有适应能力的片材制造机器控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及用于监视和控制连续的片材制造系统一例如造纸机一的技术，并 且更具体地涉及通过对所述片材的在网处形成的一个或多个物理性质的估计对造纸机的 湿端和干端分开控制。该技术提供了造纸机方向控制在发生纸页断裂或其它导致失去在干 端处的扫描仪测量结果的干扰时继续进行。
【背景技术】
[0002] 各种各样的系统可被获得并被用于制造纸页和其它纸产品。正被制造的纸页经常 具有多个性质，该些性质在制造过程中被监视和控制。对于造纸机方向（MD)控制的标准方 法来说，被控制的变量一例如纸的基重或干重W及纸的灰分含量一在卷轴处被测量并且通 过调节被操纵的变量而被控制，该些被操纵的变量例如是向造纸机的纸料流和向纸料中的 填料添加。在片材制造机器中对该些和其它片材性质的控制通常涉及尽可能地保持该些片 材性质接近目标或期望值。
[0003] 在制造过程中，如果出现阻止纸页到达卷轴扫描仪的纸页断裂，或者如果卷轴扫 描仪出现故障，那么控制器就失去了测量结果并且MD控制也不能再被使用。在测量结果不 可获得并且MD控制停止时的过渡期期间，可能发生过程变化，该些变化使被控制的变量远 离它们的期望运行点。随后当纸页再次被穿过造纸机并被放回到卷轴上时和/或扫描仪测 量结果恢复时，生产被中断。虽然在重新穿纸之后的一段时间上控制器会将该些变量带回 到目标，但所生产的纸页可能不能使用或销售。该是因为纸页中的断裂经常干扰或妨碍对 造纸机的控制，所W在断裂之后生产的纸页通常具有不在目标或期望值附近的纸页性质。 结果，造纸机经常需要被操作直到消除了由断裂引起的干扰并且纸页性质返回到或接近目 标或期望值。该导致了时间和材料的损失。所需要的是一种甚至在被控制的变量不能被测 量时也保持被控制的变量接近目标的手段。
【发明内容】
[0004] 本发明部分地基于认识到通过对在网处发展的纸的一个或多个可测量物理变量 的估计将湿端和干端造纸机控制分开甚至在出现纸页断裂或其它扫描仪测量结果损失的 情况下也允许造纸机MD控制继续进行。使用数学模型来估计被控制的变量，例如在网处的 干重、基重和灰分含量，并且此后控制该些被估计的值。当重新建立了扫描仪测量结果时， 模型中的参数可被递归地更新W补偿任何模型误差并确保了准确的模型。MD控制优选地 由级联结构组成，其中通过操纵纸料流和向纸料中的填料添加来控制估计的网干重或网基 重和估计的网灰分百分数。当扫描仪测量结果可获得时，它们变成级联控制中的下游变量 并且通过操纵估计的网重量和灰分的设置点来控制该测量结果。在优选的在造纸中的应用 中，利用数学模型估计在网或网状物处形成的纸页的干重和灰分百分数。通过使用不同的 模型估计其它的可测量的物理性质可实施本发明的技术。其它的合适的物理性质例如包括 亮度、不透明性和诸如絮状物大小或纤维取向的形成特征。
[0005] 因此，在一方面，本发明涉及用于具有湿端和干端的片材制造机器的控制系统。湿 端具有数个输入变量，所述输入变量可被操纵W影响正被形成的纸页的性质。在湿端处的 纸页的性质影响在干端处被传感器测量的纸页的性质。
[0006] 片材制造机器的控制系统包括干端控制器、估计器和湿端控制器。干端控制器响 应于在干端处纸页性质的设置点，在干端处纸页性质的测量结果和发展在湿端处的纸页性 质的设置点。每个设置点建立了湿端处的各自纸页性质的目标值。估计器响应于在干端处 纸页性质的测量结果W及响应于传递湿端输入变量的当前值的定量信息W发展湿端处的 纸页性质的估计值的另外的信号。湿端控制器响应于由干端控制器发展的湿端纸页性质的 设置点并且响应于湿端的纸页性质估计值并且操纵向湿端的输入。
[0007] 在另一方面，本发明涉及用于维持正在片材制造机器中形成的片材的可测量性质 尽可能接近如上所述的它们的设置点的连续控制方法。该方法包括W下步骤： 根据在干端处的纸页性质的设置点和在干端处由传感器测量的纸页性质发展湿端处 的纸页性质的设置点，湿端处的纸页性质的设置点中的每一个都定量地建立了湿端处的纸 页性质的相应一个的目标。
[0008] 根据由传感器测量的干端纸页性质W及传递湿端输入变量的当前值的定量信息 的另外的信号发展湿端纸页性质的估计值；W及 根据湿端性质的设置点和估计值操纵湿端输入变量。
[0009] 利用本发明，在估计了在网或网状物处发展的片材的干重和灰分百分数的情况 下，在片材断裂期间没有损失重量和灰分控制。尤其是，在不能获得测量的干端值时可基于 湿端估计值控制干重和灰分百分数。而且，该减少了在将片材穿过机器时片材断裂的可能 性。当将片材穿入机器时测量值将更接近目标，由此减少了废料和损失时间。
[0010] 本发明的另一特征是分开湿端和干端控制变量有效地增加了干扰排斥的带宽，因 为在湿端处的片材的干重和灰分百分数的估计值消除了大部分的与等待干端测量结果相 关的控制延迟。将更快地消除一些湿端干扰。
[0011] 虽然将在实施于造纸中来说明本发明，但是应该理解本发明可应用于其它的片材 制造过程，例如，在橡胶片材、塑料膜、金属铅等的制造商中。对于该些应用，"湿端"对应处 于其烙融或柔软状态中的原材料被处理时的初始单元操作，而"干端"对应最终片材产品被 形成时的下游阶段。
【附图说明】
[0012] 图1是造纸系统的示意图； 图2是造纸系统的湿端的示意图；W及 图3和4是框图，其描述了通过使用基重或干重估计器和百分比灰分估计器维持湿端 处的造纸机控制的过程控制概念；W及 图5是由造纸系统实施的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0013] 将通过在片材制造系统10中实施该技术来说明过程控制系统，该系统10包括造 纸机2、控制系统4和网络6,如图1中所示。造纸机2产生连续的纸页材料12,该纸页材料 由收取卷轴14收集。纸页材料12具有特定的宽度，其由浆料息浮液生产，该息浮液包括木 纤维和其它材料的水混合物，该混合物经历了各种单元操作，该些操作由控制系统4监视 和控制。网络6有利于在系统10的部件之间通信。
[0014] 造纸机2包括流浆箱8,其横跨造纸机地将浆料息浮液均匀地分布在连续移动的 筛或网30上。进入流浆箱8的浆料息浮液可包含例如0. 2-3%的木纤维W及可能的其它 固体，息浊液的其余部分是水。流浆箱8包括用于分布浆料息浮液的任意合适的结构。流 浆箱8可例如包括眶板开口，通过该开口浆料息浮液被分布到筛或网30上，筛或网30包括 合适的结构，例如网眼，W接收浆料息浮液并且允许水和其它材料排出或离开浆料息浮液。 在本文中使用时，形成片材制造系统10的一部分的"湿端"包括流浆箱8和网30W及在网 30之前的那些部分，并且"干端"包括在网30下游的部分。
[0015] 此后纸页12进入压制部分32,该部分包括多个压制親，在那里纸页12行进通过在 压制部分32中的多对反向旋转的親之间的开口（被称为社缝)。W该种方式，压制部分32中 的親将形成纸页12的纸浆材料压缩。该可有助于从纸浆材料中去除更多的水并且均衡在 纸页12的两侧上的特征。当纸页12在干燥器部分34中的一系列被加热的親上行进时，纸 页12中更多的水被蒸发。压光机36处理并完成纸页12,例如，通过使纸页光滑并施加最终 抛光、厚度、光泽或其它特征给纸页12。其它的材料(例如浆粉或蜡）也可被添加到纸页12 W获得期望的抛光。感应加热致动器24阵列沿着横向方向（CD)施加热量到所述親中的一 个或多个W控制親直径并由此控制社缝的大小。一旦完成了压光机36的处理，纸页12就 被收集到卷轴14上。
[0016] 片材制造系统10还包括蒸汽致动器20阵列，其控制沿着CD被投射的热蒸汽的 量。热蒸汽增加了纸表面温度并且允许水从纸页的更容易的沿横向方向去除。而且，为了 减少或者阻止纸页的过度干燥，纸材料14在CD方向上被用水喷洒。类似地，再润湿淋洒致 动器22阵列控制沿着CD被施加的水量。
[0017] 为了控制造纸过程，纸页12的性质被连续地测量并且造纸机2被调节W确保纸页 质量。该种控制可通过使用一个或多个扫描仪26、28测量纸页性质来实现，所述扫描仪能 够扫描纸页12并且测量纸页12的一个或多个特征。例如，扫描仪28可携带传感器W测量 干重、湿度含量、灰分含量、或纸页12的任何其它的或额外的特征。扫描仪28包括测量或 检测纸页12的一个或多个特征的合适的结构，例如一组传感器或传感器阵列。一组扫描的 传感器代表了用于测量纸页性质的一个特定的实施例。可代替地使用静止不动的传感器阵 列。扫描仪28尤其适合于测量纸产品的干端干重和灰分含量。