FI109379B - Menetelmä ja laitteisto paperikoneen lajinvaihdon toteuttamiseksi - Google Patents

Description

109379

Menetelmä ja laitteisto paperikoneen lajinvaihdon toteuttamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen lajinvaihdon toteuttamiseksi, missä menetelmässä määritetään etukäteen prosessin ohjaus-5 muuttujille ohjerampit, joiden mukaisesti ohjausmuuttujat rampitetaan lajinvaihdon aikana.

Edelleen keksinnön kohteena on laitteisto paperikoneen lajinvaihdon toteuttamiseksi, johon laitteistoon kuuluu ohjausvälineet, joihin on määritetty etukäteen prosessin ohjausmuuttujille ohjerampit, joiden mukaisesti ohjaus-10 muuttujat rampitetaan lajinvaihdon aikana.

Lajinvaihto paperikoneella tarkoittaa nykyisen, tällä hetkellä ajettavan paperilaadun muuttamista toiseksi laaduksi. Lajinvaihto tehdään muuttamalla samanaikaisesti eri prosessisuureita, kuten neliöpainoa ja kosteutta, uuden lajin tavoitearvoja vastaaviksi. Vaihto tehdään paperiradan ollessa koko ajan 15 päällä. Lajinvaihdon aikana syntyvä tuote joutuu yleensä hylyksi, joten lajinvaihto pyritään tekemään mahdollisimman nopeasti. Prosessin monimutkaisuuden ja eri suureiden ristikkäisvaikutusten takia lajinvaihto on erittäin vaativa tehtävä. Usein on tehtävien paperilaatujen eräkoot varsin pieniä, minkä vuoksi lajinvaihtoja on tehtävä usein ja toisaalta taas paperikoneiden käyntinopeudet 20 ovat erittäin suuria, jolloin lajinvaihtoon käytettävä aika on pystyttävä minimoi- · · : maan. Lajinvaihdoista ei myöskään tulisi aiheutua katkoja paperirataan.

v.: US-patentissa 3,886,036 on esitetty avoimen piirin lajinvaihtoratkai- su, missä lajinvaihtoa varten prosessin ohjausmuuttujille, kuten konenopeus, konemassan virtaus, perälaatikon paine ja höyryn paine, määritetään etukä-25 teen ohjerampit, joita noudattamalla lajinvaihto toteutetaan. Ohjeramppien määrittäminen vaatii prosessimallien kehittämistä. Edelleen kyseistä ratkaisua on julkaisussa kritisoitu sen vuoksi, että prosessimallit riippuvat käytännössä .·. : joistain mallinnuksen yhteydessä tehdyistä oletuksista ja olosuhteiden hiukan /../ muuttuessa oletukset eivät pidä paikkaansa ja lajinvaihto ei onnistu riittävän 30 hyvin. Edelleen ongelmana on julkaisussa esitetty olevan esimerkiksi se, että pieni muutos massan ominaisuuksissa aiheuttaa olosuhteisiin niin suuren muutoksen, ettei lajinvaihtomalli enää toimi onnistuneesti. Ratkaisuksi näihin : .·. ongelmiin on kyseisessä patentissa esitetty suljetun piirin lajinvaihtoratkaisu, ,·. · missä ehdotetaan neliöpainon ja kosteuden säätösilmukoiden yhdistämistä si- 35 ten, että toisen suureen säätö ei aiheuta liian suurta muutosta toisessa suu- 109379 2 reessä. Tämä lajinvaihto voidaan julkaisun mukaan toteuttaa ainoastaan seu-raavien rajoitusten ollessa kyseessä: 1) höyrynpaine pidetään vakiona lajinvaihdon aikana 2) koneen nopeus määräytyy säätöpiirien laskemana eli käytännössä 5 ainoa lajinvaihdon aikana muutettava suure on neliöpaino. Tällaista lajinvaih- toa kutsutaan kuivausrajoitteiseksi lajinvaihdoksi. Neliöpainon muutos on yhdistetty myös aiheuttamaan vastaava muutos perälaatikon huuliaukossa. Koneen nopeutta säädetään kosteuden pitämiseksi halutussa arvossa. Tällaiset takaisinkytketyt lajinvaihdot eivät etene sujuvasti, jolloin lajinvaihdon kestoaika 10 tulee liian pitkäksi.

JP-julkaisussa 6 071 793 on esitetty laite paperikoneen paperilaadun vaihdon ohjaamiseksi, missä laitteessa paperikoneen eri osien nopeuksia ohjataan muuttamalla vetoa pintapainon muutoksen suhteen. Optimaalinen malli lasketaan ja sitä optimoidaan lajinvaihdon aikana. Muiden prosessisuureiden 15 huomioimista ei ole esitetty. JP-julkaisun mukaisella laitteella saattaa vedon optimointi olla mahdollista, mutta koko lajinvaihdon kokonaisuuden hallinnan ja nopeuden kannalta ratkaisu ei ole riittävän hyvä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laitteisto, jolla paperikoneen lajinvaihto saadaan toteutettua nopeasti ja hallitusti.

20 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että lajin- : vaihdossa käytetään hyväksi ennustavaa lajinvaihtomallia eli mallia, joka ku- v.: vaa prosessin dynaamista käyttäytymistä lajinvaihdon aikana ja ennustaa ai- v : nakin yhden ulostulon, jolloin kerätään tietoja toteutetusta lajinvaihdosta, mää- ritellään toteutetuista fajinvaihdoista onnistuneet lajinvaihdot, valitaan onnistu-25 neista lajinvaihdoista nyt tapahtuvaa lajinvaihtoa vastaavat lajinvaihdot, mal-linnetaan lajinvaihtomallin parametreja edellä valituista lajinvaihdoista, määritetään em. parametrien ja prosessista mitattujen suureiden avulla häiriösuure, : jota häiriösuuretta käytetään lajinvaihdon seurantaan ja määritetään prosessin .···’ ohjausmuuttujille ohjerampit etukäteen ennen lajinvaihtoa kyseisen lajinvaih- "* 30 tomallin avulla.

Edelleen keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, että * · · ohjausvälineisiin syötetyt ohjerampit on määritetty käyttäen hyödyksi ennusta- : vaa lajinvaihtomallia eli mallia, joka kuvaa prosessin dynaamista käyttäytymis- • · # · .·. : tä lajinvaihdon aikana ja ennustaa ainakin yhden ulostulon, jolloin laitteistoon 35 kuuluu välineet tietojen keräämiseksi toteutetuista lajinvaihdoista, välineet, jot- 109379 3 ka on sovitettu määrittelemään toteutetuista lajinvaihdoista onnistuneet lajin-vaihdot, välineet, jotka on sovitettu valitsemaan onnistuneista lajinvaihdoista nyt tapahtuvaa lajinvaihtoa vastaavat lajinvaihdot, välineet lajinvaihtomallin parametrien mallintamiseksi edellä valituista lajinvaihdoista, välineet häiriösuu-5 reen määrittämiseksi edellä mainittujen parametrien ja prosessista mitattujen suureiden avulla ja välineet lajinvaihdon seuraamiseksi häiriösuuretta hyödyntäen.

Keksinnön olennainen ajatus on, että lajinvaihto toteutetaan määrittämällä etukäteen prosessin ohjausmuuttujille ohjerampit käyttäen hyväksi 10 prosessin ulostulomuuttujille määriteltyjä lajinvaihtomalleja ja määritettyjen oh-jeramppien mukaisesti ohjausmuuttujat rampitetaan lajinvaihdon aikana. Edelleen olennaisena ajatuksena on, että lajinvaihtomallit määritetään siten, että kerätään tietoja toteutetuista lajinvaihdoista ja tämän jälkeen käytetään lajin-vaihtomalleina onnistuneista lajinvaihdoista määritettyjä lajinvaihtomalleja. Eri-15 laisille muutostyypeille eli esimerkiksi muuttuuko neliöpaino suuremmaksi vai pienemmäksi määritetään omat lajinvaihtomallit. Edelleen erään edullisen so-vellutusmuodon ajatuksena on, että lajinvaihdon aikana ennustetaan saavutettava kosteus mallintamalla se ottamalla huomioon efektiivinen tuotantonopeus ja efektiivinen höyrynpaine ja vertaamalla arviota mitattuun kosteuteen, jolloin 20 takaisinkytkennästä saadaan häiriösuure, jota seurataan lajinvaihdon aikana, • I · : jolloin lajinvaihdon ajaksi pyritään eliminoimaan ulkoiset häiriöt tai korjataan i * · v.: rampituksia havaittujen häiriöiden verran.

·,: : Keksinnön etuna on, että lajinvaihto saadaan toteutettua nopeasti ja prosessi on lajinvaihdon aikana hyvin hallittu, jolloin esimerkiksi katkojen 25 osuus jää vähäiseksi. Ennustamalla kosteutta pystytään lajinvaihtomallia tar- t kentamaan ja myös tarvittaessa eliminoimaan lähtöarvoissa tapahtuvia muu-I toksia. Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa lajinvaihdon käynnistämi- I : sen ennen edellisen lajin valmistumista ja varmistaa sen, että paperin kosteus | < t ei heilahda seuraavien prosessivaiheiden toimintaa haittaavasti lajinvaihdon 30 aikana. Keksinnön avulla päästään hyvin lyhyeen lajinvaihtoaikaan ja suureen ohjaustarkkuuteen ja samalla myös lajinvaihto toteutetaan yksinkertaisten la- :jinvaihtomallien avulla, jolloin mallintamis- ja viritystyö on kohtuullisen helppoa.

: Keksintöä on selitetty tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa • I » * : kuvio 1 esittää kaaviota eräästä keksinnön mukaisesta kosteuden 35 ennustavasta lajinvaihtomallista, 109379 4 kuvio 2 esittää kaaviota eräästä keksinnön mukaisesta neliöpainon ennustavasta lajinvaihtomallista, kuvio 3 esittää keksinnön mukaista kaaviota lajinvaihtomallien hyödyntämisestä lajivaihdoissa ja 5 kuvio 4 esittää esimerkkejä ohjerampeista.

Kuviossa 1 on esitetty eräs keksinnön mukainen lajinvaihtomalli. La-jinvaihtomalli on eräs sovellus dynaamisista malleista ja erityisesti tilamalleista, jolloin käytetyn lajinvaihtomallin avulla halutaan riittävällä tarkkuudella kuvata prosessin dynaamista käyttäytymistä lajinvaihdon aikana. Konemassa syöte-10 tään paperikoneeseen viirakaivon 1 kautta. Viirakaivossa 1 konemassaan sekoitetaan vettä sakeuden säätämiseksi sopivaksi. Ennen massan syöttämistä perälaatikkoon 3 massasta poistetaan karkeita partikkeleita sekä ilmaa puhdis-tuslaitteistoilla 2. Perälaatikosta 3 kuitumassa syötetään formeriin 4, missä kui-tumassasta muodostuu kuituraina 5. Kuiturainaa 5 kuivataan kuvauslaitteessa 15 6a, minkä jälkeen on ensimmäinen mittauspalkki 7a, missä mitataan esimer kiksi kuiturainan 5 kosteus Moia. Tämän jälkeen voi olla vielä toinen kuvauslaite 6b ja toinen mittauspalkki 7b. Paperikoneeseen, jolla tämän hakemuksen yhteydessä tarkoitetaan sekä paperi- että kartonkikoneita kuuluu vielä esimerkiksi puristin ja rullain sekä voi kuulua esimerkiksi liimapuristimia tai kalanteri, 20 mitä laitteita ei selvyyden vuoksi oheisessa kuviossa ole esitetty. Edelleen paperikoneen toiminta on alan ammattimiehelle sinänsä täysin tunnettua eikä si-,:tä sen vuoksi tässä yhteydessä sen tarkemmin selitetä.

·’ Keksinnön mukaisessa kosteuden ennustavassa lajinvaihtomallissa : sisäänmenosuureena käytetään konemassan virtausta F. Teoreettisesti ky- *.. 25 seessä on konemassan kuiva-aineen virtaus, mutta jos sakeus Cs on tunnettu ja vakioitu, voidaan käyttää myös mitattua konemassan virtausta F tai sakeus-kompensoitua virtausta. Konemassan virtaus F voidaan muuttaa esimerkiksi laskennallisesti 3-prosenttiseksi F3%. Siirtofunktion G11(s) avulla saadaan ’··’ määritettyä konemassan virtauksesta F perälaatikosta 3 viiralle virtaava 3- 30 prosenttiseksi laskettu ja täysin retentoituva virtaus F1. Vaihtoehtoisesti voi-daan mallintaminen tehdä puristinosan loppuun asti, jolloin menetetään hie-man lajinvaihtomallin tarkkuutta. Siirtofunktio G11(s) voidaan useimmiten riit-.·. tävällä tarkkuudella kuvata yhtälöllä 1 '* KO) Ke Tds 35 G^=m=^· <1> 109379 5

Missä G(s) on prosessin siirtofunktio s-tasossa, Y(s) on prosessin ulostulon Laplace-muunnos, X(s) on prosessin sisäänmenon Laplace-muunnos, K on prosessin vahvistuskerroin, Td on prosessin kuollut aika ja τ on prosessin ai-5 kavakio. Yhtälön 1 mukaisesti prosessin siirtofunktion G(s) sisältää tiedon siitä, miten sisäänmenon X(s) eri taajuuskomponentit muuttuvat prosessin läpi kulkiessaan. Vastaavasti voidaan laskea siirtofunktio G(s), kun ulostulo Y(s) ja sisäänmeno X(s) ovat tunnettuja. Keksinnön mukaisesti käytetään lajinvaihdos-sa ohjaussuureina ramppeja, jolloin yhtälön 1 mukaisen mallin sisäänmenon 10 taajuuskomponentteihin voidaan vaikuttaa rampin muodolla. Kun mallinnetaan tyypillistä prosessimallia, käytetään taajuuskaistaltaan rikkaampaa sisäänme-noa ja tällainen mallinnus johtaa luonteeltaan monimutkaisempiin malleihin, joita tyypillisesti tarvitaan tietyn lajin ajossa, kun käytetään takaisinkytkettyjä säätöjä. Siirtofunktion G11(s) tapauksessa prosessin vahvistuskerroin K = 1 15 jos massan poistumista esimerkiksi pyörrepuhdistimissa ei ole huomioitu.

Kuollut aika Td kuvaa materiaalin kulkuaikaa läpi prosessin ja aikavakio τ kuvaa prosessissa tapahtuvaa sekoittumista yhden ideaalisekoittimen mallilla.

Alan ammattimiehelle on itsestään selvää, kuinka G(s), Y(s) ja X(s) muunnetaan taajuustasoon ja aikatasoon käyttämällä Laplace- ja Fourier-muunnoksia 20 ja paluumuunnoksia. Prosessin sisäänmenon ja ulostulon välisiä riippuvuuksia • · · .: : kuvaamaan voidaan käyttää useita erilaisia tekniikoita sinänsä täysin tunnetul- :.v la tavalla. Koska tässä keksinnössä on keskeistä prosessin lajinvaihtomalli, eli v : prosessivaiheen sisäänmenot ja ulostulot ja niiden välinen riippuvuus, niin tä- :‘\i män hakemuksen yhteydessä käytetään yksinomaan siirtofunktiomalleja (Lap- 25 lace-muunnos s-taso), joilla lajinvaihtomallin rakenne on esitetty. Sama lajin-vaihtomallin kuvaama riippuvuussuhde voidaan tarvittaessa kuvata useilla eri kuvausmenetelmillä.

: Jos siirtofunktion G11(s) yhteydessä halutaan saada aikaan parem- I »4 ,···* man dynamiikan omaavia lajinvaihtomalleja, niin käytetään yhtälöä 2 30 Y(s) Ke'™ S X(s) (1 + zs)(l + ra) ’ I I · j · I · * s ,* »

i , t I

joka huomioi paremmin useammassa vaiheessa tapahtuvan sekoittumisen.

» « > ’ ‘ Vastaavasti, jos halutaan tarkemmin mallintaa retention vaikutusta silloin, kun 35 käytetään huonosti retentoituvia aineita, voidaan siirtofunktion G11(s) kuvaa- 109379 6 miseen käyttää yhtälöä 3 T(s) Ke~Tds Ke~m G(-*=wrT^+i^· <3> 5 jossa tyypillisesti ensimmäinen siirtofunktion osa kuvaa välittömästi viiralle jäävää osuutta ja siirtofunktion toinen osa kuvaa huonosti retentoituvaa yhden tai useamman kerran viirakaivon 1 kautta kulkevaa virtausta.

Konemassan virtauksen yhteydessä voidaan ottaa huomioon myös muiden muuttujien vaikutus eli esimerkiksi ottaa huomioon täyteaineen vaihte-10 lut ja/tai ottaa huomioon muiden perälaatikoiden virtaukset, mikäli laitteistoon kuuluu useampia perälaatikoita.

Koneen nopeus S mitataan ja koneen nopeutena S käytetään viira-osan nopeutta, eli sitä nopeutta, jolla kuituraina 5 viiralla muodostuu. Jakamalla viiralle virtaava virtaus F1 senhetkisellä koneen nopeudella S1 saadaan las-15 kennallinen neliöpaino huulella BW1.

Siirtofunktio G12(s) kuvaa materiaalin kulkuviivettä perälaatikosta 3 kuivausosan 6a laskennalliseen keskipisteeseen tai kuivausosan 6a loppuun halutusta tarkkuudesta riippuen. Näin ollen siis siirtofunktion G12(s) avulla saadaan neliöpaino BW2. Siirtofunktio G12(s) on yhtälön 4 mukainen , : 20 •V: G(s) = Ke~Tdi. (4) • *

Tyypillisesti tämän osan vahvistuskerroin K on 1, jos rainan venymistä ja rai-nan kuivauskutistumista ei ole otettu mukaan lajinvaihtomalliin. Kulkuaika riip-... 25 puu viiran nopeudesta tai se on vakio, kuvaten keskimääräistä rainan nopeut ta. Prosessin sekoittumisaikavakiota ei tietenkään tällaisessa kuljetusproses-. _ ; sissa ole. Hetkellinen tuotantonopeus TN saadaan kertomalla edellä määritetty neliöpaino BW2 senhetkisellä koneen nopeudella S2.

Kuivauksen hetkellinen tuotantonopeus TN ei kuitenkaan kuvaa riit-30 tävän hyvin kuivaustarvetta, koska kuivausosalla 6a olevaa lämpösisältöä voi-: / '· daan lajinvaihdon aikana hyödyntää muutostilanteissa. Edelleen vettä poiste- '', taan paperista koko kuivausvaiheen ajan ja siksi on huomattava, että vettä poistetaan nimenomaan jäljellä olevasta vesimäärästä ja kosteuden pienentyessä veden poistuminen muuttuu hitaammaksi. Efektiivinen tuotantonopeus 35 effTN kuvaa poistuvaa vesimäärää vakiolähtökosteudessa. Efektiivinen tuo- 109379 7 tantonopeus eflTN saadaan hetkellisestä tuotantonopeudesta TN siirtofunktion G13(s) avulla. Siirtofunktio G13(s) siis kuvaa kuivausosan 6a läpi kulkevan materiaalivirtauksen ja sen muutosten vaikutusta itse kuivaustapahtumaan.

Tässä on kyseessä esimerkiksi sylinterien pintalämpötiloissa ja huovan kos-5 teudessa tapahtuvat lajinvaihdon aikaiset muutokset. Tyypillisesti siirtofunktio G13(s) on joko yhtälön 1 tai 2 mukainen siten, että tässä vaiheessa kuollut aika on lähes olematon ja sekoittumisaikavakio varsin pitkä.

Kuvauslaitteelta 6a mitataan kuivauksen höyrynpaine P. Tarvittava tieto on kuivausprosessiin tuotu kuivausenergia. Höyrynpaine P kuvaa kuiva-10 ukseen tuotua lämpömäärää. Haluttaessa voidaan höyryn kulutusta käyttää kuvaamaan prosessiin tuotua kuivausenergiaa. Uusissa kuivausratkaisuissa voidaan käyttää useita erilaisia kuivausyksiköitä, joten niille kaikille on laadittava oma lajinvaihtomalli, koska eri kuivausmenetelmien dynamiikka on erilainen. Efektiivinen höyrynpaine effHP kuvaa kuivaukseen tuotua lämpömäärää.

15 Efektiivinen höyrynpaine effHP saadaan siirtofunktion G2(s) avulla höyrynpai-neesta P. Siirtofunktio G2(s) on rakenteeltaan joko yhtälön 1 tai 2 mukainen riippuen käytetystä kuivausratkaisusta. Jos kuivausyksiköitä on useita niin on kullekin yksikölle kehitettävä oma lajinvaihtomalli ja kunkin suureen vaikutus kuivaukseen on kumuloitava. Tällöin mallinnus on tietenkin vaikeampaa, mutta 20 lajinvaihdot voidaan myös pyrkiä tekemään siten, että vain yhtä kuivausyksik-: köä käytetään lajinvaihtojen ohjauksessa ja muut pidetään vakiotilassa.

:, v Koska koneen nopeus S muuttuu koko kuivausvaiheen ajan, on käy- .· ' tettävä kuivausaikaa kuvaavaa koneen nopeutta, esimerkiksi kuivauksen kes- /.: kinopeutta. Efektiivinen koneen nopeus effMS saadaan siirtofunktion G3(s) 25 avulla. Tässä on kyse kireyksien ja vastaavien nopeuden muutokseen liittyvien i * : muutosten vaikutuksesta itse kuivaustapahtumaan tai lämmönsiirtoon. Mallin tamisessa voidaan käyttää paperin kuivausosalla oloaikaa tai sitä vastaavaa : keskinopeutta tai voidaan käyttää yhtälön 3 mukaista siirtofunktiota G3(s). Jos nopeusmuutokset ovat pieniä tai muuten merkityksettömiä, voidaan efektiivi- » | ' Γ 30 sen koneen nopeuden effMS vaikutus jättää huomioimatta.

Lajinvaihdon aikana tapahtuvat lähtöarvojen muutokset sekä tunte-mattomat vaikuttajat, kuten puristimen jälkeinen kosteus, massojen ja jauha- < f : . tusasteiden muutokset, tuhkapitoisuuden muutokset jne. ja niiden vaikutus en- I t » » : nustettuun kosteuteen Moi%est huomioidaan yhden tilamuuttujan eli efektiivi- 35 sen puristinkosteuden K4 avulla. Tällöin siis lajinvaihdon aikana tapahtuvat 109379 8 muutokset nähdään lajinvaihtomallin laskenta virheenä, koska ne ovat mallinnuksen ulkopuolella. Efektiivisen puristinkosteuden K4 mallinnus voidaan tehdä esimerkiksi siten, että edelliseltä mittauskierrokselta saatua kosteus-mittausta verrataan lajinvaihtomallin antamaan kosteuteen ja havaitun mallivir-5 heen vaikutus korjataan efektiiviseen puristinkosteuteen K4 siirtofunktion G4(s) kautta. Koska lajinvaihdon aikana paperin kosteus voidaan mitata, niin siirtofunktio G4 on yhtälön 5 mukainen G(s) = Ks. (5) 10 Tässä tapauksessa mittauksen ja lajinvaihtomallin eroa integroidaan ja saadaan korjausviesti eli efektiivinen puristinkosteus K4. Jos takaisinkytkentätie-toa eli mitattua kosteutta ei lajinvaihdon aikana ole käytettävissä, niin silloin muuttujaa K4 ei päivitetä, vaan se pidetään vakiona, joko viimeisessä laske-15 tussa arvossa tai mallintamisen kautta hankitussa arvossa.

Kosteuden ennustava lajinvaihtomalli on siis muotoa Moi%est = K1 * effTN + K2 * effMS + K3 * effHP + K4. Tällöin vakiot K1, K2 ja K3 ovat aikaisemmista vastaavanlaisista lajinvaihdoista mallinnettuja vahvistuskertoimia.

Y: Vahvistuskertoimien K1, K2 ja K3 mallintamiseen käytetään vain onnistuneita : Y: 20 lajinvaihtoja, eli jotka ovat olleet riittävän nopeita ja päätyneet nopeasti tasa- , Y: painotilaan. Edelleen lajinvaihdot ryhmitellään tehtävän lajinvaihdon mukaises- : ti eli määritellään mallit erikseen sen mukaan esimerkiksi muutetaanko neliö- painoa ylöspäin vai alaspäin ja kosteutta suuremmaksi vai pienemmäksi ja niin edelleen. Edelleen mallinnetaan onnistuneet lajinvaihdot ja kerätään tietokan-25 taa onnistuneista lajinvaihdoista.

. . Rampituksen onnistuminen varmistetaan lajinvaihtonäytöllä, jossa näytetään suunniteltu lajinvaihto ajan funktiona sekä sisäänmenosuureiden et-| ·;·' tä ulostulosuureiden osalta. Häiriösuuretta K4 seurataan lajinvaihdon aikana ja ! ;!· pyritään eliminoimaan lajinvaihdon ajaksi ulkoiset häiriöt tai korjataan rampi- 30 tuksia havaittujen häiriöiden verran.

. \ Eri prosessin ohjausmuuttujat ohjataan uusin arvoihinsa edullisimmin Y ; lineaaristen ramppien avulla, jolloin säätö ja lajinvaihdon toteutus tulee yksin- • kertaiseksi.

Kun lajinvaihto aloitetaan, tyypillisesti kosteusarvo muuttuu ja se 35 asettuu lajinvaihdon päätyttyä johonkin ennalta määrättyyn asemaan. Tyypilli- 109379 9 sesti kun kosteus on saatu halutuksi, on lajinvaihto saatu toteutettua onnistuneesti, minkä jälkeen kytketään päälle normaalit paperikoneen säädöt, jotka hoitavat tuotannon jatkumisen normaalitilanteessa lajinvaihdon jälkeen.

Toisen kuvauslaitteen 6b eli jälkikuivausosan jälkeinen, esimerkiksi 5 toiselta mittauspalkilta 7b mitattava kosteus Moib voidaan arvioida myöskin edellä esitetyllä periaatteella, paitsi että käytettävissä on myös ensimmäiseltä mittauspalkilta mitattu kosteus Moia- Toiselta mittauspalkilta 7b voidaan myös mitata neliöpaino BWb.

Neliöpainon ennustamiseen käytetään kuvion 2 mukaista lajinvaih-10 tomallia, jossa kosteuden mallintamisessa käytetystä laskennallisesta neliö-painosta huulella BW1 lasketaan siirtofunktion G14(s) avulla efektiivinen neliöpaino BW3. Siirtofunktio G14(s) on yleensä yhtälön 4 mukainen, jossa kuollut aika edustaa sekä koneen että neliöpainon mittaamisen yhdistettyä kuollutta aikaa ja vahvistuskerroin K huomioi sekä rainan venymisen että kuivausku-15 tistuman aiheuttaman neliöpainon muutoksen.

Kuivaneliöpaino ODBW lasketaan mitatusta kosteudesta Moi ja ne-liöpainosta BW yksinkertaisesti esimerkiksi yhtälön 6 avulla T: ODBW = χ BW (6) 1 I * 20 ’ Siirtofunktion G15(s) avulla lasketaan efektiivinen neliöpainokorjaus BW4.

* ” Siirtofunktion G15(s) sisäänmeno on erosuure • · t 25 ODBW - BWest.

• *

Myöskin siirtofunktio G15(s) on luonteeltaan integroiva eli se on yhtälön 5 mu-kainen ja korjaa siten lähinnä mittausten kalibrointivirheitä sekä prosessista poistuneiden tai prosessiin lisättyjen aineiden aiheuttamia virheitä prosessin 30 ainetaseeseen. Arvioitava neliöpaino BWest lasketaan yksinkertaisesti :/·: BWest = BW3 + BW4.

Kuviossa 3 on esitetty lajinvaihtomallien hyödyntäminen lajinvaih-35 doissa. Lohkossa 8 lasketaan ennusteet neliöpainolle BWest ja kosteudelle 109379 10

Moi %est ennen ramppien käynnistymistä suunnitelluista rampeista käyttäen hyväksi efektiivistä puristinkosteutta K4 kosteuden mallintamisessa ja efektiivistä neliöpainon korjausta BW4 neliöpainon mallintamisessa. Rampituksen alettua käytetään historian osalta hyväksi toteutuneita ramppeja ja tulevaisuu-5 den ennustamisessa suunniteltuja vielä toteutumattomia ramppeja. Lisäksi seurataan koko lajinvaihdon ajan efektiivisen puristinkosteuden K4 ja efektiivisen neliömassakorjauksen BW4 kehittymistä.

Lohkossa 9, jos lajinvaihdon aikana ei ole tarvinnut suorittaa korjaustoimenpiteitä, mikä tieto saadaan lohkosta 13, todetaan lajinvaihto onnistuit) neeksi ja tallennetaan lajinvaihtoa koskevat tiedot ja trendit onnistuneiden la-jinvaihtojen tietokantaan. Jos on jouduttu tekemään uudelleenrampitus, tallennetaan lajinvaihto uudelleenrampitettujen lajinvaihtojen tietokantaan. Operaattori kuittaa lajinvaihdon suoritetuksi silloin, kun prosessin avainsuureet ovat uusien rajojen sisällä. Jos rampituksen loputtua ja laatusäätöjen kytkeytyessä 15 päälle lajinvaihtoa ei ole kuitattu suoritetuksi, niin lajinvaihto ei ole onnistunut.

Lohkossa 10 suoritetaan mallinnus ja lajinvaihtomallien päivitys. Kuvioissa 1 ja 2 esitetyt lajinvaihtomallit voidaan laskea uudelleen jollakin tunnetulla mallintamismenetelmällä joko määräajoin tai esimerkiksi silloin, kun pape-: rikoneen toimintapisteen todetaan muuttuneen eli esimerkiksi koneen nopeus 20 on muuttunut aikaisempaa oleellisesti nopeammaksi. Mallintaminen voi olla täydellinen tai voidaan mallintaa vain muutamia muuttujia. Tyypillisesti nämä ' ·, j muuttujat ovat kertoimet K1, K2 ja K3 kosteuden mallissa.

Mallintaminen aloitetaan normaalisti luokittelemalla mallinnettava materiaali tehtyjen muutosten ja käytetyn toimintapisteen mukaisesti. Tyypilli-25 sesti mallinnettavaksi materiaaliksi hyväksytään vain onnistuneiden lajinvaihto- . . jen tietokantaan tallennetut lajinvaihdot.

Lohkon 11 tietokanta sisältää tarvittavat lajinvaihtomallit, niiden parametrit ja toiminta-alueita koskevat tiedot. Luonteeltaan nämä lajinvaihtomallit ovat sellaisia, että lajinvaihtomallin lähtökohtana on vanhan lajin toiminta-alue 30 ja lajinvaihtomallin tarkempi määrittely tehdään muutoksen vanha laji - uusi laji ! · '· mukaisesti.

I j · J

! Lohko 12 kuvaa lajinvaihdon käynnistystä ja ohjausta. Kun ennalta ‘ : määritelty määrä ajoa vanhaan lajiin on jäljellä, tyypillisesti noin 30 minuuttia, käynnistetään lajinvaihdon valmistelu. Tässä vaiheessa tiedetään vanha laji, 35 uusi laji ja muut uutta lajia koskevat tiedot. Lohkossa 13 lasketaan kuvioiden 1 109379 11 ja 2 malleja hyödyntäen esimerkiksi kuvion 4 mukaiset rampit.

Kuviossa 4 on kaavamaisesti esitetty ylimmäisessä kaaviossa ulostulona saatava neliöpaino BW ajan t funktiona. Kolme alinta kaaviota kuvaavat eri ohjausramppeja myös samalla tavalla ajan t funktiona. Ohjausrampeista 5 ylimmäisenä on esitetty konemassan virtauksen F ramppi, keskimmäisenä on esitetty koneen nopeuden S ramppi ja alimmaisena höyrynpaineen P ramppi.

Neliöpainon BW kaaviossa alempi pistekatkoviiva kuvaa neliöpainon BW vanhan tavoitteen ylärajaa ja ylempi pistekatkoviiva kuvaa uuden tavoitteen alarajaa. Vanhaa lajia valmistetaan hetkeen t2 saakka eli siihen asti kun 10 neliöpaino BW ylittää vanhan tavoitteen ylärajan, mikä siis tapahtuu kohdassa BY. Uutta lajia syntyy kohdan BA jälkeen, missä neliöpaino BW on ylittänyt uuden tavoitteen alarajan. Rampitukset käynnistetään jo hetkestä ti lähtien.

Ramppien laskenta voidaan tehdä optimoimalla ramppien käännepisteiden paikat käyttäen kustannusfunktiona sitä aikaa, kun neliöpaino on poissa 15 halutulta alueelta, mikä on aika BY:stä BA:han ja kosteuden eroviestiä annetusta asetusarvosta. Kosteuden eroviesti on kosteuden tavoitearvon ja lajin-vaihtomallin ennustaman kosteuden ero kosteuden asetusarvosta. Ramppien käännepisteitä kuvaavat konemassan virtaukselle pisteet FA ja FL, koneen Γ: nopeudelle pisteet SA ja SL sekä höyryn paineelle pisteet PA ja PL. Kosteu- V: 20 den eroviestin kustannusfunktio voi olla epälineaarinen ja se voi riippua lisäksi toimintapisteestä. Tällä tavalla painotetaan katkoriskin välttämistä lajinvaihdon aikana.

Ramppien määrittely voidaan tehdä myös esimerkiksi seuraavasti: 1) lajinvaihtohetken perusteella määritellään rampituksen käynnistä- 25 mishetki, joka tyypillisesti on muutama minuutti ennen kuin edellisen . . lajin ajo on valmis.

2) Konemassan virtauksen, koneen nopeuden ja höyryn paineen ·;·' rampituksen käynnistyshetkiä FA, SA, PA viivästetään ennalta mää- rätyllä tavalla. Tämä viivästyttäminen on selvitetty joko simuloimalla 30 tai prosessikokeilla.

. \ 3) Kullekin suureelle on määritelty suurin sallittu muutosnopeus. Tä- ',* mä muutosnopeus voi olla erisuuri eri suuntaan rampitettaessa. Tyy- ' pillisesti esimerkiksi höyrynpainetta P nostettaessa rampitusnopeus on suurempi kuin höyrynpainetta P laskettaessa.

35 4) Koneen nopeuden S muutos lasketaan lajitiedoista.

109379 12 5) Konemassan virtauksen F muutos lasketaan kuvion 2 lajinvaihto-mallin staattisten vahvistuskertoimien avulla.

6) Höyrynpaineen P muutos lasketaan kuvion 1 lainvaihtomallin staattisten vahvistuskertoimien avulla.

5 7) Ramppien loppuhetket FL, SL ja PL lasketaan ja jos muutokset ovat poikkeuksellisia, voidaan joitakin rampitusnopeuksia joutua hidastamaan, jotta rampit valmistuisivat ennalta-asetettujen aikarajojen mukaisesti.

Ramppien etenemistä seurataan ja erityisesti seurataan efektiivisen 10 puristinkosteuden K4 ja efektiivisen neliömassakorjauksen BW4 kehittymistä.

Jos lajinvaihdon aikana havaitaan näin kahden muuttujan muutokset liian suureksi tai ennustettu neliöpaino BWest tai ennustettu kosteus Moi %est ei pysy halutussa muutosikkunassa voidaan käynnistää uudelleenlaskenta, jolloin ramppien loppupisteet lasketaan uudestaan. Tällaiset rampituksen loppuvai-15 heessa uudelleenmallinnetut rampit on esimerkinomaisesti kuviossa 4 esitetty katkoviivoilla. Tällainen uudelleenlaskenta voidaan hyväksyttää operaattorilla tai se voidaan myös toimeenpanna välittömästi. Jos uudelleenrampitus on tehty, huomioidaan tämä tieto kuvion 3 lohkossa 9.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollista-: Y: 20 maan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaa- timusten puitteissa. Piirustuksissa lohkot, joissa on esitetty siirtofunktiot ja kaavat, kuvaavat samalla myös kyseisiä siirtofunktioita tai kaavoja laskennas-. sa hyödyntäviä laskentavälineitä.

1 «♦ » * ·

Claims (10)

109379

1. Menetelmä paperikoneen lajinvaihdon toteuttamiseksi, missä menetelmässä 5. määritetään etukäteen prosessin ohjausmuuttujille ohjerampit, joi den mukaisesti ohjausmuuttujat rampitetaan lajinvaihdon aikana, tunnettu siitä, että - lajinvaihdossa käytetään hyväksi ennustavaa lajinvaihtomallia eli mallia, joka kuvaa prosessin dynaamista käyttäytymistä lajinvaihdon aikana ja 10 ennustaa ainakin yhden ulostulon, jolloin - kerätään tietoja toteutetusta lajinvaihdosta, - määritellään toteutetuista lajinvaihdoista onnistuneet lajinvaihdot, - valitaan onnistuneista lajinvaihdoista nyt tapahtuvaa lajinvaihtoa vastaavat lajinvaihdot, 15. mallinnetaan lajinvaihtomallin parametreja edellä valituista lajin vaihdoista, - määritetään em. parametrien ja prosessista mitattujen suureiden avulla häiriösuure, Γ: - jota häiriösuuretta käytetään lajinvaihdon seurantaan ja 20. määritetään prosessin ohjausmuuttujille ohjerampit etukäteen en- : nen lajinvaihtoa kyseisen lajinvaihtomallin avulla.

. . : 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lajinvaihtomalliin kuuluu kosteuden (Moi%est) ennustaminen lajinvaihdon :·. aikana kaavalla

25 Moi%est = K1 * effTN + K3 * effHP + K4, , . missä *; / effTN on efektiivinen tuotantonopeus, | effHP on efektiivinen höyrynpaine, | :· K4 on efektiivinen puristinkosteus i : ‘: 30 ja kertoimet K1 ja K3 mallinnetaan onnistuneiden lajinvaihtojen avulla,

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, I ; että kosteuden (Moi%est) ennustamisessa otetaan huomioon efektiivinen ko- ’· neen nopeus (effMS) kerrottuna onnistuneista lajinvaihdoista mallinnetulla ker toimella K2. 35 109379

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muuttujien ohjaamiseen käytetään lineaarisia ramppeja.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lajinvaihtomalliin kuuluu neliöpainon (BWest) ennustaminen 5 lajinvaihdon aikana kaavalla BWest = BW3 + BW4, missä BW3 on efektiivinen neliöpaino ja

10 BW4 on efektiivinen neliöpainokorjaus.

6. Laitteisto paperikoneen lajinvaihdon toteuttamiseksi, johon laitteistoon kuuluu ohjausvälineet, joihin on määritetty etukäteen prosessin ohjaus-muuttujille ohjerampit, joiden mukaisesti ohjausmuuttujat rampitetaan lajinvaihdon aikana, tunnettu siitä, että ohjausvälineisiin syötetyt ohjerampit on 15 määritetty käyttäen hyödyksi ennustavaa lajinvaihtomallia eli mallia, joka kuvaa prosessin dynaamista käyttäytymistä lajinvaihdon aikana ja ennustaa ainakin yhden ulostulon, jolloin laitteistoon kuuluu välineet tietojen keräämiseksi toteutetuista lajinvaihdoista, välineet, jotka on sovitettu määrittelemään toteu-Γ: tetuista lajinvaihdoista onnistuneet lajinvaihdot, välineet, jotka on sovitettu va- 20 litsemaan onnistuneista lajinvaihdoista nyt tapahtuvaa lajinvaihtoa vastaavat lajinvaihdot, välineet lajinvaihtomallin parametrien mallintamiseksi edellä vali-: tuista lajinvaihdoista, välineet häiriösuureen määrittämiseksi edellä mainittujen parametrien ja prosessista mitattujen suureiden avulla ja välineet lajinvaihdon : ·, seuraamiseksi häiriösuuretta hyödyntäen.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että . . ohjausvälineet käsittävät laskentavälineet lajinvaihtomalliin kuuluvan kosteu- den (Moi%est) laskemiseksi siten, että ’ ; *: Moi%est = K1 * effTN + K3 * effHP + K4, i · missä : ': 30 effTN on efektiivinen tuotantonopeus, effHP on efektiivinen höyrynpaine, ; K4 on efektiivinen puristinkosteus : ja kertoimet K1 ja K3 on määritetty onnistuneiden lajinvaihtojen avulla. 109379

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laskentavälineet sisältävät välineet efektiivisen koneen nopeuden (effMS) kerrottuna kertoimella K2 huomioimiseksi laskettaessa kosteutta (Moi%est), jolloin kerroin K2 on mallinnettu onnistuneiden lajinvaihtojen avulla.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6 - 8 mukainen laitteisto, tunnet- t u siitä, että ohjausvälineet käsittävät laskentavälineet lajinvaihtomalliin kuuluvan neliöpainon BWest laskemiseksi siten, että BWest = BW3 + BW4, missä

10 BW3 on efektiivinen neliöpaino ja BW4 on efektiivinen neliöpainokorjaus. 109379