УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕСА 1  БУМАЖНОГО ПОЛОТНА Российский патент 2021 года по МПК D21F1/06 D21G9/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к устройствам для регулирования массы 1 м² бумажного или картонного полотна.

Уровень техники

Чем более равномерной поддерживается масса 1 м² бумаги, тем более равномерной оказывается бумага и по другим показателям качества: влажности, толщине, плотности, просвету, показателям механической прочности и др. Поэтому желательно вырабатывать бумагу с нормой массы 1 м², соответствующей нижнему пределу, а постоянство массы 1 м² изготовляемой бумаги - важная задача технологов-бумажников [1-5]. Концентрация в потоке бумажного волокна неоднородна и постоянно меняется, что приводит к разбросу веса изготавливаемой бумаги. Регулировка веса сглаживает эту проблему, но не до конца. Сложность поддержания веса заключается в том, что системы контроля и регулирования параметра веса 1 м² бумаги находятся в конце бумагоделательной машины, а объект регулирования находится в начале машины, постоянной части размольно-подготовительного участка, что приводит довольно к большому транспортному запаздыванию [14]. Поэтому регулировка веса происходит с интервалами до двух транспортных задержек. Первая транспортная задержка - определение рассогласования веса бумаги, вторая - задержка после воздействия регулировки веса. Это приводит к разбросу параметра веса бумажного полотна, в интервалах между регулировками. Поэтому возникает необходимость уменьшить интервал регулировки веса бумажного полотна, не нарушая при этом устойчивость управления и регулировании системой в целом.

Известны в бумажной промышленности системы контроля и регулирования качества бумаги, далее сканер, готового бумажного полотна, которые одновременно измеряют многие параметры бумаги, вес 1 м², влажность, зольность, гладкость и т.д. [8-13]. В них используется способ, при котором измеряют рассогласование между заданным и фактическим значениями веса бумаги и регулируют вес по результатам этого рассогласования. Недостатком известного способа в этих системах является наличие довольно большой транспортной задержки, которая при изменении концентрации в напорном ящике, приводит к разбросу веса 1 м² бумажного полотна между интервалами регулирования веса.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению и достигаемому результату является способ регулирования влажности и массы 1 м² бумажного полотна [15], заключающийся в измерении рассогласования между заданным и фактическим значениями этих параметров, а также определяют зону установленных значений массы и влажности бумажного полотна, регулируют поддерживая их значения в указанной зоне, а при выходе первого за пределы зоны прекращают регулировку второго, запоминают это значение и возобнавляют регулировку второго с запомненного значения при входе первого параметра в зону установленных значений. Недостатком известного способа является также наличие транспортной задержки, которая приводит к большому интервалу по времени между регулировками веса бумажного полотна, при изменении концентрации в напорном ящике, что приводит к разбросу веса 1 м² бумажного полотна между интервалами регулирования.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является повышение качества изготовления веса 1 м² бумажного полотна. Указанная цель достигается тем, что на выходе узлоуловителя контролируют концентрацию бумажной суспензии, поступающей в напорный ящик и при изменении разницы между заданным и фактическим значениями параметра производят корректировку угла открытия массной задвижки, изменяя подачу количества бумажного волокна в поток, корректируя при этом концентрацию бумажной суспензии, поступающей в напорный ящик. А так как расстояние от массной задвижки до узлоуловителя в десятки раз меньше чем расстояние от массной задвижки до сканера, то это позволяет во много раз чаще производить регулировку концентрации бумажной суспензии на выходе узлоуловителя, не нарушая при этом устойчивость управления и регулировании системой в целом. При отклонении фактической массы бумажного полотна от заданной величины, контролируемой сканером, изменяют задание концентрации при ее контроле, поступающей в напорный ящик.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования массы 1 м² бумажного полотна, заключающегося в определении зоны установленных значений массы бумажного полотна, измерении рассогласования между заданным и фактическим значениями веса бумаги, регулируют, поддерживая это значение в указанной зоне. В предпочтительном варианте на выходе узлоуловителя контролируют концентрацию бумажной суспензии, поступающей в напорный ящик, и при изменении разницы между заданным и фактическим значениями параметра производят корректировку угла открытия массной задвижки, изменяя подачу количества массы в поток, корректируя при этом концентрацию бумажной суспензии, поступающей в напорный ящик. А так как расстояние от массной задвижки до узлоуловителя в десятки раз меньше чем расстояние от массной задвижки до сканера, то это позволяет во много раз чаще производить регулировку концентрации бумажной суспензии на выходе узлоуловителя, получая при этом более равномерную концентрацию, в напорном ящике, и как следствие, получая бумажное полотно с меньшим разбросом веса 1 м² бумажного полотна, не нарушая при этом устойчивость управления и регулировании системой в целом, а при отклонении фактической массы бумажного полотна от заданной, величины, контролируемой сканером, изменяют задание при контроле концентрации в напорном ящике, что выгодно отличает его от прототипа.

Перечень фигур чертежей изобретения

На Фиг. 1 представлена схема устройства в соответствии с настоящим изобретением. Сведения, подтверждающие возможность осуществления

Изобретения

На Фиг. 1 представлена схема регулирования веса бумажного полотна. Устройство регулирования веса 1 м² бумажного полотна содержит:

- 1 вход волокнистого материала

- 2 регулируемая массная задвижка

- 3 узлоуловитель (напорная сортировка)

- 4 сброс отходов

- 5 датчик концентрации

- 6 напорный ящик

- 7 блок обработки сигнала концентрации

- 8 блок контроля и управления открытием регулируемой массной задвижки (сканер)

- 9 выход готовой продукции

В качестве блока контроля и управления открытием регулируемой массной задвижки 8 может выступать любой сканер, содержащий контроллер с соответствующим программным обеспечением и регулированием веса бумажного полотна, включающим блок управления открытием регулируемой массной задвижки 2.

Блок обработки сигнала концентрации 7 бумажной суспензии содержит аналоговый, блок, если используется аналоговый выход с датчика концентрации или содержит интерфейсный модуль, если используется передача информации по интерфейсу и предназначен для преобразования из аналогового вида или интерфейсного сигнала в цифровой сигнал, доступный центральному процессору контроллера, с одновременной фильтрацией этого сигнала, для исключения ложных значений концентрации бумажной суспензии.

Т.к. современные сканеры выполнены на базе промышленных контроллеров, то блок обработки сигнала концентрации 7 можно физически расположить в сканере 8, добавив в него соответствующий блок и дописать программу в контроллере и SCADA системе.

Также можно выполнить блок 7 и в самостоятельном исполнении, но в этом случае необходимо иметь отдельное управление открытием массной задвижки 2, а с контроллера брать информацию о весе бумажного полотна и производить контроль, регулировку и управление открытия регулируемой массной задвижки 2 с помощью этого блока.

Устройство регулирования веса 1 м² бумажного полотна будет рассмотрена с блоком обработки сигнала концентрации 7, находящемся в сканере 8, представленное на фиг. 1, работа которого заключается в следующем:

Волокнистый материал со входа 1 через регулируемую массную задвижку 2 поступает в узлоуловитель 3, где происходит последняя стадия его очистки, а брак поступает в отходы 4 и далее через напорный ящик в виде бумажного полотна поступает на сканер и далее на выход готовой продукции. Значение концентрации массы с выхода датчика 5, в виде аналогового или цифрового сигнала и поступает на вход блока обработки сигнала концентрации 7, где происходит обработка сигнала, преобразование и его фильтрация. Далее обработанный сигнал поступает на вход блока контроля и регулирования веса бумажного полотна 8, где происходит определение рассогласования между заданным и фактическим значениями концентрации волокнистого материала и при наличии рассогласования концентрации бумажной суспензии производится изменение угла открытия регулируемой массной задвижки 2, с выхода блока контроля и управления открытием регулируемой массной задвижки 8. Интервал Тк, определяется временем прохождения бумажной суспензии от массной задвижки 2 до датчика концентрации 5. Сканер 8 постоянно в процессе работы производит контроль веса бумажного полотна готовой продукции, и при отклонении фактического веса бумаги от заданного, выставляет новое задание концентрации в блоке 8, значение которое будет поддерживаться в напорном ящике. Частота смены задания концентрации в блоке 8 будет определяться интервалом Ткс, временем прохождения бумажного волокна от датчика концентрации 5 до сканера 8. Скорость машины известна, расстояния тоже, поэтому эти транспортные задержки легко высчитываются и далее используется в процессе регулировании концентрации бумажного волокна, поступающего в напорный ящик. Как следует из сказанного выше регулировка угла открытия массной задвижки 2, для регулирования веса бумажного полотна, происходит с транспортной задержкой >Тк, с выхода блока 8, производится не по заданной и фактической разнице веса бумажного полотна, а по заданной и фактической разнице концентрации бумажной суспензии. Транспортная задержка >Ткс используется для смены задания концентрации в блоке 8, производя контроль веса бумажного полотна на выходе готовой продукции бумагоделательной машины. Сумма времен >Тк+Ткс является общей транспортной задержкой и используется в прототипе для регулировки веса бумаги. Бумажное полотно с выхода блока 8 поступает на выход готовой продукции 9. Знак > говорит о том что изменение концентрации или смена задания должны происходить не чаще чем их соответствующие интервалы транспортной задержки, в противном случае можно нарушить устойчивость регулирования системы.

Таким образом в отличие от аналогов предлагаемое устройство регулирования веса 1 м² бумажного полотна, используя значительно меньшее транспортное запаздывание, позволяет повысить частоту регулирования концентрации в напорном ящике, что позволяет более жестко удерживать фактическое значение концентрации в заданном диапазоне, получая при этом бумажное полотно с меньшим разбросом веса 1 м² бумаги, и как следствие, повышая при этом, качество выпускаемой продукции, не нарушая при этом устойчивость управления и регулировании системой в целом, а также достигается экономия сырья, необходимого для изготовления бумаги.

Список литературы:

1. С.Н. Иванов «Технология бумаги» Москва 2006 г.

2. Б.З. Смоляницкий Переработка макулатуры. М. - Лесная промышленность 1980 г.

3. Технология бумаги Д.М. Фляте 1988 г.

4. Свойства бумаги Д.М. Флятте Издание третье, переработанное и дополненное «Лесная промышленность» 1986 г.

5. М.В. Ванчаков, А.В. Кулешов, Т.Н. Коновалова Технология и оборудование для переработки макулатуры Санкт-Петербург 2011 г.

6. Технология целлюлозно-бумажного производства в 3 т. СПб Политехника 2004 г.

7. Г.Б. Буйлов Автоматизация оборудования целлюлозно-бумажного производства: учебное пособие по дипломному проектированию. - Санкт-Петербург: Изд-во СПБГТУРП СПБГТУРП, 2009. - 166 с.

8. Система DaVinci («Honeywell», США) http://honeywel.com

9. Система Experion MX («Honeywell», США)

10. Система OnQ («Voith Paper Automation)), Германия) http://voith.com

11. Система PaperIQ («Metso Automations)), Финляндия) http://www.metso.com

12. Система Aquar-Paper («Аквар-Систем», Белоруссия) http://aquar-system.ru

13. Система QCS («Consys», Россия) http://paper.consys.ru

14. Алгоритмы управления бумаго и картоноделательными машинами с транспортными запаздываниями. XXIX Неделя науки СПбГТУ. Материалы межвузовской научной конференции. Ч.V: С.116-117, 2001. Санкт-Петербургский государственный технический университет, 2001. http://elib.spbstu.ru/dl/000538.pdf/download/000538.pdf

15. Патент - способ регулирования влажности и массы_1 м² бумажного полотна №1170028 D21F, 5/00 1980 https://patentdb.ru/patent/1170028

Изобретение относится к устройству регулирования веса 1 м² бумажного полотна в бумагоделательной машине, содержащему узлоуловитель с загрузкой в него через регулируемую массную задвижку входного волокнистого материала, датчика концентрации, контролирующего концентрацию проходящего через него на вход напорного ящика волокнистого материала, поступающего далее через блок контроля и регулирования веса бумажного полотна на выход готовой продукции. Выход блока контроля и регулирования веса бумажного полотна подключен к исполнительному механизму регулируемой массной задвижки. Сигнал с выхода датчика концентрации, проходя блок обработки сигнала концентрации, используется для определения рассогласования между заданным и фактическим значениями концентрации бумажного волокна в блоке контроля и регулирования веса бумажного полотна для корректировки угла открытия массной задвижки и изменения подачи количества бумажного волокна в напорный ящик. Техническим результатом изобретения является экономия сырья, необходимого для изготовления бумаги, а также обеспечение увеличения частоты регулирования концентрации в напорном ящике путем использования меньшего по времени интервала транспортного запаздывания при контроле концентрации бумажного волокна, при этом повышается качество изготавливаемой бумаги без нарушения устойчивости управления и регулировании системой в целом. 1 ил.

Устройство регулирования веса 1 м² бумажного полотна в бумагоделательной машине, содержащее последовательно включенные: вход волокнистого материала, регулируемую массную задвижку, узлоуловитель, напорный ящик, датчик веса бумажного полотна, блок контроля и управления открытием регулируемой массной задвижки, отличающееся тем, что выход узлоуловителя подключен к напорному ящику через датчик концентрации, сигнал с которого поступает на вход блока обработки сигнала концентрации, при этом выход с блока обработки сигнала концентрации подключен ко входу блока контроля и управления открытием регулируемой массной задвижки.