EP2050868B1 - Regeleinrichtung und Verfahren zur Flächengewichtsregelung in einer Papiermaschine - Google Patents

Regeleinrichtung und Verfahren zur Flächengewichtsregelung in einer Papiermaschine Download PDF

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EP2050868B1
EP2050868B1 EP08105245.8A EP08105245A EP2050868B1 EP 2050868 B1 EP2050868 B1 EP 2050868B1 EP 08105245 A EP08105245 A EP 08105245A EP 2050868 B1 EP2050868 B1 EP 2050868B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control device
value
target value
controller
correction value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP08105245.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2050868A2 (de
EP2050868A3 (de
Inventor
Christian Dr. Fricke
Herbert Dr. Furumoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2050868A2 publication Critical patent/EP2050868A2/de
Publication of EP2050868A3 publication Critical patent/EP2050868A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2050868B1 publication Critical patent/EP2050868B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/0009—Paper-making control systems
    • D21G9/0027—Paper-making control systems controlling the forming section
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/08—Regulating consistency
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00—Other details of machines for making continuous webs of paper
    • D21F7/06—Indicating or regulating the thickness of the layer; Signal devices

Definitions

  • the invention relates to a control device for the basis weight control of a paper web with an operating controller for controlling the headbox to a desired value.
  • control devices are used to maintain a setpoint of the basis weight in the longitudinal direction.
  • other control devices for maintaining a target value of the basis weight in the transverse direction are present, which are not the subject of this invention.
  • Basic material for producing a paper web is a fiber suspension, the so-called substance. This consists of about 0.1% to 1% of solid fibers in aqueous solution. In some cases, further chemical additives and fillers may be included.
  • the fabric is applied to a sieve via the headbox and subsequently subjected to a multi-stage drying process. The amount or the layer thickness of the fabric applied to the fabric significantly determines the basis weight of the finished paper web. The subsequently arranged presses and calenders only affect their thickness and density at a constant weight per unit area.
  • a control device which adjusts the headbox to a predetermined target value.
  • the target value namely the basis weight of the paper web
  • the controlled system thus has a large dead time, which is given by the passage time of the paper web through the paper machine. This can take up to several minutes.
  • the US 3,619,360 describes a device for controlling a basis weight of a paper web, in which a material flow is adjusted as a function of an adapted predicted weight per unit area.
  • the adjusted predicted basis weight is determined based on an actual basis weight, a desired basis weight, and a basis weight predicted based on consistency and flow of the fabric and a speed of a drive.
  • the invention has for its object to provide a control of the basis weight of a paper web, which over the prior art, a simpler operation has, is faster adjustable and allows a higher accuracy of the control process.
  • the object is achieved by a control device for longitudinal control of the basis weight of a paper web in a paper machine according to claim 1.
  • the device uses a so-called operating controller, which per unit time from the chest on the quantity of material supplied to the sieve is regulated to a predetermined nominal value.
  • a controller for example, a PI controller or a PID controller can be used.
  • This operating controller represents the basic control loop.
  • the setpoint of the operating controller is dynamically adapted to the operating conditions.
  • a pilot control device is available, which calculates a run-up quantity.
  • the pre-control device is made available at least the consistency of the substance and the desired speed of the paper machine as input variables for determining the desired value.
  • the pilot control device takes into account the consistency of the substance.
  • consistency is meant the fiber content in comparison to the water content of the substance.
  • the fiber content is typically 0.1 to 1%.
  • the pilot control device at lower consistency set an increased set point for the headbox and vice versa.
  • the pre-control device takes into account a data record from a sort file, which indicates the type of paper to be produced and in particular its weight per unit area.
  • a sort file which indicates the type of paper to be produced and in particular its weight per unit area.
  • the pilot control device also takes into account that with identical measured consistency, a different effective consistency can be present.
  • a data set of stock preparation is used to further optimize the applied amount of substance.
  • This data set can take into account changes in effective consistency due to other chemical composition, especially fillers.
  • a record of the return water system in the pilot control device can be taken into account.
  • the pilot control device which provides a theoretical value for the applied quantity of substance and correction values, can be realized for example by a linear model.
  • a linear model By means of this model it is possible to analytically calculate a required amount of substance from the input variables, for example the substance used, the type to be produced, the sieves used or the data of the recycling water system.
  • the precontrol can be realized by a numeric map matrix.
  • This matrix consists of discrete values stored in a memory. From such a multi-dimensional value field, the pilot control device can read out a required value for the substance quantity as a function of the input variable.
  • a neural network Another alternative to the realization of the pilot control device is a neural network.
  • a neural network consists of a plurality of input neurons, each receiving an input value, and a plurality of hidden hidden neurons, which are connected to the input neurons and each perform a mathematical operation on the input values. The thus calculated output values of the hidden neurons are fed to an output.
  • the mathematical operations, the number of neurons and the links are chosen so that the neural network to be applied to each n-tuple of input values Provision of substance quantity as initial value.
  • the map matrix is implemented as a neural network, it is particularly preferably an adaptive neural network. This is able to automatically generate new setpoints from long-term control deviations that change the required amount of material, which then require no or minor corrections during further operation.
  • pilot control device can be realized in fuzzy logic. Such a realization allows reliable statements about the required amount of substance, even if the assigned input variables are blurred and error-prone.
  • An increased accuracy of the control device according to the invention is achieved in that in addition a so-called measuring controller is provided which outputs a deviation between the measured at the outlet of the paper machine actual value of the basis weight and the target value. These measured deviations are used to detect deviations of the weight per unit area and to correct the setpoint values output by the pilot control device accordingly.
  • the measuring controller is an additional controller to the basic control circuit designated as an operating controller.
  • the pilot control device itself calculates correction values for the amount of substance to be applied.
  • these may be multiplicative corrections which stretch or compress the function of the quantity of substance to be applied over time, as well as additive corrections which increase or decrease the amount of substance to be applied by a fixed value.
  • the additive correction serves to compensate for constant fiber losses, for example in the case of changes in the backwash water.
  • the multiplicative correction takes into account deviations in the effective consistency of the measured consistency, for example, changes in the chemical composition or in the treatment of waste paper.
  • the output correction values of the precontrol are also available again as an input value. As a result, the precontrol can determine a new desired value, which requires a smaller correction as a result. If the precontrol device is implemented by a self-learning neural network, the output correction values can also be used to optimize the network.
  • the value of the substance quantity determined by the pilot control device and optimized with measured values and corrections is fed to a limiter.
  • This can limit the amount of substance to be applied to a maximum possible value.
  • the limiter can also be used to limit the rate of change of the amount of substance.
  • the rate of change of the substance quantity can be limited to the maximum possible rate of change of subsequent plant parts. It is avoided, for example, that a paper web with increased thickness and increased water content is delivered to the dryer section, which can be dried there only with increased heat demand. This would leave the machine in the first few minutes to readjust the heat output too wet and thus unusable paper web. If the machine parts stored downstream of the headbox are brought into a different operating state, the limit value (s) in the limiter can also be adapted during operation of the machine.
  • FIG. 1 shows a block diagram with an operating controller 1, which regulates the flow of material to the headbox from an inlet 3 via a valve 4. To determine the actual value of the material flow, a measuring device 5 is provided.
  • the operation controller 1 is, for example, a PID controller with a sampling time of about 2 s.
  • the setpoint for the flow to the headbox is fed to the PID controller 1, the so-called operating controller, via a limiter 13.
  • the operating controller 1 represents the basic control loop.
  • the setpoint of the material flow to the headbox is also supplied via line 23 to the downstream machine parts, for example the control of the dryer section.
  • the limiter 13 limits the output setpoint or its first derivative after the time to a maximum value, which depends on the performance of the downstream system components. These changing maximum values are supplied to the limiter 13 via line 14.
  • the precontrol device 2 serves to feedforward the setpoint value.
  • This is preferably implemented in the form of a numerical map matrix or a neural network. In some cases mixed forms can also be used.
  • the map 2 are fed via lines 18, 19 and 20 records of stock preparation, the return water system and the sort file. This data can be entered manually by the user or read out from an electronic process control of the production. Based on the knowledge of the variety to be produced, the maps can be made sort-dependent with regard to the other values.
  • the data of the stock preparation 18 and the return water system 19 can also static data from a sequential control or measured values of the corresponding system parts. This allows a dynamic adaptation of the headbox to the operating conditions of the return water system and the substance used.
  • the map 2 the predetermined target speed of the engine via line 7 is supplied approximately every 2 s. Furthermore, the consistency of the substance is provided via line 6 approximately every 4 s. The reciprocal of the consistency 1 / C is also fed to the map 2 via a filter.
  • the map calculates an amount of substance to be applied and provides this on line 26 ready.
  • This value is fed to a PID controller 9, the so-called measuring controller.
  • the PID controller 9 continues to receive as input value a desired value of the basis weight from the sort file via line 10.
  • a measuring device 8 determines an actual value of the weight per unit area before the reel-up, ie. H. at the exit of the paper machine, or between the pre-dryer section and the after-dryer section. From these values, the PID controller 9, which is clocked in synchronism with the measurement with an interval of about 32 seconds, determines a value corrected for output 26 of the feedforward corrected amount of substance. This value is also provided to the sieve model 16.
  • the sieve model 16 calculates from the sort file 20 and, if appropriate, correction values 18 to 22, a correction value between the actual consistency present in the plant and the measured consistency.
  • the input values provided to the screen model are averaged over approximately 4 seconds each. Since the sieve model is only intended to correct long-term deviations, the correction value at the output of the sieve model in the integrator 17 will be about 60 seconds integrated. As an alternative to the screen model 16 and the integrator 17, the correction can also be taken into account directly in the pilot control device 2.
  • the pilot control device 2 outputs a multiplicative correction value for taking into account deviations of the effective consistency from the measured consistency on line 25. Likewise, the measured consistency on line 6 is the multiplicative correction of the flow to the headbox. Before execution of the multiplication, all correction values, that is to say the output of the integrator 17, line 25 and line 6, are added. In the multiplier 11, the multiplicative correction of the control signal is made.
  • the pilot control device 2 can output an additive correction value on line 24.
  • This additive correction value takes into account constant fiber losses. With changes in the backwash water, such fiber losses can also vary over time. This too can be taken into account by the pilot control device 2.
  • the correction value on line 24 is added to the output value of multiplier 11. This result is still multiplied in multiplier 12 with the speed setpoint 7. The result of this multiplication is then supplied to the above-described limiter 13 and represents at its output the lead variable of the operating regulator 1.
  • the addition of the correction value 24 can, however, also take place between the regulator 9 and the multiplier 11.
  • the speed setpoint value 7 is made available to the drive means 15 of the paper machine via a delay element and controls its speed.
  • the correction values 24 and 25 of the pilot control device are available to the latter via input 21 and 22 again.
  • the pilot control device can output a corrected desired value to terminal 26, which subsequently requires only little or no corrections.
  • the correction values on lines 21 and 22 can be used to train an adaptive pilot control device 2.

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  • Paper (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Flächengewichtsregelung einer Papierbahn mit einem Betriebsregler zur Regelung des Stoffauflaufs auf einen Sollwert. Solche Regeleinrichtungen werden zur Einhaltung eines Sollwertes des Flächengewichtes in Längsrichtung verwendet. Daneben sind weitere Regeleinrichtungen zur Einhaltung eines Sollwertes des Flächengewichtes in Querrichtung vorhanden, welche nicht Gegenstand dieser Erfindung sind.
  • Grundstoff zur Herstellung einer Papierbahn ist eine Fasersuspension, der sogenannte Stoff. Dieser besteht zu etwa 0,1 % bis 1 % aus festen Fasern in wässriger Lösung. Fallweise können noch weitere chemische Zusätze und Füllstoffe enthalten sein. Der Stoff wird über den Stoffauflauf auf ein Sieb aufgebracht und nachfolgend einem mehrstufigen Trocknungsprozess unterworfen. Die Menge bzw. die Schichtdicke des auf das Sieb aufgebrachten Stoffes bestimmt maßgeblich das Flächengewicht der fertigen Papierbahn. Die nachfolgend angeordneten Pressen und Glättwerke beeinflussen nur noch deren Dicke und Dichte bei gleichbleibendem Flächengewicht.
  • Um ein konstantes Flächengewicht der hergestellten Papierbahn über deren Länge zu ermöglichen, wird eine Regeleinrichtung verwendet, welche den Stoffauflauf auf einen vorgebbaren Sollwert einregelt. Bei diesem Regelungsvorgang kann der Sollwert, nämlich das Flächengewicht der Papierbahn, erst am Ende der Papiermaschine, also nach dem Trocknungsprozess gemessen werden. Die Regelstrecke weist somit eine große Todzeit auf, welche durch die Durchlaufzeit der Papierbahn durch die Papiermaschine gegeben ist. Diese kann bis zu mehrere Minuten betragen.
  • Zur Lösung dieses Problems wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, den Stoffauflauf mittels einer Steuerung durch die Geschwindigkeit der Papiermaschine mit verzögertem Ansprechen der Antriebe zu steuern. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass Fehler in der Konsistenzmessung des Stoffes oder unterschiedliche effektive Konsistenzen bei gleichen Konsistenzmesswerten aber unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung des Stoffes Fehler im Flächengewicht zur Folge haben. Ebenso werden nach dem Stand der Technik keine Einflüsse des Rückwassersystems auf das Flächengewicht berücksichtigt. Die Steuerung gemäß dem Stand der Technik ist somit fehlerbehaftet. Da der Einfluss der Todzeit auf den Stoffauflauf weiterhin groß bleibt, ergibt sich ein erhöhter Aufwand bei der Einstellung der Steuerung. Während dieser Einstellzeit kann in der Regel kein verkaufsfähiges Papier hergestellt werden.
  • Die US 3,619,360 beschreibt eine Vorrichtung zur Regelung eines Flächengewichts einer Papierbahn, bei dem ein Stoffstrom in Abhängigkeit von einem angepassten vorhergesagten Flächengewicht angepasst wird. Das angepasste vorhergesagte Flächengewicht wird auf Grundlage eines tatsächlichen Flächengewichts, eines erwünschten Flächengewichts und eines auf Basis einer Konsistenz und eines Flusses des Stoffes sowie einer Geschwindigkeit einer Antriebseinrichtung vorhergesagten Flächengewichts ermittelt.
  • Aus der EP 0 898 014 A2 ist bekannt, zur Längsregelung eines Flächengewichts einer Papierbahn zwei voneinander unabhängige Regelkreise einzusetzen. Dabei wird das Flächengewicht sowohl vor dem Aufroller als auch im Nassbereich der Papiermaschine bestimmt. Festgestellte Abweichungen werden dann durch Nachführen der aufgebrachten Stoffmenge und der Stoffkonzentration ausgeregelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung des Flächengewichtes einer Papierbahn anzugeben, welche gegenüber dem Stand der Technik eine einfachere Bedienbarkeit aufweist, schneller einstellbar ist und eine höhere Genauigkeit des Regelvorgangs ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Regeleinrichtung zur Längsregelung des Flächengewichtes einer Papierbahn in einer Papiermaschine gemäß Anspruch 1.
  • Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Verfahren zur Längsregelung des Flächengewichtes einer Papierbahn in einer Papiermaschine gemäß Anspruch 13.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet einen sogenannten Betriebsregler, welcher die pro Zeiteinheit aus der Bütte auf das Sieb gelieferte Stoffmenge auf einem vorgegebenen Sollwert regelt. Als Betriebsregler kann beispielsweise ein PI-Regler oder ein PID-Regler verwendet werden. Dieser Betriebsregler stellt den Grundregelkreis dar. Um den Einfluss der Todzeit zu minimieren, wird der Sollwert des Betriebsreglers dynamisch an die Betriebsbedingungen angepasst. Hierzu steht erfindungsgemäß eine Vorsteuereinrichtung zur Verfügung, welche eine Auflaufmenge berechnet.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung werden der Vorsteuereinrichtung zumindest die Konsistenz des Stoffes und die Sollgeschwindigkeit der Papiermaschine als Eingangsgrößen zur Bestimmung des Sollwertes verfügbar gemacht.
  • Da sich eine Änderung der Sollgeschwindigkeit nur verzögert auf das Flächengewicht der produzierten Papierbahn auswirkt, werden die Antriebe der Papiermaschine verzögert angesteuert. Eine geplante Änderung der Sollgeschwindigkeit wird jedoch bereits vorher von der Vorsteuereinrichtung zur Neubemessung des Sollwertes des Stoffauflaufs berücksichtigt.
  • Weiterhin berücksichtigt die Vorsteuereinrichtung die Konsistenz des Stoffes. Unter Konsistenz wird dabei der Fasergehalt im Vergleich zum Wassergehalt des Stoffes verstanden. Der Fasergehalt beträgt typischerweise 0,1 bis 1%. Somit kann die Vorsteuereinrichtung bei niedrigerer Konsistenz einen erhöhten Sollwert für den Stoffauflauf vorgeben und umgekehrt.
  • Weiterhin berücksichtigt die Vorsteuereinrichtung einen Datensatz aus einer Sortendatei, welche die herzustellende Papiersorte und insbesondere deren Flächengewicht angibt. Somit können aus dem identischen Stoff verschiedene Papiersorten hergestellt werden.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung berücksichtigt die Vorsteuereinrichtung auch, dass bei identischer gemessener Konsistenz eine unterschiedliche effektive Konsistenz vorliegen kann. Hierzu wird ein Datensatz der Stoffaufbereitung zur weiteren Optimierung der aufgebrachten Stoffmenge herangezogen. Dieser Datensatz kann Änderungen der effektiven Konsistenz durch andere chemische Zusammensetzung, insbesondere Füllmittel, berücksichtigen. Weiterhin kann ein Datensatz vom Rückführwassersystem in der Vorsteuereinrichtung mitberücksichtigt werden.
  • Die Vorsteuereinrichtung, welche einen theoretischen Wert für die aufgebrachte Stoffmenge und Korrekturwerte zur Verfügung stellt, kann beispielsweise durch ein lineares Modell realisiert werden. Mittels dieses Modells kann aus den Eingangsgrößen, beispielsweise dem verwendeten Stoff, der herzustellenden Sorte, den verwendeten Sieben oder den Daten des Rückführwassersystems analytisch eine benötigte Stoffmenge berechnet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Vorsteuerung durch eine numerische Kennfeldmatrix realisiert werden. Diese Matrix besteht aus diskreten, in einem Speicher abgelegten Werten. Aus einem solchen vieldimensionalen Wertefeld kann die Vorsteuereinrichtung in Abhängigkeit der Eingangsgröße einen benötigten Wert für die Stoffmenge auslesen.
  • Eine weitere Alternative zur Realisierung der Vorsteuereinrichtung besteht in einem neuronalen Netz. Ein solches Netz besteht aus einer Vielzahl von Eingangsneuronen, welche jeweils einen Eingangswert entgegennehmen und einer Vielzahl von versteckten Hidden-Neuronen, welche mit den Eingangsneuronen verbunden sind und je eine mathematische Operation auf die Eingangswerte durchführen. Die so berechneten Ausgangswerte der versteckten Neuronen werden einem Ausgang zugeführt. Die mathematischen Operationen, die Anzahl der Neuronen und die Verknüpfungen sind dabei so gewählt, dass das neuronale Netz zu jedem n-Tupel von Eingangswerten eine aufzubringende Stoffmenge als Ausgangswert bereitstellt. Sofern die Kennfeldmatrix als neuronales Netz realisiert ist, handelt es sich besonders bevorzugt um ein lernfähiges neuronales Netz. Dieses ist in der Lage, aus langfristigen Regelabweichungen, welche die benötigte Stoffmenge verändern, selbsttätig neue Sollwerte zu generieren, welche dann im weiteren Betrieb keiner oder geringerer Korrekturen bedürfen.
  • Schließlich kann die Vorsteuereinrichtung in Fuzzy-Logik realisiert werden. Eine solche Realisierung ermöglicht zuverlässige Aussagen über die benötigte Stoffmenge, auch wenn die zugeordneten Eingangsgrößen unscharf und fehlerbehaftet sind.
  • Eine erhöhte Genauigkeit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird dadurch erzielt, dass zusätzlich ein sogenannter Messregler bereitgestellt wird, welcher eine Abweichung zwischen dem am Auslauf der Papiermaschine gemessenen Ist-Wert des Flächengewichtes und dem Sollwert ausgibt. Diese gemessenen Abweichungen werden dazu verwendet, um Abweichungen des Flächengewichtes zu erkennen und die von der Vorsteuereinrichtung ausgegebenen Sollwerte entsprechend zu korrigieren. Der Messregler ist ein Zusatzregler zu dem als Betriebsregler bezeichneten Grundregelkreis.
  • Erfindungsgemäß wird in der Vorsteuereinrichtung nicht nur ein Sollwert des Stoffauflaufes bestimmt, welcher dann durch gemessene Flächengewichte korrigiert wird, sondern die Vorsteuereinrichtung selbst berechnet Korrekturwerte für die aufzubringende Stoffmenge. Dies können einerseits multiplikative Korrekturen sein, welche die Funktion der aufzubringenden Stoffmenge nach der Zeit strecken oder stauchen, als auch additive Korrekturen, welche die aufzubringende Stoffmenge um einen festen Wert erhöhen oder verringern. Dabei dient die additive Korrektur dem Ausgleich konstanter Faserverluste, beispielsweise bei Veränderungen im Siebrückwasser. Die multiplikative Korrektur berücksichtigt Abweichungen der effektiven Konsistenz von der gemessenen Konsistenz, beispielsweise bei Veränderungen der chemischen Zusammensetzung oder bei der Aufbereitung von Altpapier. Besonders bevorzugt stehen die ausgegebenen Korrekturwerte der Vorsteuerung auch wieder als Eingangswert zur Verfügung. Dadurch kann die Vorsteuerung einen neuen Sollwert bestimmen, welcher in der Folge einer geringeren Korrektur bedarf. Sofern die Vorsteuereinrichtung durch ein selbstlernendes neuronales Netz realisiert ist, können die ausgegebenen Korrekturwerte auch zur Optimierung des Netzes verwendet werden.
  • Um zu vermeiden, dass die Papiermaschine in einen unzulässigen Betriebszustand gelangt, wird der von der Vorsteuereinrichtung bestimmte und mit Messwerten und Korrekturen optimierte Wert der Stoffmenge einem Begrenzer zugeführt. Dieser kann die aufzubringende Stoffmenge auf einen maximal möglichen Wert begrenzen. Weiterhin kann der Begrenzer auch dazu verwendet werden, die Änderungsgeschwindigkeit der Stoffmenge zu limitieren. Dadurch kann die Änderungsgeschwindigkeit der Stoffmenge auf die maximal mögliche Änderungsgeschwindigkeit nachfolgender Anlagenteile begrenzt werden. Es wird beispielsweise vermieden, dass eine Papierbahn mit erhöhter Dicke und erhöhtem Wassergehalt an die Trockenpartie geliefert wird, welche dort nur mit erhöhtem Wärmebedarf getrocknet werden kann. Dadurch würde in den ersten Minuten bis zum Nachregeln der Heizleistung eine zu feuchte und damit unbrauchbare Papierbahn die Maschine verlassen. Wenn die dem Stoffauflauf nach gelagerten Maschinenteile in einen anderen Betriebszustand gebracht werden, kann auch der oder die Grenzwerte im Begrenzer im laufenden Betrieb der Maschine angepasst werden.
  • Um ein detaillierteres Verständnis der oben beschriebenen Merkmale der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, wird im Folgenden eine genauere Beschreibung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel angegeben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die beigefügte Zeichnung lediglich eine typische Ausführungsform der Erfindung zeigt und daher deren Umfang nicht einschränkt. Die Erfindung kann andere, ebenso wirksame Ausführungsformen zulassen. Die Beschreibung erfolgt im Hinblick auf verschiedene funktionale Bauelemente, welche wahlweise durch Hardware- und/oder Software-Elemente umgesetzt werden können.
  • Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild mit einem Betriebsregler 1, welcher über ein Ventil 4 den Stoffstrom zum Stoffauflauf aus einem Zulauf 3 regelt. Zur Bestimmung des Ist-Wertes des Stoffstromes ist eine Messeinrichtung 5 vorgesehen. Der Betriebsregler 1 ist beispielsweise ein PID-Regler mit einer Abtastzeit von etwa 2 s.
  • Der Sollwert für den Stoffstrom zum Stoffauflauf wird dem PID-Regler 1, dem sogenannten Betriebsregler, über einen Begrenzer 13 zugeführt. Der Betriebsregler 1 stellt den Grundregelkreis dar. Der Sollwert des Stoffstroms zum Stoffauflauf wird über Leitung 23 auch den nachgeordneten Maschinenteilen zugeführt, beispielsweise der Steuerung der Trockenpartie. Der Begrenzer 13 begrenzt den ausgegebenen Sollwert oder dessen erste Ableitung nach der Zeit auf einen Maximalwert, welcher von der Leistungsfähigkeit der nachgeschalteten Anlagenteile abhängig ist. Diese sich ändernden Maximalwerte werden dem Begrenzer 13 über Leitung 14 zugeführt.
  • Zur Vorsteuerung des Sollwertes dient die Vorsteuereinrichtung 2. Diese ist bevorzugt in Form einer numerischen Kennfeldmatrix oder eines neuronalen Netzes realisiert. Fallweise können auch Mischformen zum Einsatz kommen. Dem Kennfeld 2 werden über Leitungen 18, 19 und 20 Datensätze der Stoffaufbereitung, des Rückführwassersystems und der Sortendatei zugeführt. Diese Daten können vom Benutzer manuell eingegeben werden oder aus einer elektronischen Ablaufsteuerung der Produktion ausgelesen werden. Aus der Kenntnis der zu produzierenden Sorte können die Kennfelder in Bezug auf die Übrigen Werte sortenabhängig gestaltet werden. Die Daten der Stoffaufbereitung 18 und des Rückführwassersystems 19 können ebenfalls statische Daten aus einer Ablaufsteuerung oder aber Messwerte der entsprechenden Anlagenteile sein. Dadurch wird eine dynamische Anpassung des Stoffauflaufs an die Betriebszustände des Rückführwassersystems und des verwendeten Stoffes möglich.
  • Weiterhin wird dem Kennfeld 2 die vorausbestimmte Sollgeschwindigkeit der Maschine über Leitung 7 etwa alle 2 s zugeführt. Weiterhin wird über Leitung 6 die Konsistenz des Stoffes etwa alle 4 s bereitgestellt. Der Kehrwert der Konsistenz 1/C wird über einen Filter ebenfalls dem Kennfeld 2 zugeführt.
  • In Abhängigkeit des verwendeten Stoffs, der Sollgeschwindigkeit, der herzustellenden Sorte und dem Betriebszustand des Rückführwassersystems berechnet das Kennfeld eine aufzubringende Stoffmenge und stellt diese auf Leitung 26 bereit. Dieser Wert wird einem PID-Regler 9, dem sogenannten Messregler, zugeführt. Der PID-Regler 9 erhält als Eingangsgröße weiterhin einen Sollwert des Flächengewichtes aus der Sortendatei über Leitung 10. Eine Messeinrichtung 8 bestimmt einen Ist-Wert des Flächengewichtes vor dem Aufroller, d. h. am Auslauf der Papiermaschine, oder zwischen der Vortrockenpartie und der Nachtrockenpartie. Aus diesen Werten bestimmt der PID-Regler 9, welcher synchron zur Messung mit einem Intervall von etwa 32 Sekunden getaktet ist, einen gegenüber Ausgang 26 der Vorsteuerung korrigierten Wert für die aufzubringende Stoffmenge. Dieser Wert wird auch dem Siebmodell 16 zur Verfügung gestellt.
  • Das Siebmodell 16 berechnet aus der Sortendatei 20 und gegebenenfalls Korrekturwerten 18 bis 22 einen Korrekturwert zwischen der effektiven, in der Anlage vorhandenen Konsistenz und der gemessenen Konsistenz. Die dem Siebmodell zur Verfügung gestellten Eingangswerte werden über jeweils etwa 4 Sekunden gemittelt. Da das Siebmodell nur langfristige Abweichungen korrigieren soll, wird der Korrekturwert am Ausgang des Siebmodells im Integrator 17 über etwa 60 Sekunden integriert. Alternativ zum Siebmodell 16 und dem Integrator 17 kann die Korrektur auch unmittelbar in der Vorsteuereinrichtung 2 berücksichtigt werden.
  • Die Vorsteuereinrichtung 2 gibt einen multiplikativen Korrekturwert zur Berücksichtigung von Abweichungen der effektiven Konsistenz von der gemessenen Konsistenz auf Leitung 25 aus. Ebenso dient die gemessene Konsistenz auf Leitung 6 der multiplikativen Korrektur des Stoffstromes zum Stoffauflauf. Vor Ausführung der Multiplikation werden alle Korrekturwerte, also der Ausgang des Integrators 17, Leitung 25 und Leitung 6 addiert. Im Multiplizierer 11 wird die multiplikative Korrektur des Steuersignals vorgenommen.
  • Weiterhin kann die Vorsteuereinrichtung 2 einen additiven Korrekturwert auf Leitung 24 ausgeben. Dieser additive Korrekturwert berücksichtigt konstante Faserverluste. Bei Veränderungen im Siebrückwasser können solche Faserverluste auch zeitabhängig variieren. Auch dies kann von der Vorsteuereinrichtung 2 berücksichtigt werden. Der Korrekturwert auf Leitung 24 wird dem Ausgangswert von Multiplizierer 11 addiert. Dieses Ergebnis wird noch in Multiplizierer 12 mit dem Geschwindigkeitssollwert 7 multipliziert. Das Ergebnis dieser Multiplikation wird dann dem oben beschriebenen Begrenzer 13 zugeführt und stellt an dessen Ausgang die Führgröße des Betriebsreglers 1 dar. Die Addition des Korrekturwertes 24 kann aber auch zwischen dem Regler 9 und dem Multiplizierer 11 erfolgen. Der Geschwindigkeitssollwert 7 wird über ein Verzögerungsglied den Antriebseinrichtungen 15 der Papiermaschine zur Verfügung gestellt und steuert deren Geschwindigkeit.
  • Die Korrekturwerte 24 und 25 der Vorsteuereinrichtung stehen dieser über Eingang 21 und 22 wiederum zur Verfügung. Dadurch kann die Vorsteuereinrichtung einen korrigierten Sollwert auf Anschluss 26 ausgeben, welcher nachfolgend nur noch geringer oder keiner Korrekturen mehr bedarf. Weiterhin können die Korrekturwerte auf Leitung 21 und 22 dazu verwendet werden, eine lernfähige Vorsteuereinrichtung 2 zu trainieren.

Claims (20)

  1. Regeleinrichtung zur Längsregelung des Flächengewichtes einer Papierbahn in einer Papiermaschine mit einem Betriebsregler (1) zur Regelung eines Stoffstromes aus einem Stoffauflauf (3), wobei der Sollwert für den Betriebsregler (1) mittels einer Vorsteuereinrichtung (2) ermittelbar ist, wobei zur Bestimmung des Sollwertes zusätzlich ein Messregler (9) bereitgestellt wird, welchem der von der Vorsteuereinrichtung (2) angegebene Stoffstrom-Sollwert (26), ein Flächengewicht-Sollwert sowie ein Eingangswert aus einer Messeinrichtung (8) zur Bestimmung des Istwertes des Flächengewichtes zuführbar ist, wobei der Messregler dazu vorgesehen ist, eine Abweichung zwischen dem gemessenen Flächengewicht und dem Flächengewicht-Sollwert auszuwerten und einen gegenüber dem von der Vorsteuereinrichtung (2) ausgegebenen Stoffstrom-Sollwert (26) entsprechend korrigierten Stoffstrom-Sollwert auszugeben, und wobei der von dem Messregler (9) ausgegebene Stoffstrom-Sollwert mit Korrekturwerten (25, 24) aus der Vorsteuereinrichtung (2) korrigierbar ist.
  2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuereinrichtung (2) als numerische Kennfeldmatrix und/oder als neuronales Netz und/oder Fuzzy Logik ausgeführt ist.
  3. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuereinrichtung (2) zumindest die Konsistenz des Stoffes und/oder die Sollgeschwindigkeit (7) als Eingangsgrößen zur Verfügung stehen.
  4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuereinrichtung (2) dazu vorgesehen ist, einen multiplikativen Korrekturwert (25) und/oder einen additiven Korrekturwert (24) auf den Ausgangswert des Messreglers (9) anzuwenden.
  5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuereinrichtung (2) dazu vorgesehen ist, zunächst den multiplikativen Korrekturwert (25) vor dem additiven Korrekturwert (24) anzuwenden.
  6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Korrekturwert zusätzlich als Eingangsgröße der Vorsteuereinrichtung verwendbar ist.
  7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Begrenzer (13) vorgesehen ist, welcher den dem Betriebsregler (1) zugeführten Sollwert und/oder dessen Ableitung nach der Zeit auf einen vorgebbaren Grenzwert limitiert.
  8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert während des Betriebs des Reglers anpassbar ist.
  9. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Sortendatei (20) aufweist, deren Daten als Eingangswert der Vorsteuereinrichtung (2) verwendbar sind.
  10. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Siebmodell (16) vorgesehen ist, welches einen multiplikativen und/oder additiven Korrekturwert zwischen einer effektiven, in der Anlage vorhandenen Konsistenz und einer gemessenen Konsistenz des Stoffes bereitstellen kann.
  11. Papiermaschine mit einer Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Papiermaschine nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zur Bestimmung des Flächengewichtes vor der Aufrollung und/oder zwischen Vortrockenpartie und Nachtrockenpartie vorgesehen ist.
  13. Verfahren zur Längsregelung des Flächengewichtes einer Papierbahn in einer Papiermaschine mit einem Betriebsregler (1) zur Regelung eines Stoffstromes aus einem Stoffauflauf, wobei der Sollwert für den Betriebsregler (1) mittels einer Vorsteuereinrichtung (2) ermittelt wird, wobei zur Bestimmung des Sollwertes zusätzlich ein Messregler (9) verwendet wird, welchem der von der Vorsteuereinrichtung (2) ausgegebene Stoffstrom-Sollwert (26) zugeführt wird, wobei der Messregler eine Abweichung zwischen einem gemessenen Flächengewicht und einem Flächengewichts-Sollwert auswertet und einen gegenüber dem von der Vorsteuereinrichtung (2) ausgegebenen Stoffstromsollwert (26) entsprechend korrigierten Stoffstrom-Sollwert ausgibt, welcher nachfolgend mit Korrekturwerten aus der Vorsteuereinrichtung korrigiert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuereinrichtung einen ersten Korrekturwert ausgibt, welcher mit dem Ausgangssignal des Messreglers multipliziert wird und nachfolgend ein zweiter Korrekturwert ausgegeben wird, welcher zum Produkt aus erstem Korrekturwert und Ausgangssignal addiert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Siebmodells ein dritter Korrekturwert zwischen einer effektiven, in der Anlage vorhandenen Konsistenz und einer gemessenen Konsistenz des Stoffes bestimmt wird, welcher zum ersten Korrekturwert addiert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Siebmodells ein dritter Korrekturwert zwischen einer effektiven, in der Anlage vorhandenen Konsistenz und einer gemessenen Konsistenz des Stoffes bestimmt wird, welcher zum zweiten Korrekturwert addiert wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus dem zweiten Korrekturwert und dem Produkt aus erstem Korrekturwert und Ausgangssignal mit dem Wert der Sollgeschwindigkeit multipliziert wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Korrekturwert als Eingangsgröße der Vorsteuereinrichtung verwendet wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass der dem Betriebsregler zugeführte Sollwert und/oder dessen Ableitung nach der Zeit auf einen vorgebbaren Grenzwert limitiert werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert während der Ausführung des Verfahrens verändert wird.
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