有適應(yīng)能力的片材制造機器控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及用于監(jiān)視和控制連續(xù)的片材制造系統(tǒng)一例如造紙機一的技術(shù)，并 且更具體地涉及通過對所述片材的在網(wǎng)處形成的一個或多個物理性質(zhì)的估計對造紙機的 濕端和干端分開控制。該技術(shù)提供了造紙機方向控制在發(fā)生紙頁斷裂或其它導(dǎo)致失去在干 端處的掃描儀測量結(jié)果的干擾時繼續(xù)進(jìn)行。
【背景技術(shù)】
[0002] 各種各樣的系統(tǒng)可被獲得并被用于制造紙頁和其它紙產(chǎn)品。正被制造的紙頁經(jīng)常 具有多個性質(zhì)，該些性質(zhì)在制造過程中被監(jiān)視和控制。對于造紙機方向（MD)控制的標(biāo)準(zhǔn)方 法來說，被控制的變量一例如紙的基重或干重W及紙的灰分含量一在卷軸處被測量并且通 過調(diào)節(jié)被操縱的變量而被控制，該些被操縱的變量例如是向造紙機的紙料流和向紙料中的 填料添加。在片材制造機器中對該些和其它片材性質(zhì)的控制通常涉及盡可能地保持該些片 材性質(zhì)接近目標(biāo)或期望值。
[0003] 在制造過程中，如果出現(xiàn)阻止紙頁到達(dá)卷軸掃描儀的紙頁斷裂，或者如果卷軸掃 描儀出現(xiàn)故障，那么控制器就失去了測量結(jié)果并且MD控制也不能再被使用。在測量結(jié)果不 可獲得并且MD控制停止時的過渡期期間，可能發(fā)生過程變化，該些變化使被控制的變量遠(yuǎn) 離它們的期望運行點。隨后當(dāng)紙頁再次被穿過造紙機并被放回到卷軸上時和/或掃描儀測 量結(jié)果恢復(fù)時，生產(chǎn)被中斷。雖然在重新穿紙之后的一段時間上控制器會將該些變量帶回 到目標(biāo)，但所生產(chǎn)的紙頁可能不能使用或銷售。該是因為紙頁中的斷裂經(jīng)常干擾或妨礙對 造紙機的控制，所W在斷裂之后生產(chǎn)的紙頁通常具有不在目標(biāo)或期望值附近的紙頁性質(zhì)。 結(jié)果，造紙機經(jīng)常需要被操作直到消除了由斷裂引起的干擾并且紙頁性質(zhì)返回到或接近目 標(biāo)或期望值。該導(dǎo)致了時間和材料的損失。所需要的是一種甚至在被控制的變量不能被測 量時也保持被控制的變量接近目標(biāo)的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明部分地基于認(rèn)識到通過對在網(wǎng)處發(fā)展的紙的一個或多個可測量物理變量 的估計將濕端和干端造紙機控制分開甚至在出現(xiàn)紙頁斷裂或其它掃描儀測量結(jié)果損失的 情況下也允許造紙機MD控制繼續(xù)進(jìn)行。使用數(shù)學(xué)模型來估計被控制的變量，例如在網(wǎng)處的 干重、基重和灰分含量，并且此后控制該些被估計的值。當(dāng)重新建立了掃描儀測量結(jié)果時， 模型中的參數(shù)可被遞歸地更新W補償任何模型誤差并確保了準(zhǔn)確的模型。MD控制優(yōu)選地 由級聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，其中通過操縱紙料流和向紙料中的填料添加來控制估計的網(wǎng)干重或網(wǎng)基 重和估計的網(wǎng)灰分百分?jǐn)?shù)。當(dāng)掃描儀測量結(jié)果可獲得時，它們變成級聯(lián)控制中的下游變量 并且通過操縱估計的網(wǎng)重量和灰分的設(shè)置點來控制該測量結(jié)果。在優(yōu)選的在造紙中的應(yīng)用 中，利用數(shù)學(xué)模型估計在網(wǎng)或網(wǎng)狀物處形成的紙頁的干重和灰分百分?jǐn)?shù)。通過使用不同的 模型估計其它的可測量的物理性質(zhì)可實施本發(fā)明的技術(shù)。其它的合適的物理性質(zhì)例如包括 亮度、不透明性和諸如絮狀物大小或纖維取向的形成特征。
[0005] 因此，在一方面，本發(fā)明涉及用于具有濕端和干端的片材制造機器的控制系統(tǒng)。濕 端具有數(shù)個輸入變量，所述輸入變量可被操縱W影響正被形成的紙頁的性質(zhì)。在濕端處的 紙頁的性質(zhì)影響在干端處被傳感器測量的紙頁的性質(zhì)。
[0006] 片材制造機器的控制系統(tǒng)包括干端控制器、估計器和濕端控制器。干端控制器響 應(yīng)于在干端處紙頁性質(zhì)的設(shè)置點，在干端處紙頁性質(zhì)的測量結(jié)果和發(fā)展在濕端處的紙頁性 質(zhì)的設(shè)置點。每個設(shè)置點建立了濕端處的各自紙頁性質(zhì)的目標(biāo)值。估計器響應(yīng)于在干端處 紙頁性質(zhì)的測量結(jié)果W及響應(yīng)于傳遞濕端輸入變量的當(dāng)前值的定量信息W發(fā)展?jié)穸颂幍?紙頁性質(zhì)的估計值的另外的信號。濕端控制器響應(yīng)于由干端控制器發(fā)展的濕端紙頁性質(zhì)的 設(shè)置點并且響應(yīng)于濕端的紙頁性質(zhì)估計值并且操縱向濕端的輸入。
[0007] 在另一方面，本發(fā)明涉及用于維持正在片材制造機器中形成的片材的可測量性質(zhì) 盡可能接近如上所述的它們的設(shè)置點的連續(xù)控制方法。該方法包括W下步驟： 根據(jù)在干端處的紙頁性質(zhì)的設(shè)置點和在干端處由傳感器測量的紙頁性質(zhì)發(fā)展?jié)穸颂?的紙頁性質(zhì)的設(shè)置點，濕端處的紙頁性質(zhì)的設(shè)置點中的每一個都定量地建立了濕端處的紙 頁性質(zhì)的相應(yīng)一個的目標(biāo)。
[0008] 根據(jù)由傳感器測量的干端紙頁性質(zhì)W及傳遞濕端輸入變量的當(dāng)前值的定量信息 的另外的信號發(fā)展?jié)穸思堩撔再|(zhì)的估計值；W及 根據(jù)濕端性質(zhì)的設(shè)置點和估計值操縱濕端輸入變量。
[0009] 利用本發(fā)明，在估計了在網(wǎng)或網(wǎng)狀物處發(fā)展的片材的干重和灰分百分?jǐn)?shù)的情況 下，在片材斷裂期間沒有損失重量和灰分控制。尤其是，在不能獲得測量的干端值時可基于 濕端估計值控制干重和灰分百分?jǐn)?shù)。而且，該減少了在將片材穿過機器時片材斷裂的可能 性。當(dāng)將片材穿入機器時測量值將更接近目標(biāo)，由此減少了廢料和損失時間。
[0010] 本發(fā)明的另一特征是分開濕端和干端控制變量有效地增加了干擾排斥的帶寬，因 為在濕端處的片材的干重和灰分百分?jǐn)?shù)的估計值消除了大部分的與等待干端測量結(jié)果相 關(guān)的控制延遲。將更快地消除一些濕端干擾。
[0011] 雖然將在實施于造紙中來說明本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明可應(yīng)用于其它的片材 制造過程，例如，在橡膠片材、塑料膜、金屬鉛等的制造商中。對于該些應(yīng)用，"濕端"對應(yīng)處 于其烙融或柔軟狀態(tài)中的原材料被處理時的初始單元操作，而"干端"對應(yīng)最終片材產(chǎn)品被 形成時的下游階段。
【附圖說明】
[0012] 圖1是造紙系統(tǒng)的示意圖； 圖2是造紙系統(tǒng)的濕端的示意圖；W及 圖3和4是框圖，其描述了通過使用基重或干重估計器和百分比灰分估計器維持濕端 處的造紙機控制的過程控制概念；W及 圖5是由造紙系統(tǒng)實施的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0013] 將通過在片材制造系統(tǒng)10中實施該技術(shù)來說明過程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)10包括造 紙機2、控制系統(tǒng)4和網(wǎng)絡(luò)6,如圖1中所示。造紙機2產(chǎn)生連續(xù)的紙頁材料12,該紙頁材料 由收取卷軸14收集。紙頁材料12具有特定的寬度，其由漿料息浮液生產(chǎn)，該息浮液包括木 纖維和其它材料的水混合物，該混合物經(jīng)歷了各種單元操作，該些操作由控制系統(tǒng)4監(jiān)視 和控制。網(wǎng)絡(luò)6有利于在系統(tǒng)10的部件之間通信。
[0014] 造紙機2包括流漿箱8,其橫跨造紙機地將漿料息浮液均勻地分布在連續(xù)移動的 篩或網(wǎng)30上。進(jìn)入流漿箱8的漿料息浮液可包含例如0. 2-3%的木纖維W及可能的其它 固體，息濁液的其余部分是水。流漿箱8包括用于分布漿料息浮液的任意合適的結(jié)構(gòu)。流 漿箱8可例如包括眶板開口，通過該開口漿料息浮液被分布到篩或網(wǎng)30上，篩或網(wǎng)30包括 合適的結(jié)構(gòu)，例如網(wǎng)眼，W接收漿料息浮液并且允許水和其它材料排出或離開漿料息浮液。 在本文中使用時，形成片材制造系統(tǒng)10的一部分的"濕端"包括流漿箱8和網(wǎng)30W及在網(wǎng) 30之前的那些部分，并且"干端"包括在網(wǎng)30下游的部分。
[0015] 此后紙頁12進(jìn)入壓制部分32,該部分包括多個壓制親，在那里紙頁12行進(jìn)通過在 壓制部分32中的多對反向旋轉(zhuǎn)的親之間的開口（被稱為社縫)。W該種方式，壓制部分32中 的親將形成紙頁12的紙漿材料壓縮。該可有助于從紙漿材料中去除更多的水并且均衡在 紙頁12的兩側(cè)上的特征。當(dāng)紙頁12在干燥器部分34中的一系列被加熱的親上行進(jìn)時，紙 頁12中更多的水被蒸發(fā)。壓光機36處理并完成紙頁12,例如，通過使紙頁光滑并施加最終 拋光、厚度、光澤或其它特征給紙頁12。其它的材料(例如漿粉或蠟）也可被添加到紙頁12 W獲得期望的拋光。感應(yīng)加熱致動器24陣列沿著橫向方向（CD)施加熱量到所述親中的一 個或多個W控制親直徑并由此控制社縫的大小。一旦完成了壓光機36的處理，紙頁12就 被收集到卷軸14上。
[0016] 片材制造系統(tǒng)10還包括蒸汽致動器20陣列，其控制沿著CD被投射的熱蒸汽的 量。熱蒸汽增加了紙表面溫度并且允許水從紙頁的更容易的沿橫向方向去除。而且，為了 減少或者阻止紙頁的過度干燥，紙材料14在CD方向上被用水噴灑。類似地，再潤濕淋灑致 動器22陣列控制沿著CD被施加的水量。
[0017] 為了控制造紙過程，紙頁12的性質(zhì)被連續(xù)地測量并且造紙機2被調(diào)節(jié)W確保紙頁 質(zhì)量。該種控制可通過使用一個或多個掃描儀26、28測量紙頁性質(zhì)來實現(xiàn)，所述掃描儀能 夠掃描紙頁12并且測量紙頁12的一個或多個特征。例如，掃描儀28可攜帶傳感器W測量 干重、濕度含量、灰分含量、或紙頁12的任何其它的或額外的特征。掃描儀28包括測量或 檢測紙頁12的一個或多個特征的合適的結(jié)構(gòu)，例如一組傳感器或傳感器陣列。一組掃描的 傳感器代表了用于測量紙頁性質(zhì)的一個特定的實施例?？纱娴厥褂渺o止不動的傳感器陣 列。掃描儀28尤其適合于測量紙產(chǎn)品的干端干重和灰分含量。