DE10393725T5

DE10393725T5 - Verfahren zum Steuern eines Aufwicklers inklusive dem Bestimmen von Laufparametern auf der Grundlage von Modellen unter Berücksichtigung eines Abwicklers

Info

Publication number: DE10393725T5
Application number: DE10393725T
Authority: DE
Inventors: Pauli Koutonen; Marko Jorkama; Jari Paanasalo
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-09-01
Also published as: AU2003277490A1; FI20022023A7; FI20022023A0; US20060011766A1; WO2004044665A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Aufwicklers, wobei das Verfahren den Schritt eines Vorbereitens eines Wickelrezeptes (13) einer Rolle aufweist, wobei das Wickelrezept Wickelparameter aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt aufweist:
auf der Grundlage von Berechnungs- und/oder Versuchsmodellen (23) erfolgendes Bestimmen von Laufparametern des Aufwicklers vor dem Lauf derart, dass auf der Grundlage der Modelle (23) die Rolle ein Abwickeln (24) aushalten wird, das bei einer Endanwendungsvorrichtung stattfindet, ohne beschädigt zu werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Wenn bei Abwicklern aus dem Stand der Technik die Abwickler von neuen Rollenschneidmaschinen gestartet werden oder das Wickeln von neuen Papiersorten unter Verwendung von Rollenschneidmaschinen gestartet wird, die bereits in Verwendung sind, wird der Aufbau der Rolle durch die sogenannten Wickelparameter gesteuert, d.h. die Spaltbelastung, die Spannung der Bahn vor dem Aufwickler und die Wickelkraft, die bei bekannten Anwendungen auf der Grundlage von Erfahrung als eine Funktion des Durchmessers der Rolle so eingestellt werden, dass sie sogenannte Wickelrezepte sind. Die anfänglichen Abschätzungen für die Wickelrezepte rühren im Allgemeinen von anderen Rollenschneidmaschinen her, mit denen die gleiche oder eine ähnliche Papiersorte gelaufen ist. Jedoch sind aufgrund der großen Variation bei den Eigenschaften von Papiersorten mit dem gleichen Sortennamen, wenn sie bei verschiedenen Papiermaschinen laufen, auf den jeweiligen Fall spezifische Versuchsläufe stets erforderlich, um das Wickelrezept zu bestimmen. Jede Papiersorte und jeder Enddurchmesser einer Rolle ist üblicherweise mit dem eigenen Wickelrezept versehen.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Anwendungen wird die Qualität der fertigen Rollen, die von den Aufwicklern kommen, hauptsächlich auf der Grundlage einer Sichtbeurteilung bestimmt. Bei den meisten Rollenschneidmaschinen erfahren die Rollen auch gelegentliche Messungen; wobei am häufigsten die Härte der Rolle mittels eines manuell betätigten Rollenhärtesensors gemessen wird.
Es ist außerdem aus dem Stand der Technik bekannt, die Rollenschneidmaschinen mit einer Berechnung und Anzeige über die Oberflächendichte zu versehen. Bei diesen bekannten Anwendungen ist der Wert der Oberflächendichte, der einem beliebigen Walzendurchmesser entspricht, von der Oberfläche der Rolle auf der Grundlage der Änderung bei der Dicke des Papiers bestimmt worden.
Es sind aus dem Stand der Technik Anwendungen bekannt, bei denen es die Aufgabe ist, die Spannungen innerhalb der Rolle mit der Hilfe von Messungen abzuschätzen. Die Patentanmeldung WO 99 50 719 „Verfahren und Anordnung zur neuronalen Modellierung einer Papierwickelvorrichtung" offenbart ein Verfahren, bei dem die Spannung der Bahn, wenn sie zu einer Rolle läuft, mittels des Erlernens über neuronale Netzwerke bestimmt wird. Dies ermöglicht die Berechnung mit der Hilfe von Wickelmodellen von einer zweidimensionalen Spannungsverteilung innerhalb der Rolle. Die Patentanmeldung DE 19 821 318 „Verfahren zum Überwachen der Wickelhärte einer Wickelrolle" offenbart ein Verfahren für die Messung der Spannung der Bahn, wenn sie zu einer Rolle läuft, wobei das Verfahren auf das Messen der Änderung der Bahnlänge auf der Grundlage von gefärbten Markierungen, die an der Bahn gedruckt sind, gegründet ist.
Eine große Anzahl an Wickelfehlern, die während des Wickelns erzeugt werden, laufen unbemerkt, wenn eine Sichtbeurteilung oder optische Beurteilung oder eine Messung mit einem Härtesensor angewendet wird (David R.
Roisum: "How to Measure Roll Quality", Teppi Journal 71(10) 1988, David R. Roisum: "Reading a roll", Tappi Journal 81(4) 1998]. Selbst wenn die zweidimensionale Spannungsverteilung der Rollen unter Verwendung der Prozedur der Patentanmeldungen WO 99 50 719 und DE 19 821 318 berechnet werden könnte, wäre es in den meisten Fällen nicht möglich, die Erzeugung eines möglichen oder tatsächlichen Wickelfehlers zu vermeiden, da die vorstehend erwähnten Verfahren nicht die Ursachen des Fehlers aufgrund der Belastungen berücksichtigen, die auf die Rolle bei einer Rollenschneidmaschine (Wickeleinrichtung) der Papierfabrik und bei der Verbraucher-Finishing-Vorrichtung der Papierfabrik gerichtet sind.
Für den Papierhersteller kommen die wichtigsten und kritischsten Rückmeldungen über die Qualität der Rollen von den Verbrauchern, wie beispielsweise Druckereien beispielsweise in einem Fall, bei dem Laufprobleme aufgetreten sind, wenn die Rollen beispielsweise bei einer Druckmaschine gelaufen sind. In einem derartigen Fall können die Korrekturmaßnahmen bei dem Papierherstellprozess oder bei den Wickelrezepten der Rollenschneidmaschine lediglich nach einer Verzögerung von einigen Tagen oder sogar Wochen ergriffen werden. Da die Häufigkeit der Variationen bei den Eigenschaften von Papier (die Masse, die Oberflächeneigenschaften) größer ist, macht das Ergreifen von Korrekturmaßnahmen keinen Sinn.
Aufgrund der vorstehend erwähnten Verzögerung bei der Rückmeldung über die Qualität ist, wenn neue Rollenschneidmaschinen gestartet werden oder wenn das Wickeln von neuen Papiersorten unter Verwendung von bereits in Verwendung befindlichen Rollenschneidmaschinen gestartet wird, die Suche nach Wickelrezepten häufig langsam.
Ein spezielles Problem bei der Auswahl der Wickelparameter der Wickelrezepte ist, dass die meisten Fehler nicht auf der Grundlage einer Sichtbeurteilung bemerkt werden können und nicht immer durch Messungen der Oberflächendichte oder dergleichen entdeckt werden, und dass, wie dies vorstehend erläutert worden ist, das Erhalten einer tatsächlichen Rückmeldung über die Qualität lange dauert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch das die Wickelparameter so bestimmt werden können, dass sichergestellt wird, dass die Rolle eine Handhabung sowohl bei der Papierfabrik als auch an dem Verbraucherende aushält.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch das die vorstehend beschriebenen Probleme beseitigt oder zumindest minimal gestaltet werden.
Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerverfahren für ein Steuern eines Aufwickelns zu schaffen, wobei dieses Verfahren auch die Belastungen berücksichtigt, die der Rolle bei dem Aufroller und bei dem Papierfabrikverbrauchermaschinenpark auferlegt werden.
Um die vorstehend erwähnten Aufgaben und jene, die aus dem weiteren Zusammenhang hervorgehen, zu lösen, ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hauptsächlich durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass sie auf die Idee gegründet ist, eine Walze vorzusehen, die ihre gesamte Lebensdauer durchläuft, ohne beschädigt zu werden, wohingegen Modelle und Systeme, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, anstreben, bei dem Aufwickler eine optimale Rolle in Bezug auf das Wickeln vorzusehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Aufwicklers, wobei bei diesem Verfahren ein Wickelrezept vorbereitet wird, das Wickelparameter enthält, werden die Laufparameter des Aufwicklers auf der Grundlage von Berechnungs- und/oder Versuchsmodellen vor dem Lauf derart bestimmt, dass auf der Grundlage von den Modellen die Rolle dem bei der Endverwendungsvorrichtung stattfindenden Aufrollen widersteht, ohne beschädigt zu werden. Gemäß einem vorteilhaften zusätzlichen Merkmal bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Laufparameter des Wicklers derart bestimmt, dass auf der Grundlage der Modelle die Rolle dem bei dem Aufwickler stattfindenden Aufwickeln widersteht. Gemäß einem weiteren vorteilhaften zusätzlichen Merkmal bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Wickelrezept der Rolle gebildet als eine Funktion des Durchmessers oder des Radius oder des Grads an Dicke des angesammelten Papiers an dem Wickelkern oder als eine Funktion der gewickelten Bahnlänge oder der Anzahl an Wicklungen der gewickelten Bahn.
Gemäß einer vorteilhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung wird die Innenspannungsverteilung der Rollen gemessen, werden die auf die Rolle während des Wickelns gerichteten Kräfte mittels eines Belastungsmodells berechnet und wird die Entspannung der Innenspannungen der Rolle während des Transports durch das Modell abgeschätzt, und die Kräfte, die auf die Rolle bei den Verbraucher-Finishing-Vorrichtungen der Papierfabrik gerichtet sind, werden mittels des Belastungsmodells berechnet.
Gemäß einer vorteilhaften Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung:

a) wird die Innenspannungsverteilung der Rolle, die aufgewickelt, wird indirekt in drei oder zwei Dimensionen gemessen
b) werden die Innenspannungen, die durch die Kräfte verursacht werden, die auf die Rolle während des Wickelns gerichtet werden, mit der Hilfe eines Rollenbelastungsmodells berechnet [Kilwa Ärölä: "A Simulation Program for Hyperelastic Rolling Contact Model), Master of Science Thesis, Helsinki University of Technology 2001.]
c) wird die Entspannung der Innenspannungen der fertigen Rolle vor dem Behandeln der Rolle in der Verbraucher-Finishing-Vorrichtung der Papierfabrik, beispielsweise eine Druckmaschine) abgeschätzt und
d) werden die Spannungen und Versetzungen, die auf die Rolle während des Abwickelns gerichtet sind, mittels eines Belastungsmodels (RAM) der Rolle und der Abwickelvorrichtung berechnet.

Die Information über das Papiermaterial, die bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt wird, wird teilweise durch außerhalb der Fertigungslinie und innerhalb der Fertigungslinie stattfindende Messungen bei der Papierverarbeitungsanlage, die der Rollenschneidschiene vorangeht, und teilweise durch Messungen bei der Rollenschneidmaschine selbst (beispielsweise das radiale und der tangentiale Elastizitätsmodul) erhalten.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird gemäß einer vorteilhaften Anwendung das Wickelrezept derart angestrebt, dass die Spannungsverteilung der Rolle die mit dem WOT-Model (WOT = Wound-On-Tension, das heißt die Aufwickelspannung oder die Spannung der obersten Lage an der Bahnrolle, die mitunter auch als WIT = Wound-In-Tension bezeichnet ist) [M. Jorkama: "Contact Mechanical Model for Winding Nip". Dissertation, Helsinki University of Technology, 2001], dem Rollenaufbaumodell und dem Rollenentspannungsmodell berechnet wird, ein fehlerfreies Abwickeln an der Finishing-Vorrichtung gemäß dem RAMA-Modell (= Belastungsmodell der Endanwendungsvorrichtung) vorsieht. Bei der Suche nach dem Wickelrezept müssen die physikalischen Eigenschaften der Wickelvorrichtung und das Sicherstellen eines fehlerfreien Wickelns und der Lauffähigkeit an der Rollenschneidmaschine berücksichtigt werden, die mit dem Belastungsmodell des Aufwicklers abgeschätzt werden. Während des Laufens der Rollenschneidmaschine wird das Rezept auf der Grundlage einer WOT-Messung so zurückgeführt, dass eine Spannungsverteilung gemäß dem vorherigen Schritt bei der Rolle erzeugt wird.
Bei dem Rollenaufbaumessverfahren ist es möglich, eine WOT anzuwenden, die durch die Änderung bei der Bahnlänge abgeschätzt wird, die beispielsweise mittels Lasergeschwindigkeitssensoren gemessen wird. Der Aufbau der Rolle wird in einem derartigen Fall unter Verwendung des Hakiel-Modells [Z. Hakiel: "Nonlinear Model for Qound Roll Stress". Tappi Journal 79(5) 1987] oder eines äquivalenten Modells [Zabaras N., Liu S., Koppuzha J. and Donaldson E. "A Hypoelastic Model for Computing the Stresses in Center-Wound Rolls of Magnetic Tape" Journal of Applied Machnics, Band 61 N2. 2, Seiten 290–295, 1994] berechnet. Es ist außerdem möglich, ein Verfahren anzuwenden, das die Dichte der Rolle, die Papierdicke und das Wickelmodel nutzt. [David R. Roisum: "The Measurement of Web Stresses During Roll Winding". Disertation WHRC at OSU 1990]
Bei den Aufbaumodellen des Rollenschneidmaschinenaufwicklers und der Finishingvorrichtung werden Rutschvorgänge, die innerhalb der Rolle bewirkt werden, und mögliche andere Beschädigungsmechanismen ebenfalls berechnet. Mit Hilfe der berechneten Rutschvorgänge wird das Beschädigungspotenzial der Rolle unter Verwendung von empirischen Daten und Rollenbeschädigungsmodellen abgeschätzt [N. Vaidyanathan and J.K Good: "The Importance of Torque Capacity in Predicting Crepe Wrinkles and Starring within Wound Rolls", Proceedings of the 3^rd IWEB conference, OSU 1995; Lee, Ban-Eop: "Buckling Analysis Starred Roll Defects in Center Wound Rolls" Dissertation WHRC at OSU 1991].
Beim Abschätzen der Entspannung der Spannungen der fertigen Rolle werden bekannte Modelle des viscoelastischen Wickeln verwendet wie beispielsweise die Referenz [W.R. Qualls and J.K. Good: "A Nonlinear Orthotropic Viscoelastic Winding Model" Proceedings of the 3^rd IWEB conference, OSU 1995].
Das erfindungsgemäße Verfahren macht das Wickeln "intelligent" das heißt die Rückmeldung zwischen der Qualität der Rolle und den Wickelparametern, die zuvor einige Tage oder Wochen benötigt hat, kann nun während des Laufens der Rollenschneidmaschine ausgeführt werden. Reaktionen auf Änderungen bei den Papiereigenschaften und bei den Produktionsbedingungen bei der Papierfabrik finden automatisch und sofort statt.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, schnell die optimalen Wickelrezepte zu bestimmen, wenn neue Rollenschneidmaschinen gestartet werden oder wenn das Wickeln von neuen Papiersorten unter Verwendung von bereits unter Verwendung befindlichen Rollenschneidmaschinen gestartet wird.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine optimale individuelle Steuerung der Wickelstationen, was außerdem die Variationen im Hinblick auf die Qualität zwischen den Rollen gleichen Satzes verringert.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Steuern des Aufwickelns auf eine Vorhersage gegründet ist, die mit der Hilfe eines Modells über das Laufverhalten der Rolle bei der Endverwendung entworfen wird, wobei bei der Vorhersage gemäß einer vorteilhaften Anwendung einer Referenzkurve der WOT gegenüber dem Durchmesser, die ein optimales Laufverhalten während der Endverwendung bei der Finishingvorrichtung vorsieht, bestimmt wird durch eine Iteration des Models vor dem Laufen. Gemäß vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung werden die Laufparameter des Aufwickelns bei der Rollenschneidmaschine derart eingestellt, dass die gemessene WOT-Kurve der WOT-Referenzkurve entspricht, die durch eine Iteration des Modells erhalten wird. Die WOT-Referenzkurve kann auch auf der Grundlage der Vorhersage über das Laufverhalten modifiziert werden, die mittels des Wickelmodels vorgesehen wird. Wenn die Vorhersage über das Laufverhalten gemacht wird, wird das Rollenspannungsendspannungsmodel in vorteilhafter Weise verwendet, und die anfängliche Abschätzung der Laufparameter wird in höchst geeigneter Verwendung des Wickelspaltmodels berechnet.
Nachstehend ist die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch keineswegs auf die Einzelheiten von diesen eng begrenzt ist.
1 zeigt in schematischer Weise das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt in schematischer Weise anhand eines Beispiels eine Auswahlprozedur für eine WOT-Kurve, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendet wird.
3 zeigt in schematischer Weise ein Beispiel des Verfahrens gemäß der vorliegende Erfindung zum Errichten eines Anfangswertes eines Wickelrezeptes.
4 zeigt in schematischer Weise einen Nebenprozess von 1 während des Laufens einer Rollenschneidmaschine, wobei die Rollenschneidmaschine eine WOT-Messung aufweist.
1 zeigt das Grundprinzip einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die benötigten Startdaten 11 umfassen Grundinformationen über das zu wickelnde Papier wie beispielsweise die Dicke, der Reibungskoeffizient, das Elastizitätsmodul, die Dickenrichtung und die Maschinenrichtung, eine Information über die viskoelastischen Eigenschaften des Papiers, die Luftdurchlässigkeit und die Oberflächenrauhigkeit und dergleichen, mechanische Daten über die Aufwickelvorrichtung und auch mechanische Daten über die Endanwendungsvorrichtung der Rolle oder über die Abwickelvorrichtung, bei der das Abwickeln stattfinden wird. Bei dem Schritt I wird eine geeignete WOT-Kurve gewählt, siehe 12. Dieser Wahlprozess ist detailliert bei der Beschreibung von 2 erläutert. Um die Anwendung dieser WOT-Kurve WOT_ref (D) (D = Rollendurchmesser) zu ermöglichen, muss bei dem Aufwickler ein Verfahren für eine Berechnung oder Messung auf der Grundlage einer Abschätzung der WOT stattfinden. Bei dem anschließenden Schritt II wird ein Wickelrezept R_ref (D) gewählt, siehe 13, das gemäß dem Wickelmodell der Rollenschneidmaschine bei Schritt III eine WOT-Kurve 12 WOT_ref (D) gemäß Schritt I erzeugt. Danach wird bei dem Schritt IV das Belastungsmodel der Wickelvorrichtung verwendet, um weiter zu überprüfen, dass die aufzuwickelnden Rollen den bei den Wickelprozess erzeugten Belastungen widerstehen, siehe 19. Wenn das Wickelmodel anzeigt, dass die Rollen den Belastung widerstehen, kann der Prozess fortgesetzt werden, das heißt ein Übergang zu dem Schritt V wird ausgeführt, wobei andererseits ein neues Rezept erzeugt wird, das heißt eine Rückkehr zu dem Schritt II R_ref (D), wobei das neue Rezept auf der Grundlage der Berechnung die gewählte WOT-Kurve WOT_ref (D) vorsieht, siehe 12, und die Schritte III und IV erneut durchlaufen werden. Wenn danach noch Bedarf an einem Fortsetzen der Iteration besteht, kann ein neues Rezept beispielsweise mittels eines sogenannten Sekanten-Verfahrens [Erwin Kreyszig: "Advanced Enginneering Mathematics" 6. Auflage, John Wiley & Sons, Inc., 1988, Seite 956] erzeugt werden, was bedeutet, dass eine Gradientennäherung in dem Wickelparameterraum von den Rezepten von zwei aufeinanderfolgenden Iterationen ausgebildet wird, wobei die maximalen Spannungen der Rolle beispielsweise die zu minimierende Objektfunktion sind. Ein Grenzzustand für die Minimierungsaufgabe ist, dass das Wickelrezept bei dem Schritt I eine WOT-Kurve erzeugt, siehe 12, die auf der Grundlage der Berechnung gewählt wird. Aus Gründen der Vereinfachung wird angenommen, dass ein Wickelrezept durch Iterationen in der vorstehend beschriebenen Weise errichtet worden ist, das auf der Grundlage einer Berechnung a) dem Wickelprozess widersteht und b) die gewählte WOT-Kurve liefert. Wenn ein derartiges Rezept nicht gefunden wird, wäre es erforderlich zu dem Schritt I zurück zukehren und eine neue WOT-Kurve WOT_ref (D) zu errichten. Wie dies vorstehend aufgeführt ist, wird hierbei angenommen, dass ein geeignetes Rezept gefunden worden ist, und der Betrieb der Rollenschneidmaschine kann gestartet werden, siehe 16, das heißt ein Übergang zu dem Schritt V kann ausgeführt werden. Wenn keine WOT-Messung bei dem Aufwickler oder der Rollenschneidmaschine ausgeführt worden ist, läuft die Rollenschneidmaschine bei dem Schritt V mit dem Rezept R_ref, siehe 13, ohne Änderung des Rezepts während des Laufens. Wenn der Aufwickler oder die Rollenschneidmaschine eine WOT-Messung erfahren hat, verläuft die Prozedur wie folgt: Während des Laufs wird dieses Rezept R_ref, das bei dem vorherigen Schritt gewählt worden ist, so korrigiert, dass die WOT-Kurve, siehe 12, WOT_ref (D) gemäß dem Schritt I vorgesehen wird. Die Korrektur des Rezeptes 13 wird beispielsweise ausgeführt, indem eine Primärwickelkraft, eine Sekundärspaltbelastung und schließlich eine Spannung eingestellt werden. Die Erhöhung von jedem Wickelparameter erhöht die WOT. Die Einstellung kann beispielsweise als eine einfache PID-Steuereinrichtung ausgeführt werden [K. Aström & T Hägglund: "PID Controllers: Theory, Design, and Tuning". 2. Auflage, 1995, Seiten 59–119]. Wenn bei dem nächsten Lauf die Papiersorte und die Startdaten im Wesentlichen die gleichen bleiben, kann das verwirklichte Wickelrezept 17 gemäß dem Schritt VI direkt als das Wickelrezept 13 von dem Schritt II des nächsten Laufes aufgegriffen werden. Das Grundprinzip ist vorstehend anhand lediglich eines einfachen Beispiels dargestellt. Weitere Einstellungen und Messungen können diesem Grundrahmen hinzugefügt werden. Beispielsweise ist es nach dem Schritt IV möglich, mittels des verwirklichten Wickelrezeptes 17 das Wickelmodell der Rollenschneidmaschine zu berechnen, um mögliche Wickelfehler zu erfassen. Das Endergebnis wird vor dem nächsten Lauf überprüft. Wenn die Berechnung zeigt, dass die Rollen der Belastung widerstehen, sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich. Wenn jedoch die Berechnung eine höhere Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung nahelegt, muss eine Iteration einer geeigneten WOT-Kurve 12 gestartet werden oder müssen zusätzliche Begrenzungen für die Wickelparameter eingestellt werden.
2 beschreibt detaillierter die Wahlprozedur der WOT-Kurve 12 anhand eines Beispiels. Das Grundprinzip für die Wahl der WOT-Kurve 12 ist, dass auf der Grundlage von einem Argument die WOT-Kurve 12 ein beschädigungsfreies Abwickeln bei der Endanwendungsvorrichtung der Rolle vorsieht. Das verwendete Argument kann beispielsweise das Berechnungsmodell RAMA, siehe Schritt IIc, wie bei diesem Beispiel oder ein statistisches Modell oder Daten oder eine Kombination aus diesen sein. Die Prozedur beginnt bei dem Schritt I mit der Wahl einer Anfangsabschätzung als die WOT-Kurve WOT₀(D), d.h. eine Initialisierung einer Iteration wird ausgeführt, siehe 22, WOT_i = WOT₀(D), wobei D = Rollendurchmesser. Dies kann beispielsweise eine Konstante sein, die unabhängig von dem Durchmesser ist, wobei der Wert der Konstante 15–20 von der Zugspannung der Bahn sein kann. Danach wird bei dem Schritt II, siehe Schritt IIa, die Spannungsverteilung der Rolle direkt nach dem Wickeln mit einem Wickelmodell wie beispielsweise das Hakiel-Modell oder von Hertzen-Wickelmodell berechnet. Danach wird die Entspannung der Spannungen, siehe Schritt IIb, abgeschätzt, indem dieses Ergebnis als der Anfangswert bei der Zeitspanne vor dem Abwickeln der Rolle bei der Endanwendungsvorrichtung verwendet wird. Bei dem nächsten Schritt III werden die Spannungen, die von dem Entspannungsmodell bei dem vorherigen Schritt II erhalten worden sind, als Anfangswerte verwendet, und die Festigkeit oder das Laufverhalten 24 der Rolle während des Abwickelns bei der Endanwendungsvorrichtung wird abgeschätzt. Die Abschätzung kann wie in dem Fall von diesem Beispiel auf das Berechnungsmodell von dem Schritt IIc gegründet sein. Statistische und empirische Ergebnisse und auch deren Kombinationen können ebenfalls angewendet werden. Wenn auf der Grundlage der Abschätzung die Rolle dem Prozess widersteht, ist dieser Wahlprozess der WOT-Kurve 26 vollendet, siehe Schritt IV. Wenn auf der Grundlage der Abschätzung die Rolle diesem nicht widersteht, muss eine Rückkehr zu dem Schritt I stattfinden und ein neuer Kandidat für eine WOT-Kurve WOT₁(D) 22 muss gewählt werden. Erneut kann dies beispielsweise eine Konstante, die unabhängig von dem Durchmesser ist, sein, wobei der Wert dieser Konstante beispielsweise 98% oder 102 von WOT₁(D) ist. Wenn diese neue WOT-Kurve den Schritt III passiert, ist der Wahlprozess der WOT-Kurve vollendet, siehe Schritt IV. Wenn WOT₁(D) 26 nicht den Schritt III erfüllt, muss die Iteration fortgesetzt werden, siehe 25. Ein neuer Kandidat für die WOT-Kurve kann aus den beiden vorherigen gebildet werden, indem beispielsweise eine Variation des Sekantenverfahrens angewendet wird [Erwin Kreyszig: "Advanced Engineering Mathematics". 6. Auflage, John Wiley & Sons, Inc., 1988, Seite 956]. Dies ermöglicht beispielsweise ein Minimieren des Spannungsmaximums bei der RAMA-Berechnung, siehe Schritt IIc, unter anderem in einem normalen Raum, der durch kontinuierliche Funktionen ausgebildet wird. Hierbei wird bei dieser Beschreibung der Prozedur angenommen, dass der Suchprozess für die WOT-Kurve eine Kurve WOT_ref(D) 26, die den Schritt III erfüllt, nach den Schritten IIa, IIb und IIc erzeugt, obgleich es im Prinzip geschehen kann, dass beispielsweise der Wert von WOT an einem Punkt die Zugspannung der Bahn überschreiten würde, was bedeutet, dass eine geeignete Lösung nicht gefunden werden würde.
3 zeigt ein Beispiel der Suche nach dem Anfangswert 13 des Wickelrezeptes. Bei dem Schritt I wird eine Initialisierung der Iteration ausgeführt, siehe 32, R_j = (N, F, T)_j = R₀(D) = (N₀, F₀, T₀) (D), wobei (N₀, F₀, T₀) (D) realisierbar sein muss, und wobei gilt: R_j = Wickelrezept, N = Spaltbelastungen, F = Wickelkraft und T = Bahnspannung. Die Aufgabe ist es, das Wickelrezept R(D) = N(D), F(D), T(D) 32 so zu suchen, dass, wenn mit dem WOT-Modell des Aufwicklers (siehe Jorkama-Dissertation oder empirisches Modell) berechnet wird, das Wickelrezept die WOT-Kurve 12 liefert, die bei dem Schritt I von 1 gewählt wird. Vorstehend ist (sind) N(D) die Spaltbelastung (die Spaltbelastungen) als eine Funktion des Durchmessers D, F(D) die Wickelkraft als eine Funktion des Durchmessers und T(D) die Bahnspannung vor dem Aufwickler als eine Funktion des Durchmessers. Das Wickelrezept, das als ein Ergebnis dieses Nebenprozesses erzeugt wird, ist mit R_ref(D) 36 bezeichnet. Bei der Funktionsform ist es die Aufgabe, somit das Wickelrezept derart zu finden, dass WOT-_ref (D) = WOT_model (R_ref (D) , D) , der Fall ist, wobei die Funktion WOT_model das WOT-Modell repräsentiert. Diese Prozedur ist ähnlich derjenigen der anderen Iterationen auf der Grundlage des Sekantenverfahrens. Zunächst wird eine Anfangsabschätzung R_j = R₀ gewählt, siehe Schritt I, und eine WOT-Kurve WOTi = WOT₀ wird berechnet, siehe Schritt II, mit einem WOT-Modell, siehe 33, WOTi = WOT_model (Ri, (D) , D). Beispielsweise können die folgenden Werte als die Anfangsabschätzungen verwendet werden: die Spaltbelastung als eine Konstante, die unabhängig von dem Durchmesser ist, solang wie möglich, die Wickelkraft als eine Konstante, die unabhängig von dem Durchmesser ist, beispielsweise 75% der Bahnspannung, und die Bahnspannung auch als eine Konstante, die unabhängig von dem Durchmesser ist, beispielsweise 15–20% der Zugspannung der Bahn.
Wenn bei der Überprüfung von Schritt III WOT₀ auf der Grundlage der gewählten Genauigkeitserfordernis ausreichend nahe zu WOT_ref ist, kann ein Übergang zu dem Schritt IV durchgeführt werden, und R₀ kann als das Wickelrezept R_ref gewählt werden, siehe 36. Wenn jedoch WOT₀ nicht ausreichend genau WOT_ref ist, wird die Iteration von dem Schritt II fortgesetzt, indem ein neues Wickelrezept R₁ gewählt wird, siehe 35. Es kann beispielsweise derart gewählt werden, dass die Laufspannung so gewählt wird, dass sie 98% und 102 der Laufspannung von R₀ ist. Wenn dieses neue Rezept 35 den Schritt III passiert, ist der Wahlprozess für das Wickelrezept vollendet. Wenn R₁ auch nicht den Schritt III realisiert, muss die Iteration fortgesetzt werden. Ein neuer Wickelrezeptkandidat kann aus den beiden vorherigen Kandidaten gebildet werden, beispielsweise unter Verwendung einer Variation des Sekantenverfahrens. In dieser Weise kann beispielsweise der Abstand zwischen WOT_i (R_i, (D) , D) und WOT_ref (D) in einem normalen Raum minimal gestaltet werden, der durch kontinuierliche Vektorwertfunktionen gebildet ist. Eine beispielsweise aus der L²-Norm gebildete Metrik kann als eine Abstandsfunktion verwendet werden. Einschränkungen aufgrund der Mechanik des Aufwicklers und aufgrund der Festigkeit des Papiers müssen als eine Restriktion bei der minimalen Gestaltung berücksichtigt werden.
4 zeigt den Schritt V des Laufens der Rollenschneidmaschine 16 von 1 in detaillierterer Weise in einem Fall, bei dem die Rollenschneidmaschine eine WOT-Messung aufweist. Genauer gesagt wird das Rezept R_ref verwendet, siehe 42, um die Rollenschneidmaschine bei diesem Prozess laufen zu lassen. Jedoch wird während des Laufs das Rezept so korrigiert, dass die gemessene WOT und WOTref zusammen gebracht werden, siehe 45. Wenn die Rollenschneidmaschine läuft, werden der Durchmesser der Rolle, die aufgewickelt wird, und WOT kontinuierlich gemessen, siehe 44. Die WOT-Messung kann beispielsweise gemäß der Referenz [Roisum, D., "The Measurement of Web Stresses During Roll Winding", PhD Thesis, Web Handling Research Center at Oklahoma State University, Mai 1990] ausgeführt werden. Es wird bei bestimmten Intervallen (beispielsweise 5 Sekunden) überprüft, ob die gemessene WOT, die mit WOT_measurement bezeichnet ist, die gleiche oder bei einer eingestellten Toleranz von der WOT_ref ist. Während des Laufs wird das Wickelrezept R_ref kontinuierlich so geändert, Siehe 46, dass WOT_measurement gleich oder bei einer eingestellten Toleranz von der WOT_ref ist. Diese Einstellung kann beispielsweise als die PID-Steuereinrichtung ausgeführt werden [K. Åström & T Hägglund: "PID Controllers: Theory, Design, and Tuning". 2. Auflage 1995, Seiten 59–119]. Die Korrektur des Rezeptes wird beispielsweise ausgeführt, indem zuerst die Wickelkraft, als zweites die Spaltbelastung und schließlich die Spannung eingestellt werden. Die Erhöhung von jedem Wickelparameter erhöht die WOT.
Die vorliegende Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf lediglich eines ihrer vorteilhaften Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung keineswegs auf die Einzelheiten desselben eng begrenzt sein soll.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben, bei dem bei dem Verfahren das Wickelrezept der Rolle als eine Funktion des Durchmessers ausgebildet wird. Es ist ebenfalls möglich, das Wickelrezept als eine Funktion von dem Radius oder von dem Grad der Dicke des angesammelten Papiers an dem Wickelkern oder der gewundenen Bahnlänge oder der Anzahl an Wicklungen (d.h. Lagen) der gewickelten Bahn zu formulieren.
Zusammenfassung
Es ist ein Verfahren zum Steuern eines Aufwicklers offenbart, wobei das Verfahren den Schritt eines Vorbereitens eines Wickelrezeptes (13) einer Rolle aufweist, wobei das Wickelrezept Wickelparameter aufweist. Das Verfahren hat den Schritt eines Bestimmens auf der Grundlage von Berechnungs- und/oder Versuchsmodellen von Laufparametern des Aufwicklers vor dem Lauf in einer derartigen Weise, das auf der Grundlage der Modelle die Rolle einem Abwickeln widerstehen wird, das bei einer Endanwendungsvorrichtung stattfindet, ohne beschädigt zu werden.
1

Claims

Verfahren zum Steuern eines Aufwicklers, wobei das Verfahren den Schritt eines Vorbereitens eines Wickelrezeptes (13) einer Rolle aufweist, wobei das Wickelrezept Wickelparameter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt aufweist: auf der Grundlage von Berechnungs- und/oder Versuchsmodellen (23) erfolgendes Bestimmen von Laufparametern des Aufwicklers vor dem Lauf derart, dass auf der Grundlage der Modelle (23) die Rolle ein Abwickeln (24) aushalten wird, das bei einer Endanwendungsvorrichtung stattfindet, ohne beschädigt zu werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Bestimmen der Laufparameter des Aufwicklers derart, dass auf der Grundlage von Modellen (14) die Rolle ein Wickeln (15) aushalten wird, das bei dem Aufwickler stattfindet.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelrezept als eine Funktion des Durchmessers oder des Radius oder des Grads an Dicke des angesammelten Papiers an dem Wickelkern oder als eine Funktion der gewickelten Bahnlänge oder der Anzahl an Wicklungen der gewickelten Bahn bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Wählen einer WOT-Kurve (WOT = Wound-On-Tension = Aufwickelspannung) (12) auf der Grundlage von Startdaten (11), wobei durch diese Kurve das Wickelrezept (13) derart bestimmt wird, dass das Rezept (13) eine WOT_ref(D)-Referenzkurve gemäß der gewählten WOT-Kurve liefert, und Überprüfen mittels des Abwickelmodells (23), dass die Rollen die Endanwendung aushalten werden, ohne beschädigt zu werden (24).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Wickelmodells (14) überprüft wird, dass die Rollen das Wickeln (15) aushalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausführen einer Initialisierung (22) einer Iteration der WOT-Kurve für die Wahl der WOT-Kurve (12) und Berechnen von Spannungen und einer Entspannung der Rolle und Bestimmen auf der Grundlage des Berechnungsmodells (23), ob die Rolle während der Endanwendung beschädigt wird, und Wählen einer WOT-Kurve, die eine beschädigungsfreie Endanwendung (24) der Rolle sicherstellt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausführen auf der Grundlage von einem WOT-Modell (33) von einer Initialisierung (32) einer Iteration für die Wahl des Wickelrezeptes (13) und Sicherstellen, dass die gewählte WOT-Kurve der WOT-Referenzkurve entspricht, und Bringen des gewählten Wickelrezeptes zur Anwendung.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Laufens des Aufwicklers ein gewähltes Wickelrezept (42) zur Anwendung geladen wird und während des Laufens überwacht wird, ob die gemessene WOT-Kurve entsprechend der WOT-Referenzkurve verwirklicht wird, und wobei erforderlichenfalls ein gewähltes Wickelrezept (46) korrigiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Messen einer Innenspannungsverteilung (44) der Rollen und/oder Berechnen mittels des Belastungsmodells (14) von Kräften, die auf die Rolle während des Wickelns gerichtet sind, und Abschätzen mittels des Modells (22) der Entspannung der Innenspannungen während des Transportes und Berechnen mittels des Belastungsmodells (23) von Kräften, die auf die Rolle bei der Verbraucher-Finishing-Vorrichtung der Papierfabrik gerichtet sind, wodurch mittels des Modells (23) eine Vorhersage über das Laufverhalten für die Endanwendung der Rolle vorgesehen wird, und auf der Grundlage des Modells (14, 23) das Wickelrezept (13) bestimmt wird, das ein beschädigungsfreies Endanwendungslaufverhalten bei der Finishing-Vorrichtung vorsieht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen der Startdaten (11), wobei auf der Grundlage von ihnen das Wickelrezept (13) gebildet wird, wobei das Wickelrezept eine Iteration erfährt durch eine Iteration der WOT-Kurve (WOT = Wound-On-Tension = Aufwickelspannung) (12) zum Berechnen der Spannungen der Rolle und der Entspannung (23) der Rollenspannungen, und auf der Grundlage des Modells (23) erfolgendes Abschätzen, ob die Rolle beschädigt wird, und nötigenfalls Erzeugen einer neuen WOT-Kurve (25) und Bestimmen des Wickelrezeptes (13) mit der Hilfe des WOT-Modells, wobei auf der Grundlage dieses Wickelrezeptes (13) der Aufroller (15) gesteuert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Laufens des Aufrollers überwacht wird, ob eine erzeugte WOT-Kurve (45) verwirklicht wird, und wobei erforderlichenfalls die Wickelparameter (46) derart korrigiert werden, dass die gemessene WOT-Kurve der abgeschätzten WOT-Kurve entspricht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Iteration des Wickelrezeptes (13) bei jedem Lauf fortgesetzt wird und, sofern erforderlich, eine neue WOT-Kurve bei einer Änderung der Papiersorte bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) indirektes Messen in drei oder zwei Dimensionen von der Innenspannungsverteilung (44) der Rolle, die aufgewickelt wird, (b) durch das Rollenbelastungsmodell (14) erfolgendes Berechnen von den Innenspannungen, die durch Kräfte verursacht werden, die auf die Rolle während des Wickelns gerichtet sind, (c) Abschätzen (23) der Entspannung der Innenspannungen einer fertigen Rolle, bevor die Rolle bei der Verbraucher-Finishing-Vorrichtung der Papierfabrik verarbeitet wird, und (d) mittels eines Rollen- und Abwickelvorrichtungsbelastungsmodells erfolgendes Berechnen von den Spannungen und Versetzungen, die auf die Rolle während des Abwickelns (23) gerichtet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die Startdaten (11) über die Papiersorte erhalten werden durch außerhalb der Fertigungslinie und innerhalb der Fertigungslinie stattfindende Messungen einer Papierverarbeitungsanlage, die dem Aufwickler vorangeht, und durch Messungen bei der Rollenschneidmaschine selbst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte für das Wickelrezept (13) auf der Grundlage der Basisdaten bestimmt werden, die durch physikalische Eigenschaften der Wickelvorrichtung und durch das Belastungsmodell (14) erhalten werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: bei Strukturmodellen des Aufwicklers und der Finishing-Vorrichtung erfolgendes Berechnen von Rutschvorgängen und/oder anderen Beschädigungsmechanismen, die innerhalb der Rolle erzeugt werden.