專利名稱:在線控制纖維網(wǎng)的纖維方向的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及造紙機(jī)或紙板機(jī)中在線控制連續(xù)纖維網(wǎng)的纖維方向的設(shè)備,造紙機(jī)或紙板機(jī)包含至少一個(gè)成形器(former),成形器包括至少一個(gè)網(wǎng)前箱(headbox),網(wǎng)前箱被安排成通過擋板輸送在成形器中形成所述纖維網(wǎng)的漿料,擋板包括可彼此相關(guān)地移動(dòng)和限定出料孔的唇板(lip),所述設(shè)備包括-被安排在成形器下游的纖維方向測(cè)量儀,用于測(cè)量纖維網(wǎng)的纖維方向;-被安排在沿著所述唇板的預(yù)定位置中的預(yù)定個(gè)致動(dòng)構(gòu)件,用于響應(yīng)每一個(gè)是測(cè)量纖維方向值的函數(shù)的各自控制信號(hào),局部調(diào)節(jié)出料孔;和-控制單元,被安排成從纖維方向測(cè)量儀接收測(cè)量纖維方向值,計(jì)算所述控制信號(hào),和將控制信號(hào)發(fā)送到致動(dòng)構(gòu)件。
本發(fā)明還涉及造紙機(jī)或紙板機(jī)中在線控制連續(xù)纖維網(wǎng)的纖維方向的方法,造紙機(jī)或紙板機(jī)包含至少一個(gè)成形器,成形器包括至少一個(gè)網(wǎng)前箱,網(wǎng)前箱被安排成通過擋板輸送在成形器中形成所述纖維網(wǎng)的漿料,擋板包括可彼此相關(guān)地移動(dòng)和限定出料孔的唇板,所述方法包括-通過安排在成形器下游的纖維方向測(cè)量儀,測(cè)量纖維網(wǎng)的纖維方向;-計(jì)算和向預(yù)定個(gè)致動(dòng)構(gòu)件發(fā)送每一個(gè)是測(cè)量纖維方向值的函數(shù)的各自控制信號(hào),預(yù)定個(gè)致動(dòng)構(gòu)件被安排在沿著所述唇板的預(yù)定位置中,用于響應(yīng)控制信號(hào),局部調(diào)節(jié)出料孔。
在造紙行業(yè)中,專業(yè)人員都知道,制成紙板中的纖維方向,即,板中紙漿纖維的主要取向在很大程度上影響板特性。當(dāng)制紙時(shí),一般說來,希望使纖維方向沿著整個(gè)紙網(wǎng)均勻分布,也就是說,纖維的取向在機(jī)器中是相似的,并且與紙網(wǎng)的方向相交。例如,人們知道,通過使纖維方向均勻分布,可以提高板的特性,譬如,平滑性、韌性、抗彎曲性、伸展性和適印性。于是,纖維方向的均勻分布使制成紙產(chǎn)品較少被人們廢棄和較少引起人們抱怨。
按照造紙行業(yè)內(nèi)的所謂矢量理論,控制纖維方向的參數(shù)是造紙網(wǎng)速度、漿料的出料速度和漿料相對(duì)于機(jī)器方向的出料方向。人們知道,在造紙機(jī)中安排測(cè)量系統(tǒng),以便當(dāng)紙網(wǎng)經(jīng)過該系統(tǒng)時(shí),橫向測(cè)量紙網(wǎng)的纖維方向。來自這樣測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)果通常以所謂纖維取向分布圖形式給出,纖維取向分布圖是纖維方向在紙網(wǎng)的橫向上如何變化的圖形。根據(jù)測(cè)量的纖維方向,工作人員然后可以通過人工調(diào)整造紙機(jī)的網(wǎng)前箱,例如,通過人工調(diào)整網(wǎng)前箱的邊閥或出料率,即,漿料出料速度/造紙網(wǎng)速度的比率,減小纖維方向的任何變化。
但是,這種減小纖維方向變化的方法是難以執(zhí)行的和不合理的。首先,所述人工調(diào)整相比而言難以預(yù)測(cè)。因此,少量調(diào)整可能導(dǎo)致纖維方向的不可控變化。其次,難以預(yù)測(cè)所述調(diào)整如何獨(dú)自或相互結(jié)合影響纖維方向。即使工作人員具有長期的造紙經(jīng)驗(yàn),調(diào)整方法也往往遵從“邊看邊擰”的原則,即,工作人員在重復(fù)的過程中不加區(qū)分地測(cè)量纖維方向和調(diào)整網(wǎng)前箱,直到獲得纖維方向的足夠均勻分布為止。這種調(diào)整方法效率低下,在獲得纖維方向的可接受均勻分布之前,可能經(jīng)過了相當(dāng)長時(shí)間,在這段時(shí)間間隔內(nèi)制造的紙網(wǎng)面臨著不得不被廢棄的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的是解決這些問題,并且提供在線控制纖維方向和在紙正在制造期間,能夠迅速和精確地減小纖維方向的變化的設(shè)備和方法。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特征在于,-將控制單元安排成識(shí)別測(cè)量纖維方向值的一組纖維方向值{v1v2v3...vN},所述組的所述纖維方向值來源于與致動(dòng)構(gòu)件的位置相對(duì)應(yīng)、沿著纖維網(wǎng)的橫向的位置;-將控制單元安排成通過計(jì)算一組誤差值{e1e2e3...eN}={b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN},將所識(shí)別組的纖維方向值與一組期望的纖維方向值{b1b2b3...bN}相比較;和-將控制單元安排成按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>計(jì)算作為預(yù)定個(gè)所述誤差值的函數(shù)、每個(gè)致動(dòng)構(gòu)件的所述控制信號(hào),其中,J是預(yù)定整數(shù),和C0C1C2...CJ是預(yù)定常數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于,-識(shí)別測(cè)量纖維方向值的一組纖維方向值{v1v2v3...vN},所述組的所述纖維方向值來源于與致動(dòng)構(gòu)件的位置相對(duì)應(yīng)、沿著纖維網(wǎng)的橫向的位置;-通過按照{(diào)e1e2e3...eN}={b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN}計(jì)算一組誤差值,將所述識(shí)別組的纖維方向值與一組期望的纖維方向值{b1b2b3...bN}相比較;和-按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>計(jì)算作為預(yù)定個(gè)所述誤差值的函數(shù)的所述控制信號(hào)的每一個(gè),其中,J是預(yù)定整數(shù),和C0C1C2...CJ是預(yù)定常數(shù)。
由于可以局部調(diào)節(jié)每個(gè)致動(dòng)構(gòu)件上的出料孔和控制信號(hào)是測(cè)量纖維方向的函數(shù),基本上可以連續(xù)地校正不想要的纖維方向變化。最后,控制信號(hào)由微處理器來計(jì)算,微處理器包括在被安排成從纖維方向測(cè)量儀接收測(cè)量纖維方向和在計(jì)算之后將控制信號(hào)發(fā)送到致動(dòng)構(gòu)件的控制單元中。于是,無需任何人工操作就可以控制纖維方向,從而能夠取得迅速和精確控制。
在下文中,參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1是造紙機(jī)安裝了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的部分的示意性表示;圖2示出了例示如何校正不規(guī)則纖維取向分布的纖維取向分布圖;圖3示出了例示在漿料的出料速率低于造紙網(wǎng)速度的情況下,如何通過局部縮小網(wǎng)前箱的出料孔改變纖維方向的纖維取向分布圖;和圖4示出了例示在漿料的出料速率低于造紙網(wǎng)速度的情況下,如何通過局部增大網(wǎng)前箱的出料孔改變纖維方向的纖維取向分布圖。
圖1是紙板機(jī)1的示意性表示,紙板機(jī)1包含成形器2,在這種情況下,改良型長網(wǎng)(fourdrinier)成形器,成形器2包括網(wǎng)前箱3和造紙網(wǎng)部分(wirepart)4。造紙網(wǎng)部分4包括造紙網(wǎng)(wire)5和造紙網(wǎng)5繞在上面的胸輥6。網(wǎng)前箱3被安排成通過擋板將漿料輸送到使?jié){料脫水以便形成纖維的連續(xù)網(wǎng),即,纖維網(wǎng)8的造紙網(wǎng)部分4。擋板7包括被安排成可彼此相關(guān)地移動(dòng),以便形成漿料流過的可調(diào)整出料孔11的兩個(gè)唇板9,10。
在成形器2的下游,在纖維已經(jīng)固定在形成網(wǎng)絡(luò)中的位置中,安排了用于測(cè)量纖維的取向的纖維方向測(cè)量儀12。最后,纖維方向測(cè)量儀12位于紙板機(jī)1的烘干部分(未示出)中,或在它的下游,但是,從原理上來講,它可以位于沿著纖維網(wǎng)8的走向的任何地方,只要所選位置中的纖維已經(jīng)固定在網(wǎng)絡(luò)中。最好,纖維方向測(cè)量儀12包括激光器-攝像機(jī)組合(未示出),激光器-攝像機(jī)組合在纖維網(wǎng)8的橫向作往復(fù)運(yùn)動(dòng),以便在纖維網(wǎng)8的橫向測(cè)量纖維方向。纖維方向測(cè)量儀12與控制激光器-攝像機(jī)組合和接收和處理測(cè)量纖維方向值的控制單元13連接。適用的測(cè)量儀有,例如,由瑞士ABB AB公司銷售的“AccuRay智能纖維取向傳感器”。
根據(jù)本發(fā)明,擋板7包括預(yù)定數(shù)量N個(gè)致動(dòng)構(gòu)件14,預(yù)定數(shù)量N個(gè)致動(dòng)構(gòu)件14位于沿著唇板9,10,最好均勻分布,例如,相互之間距離為大約10cm(厘米)的預(yù)定位置中。每個(gè)致動(dòng)構(gòu)件14被安排成控制與相鄰位置中的漿料流有關(guān)的在自身位置中的漿料流。這可以通過每個(gè)致動(dòng)構(gòu)件14響應(yīng)來自控制單元13的控制信號(hào),為出料孔設(shè)置單獨(dú)值來實(shí)現(xiàn)。于是,將致動(dòng)構(gòu)件14與控制單元連接,以便從中獲取它們各自的控制信號(hào)。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中,致動(dòng)構(gòu)件14與可移動(dòng)的上唇板9連接,以便與靜止的下唇板10相關(guān)地操作上唇板9,從而調(diào)整在不同位置中的出料孔11。于是,上唇板9可在某種程度上移動(dòng),從而可以沿著擋板7的長向,為出料孔11設(shè)置不同值。
在下文中,參照?qǐng)D2-4描述計(jì)算所述控制信號(hào)的方法。
該方法包括纖維方向測(cè)量儀12橫向測(cè)量纖維方向和將測(cè)量纖維方向值發(fā)送到控制單元13的步驟。于是,測(cè)量纖維方向值描述在纖維網(wǎng)8橫向的纖維取向分布。圖2中的曲線15是這樣分布的圖形顯示。從曲線15可明顯看出,在這種情況下的纖維方向與纖維網(wǎng)8的走向,即,與機(jī)器方向成一個(gè)角度,這個(gè)角度在纖維網(wǎng)8的一側(cè)是大約-7°,并且,沿著纖維網(wǎng)8的橫向不斷增大,在另一側(cè)達(dá)到大約8°。于是,在這種情況下,纖維網(wǎng)8呈現(xiàn)不規(guī)則纖維取向分布。
從測(cè)量的纖維方向值中,控制單元13識(shí)別向值的一組纖維方向值{v1v2v3...vN}這些值是纖維方向和機(jī)器方向之間的角度值,它們來源于與致動(dòng)構(gòu)件14的位置相對(duì)應(yīng)、沿著橫向的位置。
然后,將測(cè)量的纖維方向值與一組期望的纖維方向值{b1b2b3...bN}相比較,這些期望的纖維方向值決定期望纖維方向分布。通常,最好在纖維網(wǎng)8的整個(gè)寬度上,主纖維方向與機(jī)器方向一致,因此,如圖2中的曲線16所示,所有期望的纖維方向值通常被設(shè)置成0°。但是,從原理上來講,也可以選擇其它期望的纖維方向值。
上述比較是通過控制單元13按照{(diào)e1e2e3...eN}={b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN},
計(jì)算一組誤差值,即,通過計(jì)算測(cè)量纖維方向值和期望的纖維方向值之間的差值完成的。在圖2中,曲線17例示了計(jì)算的誤差值。于是,誤差值決定與為了獲得期望纖維方向分布而必須完成的纖維方向校正相對(duì)應(yīng)的誤差分布。
此后,控制單元13計(jì)算作為誤差值的函數(shù)、每個(gè)致動(dòng)構(gòu)件的控制信號(hào)。因此,到位置n中的致動(dòng)構(gòu)件的控制信號(hào)s一般寫成sn=f(...en-1,en,en+1...)。
但是,根據(jù)上述矢量理論,人們知道漿料流的局部變化如何影響纖維方向。如果,例如,漿料的出料速度低于造紙網(wǎng)速度,在某個(gè)位置n中的出料孔的局部縮小意味著,如從圖3中的纖維取向分布圖明顯看出的那樣,纖維方向受到影響。在位置n的左邊,纖維沿著順時(shí)針方向,即,沿著正方向轉(zhuǎn)動(dòng),而在位置n的右邊,纖維沿著逆時(shí)針方向,即,沿著負(fù)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣,人們還知道纖維方向如何受出料孔的增大影響,這例示在圖4中。
于是,某個(gè)位置中的出料孔的局部變化通常影響相鄰位置中的纖維方向。因此,到位置n中的致動(dòng)構(gòu)件的控制信號(hào)sn最好應(yīng)該是來源于相鄰位置,即,n-1,n+1,n-2,n+2,...的預(yù)定個(gè)誤差值,最好至少兩個(gè)誤差值的函數(shù)。
然后,控制單元13按照sn=enC0+en+1C1+en+2C2+...+en+JCJ-(en-1C1+en-2C2+...+en-JCJ)]]>=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>計(jì)算每個(gè)控制信號(hào),其中J是預(yù)定整數(shù)和C0C1C2...CJ是預(yù)定常數(shù)。如果J被選為例如5,那么到位置n中的致動(dòng)構(gòu)件的控制信號(hào)sn是位置n中的誤差值和相鄰位置n+1,n-1,n+2,n-2,n+3,n-3,n+4,n-4,n+5和n-5中的誤差值兩者的函數(shù)。于是,這些常數(shù)決定具有通過J的選擇確定的寬度的濾波器。
為了計(jì)算到每一側(cè)的J個(gè)最外面致動(dòng)構(gòu)件,即,位置n=1到n=J和n=N-J到n=N中的致動(dòng)構(gòu)件的控制信號(hào),插入被設(shè)置成0的虛誤差值e-J+1到e0和eN+1到eN+J。
最好,控制單元13包括進(jìn)行上述計(jì)算的微處理器(未示出)。當(dāng)控制部分13已經(jīng)計(jì)算了控制信號(hào)時(shí),最好通過適當(dāng)調(diào)節(jié)器(未示出),將這些控制信號(hào)發(fā)送到致動(dòng)構(gòu)件14。
當(dāng)在制造紙板的機(jī)器中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),利用根據(jù)上述方法的不同濾波器可以使沿著纖維網(wǎng)的橫向的纖維方向變化減小50%。這樣濾波器的例子有C0=0C1=0.0650C2=0.3150C3=0.5000C4=0.3150C5=0.0650C6=0和C0=0C1=0.0326C2=0.1599C3=0.4144C4=0.7360C5=0.9670C6=0.9670C7=0.7360C8=0.4144C9=0.1599C10=0.0326C11=0在第一例中是J=6,而在第二個(gè)例子中是J=11。可選地,可以利用更大的濾波器,例如,像J=30或甚至J=60那樣的濾波器。但是,這些濾波器是機(jī)器特有的,并且,即使這些濾波器已證明在所涉及的紙板機(jī)中起良好作用,顯然,在其它造紙機(jī)或紙板機(jī)中其它濾波器可能更可取。在上面的例子中,所有常數(shù)都等于或大于0,這是優(yōu)選的,但負(fù)值也可以用作常數(shù)。但是,由于按照結(jié)合圖3和4給出的描述,通常,通過改變位置n中的出料孔不會(huì)促進(jìn)所述位置n中的纖維方向的校正,所以最好將常數(shù)C0選為0。
為了保證纖維方向保持在規(guī)定極限值內(nèi),最好在紙制造期間基本上連續(xù)地執(zhí)行上述步驟,即,纖維方向的測(cè)量、適當(dāng)控制信號(hào)的計(jì)算、和按照這些控制信號(hào)對(duì)出料孔的調(diào)整。但是,實(shí)際上,當(dāng)測(cè)量纖維方向時(shí),纖維方向測(cè)量儀12掃描纖維網(wǎng)8的整個(gè)寬度需要花費(fèi)一些時(shí)間,因此,取而代之,每分鐘或在任何其它適當(dāng)時(shí)間間隔內(nèi)使出料孔改變1到2次似乎更切實(shí)可行。
顯然,在本發(fā)明的范圍內(nèi),可以使用除了上述從測(cè)量纖維方向值中計(jì)算適當(dāng)控制信號(hào)的那一種之外的其它算法。例如,可以計(jì)算和分開校正誤差分布的平均值,或者,可選地,可以將誤差分布劃分成分開對(duì)待的不同波段,這是一種本身已知的技術(shù)。例如,為了降低系統(tǒng)中的所謂“振鈴”,還可以在算法中應(yīng)用附加濾波器。
此外,顯然,本發(fā)明可應(yīng)用在不同類型的造紙機(jī),以及紙板機(jī)上,并且,這些機(jī)器可以包括使本發(fā)明得以實(shí)施的數(shù)個(gè)成形器和網(wǎng)前箱。
權(quán)利要求
1.一種在造紙機(jī)或紙板機(jī)(1)中在線控制連續(xù)纖維網(wǎng)(8)的纖維方向的設(shè)備,所述造紙機(jī)或紙板機(jī)(1)包含至少一個(gè)成形器(2),所述成形器(2)包括至少一個(gè)網(wǎng)前箱(3),所述網(wǎng)前箱被安排成通過擋板(7)輸送在所述成形器(2)中形成所述纖維網(wǎng)(8)的漿料,所述擋板(7)包括可彼此相關(guān)地移動(dòng)和限定出料孔(11)的唇板(9,10),所述設(shè)備包括-被安排在成形器(2)下游的纖維方向測(cè)量儀(12),用于測(cè)量纖維網(wǎng)(8)的纖維方向;-被安排在沿著所述唇板(9,10)的預(yù)定位置中的預(yù)定個(gè)致動(dòng)構(gòu)件(14),用于響應(yīng)每一個(gè)是測(cè)量纖維方向值的函數(shù)的各自控制信號(hào),局部調(diào)節(jié)出料孔(11);和-控制單元(13),被安排成從纖維方向測(cè)量儀(12)接收測(cè)量纖維方向值,計(jì)算所述控制信號(hào),和將控制信號(hào)發(fā)送到致動(dòng)構(gòu)件(14),其特征在于,-將控制單元(13)安排成識(shí)別測(cè)量纖維方向值的一組纖維方向值{v1v2v3...vN},所述組的所述纖維方向值來源于與致動(dòng)構(gòu)件(14)的位置相對(duì)應(yīng)、沿著纖維網(wǎng)(8)的橫向的位置;-將控制單元(13)安排成通過計(jì)算一組誤差值{e1e2e3...eN}={b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN},將所識(shí)別組的纖維方向值與一組期望的纖維方向值{b1b2b3...bN}相比較;和-將控制單元(13)安排成按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>計(jì)算作為預(yù)定個(gè)所述誤差值的函數(shù)、每個(gè)致動(dòng)構(gòu)件(14)的所述控制信號(hào),其中,J是預(yù)定整數(shù),和C0C1C2...CJ是預(yù)定常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其特征在于,常數(shù)C1C2...CJ大于0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備,其特征在于,常數(shù)C0=0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備,其特征在于,控制單元(13)包括計(jì)算所述控制信號(hào)的微處理器。
5.一種在造紙機(jī)或紙板機(jī)(1)中在線控制連續(xù)纖維網(wǎng)(8)的纖維方向的方法,所述造紙機(jī)或紙板機(jī)(1)包含至少一個(gè)成形器(2),所述成形器(2)包括至少一個(gè)網(wǎng)前箱(3),所述網(wǎng)前箱被安排成通過擋板(7)輸送在所述成形器(2)中形成所述纖維網(wǎng)(8)的漿料,所述擋板(7)包括可彼此相關(guān)地移動(dòng)和限定出料孔(11)的唇板(9,10),所述方法包括-通過安排在成形器(2)下游的纖維方向測(cè)量儀(12),測(cè)量纖維網(wǎng)(8)的纖維方向;-計(jì)算和向預(yù)定個(gè)致動(dòng)構(gòu)件(14)發(fā)送每一個(gè)是測(cè)量纖維方向值的函數(shù)的各自控制信號(hào),預(yù)定個(gè)致動(dòng)構(gòu)件(14)被安排在沿著唇板(9,10)的預(yù)定位置中,用于響應(yīng)控制信號(hào),局部調(diào)節(jié)出料孔(11)。其特征在于,-識(shí)別測(cè)量纖維方向值的一組纖維方向值{v1v2v3...vN},所述組的所述纖維方向值來源于與致動(dòng)構(gòu)件(14)的位置相對(duì)應(yīng)、沿著纖維網(wǎng)(8)的橫向的位置;-通過按照{(diào)e1e2e3...eN}={b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN}計(jì)算一組誤差值,將所述識(shí)別組的纖維方向值與一組期望的纖維方向值{b1b2b3...bN}相比較;和-按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>計(jì)算作為預(yù)定個(gè)所述誤差值的函數(shù)的所述控制信號(hào)的每一個(gè),其中,J是預(yù)定整數(shù),和C0C1C2...CJ是預(yù)定常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,常數(shù)C1C2...CJ大于0。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法,其特征在于,常數(shù)C0=0。
全文摘要
一種在線控制纖維網(wǎng)(8)的纖維方向的設(shè)備和方法,纖維網(wǎng)由通過可移動(dòng)唇板(9,10)限定的出料孔(11),從網(wǎng)前箱(3)輸送的漿料制成,同時(shí)使用位于上游的纖維方向測(cè)量儀(12)和沿著唇板排列的致動(dòng)構(gòu)件(14),致動(dòng)構(gòu)件用于響應(yīng)每一個(gè)是測(cè)量纖維方向值的函數(shù)的各自控制信號(hào),調(diào)節(jié)出料孔,其中,控制單元(13)接收測(cè)量纖維方向值,計(jì)算控制信號(hào),和將這些控制信號(hào)發(fā)送到致動(dòng)構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明,控制單元識(shí)別來源于與致動(dòng)構(gòu)件的位置相對(duì)應(yīng)、沿著纖維網(wǎng)的橫向的位置的一組纖維方向值。然后,控制單元將該組纖維方向值與一組期望的纖維方向值相比較。
文檔編號(hào)D21G9/00GK1659334SQ03813152
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者約翰·弗姆, 安德斯·休比尼特 申請(qǐng)人:斯托拉恩索公司