaprofii- li 19 81 848

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kuituorientaation mittausmenetelmä, 5 tunnettu siitä, että mitattu kultuorientaatlojakautuma, ja sopi-vimmin myös vastaava neliöpalnojakautuma, näytetään mittausjärjestelmä tietokoneen tai vastaavan näyttöruudulla.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen kuituorientaation mittausmene- 10 telmä, tunnettu siltä, että menetelmässä suoritettavat vasteajot käsittävät patenttivaatimuksessa 2. määritellyt vaiheet (a),(b),(c),(d) ja (e).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen kuituorientaation mittaus-15 menetelmä, tunnettu siitä, että mittausmenetelmä kuuluu osana jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaiseen kuituorientaation on-llne säätöjärjestelmään. 25 V: 30 35 20 81 848