FI86207B - Styrning av en pappersbana. - Google Patents

Description

1 86207

Paperirainan ohjaus Tämä keksintö liittyy paperin valmistukseen paperikoneessa. Tarkemmin sanottuna keksintö kohdistuu paperirainan ominaisuuksien ohjaukseen syöttösuunnan poikki (poikkiprofiili) .

Paperikoneessa paperiraina muodostetaan sulpun virratessa viiralle perälaatikon suuttimesta. Sen jälkeen sul-pusta poistetaan asteittain vettä. Seuraavan puristuksen ja kuivauksen avulla saadaan yhtenäinen paperiraina.

Suutin, jonka kautta sulppu virtaa viiralle, muodostuu alahuulesta ja ylähuulesta. Suuttimen aukkoa ja niin ollen virtausta säädetään osaksi laitteella, joka nostaa ylähuulta yhdensuuntaisesti koko koneen leveyden yli, ja osaksi säätöelimillä, tavallisesti ruuveilla, jotka on sijoitettu useihin asetusasemiin rainan poikki. Näiden säätöelimien avulla voidaan suuttimen aukkoa leveyden pienemmällä osalla säätää paperirainan pintapainon säätämiseksi syöttösuunnan poikki. Pintapaino vaikuttaa vuorostaan muihin ominaisuuksiin, esim. paksuuteen, kuiva-painoon ja kosteuspitoisuuteen. Nämä ominaisuudet mitataan tavallisesti paperirainan kuivauksen jälkeen ja rekisteröidään ns. poikkiprofiilina.

Poikkiprofiilia voidaan suuttimen aukon lisäksi säätää myös muissa kohdissa. Sulppuun voidaan esimerkiksi vaikuttaa eri tavoin sen poistuttua suuttimesta ja sijaitessa viiralla. On siis tunnettua ilma- tai nestesuihkuja viiraa vasten suihkuttamalla aiheuttaa sulppuun häiriöitä, jotka aiheuttavat muutoksia poikkiprofiilissa.

On todettu, että määrätty vaikutus tietyssä asetusase-massa, esim. ylähuulen asennon tai nestesuihkun määrätty muutos (ks. yllä olevaa) aiheuttaa vastaavan muutoksen 2 86207 (reaktion) poikkiprofiileissa. Tällainen reaktio ulottuu sivusuunnassa paperirainan asetusaseman leveyttä vastaavan osan yli sen takia, että häiriö sulpussa leviää myös syöttösuunnan poikki. Tämä aiheuttaa suuria ongelmia, kun poikkiprofiilia on korjattava. Ei siis riitä, että tehdään muutos siinä asetusasemassa, joka vastaa poikkiprofiilin sitä kohtaa, jossa muutos on tarpeen. Tavaili se?.st l edetään kokeilemalla kokemuksen avulla ja kontrolloidaan tulos jälkikäteen.

Tämä tuskin on tyydyttävä menetelmä, ja erilaisia järjestelmiä ongelman ratkaisemiseksi onkin ehdotettu, katso esim. US-patenttijulkaisuja 3 413 192 ja 3 989 085.

Niissä ei kuitenkaan ole riittävästi otettu huomioon niitä sivuvaikutuksia, joita edellä esitetyn mukaisesti syntyy asetusasemaa muutettaessa.

Esillä olevan keksinnön kohteena on järjestelmä tämän ongelman ratkaisemiseksi. Keksinnön mukaisesti on siis mahdollista, käyttäen lähtökohtana mitattua poikkiprofiillä, määrätä asttusasemien optimaalinen korjaus, niin että poikkiprofiili mahdollisimman hyvin saadaan vastaamaan tavoiteltua poikkiprofiilia. Pienin ohjaustoimenpitein voidaan profiili korjata hyvin nopeasti ilman, että epävakavuutta syntyy.

Keksintöä voidaan käyttää paperikoneen poikkiprofiilin sekä käsi- että automaattiseen ohjaukseen.

Keksinnön tunnusmerkit käyvät selville patenttivaatimuksista .

Kuvio 1 esittää, miten poikkiprofiiliin vaikuttaa asetus-aseman korjaus.

Kuvio 2 esittää, miten poikkiprofiiliin vaikuttavat kahden asetusaseman korjaukset.

Kuvio 3 esittää kaaviollisesti paperikoneen perälaatikko-osaa.

3 86207

Jotta paperirainan ominaisuuksia voitaisiin ohjata syöt-tösuunnan poikki, on välttämättä tunnettava reaktio, ts. poikkiprofiilin muutos, jonka asetusaseman muutos rainan muodostuksessa aiheuttaa. Nyt on yllättäen todettu, että tietty asetusaseman muutos tietyssä käyttötilassa aina antaa saman muutoksen (reaktion) poikkiprofii-lissa. On myös osoittautunut, että eri asetusasemat antavat pääasiassa saman reaktion. Lähellä rainan reunaa voi kuitenkin esiintyä hieman poikkeavia reaktioita. Kuviossa 1 esitetään esimerkki reaktiosta, jonka aiheuttaa asetusaseman muutos (häiriö).

Nyt on havaittu, että poikkiprofiilin muutos eri asetus-asemien muuttuessa saadaan eri asetusasemista saatujen reaktioiden summana, katso kuvio 2.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin liittyen suori-tusesimerkkiin, jossa eri asetusasemia edustavat ase-tusruuvit, joilla suuttimen ylähuulta voidaan säätää.

Kuviossa 3 esitetyssä suoritusmuodossa sulppu syötetään perälaatikon 1 kautta. Sulppu virtaa ulos suuttimen 2 kautta viiralle 3, jolla paperiraina 4 muodostetaan poistamalla siitä asteittain vettä. Märkälinjassa 5 sulpun vedenpoisto on edennyt niin pitkälle, että vapaa veden pinta häviää, jolloin kuitujen keskinäiset asennot ovat määrätyt. Suuttimen 6 ylähuuli on aseteltavissa eri asentoihin 7 asetusruuvien 8 avulla. Asetusaseman 7 muutos aiheuttaa häiriön sulpussa. Tämä häiriö siirtyy edelleen aaltorintamina 9 koneen suunnan poikki eikä "jäädy" kokonaan ennen kuin märkälinjassa 5. Tällöin syntyvät myös yllä kuvatut reaktiot.

Valmiissa paperirainassa pyritään tiettyyn kunkin ominaisuuden, esim. pintapainon tai kosteuspitoisuuden poikkiprofiiliin. Kokonaan suora profiili ei välttämättä 4 86207 ole toivottava. Eri syistä voidaan profiilille haluta saada toinen muoto. Jos säätö tapahtuu pelkästään suuttimen ylähuulen 6 avulla, kaikkiin ominaisuuksiin vaikuttaa asetusruuvin 8 muutos. Sen tähden on tuskin mahdollista saavuttaa haluttua profiilia kaikille ominaisuuksille. Ylähuulen 6 asetus on sen tähden määrättävä kompromissin avulla eri toivottujen poikkiprofiilien välillä. Ylähuulen asetusta määrättäessä voidaan niin ollen eri ominaisuuksille panna erilainen paino.

Keksinnön mukaisesti määrätään virheprofiili, jonka muodostaa todellisen poikkiprofiilin ja halutun poikkipro-fiilin välinen poikkeama. Painotus eri ominaisuuksien välillä suoritetaan sopivasti kertomalla virheprofiili painoprofiililla, jolloin saadaan painotettu virheprofii li.

Kun reaktiot tunnetaan, voidaan määrätä kutakin asetus-ruuvia varten tarvittava keskinäinen suhteellinen muutos siten että paikallisesti kutakin asetusruuvia vastaavan aseman ympärillä kerrotaan virheprofiili reaktiolla, minkä jälkeen tulos summataan. Jos summa on nolla, ei asetusruuvin muutoksella ole mitään vaikutusta virhe-profiiliin tässä asemassa. Jos summa poikkeaa merkittävästi nollasta, voidaan saavuttaa ohjausteho. Mitä suurempi summan absoluuttiarvo on, sitä suurempi ohjausteho saavutetaan. Toistamalla kertominen ja summaus eri ruuvien kohdalla vucron perään saadaan asetusruuvin suhteellinen asetus muodostetuksi.

Näin määrätystä keskinäisestä suhteellisesta asetusruuvin muutoksesta voidaan laskea asetusruuvien 8 absoluuttinen muutos reaktioiden, toivotun poikkiprofiilin ja mitatun poikkiprofiilin avulla. Tämä tapahtuu siten,että suhteellisesta asetusruuvin muutoksesta lasketaan ensin vastaava suhteellinen poikkiprofiilin muutos reaktioiden avulla. Absoluuttinen poikkiprofiilin muutos on vahvis-

II

5 86207 tuskerroin (k) kertaa suhteellinen poikkiprofiilin muutos. Mainittu kerroin k lasketaan minimoimalla poikkeama halutun profiilin ja mitatun profiilin välillä + k · suhteellinen profiilin muutos. Näin lasketun vahvistusker-toimen (k) avulla saadaan tarvittava absoluuttinen ase-tusruuvien muutos k · suhteellinen muutos.

Kun tällä tavoin on saatu selville asetusruuvien 8 tarvittava muutos, voidaan tulokseksi saatava poikkiprofiilin muutos määrätä. Tämä poikkiprofiilin muutos lisätään mitattuun poikkiprofiiliin. Summa edustaa uutta poikki-profiilia, joka saataisiin tulokseksi asetusruuvien 8 uudelleenasettelusta yllä lasketun muutoksen mukaisesti. Vertailu haluttuun poikkiprofiiliin antaa poikkeaman, joka ilmaistaan uutena virheprofiilina. Jos poikkeama on liian suuri, voidaan asetusruuvit 8 suoraan asetella uudelleen laskettujen tarvittavien muutosten mukaisesti. Jos poikkeama yhä on liian suuri, voidaan uutta virheprofii-lia käyttää uuteen laskelmaan ja säätöön yllä esitetyn mukaisesti, kunnes poikkeama on hyväksyttävissä. Vasta sen jälkeen asetusruuvit 8 asetellaan uudelleen.

Kun useita paperirainan ominaisuuksia on otettava huomioon, pyritään suuttimen säätöön, joka kokonaisuudessaan antaa pienimmän poikkeaman halutuista poikkiprofiileista.

Tämä voidaan saada aikaan minimoimalla alla oleva funktio, v, jossa jokainen jäsen edustaa rainan tiettyä ominaisuutta, esim. paksuutta, kuivapainoa ja kosteuspitoisuutta.

Myös ylähuulen asento voidaan ottaa mukaan,jotta ylähuulen käyryys ei muodostu liian suureksi.

2 2 2 v = (ai · p·^ + (a2 · p2) + (a3 · p3) +---- jossa a^, a2, a3, .... = painoprofiileja, jotka määräävät, mikä paine on pantava paperirainan tietylle ominaisuudelle sekä ominaisuuden vaihtelulle rainan poikki.

Pl' ^2' ^3' *··* = virheprofiileja paperirainan kullekin ominaisuudelle ja vastaavasti ylähuulen asennolle.

6 86207

Eri profiilien neliösummat painotetaan niin ollen yhteen ja kokonaissumma minimoidaan. v on funktio, jossa on yhtä monta dimensiota kuin asetusasemien 7 (asetus-ruuvien 8) lukumäärä. Tavoitteena on saavuttaa asetus-ruuvien 8 se asetus, jossa asetusruuvin kukin muutos johtaisi funktion v lisäykseen.

Myös eri asetusasemille 7 voidaan antaa erilaiset painot, sopivasti kertomalla laskettu keskinäinen suhteellinen asetusruuvin muutos painotekijällä, ennen kuin laskentaa jatketaan edellä esitetyn mukaisesti. Tällä tavoin suutinta 2 ja poikkiprofiileja voidaan ohjata halutulla tavalla. Jos esimerkiksi tiettyihin asetusruuveihin 8 ei ole tarkoitus koskea, nämä voidaan poistaa funktiosta antamalla niille paino nolla.

Yllä oleva esimerkki on lähtenyt siitä, että asetusasemi-na 7 ovat olleet suuttimen asetusruuvit 8. Asetusruuvien muutosten aiheuttamat reaktiot ovat suhteellisen leveitä. Tämä merkitsee vaikeuksia, kun on esimerkiksi poistettava virheprofiileja, jotka sisältävät kapeita vyöhykkeitä. Tällaisiin vyöhykkeisiin voidaan kuitenkin vaikuttaa, jos asetusasemat sijaitsevat välimatkan päässä suuttimes-ta lähempänä märkälinjaa 5. Reaktio tällaisesta asetus-asemasta muodostuu kapeammaksi, mitä lähempänä märkälinjaa asetusasema sijaitsee.

Erityisiä etuja voidaan saavuttaa, jos käytetään asetus-asemia sekä suuttimen kohdalla että edempänä viiralla. Säätö suuttimessa on hyvä poikkiprofiilin pitkille aalloille, kun taas säätö ulkona viiralla olevissa asetus-asemissa on hyvä lyhyemmille aalloille. Poikkiprofiili voidaan tällöin edullisesti jakaa kahdeksi komponentik-si alipäästö-(LP)- ja ylipäästö-(HP)-suodatuksilla. Suu-tin ohjaa tällöin LP-osaa ja HP-osan muita asetuslaittei-ta. Toisena vaihtoehtona on asetella vuorotellen muutoksia suuttimessa ja pitkin viiraa olevissa asetusasemis- 7 86207 sa säätöä varten ja tällä tavoin ottaa huomioon poikki-profiilin sekä pitkät että lyhyet aallot.

Keksintö ei tietysti rajoitu yllä kuvattuihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella keksinnön ajatuksen puitteissa.

Claims (9)

1. Tapa ohjata paperirainan ominaisuuksia paperikoneen syöttösuunnassa (poikkiprofiili), jolloin tähän poikkipro-fiiliin voidaan vaikuttaa useissa asetusasemissa (7) rainan (4) poikki siten, että asetusaseman määrätty muutos antaa vastaavan poikkiprofiilin muutoksen (vasteen), jolloin tämä reaktio ulottuu sivusuunnassa paperirainan sen osan yli, joka vastaa asetusaseman leveyttä, tunnettu siitä, että kulloinenkin poikkiprofiili mitataan ja sitä verrataan haluttuun poikkiprofiiliin, jolloin poikkeama ilmaistaan virheprofiilina, että vastetta asetusasemista (7) verrataan kutakin erikseen vuorotellen virheprofiiliin, tarvittavan keskinäisen suhteellisen muutoksen määräämiseksi kussakin asetusasemassa (7) siten, että paikallisesti kunkin asetusaseman ympärillä vaste kerrotaan virheprofiililla, minkä jälkeen tulos lasketaan yhteen, että saatujen summien perusteella lasketusta tarvittavasta suhteellisesta muutoksesta kussakin asetusasemassa lasketaan vastaava tarvittava suhteellinen poikkiprofiilin muutos vasteiden avulla, että määrätään vahvistuskerroin k minimoimalla halutun profiilin sekä mitatun profiilin + k · tarvittavan suhteellisen poikkiprof iilin muutoksen välinen ero, että tarvittava absoluuttinen muutos kussakin asetusasemassa lasketaan kuten k · vastaava suhteellinen muutos, että sen jälkeen määrätään tuloksena saatava poikkiprofiilin muutos, että siten määrät- j ty poikkiprofiilin muutos lisätään mitattuun poikkiprofii liin ja sitä verrataan haluttuun poikkiprofiiliin, jolloin poikkeama muodostaa uuden virheprofiilin, että poikkeaman ollessa liian suuri menetettelyä toistetaan mainitulla uudella virheprofiililla sekä että lopuksi laskettua kussakin asetusasemassa tarvittavaa absoluuttista muutosta käytetään asetusasemien säätöön.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että paperiraina (4) muodostetaan syöttämällä sulppua suut-timen (2) kautta, jolloin virtausta suuttimen läpi säädetään kussakin asetusasemassa (7). Il 9 86207

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että paperiraina (4) muodostetaan viiralla (3), minkä jälkeen siihen vaikutetaan pitkin viiraa (3) olevissa asetus-asemissa, joissa vapaa veden pinta yhä on näkyvissä viiralla .

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että paperiraina (4) muodostetaan siten, että sulppu virtaa ulos viiralle (3) suuttimen (2) kautta, jolloin rainaan vaikutetaan sekä suuttimessa (2) että pitkin viiraa (3) sijaitsevissa asetusasemissa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että poikkiprofiili jaetaan kahdeksi komponentiksi alipääs-tö-(LP)- ja ylipäästö-(HP)-suodatuksilla, jolloin asetus-asemat (7) suuttimessa (2) ohjaavat LP-osaa ja asetusasemat pitkin viiraa (3) ohjaavat HP-osaa.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tapa, tunnettu siitä, että poikkiprofiilia säädetään asettamalla vuorotellen muutoksia suuttimessa (2) oleviin asetusasemiin ja pitkin viiraa (3) oleviin asetusasemiin.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että paperirainan (4) eri ominaisuudet ;··: otetaan huomioon laskemalla virheprofiili painotettuna virheprofiilina kertomalla painoprofiililla, mikä määrää, mikä paino on annettava eri ominaisuuksille rainan poik-kisuunnassa.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, jolloin paperiraina muodostetaan sulpun virratessa ulos suuttimen (2) kautta ja virtaa säädetään siirtämällä suutti-men (2) ylähuulta eri asetusasemissa (7), tunnettu siitä, että ylähuulen (6) asento ilmaistaan ja painotetaan yhteen paperirainan eri ominaisuuksien kanssa ylähuulen ulostaipu-man rajoittamiseksi. 10 862G7

8 862G7

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että eri asetusasemille (7) annetaan eri paino kertomalla laskettu keskinäinen suhteellinen muutos kussakin asetusasemassa painotekijällä, ennen kuin laskentaa jatketaan.