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Anordnung zur Regelung der Faserkonzentration einer Faser-
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suspension Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der
Faserkonzentration einer Fasersuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
Solche Regelungen werden beispiels weise bei der Papierherstellung verwendet0 Bei
den bekannten Regelanordnungen der eingangs genannten Art ist es schwierig, eine
zufriedenstellende Regelung zu erzielen. Dies liegt u.a. daran, daß Ventil mit Verstellvorrichtungen
stets eine tote Zone oder ein Spiel haben Auch kann die Messung der Prozeßgrößen
(Konzentration, Fluß> Niveau usw.) Probleme bereiten; oft hat man lange und in
Abhängigkeit von der Produktionsgeschwindigkeit unterschiedliche Transportzeiten.
Wenn beispielsweise über das dafür vorgesehene Ventil eine Änderung der zugeführten
Menge an Verdünnungswasser in die vom Suspensionsbehälter abgehende Leitung stattgefunden
hat, so vergeht eine gewisse von der Flußgeschwindigkeit abhängige Zeit, bis das
Konzentrationsmeßgerät für den Regler des genannten Ventils die erfolgte Änderung
registriert. Die Verstärkung in den Regelsystemen variiert daher oft mit dem Arbeitspunkt,
was zu unterschiedlichen Konzentrationen der abgehenden Suspension führt.
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Da neben der Regelung der Konzentration regelmäßig auch eine Regelung
des Masseflusses stattfindet und häufig die Regelung der Konzentration in eine Grob-
und Feinregelung aufgeteilt ist und alle diese Regelsysteme miteinander verbunden
sind und einander beeinflussen, ist es in der Regel sehr schwierig, für diesen Teil
des Gesamtprozesses eine
optimale Gesamtregelung zu erzielen. Hohe
Ansprüche an den Prozeßablauf, wie z.B. hinsichtlich Genauigkeit und Schnelligkeit,
machen es daher erforderlich, die Verstärkungs-und Integrationsparameter bei jeder
Änderung der Arbeitspunkte der Systeme zu justieren. Um diese Probleme so weit wie
möglich zu verringern, ist man oft gezwungen gewesen, eine oder mehrere Ausgleichswannen
in dem Faserfluß anzuordnen.
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Durch die Entwicklung selbsteinstellender Regler sind die Möglichkeiten,
bessere Leistungen zu erzielen, verbessert worden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Leistungsvermögen einer
Regelanordnung der eingangs genannten zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der
Ansprechgeschwindigkeit und der Arbeitsgenauigkeit.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
genannt.
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Mit einer Anordnung nach der Erfindung kann das Leistungsvermögen
der beteiligten Regel systeme erheblich verbessert werden. Insbesondere wird die
Stabilität der Regelung wesentlich verbessert, deren Anfälligkeit eine Folge der
grossen und variierenden Transportzeiten in der geregelten Anlage ist.
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Durch die Erfindung werden die beteiligten Regelsysteme hinsichtlich
bevorstehender Änderungen vorgewarnt, so daß Gegenmaßnahmen früher eingeleitet werden
können, als es mit den bekannten Regelsystemen möglich ist. Dies bedeutet, daß
die
Konzentrationsschwankungen erheblich kleiner sind als bei den mit den bekannten
Anordnungen geregelten Anlagen.
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Der Teil der Anlage, der zuerst eine auf einer inhomogenen oder variierenden
Masse beruhende Konzentrationsänderung wahrnimmt 9 ist der eventuell im Suspensionsbehälter
vorhandene Umrührer. Einen Meßwert für die Konzentration im Suspensionsbehälter
kann man gewinnen durch Messung des Stromes, der Leistung oder des Drehmomentes
und der Drehzahl des Antriebsmotors dieses Umrührers. Der im Suspensionsbehälter
oder am Ausgang des Suspensionsbehälters gemessene Konzentrationsmeßwert wird als
Vorkopplung (feed forward control) der Konzentrationsregelung verwendet. Eine "Vorkopplung"
ist definitionsmäßig (IEV 500351 International Electrotechnical Vocabulary) eine
Regelung, bei welcher die Steuergröße sowohl auf der Differenzgröße wie auf einer
oder mehreren der Eingangsgrößen des Systemes beruht Der Sinn dieser Anordnung besteht
darin, bei einer Konzentrationsänderung nicht warten zu müssen, bis die Suspension
zu dem Konzentrationsmeßgerät für die Konzentrationsregelung gelangt ist, welches
im Zuge des Suspensionsflusses hinter der Hauptpumpe und dem Ventil zur Steuerung
des Masseflusses liegt, bevor eine Gegenmaßnahme getroffen werden kann, die der
eingetretenen Veränderung entgegenwirkt. Dabei wird auch der Zeitverlust vermieden,
der durch die dem Konzenm trationsmeßgerät innewohnende Trägheit bedingt ist.
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Um die unerwünschten Änderungen der Konzentration der Suspension weiter
zu verringern, kann der im Behälter oder am Ausgang des Behälters gewonnene Konzentrationsmeßwert
beim Vorhandensein einer Grob- und Feinverdünnung auch der Flußregelung zur Grobverdünnung
der Masse, die als Flußverhältw nisregelung ausgebildet ist, aufgeschaltet werden0
Diese Aufschaltung geschieht in der Weise, daß bei einem Anstieg der Konzentration
der Wasserzusatz der Grobverdünnung erhöht wird und umgekehrt.
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Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine bekannte Anordnung zur Regelung der Faserkonzentration wie sie bei der
Papierherstellung verwendet wird und die aus mehreren zusammenwirkenden Regelungen
besteht, nämlich aus der Konzentrationsregelung und zwei Flußregelungen, Fig. 2
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Gestalt ihrer Anwendung auf die bekannte
Regelanordnung gemäß Fig. 1.
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Figur 1 zeigt eine bekannte Anordnung zur Konzentrationsregelung einer
Fasersuspension mit mehreren voneinander abhängigen Regelsystemen. In der Figur
werden mehrere prozeßtechnische Abkürzungen verwendet, die in der nachfolgenden
Beschreibung näher erklärt werden. Die einzelnen verwendet ten Buchstaben bedeuten:
Cs = Faserkonzentration, F = Fluß, I = Indizierung, C = Regelung (Steuerung).
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In Figur 1 bezeichnet 1 einen Hochkonzentrationsturm mit Fasersuspension.
Die Masse wird an der mit 2 bezeichneten Stelle dem Turm zugeführt. Die Verdünnung
erfolgt durch Wasser über die Leitung 3. Eine Grobverdünnung der Masse erfolgt durch
Steuerung des Ventils 4 mit der Verstellvorrichtung 5. Die Menge des über das Ventil
4 pro Zeiteinheit zugeführten Verdünnungswassers wird in Abhängigkeit von der Größe
des abgehenden Suspensionsflusses bestimmt. Die zugeführte Wassermenge ist gleich
einem bestimmten Teil des genannten Suspensionsflusses (Verhältnisregelung). Zu
diesem Zweck wird der Suspensionsfluß durch einen Flußmesser 6 gemessen, und ein
nachgeschalteter Signalwandler 7 liefert ein elektrisches Signal, das dem Suspensionsfluß
proportional ist. Dieses Signal wird dem Regler 10 mit der Bezeich-
nung
FFIC ("Fractional Flow Indication Control") zugeführt, in welchem ein Teil des Signals
als Sollwert für das zuzusetzende Grobverdünnungswasser dient. Der Istwert des über
das Ventil 4 fließenden Wassers wird durch einen Flußmesser 8 und einen nachgeschalteten
Signalwandler 9 gewonnen Die Regelung der Konzentration der Suspension erfolgt durch
Feinverdünnungswasser, welches über ein Ventil 11 mit einer Verstellvorrichtung
12 in die Suspensionsleitung 17 einem speist wird. Der Istwert der Konzentration
wird durch einen Konzentrationsmesser 13 mit nachgeschaltetem Signalwandler 14 gemessen
und einem Regler 15 zugeführt, dem auf einen anderen Eingang auch der Sollwert 16
für die Konzentration zugeführt wird. Der Regler steuert die Verstellvorrichtung
12 des Ventils 11.
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Die Größe des Suspensionsflusses (m3/s), , der die Leitung 17 durchströmt,
wird im wesentlichen von den übrigen Teilen des Fertigungsprozesses bestimmt, wie
z.B. von der Produktionsgeschwindigkeit der Papiermaschine. Zur Erzielung des gewunschten
Flusses ist ein Flußregler.23 vorhanden, dem der Flußsollwert 18 und der durch die
Glieder 6 und 7 gemessene Flußistwert zugeführt werden. Eine solche Flußregelung
muß aus prozeßtechnischen Gründen als sog. v7splitrange" - oder ablosende Regelung
aufgebaut sein, Wenn näm° lich der Fluß niedrig und das Suspensionsniveau im Turm
1 wesentlich höher ist als in dem folgenden (nicht dargestell ten) Tank, so ist
die Massenpumpe 19 als Stellglied der Regelung nicht geeignet Die Flußregelung erfolgt
dann über das Ventil 20 mit seiner Verstellvorrichtung 21. Die Pumpe 19, die über
einen Stromrichter 22 angetrieben wird, arbeitet dann mit einer konstanten niedrigen
Drehzahl Bei steigende Flußbedarf wird die Regelung mit dem Ventil 20 als Stellglied
abgelöst von der Regelung mit der Massepumpe 19 als Stellglied. Das Ventil 20 bekommt
dann eine feste Einstellung. Der Ubergang von der einen Regelart auf die andere
erfolgt mit bekannten Mitteln und ist in der Figur nicht
dargestellt.
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Zu der bekannten Technik gehört es auch, den Turm mit einem von einem
Motor 24 angetriebenen Umrührer 25 zur Homogenisierung der Masse auszurüsten. Der
dem Motor zugeführte Strom, die Leistung oder das über die Antriebswelle übertragene
Drehmoment und die Drehzahl können durch eine Meßeinrichtung 26 gemessen werden,
wobei der gewonnene Meßwert 27 als ein Maß für die Konzentration der Suspension
im Turm 1 angesehen werden kann. Bei bestimmten Arten von Konzentrationsregelungen
wird dieser Meßwert für die Konzentration als Rückführgröße (Istwert) verwendet.
Einen Meßwert 30 für die Konzentration der den Turm verlassenden Fasersuspension
kann man selbstverständlich auch mit Hilfe eines Konzentrationsmeßgerätes 28 mit
nachgeschaltetem Signalwandler 29 erhalten.
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Bei den Reglern 10, 15 und 23 kann es sich um sogenannte selbsteinstellende
Regler handeln.
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Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung gemäß der
Erfindung in Anwendung auf die in Figur 1 gezeigte bekannte Anordnung. Figur 2 unterscheidet
sich von Figur 1 durch die Einführung einer "feed-forward-Kopplungf', was bedeutet,
daß das Meßsignal 27 oder 30, das ein Maß für die Faserkonzentration in dem Turm
1 bzw. am Ausgang des Turms 1 ist, den beiden Reglern 10 und 15 über Signal leitungen
31 und 32 zugeführt wird.
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Die Aufschaltung des Signals 27 oder 30 auf den Regler 15 für Feinverdünnungswasser
und den Regler 10 für Grobverdünnungswasser erfolgt in der Weise, daß bei einer
Zunahme der Konzentration der aus dem Turm 1 in die Leitung 17 einströmenden Suspension
die Zufuhr von Feinverdünnungswasser und Grobverdünnungswasser über das Ventil 11
bzw.
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4 vergrößert wird und umgekehrt
Die Erfindung kann
auch bei bekannten Anordnungen anderer Art als der in Figur 1 gezeigten angewendet
werden, und sie beschränkt sich nicht auf das im vorgehenden beschriebene Ausführungsbeispiel.
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