FI112682B - Menetelmä kuiturainan laatusuureiden säätämiseksi kenkäkalanterissa - Google Patents

Description

1< r o I <_ O U /.

Menetelmä kuiturainan laatusuureiden säätämiseksi kenkä kalenterissa

Keksintö koskee esimerkiksi patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää kuiturainan laatusuureiden säätämiseksi kenkäkalanterissa.

5 Kenkäkalanterissa on yksi tai useampia telanippejä, joissa kuiturainaa kalanteroi-daan sen kulkiessa telanippien läpi. Telanipit muodostuvat kenkätelan ja sitä vastapäätä olevan lämmitetyn termotelan väliin. Eräässä yleisimmin käytetyssä kenkäte-latyypissä on stationäärinen akselirunko, jonka akseiirungon päihin on pyöritettä-västi laakeroitu päättymätön elastinen hihna. Hihnan alla on telanipin kohdalla 10 kuormitettavissa oleva kenkäelementti. Kun telanippi on suljettu päättymätöntä hihnaa pyöritetään stationäärisen akseiirungon päällä ja paineistettua väliainetta johdetaan hihnan ja kenkäelementin välisen öljytaskuun kitkan vähentämiseksi. Paineistettu väliaine siirretään öljytaskuun joko staattisen tai dynaamisen voitelun avulla. Staattisessa voitelussa väliaine kulkee kenkäelementin läpi kenkäelementin ja hih-15 nan välillä olevaan öljytaskuun ja sieltä edelleen kenkäelementin etu- ja/tai jättö-reunan kautta takaisin väliainesäiliöön. Dynaamisessa väliainekierrossa väliaine siirretään kenkäelementin etureunan kautta öljytaskuun ja edelleen jättöreunan kautta väliainesäiliöön. Kummassakin tapauksessa väliaine jäähdyttää kenkäelementtiä. Kenkäelementin etureunalla tarkoitetaan kenkäelementin pituusakselin suuntaista : . _ > 20 reunaa, jonka yli konesuuntaan siirtyvä kuituraina ensin kulkee telanipissä ja kenkä- : ·. elementin jättöreunalla vastaavasti sitä kenkäelementin pituusakselin suuntaista •, reunaa, jonka yli konesuuntaan siirtyv ä kuituraina kulkee jättäessään telanipin.

t

Hakijan kehittämässä kenkätelassa, jota kutsutaan nk. symbelt-telaksi, kenkäele-,. · mentin kuormitusvälineinä käytetään hydraulisylintereitä, joista kukin muodostuu 25 mäntä-sylinteriparista. Kenkäelementin alla on kaksi hydraulisylinteririviä, joista :' ·. · ensimmäisen sijaitsee lähellä kenkäelementin etureunaa ja toinen lähellä kenkäele- .' ’. mentin jättöreunaa. Telanipin keskimääräistä konesuuntaista nippipainetta säädetään kuormittamalla kenkäelementtiä sen alla olevilla hydraulisylintereillä. Yleensä ken-: : käelementin jättöreunaa kuormitetaan sen alla olevien hydraulisylinterien öljynpai- 30 neella enemmän kuin kenkäelementin etureunaa, jolloin kenkäelementti kallistuu.

' · Kenkäelementin kallistusta eli etu- ja jättöreunojen kuormitusten suhdetta sanotaan 1 ; hitiksi eli jättöreunaa kuormitetaan tiltin verran enemmän kuin etureunaa. Tilt on siten kenkäelementin geometriasta määräytyvä laskennallinen suure, jonka suuruus 2 1 ' ' C o I I lUO /1 määrää sekä konesuuntaisen nippipainejakauman tietyssä telanipissä että myös te-lanipissä vallitsevan maksimipaineen.

Tässä hakemuksessa kenkäelementin alapuoli tarkoittaa kenkäelementin sitä puolta, johon kuormitusjärjestelyn kuormituselementit kuten esimerkiksi hydraulisylinteri-5 rivit tukeutuvat.

Kenkäelementin yläpinnalla sijaitseva öljytasku on jaettu väliseinämillä osiin, jolloin näihin öljytaskun osiin johdettu voiteluöljy ei oleellisesti sekoitu viereisissä osissa olevaan voiteluöljyyn.

Kuiturainan laatusuureisiin eli kuiturainan pinnan profiiliin kuten paperiradan pak-10 suuteen, kiiltoon ja sileyteen, on mahdollista vaikuttaa kenkäkalanterissa useilla ohjaussuureilla, joista seuraavassa mainitaan ainoastaan tärkeimmät: - kenkäelementin tikillä vaikutetaan telanipin konesuunnalle poikittaissuuntaiseen viivakuormaprofiiliin sekä konesuuntaiseen viivakuormajakaumaan, - kuituradan kosteutta ja lämpötilaa voidaan ohjata mm. puhaltamalla kuiturainalle 15 höyryä höyrylaatikoilla tai kostuttamalla kuiturainaa vesikostuttimella, - telanipin lämpötilaa säädetään pääosin termotelan lämpötilalla ja - kuiturainan viipymäaika telanipissä riippuu kuiturainan ratanopeudesta sekä telanipin pituudesta konesuunnassa.

Edellä esitetyillä ohjaussuureilla on mahdollista ohjata kuiturainan profiloitumista . : 20 kenkäkalanterin telanipissä. Kuiturainan laatusuureiden parempaan ja tarkempaan säädettävyyteen pyrittäessä eivät edellä esitetyt ohjaussuureet kuitenkaan riitä kaikissa profilointiolosuhteissa. Tällöin suurempi ohjaussuureiden valikoima antaisi paremmat mahdollisuudet laatusuureiden tarkempaan kontrolliin.

Keksinnöllä on tarkoitus poistaa tekniikan tasossa ilmenevät epäkohdat.

: : 25 Niinpä keksinnön pääasiallisena tarkoituksena onkin saada aikaan kuiturainan laa- tusuureiden säätömenetelmä, jossa voidaan käyttää laatusuureiden säätämiseen uu-siä ohjaussuureita.

t I

• '· Edellä esitetyt tavoitteet saavutetaan esimerkiksi patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä.

3 Λ '' " ' " r-t I I L· U U /...

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kuiturainan laatusuureita säädetään kenkäka-lanterissa, jossa on vähintään yksi kenkätela ja vastatela, joiden välissä on telanippi ja kuiturainan laatusuureiden säätämisessä käytetään ohjaussuureena kenkäelemen-tin tiltiä. Kenkätelan tilt määritetään ainakin osittain kenkätelan kenkäelementin 5 mitattujen lämpötilojen ja/tai kenkäelementin öljytaskusta mitattujen öljynpaineiden perusteella.

Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa kuiturainan laatusuureita säädetään moni-muuttujasäätimellä, MPC-säätöalgoritmiä käyttäen joko takaisinkytketyllä säätöta-valla tai ennakoivalla säätötavalla. Ennakoiva säätötapa toteutetaan edullisesti siten, 10 että kun kuiturainan nopeus muuttuu ensimmäisestä nopeudesta toiseen nopeuteen ajanjaksona t, mitataan yhden tai useamman laatusuureen arvoja jonkin ajanjakson välein. Mainittuja yhden tai useamman laatusuureen mitattuja arvoja verrataan mainittujen yhden tai useamman laatusuureen ennustettuihin asetus arvoihin yhden tai useamman laatusuureen erosuuren saamiseksi. Tämän jälkeen mainittujen erosuu-15 reiden perusteella määritetään mainituille laatusuureille uudet ennustetut asetusarvot ja mainittujen ennustettujen laatusuureiden perusteella määritetään yhdelle tai useammalle ohjaussuureelle asetusarvoja.

Keksintö perustuu siihen, että laatusuureiden säätämisessä käytetään uudella tavalla hyväksi kenkäelementin tiltiä eli kallistusta; tiltiä määritettäessä käytetään hyväksi .’· 20 kenkäelementin paikallisia lämpötila-ja öljynpaine-eroja. Paikallisia kenkäelemen tin lämpötiloja mitataan kenkäelementin etu- ja takareunasta (jättöreunasta) sekä öljynpainetta kenkäelementin öljytaskun eri osista. Näitä lämpötila- ja painemit-tauspisteitä on konesuunnalle poikkisuunnassa eli CD-suunnassa (kenkäelementin . · pituusakselin suunta) niin tiheästi, että kenkäelementin CD-suuntainen lämpötila- ja \ 25 (nippi)painejakauma saadaan tarkasti selville. Kenkäelementin lämpötila jättöreu- nassa kasvaa voimakkaammin kuin etureunassa kun tiltiä kasvatetaan ja vastaavasti ; kenkäelementin öljytaskun öljynpaine pienenee tiltin kasvaessa. Näistä CD-suuntai- sista öljynpaineen jakaumatiedoista voidaan määrittää keskimääräinen MD-suuntai-nen tilt sekä myös kenkäelementin öljytaskujen vyöhykekohtainen tilt.

•, 30 Kun kenkäelementin konesuunnalle poikittaiset eli CD-suuntaiset lämpötila- ja pai- ·’ nejakaumat sekä konesuuntaiset lasketut tiltin arvot yhdistetään kenkäelementin .: etu- ja jättöreunaa kuormittavien hydraulisylinterien öljynpaineen ohjaukseen on . ·: laatusuureiden säätämiseksi tarjolla uusia ohjaussuureita.

4 Λ ' ' :o I ι z. u υ z.

Keksinnöllä saavutettavista lisäeduista todettakoon, että tiltiä on mahdollista säätää aiempaa tarkemmin, koska säätöön käytetään kenkäelementin paikallisia lämpötiloja sekä öljytaskun osien paineita. Kenkäelementin paikallisia lämpötiloja sekä öljy-taskun osien paineita mittaamalla on lisäksi mahdollista aikaansaada kenkäelemen-5 tin eri vyöhykkeisiin erisuuruisia kallistuksia, joilla on mahdollista modifioida te-lanipin viivakuormaprofiilia telanipin poikkisuunnassa eli kenkäelementin pituusakselin suunnassa.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin.

10 Kuviossa 1 on esitetty kaaviomaisesti kenkäkalanterm kenkäelementti ja sitä kuormittavat hydraulisylinterit osittaisena aukileikkauskuviona.

Kuviossa 2 on esitetty kenkäelementin etu- ja jättöreunan lämpötiloja tiltin eri arvoilla ja erilaisissa voitteluöljyn lämpötiloissa.

Kuviossa 3 on esitetty kuinka voiteluöljyn keskimääräinen lämpötila ja paine muut-15 tuvat kenkäelementin öljytaskuissa kenkäelementin poikkisuunnassa eri tiltin arvoilla.

Kuviossa 4 on esitetty kaaviokuva keksinnön mukaisesta säätömenetelmästä nk. :.: feed-back säätöjärjestelyssä.

Kuviossa 5 on esitetty kaaviokuva keksinnön mukaisesta säätömenetelmästä nk.

.. 20 feed-forward säätöjärjestelyssä ,'·· Seuraavassa käydään ensin lyhyesti läpi kuvioilla havainnollistettavat keksinnön : piirteet.

Kuviolla 1 havainnollistetaan kenkäkalanterm kenkäelementin 4 kallistuksen eli

t I

tiltin määrityksessä käytettyjen lämpötila- ja painemittausten suoritusta. Kuviossa ; · ‘ 25 on esitetty kaavallisesti osittaisena aukileikkauskuviona hakijan nk. sym-belt ken- : : kätelan 2 kenkäelementti 4, jota on mahdollista paineistaa altapäin kuormitusjärjes- : ': telyllä 5. Kenkäelementin öljytaskussa 4c sekä etureunalla 4a ja jättöreunalla 4b on ‘, kenkäelementin lämpötilan ja voiteluöljyn öljynpaineen mittausantureita.

: Kuviossa 2 on esitetty kenkäelementin etu- ja jättöreunan lämpötiloja kenkäelemen- 30 tin kuormitussuhteen eli tiltin funktiona. T1-T4 ovat kenkäelementin etureunan mittauspisteitä ja T5-T8 kenkäelementin jättöreunan mittauspisteitä.

5 A * ' ·, ' r, I I L· s_.* U /...

Kuviossa 3 on puolestaan esitetty eri kenkäelementin kohdista mitattuja kenkäele-mentin pituusakselin suuntaisten vyöhykkeiden keskiarvolämpötiloja sekä voitelu-öljyn paineita kun kenkäelementin kuormitusta muutetaan (profiloidaan) poikki-suunnassa eri tiliin arvoilla.

5 Kuviossa 4 kuvataan tavanomaisena takaisinkytkettynä feed-back säätönä toteutettua kuiturainan laatuarvojen 50 (paksuus 51, kiilto 52, sileys 53) säätöä. Säätötavas-sa mitataan jatkuvasti laatuarvoja sekä ohjaussuureista 60 tiliin 63 arvoon vaikuttavia kenkäelementin lämpötiloja 61 sekä öljytaskun öljynpaineita 62. Laatuarvojen eroarvojen 50c ja mainittujen riitin arvoon vaikuttavien kenkäelementin paikallisten 10 lämpötila- ja painemittausten perusteella säädetään tiltiä.

Kuviossa 5 kuvataan puolestaan kuiturainan laatuarvojen säätöä kun kuiturainan nopeus V muuttuu myötäkytkettynä nk. feed-forward monimuuttujasäätönä käyttäen prosessissa kustannusfunktion minimoimiseen säätöalgoritmia G(s), joka on nk. MPC-säädinalgoritmi. Säätötavassa mitataan ajoittain kuiturainan laatuarvoja 50 15 sekä ohjaussuureista ainakin kenkäelementin paikallisia vyöhekekohtaisia lämpötiloja 61 sekä öljytaskun osien öljynpaineita 62 ja säädetään näiden perusteella prosessia muuttamalla laatusuureiden ja ohjaussuureiden kuten riitin arvoja.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viittaamalla kuvioihin 1-5.

Kuviossa 1 esitetyssä osittain aukileikatussa kenkätelassa 2 kenkäelementin 4 ala-20 pintaan tukeutuu kuormitusjärjestelyn 5 kaksi kuormituselementtiä 5a; 5a', 5a", jotka käytetyssä kenkätelatyypissä ovat kaksi hydraulisylinteririviä, joista kuviossa ..: näykyy kummankin hydraulisylinteririvin kaksi ensimmäistä hydraulisylinteriä.

• Hydraulisylinteririvit 5a ulottuvat kenkäelementin 4 ensimmäisestä päästä toiseen : päähän. Ensimmäinen hydraulisylinteririvi 5a' on kenkäelementin etureunan 4a alla 25 ja toinen hydraulisylinteririvi 5a" on kenkäelementin taka- eli jättöreunan 4b alla. Näillä kuormituselementeillä on mahdollista kuormittaa mainitun kenkäelementin etu- ja jättöreunaa eri paineilla. Hydraulisylinteririveissä oleville hydraulisylintereil-le tuodaan hydrauliöljy erillisiä öljykanavia 5b; 5b', 5b" myöten ja kummallakin • öljykanavalla on oma paineistusjärjestelynsä kuten oma hydraulimoottori- tai 30 pumppu. Kuviossa on esitetty vain öljykanavien ensimmäisille hydraulisylintereille johtavat putkistot. Kenkäelementin läpi johtaa myös voitelukanavia (ei esitetty kuviossa) kenkäelementin yläpinnalla sijaitsevaan öljytaskuun 4c. Öljytasku 4c jakaantuu seinämien erottamiin osiin 4d, jolloin seinämät estävät voiteluöljyn virtausta öljytaskunosien välillä. Öljytaskun osissa 4d on voiteluöljyn painetta mittaa via 1 I £ U ϋ 6 antureita 6b. Kenkäelementin etureunan 4a sekä jättöreunan 4b eri vyöhykkeissä on puolestaan useita kyseisten vyöhykkeiden lämpötilaa mittavia antureita, joita merkitään vastaavasti 6a ja 6b:llä. Kuviossa näkyy myös osa kenkäelementin päällä liukuvasta päättymättömästä hihnasta 7, jonka pyörimissuunta on esitetty umpipäisellä 5 nuolella, öljytaskuun 4c johdettu voiteluöljy muodostaa kitkaa vähentävän kerroksen kenkäelementin 4 ja sen päällä liukuvan päättymättömän hihnan 7 väliin kun telanippi suljetaan.

Kuviossa 2 on esitetty kuvion 1 kenkäelementin lämpötila eri kengän kallistuksen eri tiliin arvoilla. Koska kenkäelementin etureuna ja jättöreuna ovat eri kulmassa 10 kenkäelementin päällä liukuvaan päättymättömään hihnaan nähden, kuumenevat etu- ja jättöreuna eri tavoin eikä painejakauma konesuunnassa (MD) eli kenkäelementin poikkisuunnassa ole vakio. Kenkäelementin lämpötilat on mitattu kenkä-elementin etureunasta sekä jättöreunasta. Kuviossa lämpötilakäyrät T5-T8 merkitsevät jättöreunan lämpötiloja voiteluöljyn lämpötiloissa 38, 37,36 ja 35 Celsiusta eri 15 kenkäelementin kallistuksilla ja lämpötilakäyrät T1-T4 vastaavasti kenkäelementin etureunan lämpötiloja samoissa voiteluöljyn lämpötiloissa ja kenkäelementin kallistuksilla. Kuviosta nähdään, että kenkäelementin jättöreunan lämpötila nousee voimakkaammin kuin kenkäelementin etureunan lämpötila kun tiltiä eli kenkäelementin kallistusta kasvatetaan. Siten kenkäelementin jättö- ja etureunan lämpötiloja ja 20 mainittujen lämpötilojen kehittymisestä toisiinsa nähden on mahdollista käyttää määritettäessä kenkäelementin keskimääräistä kallistusta konesuunnassa.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 1 kenkäelementin voiteluöljyn öljynpaine öljytaskun osissa sekä kenkäelementin keskimääräinen lämpötila kenkäelementin CD-suunnas-, : sa. Käyrät Pl, P2, P3, ja P4 kuvaavat kenkäelementin öljytaskun osien öljynpaineita 25 kun tilt on vastaavasti 1.05, 1.15, 1.25 ja 1.35. Käyrät Tl, T2 T3 ja T4 kuvaavat kenkäelementin keskimääräisiä lämpötiloja vastaavasti tiltin arvoilla 1.05, 1.15, 1.25 ja 1.35. Käyristä nähdään, että öljytaskun osissa olevan voiteluöljyn paine pie-' nenee kenkäelementin kallistuksen eli tiltin kasvaessa. Siten kenkäelementin vyö- hykekohtaiset kallistukset on mahdollista määrittää eri kohdista öljytaskua mitattu-: ’: 30 jen Öljynpainearvojen ja eri kohdista etu- ja jättöreunaa mitattujen lämpötilojen pe- : ‘: rusteella.

.Kuvioissa 2 ja 3 esitettyjä kuvion 1 mukaisen kenkäelementin 4 etu-ja jättöreunan • lämpötilakäyriä sekä öljytaskun osien öljynpainekäyriä sekä lämpötilaeroja kenkä- elementin etu- ja jättöreunan välillä voidaan nyt käyttää hyväksi tiltin arvon tark-35 kaan säätämiseen. Koska kutakin kenkäelementin alla sijaitsevaa hydraulisylinteriä

Λ*'\ ; Q

I ! l, 'J O /L 7 voidaan lisäksi paineistaa eri paineilla voidaan kenkäelementin eri vyöhykkeisiin järjestää erilainen kuormitus. Niinpä esimerkiksi kenkäelementin jättöreunan 4b tai etureunan 4a alla olevilla hydraulisylintereillä voidaan haluttaessa kuormittaa hieman eri tavalla CD-suunnassa eri vyöhykkeissä sijaitsevia kenkäelementin jättö- ja 5 etureunoja. Näin kenkäelementin eri vyöhykkeissä sijaitsevien jättö- ja etureunojen erilaisella kuormituksella voidaan muuttaa tietyssä telanipissä vallitsevaa nippi-paineprofiilia CD-suunnassa ja siten kenkäelementin päällä liukuvan päättymättömän hihnan 7 ja vastatelan välissä kulkevan kuiturainan W profilointipainetta. Siten kenkälementin 4 lämpötila-ja öljynpainemittauksilla on mahdollista säätää kenkäte-10 lan 2 ja lämmitetyn vastatelan välisen telanipin viivapaineprofiili tarkasti halutunlaiseksi, mikä lisää säätömahdollisuuksia kuiturainan profiloinnissa.

Edellä kuvattujen kenkäelementin lämpötila- ja öljynpainekäyrien sekä kenkäelementin etu- ja jättöreunan välisten lämpötilaerojen perusteella voidaan myös aina laskea telanipin konesuunnassa eli MD-suunnassa vallitseva keskimääräinen kenkä-15 elementin 4 lämpötila ja öljytaskun keskimääräinen öljynpaine, mikä antaa mahdollisuuden tarkkaan tiltin arvon määritykseen MD-suunnassa.

Mikäli kenkäkalanterissa 1 on useita telanippejä ohjataan kunkin telanipin tiltin arvoa erikseen havainnoimalla kustakin kenkätelan 2 kenkäelementistä 4 edellä esitetyllä tavalla voiteluöljyn öljynpaine öljytaskussa 4c sekä kenkäelementin etu- ja 20 jättöreunojen 4a, 4b lämpötilat.

» · :·, Mittaamalla edellä kuvatulla tavalla kenkäelementin 4 CD-suuntaisia lämpötiloja sekä voiteluöljyn paineita öljytaskun 4c eri osissa 4d on mahdollista säätää kenkäte- » lan ja sen vastatelan välisen telanipin nippipainejakauman suuruutta MD-suunnassa ,, ’: sekä telanipin CD-suuntaisen viivapaineprofiilin muotoa. Mikäli kenkäelementillä 4 25 ja/tai päättymättömällä hihnalla 7 on tietty maksimilämpötilansa, jota ei saisi ylittää esimerkiksi materiaaliteknisistä tai paperilajikohtaisista syistä johtuen, voidaan ,‘i mainituilla mittauksilla kontrolloida tarkasti, ettei tätä maksimilämpötilaa ylitetä / missään osassa kenkäelementtiä ja/tai hihnaa.

: : Seuraavassa esitetään vielä yksityiskohtaisemmin kuinka kenkäelementin 4 lämpö- . ’ 30 tila ja painemittauksia voidaan käyttää hyväksi kenkäkalanterin 1 aktiivisena on-line ;* mittaus suureena feed-forward sekä feed-back säätötavoissa säädettäessä telanipin . : maksimilämpötilaa, viivapaineprofiilin muotoa CD-suunnassa sekä viivapaineja- kaumaa ja nippipainetta MD-suunnassa.

8 112JÖ2

Kuviossa 4 on esitetty' keksinnön mukainen järjestely telanipin nippikuormituksen säätelemiseksi. Kuvioon on piirretty kaaviomaisesti kenkäkalanteri 1, jossa on yksi telanippi N kenkätelan 2 ja lämmitetyn vastatelan 3 välillä. Kuituraina W kulkee telanipissä nuolen suunnassa vasemmalta oikealle. Telanipin jälkeen mitataan kuitu-5 rainan laatusuureista 50 (tässä paksuus 51, sileys 52, kiilto 53) yhtä tai useampaa jatkuvasti tai tietyin väliajoin. Mittaus voidaan suorittaa aina samasta kohdasta kui-turainaa tai kuiturainan päällä kulkevalla (traversoivalla) anturilla. Myös osaa tai kaikkia ohjaussuureita 60 mitataan ajoittain ohjauksen tarkistamiseksi. Ohjaussuu-reina 60 prosessissa käytetään kenkäelementin tiltiä 63 joko määriteltynä keskimää-10 räisenä tiltinä MD-suunnassa kenkäelementin etu-ja jättöreunan välillä tai kenkä-elementin vyöhykekohtaisena tiltinä CD-suunnassa. Ohjaussuureina tiltin arvojen määrittämiseksi käytetään kuviossa 1 esitetyn kaltaisia kenkäelementin etureunan ja takareunan lämpötilan mittauksia 61 tietyistä kohdista kenkäelementin CD-suunnassa suoritettuna sekä kenkäelementin öljytaskun öljynpainemittauksia 62. 15 Em. öljynpaineen ja lämpötilan mittauksista saadaan laskettua myös telanipin keskimääräinen nippikuorma. Nippikuormituksen aikaansaama nippipaine 64 voidaan joko havainnoida erikseen tai määrittää edellä esitetyistä lämpötila-ja painemittauk-sista. Muita mahdollisia mitattavia ohjaussuureita ovat muun muassa kuiturainan kosteus ja lämpötila.

20 Kuiturainan mitattuja laatusuureiden arvoja 50; 50a; 51a, 52a, 53a verrataan samaisten laatusuureiden ennalta määritettyihin asetusarvoihin 50b; 51b, 52b, 53b, jolloin saadaan mainittujen laatusuureiden eroarvot 50c; 51c, 52c, 53c. Riippuen säätöalgo-

f I

ritmista G(S) (yksikkösäädin, joka on yleensä nk. PID-säädin tai monimuuttujasää-..: din) käytetään laatusuureiden arvojen säätämiseen yhtä tai useampaa ohjaussuuretta.

.' · · 25 PID-säädössä pyritään yhden ohjausmuuttujan 60 muutoksilla säätämään kuiturai- : nan laatusuureet 50 halutuiksi eli laatusuureiden eroarvot 50c pyritään minimoi maan. Monimuuttujasäädössä laatusuureiden eroarvot 50c pyritään saamaan mah-'·,! dollisimman pieneksi useamman ohjausmuuttujan 60 samanaikaisella säädöllä. En- . nen ohjausmuuttujan muuttamista on tiedettävä ohjausmuuttujan nykyinen arvo jo- 30 ka saadaan esimerkiksi mitattua prosessista. Riippumatta säätötavasta on tietyn oh- < » ' * : jaussuureen 60 vaikutus laatusuureeseen/laatusuureisiin 50 tiedettävä esimerkiksi ' vastemallin kautta, funktiona, taulukkona tai käyränä. Mikäli on kyseessä moni- | · muuttujasäädin, on yleensä tiedettävä lisäksi käytettyjen ohjaussuureiden ristikkäis- , . j vaikutus toisiinsa. Valitun säätöalgoritmin G(s) perusteella tehdään tämän jälkeen 35 muutokset käytettyihin ohjaussuureisiin 60. Edullisessa säätöstategiassa käytetään monimuuttujasäädintä esimerkiksi jäljempänä esimerkissä 5 tarkemmin kuvattua 9 ιί MPC-säädintä, jossa voidaan kenkäelementin kallistukselle 63 ja/tai kenkäelemen-tin etu-ja jättöreunan lämpötilalle 61 ja/tai voiteluöljyn paineelle 62 antaa minimi ja maksimirajat, joissa näiden ohjaussuureiden 60 tulee pysyä. Monimuuttujasäätimes-sä huomioidaan samanaikaisesti useiden ohjaussuureiden 60 (viivakuorma, termote-5 lan lämpötila, Tilt ja höyryn määrä) vaikutus kuiturainan kuten paperiradan laa-tusuureisiin 50 (paksuus/kiilto/sileys).

Kuvion 4 mukaisessa feed-back säätötavassa mitataan jatkuvasti paperin laatusuu-reita 50. Yhtenä ohjausmuuttujana 60 käytetään kenkäelementin kallistusta eli tiltiä 63. Tiltiin vaikuttavista ohjausmuuttujista mitataan kenkäelementin öljytaskun voi-10 teluöljyn painetta 62 useista kohdista kenkäelementin öljytaskua ja kenkäelementin lämpötilaa 61 mitataan useista kohdista kenkäelementin etu-ja jättöreunaa.

Vastemallien perusteella lasketaan kullekin ohjaussuureelle 60 parhaat 61, 62, 63 mahdolliset arvot, jotta haluttu nippipainejakauma MD-suunnassa, nippipaineprofii-li CD-suunnassa sekä kenkäelementin tila (lämpötila/paine) saavutettaisiin. Laa-15 tusuureiden kuiturainalta mitattujen arvojen 50a ja asetusarvojen 50b välisten eroar-vojen 50c perusteella muutetaan kenkäelementin keskimääräistä tai vyöhykekohtaista tiltiä 63 halutulla tavalla säätämällä kenkäelementin kallistusta kenkäelementin etu- ja jättöreunan alla olevien kuormituselementtien kuten hydraulisylinterien painetta muuttamalla. Hydraulisylinterien paineella säädetään 20 myös nippikuormitusta ja siten myös nippipainetta. Lisäksi kenkäelementin lämpötila- ja öljynpainemittausten perusteella voidaan muuttaa kenkäelementin öljytaskuun saapuvan voiteluöljyn virtausta ja/tai voiteluöljyn lämpötilaa. Kenkäelementin maksimilämpötila määräytyy tämän jälkeen voiteluöljyn ; lämpötilan ja kenkäelementin kallistuksen perusteella.

25 Kuvion 5 mukaisessa feed-forward säätötavassa säädetään laatusuureita 50 koneno-peuden V muuttuessa so. kuiturainan nopeuden nopeutuessa tai hidastuessa olennai- sesti. Kuviossa käytetään säätöalgoritmina MPC-säädintä, joka on monimuuttu- ‘ jasäädin, jossa ohjaussuureille voidaan antaa ohjausikkunat (min/max-arvot), joissa ’ , ky seisten suureiden täytyy pysyä säädön aikana. MPC-säätimellä minimoidaan laa- * 1 ·’·’ 30 tusuureiden asetusarvojen (ennakoidut tai pysyvät asetusarvot) ja samaisten laa- tusuureiden prosessista mitattujen arvojen välisen eron neliöllistä kustannusfunktio-ta ja siinä voidaan myös kompensoida prosessin kuollut aika. Monimuuttujasäätimi-

I I

.’·· en säätöalgoritmeja mukaanluettuna MPC-säätimien säätöalgoritmit on kuvattu tar kemmin esimerkiksi julkaisussa Aiche Symposium, Voi 93-97, s. 232-256, Califor-35 nia 1991.

10 1 I L J o 2

Kuviossa 5 on esitetty kaksi telanippiä N; Ν', N" käsittävä kenkäkalanteri 1, jonka telanipeissä N', N" profiloidaan kuiturainaa. Telanipeissä on kenkätelaa 2; 2', 2" vastapäätä termotela 3; 3', 3". Kun kuituradan nopeus V muuttuu ensimmäisestä nopeudesta toiseen nopeuteen ohjataan prosessia ennakoivalla säätötavalla. Säätöta-5 vassa kuiturainan laatusuureita 50 mitataan sopivin aikavälien joko pistemäisesti yhdestä kohdasta kuiturainaa W tai traversoivalla mitta-anturilla. Koska säätimen G(s) säätötapa on ennakoiva ja tarkoitettu kompensoimaan nopeita muutostilanteita ei kaikkia laatusuureita 50 välttämättä tarvitse aina mitata vaan ne voidaan ennakoida laskennallisilla malleilla. Näitä laatusuureiden 50 niitattuja arvoja 50a verrataan 10 samaisten laatusuureiden ennakoituihin arvoihin 50b' ja 50b" ja tämän perusteella lasketaan taas uusi laatusuureen ennakoitu asetusarvo. Kun laatusuureiden ennakoidut asetusarvot ovat samoja kuin niiden pysyvät asetusarvot 50b lopetetaan säätö. Takaisinkytkentä tässä säätötavassa suoritetaan siten verrattaessa mitattuja laa-tusuuren/laatusuureiden arvoja 50a samaisten laatusuureiden ennakoituihin ase-15 tusarvoihin 50b'ja 50b". Kenkäelementin kallistuksen eli tiltin, kenkäelementin etuja jättöreunan lämpötilojen ja kenkäelementin öljytaskun voiteluöljyn paineen vaikutus kuhunkin laatusuureeseen 50 on tunnettu joko vastemallin kautta, laskennallisena funktiona, taulukkona tai käyränä. Näitä vaikutusmalleja hyväksi käyttäen säädetään kengän etu- ja takareunan alla olevilla hydraulisylintereillä kengän kallistus-20 ta ja telanipin konesuuntaista kuormitusta siten, että kutakin ennakoitua kuiturainan laatusuureen 50 arvoa vastaa tietty ohjaussuureena 60 käytetty tiltin ja/tai telanipin konesuuntaisen nippipaineen asetusarvo. Muutokset em. ohjaussuureisiin on mah- I · dollista suorittaa hydraulisylintereillä suhteellisen nopeasti; 5-10 sekunnissa voi- I ( ....

daan tehdä asetusarvojen muutos tehdä joko ohjaamalla suoraan hydraulitoimilait- t 25 teitä kuormittavia säädinpiirejä kuten hydraulipumppua ja/tai hydraulimoottotoreita < · ': ja virtauskanavissa sijaitsevia, yleensä hydrauliohjattuja venttiileitä. Lisäksi voidaan .' muuttaa voiteluöljyn virtausnopeutta ja lämpötilaa öljytaskussa

Vaihtoehtoisesti voidaan ohjaussuureiden 60 asetusarvojen muutos suorittaa automaattisesti aikarampitetusti. Tällöin em. asetusarvoja voidaan muuttaa lineaarisesti t 30 arvioimalla kuiturainan muutosnopeuden vaikutus laatusuureisiin ja tarkistamalla • i : säätömallin tarkkuus ainoastaan silloin tällöin. Ennakoiva säätöstrategia eliminoi konenopeuden muutoksista aiheutuvat laatuvaihtelut.

: _ Edellä on kuvattu vain eräitä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamismuotoja ! ja alan ammattimiehelle on ilmeistä, että keksintö on mahdollista toteuttaa monella 35 muullakin tavalla patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnön suojapiirin puitteissa.

11

Niinpä kenkätelan rakenne voi olla sellainenkin, että sen kenkäelementtiä paineistetaan ainoastaan yhdellä hydraulisylinteririvillä, jolloin kenkäelementin tiltin arvoa ei voida suorittaa on-line säätönä, koska tiltin arvo on vakio. Tällaisen kenkätelan omaavan kenkäkalanterin kuiturainan laatusuureiden säätö tiltin avulla suoritetaan 5 samalla tavalla kuin edellä esitetyissä esimerkeissä kuvatun, kahdella sylinteririvillä varustetun kenkätelan omaavan kenkäkalanterin säätökin, mutta kenkäelementin tiltin säätö suoritetaan vain silloin kun kuiturainaa ei kalanteroida telanipeissä.

Kenkäelementin yläpinnalla olevien öljytaskujen määrä sekä öljytaskuissa olevien öljytaskun osien voi vaihdella huomattavastikin. On kuitenkin huomattava, että 10 vaikka öljytaskussa olisi vain yksi öljytaskun osa (jolloin öljytaskussa ei ole seinämiä 4d) voidaan paine-erot öljytaskun eri kohdista edelleen havaita mittaamalla.

Claims (12)

12 1Ί l o υ k:

1. L J U L.

1. Menetelmä kuiturainan (W) laatusuureiden (50) säätämiseksi kenkäkalanteris-sa (1), jossa on vähintään yksi kenkätela (2) ja vastatela (3), joiden välissä on te-lanippi (N), jolloin kuiturainan laatusuureiden (50) säätämisessä käytetään ohjaus- 5 suureena (60) kenkäelementin tiltiä, tunnettu siitä, että kenkätelan tilt määritetään ainakin osittain kenkäelementin (4) lämpötilamittausten ja/tai kenkäelementin öljy-taskusta (4c) mitattujen öljynpaineiden perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kenkäelementin (4) lämpötiloja mitataan useasta kohdasta kenkäelementin jättöreunaa (4b) ja 10 useasta kohdasta kenkätelan etureunaa (4a).

3. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kenkäelementin öljytaskun (4; 4c) öljynpaineita mitataan useista öljytaskun osista.

4. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että kenkäelementin (4) lämpötilamittauksia käytetään myös jäähdytys öljyn virtaus- määrän säätämiseen.

5. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, y. että menetelmällä säädetään telanipin (N) konesuunnalle poikittaista nippipaine- profiilia. ‘ 20

6. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmällä säädetään telanipin (N) konesuuntaista nippipainetta tai nippi-y : painejakaumaa. • ·

7. Jonkin edelläolevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, . . että menetelmässä \ y 25 - mitataan yhtä tai useampaa kuiturainan (W) laatusuuretta (50) yhden tai useam- : man kenkäkalanterin telanipin (N) jälkeen, - laatusuureiden (50) erosuure (50c) lasketaan mitattujen laatusuureiden (50a) ja : laatusuureiden asetusarvojen (50b) perusteella, • - ohjausuureita (60) muutetaan mainittujen laatusuureiden erosuureiden (50; 50c) 30 perusteella.

8. Jonkin edelläesitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmällä säädetään kenkäkalanterin kenkäelementin (4) vyöhykekohtai-sia nippikuormituksia ja vyöhykekohtaisia tiltejä.

9. Jonkin edelläesitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu sii-5 tä, että menetelmässä asetetaan ohjaussuureille (60) ja/tai laatusuureille (50) minimi ja maksimiraja-arvoja, joiden rajojen sisällä mainittujen ohjaus- ja laatusuureiden arvot pidetään ja säätöalgoritmina käytetään MPC-säätöalgoritmia.

10. Jonkin edelläesitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10. kuiturainan (W) nopeus (V) muuttuu ensimmäisestä nopeudesta toiseen nopeuteen ajanjaksona T, - mainittuna ajanjaksona T yhden tai useamman laatusuureen (60) arvoja mitataan jonkin ajanjakson välein, - mainittuja yhden tai useamman laatusuureen (60) mitattuja arvoja (60a) verrataan 15 mainittujen yhden tai useamman laatusuureen ennustettuihin asetusarvoihin yhden tai useamman laatusuureen erosuuren saamiseksi, - mainittujen erosuureiden perusteella määritetään mainituille laatusuureille uudet ,; ' ennustetut asetusarvot, - mainittujen ennustettujen laatusuureiden perusteella määritetään yhdelle tai use-20 ämmälle ohjaussuureelle (60) asetusarvoja.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laatusuurei-‘ · · ·' den (50) ja ohjaussuureiden (60) asetussarvot määritetään MPC-säätöalgoritmillä.

12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjaussuureena (60) käytettyä kenkäkalanterin kenkäelementin keskimääräistä , ·. 25 tiltiä tai vyöhykekohtaisia tiltiä ja nippikuormitusta säädetään kenkäelementin hyd-: raulisillakuormituselementeillä (5; 5a). '4 1 U.JOZ