SE512787C2 - Metod, reglerparadigm och anordning för att vid torkning styra och övervaka processvariablerna för en processgas vilken strömmar genom en för torkningen använd kammare - Google Patents

Description

512787 torkade materialet strömmande torkgas, företrädesvis luft. Fortsättningsvis beskrivs känd teknik och föreliggande uppfinning företrädesvis utifrån torkning av ett fuktigt eller vattenhaltigt material eller en fuktig eller vattenhaltig produkt men teknik är naturligtvis tillämpbar även vid andra torkprocesser där ett avdrivet ämne tas upp i en processgas och transporteras med denna bort från den torkade produkten.

För att reglera processgasen och speciellt dess förmåga att uppta och transportera bort avdrivet ämne används vid många torkprocesser en torkkarnmare. Vid stationära batchprocesser ofta benämnd torkugn eller torkskåp och vid kontinuerlig torkning av material i eller produkt i bana ofta benämnd torkkåpa. Andra torkprocesser främst avsedda för behandling av komformigt material använder torkkammare i form av roterande trummor eller virvelbâddar i vilket det komforrniga materialet som ska torkas möter och blandas med torkgasen.

Torkskåp används för torkning hos våta, vattenhaltiga, massor såsom massor för pappers- eller boardtillverkning, massor inom mineral, keramik, metallurgisk och kemisk industri, för torkning av fasta produkter såsom naturliga material, exempelvis flis, virke eller avvattnade produkter exempelvis inom keramisk industri och för träfiberbaserade skivor och vissa mineral och / eller mineralfiberbaserade, bygg och isolerprodukter, speciellt formade sådana, såsom gips, stenull, glasull och de bygg och isolerskivor vilka ersätter asbetsmaterial, liksom även för lösningsmedelsavdrivning vid lackering etc. Den för torkningen nödvändiga värmen kan tillföras det material som ska torkas på godtyckligt sätt såsom genom strålning från infraröda värmare, genom rnikrovågor eller radiofrekvent strålning vilken genererar 'värme i det material som ska torkas, men företrädesvis utnyttjas värmeinnehället i den torkgas som används, dock påverkas torkresultat i hög grad av hur effektivt och likformigt det vid torkningen avgivna vattnet / lösningsmedlet tas upp av processgasen och transporteras ur torkskäpet.

Torkkåpor och liknande torkkammare används vid kontinuerliga banprocesser för papper, kartong, gipsskivor, mineralullskivor, etc. även här kan ett antal metoder användas för att åstadkomma önskad vattenavgång och / eller lösningsmedels- avgång företrädesvis genom att tillföra/ generera värme enligt något av de ovan angivna metoderna. Även här är processgasens förmåga att uppta och transportera 512787 bort från produkten avgivet ämne av betydelse för torkresultatet. Exempelvis används sedan länge torkkåpor vid torkning i bana. Dessa är för tunnare snabbt löpande banmaterial såsom papper anordnade i kombination med torkcylindrar i anslutning till banan. Papperet löper med hög hastighet i en bana genom torkkàpan och torkresultatet påverkas företrädesvis av ångtrycket inne i cylindrarna men påverkas också av de processvariabler som råder i torkkåpan, och då företrädesvis av processvariablema för genom kåpan strömmande processluft.

Vid papperstorkning liksom flertalet torkprocesser ställs utöver krav på en effektiv torkning, d. v. s. en sänkning av papperets fukthalt, även ett antal ytterligare randvillkor, såsom; - en jämn torkning över produktens yta, d. v. s. att produkten efter torkning håller en jämn men reducerad fukthalt både över hela dess bredd och längd; - en god vårmeekonorrii; - litet läckage av fukt och värme till omgivning; - låg bullernivå; - stor tillgänglighet; och -stor åtkomlighet för underhålls-, justerings- och reparationsarbete.

För att uppnå önskade processförhållanden i en torkkammare övervakas och regleras en eller flera processvariabler för den processluft som strömmar genom torkkammaren. En processvariabel som vanligen övervakas är processluftens vatteninnehåll, vanligen övervakas vatteninnehållet i frånluften från torkkarrunaren.

Vatteninnehållet i luften vid pappersbanan påverkar torkeffekten i processen och även jämnheten i torkningen. Dessutom inverkar vatteninnehållet i frånluften på processens vârmeekonomi och därmed processens hela ekonomi. Motsvarande gäller för en torkprocess där ett lösningsmedel eller liknande avdrives.

En annan processvariabel med betydelse för torkprocessen är trycket i torkkarnmaren eller tryckfördelningen i torkkammaren vanligen uttryckt som noll-nivån i torkkammaren (mm), dvs den nivå vid vilken tryckskillnaden, AP=P°mg,-m,-Pk¿p,=O, mellan trycket i torkkamrnaren och trycket i omgivningen är noll. 512787 Vanligen övervakas dessa processvariabler medelst sensorer och andra mätorgan anordnade i anslutning till torkkammaren. Mätorganen är anordnade i reglerkretsar vilka dessutom enligt känd teknik innefattar en konventionell regulator och ett manöverorgan. Manöverorganet påverkar en manipulerad processvariabel vilken är känd att inverka pä den övervakade processvariabeln som mäts. Exempel på manipulerade processvariabler som används för att styra processluften och därigenom påverka torkförhållandena i en torkkamrnare är tilluftsflödet och fränluftsflödet (m3 / min). Tilluftsflödet och fränluftsflödet styrs med ett rnanöverorgan, såsom ett luftspjäll eller alternativt en varvtalsregulator för en fläkt med varierbart varvtal. Kända konventionella metoder för styrning av processluften använder reglerkretsar vilka innefattar en reglerad och övervakad processvariabel knuten till enbart en manipulerad processvariabel och styrd av denna. Vid denna typ av processreglering försummas att en förändring av en manipulerad processvariabel kan inverka på flera övervakade processvariabler liksom att en övervakad processvariabel kan vara beroende av förändringar i ett flertal manipulerade processvariabler. Härigenom krävs ofta noggranna och omfattande intrimningsmetoder för att vid inkörning av en ny torkanordning kunna styra processluften. Likaså är det komplicerat att kompensera processluften vid förändringar i torkprocessens övriga processvariabler eller vid förändringar i andra förutsättningar för torkprocessen exempelvis förändringar i den förutvarande processen. Dessutom är processluften i vissa fall mycket känslig för vissa störningar. Det som sagts i det föregående gäller även andra processgaser än luft.

Det är inom området processreglering känt, bland annat från andra delprocesser än torkprocessen inom pappersframställning, att använda en reglerkrets baserad på en reglerparadigm vilken utöver en sensor, en regulator och ett manöverorgan innefattar en dynamisk modell av den styrda processen och i vissa fall även en kor-rigeringsenhet som beskriver och korrigerar för inverkan från reglerkretsen, och där regulatorn vid styrningen av den aktuella processen samverkar med processmodellen och eventuell korrigeringsenhet. Härigenom tas vid styrningen av den manipulerade processvariabeln hänsyn till kända samband mellan den manipulerade och den övervakade processvariabeln liksom påverkan från 512787 ytterligare processvariabler. Sådan processtyrning baserad på en reglerparadigm innefattande en modell av den styrda processen betecknas ofta IMC efter den engelska benämningen, -lntemal Model Control-. Emellertid kvarstår även om IMC används för att reglera processvariablerna hos en processgas vid torkning behovet av omfattande intrirnning. Likaså kvarstår störningskånsligheten då tryckbilden i torkkammaren, noll-nivån, påverkas av både frånlufts- och tilluftsflödet.

Huvudåndarnålet med den föreliggande uppfinningen är att anvisa en metod för att vid torkning styra en processgas som vid torkningen strömmar genom en för torkningen använd torkkammare, för att med förbättrad, stabil och tillförlitlig reglering av processgasens processvariabler erhålla en förbättrad kontroll av materialets eller produktens fuktprofil och en förbättrad värmeekonomi medelst en flexibel process vilken är lätt att köra in och uppvisar låg störningskänslighet.

Alternativt erhålls med den förbättrade, stabila och tillförlitliga regleringen av processgasens processvariabler en förbättrad kontroll av lösningsmedelsavdrivningen med positiva effekter på det torkade materialets eller produktens inre och yttre egenskaper och en förbättrad värmeekonomi medelst en flexibel process vilken är lätt att köra in och uppvisar låg störningskånslighet.

Ett annat ändamål med den föreliggande uppfinningen är att anvisa en metod för att vid torlming övervaka och styra processgasens innehåll av ett vid torkningen avdrivet ärnne och tryckbilden i en för torkprocessen använd torkkammare med en lätt irnplementerad och lätt intrimmad reglerparadigm vilken uppvisar god robusthet och liten störningskänslighet.

Speciellt är det ett ändamål för den föreliggande uppfinningen att anvisa en metod innefattande en sådan reglerparadigm för att övervaka och styra processluftens vatteninnehåll och tryckbilden i kåpan vid en process för att torka papper där en torkkarnmare anordnas i anslutning till en pappersbana och att pappersbanan och processluft kontinuerligt passerar genom torkkammaren under det att vatten avlägsnas ur papperet. Den reglerparadigm som används i torkprocessen enligt den föreliggande uppfinningen ska då säkerställa att önskad fuktproñl upprätthålls, företrädesvis att en jämn fukthalt över pappersbanans tvärsnitt och längs 512787 pappersbanan upprätthålls inom tillåtna variationsintervall, samtidigt som torkprocessen drives med en god eller förbättrad vårmeekonomi.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att anvisa en reglerparadigm för styrning av den uppfunna processen. Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att anvisa en anordning för att genomföra den uppfunna processen.

UPPFINNINGEN För att påverka torkningsförhàllandena vid torkning av en produkt i en torkkammare som genomströmmas av en processgas, och i vilken produkten som skall torkas befinner sig eller passerar genom, och där processgasen under passagen genom torkkammaren bringas i kontakt med produkten så att ett ämne tas upp av processgasen, för att åtminstone delvis avlägsna ämnet ur produkten och transportera bort detta med processgasen ur torkkammaren, styrs och övervakas ett flertal av processgasens processvariabler medelst en process där processgasens processvariabler regleras så att de ovan angivna ändarnålen uppnås medelst en metod för att styra processvariabler i processgasen enligt ingressen till patentkrav 1, och som kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Processvariabler hos den genom torkkammaren strömmande processgasen styrs och övervakas därvid genom att en första grupp reglerade processvariabler innefattande processgasens innehåll, x, av det ur produkten avlägsnade ämnet och tryckbilden, z, i torkkammaren övervakas och regleras och att utifrån en förändring i en reglerad processvariabel, x eller z, en eller flera processvariabler ingående i en andra grupp manipulerade processvariabler, innefattande processgasens tillflöde, a, och frånflöde, e, enligt föreliggande uppfinning manipuleras så att processgasens innehåll x av det ur produkten avlägsnade ämnet och tryckbilden z i torkkammaren styrs oberoende av varandra, varvid torkgasens innehåll x styrs genom att frånluftsflödet varieras, och varvid tryckbilden z styrs genom att tilluftsflödet varieras, varvid tillflödet a kompenseras för en förändring i frånflödet e. 512787 Föreliggande uppfinning exemplifieras i det följande ofta med exempel ur torkprocesser vilka innefattar torkning av en vattenhaltig produkt och vattenhaltig eller fuktig luft, men kan appliceras på alla typer av torkprocesser där en produkt befinner sig i eller passerar genom en torkkammare vilken genomströmmas av en processgas och där processgasen leds i anslutning till eller genom produkten så att ett ämne tas upp av processgasen, avlägsnas ur produkten och transporteras bort med processgasen ur torkkammaren. Sådana processer inkluderar naturligtvis avlägsnande av vatten ur vattenhaltiga produkter i kontinuerliga eller väsentligen kontinuerliga processer med produkter såsom papper, gips, mineral- eller glasullsskivor, keramik etc. liksom vid batchprocesser avseende produkter såsom formade kroppar av mineral och / eller papper, livsmedel, virke, flis etc. men även torkning vid processer såsom lackering, avdrivning av lösningsmedel eller bindemedel ur formade kroppar eller material som löper i bana. Processgasen och produkten kan i kontinuerliga processer där föreliggande uppfinning tillämpas flöda medströms, motströms, kors varandra eller kombinationer av dessa flöden.

Enligt en föredragen utföringsform används metoden enligt föreliggande uppfinning för att styra processvariabler hos en processgas, vilken väsentligen utgörs av luft, vid en torkprocess där den torkade produkten är vattenhaltig och där vid torkprocessen, vatten avlägsnas ur produkten, upptas av processluften och transporteras ur torkkammaren med processluften varvid processluftens vatteninnehäll, x, och tryckbilden, z, i torkkammaren styrs oberoende av varandra, varvid vatteninnehållet styrs genom att frånluftsflödet e varieras, och varvid tryckbilden z styrs genom att tilluftsflödet a varieras, och varvid tilluftsflödet a kompenseras för en förändring i frånluftsflödet e. Speciellt fördelaktigt är att använda metoden enligt föreliggande uppfinning för att styra processvariabler hos en processgas, vilken väsentligen utgörs av luft, och som passerar genom en torkkammare, vilken är anordnad i anslutning till en produktbana i vilken en vattenhaltíg produkt, såsom papper eller en mineralbaserad skiva, väsentligen kontinuerligt passerar genom torkkammaren, och där under produktens och processluftens passage genom torkkarrunaren dessa bringas i kontakt med varandra så att vatten tas upp av processluften, avlägsnas ur produkten och transporteras bort med processluften ur torkkammaren, varvid processluftens 512787 8 vatteninnehåll, x, och tryckbilden, z, i torkkarnmaren styrs oberoende av varandra, varvid vatteninnehållet x styrs genom att frånluftsflödet varieras, och varvid tryckbilden z styrs genom att tilluftsflödet a ändras, och varvid tilluftsflödet a kompenseras för en förändring i frånluftsflödet e.

Processgasens innehåll, x, av det från produkten avgivna ämnet, exempelvis luftens vatteninnehåll, x, mäts med lämpliga sensorer såsom utrustningar för gasanalys, ärnnessensitiva sensorer, daggpunktsmätare etc. och styrs företrädesvis medelst en första reglerslinga, varvid det uppmätta variabelvärdet för x associeras till och regleras av den manipulerade processvariabeln processgasens frånflöde, e. På samma sätt uttrycks tryckbilden i torkkåpan, z, företrädesvis som noll-nivå, d. v. s. den nivå i torkkåpan där trycket i kåpan år detsamma som trycket utanför kåpan.

Tryckbilden eller nollnivån, z, styrs medelst en andra reglerslinga för tryckbilden i torkkåpan, varvid noll-nivån i torkkåpan associeras till och regleras medelst den manipulerade processvariabeln processgasens tillflöde, a. Tillflöde och frånflöde inställs medelst konventionella medel såsom spjäll eller varvtalsreglerade fläktar.

När spjäll används uttrycks ofta processvariablerna a och e som den relativa eller procentuella öppningsgraden hos spjållet.

En reglerparadigm för att vid torkning av en produkt i en torkkarnrnare övervaka och styra processvariabler för genom torkkarrimaren strömmande processluft och därigenom påverka torkförhållanden i torkkammaren innefattar: - torkprocessen; - utstorheter i form av de reglerade processvariablerna, processluftens innehåll, x, av ett från produkten tillprocessgasen avgivet ämne och tryckbilden i torkkåpan, z; - instorheteri form av de manipulerade processvariablerna, processgasens tillflöde, a, och frånflöde, e; - styrenheter med associerade manöverorgan anordnade att utifrån en förändring i reglerad processvariabel styra processgasen vid torkprocessen medelst en justering av en manipulerad processvariabel, och enligt föreliggande uppfinning: - två av varandra oberoende, särkopplade reglerslingor varvid - en första oberoende reglerslinga är anordnad för att reglera processluftens vatteninnehåll medelst frånluftsflödet, e, 512787 - en andra oberoende reglerslinga är anordnad för att reglera tryckbilden i torkkåpan medelst tilluftsflödet, a, och - den särkopplingen av de två oberoende slíngorna är framkopplad och anordnad med medel för att kompensera tilluftsflödet, a, för en förändringi frånluftsflödet, e.

Enligt en ytterligare utföringsform av metoden enligt uppfinningen är de två reglerslingorna vardera anslutna till en dynamisk modell av processluften, varigenom daggpunkt, x, och nollnivå, z, korreleras till en inställning av frånílödet, e, respektive tillflödet, medelst lämpliga manöverorgan såsom spjäll eller varvtalsreglerade fläktar.

De två reglerslingorna är företrädesvis slutna och innefattar var och en en slingspecifik korrigeringsfunktion, vilken korrigerar den manipulerade processvariabeln för inverkan från reglerslingans dynamik.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar de båda reglerslingorna vardera tvåi serie med varandra anordnade styrenheter varvid - en första styrenhet på sin ingångssida är ansluten till utstorheten (x; z) och den dynamiska processmodellen och på sin utgångssida är ansluten till en andra styrenhets ingångssida, och -en andra styrenhet på sin ingångssida är ansluten till den första styrenhetens utgång och en extern enhet för att erhålla en extern arbetspunkt och på sin utgångssida är ansluten till processen och den dynamiska processmodellen via den slingspecifika korrigeringsfunktionen.

En anordning för genomförande av processen enligt föreliggande uppfinning innefattar en torkkåpa, manöverorgan för reglering av tillflödet av processgas till torkkammaren och produkten och ett manöverorgan för reglering av frånflödet av processgas från torkkammaren och produkten, sensorer och andra mätorgan för att fastställa de reglerade processvariablerna processgasens innehåll av det från produkten avgivna ämnet och tryckbilden i torkkammaren, regulatorer, samt ett reglersystem kännetecknat av två av varandra oberoende och särkopplade reglerkretsar varvid; 512787 lO - en första reglerkrets år anordnad för att reglera processgasens innehåll av det från produkten avgivna ämnet medelst processgasens frånflöde, e; - en andra reglerkrets anordnad för att reglera tryckbilden i torkkammaren medelst processgasens tillflöde, a; - varvid dessa kretsar är anordnade oberoende av varandra och särkopplade medelst minst ett framkopplat filter för att kompensera processgasens tillflöde, a, för en förändring i processgasens frånflöde, e. Företrädesvis år båda kretsarna slutna och innefattar ett för vardera kretsen specifikt filter för korrigering av reglersystemets inverkan på respektive slingas manipulerade processvariabel.

Enligt en utföringsform är vardera kretsen ansluten till en elektronisk enhet med mjukvara i form av en dynamisk modell av processgasen.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar båda de två reglerkretsarna vardera två i serie med varandra anordnade regulatorer varvid en första regulator år anordnad med en första ingång för utstorheten (x; 2); en andra ingång för den dynamiska processmodellen och en utgång ansluten till en ingång på en andra regulator, och en andra regulator är anordnad med en första ingång ansluten till den första regulatorns utgång och en andra ingång ansluten till en extern enhet för att erhålla en extern arbetspunkt och en utgång ansluten till processen och den dynamiska processmodellen via det kretsspecifika korrigeringsfiltret.

Enligt en ytterligare utföringsform. innefattar reglersystemet en elektronisk anordning med nödvändig mjukvara; - för oberoende reglering av processgasens innehåll, x, av det från produkten upptagna ämnet och tryckbilden i torkkarnmaren, z, medelst processgasens frånflöde, e, respektive tillflöde, a; - för kompensering av processgasens tillflöde, a, för en förändring i frånflödet, e; - för den dynamiska processmodellen; och - för ñlterfunktionerna. 512787 ll FIGURER Uppfinningen ska i det följande förklaras mer ingående och exemplifieras med en föredragen -utföringsform under hänvisning till bifogade figurer.

Figur 1 visar schematiskt en tänkt modell av processen och de reglerade processvariablernas beroende av de manipulerade processvariabler-rm.

Figur 2 visar schematiskt den principiella strukturen av en kompenseringsenhet innefattande ett framkopplat filter för den i figur I visade processmodellen.

Figur 3 visar schematiskt en reglerkrets innefattande en intern dynamisk modell av den styrda processen, en reglerkrets för IMC.

Figur 4 visar ett reglersystem för processen enligt en föredragen utföringsforrn av uppfinningen innefattande två oberoende och särkopplade regler-slingor för IMC av processgasen i en torkkarnmare.

FIGURBESKRIVNING För att vid torkning av en produkt styra och övervaka genom en för torkningen använd torkkammare strömmande processgas och därmed påverka torkförhållandena i torkkarnmaren enligt den föreliggande uppfinningen används en reglerparadígm vilken övervakar och styr torkprocessen medelst två övervakade och två manipulerade processvariabler och innefattande två reglerslingor där dessa kopplas parvis till varandra så att en övervakad och en manipulerad processvariabel knyts till vardera slingan. Utöver nödvändiga sensorer och manöverorgan, d. v. s. en sensor för en övervakad processvariabel och ett manöverorgan för en manipulerad processvariabel samt en regulator innefattar företrädesvis vardera slingan en modell av den styrda processen. Vidare appliceras båda reglerslingorna tillsammans i ett särkopplat system. Reglerparadigmen innefattar de två reglerslingorna gemensamt anordnade i ett särkopplat system, var 512787 12 och en innefattande en processmodell och eventuellt en kompenserande överföringsfunktion i form av ett filter för att säkerställa att en förändrad inställning av en manipulerad processvariabel, vid styrning av processgasen som vid torkning strömmar genom en torkkarnmare enligt föreliggande uppfinning, endast påverkar den ena av de två övervakade processvariablerna medan den andra processvariabeln förblir väsentligen opåverkad. Härigenom kan de två övervakade processvariablerna övervakas och styras individuellt trots att en eller båda av de övervakade processvariablerna kan påverkas av båda de två manipulerade processvariablerna.

Figur l visar en enkel modell av processgasen 10. För att styra processgasen 10 som strömmar genom en torkkamrnare där en produkt torkas, varvid gas och produkt bringas i kontakt och ett ämne avges fràn produkten och tas upp av gasen och transporteras med denna ur torkkammaren, har det visat sig väsentligt att övervaka och styra följande variabler; - gasens innehåll, x, av det från produkten upptagna ämnet; och -trycket och tryckproñlen i torkkåpan, z, vilket vanligen representeras av noll-nivån i kåpan, d. v. s. den nivå vid vilken trycket i kåpan är lika med det omgivande trycket.

Enligt uppfinningen övervakas båda dessa variabler, x; z, varvid de antingen mäts kontinuerligt eller sarnplas. Därefter korreleras de till två manipulerade variabler som inverkar på de övervakade variablerna och används för att styra dem. Dessa manipulerade variabler är, det ingående flödet eller tillflödet, Qa, av gas som tillförs torkkammaren och det utgående flödet eller frånflödet, Q., av gas som lärnnar torkkammaren. Den manipulerade variabeln tillflödet, a inverkar enligt den tänkta processmodellen som visas i figur I endast på noll-nivån z medan den andra manipulerade variabeln frånflödet, e, inverkar såväl på nollnivån z som på gasens innehåll x av det från produkten upptagna ämnet.

De dynamiska förändringar som erhålls på de uppmätta variablerna, x och z, vid förändringar i de manipulerade vañablerna, a och e, kan uppskattas med ett system av linjära överföringsfunktioner för olika delprocesser. Dessa reglervariabler 512787 13 och sambanden dem emellan varierar mellan olika kammare men kan med lätthet fastställas med ett enkelt försök, ett så kallat stegsvarsexperiment. Vanligen anges både in- och utstorheter som avvikelser från en förutbestämd arbetspunkt. Den totala linjära modellen som används för att summera processluften 10 och därvid beskriva sambanden mellan de variabler som karaktäriserar processluften i torkkåpan innefattar tre överföringsfunktioner, GX., Gu, Gu. Såsom redan beskrivits inverkar gasens frånflöde, e, både på processgasens innehåll, x, av det från produkten upptagna ämnet och på tzyckbilden i torkkammaren, z. För att förenkla regleringen styrs processgasens processvariabler x och z enligt den föreliggande uppfinningen medelst en reglerparadigm som innefattar två reglerslingor gemensamt anordnade i ett särkopplat system, d. v. s. innefattande en framkopplad kompenseringsenhet 20, företrädesvis i form av filter 22 och en styrenhet 21, vilken anordnas i anslutning till kretsarna för att möjliggöra individuell reglering av dem.

Den förenkling av processtyrningen som åstadkoms genom denna reglerparadigm säkerställer att en förändrad inställning av den manipulerade processvariabeln frånflöde e endast påverkar processvariabel X medan processvariabel z förblir väsentligen opåverkad. Härigenom kan de två övervakade processvariablema övervakas och styras individuellt trots att gasen från flöde e, inverkar på både z och x. I figur 2 visas en enkel struktur av framkopplade filter för de särkopplade regler- slingorna vilken innefattar en kompenseringsenhet 20, med ett filter 22, uppvisande en kompenserande överföringsfunktion Ff medelst vilket variabeln a som representerar gasens tillflöde kompenseras för en förändring i frånflödet e, där e' representerar ett manöverorgan för x och a' ett manöverorgan för z. När tidskonstanten TR för reglerslingan från tillflöde a till z, är densamma som tidskonstanten Tu, för reglerslingan från frånflöde e till z, blir överföringsfunktion för filtret Fy en konstant och i normalfallet kan antas att Tzfi-Tza, d. v. s. att Ff (s) = 1. Sedan kan medelst enkel intuitiv tolkning, av filtrets överföringsfunktion, härledas att z endast beror av skillnaden mellan från- och tillflödet. lMC eller Internal Model Control är en känd och beprövad reglerparadigrn som innefattar en modell 32 av den styrda processen. Figur 3 visar ett grundutförande av en reglerkrets eller reglerslinga för IMC i form av ett blockdiagrarn. För att kunna använda denna typ av processreglering krävs två saker; 512787 14 - en modell G0, av den styrda processen, uppvisande algoritmer eller modeller vilka beskriver sambanden mellan processens variabler både uppmätta och manipulerade vanligen anordnad i form av en elektronisk enhet med nödvändig mjukvara 32; och - en kretsspecifik överföringsfunktíon F, vilken beskriver den slutna reglerkretsen i systemet och korrigerar för inverkan från reglersystemet, företrädesvis anordnad i form av ett kretsspecifikt filter 34. Den i figur 3 visade utföringsformen av en reglerkrets för IMC innefattar: - en sensor för att mäta en första processvariabel y; - ett manöverorgan för att manipulera en andra processvariabel u vilken inverkar på den första processvariabeln y; - en första styrenhet 31 med en första ingång ansluten till sensorn 312 och en andra ingång 311 ansluten till en processmodell G0, vilken beskriver processen, och en utgång 313 ansluten till en serie med styrenheten 31 anordnad andra styrenhets 33 ena ingång 331; - en andra styrenhet 33 med en första ingång 331 ansluten till den första styrenhetens utgång 3 13 och en andra ingång 332 för att motta en extern arbetspunkt, i den andra styrenheten en utgång 333 ansluten till processmodellen 32 och processen 10 via ett kretsspeciñkt filter 34; och - ett kretsspecifikt filter 34 ivilket signalen från den andra styrenhetens utgång 333 korrigeras innan den tillförs manöverorganet u och processmodellen 32. IMC beskrivs mer detaljerat till exempel i boken "Robust Process Control" av M. Morari och E. Zafirou, utgiven av Prentice Hall 1989, ISBN O-13-782153-0.

Vid processen 10 enligt föreliggande uppfinning regleras x och z för gasen i torkkammaren medelst en reglerparadigm vilken visas i figur 4. Denna innefattar ett särkopplat system med två separata reglerslingor, vilka reglerslingor innefattar; - gasens frånflöde - gasens innehåll av från produkten upptaget ämne; och - gasens tillflöde - tryckbilden i torkkammaren. Båda dessa slingor är baserade på tekniken för IMC, d. v. s. de innefattar utöver nödvändiga sensorer 41, 5 1, regulatorer 43, 53, 44, 54 och manöverorgan 46, 56 minst en processmodell 42, 52, vilken beskriver dynamiken hos den med det upptagna ämnet bemängda gasen i torkkammaren, och då speciellt inverkan av processgasens från- och tillflöde på 512787 15 gasens innehåll av från produkten upptaget ämne och/ eller på tryckbilden i torkkammaren, en kretsspecifik överföringsfunktion, samt ett kretsspecifikt ñlter 45, 55. Slingorna år samordnade i ett särkopplat system, med en frarnkopplad kompenseringsenhet 15 där variabeln a som representerar tillflödet kompenseras för en förändring i frånflödet e. Härigenom kan de två för processgasen väsentliga processvariablerna regleras väsentligen oberoende av varandra vilket ger en process 10 med en enkel, tillförlitlig processtyrning som uppvisar hög robusthet och låg störningskånslighet varigenom de önskade kvalitets- och processekonomiska målen infrias. Figur 4 visar ett blockschema av ett processregleringssystem som används i en utföringsform av den föreliggande uppfinningen. Systemet innefattar en reglerparadigm med två särkopplade reglerslingor, en första för gasens frånflöde/gasens innehåll av från produkten upptaget ämne, och en andra för gasens tillflöde/tryckbilden i torkkammaren. Den första reglerslingan är anordnad för att reglera processgasens innehåll av från produkten upptaget ämne och innehåller, utöver processen 10 och den framkopplade kompenseringsenheten 15 vilken samordnar slingorna i ett särkopplat system: - en sensor eller annan givare 51 för att bestämma innehållet eller halten av från produkten upptaget ämne i processgasen och fastställa ett ärvärde på processvariabeln x, - ett manöverorgan 56 för frånflödet, e, såsom ett spjäll eller en varvtalsreglerad flåkt; - en första styrenhet 53 med en första ingång ansluten till sensorn 51 och en andra ingång ansluten till en modell Gxeo, av den styrda torkprocessen vilken företrädesvis avser sambanden mellan processgasens innehåll av det från produkten upptagna ämnet, frånflödet och deras samband med andra processvariabler, och en utgång ansluten till en i serie med denna första styrenhet 53 anordnad andra styrenhet 54; - en andra styrenhet 54 med en första ingång ansluten till den första styrenhetens utgång och en andra ingång för att motta en extern arbetspunkt, x~ref. och en utgång ansluten till processen 10 och processmodellen 52 via ett slingspecifilct filter 55 med en korrigeringsfunktion F1; - ett slingspecifíkt filter 55 innefattande funktionen Fl i vilket reglersignalen från den andra styrenhetens 54 utgång korrigeras för inverkan från reglersystemet innan den tillförs manöverorganet 56 och processmodellen 52. 512787 16 Den andra reglerslirigan är anordnad för att reglera tryckförhållandena i torkkammaren och innehåller utöver processen 10 och den framkopplade kompenseringsenheten 15 vilken samordnar slingorna i ett sårkopplat system: - en sensor 4 1 eller annan givare för att fastställa ett ärvårde för tryckbilden z i kammaren, exempelvis i form av ett värde på noll-nivån; - ett manöverorgan 46 för processgasens tillflöde a, såsom ett spjäll eller en varvtalsreglerad fläkt; - en första styrenhet 43 med en första ingång ansluten till mätorganet för noll-nivån och en andra ingång ansluten till en modell Gm av den styrda processen, vilken företrädesvis avser sambanden mellan trycket i kammaren, tillflödet av processgas och deras samband med andra processvariabler, och en utgång ansluten till en i serie med denna första styrenhet 43 anordnad andra styrenhet 44; - en andra styrenhet 44 med en första ingång ansluten till den första styrenhetens 43 utgång och en andra ingång för att motta en extern arbetspunkt z-ref. och en utgång ansluten till processen 10 och processmodellen 42 via ett slingspecifikt filter 45 med en korrigeringsfunktion Fg; - ett slingspecíñkt filter 45 med en funktion P2, i vilket reglersignalen från den andra styrenhetens 44 utgång korrigeras för inverkan från reglersystemet innan den tillförs manöverorganet 46 och processmodellen 42.

De använda processmodellerna Gao och Gxeo är linjära tvåpoliga med förstärkning.

De uppvisar inga nollpunkter och ingen tídsfördröjning. De kretsspecifika filtren 45, 55 väljs och utformas så, att de slutna kretsarna i allt väsentligt uppvisar samma sorts dynamik som motsvarande öppna reglerkrets, men med en tidskonstant som är skild från tidskonstanten för motsvarande process reglerad med en öppen konventionell reglerkrets. För att förenkla idrifttagande av en process enligt föreliggande uppñnning, dvs göra intrimningen så enkel och så föga tidskrävande som möjligt, förutbestäms lämpligen ett antal i modellen använda dimensioneringsparametrar. Om den i det föregående beskrivna, och i figur l visade processmodellen är korrekt behöver endast två parametrar fastställas för varje specifik torkprocess och torkkåpa, tidskonstanten T och förstärkningsfaktorn K.

För att förenkla intrimningen ges de dimensioneringspararnetrar vilka ingår i de 512787 17 kretsspecifika filtrens 45, 55 funktioner Fl, och F; normalvärden härledda ur processmodellen. Det är känt att överföringsfunktionen från börvärde till utsignal, d. v. s. den slutna kretsens överföríngsfilnktion, för ideal fallet (G0=G) är: Go=GF och att överföringsfunktionen från störning till utsignal i samma fall, känslighetsfunktionen S, âr: S= l-GOF varvid, om den önskade slutna slingans överföñngsfunktion är: 1 2 GAS) = och motsvarande öppna slingas överföringsfunktion är: -i Gw-[Hí ' 2 såväljs . of F(s)=_-__2- w n* 1+ 2 Hârav följer att endast en intrimningsparameter återstår, den slutna kretsens tidskonstant Td vilken varierar mellan installationer, men som för att förenkla uppstart av en torkprocess uttrycks som en multipel av den öppna kretsens tidskonstant T: TCFT T 512787 18 Multipeln eller faktorn r tolkas enkelt: om r < 1 så är den slutna slingans system snabbare än systemet med den öppna slingan, och om 'c > l så är systemet med den slutna slingan långsammare än systemet med den öppna slingan. Ett stort värde på 'c ger ett mer robust system. Naturligtvis kan norrnalvärden användas för T.

Funktionen för den i form av ett framkopiplat filter 15 anordnade kompenserade särkopplingen ansätts till: 1=,(.«) s “GGJ-*Û m(s) och så länge inget annat är känt kan det antas att endast ett motsatt tecken skiljer överföringsfunktionen Gu från överföringsfunktionen Gm således kan det kompenserande filtret som utgör särkopplingen 15 sättas till Ff (s) = l.

Processen enligt föreliggande uppfinning intrimmas snabbt men vid behov kan ett mer exakt förfarande användas, vilket dock också kräver mer tid. För intrimning vid enkla torkförhàllanden bestäms värden på tidskonstanter och förstärkningsfalctorer i reglersystemet, d. v. s. totalt fyra dimensioneringsparametrar som beskriver reglerslingornas dynamik. Förstärkningsfaktor och tidskonstant kan som tidigare beskrivits uppskattas med ett stegsvarsexperiment. Ett stegsvarsexperiment innefattar en kraftig förändringi de manipulerade processvariablerna, genomförd genom en kraftig förändring i de för dessa variablers inställning anordnade manöverorganen, d. v. s. luftspjällen och en därtill hörande registrering av förändringen hos de reglerade processvariablema x och z.

För applikationer vilka ställer högre krav på reglering av produktens fukthalt och produktens fuktprofil, såsom vissa papperstyper eller där av andra skäl torkprocessen är känsligare och kräver mer noggrann reglering av den i torkkarnmaren använda processgasen beaktas även parametrar såsom: 512787 19 - multipeln eller faktorn t vilken beskriver sambandet mellan en enligt föreliggande uppfmning använd sluten reglerslinga och motsvarande öppen reglerslinga; - överföringsfunktionerna Gu, och Gu vilka om de varierar påverkar kompenseringen av gasens tillflöde a för en förändring i frånflödet e.

Med en process enligt uppfinningen vilken innefattar en reglerparadigm enligt föregående beskrivning med inbyggd processmodell och sårkoppling av reglerslíngorna för gasens innehåll av från produkten upptaget ämne, exempelvis vatten och tryckbilden i torkkammaren, exempelvis uttryckt som torkkammarens noll-nivå, erhålls utöver en stabil fuktprofil i produkten och god värmeekonomi följ ande fördelar: - enkel intrimning, endast två stegsvarsexperirnent behövs i normalfallet; - minimerad ömsesidig påverkan mellan gasens innehåll av från produkten upptaget ämne och tryckbilden i torkkammaren vilket ger ökad stabilitet i torkprocessen; - flexibilitet, justeras lätt för icke-liiijäritet i överföringsfunktioner eller andra funktioner vilka påverkar dynamiken i processen eller reglersystemet; - hög toleransnivå mot störningar, påverkan från brus och störningar minimeras; och - robusthet, kan under fortsatt god funktion tolerera förändringar i processen eller papperet.

Dessa fördelar och huvudåndarnålet med den föreliggande uppfinningen uppnås genom att de funktioner 'som är innefattade i processmodellen, de slingspecifika filtren, de kompenserande framkopplade filter som används för att kompensera tilluftsflödet a för en förändringi frånluftsflödet e är sammankopplade i ett reglersystem som beskriver och kompenserar för dynamiken i processluften och i reglersystemet självt.

Claims (18)

512787 20 PATENTKRAV

1. l. Metod för att styra processvariabler hos en processgas (10) som passerar genom en torkkammare och under passagen genom torkkammaren leds i anslutning eller genom en produkt så att ett ämne tas upp av processgasen, att ämnet åtminstone till en del avlägsnas ur produkten och transporteras bort med processgasen ur torkkammaren, varvid den genom torkkammaren strömmande processgasens processvariabler styrs och övervakas genom att en första grupp reglerade processvariabler innefattande processgasens innehåll (x) av det ur produkten avlägsnade ämnet och tryckbilden (z) i torkkammaren övervakas och regleras och att utifrån en förändring i en reglerad processvariabel (x; z) en eller flera processvariabler ingående i en andra grupp manipulerade processvariabler, innefattande processgasens tillflöde (a) och frånflöde (e) manipuleras varigenom processgasens styrs, kännetecknad av att processgasens innehåll (x) av det ur produkten avlägsnade ämnet och tryckbilden (z) i torkkammaren styrs oberoende av varandra, varvid torkgasens innehåll (x) styrs genom att frånluftsflödet (e) varieras, och varvid tryckbilden (z) styrs genom att tilluftsflödet (a) varieras, varvid tilluftsflödet (a) kompenseras för en förändring i frånluftsflödet (e).

2. Metod enligt patentkrav 1 föra att styra processvariabler hos en processgas (10) vilken väsentligen utgörs av luft, vid en torkprocess där den torkade produkten är vattenhaltig och där, vid torkprocessen, vatten avlägsnas ur produkten, upptas av processluften och transporteras ur torkkammaren med processluften, kännetecknad av att processluftens vatteninnehåll (x) och tryckbilden (z) i torkkammaren styrs oberoende av varandra, varvid vatteninnehållet styrs genom att frånluftsflödet (e) varieras, och varvid tryckbilden (z) styrs genom att tilluftsflödet (a) varieras, och varvid tilluftsflödet (a) kompenseras för en förändring i frånluftsflödet (e).

3. Metod enligt patentkrav 2 för att styra processvariabler hos en processgas (10), vilken väsentligen utgörs av luft, som passerar genom en torkkammare anordnad i anslutning till en produktbana i vilken en vattenhaltig produkt, såsom papper eller en mineralbaserad skiva, väsentligen kontinuerligt 512787 21 passerar genom torkkamrnaren, och att under produkten och processluftens passage genom torkkammaren dessa bringas i kontakt med varandra så att vatten tas upp av processluften, avlägsnas ur produkten och transporteras bort med processluften ur torkkamrnaren, kännetecknad av att processluftens vatteninnehåll (x) och tryckbilden (z) i torkkammaren styrs oberoende av varandra, varvid vatteninnehållet (x) styrs genom att frånluftsflödet (e) varieras, och varvid tryckbilden (z) styrs genom att tilluftsflödet (a) ändras, varvid tilluftsflödet (a) kompenseras för en förändring i frånluftsflödet (e).

4. Metod enligt patentkrav 1, 2 eller 3, kännetecknad av att processgasens (10) innehåll (x) av det ur produkten avlägsnade ämnet styrs medelst en första reglerslinga, varvid processgasens innehåll av det ur produkten avlägsnade ämnet associeras till och regleras av den manipulerade processvariabeln frånflödet (e) och att tryckbilden (z) i torkkamrnaren styrs medelst en andra reglerslinga, varvid tryckbilden (z) i torkkarnmaren associeras till och regleras medelst den manipulerade processvariabeln tillflödet (a).

5. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att processgasens (10) innehåll (x) av det ur produkten avlägsnade ämnet korreleras till en inställning av den manipulerade processvariabeln frånflödet (e), varvid en i den första reglerslingan innefattad modell Gxeo (52) av processen används, och att tryckbilden (z) i torkkammaren korreleras till en inställning av den manipulerade processvariabeln tillflödet (a), varvid en i den andra reglerslingan innefattad modell Gzao (42) av processen används.

6. Metod enligt 'något av föregående patentkrav, kännetecknad av att de två reglerslingorna är slutna och att värdet på respektive slingas manipulerade processvariabel (e; a) korrigeras från inverkan av reglerslingans dynamik, medelst en i vardera reglerslingan innefattad slingspecifk korrigeringsfunktion (FH, F2)(45, 55).

7. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att tryckbilden (z) i torkkammaren fastställs och uttrycks som torkkammarens noll- nivå. 512787 22

8. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att åtminstone en av de manipulerade processvariablerna processgasens tillflöde (a) och frånflöde (e) inställes medelst ett spjäll (56,46) och uttrycks som spjällets relativa öppning.

9. Metod enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att åtminstone en av de manipulerade processvariablerna processgasens tillflöde (a) och frånflöde (e) inställes medelst en varvtalsreglerad fläkt (56, 46).

10. Reglerparadigm för att styra processvariabler hos en processgas (10), som vid torkning av en produkt strömmar genom en torkkamrnare, och därvid bringas i kontakt med produkten och upptar ett ämne som frigörs från produkten och transporterar bort detta ämne från torkkammaren, varvid reglerparadigmen innefattar torkprocessen, utstorheter i form av processgasens innehåll (x) av det från produkten upptagna ämnet och tryckbilden i torkkammaren (z), instorheter i form av processgasens tillflöde (a) och frånflöde (e) sarnt styrenheter och manöverorgan för att utifrån en förändring i reglerad processvariabel styra torkprocessen medelst en justering av en manipulerad processvariabel, kännetecknad av att reglerparadigmen innefattar två av varandra oberoende, särkopplade reglerslingor, varvid en första oberoende reglerslinga är anordnad för att reglera processgasens innehåll (x) av det från produkten avgivna ämnet medelst processgasens frånflöde (e), en andra oberoende reglerslinga är anordnad för att reglera tryckbilden i torkkammaren (z) medelst processgasens tillflöde (a) och att särkopplingen av de två oberoende slingorna är framkopplad och anordnad med medel för att kompensera processgasens tillflöde (a) för en förändring i frànluftsflödet (e).

11. ll. Reglerparadigm enligt patentlcrav 10, kännetecknad av att båda reglerslingoma är anslutna till en dynamisk modell (Gxem Gao) (4252) av torkprocessen.

12. Reglerparadigm enligt patentkrav 10 eller ll, kännetecknad av att båda reglerslingorna är slutna och innefattar en för vardera slingan specifik korrigeringsfunktion (Fu Fz) (45, 55) för korrigering av reglersystemets inverkan på respektive slingas manipulerade processvariabel (a, e). 512787 23

13. Reglerparadigm enligt något av patentkrav 10 till 12, kännetecknad av att båda reglerslingorna innefattar två i serie med varandra anordnade styrenheter (43, 44, 53, 54) varvid en första styrenhet (43, 53) på sin ingångssida är ansluten till utstorheten (x; z) och den dynamiska processmodellen och på sin utgångssida är ansluten till en andra styrenhets (44, 54) ingångssida och en andra styrenhet (44, 54) på sin ingångssida är ansluten till den första styrenhetens utgång och en extern enhet för att erhålla en extern arbetspunkt (x-ref; z-ref.) och på sin utgångssida är ansluten till processen och den dynamiska processmodellen via den slingspecifika korrigeringsfunktionen.

14. Anordning för genomförande av en process för torkning av en produkt enligt något av patentkraven 1 till 9 innefattande en torkkammare, manöverorgan för att reglera flödet på genom kammaren strömmande processgas manipulerade processvariabler i forrn av ett manöverorgan (46) för reglering av tillflödet av processgas till torkkammaren, ett manöverorgan (56) för reglering av frånflödet av processgas från torkkammaren, sensorer (41, 51) och andra mätorgan för att fastställa processgasens reglerade processvariabler, processgasens innehåll av ett från produkten upptaget ärnne och tryckbilden i torkkammaren samt regulatorer, kännetecknad av ett reglersystem innefattande två av varandra oberoende och sàrkopplade reglerkretsar varvid; - en första reglerkrets år anordnad för att reglera processgasens innehåll av det från produkten upptagna ämnet medelst processgasens frånflöde (e); - en andra reglerkrets är anordnad för att reglera tryckbilden i torkkarnmaren medelst processgasens tillflöde (a) ; och - att kretsarna är oberoende av varandra och särkopplade medelst minst ett framkopplat filter (15) för att kompensera processgasens tillflöde (a) för en förändring i frånflödet (e).

15. Anordning enligt patentkrav 14, kännetecknad av att vardera kretsen är ansluten till en elektronisk enhet (42, 52) med mjukvara i form av en dynamisk modell av torkprocessen.

16. Anordning enligt patentkrav 14 eller 15, kännetecknad av att båda kretsarna år slutna och innefattar ett för vardera kretsen specifikt filter (45, 55) 512787 24 med en funktion (F1, P2) för korrigering av reglersystemets inverkan på respektive slingas manipulerade processvariabel (a, e).

17. Anordning enligt något av patentkrav 14 till 16, kännetecknad av att båda reglerkretsarna innefattar två i serie med varandra anordnade regulatorer (43, 44, 53, 54) varvid en första regulator (43, 53) är anordnad med en första ingång för sensorn (41, 51) vilken fastställer utstorheten (x; 2); en andra ingång för den dynamiska processmodellen (42, 52) och en utgång ansluten till en ingång på en andra regulator (44, 54), och en andra regulator år anordnad med en första ingång ansluten till den första regulatorns utgång och en andra ingång ansluten till en extern enhet för att erhålla en extern arbetspunkt (x-ref.; z-ref.) och en utgång ansluten till processen (10) och den dynarniska processmodellen (42, 52) via ett kretsspeciñkt korrigeringsñlter (45, 55).

18. Anordning enligt något av patentkrav 14 till 17, kännetecknad av att reglersystemet innefattar en elektronisk anordning med nödvändig mjukvara; - för oberoende reglering av processgasens innehåll (x) av det från produkten upptagna ämnet och tryckbilden i torkkarnrnaren (z) medelst processgasens (10) frånflöde (e) respektive tillflöde (a), medelst sensorer (41, 51), regulatorer (43, 53, 44, 54) och manöverorgan (46, 56); - för kompensering av processgasens tillflöde (a) för en förändring i frånflödet (e) i kompenseringsenheten ( 15); - för de dynamiska processmodellerna (52, 42); och - för filterfunktionerna (45, 55).