FI85518B - Foerfarande foer samtida reglering av krullningen och fiberorienteringen pao en pappersmaskin. - Google Patents

Description

1 85518 1 Menetelmä käyristymisen ja kuituorientaation samanaikaiseksi säätämiseksi paperikoneella Förfarande för samtida regiering av krullningen och fiberorienteringen pA en pappersmaskin 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperin diagonaalisen käyristymispro-10 fiilin ja kuituorientaation säätämiseksi reunavirtauskanavilla varustetuissa paperikoneissa. Keksinnön avulla voidaan hallita paperin kuitu-rakenteen ja sen suuntaisuuden kerroksellista syntymekanismia.

Ennestään tunnetuilla menetelmillä paperin käyristymistaipumusta voidaan 15 paperikoneella hallita suihkun iskukulmaa säätelemällä, vedenpoistoa järjestelemällä, puristimen viivapaineella sekä kuivatusosalla ylä- ja alaeylinterien pintalämpötilaerojen avulla. Myös suihkun ja viiran nopeuseron asettelu on tärkeä käyristymistaipumuksen hallintakeino. Kaikki em. menetelmät vaikuttavat yhtäaikaisesti koko paperiradan .20 leveydelle, joten profiilien säätö on mahdotonta näillä tunnetuilla proseseimuuttujilla. Tällä hetkellä tunnettu tapa vaikuttaa käyris-tymisprofiiliin on käyttää arkkileikkurilla ns. käyrietymisrautoja, joiden yli pituusleikkurilta saadut rullat vedetään samalla kun radan kireyttä säädetään.

25 Käyristymisen osalta nykyisen käytännön suurimpana epäkohtana on saada paperi täyttämään tiukat laatuvaatimukset, mm. kopiokelpoisuuden kriteerit, koko paperiradan leveydeltä. Usein radan reuna-alueet joudutaankin myymään halvempana laatuna. Paperiradan laadun epätasaisuus poikittaises-..30 sa suunnassa hankaloittaa myös asiakasrullien leikkaamista.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla saadaan aikaan ratkaiseva parannus edellä esitetyissä epäkohdissa. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaati-.-35 mukeen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön tärkeimpinä etuina voidaan pitää, että lopputuotteen käyris-tymisominaisuuksiin ja profiileihin voidaan vaikuttaa jo prosessin 2 85518 1 alkupäässä virheiden syntypaikalla. Tämä parantaa koneen ajettavuutta ja sitä kautta vaikuttaa myös tuotantomääriä lisäävästi. Menetelmällä voidaan siten parantaa sekä laatua että tuottavuutta.

5 Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen sovellus-esimerkkiin, jonka yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan ahtaasti rajoitettu.

10 Kuvio 1 esittää kaavioilisesti reunavirtauskanavilla varustettua paperikoneen perälaatikkoa ja siihen yhdistettyä keksinnön mukaista säätöjärjestelmää.

Kuvio 2 esittää perälaatikon turbulenssigeneraattorin jättöpuolta kuvioon 15 1 piirretystä suunnasta A katsottuna.

Kuviot 3 esittävät keksinnön mukaisessa menetelmässä sovellettavan vaeteajo-ohjelman ja säätöohjelman vuokaavioita.

. ! 20 Kuviot 4 havainnollistavat vasteajoa esittämällä mahdollisia käyris-tymis- ja kuituorientaatioprofiileja tilassa 1 ja tilassa 2 sekä näistä laskettuja muutosprofiileja.

Kuviot 5 esittävät esimerkinomaisesti säädön alkutilanteessa olevia ' ’ 25 käyristymis- ja kuituorientaatioprofiileja (kuviot 5A ja 5B), vasteajo-kokeista saatuja muutosprofiileja (kuviot 5C ja SD) sekä odotettuja säädön jälkeisiä lopputilan profiileja (kuviot 5E ja 5F).

. .. Kuviossa 1 on kaaviolliseeti esitetty keksinnön mukaisen säätöjärjes- . '30 telmän eräs toteutusesimerkki. Kuvassa 1 perälaatikko syöttää maseasuih- kun J rintatelan 22 yli kulkevalle tasoviiralle 19. Massasuepeneiovirtaus lähtee jakotukista 4 ja kyseisestä virtauksesta suurin osa F^ (ns. perälaatikkovirtaus) kulkee jakoputkiston 12 ja tasauskammion 13 kautta turbulenssigeneraattorin 14 tulopuolelle. Virtauksen Fj lisäksi jako-• 35 tukista 4 lähtee sen alaseinämissä olevien yhteiden 23a ja 23b kautta ohivirtaukset F# ja F^, jotka johdetaan ohitusputkien la,Ib, virtausmit-tareiden 2a,2b ja säätöventtiileiden 3a,3b kautta ohivirtausputkiin 5a,5b, jotka on liitetty turbulenssigeneraattorin 14 vastakkaisilla li 3 85518 1 reunoilla oleviin reunaeoliin 16a ja 16b. Reunasolat 16a,16b ovat poikkileikkaukseltaan monikulmion muotoisia kuten nähdään kuvasta 2, joka esittää turbulenssigeneraattorin jättöpuolta 15 kuvioon 1 merkitystä suunnasta A katsottuna. Reunasolaa 16a rajoittavat vaakasuunnassa 5 turbulenssigeneraattorin sivuseinämä 24a ja turbulenssigeneraattorin jättöpuolen suorakaiteenmuotoisten virtausputkien 25 muodostama porrasmainen seinämä. Pystysuunnassa reunasolaa 16a rajoittavat turbulenssigeneraattorin yläseinämä 26 ja alaseinämä 27. Vastakkaisen reunan reunasola 16b muodostuu vastaavalla tavalla. Turbulenesigeneraattorista 10 massasuihku tulee huulikanavaan 17, josta se huuliaukon 18 kautta purkautuu tasoviiralle 19. Perälaatikon paine mitataan huulikanavan 17 reunalevyn läpi. Huuliaukon koon määräävät alahuulipalkki 20 ja ylähuuli-palkki 21.

15 Ohivirtaukeia Fa ja säädetään säätöventtiileillä 3a ja 3b, vastaavasti. Ohivirtausmäärät putkissa la,5a (= a-puoli) ja Ib,5b (* b-puoli) mitataan virtausmittareilla 2a ja 2b, vastaavasti. Keksinnön mukaisen menetelmän vasteajo- ja säätöalgoritmin toteutus tapahtuu mikrotietokoneessa 6, joka yhteen 28 kautta on kytketty liitäntäyksikköön 7, josta ;20 puolestaan on yhteet 8a ja 8b virtausmittareihin 2a ja 2b, sekä yhteet 9a ja 9b säätöventtiileihin 3a ja 3b. Mikrotietokoneen 6 generoima signaali Qa°ut (yhde 9a) ohjaa säätöventtiiliä 3a ja signaali Qa*n (yhde 8a) on virtausmittarin 2a antama tieto virtausmäärästä ohivirtaueputkissa la,5a. Vastaavat signaalit b-puolella ovat 0^°**^ ja Näiden lisäksi 25 liitäntäyksikköön 7 on kytketty yhteet 10 ja 11, joiden kautta mikrotietokone 6 saa esim. paperikoneen prosessitietokoneelta tai vastaavalta tiedon perälaatikon keskimääräisestä huuliaukon asetusarvosta b ja perälaatikon paineen asetusarvosta P.

30 Seuraavaksi esitetään keksinnön menetelmän matemaattinen perusta sekä kuvataan keksinnön mukaisen säätömenetelmän eri vaiheet ja säätöalgo-ritmin eteneminen vaiheesta toiseen.

Vaihe 1 Suoritetaan kuvion 3B mukaisesti paperikoneella vasteajoja.

35 Vasteajolla tarkoitetaan paperikoneen saattamista tilasta 1 i * p · i tilaan 2. Keksinnön menetelmässä paperikoneen tilan määrittele- | vät koneen ajoarvot (Q,b^,P^) ja reunasyöttöjen suuruudet (Qa*, Qjj"), missä Q on perälaatikon huuliaukosta purkautuva i i 4 85518 1 kokonaietilavuusvirta, on keskimääräinen huuliaukon asetus- arvo, Pj on perälaatikon paineen asetusarvo sekä «. 3* Ob* ovat reunavirtausten Qa ja V vastaavasti, suuruudet. Vaste-ajon aikana paperikoneen ajoarvot (Q,b£,Pj) pysyvät vakioina, 5 mutta muutoksessa tilasta 1 tilaan 2 reunasyöttöjä Qa ja «b muutetaan halutulla tavalla (joko Qa tai Qb muuttuu tai molemmat muuttuvat). Vasteajoa varten valitaan aluksi huuliaukon asetusarvo b^ sekä perälaatikon paineen asetusarvo Pj, jotka samalla määräävät myös Q:n suuruusluokan. Samoin reunavir-10 tauksille asetetaan halutut arvot Qa* ja Oj,"· Kun paperikone on stabiloitunut, ajetaan laboratoriomittauksia varten tilaa 1 vastaava koeraina. Seuraavaksi reunavirtauksia muutetaan halutulla tavalla: 15 Q.1 -» Q.1 + ÄQa (1) ja

Qb“ - Qb“ + . (2) missä Qa*+ AQa i· C+iOi, ovat tilaa 2 vastaavat reunavirtauk-20 set. Paperikoneen stabiloiduttua ajetaan tilan 2 koeraina.

Koerainoista mitataan laboratoriossa tilaa 1 ja tilaa 2 vastaavat käyristymisprofiilit K^y) ja kuituorientaatioprofiilit h-1,2; profiililla tarkoitetaan rainasta mitattua paperin ominaisuutta (tässä tapauksessa käyristyminen tai kuituorien-:’;‘25 taatio) paperiradan poikittaisen etäisyyden y funktiona.

Profiilit määritetään ottamalla konerullalta 10...15 kpl poik-kiratanäytteitä, joista kustakin mitataan tarkasteltava suure esim. 15 mittauspisteestä tasavälein. Kuituorientaation mittaamiseen on olemassa useita tunnettuja menetelmiä: Nomuramit-. .30 taus, Morgan-menetelmä, vinolujuustesti ja DFS-menetelmä.

Käyristyminen puolestaan voidaan määrätä esimerkiksi standardi käyristymistestillä tai optisella etäisyysmittauksella; näistä ;* edellinen perustuu kaarevuuden mittaukseen A4-arkista ja .V jälkimmäisessä tietokone mittaa testiarkin pinnanmuodon ja | 35 laskee siitä pinnan kaarevuuden.

Il 5 85518 1 Jatkossa käytetään kaavoilla (1) ja (2) esitetylle muutokselle merkintää: (Q,1, ΔΟ./Ό AÖb> ' 5 eli tämä merkintä tarkoittaa sellaista muutosta, jossa alkutilanteessa (tila 1) reunavirtaukset ovat ja ja jonka jälkeen reunavirtauksia muutetaan samanaikaisesti, edellistä määrällä AQa ja jälkimmäistä määrällä AQ^ lopputilanteeseen 10 (tila 2) pääsemiseksi.

Seuraavaksi lasketaan mitatuista käyristymis- ja kuituorien-taatioprofiileista muutosprofiilit: 15 AK(y) = K2(y) - Κχ(γ) (3) ja A©(y) = e2(y) - ©j(y) . (4)

Kaavojen (3) ja (4) mukaisen käyristymisen muutosprofiiIin 20 AK(y) ja kuituorientaation muutosprofiilin A©(y) laskeminen päättää yhden vasteajon suorittamisen. Tässä vasteajossa on siten saatu selville, että kun paperikoneen ajoarvo on (Q,b^,Pj) ja reunasyöttöjä muutetaan tavalla (Qa^, Qjj*' AQjj), niin tästä aiheutuvat prof iilimuutokset • 25 ovat AK(y) ja A©(y). Tilastollisen merkittävyyden parantami seksi voidaan samoilla ajoarvoilla (Q,b^,Pj) ja samoilla reunavirtausmuutoksilla AQ^) ajaa useampi vasteajo, jolloin AK(y) ja Ad(y) sovitetaan matemaattisella optimoinnilla vastaamaan mahdollisimman hyvin kaikkien tarkas-.30 teltavien vasteajojen tuloksia.

Jokaista tarkasteltavaa paperikoneen ajoarvoa (Q,b^,Pj) ja Γ reunavirtausten alkuarvoja (0^,¾-) kohti suoritetaan vaste ajoja useilla eri reunasyöttöjen muutoksilla AQa ja AQ| 35 jotka on syytä valita kattamaan koko käytettävissä oleva virtausalue. Reunavirtausten alkuarvoja (Q *,0^") puolestaan voidaan käydä läpi yksi tai useampia. Reunavirtauksien muutoksissa (Qjj1, AQa 'V' voidaan muuttaa sekä AQft:ta että 6 85518 1 AQjjJtä samanaikaisesti tai pitää toista vakiona ( Δθβ * 0 tai ΔΟϊ, = 0 ) ja muuttaa vain toista. Edellisessä tapauksessa kaikkien kombinaatioiden läpikäyminen vaatii nm vasteajoa, kun taas jälkimmäisessä selvitään n+m-1 kappaleella vasteajoja (n 5 on AQa-muutosten lukumäärä ja m on AQjj-muutosten lukumäärä) .

Jälkimmäisen tavan hyväksikäyttö perustuu approksimaatioon, että vasteajoista (Q,1, AO^/Oj/VO) ja AQj,) saata vien profiilimuutosten summa on sama kuin muutoksesta (Qa1, AQa;QbB, ΔΟ*,) aiheutuva profiilimuutoe. Approksimaation 10 taustalla on havainto, että reunavirtauksen muuttaminen jommal- la kummalla sivulla vaikuttaa virtaukseen koko huuliaukon leveydellä. Jos nyt reunasyöttöjä muutetaan samanaikaisesti molemmilla puolilla, voidaan nesteen kokoonpuristumattomuuden ansiosta olettaa kummankin puolen reunasyöttöjen aiheuttaman 15 virtauksen muutoksen summautuvan yhteen, eli kokonaisvaikutus on suunnilleen sama kuin kummankin puolen yksittäisen muutoksen summa.

Kullekin tarkastellulle paperikoneen ajoarvolle (Q,b£,Pj) ja 20 reunasyöttöjen alkuarvoille (0^,0^*) voidaan vasteajojen tulokset esittää havainnollisesti seuraavan taulukon muodossa.

TAULUKKO 1: Esimerkki vasteajojen tulosten esittämisestä.

....25 (Qrb^Pj) ; (Q.1,^·) Δ0»,1 6¾2 AQb3 30 <ΔΚ,ιΐ'ΔΘ,ιι> (Δκι12,αθ,12) .....

ΔΟ.2 <ΔΚ,21 ^121^ <ΔΚβ22,Δθβ22) .....

ΔΟ.3

Taulukossa 1 ovat AK ja ΑΘ profiilimuutoksia, jotka lasketaan kaavoilla (3) ja (4) ja ne ovat siten poikittaisen etäisyyden ‘/•35 7 85518 1 y funktioita eli esim. ΔΚ^ι * ΔΚ(γ)ζ1^, indeksi z on lyhennysmerkintä indekseille i,j,l,m. Vasteajojen suorittamistavasta riippuu, pohjautuvatko taulukon kaikki elementit erillisiin vasteajoihin (jolloin ne ovat tarkempia) vai onko 5 osa saatu edellä kerrotulla approksimatiivisella tavalla kahden muutoksen summana (jolloin selviydytään harvemmilla vasteajoilla) .

Keksinnön mukaisen säätömenetelmän soveltamiselle riittää 10 vasteajojen tekeminen yhdelle huuliaukon b ja perälaatikon paineen P asetusarvolle sekä yksille reunavirtauksien alkuarvoille ja Of,"· Käyttökokemusten perusteella voidaan arvioida tarvetta tehdä vasteajoja useammillakin reunavirtausten alkuarvoilla. Samoin, mikäli koneen ajoparametreja, huuliauk-15 koa b ja/tai perälaatikon painetta P, muutellaan oleellisesti, saattaa olla edullista suorittaa edellä kuvatulla tavalla vasteajoja myös muilla (b,P)-parin arvoilla.

Ennen kuin käsitellään seuraavia, varsinaista paperikoneen säädön 20 toteuttamista kuvaavia vaiheita, käydään läpi näissä tarvittavia käsitteitä ja matemaattisia kaavoja. Käyttäjän lähtötilanteessa mittaamalle, säädettävälle käyristymieprofiilille käytetään merkintää K(y) ja kuitu-orientaatioprofiilille käytetään merkintää 6(y). Kun näihin lisätään vasteajoissa mitattuja profiilimuutoksia, saadaan uusia funktioita: - - 25 KD(y;z,p,q) - K(y) + ΔΚ(Υ)ιρ, (5) ®D(y;z,p,q) - ®(y) + A®(y)Bpq , (6) 30 missä z on lyhennysmerkintä indekseille i,j,l,m, eli ^K(y)Bp^ ja Ae<y)apq ovat paperikoneen ajoarvolla (Q,b^,Pj) muutokselle (Qe*, ΔΟ^) mitattuja käyristymisen ja kuituorientaation profiilimuutoksia, vrt. Taulukko 1. Kaavoilla (5) ja (6) määritellyt profiilit näin ollen approksimoivat käyristymis- ja kuituorientaatio-.'.35 profiileja tapauksessa, että reunavirtauksia muutettaisiin määrällä AQaP j* Jäljempänä selitettävän kustannusfunktion muodostamista varten keksinnön 8 85518 1 menetelmän käyttäjän tulee saattaa käyristymis- ja kuituorien-taatioprofiilit keskenään vertailukelpoisiksi sekä muodostaa luku, joka kuvaa muutetun ja halutun profiilin välistä eroa. Yksi tapa toteuttaa tämä on seuraava: käyttäjä määrittelee paperirainalle suurimman sallitun 5 (merkitään Κ>βχ) ja pienimmän sallitun käyristymisen (Ka£n)r suurimman sallitun (Θ_m^) ja pienimmän sallitun kuituorientaation <®.in ) sekä käyristymisen tavoitearvon (Ktay) ja kui-tuorientaati°n tavoitearvon (θ^βν>; nämä luvut voivat olla vakioita tai muuttua rainan leveyden y funktiona. Lopputilaa (eli säädön jälkeistä tilaa) kuvaava profiili 10 (käyristymis- tai kuituorientaatioprof iili) on sitä parempi, mitä lähempänä se on tavoitearvoaan. Näiden välistä eroa kuvaa hyvin mitatun profiilin ja sen tavoitearvon väliin jäävän alueen pinta-ala, joka matemaattisesti saadaan integroimalla. Tällöin keskenään yhteismitalliset, tavoitearvon saavuttamisen hyvyyttä kuvaavat käyristymisen ja kuitu-15 orientaation vertailuarvot (K ja Θ, vastaavasti) saadaan kaavoista:

L

K(*rP»q) - J lfK(y)l dy ' <7> o missä L on huulisuihkun leveys ja 20 f ^-Ktav^Kmax-Ktav» » jos KD a Ktay fK(y> “ Λ (8) [ iKtav-^/iKtav-W ' 1°β » < Ktav . .. 25 KD = KO(y;z,p,g) kaavasta (5), sekä

L

§(ZrP»q) J |fθ(y)| dy / (9) 30 o missä f' Jo· eD a et„ ;··. fe<y) - < (10) [(et„-eD)/(et„-e.in) , jo. eo < et„ .;.35 6D = 6D(y;z,p,q) kaavasta (6).

Kaavat (7)...(10) on vain yksi tapa toteuttaa käyristymisen ja kuitu- li 9 85518 1 orientaation keskinäinen vertailtavuus sekä tuottaa tavoiteprofiilien saavuttamista kuvaava luku. Keksinnön menetelmä ei ole kuitenkaan rajoitettu tähän nimenomaiseen esitykseen, vaan käyttäjä voi tarpeen mukaan soveltaa myös muita kaavoja: esimerkiksi paperirainan reunasuika-5 leet voidaan jättää huomioon ottamatta (integrointialueen rajauksella) tai kapea-alaiset mutta amplitudiltaan suuret poikkeamat voidaan tehdä erityisen ei-toivotuiksi (f^- ja fQ-funktioiden painokertoimia muuttamalla). Oleellista on huolehtia siitä, että Jt ja Θ ovat ei-negatiivisia ja että paperin laatuominaisuus tulee sitä paremmaksi, mitä pienempää 10 vertailuarvoa (K tai Θ) se vastaa.

Ennakolta on odotettavissa, että pienintä mahdollista käyristymistä ja pienintä mahdollista kuituorientaatiota ei saavuteta samanaikaisesti. Tämän vuoksi käyttäjän tulee päättää ennen säädön aloittamista, missä 15 suhteessa painotetaan pienen käyristymisen tai pienen kuituorientaation saavuttamisen tärkeyttä. Tämä määrätään käyristymisen painotuskertoimella r, jonka avulla suureista K ja Θ muodostetaan ns. kustannusfunktio Z: Z2pq * r-K(*,p,q) + (1-r) §(z,p,q) , (11) 20 missä 0 s r < 1. Tällöin esimerkiksi asettamalla r=l minimoidaan pelkästään käyristyminen orientaatiosta riippumatta ja arvolla r-0.5 haetaan tilannetta, jossa sekä käyristyminen että orientaatio ovat samanaikaisesti mahdollisimman pieniä, mutta kumpikaan ei ole välttämättä minimissään.

.25

Tarkastellaan seuraavaksi perälaatikosta tulevaa massavirtaa yleisesti. Perälaatikon huuliaukosta purkautuva kokonaistilavuusvirta Q on: Q * Av , (12) 30 missä A on huulisuihkun poikkileikkauksen pinta-ala kohdassa, jossa suihkulla on nopeus v. Välittömästi kärkilistan jälkeen suihkun nopeus on Bernoullin lain mukaan likimäärin: '*'.55 v * J 2P/d , (13) : *· missä P on perälaatikon paine ja d on massan tiheys. Kun otetaan huomioon paineenmittauspisteen ja suihkun nopeuden tarkastelupisteen (ns. vena ίο B 5 51 8 1 contracta) välinen korkeusero (H/2) sekä erinäisiä kitka-ym. häviöitä kuvaavat dimensiottomat luvut ja Kc, saadaan eeuraava kaava suihkun nopeudelle vena contractassa: 5 v = C V 2P/d , (14) missä nopeuden korjauskertoimelle C on alan kirjallisuudessa johdettu kaava: 10 / 1 + (H-b) gd/(2P) c = | I ΓΤ <15> Ί (t) 15 missä b on keskimääräinen huuliaukko, g on maan vetovoiman aiheuttama kiihtyvyys ja ^ on kuroutumakerroin. Käytännössä nopeuden korjaus-kertoimen C lukuarvo on hyvin lähellä ykköstä. Toisaalta suihkun poikki-leikkauspinta-ala A vena contractassa on: 20 A = b-tf L , (16) missä L on huulisuihkun leveys. Huulisuihkun tilavuusvirta voidaan siten -.- ilmaista kaavalla: • --25 Q = b-X L C ^ 2P/d . (17)

Koska huulisuihkun leveys L on paperikoneesta riippuva vakio ja kuroutu-makerrointa X ja nopeuden korjauskerrointa C pidetään vakioina tai ne vaihtelevat vain vähän ja lisäksi tiheys d muuttuu lämpötilan kautta 30 hitaasti, voidaan kaavasta (17) päätellä Q:n riippuvan käytännössä pääasiallisesti vain keskimääräisestä huuliaukosta b ja perälaatikon paineesta P. Tämän vuoksi jatkossa tilavuusvirta Q esitetään vain b:n ja P:n funktiona, Q = Q(b,P), mutta funktion arvoa laskettaessa täytyy myös ko. olosuhteissa vallinneet C:n, <K :n ja d:n arvot olla käytettävissä.

/.35

Ajopisteellä (Qo'b0' P0;®a°') tarkoitetaan paperikoneen ajoarvoja (eli huuliaukon keskimääräinen asetusarvo bg, perälaatikon paineen asetusarvo 855 1 8 1 P0 ja Q0*Qo^bO'P0^ reimaeyöttömääriä (Qa°, Qj,0) siinä tilassa (alkutila), jossa keksinnön mukaisella menetelmällä aletaan säätämään paperikonetta minimoimaan kustannusfunktio Z. Käytetään jatkossa ajopis-teeetä lyhyyden vuoksi merkintää AP. Vastepisteellä VPQ » 5 (Qn,bn'pn»Qa° * Qj,n) tarkoitetaan puolestaan sellaista koneen ajoarvoa ja reunaeyöttömääriä, jolla on tehty vaiheen 1 mukaiset vasteajot. Ajopie-teen AP ja vastepisteen VPn välinen etäisyys AVQ määritellään kaavalla: 10 AVn = λ/ ci‘dl + c2 d2 + c3 d3 + c4d4 ' dl = ΠΟθ-°η>/0θ12 d2 * KVbn>/b0)2 15 d3 = l ( ~ /v/>/V2 d4 = t < lo.°-0 + 1¾°-¾^ ) / Qo 52 · 20 Kaavassa (18) luvut Cj, c^, ja ovat vakiokertoimia, joilla määrätään se, missä suhteessa eri tekijät otetaan huomioon; eräs mahdollinen valinta on: Cj=l, ¢^=1/2, Cj*l/4 ja c^=l/8.

Seuraavat vaiheet kuvaavat menetelmän säätöosaa, vrt. kuvio 3C.

-25

Vaihe 2 Kustannusfunktion muodostamista varten käyttäjä antaa käyristymisen painotuekertoimen r. Mikäli r * 1, kuituorientaatioon liittyviä lähtötietoja ja profiilimittauksia ei tarvita jatkos-30 sa. Sama pätee käyristymiseen, jos on annettu r « 0.

Vaihe 3 Käyttäjä antaa käyristymisen tavoitearvon Ν:·ν 3* kuituorien-taation tavoitearvon ®tav· Samoin luetaan profiilien keskinäi-.35 sen vertailtavuuden mahdollistamiseksi luvut W K*in' ®.a* ja θΜ£η tai vastaavat suureet käyttäjän itse kehittämiä kaavoja varten. Annettavat luvut voivat olla myös profiileja eli riippua radan poikittaisesta etäisyydestä y.

i2 85 5 1 8 1 Vaihe 4 Mitataan säädettävät eli nykyistä ajopistettä vastaavat käyris-tymisprofiili K(y) ja kuituorientaatioprofiili 0(y). Laboratoriomittausten tulokset syötetään mikrotietokoneelle.

5

Vaihe 5 Tarkistetaan, ovatko profiilit jo valmiiksi haluttujen rajojen sisällä eli tarvitaanko säätöä lainkaan. Säätöä ei tarvita, mikäli 10 (i) tapauksessa 0 < r < 1 : K.in 5 K<y> S K..x 3a ®.in 5 ®<y> 5 θ·»χ ' 15 (li) tapauksessa r = 1 : K*in s s Nwx ' (iii) tapauksessa r = 0 : 20 ®min s ®<y) s ®..x *

Mikäli säätöä ei tarvita, hypätään algoritmissa vaiheeseen 8.

- -.25

Vaihe 6 Tässä vaiheessa oletetaan, että käytettävissä on vain yksi vastepiste VP^ = (®l'bl'pi* ΔΟ^*)· Mikäli vasteajoja on tehty kahdelle tai useammalle vastepisteelle, algoritmin toteutus hyppää vaiheeseen 7.

30

Muodostetaan mitatuista profiileista ja vasteajotulokeista (vaihe 1) kaavojen (5) ja (6) mukaiset funktiot. Vaiheissa 2 ja 3 luettujen parametrien ja kaavojen (7)...(11) avulla saadaan näistä edelleen kustannusfunktio Z reunavirtausmuutosten AQa / 35 ja Δ0|, funktiona. Taulukon 1 mukaisesti voidaan nyt esittää ’ * vastaava taulukko kustannusfunktiolle.

I: i3 85 5 1 8 1 TAULUKKO 2: Esimerkki kustannusfunktion esittämisestä.

(Q1rb1,P1) ; (0.1.¾1) 5 4¾1 Δ^ Δ¾3 ^¾1 Zxll Z*12 .....

^¾2 Zx21 Zx22 .....

10 ^¾3 ...............

Edellä kerrottujen kustannusfunktion muodostamisperiaatteiden 15 perusteella kaikki Z:n arvot ovat ei-negatiivisia; käytetään pienimmälle löydetylle Z:n arvolle merkintää Z* ja vastaavia reunavirtausten muutoksia merkitään ΔΟ^1 = ja Δ^ - Δ^· Nyt on siten löydetty ne reunavirtauksille tarvittavat muutokset Δ0.* ja Δ¾*, joiden tekemisen jälkeen 20 käyryyden ja kuituorientaation mitatun profiilin ja tavoitepro- fiilin väliset erot minimoituvat optimaalisella tavalla.

Koska yleisessä tapauksessa ajopisteen tilavuusvirtaus «0 poikkeaa vastepisteen vastaavasta Qj, on pisteelle 25 haetut arvot Δ0.* ja Δ¾* muunnettava vas- . . taamaan pistettä (00,^0^0^.^,¾^). Tämä tehdään lineaariseen vaeteteoriaan nojautuen, eli kun huulisuihkun tilavuusvirtaa Q muutetaan määrällä 6Q: 30 Q -» (1+6)0 , (19) muuttuvat myös reunavirtaukset samassa suhteessa, eli 0. -> (l+«)Qa (20) '•".35 ja ¾ “» (1+5)¾ · (21)

Kaavat (20) ja (21) differentioimalla voidaan todeta saman i4 8551 8 1 pätevän myöe reunavirtaueten muutoksiin: AQa -» (l+δ) AQa (22) ja 5 AQjj -» (1+6) . (23)

Koska muutoksessa

Qx -* (1+6)Qj = Q0 (24) 10 suure δ on δ = (Qq/Qj) - 1 , (25) 15 niin kaavojen (17)...(23) perusteella ajopisteessä (Qo'bo'po?Qa°,Ql»0) käyryyden ja kuituorientaation mitatun profiilin ja tavoiteprofiilin väliset erot minimoituvat optimaalisella tavalla, kun a- ja b-puolen reunavirtauksia muutetaan määrällä: 20 AQaopt = (Qq/Qj)· AQa* (26) ja AQjj0** = (Qq/Q!)· AQj,* · (27) 25 Edellä AQa* ja AQj,* määrättiin diskreetistä pistejoukosta Δ0,1, AQa2, AQa3 ··· ja AQjj1# AQj,2, ΔΟ^ ... · Mutta haluttaessa voidaan matemaattisella interpolaatiolla arvioida kustannusfunktio Z myös näiden välialueilla ja siten mahdollisesti löytää kustannusfunktiolle uusi, tarkennettu minimi ja 30 sitä vastaavat reunavirtaueten muutosten AQa* ja ÄQb* arvot.

Koska käsiteltävänä olevassa vaiheessa oli oletettu, että säätöjärjestelmällä on käytettävissä vain yksi vastepiste, hypätään tässä tapauksessa seuraavan vaiheen ohi ja jatketaan *"35 vaiheesta 8.

is 8551 8 1 Vaihe 7 Tässä vaiheessa oletetaan, että käytettävissä on kaksi tai useampia vaetepisteitä VP^ = ' w2 = (Qj / bj, Pj / Qa t Qjj ) i · · · 5 Ensimmäinen vaihe on etsiä ajopistettä AP = (Qq,bg,Ρ^Ο^,Ο^®) lähinnä olevat kaksi vastepistettä. Ajopisteen ja vastepisteen välinen etäisyys on määritelty kaavalla (18). Etsitään tämän avulla kaksi pienintä etäisyyttä. Yleisyyttä rajoittamatta oletetaan seuraavassa, että VPj on lähin ja VP2 on toiseksi 10 lähin ajopistettä AP oleva vastepiste (tarvittaessa voidaan vastepisteiden indeksointia muuttaa). Mikäli Qj = Q2, haetaan reunavirtausten muutokset pelkästään vastepisteen VPj perusteella vaiheen 6 mukaisesti.

15 Seuraavaksi etsitään edellisessä vaiheessa 6 selostetulla tavalla kustannusfunktion Z minimit vastepisteiesä VPj ja VP2· Merkitään pisteessä VP^ Z:n minimiä vastaavia reunavirtausten muutosten arvoja: AQal* ja sekä pisteessä VPj vastaavasti: AQa2 ja AQjjj*· Nyt tiedetään, että kun huulisuihkun 20 tilavuusvirtaa Q muutetaan:

Qib^Pj) -♦ (l + 6)-Q(b1>P1) = Q(b2,P2) (28) niin käyryyden ja orientaation optimaaliseksi säätämiseksi 25 tarvittavat reunavirtauksien lisäykset tai vähennykset muuttu vat tällöin määrällä: AQai* -* (l+fia)· AQal* * AQa2* (29) ja 30 AQ^* - (1+¾) · AQjjj* - AQbj* . (30)

Pitämällä pisteiden VP^ ja VP2 välillä, kaavoissa (28)...(30) esiintyviä muutoksia 6, 6^ ja 6^ lineaarisina, saadaan muutosta: '••/35

QltVPj) -* Q(b0,P0) = (1+χ·δ) •Q(b1,P1) (31) vastaamaan: 16 855 1 8 1 AQal* -* AQa°pt = (l+x 6a)· ^Qal* (32) ja AQj,!* -* AQjj°pt = (l+x «b)· ΔΟ^* . (33) 5 Koska kaavasta (28) saadaan: δ = (Q^Qj) - 1 / (34) on kaavassa (31): 10 x = (Qo-QjJ/iQj-Qi) / (35) missä on käytetty lyhennysmerkintää Qq = Q(bQ,Pn). Njrt kaavoista (29) ja (35) saadaan: 15 x «a = ((Δ0β2*/Δ0β1*)-1) (Q0-Q1)/(Q2-Q1) (36) ja vastaavasti kaavoista (30) ja (35) seuraa: 20 x 6b = ((AQb/teQbjVl) (Qq-Q!)/(Q2~Qi) · (37>

Kaavojen (32), (33), (36) ja (37) perusteella nähdään nyt, että ajopisteessä (Qo'bO'P0,®a°'®b°^ käYrYyden ja kuituorientaation mitatun profiilin ja tavoiteprofiilin väliset erot minimoituvat 25 samanaikaisesti optimaalisella tavalla, kun reunavirtauksia . . muutetaan määrillä: - Λ] Δ0>1* ,*>

30 Q2“Q1 ' AQal I

ja

Ar, opt _ , . Q0"Q1 ( *°b2 \] * :**35 ^ 1 Γ~Γ * ~ 1 ÄQbl <39>

:V35 L VQl I

li i7 8 5 5 1 8 1 Vaihe 8 Edellä läpikäydyissä vaiheissa 6 ja 7 laskettiin ne määrät ΔQa°pt ja ÄQj,01* (ke. kaavat (26) ja (27) sekä (38) ja (39)), joilla a- ja b-puolen reunavirtauksia on muutettava, jotta mitatut käyryyden ja kuituorientaation profiilit saataisiin 5 optimaalisen lähelle tavoiteprofiileja. Suureet Δ0 ja ^°Pt voivat olla myös nollia, mikäli säätöä ei tarvita lainkaan (vaihe 5). Kun otetaan huomioon, että lähtötilanteessa eli ajopieteeesä a- ja b-puolen reunavirtaukset ovat Qa® ja Qa^, saadaan uusiksi a-ja b-puolen reunavirtausten asetusar-10 voiksi (= tavoitearvot): β.“" - Q.° * ΔQe°pt (40) ja

QfetaV - Ob0 ♦ Δ0>°«* . ,41) 15

Vaihe 9 Tässä vaiheessa mikrotietokoneella 6 (kuvio 1) on tiedossa ne arvot (tavoitearvot), jotka reunavirtauksilla tulee olla eli kaavoilla (40) ja (41) lasketut arvot. Samoin tietokone saa 20 virtausmittareilta 2a ja 2b tiedon eiitä, mikä on kulloinenkin todellinen virtaama. Näiden tietojen avulla mikrotietokone 6 säätää analogiasignaalien Qa°u* ja Q^°ut kautta venttiilejä 3a ja 3b niin, että mitatut reunavirtausten arvot pysyvät koko ajan tavoitearvoissaan: “ 25 O.1* - 0.*" (42) ja «b1" - Ob**’ · («) 30 Säätöohjelma pysyy tässä vaiheessa niin kauan, kunnes käyttäjä haluaa ajaa uuden säätöajon tai ohjelman suoritus lopetetaan.

Mikäli ajetaan uusi säätöajo, algoritmissa siirrytään takaisin vaiheeseen 2.

*.“35 Vasteajon eri vaiheista saatavien profiileiden malleja on piirretty kuviossa 4. Kuviot 4A ja 4B esittävät käyristymis- ja kuituorientaatio-profiileja tilassa 1 ja kuviot 4C ja 4D esittävät vastaavia tilassa 2 eli reunavirtausten Qa ja muutoksen jälkeen. Laboratoriomittauksista ie 8551 8 1 saatavat tulokset on kuvattu pisteinä ja havainnollisuuden vuoksi ne on yhdistetty murtoviivalla. Kuvioiden vaaka-akseli kuvaa etäisyyttä paperiradan poikittaisessa suunnassa (cm), profiilit (pystyakselit) on esitetty mielivaltaisissa yksiköissä. Tilojen 1 ja 2 profiileiden 5 erotukset, eli kaavojen (3) ja (4) mukaiset muutosprofiilit AK(y) ja AQ(y) on piirretty kuvioihin 4E ja 4F. Kuvio 5 havainnollistaa itse säätöajoa: kuvioissa 5A ja 5B on esitetty esimerkki säädettävästä

käyristymis- ja kuituorientaatioprofiilista (murtoviivojen yhdistämät pisteet). Kuviin on myös merkitty tavoiteprofiilit (yhtenäinen viiva) 10 sekä ylä- ja alarajat (katkoviivat) vaihteluvälille, jonka sisällä profiileiden halutaan olevan. Tavoiteprofiilit sekä ylä- ja alarajat ovat tässä esimerkissä vakioita yli koko paperiradan leveyden. Kuvioiden 5C

ja 5D profiilit kuvaavat niitä muutosprofiileja, jotka vastaavat kustan- * * * nusfunktion minimipisteen Z reunavirtausmuutoksia ja AQj^ · 15 Kuviot 5E ja 5F esittävät keksinnön mukaisella menetelmällä odotettavissa olevaa lopputilaa, joka saadaan kun kuvioiden 5A ja 5C profiilit ja kuvioiden 5B ja 5D profiilit lasketaan yhteen; tavoiteprofiilit ja vaihtelualueiden rajat ovat kuten kuvioissa 5A ja 5B.

20 Vaiheessa 1 kuvatut vasteajot kannattaa uusia säännöllisin väliajoin ja ainakin silloin, kun käytettävässä paperimassassa tai paperikoneen ajoarvoissa tapahtuu oleellisia muutoksia tai kun valmistettava paperi poikkeaa ominaisuuksiltaan huomattavasti siitä laadusta, jolle vasteajot on tehty.

• 25

Erityisesti on huomattava, että keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa myös sellaisissa paperikoneissa, joissa reunavirtauksia on mahdollista säätää hallitusti jollakin muulla tavalla esim. poistamalla perälaatikon huulikanavan kummankin sivuseinän läpi pieni osa massavir-30 tauksesta ennen sen purkautumista viiralle. Samoin optimaaliset reuna-syöttömäärät voidaan määrätä usemmankin kuin kahden vastepisteen avulla. Muutoinkin on todettava, että keksinnön mukaista menetelmää on edellä selitetty vain yhteen toteuttamisesimerkkiin viitaten. Tällä ei kuitenkaan millään tavoin haluta rajoittaa keksintöä vain tätä esimerkkiä '-•-35 koskevaksi vaan monet muunnokset ovat mahdollisia seuraavien patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (7)

1. Menetelmä paperin käyristymisprofiilin ja kuituorientaatioprofiilin säätämiseksi reunavirtauskanavilla varustetussa paperikoneessa, jossa 5 menetelmässä säädetään paperikoneen reunavirtausmääriä aikaisemmin kerättyjen vasteajotietojen, säädettävälle paperiradalle mitattujen käyristymis- ja kuituorientaatioprofiilien sekä säätöhetkellä vallitsevien paperikoneen asetusarvojen pohjalta menetelmää toteuttavan säätöjärjestelmän avulla, tunnettu siitä, että käyristymis- ja kuitu-10 orientaatioprofiileja hallitaan sivuvirtausmääriä säätämällä tavalla, joka käsittää seuraavat vaiheet: (a) kerätään säädettävän paperikoneen eri asetusarvoilla tietoa reunasyöttöjen muutosten &QaA ja sekä näistä aiheutuvien 15 käyristymis- ja kuituorientaatioprofiilin muutosten ΔΚ^ ja ΔΘ^ välisestä relaatiosta tekemällä paperikoneella vasteajoja sen eri toimintatiloissa (i), (b) edellä määritellyssä vaiheessa (a) saadut relaatiotiedot 20 tallennetaan paperikoneen säätöjärjestelmään kuuluvan tietoko neen tai vastaavan muistiin, ja (c) kerättyjen relaatiotietojen avulla säätöjärjestelmä korjaa valmistettavan rainan käyristymisprofiilia ja kuituorientaatio- 25 profiilia säätämällä paperikoneen sivuvirtauemääriä.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paperikoneen mainitut vasteajot käsittävät säätöjärjestelmän tietokoneeseen tallennetetun ohjelman (kuviot 3A ja 3B) perusteella 30 suoritettavat seuraavat vaiheet: (a) syötetään mainitulle tietokoneelle vasteajoon, paperikoneeseen sekä valmistettavaan rainaan liittyvät tiedot, 35 (b) paperikoneen ollessa lähtötilassa (tila 1) ajetaan koe- raina, josta laboratoriossa mitataan käyristymisprofiili K^(y) ja kuituorientaatioprof iili 0j(y) sekä syötetään nämä tiedot tietokoneen muistiin, 20 85 51 8 1 (c) muutetaan paperikoneen reunasyöttöjä halutulla tavalla ja annetaan paperikoneen stabiloitua uuteen tilaan (lopputila eli tila 2), 5 (d) ajetaan paperikoneella tilan 2 koeraina, mitataan siitä laboratoriossa käyristymisprofiili ^(y) ja kuituorientaatio-profiili 0j(y), syötetään mittaustulokset tietokoneelle, ja (e) lasketaan muutosprofiilit (kaavat (3) ja (4)), tallennetaan 10 ne tietokoneen tietokantaan ja lopetetaan vasteajo.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestelmän tietokoneeseen tallennetun ohjelman säätövaihe (kuviot 3A ja 3C) käsittää seuraavat osavaiheet: 15 (a) annetaan tietokoneelle käyristymisen ja kuituorientaation tavoiteprofiilit sekä muut säätöön tarvittavat parametrit, (b) syötetään säädettävä käyristymisprofiili ja kuituorientaa- 20 tioprofiili tietokoneelle, (c) tietokoneen ohjelma etsii vasteajotulosten tietokannasta yhden tai useampia sopivia vasteajoja ja määrää näitten perusteella uudet arvot reunasyöttöjen virtausmäärille, 25 (d) säädetään reunavirtausventtiilejä tai vastaavia siten, että reunavirtausmäärät pysyvät niissä arvoissa, jotka laskettiin edellä määritellyssä vaiheessa (c), ja 30 (e) säädön suoritus pysyy eo. vaiheessa (d) niin kauan, kunnes säätövaihe lopetetaan tai ajetaan uusi säätöajo käymällä uudelleen läpi vaiheet (a), (b), (c) ja (d).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu -35 siitä, että (a) vasteajot tehdään sivuvirtausmääriä muuttamalla joko yhdellä tai useammalla perälaatikon paine, keskimääräinen 2i 8551 8 1 huuliaukko -parin asetusarvolla, (b) säätöalgoritmiesa käytetään hyväksi kustannusfunktiota (kaava (11)), jota minimoimalla voidaan halutulla tavalla 5 yhtäaikaa huomioida sekä käyristyminen että kuituorientaatio ja kustannusfunktio voidaan ulottaa kattamaan koko paperiradan poikkisuuntaiset käyristymis-ja orientaatioprofiilit, (c) kustannusfunktio (kaava (11)) muodostetaan lisäämällä 10 säädettäviin profiileihin vasteajoista saadut muutosprofiilit (kaavat (5) ja (6)) ja saattamalla tarvittaessa käyristymiseen ja kuituorientaatioon liittyvät termit vertailukelpoisiksi (kaavat (7)-(10)), 15 (d) optimaaliset reunasyöttöjen virtausmäärät saadaan määrää mällä reunasyöttöjen muutostarve ensiksi yhdessä tai usemmassa vastepisteessä (vastepisteellä tarkoitetaan niitä paperikoneen asetusarvoja, joilla vasteajo on tehty) kustannusfunktiota minimoimalla, 20 (e) vastepisteelle laskettu reunasyöttöjen muutostarve muunnetaan vastaamaan säätöhetkellä olevia paperikoneen asetusarvoja (yhtä vastepistettä käytettäessä kaavat (26) ja (27) ja kahta vastepistettä käytettäessä kaavat (38) ja (39)), ja 25 (f) korjataan käyristymis- ja kuituorientaatioprofiilit muuttamalla reunavirtaukset eo. vaiheessa (e) laskettujen arvojen mukaisiksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä säädetään paperikoneen perälaatikon reunavir-tausmääriä säätöventtiilien (3a) ja (3b) tai vastaavien ja näitä ohjaavan säätöjärjestelmän avulla (kuvio 1).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätöjärjestelmän tietokone, sopivimmin mikrotietokone (6) laskee sille syötettyjen säädettävien profiilien ja laskentaparametrien sekä tietokoneen muistiin talletettujen vasteajojen tietokannan perus- 22 8 5 5 1 8 1 teella tarvittavat optimaaliset reunasyöttöjen virtausmäärät, jotka liitäntäyksikössä (7) muunnetaan säätöventtiilejä (3a) ja (3b), tai vastaavia, ohjaaviksi säätösuureiksi (kuvio 1).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtausmittarit (2a) ja (2b) mittaavat kullakin hetkellä vallitsevat reunavirtausten suuruudet ja ko. mittaussuureet muunnetaan liitäntäyksikössä (7) tietokoneelle (6) sopivaan muotoon, jonka jälkeen tietokoneen ohjelma vertaa mitattuja arvoja säätöalgoritmin laskemiin 10 tavoitearvoihin ja tarvittaessa muuttaa säätöventtiileille (3a) ja (3b), tai vastaaville, asetettavia säätösuureita siten, että mitatut reunavirtausten arvot tulisivat olemaan mahdollisimman tarkasti samat kuin lasketut tavoitearvot (kuvio 1). 15 20 25 30 .35 li 23 8551 8