Способ управления композиционным составом бумажной массы Советский патент 1992 года по МПК D21F1/08 G05D11/00 

Изобретение относится к целлюлозно- бумажной промышленности, а именно к способам управления процессом получения бумажной массы.

Известен способ управления процессом получения бумажной массы. Способ включает контроль расхода и концентрации каждого компонента и массы в целом, регулирование расхода каждого компонента в зависимости от его заданного и измеренного значений, корректировку концентрации каждого компонента в зависимости от его температуры, определение необходимого весового соотношения основного компонента в общей массе в зависимости от скорости бумагоделательной машины (БДМ), определение необходимого весового соотношения остальных компонентов в зависимости от изменения соотношения

основного компонента, а также коррекцию заданного значения расхода каждого компонента в зависимости от общего расхода массы, концентраций компонентов и весового соотношения всех компонентов. Способ позволяет снизить содержание основного (дорогостоящего) компонента в общей массе и повысить точность поддержания определенного ранее композиционного состава массы.

Однако известный способ не обеспечивает постоянный контроль качества конечного продукта (бумажной массы,бумаги) и корректировку композиционного состава бумажной массы при ухудшении качества бумаги. Кроме того, т.к. содержание основного компонента регулируют от заданного по регламенту значения в зависимости от скорости машины, то невозможно снизить

XI

8

сл

Ј

со

его содержание до минимально возможного (при заданном составе компонентов) предела допуска.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ автоматическогорегулирования, предусматривающий измерение текущего расхода и концентрации каждого компонента массы в целом и управление соотношением компонентов в бумажной массе путем регулирования расхода компонентов в зависимости от их заданных и измеренных (текущих) значений.

Для учета колебаний качественных характеристик бумажной массы определяют оптимальные значения этих характеристик и соответствующие им значения расхода компонентов, которые фиксируют в вычислительном устройстве. Далее сравнивают текущие значения расхода компонентов с записанными (в ЭВМ) и регулируют соотношение расходов компонентов сигналом, полученным от рассогласования.

Таким образом, в данном способе регулирования после установления соответствия расхода компонентов качеству бумажной массы дальнейший контроль бумажной массы не производится. Считается, что, поддерживая оптимальным соотношение расходов компонентов, стабилизируют качество бумажной массы. Однако на практике качественные характеристики бумажной массы зависят от содержания отдельных компонентов в разной степени, входящие в состав композиции компоненты отличаются разной стоимостью, а качество композиции зависит также и от качества самих компонентов. Неучет указанных факторов приводит к перерасходу дорогостоящего компонента, а также к отклонению качественных характеристик массы от их регламентных значений, т.е. способ не позволяет оперативно реагировать на отклонения качественных характеристик бумажной массы, которые возникают не только от изменения расхода или концентрации компонентов, но и от других причин, в том числе от изменения качества компонентов.

Целью изобретения является снижение содержания основного (дорогостоящего) компонента в общей массе при одновременном повышении качества конечного продукта (бумажной массы, бумаги) за счет определения оптимального соотношения компонентов в зависимости от качества бумажной массы (или бумаги) при одновременном поддержании на минимально возможном уровне содержания основного компонента.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе автоматического управления, заключающемся в измерении текущих расхода и концентрации каждого

компонента и массы в целом, определении диапазона необходимых весовых соотношений компонентов в бумажной массе, соответствующих регламентным (оптимальным) значениям качественных характеристик бу0 мажной массы, и управлении весовым соотношением компонентов в бумажной массе путем регулирования расхода компонентов в зависимости от их заданных и измеренных (текущих) значений, согласно изобретению

5 периодически определяют значения качественных характеристик бумажной массы и в зависимости от величины отклонения качественных характеристик массы от их регламентных значений определяют расход

0 основного компонента, соответствующий наименьшему необходимому его весовому соотношению в бумажной массе, а расход остальных компонентов определяют в зависимости от значений качественных характе5 ристик массы с учетом полученного расхода основного компонента и расхода бумажной массы в целом.

Кроме того, в предлагаемом способе предусматривается периодическое опреде0 ление значений качественных характеристик компонентов бумажной массы и дополнительное корректирование расхода основного компонента по значению качественных характеристик каждого компонента.

5 Предлагаемый способ отличается от прототипа наличием новых измерительных операций, режимом проведения этих измерений, а также новыми условиями определения необходимых значений регулирующих

0 воздействий (расхода компонентов). В результате существенно меняется протекание процесса управления. Так, если в прототипе оптимальные значения расходов компонентов определяют и фиксируют в ЭВМ одно5 кратно, то в заявляемом способе перерасчет нового соотношения компонентов в зависимости от качественного состояния бумажной массы производят периодически с коррекцией его в зависимости от качествен0 ного состояния компонентов. При этом устанавливается новая взаимосвязь между содержанием основного компонента и остальными компонентами: содержание основного компонента поддерживают на

5 минимально возможном при данных условиях уровне, а остальные - в зависимости от содержания основного компонента в массе и общего расхода массы в целом.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет оперативно реагировать на отклонения качественных характеристик массы от регламентных значений и за счет учета большего количества факторов, влияющих на качество продукта, и постоянных коррекций регулирующих воздействий стабилизировать качество массычи повысить качество конечного продукта - бумаги, а также снизить содержание основного компонента.

Анализ известных технических решений показал следующее. Использование части отличительных признаков известно . Например, необходимое соотношение основного компонента определяют в зависимости от технологического параметра - скорости БДМ или от одного из показателей качества продукта. При этом в первом случае содержание остальных компонентов ме- няют пропорционально изменению основного компонента в равных дол ях, а во втором случае расход остальных компонентов меняют из условия сохранения заданного (по регламенту) соотношения всех компонентов в бумажной массе. Ни в одном из известных решений не обеспечивается поддержание основного компонента нй ми- нимально возможном уровне, т.е. в известных технических решениях не проявляется новый технический результат, как в заявпя- емом способе.

Необходимо отметить, что указанный технический результат в заявляемом способе проявляется в результате использования всех отличительных признаков Так, без постоянного контроля за качеством конечного продукта невозможно оценить нижний допустимый предел содержания основного компонента. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям изобретения.

На фиг, 1 представлен вариант структурной схемы системы управления композиционным составом бумажной массы; на фиг.2 -диаграмма состав-свойства для определения диапазона необходимых соотношений компонентов в бумажной массе; на фиг.З - то же, для реализации способа управления при изменении качества бумажной массы.

Для реализации заявляемого способа система управления содержит датчики расхода 1 и концентрации 2 основного компонента, а также датчики расхода 3.5 и концентрации 4,6 остальных компонентов, поступающих в композиционный бассейн 7. Текущие значения с датчиков 1-6 вводят в вычислительное устройство 8. Туда же вводят сигналы с датчиков расхода 9 и концентрации 10 бумажной массы. Датчики 1,3,5 подключены также к входам регуляторов

расхода 11,12,13 компонентов, которые управляют клапанами расхода 14,15,16 компонентов. В вычислительное устройство 8 записывают также текущие значения каче- 5 ственных характеристик бумажной массы (или конечного продукта - бумаги) и характеристики качества каждого компонента.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

0 Качество конечного продукта - бумаги (картона) оценивается определенными характеристиками, значения которых должны соответствовать регламентным (ГОСТ.ТУ). Из всех характеристик качества бумаги

5 часть их, такие как разрывная длина, сопротивление излому, белизна,зольность зависят от исходного композиционного состава бумажной массы, т.е. содержания компонентов в массе и их качества. Качество ком0 понентов характеризуется, например, такими параметрами, как разрывная д лина, белизна, массовая доля волокон, степень помола и др.

По предлагаемому способу предвари5 тельно определяют зависимость каждой качественной характеристики бумаги от количественного содержания и качества компонентов в бумажной массе, т.е. решают многопараметрическую задачу, где техноло0 гический процесс характеризуется несколькими выходными параметрами (качественными характеристиками бумаги), значения которых долЖнЪТ уЗйтыв атьсчя при отыскании оптимальных УСЛОВИЙ (соотно5 шений компонентов). Каждый из этих параметров определенным образом зависит от условий процесса и их экстремальные величины достигаются при различных значениях указанных условий (количественный и кэче0 ственный состав бумажной массы).

Для решения указанной задачи проводится лабораторный анализ используемой бумажной массы, применяя последовательные эксперименты на основе результатов

5 симплексного метода планирования экспериментов (стабилизация качества), Полученные таким образом зависимости (уравнения регрессии) хорошо описывают влияние изменения композиционного состава бумаж0 ной массы на значения ее качественных характеристик. Это (для трехкомпонентной смеси) уравнения вида

YI 61X1 + В2Х2 + ВзХз : 812X1X2 + 5 813X1X3+823X2X3 +

+ CiXiX2 (Xi - Х2) + 02X1X3 (Xi - Хз) + СзХ2Хз (Х2 - Хз) +

+ Bi23XiX2X3;

Y2 diXi + d2X2 + 0-3X3 + cH2XiX2 + di3XiXs +

+ d23X2X3 + AiXiX2 (Xi - X2) + A2XiX3 (Xi -X3) +

+ А2Х2Хз (Х2 - Хз) + di23XiX2X3l

Уз - KiXi + K2X2 + КзХз + Ki2XiX2 + К1зХ1Хз + К2зХ2Хз +

+ П1X1X2 (Xi - X2) + R2XiX3 (Xi - Хз) + ПзХ2Хз(Х2 - Хз) +

КшХ1Х2Хз;

где Yi,Y2,Y3-качественные характеристики бумажной массы;

Х1.Х2,Хз - содержание компонентов в бумажной массе;

Bi,B2,...Ci,C2...di,d2 ... А1.А2...П1П2...

Ki23 - коэффициенты уравнений регрессии, причем должно выполняться ограничение

2 хп.

i 1

Графически полученные зависимости представлены на треугольной диаграмме (фиг 2). где оси Х1,Х2,Хз соответствуют содержанию компонентов в бумажной массе, а кривые Yi,Y2,Y3 соответствуют граничным, допустимым по регламенту значениям качественных характеристик бумаги. Точки, принадлежащие треугольнику, соответствуют конкретным составам бумажной массы. Значения весовых соотношений компонентов, заключенные между граничными кривыми (заштрихованная область),соответствуют диапазону необходимых весовых соотношений компонентов, при которых значения ка- чественных характеристик бумаги находятся в допустимых пределах для всех контролируемых качественных показателей одновременно.

Представленные на диаграмме кривые Yi,Y2,Y3 построены при условии, что качество компонентов стабильно. При изменении качества компонентов изменяется и диапазон необходимых соотношений компонентов.

Математические соотношения, связывающие качественный и количественный состав бумажной массы со значениями ее качественных характеристик записывают в вычислительное устройство 8 Перед началом работы в вычислительное устройство поступают также данные о возможном композиционном составе массы (необходимый расход 4/1 концентрация бумажной массы, соответствующие заданной производительности БДМ, необходимая концентрация, максимально возможный расход и качество каждого компонента) и о регламентных значениях качественных характеристик массы. Затем задают первоначальное (по регламенту) весовое соотношение компонентов в

массе и соответствующий этому соотношению расход каждого компонента.

Сигналы, пропорциональные расходам каждого компонента, подают на входы соответствующих регуляторов расхода 11,12 и 13. которые управляют расходом компонентов посредством клапанов 14,15 и 16. В процессе управления периодически (например, через 40 мин) определяют значения качест0 венных характеристик бумажной массы путем отбора проб на выходе из композиционного бассейна 7 (или характеристики бумаги путем отбора образцов готовой продукции после БДМ), Полученные

5 значения подают в вычислительное устройство 8. Туда же поступают сигналы о текущих значениях расхода и концентрации каждого компонента и массы в целом от датчиков 1-6.9.10.

0 В вычислительном устройстве 8 происходит сравнение текущих значений качест- венных характеристик массы с их регламентными значениями и при отклонении хотя бы одно из них от регламентного

5 значения производят перерасчет необходимого весового соотношения компонентов по вышеприведенным формулам. При этом определяют новый диапазон необходимых весовых соотношений компонентов и выби0 рают в нем такое соотношение компонентов, в котором содержание основного компонента минимально.

В качестве условного примера на фиг 3 представлена треугольная диаграмма толь5 ко для одной из качественных характеристик массы. Здесь YO - граничное значение качественной характеристики на О шаге управления, т.е. диапазону необходимых весовых соо-гношений соответствует часть

0 треугольника справа от линии YO.

Точка А соответствует первоначальному составу бумажной массы.

YI - новое граничное значение качественной характеристики на 1 шаге управле5 ния Теперь состав, соответствующий точке А, приводит к браку. Полученный новый состав (точка В ) проверяют на осуществимость, т е. чтобы полученные значения остальных двух компонентов в массе при

0 Заданном расходе и концентрации послед ней, не превышали их максимально возмож- ных технических (соответствующих расходов. В противном случае производится новый перерасчет,

5 Значения расходов компонентов, соответствующие их новому весовому соотношению, поступают на входы регуляторов расхода 11,12.13. Там сравнивают текущие значения расходов с заданными. Сигнала- ми. пропорциональными разнице вышеукаi , i-, -v f занных значений, управляют клапанами 14- 16, задавай новые значения расходов компонентов.

Через определенный промежуток времени (шаг дискретного управления) в вычис- лительное устройство поступают новые данные о качестве бумаги и цикл управления повторяется. Точность управления в данном способе зависит от периодичности контроля качества массы (или бумаги) и чем меньше период контроля, тем выше точность управления. ,ч - .

Система управления постоянно контролирует концентрацию каждого компонента ц при изменении концентрации любого компонента корректирует все расходы, tfe изме- няя общий расход массы. Указанные корректировки расхо дов компонентов на следующем шаге управления пересматриваются и определяется новое соотношение компонентов в массе, соответствующее условию минимального содержания основного компонента. То же касается и случая целенаправленного изменения расхода бумажной массы.

Указанные операции осуществляют при условии нестабильности качества компонентов. При этом, исходя из технических возможностей производства, определение качественных характеристик компЬнёнтов производят с периодичностью, как правило, большей, чем определение характеристик массы. Поэтому управление по качеству компонентов обладает большей инерционностью и может применяться только в сочетании с управлением по качеству бумаги, но за счет дополнительных корректировок состава массы позволяет повысить эффективность управления.

Пример. Проводилось управление композиционным составом бумажной массы при опытной выработке бумаги - основы для мелования.

Состав бумажной массы: целлюлоза, ТММ, оборотный брак.

В процессе управления контролировался расход и концентрация компонентов и бумажной массы в целом, значения качественных характеристик бумаги (разрывная длина, сопротивление излому, зольность).

Шаг дискретного управления 40 мин.

За общее время выработки (5 ч) качество компонентов не изменилось

Данные об изменениях расхода и концентрации компонентов приведены в табл.1, а качественные характеристик бумаги - в табл.2.

Как видно из табл 1 и 2 реализация предлагаемого способа позволила снизить

содержание наиболее дорогостоящего волокнистого компонента - беленой целлюлозы за счет увеличения доли ТММ. За время опытной выработки среднее содержание 5 целлюлозы в бумажной массе составило 40 %. уменьшились с 48,1 до 35%, т.е. расход целлюлозы сократился в среднем на 17%. При этом качество бумаги соответствовало регламенту и даже улучшилось.

0 Технико-экономические преимущества предлагаемого способа заключаются в сле- „ дующем. Замечет постоянного контроля качества конечного продукта и учета влияния композиционного состава массы на еесвой5 ства обеспечивается поддержание мини мально возможного содержания в

бумажной массе основного компонента наиболее дорогого или дефицитного. Это

позволяет снизить затраты по себестоимо0 сти бумаги, сократить простбй оборудования, что в свою очередь позволяет повысить объем производства. При этом качество конечного продукта по сравнению с аналогами даже повышается, что позволяет снизить

5 брак и также повысить объем производства. Предлагаемый способ управления может использоваться также для получения максимально возможных показателей качества бумаги из имеющихся компонентов (ес0 ли на ставится цель минимизировать содержание основного компонента). Ф о р м у л а и з о б р е т е rf и я 1. Способ управления композиционным составом бумажной массы, включающий из5 мерение текущих значений расхода и концентрации каждого компонента и бумажной массы в целом, определение диапазона необходимых весовых соотношений компонентов в бумажной массе, соответствующих

0 регламентным значениям показателей качества, и управление весовым соотношением компонентов в бумажной массе путем регулирования расходов компонентов в зависимости от их заданных и измеренных

5 значений, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания основного компонента при одновременном повышении качества бумажной массы, периодически определяют значения показателей

0 качества различных композиционных составов бумажной массы, по величине отклонения которых от регламентных значений определяют расход основного компонента, соответствующий наименьшему его весово5 му соотношению в композиционном составе бумажной массы, а расход остальных компонентов определяют в зависимости от значений показателей качества, полученного расхода основного компонента и расхода бумажной массы в целом.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что дополнительно определяют значения качества каждого компонента бумажной массы, а расход основного компонента корректируют по значению показателя качества остальных компонентов.

Изобретение относится к целлюлозно- бумажной промышленности, а именно к способам управления процессом получения бумажной массы с целью оптимизации ее состава. Сущность изобретения состоит в том, что способ управления предусматривает измерение текущих значений расхода и концентрации каждого компонента и массы в целом, периодическое определение значений качества различных композиционных составов бумажной массы, по величине отклонения которых от регламентных значений определяют расход основного компонента, соответствующий наименьшему его весовому соотношению в композиционном составе бумажной массы, а расход остальных компонентов определяют в зависимости от значений показателей качества, полученного расхода основного компонента и расхода массы в целом. Дополнительно определяют значения качества каждого компонента бумажной массы, а расход основного компонента корректируют по значению показателя качества остальных компонентов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

t .Јs,«- г tfs %J

Табли ца1

Таблица2

1780544 XV/ /Pjfe %

М

у/

-чХьй} U

Фиг 2

yf.V2.y3

/

1

у/

kl е# -ОО-Й1

хг

хз

О-О-

Риг1

oAf

ФигЗ