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横向控制提高纸张质量

Vance VanDoren, CONTROL ENGINEERING编辑顾问2004.05.31阅读 2878

  精确的操作要求进行精确的控制,本文提及的经验可使您的工业应用更加顺畅。
  造纸是一项精确的操作。横跨整个纸张,从纸卷的一端到另一端,纸的重量、湿度及厚度都必须保持一致。目前已开发出多种控制技术来从纵向(纸移动方向)及横向两个方向对纸张质量进行控制。
  附图为一台造纸机,它带有可执行各种横向(Cross-Directional, CD)控制功能的调节器及传感器。其中每一控制器都具有完成其任务的不同目标及策略。

  看看几个变量
  纸张质量决定了它对特定应用的适用性。新闻纸质量约为45克/米2,平装书封面质量约为300克/米2,而纸板质量则可达450克/米2。纸质量的变化也能影响到它的其他性质。
  纸质量的横向控制由流浆箱中的执行器来完成。质量控制执行器的功能是:不管纸浆性质如何,它都能在支撑纸张的传送带横向方向上对纸浆进行均匀分布。由于质量控制执行器位于造纸过程的最上游www.cechina.cn,因此质量控制的动态性必须能对纸张通过整个机器(在抵达扫描传感器以前)时可能产生的明显延迟或停滞进行补偿。
  由于原料的自然属性,浆料特性会随时间改变控制工程网版权所有,需要利用逼近系统来尽可能使所提供浆料的浓度及排水性保持恒定,但
不可避免地仍会产生一些变化。另外,浆料在流经流浆箱及传送带时CONTROL ENGINEERING China版权所有,有可能无法在横向上进行均匀木质纤维分布。对纸张基础质量特征的控制之所以重要,是因为它不仅能够保证纸张的强度,而且也因为劣质质量特征会传播至过程的下游,从而使纸张的湿度及厚度均发生失调。
  湿度处理
  纸张中的水分含量是决定其强度的一个极重要因素。一般情况下,水分含量占纸张总重量的5~9%。如果纸张过于干燥,则会由于纤维损坏而降低纸张的强度。湿度变化过大也会导致其温度特性改变,从而增加对纸张厚度执行器性能的要求。
  在纸张通过造纸机时,对其进行脱水及干燥是一个非常复杂的过程,并且会受很多因素的影响。存留在流浆箱中的纤维浆大约含有0.5%的纤维及99.5%的水分。在机器的另一端,缠绕在纸卷上的纸张大约含有95%的纤维及5%的水份。因此,湿度横向控制的目标即是对这些参数执行精细的控制,以使其湿度变化最小。
  厚度检查
  纸张厚度是靠将其通过旋转滚筒来进行控制的。滚轴加于纸张上的压力可通过局部加热(或冷却)某个滚轴来进行调节。当滚轴温度升高(或降低)时,其直径会由于热膨胀而增大(或减小)。因此加于纸张上的压力也会增大(或减小),从而导致纸张厚度减小(或增大)。
  早期的横向厚度控制是通过在滚轴上使用冷热空气馈给器来完成的。现代纸厚度控制则更加有效,它使用热感式执行器,用高频交流电在滚轴表面产生振荡磁场,以在靠近滚轴表面位置产生旋涡电流,并使滚轴温度及直径增大,从而相应地增大施加于纸张上的压力。
  与所有反馈式控制器一样www.cechina.cn,横向控制器必须进行调节或调整CONTROL ENGINEERING China版权所有,以使其控制量与被控过程的行为匹配。横向控制器调整有3个主要组成部分,即:调准、动态性及空间滤波 。
  保持纸张控制
  横向控制系统调准是一个将被测纸张的每一部分分配给执行器阵列中每个合适执行器的过程。调准会受纸张由干燥所引起的收缩的影响。
  当纸张通过造纸机时,还可能来回移动。如果横向控制器没有正确调准,则执行器将会试图对实际上属于相邻执行器的测量进行控制,从而导致系统不稳定。
  从执行器阵列至扫描仪之间的传送延迟,有可能导致明显的停滞时间。此外,还可能会由于执行器的惯性而导致明显的上升时间(rise time)。上升时间表示执行器执行一次被请求控制动作的时间间隔。
  与所有反馈式系统一样,过程动态性在控制器调整中扮演重要角色。控制器调整效果不佳的征兆包括:排除失调的速度较慢或控制动作摇摆不定。

  空间滤波
  横向阵列中的每一执行器都会对其周围的特定相邻空间(称为占位空间)产生影响。通常这个区域都比较宽,且会与相邻执行器的响应发生重叠。对由多个执行器器组成的阵列所产生的重叠空间,必须小心对待,因为这种重叠会阻止控制系统排除纸张中不太显眼的失调。
  控制器必须被调整成能忽视掉较窄的波长以及被测纸张特征中不可控成分,这通过使用空间滤波器来完成。空间滤波器的带宽必须被调整成造纸过程中由执行器占位空间所决定的可控波长。
  如果空间滤波器调整不对,则执行器就会“看见”纸特征中的细微波长成分,并会尝试将其排除。但过程不会有反应,误差仍会存在。如果像这样进行循环,则当测量中存在误差时,执行器器就会持续不断地走得越来越远,最终导致控制系统不稳定。
  特定用途控制器
  实现和调整横向控制器的挑战是充分满足特定造纸机的要求,因为已有数家不同供应商为它们的造纸机设计了各种特定用途控制器。
  例如,Metso Paper Automation提供了属于其PaperIQ产品线的IQControls。IQController以其对实际机械响应模型的控制效果为基础,它被设计






















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