有多个传感器的 控制系统 本发明涉及一种在造纸过程中用于调整/控制一种质量特征的横剖面和/或纵剖面的控制系统和一种在造纸过程中用于调整的方法。
在迄今使用的一些在造纸过程中一种质量特征的横剖面和/或纵剖面的控制系统中，例如调整作为质量特征的单位面积重量。为此，在造纸机区域内运行中的纸幅的单位面积重量，通过一个例如横向移动的传感器测量，并将测量值读入调整/控制器用于横剖面调整。然后此调整/控制器根据调整程序控制调节机构，以影响单位面积重量的横剖面。由DE 4239845已知这类用于调整单位面积重量横剖面和纤维取向横剖面的调整/控制器，它的公开内容全面吸收在本申请中。在按照DE 4239845的现有技术中规定，纸浆进料装置至少设计为局部分段，纸浆悬浮液在各分段中通过供入例如稀释水影响稠度和纤维取向，以便调整单位面积重量横剖面。分段式纸浆进料装置由德国专利DE 4019593或专利申请DE-A-4316054已知，它们的公开内容全面吸收在本申请中。
通过这种横剖面调整能达到的质量特征(在本例中为单位面积重量)的横剖面品质，主要由于在造纸过程中产生的沿纸幅质量特征纵剖面的波动而受到限制。从单位面积重量横剖面来看，造成纵向波动的主要原因，是在纸浆射流中的容积流量波动和稠度波动。
若为了接收涉及纸幅质量特征的测量信号采用如按DE 4239845现有技术中那样的可横向移动逐点工作的传感器，则借助于此类测量装置不能准确地得知质量特征地横剖面，确切地说，它只能确定由横剖面分量和纵剖面分量组合而成的信号。这是由纸幅通过造纸机运行的速度造成的。这类速度通常在数量上大于1000m/min。
若人们将由横向分量和纵向分量混合而成的信号看作是沿纸幅某个纵向段“平均的”横剖面信号，则可将此信号用于调整/控制用的控制系统中。
但是沿某个纸段求取这类平均值导致噪声严重的横剖面测量信号。由此含噪声的横剖面测量信号通过滤波，提取用于调整的实际横剖面。横剖面测量信号严格过滤带来的结果是，使横剖面调整的调节作用微弱，或幅度过小。因此按现有技术只有经很长时间的测量，例如直到接收测量信号后5分钟，调节作用才能实施。这意味着在速度为1500m/min或更高时，在实施调节作用前，纸幅已经走过了7500m的距离。由此带来的问题例如在于，调节的瞬态特性严重慢化，以及，由于横剖面中的纵向波动带来随机成分，使可获得的横剖面品质受到限制。
为了解决这一问题，公开文件DE2019975建议，为测量纸幅的厚度使用一个固定式传感器和一个沿纸幅宽度横移的传感器，这两个传感器记录走过的纸幅的厚度剖面。其中，固定的传感器在纸幅的一个位置测量沿纵向的厚度剖面，横移的传感器测量相对于纸幅倾斜延伸途径上的厚度剖面。此倾斜延伸的剖面既包括纯粹的横剖面分量，也包括纯粹的纵剖面分量。然后，通过从倾斜剖面中减去纵剖面得出纯粹的横剖面。在造纸机上使用这种方法或这种设备带来的缺点是，一方面为了完整地测量横剖面需化费许多时间；另一方面纸幅的厚度只能在造纸机的端部测量，因此造成过长的和惰性的调节反应时间。
本发明的目的是提供一种控制系统，借助于这种控制系统可以克服上述现有技术的缺点，以及提供一种与之相应的方法。
本发明关于控制系统的目的是这样实现的，即采用一种在造纸过程中用于调整/控制至少一种质量特征的横剖面和/或纵剖面的控制系统，它设有：一个用于调整/控制至少一个调节机构的调整/控制器，调节机构用于影响至少一种质量特征的横剖面和/或纵剖面；至少一个第一传感器，它接收在造纸机内部生产出来的纸幅的第一质量特征的横剖面和/或纵剖面的第一测量信号，并将此信号输入调整/控制器；至少另一个传感器，用于接收另一个用于调整/控制器调整/控制至少一个调节机构的另一个测量信号，调节机构用于影响第一种质量特征的横剖面和/或纵剖面，另一个传感器测量一种与第一传感器所测量的不同的质量特征。
本发明关于方法的目的是这样实现的，即采用一种造纸过程中用于调整/控制一种质量特征的横剖面和/或纵剖面的方法，它包括下列步骤：在造纸机中的至少一个位置测量一种质量特征的横剖面和/或纵剖面；除了在造纸过程中至少在一个位置测录的一种质量特征的横剖面和/或纵剖面外，至少记录另一个表征另一个质量特征的横剖面和/或纵剖面的被测量值；这些测量信号在控制系统中进行处理；以及通过至少一个控制系统操纵至少一个调节机构，以影响在造纸过程中被测量的质量特征之一的横剖面和/或纵剖面。
现在，通过用一个以上的传感器测量一种以上的质量特征，可以使剖面的传感发送在纸浆进料装置附近进行，并因而可以快速反应纵剖面波动。此外，通过使用一个以上横向移动的传感器，用于在造纸过程中同时调整一种质量特征例如单位面积重量的横剖面和/或纵剖面，可以由带噪声的剖面数据中快速确定横剖面。于是横剖面调整可以频繁进行并迅速反应剖面波动。另一个优点是调节的瞬态特性显著缩短，这一点尤其在品种变换或过程受干扰后具有决定性的好处。当然，在结构更为复杂的控制系统中也可以使用两个以上的传感器。
采用按本发明的设备和按本发明的方法，可以在造纸过程中调整各种质量特征的横剖面和/或纵剖面。
例如在造纸过程中可以调整下列质量特征的横剖面和/或纵剖面，但不受这些限制：-纸幅的尺寸；-运行中的纸幅厚度；-运行中的纸幅湿度和不透明度；-纸幅的粗糙度和纸张力学性能，例如弹性模量E或撕裂系数。
特别优先的是调整纸幅单位面积重量和纤维取向的横剖面和/或纵剖面。在一种最佳实施形式中，采用纸浆稠度可调整的纸浆进料装置作为单位面积重量横剖面或纤维取向横剖面的调节机构。
这类纸浆进料装置是分段式的，在这种情况下，纸浆悬浮液稠度和纤维取向可在各个分段中加以影响。这例如可以这样做到，即规定在通往有关分段的进料管道区域内设稀释剂管道，它们通入进料管道并各配备一个调节阀。通过稀释管道既可以影响在各分段中的稠度，也可以影响纤维取向。这类纸浆进料装置公开在前面已提及的文件DE 4019593和DE 4316054中。
在本发明的一种实施形式中规定，作为纵剖面调整的调节机构是一个调节阀，它设在向纸浆进料装置的公共进口中，或设在公共的回流口中。
最好将两个测量传感器的至少两个测量信号供入控制系统。借助于此控制系统，对这些测量信号，其中至少有一个是既包含横剖面分量也包含纵剖面分量的测量信号，可作这样的处理，即，将横剖面分量和纵剖面分量以及描述随机干扰的剩余分量，从接收的测量信号中提取出来。由此得到的用于纵向分量的控制信号输入纵剖面调整用的调节器，而用于横向分量的控制信号输入横向剖面调节器。然后，横向剖面调节器和纵向剖面调节器，再按照它们的调节规律，起动有关的调节机构。如上面已提及那样，在调整单位面积重量横剖面和/或纵剖面的情况下，在一种有利的实施形式中规定使用调整纸浆稠度的纸浆进料装置，而作为纵向剖面的调节机构可设置一个安排在公共的纸浆进口或出口中的调节阀，它由纵剖面调节器触发。
在本发明的一种特别的实施形式中规定，另一个只包含纵剖面分量的测量信号，可确定在纸浆进料装置本身内的纸浆稠度。纸浆稠度或可在纸浆进料装置的公共进料管中测量，或在各进料管中测量。
在与之不同的一种进一步改进的实施形式中，使用设在造纸机潮湿部分中的另一个传感器作为另一个测量信号。这一个传感器可以在位于纸浆进料装置下游的造纸机的筛网上，测量纸浆悬浮液高度。在筛网上悬浮液高度的波动是容积流量波动带来的结果，并因而在纸浆稠度相同时，造成在纸幅宽度的相应区域内单位面积重量的变动。除此之外，可以在纸浆进料装置的进料管内设纸浆稠度传感器，借肋于此再加上悬浮液高度测量，可以对纸浆在相应的区域内排出的量作出准确的预测。
此外，还可以借助于一种尤其在γ射线区的放射性测量，确定在造纸机潮湿部分内的质量流量，并在按本发明的方法和按本发明的设备中利用此质量流量的测量值，作为用于确定单位面积重量纵剖面和横剖面的另一个测量值。
在造纸机潮湿部分中进行测量，亦即在纸浆进料装置本身中确定纸浆稠度的突出优点在于，采用这种设计可以达到极为迅速的调整，因为在纸浆进料装置中的偏差，通过这样设置的传感器能比迄今所有的更快地加以确定并使调节器动作。换句话说，这意味着这样的设计具有较短的滞后时间和较短的调节过程。
在一种特别便宜和简单的实施形式中规定，设置一个位于纸浆进料装置外部的传感器作为另一个传感器，它与第一个传感器结构可以相同。
原则上涉及多个传感器的有两种特别有利的实施方案。
在两种实施形式中之一中，两个传感器有一定时间错移地横向移动，也就是说，这些传感器在同一时刻位于纸幅上的不同地点并分别接收一个测量信号。
在一种简化的实施形式中可以规定，两个传感器中一个点状地保持固定，而另一个传感器则沿纸幅运动。
本发明除提供设备外，还提供了一种方法，用于在造纸过程中调整/控制一种质量特征的横剖面和/或纵剖面，按本发明这种方法的特征在于，除了涉及一种质量特征的横剖面和/或纵剖面的第一测量信号外，还接收另一种质量特征的另一个测量信号。此外，本发明提供的方法评估两个剖面，这两个剖面包括至少一种质量特征的纵向分量和横向分量，以获得纯粹的纵剖面和纯粹的横剖面，并相应地操纵至少一个控制系统的至少一个调节机构，用于影响被测量的质量特征之一。
应当理解，以上所提到的和下面还要阐明的本发明的特征，不仅可使用按已说明的各种组合，而且可以使用按其它的组合或按单独的形式，不会脱离本发明的范围。
本发明的其它特征和优点由下面借助于附图对最佳实施例的说明中给出。
现在借助于实施例和附图详细说明本发明，附图中：
图1所示为具有按本发明的控制系统和两个横向移动传感器的造纸机；
图1A为图1所示造纸机的另一实施形式；
图1B为图1A所示造纸机中纸浆稠度可调式纸浆进料装置一个分段的剖面；
图1C为图1所示造纸机的又一种实施形式；
图2所示为纸幅，在图中表示了两个横向移动的测量传感器沿纸幅运动的轨迹；
图3所示为具有按本发明的控制系统和有一个在纸浆进料装置中的传感器的造纸机。
图1表示在造纸机中所装的按本发明用于在造纸过程中调整/空制一种质量特征的横剖面和/或纵剖面的控制系统。按本发明的调整/控制，在下面作为举例可借助于纸幅的单位面积重量纵剖面和/或单位面积重量横剖面来说明，这不应理解为是对本发明总的设想的限制。
本发明总的设想为，在造纸过程中至少接收两个有关一种质量特征剖面的测量信号。
在纸幅运行和传感器横移时，质量特征剖面的测量信号由横剖面分量、纵剖面分量和随机的或残余的分量组成；在传感器固定亦即地点确定时则仅由纵剖面分量组成。作为可用来调整造纸过程的质量特征，除单位面积重量外还可考虑：纤维取向；尺寸；轴线；厚度；湿度；不透明度；纸幅粗糙度；或还有纸张力学性能，例如弹性横量E。
在一种作为测量信号使用的是单位面积重量纵剖面和/或单位面积重量横剖面或纤维取向的控制系统中，作为调节机构，例如，对于横剖面分量采用分段式的纸浆进料装置，对于纵向分量采用装在纸浆进料装置的进料管内的调节阀。
对于此类结构的造纸机，图中表示了纸浆进料装置2和在筛网上进行脱水的纸幅3起始段。纸浆进料装置2包括供入纸浆悬浮液用的公共的进料管10，它再分割成通向纸浆进料装置2各个分段的一根根进料管11。一根根进料管11通入一个紊流发生器12，纸浆进料装置的喷嘴13与之连接，纸浆悬浮液从喷嘴排出并到达筛网上，在筛网上形成纸幅3。
排出的纸浆射流与运动的筛网之间的速度差，参预决定在运行纸幅中的纤维取向。若存在这种速度差，则沿纸幅的机器运行方向产生最佳的纤维取向。当存在横向流动和在排出的纸浆射流与筛网之间没有速度差时，由于存在横向速度分量，在纸张中可能造成的纤维取向将偏离机器运行方向一个角度a。借助于本控制系统，根据上述关系，通过相应地控制分段式的纸浆进料装置，如下面要说明的那样将其作为横剖面调节机构，在造纸过程中除了单位面积重量外，作为质量特征调整纤维取向。
在纸浆进料装置的每一根进料管11中通入一根稀释剂供入管15，其中各装入一个调节阀17。
图1中，只表示了用于纸浆进料装置的前两根稀释剂供入管15的调节阀。当然，虽然图中没有表示，但对于其它的供入管也都有类似的设计。通过稀释剂供入管15可在各个纸浆进料装置的分段中加入稀释剂，例如稀释水或经稀释的纸浆悬浮液，所以在纸浆进料装置各分段中，无论是稠度还是纤维取向都可以加以改变。这些改变又影响例如纸幅的单位面积重量横剖面，纸幅是在将纸浆悬浮液放在后面的筛网上形成的。因此，借助于分段式纸浆稠度可调的纸浆进料装置，可以准确地调整单位面积重量横剖面以及纤维取向。调整通过适当地打开和关闭用于每根供入管的形式上为调节阀17的调节机构来实现。调节阀17的操纵通过调节器19的控制脉冲进行，而调节器19则又由控制计算机20起动。
在下面的部分中详细说明控制计算机的任务。按本发明规定，至少两个传感器接收两个用于确定单位面积重量横剖面和/或纵剖面的测量信号。在图示的实施形式中，这两个传感器设计为两个点式测量点30和31的型式，它们装在纸幅上方的测量桥上。这些传感器可以横向于纸幅运动方向在测量桥32上沿纸幅来回移动，并与此同时逐点记录运行中的纸幅3的横剖面。但由于纸幅处于运动之中，所以作为测量信号随着时间推移所得到的并非纯粹的横剖面，而是如图2所表示的那样由横剖面分量和纵剖面分量组合而成。关于两个横向移动传感器的横向运动可设想有多种可能性。例如，这两个点式传感器30和31可以彼此相隔一定距离沿纸幅同向来回运动，或在时间上准确地同步但反向运动。
测量传感器可例如通过电动机33、34驱动。由测量传感器记录下来的值经测量线35、36传输给控制计算机20。
在控制计算机中对至少两个传感器30和31的测量信号进行处理，从这些信号中提取横剖面分量和纵剖面分量，连同残余分量在内。如此获得的横剖面分量和纵剖面分量与各自的额定剖面数据比较，然后通过调节线37、38分别起动用于横剖面分量的调节器和用于纵剖面分量的调节器。调节器19控制纸浆进料装置各个分段的一个个调节阀17进行横剖面调整。为此，从调节器19到各调节阀各连通一条控制线39。有关借助于纸浆稠度调整的纸浆进料装置影响单位面积重量横剖面和纤维取向横剖面的方法，可参见德国专利DE 4019593，它的公开内容在这里全面吸收。
用于纵剖面调整的调节器40，通过控制线42控制调节阀44。在本实施形式中调节阀44装在进口侧公共的进料管10中，并用于在公共的进口中调整纸浆悬浮液量，从而可以影响纵剖面，因为单位面积重量纵剖面波动或纤维取向纵剖面波动，可能是在纸浆进料装置中稠度波动带来的结果。
在图1A和1B所表示的实施形式中，为每个分段在进料管11中设一个阀44，用于调整进入该分段中的纸浆悬浮液总量。为该阀配设的伺服驱动机构，由纵向剖面调节器40通过控制线42控制。
在进料管中的纸浆稠度通过各分段稀释剂供入管15中的阀17调整。通过具有稠度Ci的主悬浮液流在进料管11中与经稀释剂供入管15供入的、通常具有比供入点之前在各进料管11中的主悬浮液流低的稠度Cj的稀释剂流汇合，得出在各分段中的纸浆悬浮液稠度Cges＝ai·Ci+aj·cj。式中ai、aj是在有关的分段总的流量中支流的份额。主悬浮液流最好占有份额量为85％，亦即ai＝0.85，稀释剂流最好占有份额量为15％，亦即ai＝0.15。
图1B表示了造纸机中纸浆稠度可调式纸浆进料装置一个分段的剖面，它在结构上与由DE 4239845已知的相同，此文件的公开内容本文全面吸收。与图1A中相同的的构件用同样的符号表示。可以明显看出，阀44在进料管中，以及阀17在稀释剂供入管15中。在示意表示的造纸机进一步延伸中表示了位置S、S1和S2。在这些位置最好借助于传感器，检测单位面积重量，或与单位面积重量相关的测量值。
图1C表示了另一种方案，其中，在进料管11中稀释剂供入点70之前设阀44。
阀17在稀释剂供入管15中仍通过控制线39由横剖面调节器19控制，而阀44在各进料管11中则由纵剖面调节器40控制。
图2表示纸幅的哪些点在横向于纸幅运行方向横移的逐点测量位置中被测录。图2表示沿所画箭头方向运行的纸幅3。在纸幅上所画的实线50表示了这样一些点，即，它们是在纸幅按预定速度移动时，被两个横移的测量传感器之一，在此传感器按规定速度横向于运动中的纸幅移动时被扫描的。由此图可以看出，对于一个运动中的纸幅，作为测量值记录的并非单位面积重量的横剖面，而是单位面积横剖面与纵剖面的一种组合。当产生纵剖面波动时，这就导致单位面积重量横剖面只能测得其沿某个送进距离的平均值，这一送进距离在图中用La表示。因此在产生纵向波动时得到一个带噪声的横剖面。这一剖面的噪声可以避免，只要有第二个点式传感器，它与第一个传感器反向横移。于是产生了用虚线表示的针对此第二个传感器31的测量点的第二轨迹52。由图可见，当两个传感器反向横移时，纸幅两个测量点的间距与只用一个传感器测录相比减为一半。在图2中这一距离用Lb表示。于是Lb＝0.5La。
当然，可以采用两个以上的传感器，测定当时的单位面积横剖面和/或单位面积纵剖面，并因而可以进一步提高分辨率。
但使用两个而不是一个传感器，已经促使在造纸过程中代表一种质量特征的单位面积重量横剖面和/或单位面积重量纵剖面，可以比迄今达到的准确得多地测录。除此之外可以设计为，通过例如借助于一个差分信号分解的横剖面分量和纵剖面分量得出(zurückzuschlieβ)纵向波动，并因而可由这些纵向波动矫正单位面积重量横剖面的测量。因此，此横剖面不仅可以快速地确定，而且基本上无噪声，以及，横剖面的调整可以更频繁和比按现有技术具有更大幅度地实施。对于剖面波动可比迄今更快地作出反应并可以进行精确的调整。在更换品种和受到其它干扰后调节的振荡时间也大大加速。
除了图中表示的具有两个横移的传感器的实施形式之外，也可以取代两个独立的单位面积重量横剖面测量和/或单位面积重量纵剖面测量，只进行一个单位面积重量横剖面测量和/或单位面积重量纵剖面测量，并测定造纸过程中的另一个测量值，以便能影响和考虑造纸过程中的纵向波动。
一种可能性是例如测定纸浆悬浮液稠度作为另一个独立的测量值。这例如可以在通往纸浆进料装置的公共进口中进行，或也可在通往纸浆进料装置的各进料管本身内进行。
图3表示了在纸浆进料装置处的这种设计。如图1中那样，表示了一台具有纸浆稠度可调的分段式纸浆进料装置2的造纸机。取代了两个横移的传感器，按图3的设计只包括一个横移传感器130，它测录运行中纸幅3的一个混合的横剖面和纵剖面，这一测量信号经测量线135传入控制计算机20。分段式纸浆进料装置的结构如结合图1所说明的那样，它包括一根具有进口侧111和出口侧112的公共进料管10，以及通往纸浆进料装置各分段的一根根进料管11，其中，为每根进料管配设一根各带有调节机构17的稀释剂供入管15。如结合图1所述的那样，横剖面的调整借助于调节器19进行。与图1不同，借助于传感器100确定纸浆稠度作为第二个测量值，在本例中此传感器100装在公共进料管的进口侧。借助于传感器100确定的纸浆稠度，经导线113传入控制计算机20。如前面已说明的那样，在此信号涉及质量特征的纯粹纵剖面信号时，例如在本例中为单位面积重量的纵剖面信号，所以在控制计算机中，只须借助于纸浆稠度传感器的第二个测量信号。将由横移的测量传感器130测得的信号分解为横向分量和纵向分量。纵向信号分量如在图1中那样经导线37输给纵向分量调节器40，后者如图1中那样起动装在进料管中的调节阀44。当然也可以设想用于如图1A、1B和1C中所表示的结构的纸浆进料装置中。
在公共的进料管中或在潮湿部分中的任意位置处测录信号的优点在于，调节作用可以非常快速地实施。
当然也可以取代准确地测量纸浆进料装置中的纸浆稠度，测量其它的表征造纸过程的质量特征，或除单位面积重量横剖面和/或单位面积纵剖面外附加确定上述质量特征。有关所涉及的质量特征参见前言所作的说明。
采用所表示的所有实施形式，与现有技术相比，在调整纸幅的纸浆进料装置时可以获得显著改善的结果，并因而与此设备一起可以改善所能获得的纸张质量。