自適應恆定勻漿機強度控制系統的製作方法

2023-04-25 13:03:11

專利名稱:自適應恆定勻漿機強度控制系統的製作方法
本發明涉及一種勻漿機控制系統，更確切地說，是涉及一種自適應勻漿機控制系統，該系統能根據實時過程測量數據和各種可調常數運轉，從而給出一個計算出的主驅動速度，這個主驅動速度與勻漿機的主驅動電機給出的能量有關。
當今，造紙廠在勻漿工藝上面臨的基本問題是保持一定的勻漿強度，勻漿強度是勻漿板結構和加至造紙原料上的淨能量的函數，對於特定型號的紙，在不同的生產率下，勻漿強度不變。並利用同樣的勻漿設備，可以在不同的每噸馬力日能耗和不同的勻漿強度值下，以不同的生產率生產另一型號的紙。現有技術使主驅動電機保持恆定速度，因此，為了改變生產率，必須調整勻漿機的功率，以獲得所需的每噸馬力日能耗，但是，因為速度並未改變勻漿機強度實際上保持不變。
在上述條件下，造紙廠的工作人員必須不斷地調節勻漿機功率，以試圖為得到所希望的結果，找出勻漿機的最佳工作狀態。這種工作狀態常常導致能源的浪費。
本發明的目的就是提供一種勻漿機強度控制系統，該系統能自動適應特定的勻漿機要求和工藝過程。
上述的目的，是通過一種自適應恆定勻漿機強度控制系統達到的，在這種系統中，採用了一種可變速驅動電機，並使得包括下列問題在內的許多問題得到解決1、確定主驅動電機應具有的旋轉速度，使該速度與加至勻漿機的淨能量有關;
2、實時地確定空載馬力，並根據這一數據實現勻漿機總能量需求的最佳化;
3、確定加至勻漿機的實際淨能量;
4、確定調節機構所需的速度，該速度必然反比於主驅動電機的能量大小，從而對控制系統穩定性具有無限的可調速度範圍。
更確切地說，本發明的目的，就是通過對許多獨特算法的求解，而使上述問題得到解決之後實現的，這些求解值由實時過程測量和可調常數導出，這將產生一個與主驅動電機給出的淨能量有關的計算出的主驅動速度。
於是，控制系統的精度，取決於精確地確定空載馬力。因此，採用一個獨特的線性方程來確定空載馬力。為此建立了一個代表實時過程「指紋」的二維數組，該指紋考慮了對一給定的每噸耗能量時各種速度的空載功率，還考慮了其他機械和水力損耗。
利用流量和稠度的實時測量數據，求解整個空載馬力方程，最後的精度可以進一步改善，並能自適應。
利用計算得到的空載馬力和由驅動電機測得的實際功率，現在便可以算出實際的每噸淨馬力日能耗。
上面所述的一系列的計算結果，又被用作反饋信號，指示出設定點的每噸馬力日與實際的每噸馬力日之差。通過調節有關勻漿部件，就會達到平衡狀態。
與此同時，對淨能量進行調節，對所需速度的方程進行求解。所需的速度是勻漿板翼片每轉交割英寸長度的函數，對每種勻漿機板結構，每一淨馬力數值和強度因子而言，為一常數，這裡，淨馬力是前面解釋過的計算結果，而強度因子為一數字常數，代表所希望的實際纖維的形成情況。
剛剛所述的計算結果，就是在不同的任一組條件下驅動電機所需的速度。
為了保證算得的結果能被末級控制元件，即勻漿機傳動電機精確地執行，故採用一種變速調節裝置。實際的傳動電機速度，是主驅動電機提供的功率的反比函數，它也是一個可調常數，當所加功率增加時，它能使調節裝置的旋轉速度變慢。這一獨特性能，消除了控制不穩定性的通常原因，當驅動電機工作在等於或接近於其滿載功率，且勻漿機部件被調節在某一預定的恆定速度時，就會產生這種不穩定性本發明的其他一些目的、特徵和優點、它的組成方式、結構和操作原理等，從以下的詳細介紹，並結合參考相應的附圖，將會獲得最好的了解。
圖1A和圖1B是依據本發明所設計的，聯接至勻漿機，並根據實時過程測量數據，對勻漿機進行控制的自適應恆定勻漿機強度控制系統的方塊圖;
圖2是勻漿機勻漿板的局部平面圖;
圖3是本發明的簡化方塊圖。
概括地來說，本發明就是提供一種方法，使其能夠在不同的生產率和不同的外加功率條件下，對通過園盤勻漿機的紙漿原料，維持勻漿強度不變。這是通過採用一種控制方案和幾種獨特的控制算法而實現的，控制方案和控制算法的結合，其結果使得勻漿機部件的旋轉速度與主驅動電機所給出的功率相關。勻漿強度定義為所加的淨勻漿功率被單位時間內翼片(勻漿機部件)交割數除得的商(IC/REV)淨勻漿功率定義為主驅動電機總馬力減去空載馬力。空載馬力是指旋轉勻漿機部件以克服各種阻力所需的功率的和，這些阻力包括勻漿機部件之間紙漿與襯墊摩擦所產生的力，支承摩擦，空氣阻力和內部湍流，以及其他一些還不完全清楚的微小因素所產生的阻力。本發明提供一種能建立工藝過程設定點的方法，首先計算出勻漿機所需的功率，然後調節勻漿機部件的速率，該速率取決於外加功率的大小，利用上述確定空載馬力的獨特的指紋法來確定有效的淨馬力，最後算出在不同的工藝條件下，為維持勻漿強度恆定所需的主驅動電機的旋轉速度。
參照圖1A和1B，自適應恆定勻漿機強度控制系統的各組成單元，可分述如下。
方式選擇圖中10所表示的是方式選擇單元，通過人工選擇控制方法，(即排水度控制，分層真空控制，每噸馬力日控制和其他控制)，該單元能提供一種裝置，指示出控制系統工作於何種方式。這裡採用一種項目表式的格式，一旦工作方式選定以後，各傳感器就將確定適當的定標數和範圍數，通過有關的軟體子程序，賦給系統的設定點部分。
工藝過程設定點工藝過程設定點單元12是一個確立所需的勻漿強度的裝置。
當每噸馬力日(HPDT)工作方式選定以後，比例、積分，微分功能電路就不再需要，因而被旁路，因此允許所需的HPDT設定點值直接由可編程序的勻漿機控制器(PRC)14接收。
可編程序勻漿機控制器可編程序勻漿機控制器14，接收所需的功率設定點的數據，即工藝過程設定點單元12的輸出，作為本身的輸入信號。反饋信號或者是計算得到的淨每噸馬力日，或者是有效的淨馬力，這將隨選定的工作方式而定，下面在方式選擇小標題下，將加以介紹。
根據反饋信號與設定點信號的偏差，PRC單元14將應園盤定位設備的要求，產生修正操作，而增加或減小相應的勻漿機部件的位置，直至滿足平衡條件。勻漿部件重新定位的速率，將由計算傳動電機速度單元16所決定。
計算傳動電機速度單元計算傳動電機速度單元16，從實際淨馬力單元18，接收實際淨馬力信號，然後經過獨特的線性方程運算，確定出調節勻漿板的傳動電機旋轉速度。計算傳動電機速度的方程，使傳動電機的速度作如下的逆變，即主驅動電機功率的增加，將使調節勻漿板的傳動電機旋轉速度降低。這一實際方法，在1984年10月12日提出的，序號為No·660，522的另一份專利申請中已作了介紹，此處引作參考。
勻漿機板調節單元勻漿機板調節是利用一個通用電機起動器和反向組合開關21實現的。旋轉方向和持續時間由勻漿機所需功率單元20確定，與此同時，傳動電機的速度，由計算傳動電機速度單元16預置並自動調整。
空載馬力空載馬力單元22，代表一種精確計算空載馬力數值的獨特的方法，在大多數條件下，空載馬力是一個變量，它的值隨主驅動電機的負荷百分比而變。空載馬力一詞，上面已作了定義。為了精確確定淨馬力，必須在主驅動電機的整個負載範圍，保持其數值精確。這一數值的確定，是通過所謂的指紋記錄的技術實現的，指紋記錄就是將主驅動電機在各種遞增速度下的所有空載馬力數值，排列成數組。於是矩陣就正確地表示出受控機器的空載馬力並考慮到該特定機器的各種已經明確和還不明確的損耗因素。
矩陣含有兩組信息，這兩組信息分別記錄了在特定瞬時的速度和在同一瞬時的相應空載功率數值。
這一信息，連同可變速驅動系統的實際速度測量數據，加上正比於原料稠度和原料流量的測量信號，便得出了空載馬力數值。為了能夠表示出稠度和流量的變化對實際空載馬力的影響，必須利用實際原料稠度和流量的測量信號。
確定空載馬力的整個步驟，可以用以下關係式表示
這裡，KC為可調馬力常數，用來調節稠度的變化對空載馬力的影響CA為實際稠度;
CT為設定點稠度或稱目標稠度;
KF為可調常數，用來調節流量的變化對空載馬力的影響;
FA為實際流量;
FT為目標流量的設定點A為由實際的測量變量RPM所選定的功率的矩陣值;而RPM為速度的測量變量。
錶速度空載馬力數組數據點 RPM A1 900.0 180.02 899.5 179.83 899.0 179.44 898.5 179.25 898.0 179.06 897.5 178.87 897.0 178.68 896.5 178.49 896.0 178.210 895.5 177.811 895.0 177.412 894.5 177.213 894.0 176.799 401.0 131.0100 400.0 130.0實際淨馬力主驅動電機所消耗的實際淨馬力，由下列關係式確定實際淨馬力＝ (實際功率)/0.746 -空載馬力實際算得的淨馬力被作為反饋信號，送至傳動電機速度計算單元勻漿強度計算單元，PRC單元和百分比淨馬力單元。
百分比淨馬力百分比淨馬力單元24，用於確定由主驅動電機所消耗的淨馬力的百分比。它的值由下列關係給出百分比淨馬力＝100( (實際淨馬力)/(K3) )實際淨馬力由前面的關係式導出，常數K3為可調常數，它表示有效的淨馬力。
百分比流量百分比流量單元26，用於及時地確定給定瞬時的實際流量，並將該值換算成最大流量的百分比。該值由下列關係給出百分比流量＝100( (實際流量)/(K4) )實際流量的數值，可以利用諸如磁流量敢應計之類的通用流量(質量)測量裝置得到。
在上面的方程中，K4為一可調常數，它表示流量測量裝置的標定範圍。
百分比淨每噸馬力日百分比淨每噸馬力日單元28，根據及時測得的任一給定時刻進行加工的原料的流量率(T/D)和稠度，計算由主驅動電機提供的實際淨每噸功率日。百分比淨每噸馬力日由下列關係式導出百分比淨每噸馬力日(％NHDT)=( (百分比淨馬力)/(［(C×P1)+P2］) )(百分比流量×0.06)這裡C為測得的稠度值;
P1等於(1-P2)/50;
P2等於最低稠度/平均稠度;
百分比流量為計算所得的百分比流量的結果值;
0.06是1/16.62的小數表示。
上述計算百分比淨每噸馬力日的方程的使用權，不是本發明特定的權利要求
範圍。這一方法，已由加裡·弗勞爾先生(Mr.Gary Flohr)在他的美國專利申請No.370，577號中作了說明，並作為權利要求
提出，該專利申請於1982年4月19日提出，於1984年8月28日批准，此處引作參考。
勻漿強度計算由單元30算得的勻漿強度的值，是表示主驅動電機旋轉速度的信號，該速度維持等量關係。主驅動電機所需的旋轉速度，由下列關係式確定RPM(轉/分)(速度)＝ (實際淨馬力)/(IC/REV×強度因子)
這裡淨馬力為實際淨馬力計算的結果;
IC/REV為可調常數，它取決於勻漿部件結構的形狀。
強度因子＝ (實際淨馬力)/(IC/REV×RPM)強度因子為一可調常數，它表示原料通過圓盤勻漿機和勻漿部件之後所要求的結果。
比例，積分，微分(PID)除了與本發明的其它裝置相組合的情況以外，這裡不打算以任何方式對多年來為這一領域的專業人員所熟知的常規PID功能電路提出權利要求
。這些常規功能電路用於本發明中，是為了改善整個控制效果。所有這些功能電路，連同它們的定義，在此給出，是為了對本發明更易於理解，它們用單元32表示。
術語「比例」或「增益」是指由於比例控制作用而產生的輸出變化對輸入變化之比。
術語「積分」是指以下的控制作用，即輸出變化率正比於輸入。
術語「微分」是指由比例控制作用和微分控制作用兩者所產生的最大增益對僅僅由於比例控制作用而產生的增益之比。
上述三種控制功能，在一定的範圍內，是有限可調的，它是工藝過程中協調操作控制方案的一種手段。
類似的電路34，用於根據單元30的速度計算，對主驅動電機速度設定點進行控制。
硬體控制電路上述的單個控制電路或裝置，可以由各種不同電路組成，不過，確定無疑的是，計算工作可以很容易地利用計算機，比如用DEC(數字設備公司)PDP11-23E型計算機進行。PDP11-23E計算機系統，包括一個1兆軟盤驅動器，A/D(模-數轉換)輸入卡，D/A(數-模轉換)輸出卡，一個RSX作業系統，和一個Pascal語言(UCSD)編輯程序。
主電機驅動組件36選定的主電機可變頻驅動組件，是裡拉因斯電氣公司(Reliance Electric·)提供的600馬力可變頻控制器。
傳動電機驅動部件20選定的傳動電機驅動部件20，是愛莫森電氣公司(Emerson Electric Co.)提供的型號為AS270-OTB的5馬力可變頻控制器。
傳動電機調節盤18傳動電機調節盤，由貝勞依特公司(Beloif Corporafion)按圖號D42-400788製造，並有現貨供應。
可編程序勻漿機控制器PRC14可編程序勻漿機控制器，由貝勞依特公司(Beloif Corporafion)按圖號D42-400983-G1製造，並有現貨供應。
功率信號傳感器36選定的功率信號傳感器，是由哥倫布科學公司(ScientificColumbus)製造的，型號為XL。
稠度傳感器38稠度傳感器38，由德組裡克公司(Dezurik Corporafion)製造，型號為710BC。
流量傳感器40流量傳感器40，於福克斯博羅公司(Foxboro Company)製造，型號為2800。
排水度傳感器42選定的排水度傳感器，為美國麻薩諸塞州勞倫斯市波爾頓愛莫森公司(Bolfon Emerson Companyof Lawrence，MA.)所製造，型號為Maxk III。
分層真空傳感器44選定的分層真空傳感器44，用來檢測分層輾46的真空，它由美國麻薩諸塞州福克斯博羅市福克斯博羅公司(Foxboro Company of Foxboro，MA)製造。
當然，判定單元52，54和56是PDP11-23E計算機的組成部分。
其他的工作部件是主驅動電機48，和勻漿機50，勻漿機50包括勻漿機傳動電機52。
工作方式正如上面所指出，PDP11-23E型計算機，被選擇用來完成自適應恆定勻漿機強度控制任務。但上面也已提到，PDP11-23E型計算機，並不是完成這一任務的唯一設備。那些在儀器運用方面具有一般知識的人員，利用模擬或數位技術以及適當選定的硬體，就能完成上面詳細介紹的控制任務。
以下介紹的工作原理，是基於數字電路技術，將以詳細的方塊圖和基本知識加以介紹。最後一部分，將所有各種工作方塊圖聯繫起來從而給出完整的系統工作方法。因此，圖1A，圖1B，和圖3表示出系統的硬體以及說明系統工作方式的流程圖。
方式選擇，設定點，判定控制系統的方式選擇部分，是利用一隻聯結至計算機的陰極射線管(CRT)終端來完成的，這一終端由10表示。軟體模塊向操作人員提供一種相互對話程序，要求操作人員從鍵盤(單元10的一部分)輸入指令，以建立起控制系統的工作方式，如，HPDT方式;分層真空方式;排水度控制方式;以及其他方式。
控制技術中的選擇方式，設定點以及判定部分，在圖1A中，由單元10，12和52表示。
利用初始控制時所接收到的交互數據，即產生下一個項目表和對話，在其期間，將選擇適當的子程序，以確定出為選定的工作方式所需的正確的定標數據和常數。與此同時，根據同樣的輸入數據做出各種判定。
輸入項目表分類分類說明1234選擇1？
控制方式選擇1、選擇勻漿機？2、希望運行在HPDT方式 是/否？3、希望運行在排水度方式 是/否？4、希望運行在分層真空方式 是/否？5、希望運行在「其它」方式 是/否？你已為第_號勻漿機選擇了_方式你的選擇正確與否？ 是/否？開始相互對話1、已選擇的類別是_選擇正確與否？ 是/否2、希望啟動自動控制嗎？ 是/否3、是＝「自動控制啟動」子程序A4、否＝轉向重新調整常數子程序子程序「B」空載馬力和實際淨馬力空載馬力單元22和實際淨馬力單元18，是與判定單元54一道執行的，判定單元54的執行，需利用根據實時數據搜集技術建立起來的速度、功率數據數組，並對前述空載馬力單元22和實際淨馬力單元18建立的空載馬力方程的連續不斷的求解。
根據這些單元及由此而建立起的方程和被稱作為「指紋」的速度功率數據矩陣，對於不同的電機和勻漿機，給出空載馬力數值的空載特性曲線，這一曲線復蓋了可變速主驅動電機48的整個速度範圍。以這種方式得出的曲線，考慮到了前述中所描述的各種原因產生的所有功率損失，它代表了在各種驅動速度下真正的空載馬力數值。
下表表示出實現指紋記錄操作的典型偽操作碼。這種指紋記錄操作，在啟動自動控制之前，只需進行一次。只有當發生機械變化時，即當採用較大功率的電機或不同結構的勻漿機部件時，才需重覆指紋記錄操作過程。
偽操作碼1、啟動主驅動電機，並將其加速至最大速度，啟動原料泵。
2、檢測入口壓力和稠度是否在規定範圍之內。
3、將電機按一定增量減速。
4、讀出在每增量時電機的功率和速度P(1)S(1)，等。
5、過程完結之後，將控制轉向輸入項目表分類。
本專業的技術人員都清楚，以速度，功率數據組成的數組建立起的數據點的數目，對形成的曲線的精度，有著很大的影響。一組典型的指紋記錄數據數組，將在下面介紹空載馬力單元中給出，並將在本文的其餘部分，說明控制過程的實際操作。以方程形式表示的算法，不是在所有情況下，都可以被簡化，為的是更透徹地理解其概念。
空載馬力單元22的操作過程如下。
1、將輸入速度值賦於程序變量AlN。
2、利用常規的數組搜尋工藝方式，在指紋記錄操作過程中，將變量A的值與數組中的電機速度數值加以比較。
3、找出與程序變量AlN所含的值最相匹配的點，並將在該點的功率值賦予程序變量AOUT。
4、求解空載馬力方程，並將求得的值賦予程序變量NLHP。
下面用數值說明上面介紹的操作過程。
這裡CA等於由稠度感應器38測得的實際稠度;
CT等於設定點稠度;
FA等於由流量感應器40測得的實際流量;
FT等於設定點流量;
KC為可調常數，它表示稠度的變化在處理不同原料時對校正的空載馬力值的影響;
KF為可調常數，它表示流量的變化在處理不同原料時對校正的空載馬力值的影響;
AOUT為AlN變量與數組速度(RPM)值相匹配的點處的存入數組中的數組功率值。
空載馬力(NLHP)-數據數組AlN RPM AOUT898.9 900 180.0899.5 179.8899.0 179.4898.5 179.2898.0 179.0
897.5 178.8897.0 178.6896.5 178.4896.0 178.2895.5 177.8895.0 177.4894.5 177.2894.0 176.7KC＝0.1KF＝2計算結果AlN AOUT CA CT FA FT KC KF NLHP898.5 179.2 3.5 3.5 1000 1000 0.1 30 179.2898.5 179.2 4.0 3.5 1000 1000 0.1 30 181.7898.5 179.2 3.0 3.5 1000 1000 0.1 30 176.7898.5 179.2 3.5 3.5 1200 1000 0.1 30 182.5898.5 179.2 3.5 3.5 900 1000 0.1 30 177.5898.5 179.2 3.2 3.5 1100 1000 0.1 30 179.5上述的計算結果表明，當稠度和流量兩個值是方程的主動輸入量時，上述的方程能得到一個本質上是自適應的結果。上述的計算還給出了求解精確空載馬力值的步驟，空載馬力值是整個控制技術的綜合性的並且是重要的部分。兩個常數KC和KF為經驗數據，必須通過實際試驗決定。
實際淨馬力實際淨馬力的值由下列方程決定。
ANHP＝( (功率)/0.746 )-NLHP這裡ANHP是實際淨馬力;
功率是由實際瓦特測量裝置(功率感應器36)所測得的實際千瓦值;
0.746是根據由千瓦向馬力轉換的定義導出的轉換因子1馬力＝33，000英尺-磅/分，1馬力＝550英尺-磅/秒，1馬力＝746瓦特，1馬力＝0.746千瓦，且NLHP是上面對NLHP(空載馬力)求解的結果。
藉助於上面計算實際淨馬力的方程，下面用數字說明如何利用空載馬力計算的結果，這裡假定電機的馬力是1000馬力。
功率(千瓦) 馬力 NLHP ANHP745KW 998.6 179.2 819.4600KW 804.2 181.7 622.5500KW 670.2 176.7 493.5
上面的計算結果表明，所述的方程，是這樣求得實際淨馬力值的，即將千瓦先轉換成馬力，然後減去空載馬力計算的結果值。
百分比淨馬力，百分比流量，百分比淨每噸馬力日百分比淨馬力，百分比流量和百分比淨每噸馬力日，分別由圖1A中單元24，26和28在具有從流量傳感器40和稠度傳感器38附加輸入的條件下提供給每噸馬力日方式，如上指出，只有當HPDT(每噸馬力日)工作方式被選定以後，上述各單元才執行。將數值轉換成百分比本身並無獨特之處，但卻是本發明的一個特徵。
百分比淨每噸馬力日百分比淨每噸馬力日單元28，是美國專利4，184，204中公開的方法的通用改進型，該專利於1980年1月15日授予加裡·弗勞爾(Gary Flohr)，並轉讓給本發明的同一被轉讓人，這裡引入以作參考。
本單元的目的是，利用在美國專利4，184，204中公開的獨特的方法，將輸入過程測量信號轉換成淨每噸馬力日的值。這一方法的改進之處在於，將所得到的值進行百分比轉換，以適應本發明操作的需要，還有，提供給該單元用於求解其方程的可變百分比淨馬力的形式，是由上面描述百分比淨每噸馬力日導出，利用百分比淨馬力，百分比流量和百分比稠度測量及其比值得到的。
百分比淨馬力百分比淨馬力單元24，直接把單元22和18所確定的值轉換成百分比。在下面給定的百分比淨馬力方程的數字實例中，常數K3是可調的，表示有效淨馬力。有效淨馬力可以表示成主驅動電機48的最大額定馬力減去它的空載馬力，假定電機馬力是1000馬力，它的空載馬力是180馬力，則常數K3等於820馬力。假定實際淨馬力等於600馬力，那末百分比淨馬力＝實際淨馬力/K3百分比淨馬力＝100(600/820)百分比淨馬力＝73.1%百分比流量百分比流量單元26，提供一種轉換過程，利用由流量傳感器40接收到的流量測量結果和可調常數K4，給出百分比流量的數值表示式。常數K4表示流量測量裝置的標定範圍。實際流量是流量測量裝置在任一特定時刻的輸出值。如果假定流量測量裝置的標定範圍是1000GPM(每分鐘加侖數)，實際測得流量為800GPM，則百分比流量＝100×(800/1000)百分比流量＝80%傳動電機速度，可變速驅動和傳動電機勻漿板調節這些功能分別由圖1B中單元16，20和21表示。這些功能已在我的1984年10月12日提交的在先的申請No.660，522號中公開了，此處引作參考。本發明控制過程中採用了這些技術，目的為了增強其整個操作性能，下面分別用數字實例加以介紹。
傳動電機速度該部分控制系統，是基於利用各種計算方法，連續求解線性方程以獲得表示所需的傳動電機速度的結果。這一技術的核心思想是，根據勻漿機主驅動電機功率的大小，反比例地改變傳動馬達的輸出速度。基本線性方程表示如下
GMSR＝GMSMX-〔(ACMMP/AVMMP)/GMSMX〕+GMSMN這裡GMSR＝所需要的傳動電機速度;
GMSMX＝最大傳動電機速度〔一個表示傳動電機最大RPM(每分鐘轉數)輸出的可調常數〕;
ACMMP＝實際主電機功率(由勻漿機主驅動電機給出的功率的實時測量值);
AVMMP＝有效主電機功率(一個可調常數，它以千瓦的單位表示勻漿機驅動電機能給出的最大功率);
GMSMN＝最低傳動電機速度(一個包含在可變頻驅動控制器中的可調常數)。
典型實例假定主驅動馬力＝200最大有效功率＝200馬力×0.746＝149.2千瓦最大傳動電機速度＝900RPM(轉/分)最低傳動電機速度＝50RPM(轉/分)傳動電機速度範圍＝900RPM-50RPM＝850RPM(轉/分)最大調定速度＝850RPM假定空載馬力＝70馬力×0.746＝52.2千瓦。
主電機 主電機 最大傳動 最低傳動 傳動電機功率 功率 電機速度 電機速度 速度(實際) (有效)149.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 50RPM
139.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 106RPM129.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 163.8RPM119.2KW 149.2KW 850RPM 50RPM 220RPM上述例子表明，隨實際測得的主電機功率的變化，傳動電機的輸出速度以反比變化。
可變速驅動可變速驅動單元20，代表一個通用可變頻驅動控制器。生產這種驅動控制器的廠家有好幾個。可變速驅動控制器的測量要求如下1、必須能接收由傳動電機速度計算單元給出的遙控信號;以及2、可變速驅動控制器的規格必須能適應各種馬力的傳動電機的功率要求。
如前面所指出，選定的傳動電機可變頻驅動部件為愛莫森電氣公司(Emerson Elecfric CO.)提供的5馬力可變頻控制器，其型號為AS270-OTB。
傳動電機勻漿板調節傳動電機勻漿板調節單元21是一組電機啟動器和反向開關，它從可編程序勻漿機控制器14接收其操作指令。
如前面所指出，傳動電機勻漿板調節盤，由貝勞依特公司(Beloif Corporafion)按圖號D42-400788製造，並有現貨供應，這是一種可以在實施本發明中使用的典型傳動電機勻漿板調節部件。
可編程序勻漿機控制器如前面所指出，以微處理機為基礎的可編程序勻漿機控制器，由貝勞依特公司(Beloif Corporafion)按圖號D42-400983-G1製造，並有現貨供應。簡單說來，它的操作內容，包括下面幾部分由遙控源接收一個輸入信號，將此信號與從控制裝置得到的測量信號加以比較;然後藉助於速度和旋轉方向兩信號對圓盤定位裝置，實現修正操作。這也是一種可以在實施本發明中使用的典型控制器。
勻漿強度計算下面介紹的驅動速度計算是一種確定主驅動電機48的所需旋轉速度的獨特方法，主驅動電機48與圓盤勻漿機50相連，以便在不同的工藝條件下，維持恆定的勻漿強度。
勻漿強度先前在一般描述中已作了定義，即它等於所加的淨勻漿功率被單位時間內翼片(勻漿部件)交割數除得的商。
所需的速度，是對下列獨特方程的連續求解的結果。
RPM(轉/分)(速度)＝ (實際淨馬力)/(IC/REV×強度因子)這裡實際淨馬力是上面介紹的實際淨馬力方程求解的數學結果;而IC/REV是每轉交割英寸長度(勻漿部件翼片在轉子部位的數目，乘以翼片在定子部位的數目，再乘以勻漿部件在每一區域翼片的長度，將不同區域中的上述乘積相加)。最後將加得的結果乘以每分鐘轉數即每分鐘交割長度IC/M。
參照圖2，可得下列式子IC/M＝2〔(BRⅠ×BSⅠ×LⅠ)+(BRⅡ×BSⅡ×LⅡ)+(BRN×BSN×LN)〕×RPM這裡BRⅠ＝區域Ⅰ中轉子部位翼片數目;
BSⅠ＝區域Ⅰ中定子部位翼片數目;
LⅠ＝區域Ⅰ中翼片長度;
RPM＝每分鐘轉數。
計算實例區域 BS× BR＝ BSBRⅠ 152 208 31，616Ⅱ 225 208 46，800Ⅲ 222 208 46，176Ⅳ 204 192 39，168
Ⅴ 188 176 33，088Ⅵ 28 40 1，120/197，968197，968×2＝395，936 IC/REV強度因子為一經驗可調常數，用以描述由勻漿過程獲得的希望的結果。這一因子可由下列關係給出強度因子＝ (實際淨馬力)/(IC/REV×RPM)利用前面用過的同樣的馬力和RPM值，下面將導出強度因子，並將把它用於本文的其餘部分敘述中。假定電機的馬力為1000馬力，實際淨馬力為819.4馬力，主驅動電機48的速度為900轉/分，則強度因子IF為IF＝819.4/(395936×900)IF＝23-5如上所述，該因子是三個變量的組合，即與勻漿機部件有關的量IC/M和轉速RPM，當這些量互相組合時，將能產生所希望的最終產物。
導出強度因子之後，驅動速度可計算如下RPM(轉/分)(速度)＝ (實際淨馬力)/(IC/REV×強度因子)RPM＝819.4/(395936×23-5)RPM＝899.794
算得的速度，現在可以作為比例，積分，微分(PID)功能單元34的設定點數值。由比例，積分，微分(PID)單元34計算後的輸出，被加至可變速驅動控制器36的速度設定點部分。反饋信號再由單元36返回至比例，積分，微分(PID)單元34，以保證該驅動速度就是由比例，積分，微分(PID)單元34所確定的值。
參看圖3，圖中給出的控制系統，是以下幾個部分的組合即工藝過程的實際測量，用於確定各種量值的獨特的算法，以及實現為圓盤型勻漿機提供自適應恆定強度控制所需結果的控制硬體。圖3將整個發明的詳細內容，匯集成一簡化的方塊(流程)圖。每個方塊的作用已在上文作了說明。如前所述，本發明的目的，就是提供一種控制系統，該控制系統通過利用排水度控制，每噸馬力日控制，分層真空控制，以及其他控制的幾種基本控制方式之一，能自適應地在各種工藝條件下，維持恆定的勻漿強度。
如圖3所示，它所包含的基本步驟如下1、操作人員啟動基本控制方式，並為選定的方式確立設定點值;
2、當過程測量值不等於設定點值時，勻漿板調節控制系統將以勻漿板調節速度的計算確定的速率改變勻漿部件的位置。而勻漿部件位置的變化，將引起主驅動功率的改變。
3、主驅動功率的變化被空載馬力計算單元和實際淨馬力計算單元所識別。於是新的空載馬力值被用於進行實際淨馬力計算。結果是計算值成為過程測量信號，並回送至可編程序勻漿機控制單元，使控制系統平衡在設定點的數值上;
4、重新算得的實際淨馬力值，還被送至速度計算單元以進行速度計算，於是產生一個新的速度設定點數值;
5、主驅動電機可變速控制器，接收速度計算單元的輸出和比例積分，微分功能電路的指令後，再調節本身的速度。然後將新的速度值回送給速度計算單元和比例，積分，微分功能電路，從而保證恆定勻漿強度的方程兩邊相等。
本發明的意義是多方面的，它包括各種裝置和方法，採用這些裝置和方法，就能在不同的每噸耗能量和不同的外加功率條件下，對通過圓盤型勻漿機的紙漿原料，提供一個自適應控制系統，以維持恆定的勻漿強度。這些方法和裝置是1、精確確定主驅動電機的空載馬力值的方法和裝置，這是為由圓盤型勻漿機提供均勻產物而創製的整個精確控制技術的第一步;
2、控制勻漿作用強度的裝置和方法，根據變化的過程測量和所需的產物結果而工作，這是有助於獲得均勻產物輸出的另一有利條件和特徵;
3、調節主驅動電機轉速的裝置和方法，根據對獨特方程的求解而工作，這有助於提高控制系統的能力，從而在主驅動電機功率消耗低於具有固定速度的驅動電機的功率消耗條件下，獲得均勻產物;以及4、對圓盤勻漿機變量控制能力的任何改善，即是說，在給定的一組環境條件下，消耗在勻漿部件中的那部分功率，必須能改善最終產物的質量，而又具有較低的能量消耗。
雖然在介紹本發明時，列舉的是一個特定的實施實例，但是專業技術人員，在本發明的精神與範圍之內，顯然能對本發明作出很多的改變和修正。因此，我打算將那些合理而又真正地屬於我對現有技術之貢獻的範圍之內的改變和修正，包含於所授予的本專利範圍之中。
權利要求
1.一種控制造紙勻漿機的方法，該造紙勻漿機包括一個調節勻漿機板的傳動電機，並由一個主驅動電機驅動，其方法的特徵在於包括下述步驟(a)檢測勻漿機原料稠度和原料流量，並產生相應的稠度和流量信號；(b)檢測驅動電機的速度和功率，並產生相應的速度和功率信號；(c)根據稠度、流量和速度信號，產生驅動電機空載馬力信號；(d)根據功率、流量和稠度信號，將空載馬力轉換成百分比每噸馬力日，其中包括(e)根據功率信號，將空載馬力轉換成實際淨馬力的步驟；(f)由實際淨馬力以及取決於勻漿機板結構的可調常數和強度因子，產生出驅動電機速度信號，並將該速度信號，加至驅動電機上上述的強度因子，被定義為一個表示希望的勻漿結果的可調常數；(g)由百分比每噸馬力日，速度設定點，主電機功率，有效主電機功率和最大與最小傳動電機速度，產生出傳動電機速度信號，並將該傳動電機速度信號，加至傳動電機上。
2.根據權利要求
1的方法，其特徵在於，步驟(a)和步驟(b)進一步定義為(a1)產生模擬稠度和流量信號;及(b1)產生模擬速度和功率信號。
3.根據權利要求
2的方法，其特徵在於，步驟(a)和步驟(b)進一步定義為(a2)將模擬稠度和流量信號轉換成數字稠度和流量信號;及(b2)將模擬速度和功率信號轉換成數字速度和功率信號。
4.根據權利要求
1的方法，其特徵在於，步驟(c)進一步定義為(c1)根據下列關係，計算空載馬力NLH
這裡，CA為實際稠度，CT為目標稠度，FA為實際流量，FT為目標流量，KC為表示稠度的變化對空載馬力影響的可調常數，KF為表示流量對空載馬力影響的可調常數，而A為一表示在測得的驅動電機速度下驅動電機功率的值。
5.根據權利要求
1的方法，其特徵在於，步驟(d)進一步定義為(d1)根據下列關係式，計算實際淨馬力ANHPANHP＝ (功率)/0.746 -NLH這裡;功率為實際檢測的以千瓦表示的驅動電機功率，0.746為由千瓦轉換至馬力的轉換因子，NLH為空載馬力。
6.根據權利要求
5的方法，其特徵在於，步驟(d)進一步定義為(b2)根據下列關係式，計算百分比淨馬力PNHPNH＝100(ANHP/K3)這裡，K3為驅動電機最大額定馬力減去空載馬力。
7.根據權利要求
6的方法，其特徵在於，步驟(d)進一步定義為(d3)根據下列關係式，計算百分比流量PFPF＝100(實際流量/K4)這裡，K4為流量裝置的標定範圍。
8.根據權利要求
7的方法，其特徵在於，步驟(d)進一步定義為(d4)根據下列關係式，計算百分比每噸淨馬力日PNHDTPNHDT=( (PNH)/((C×P1)+P2) )(PF×0.06)這裡，PNH為百分比馬力，C為測得的稠度，P1等於(1-P2)/50，P2為最低稠度被平均稠度除得的商，PF為百分比流量。
9.根據權利要求
1的方法，其特徵在於，步驟(f)進一步定義為(f1)根據下列公式，計算驅動電機的速度RPMRPM＝ (ANHP)/(IC/REV×強度因子)這裡，ANHP為實際驅動電機馬力，IC/REV為勻漿板每轉交割英寸長度，強度因子為一描述所需勻漿結果的可調常數。
10.根據權利要求
1的方法，其特徵在於，步驟(g)進一步定義為(g1)根據下列公式，計算所需要的傳動電機速度GMSRGMSR＝GMSMX-〔(ACMMP/AVMMP)/GMSMX〕+GMSMN這裡，GMSR為所希望的傳動電機速度，GMSMX為傳動電機的最大速度，GMSMN為傳動電機的最低速度，ACMMP為實際主電機功率，AVMMP為有效主電機功率。
11.用於控制造紙勻漿機的裝置，該裝置具有一個調節勻漿機板的傳動電機，並由一個主驅動電機驅動，其特徵在於包括下述步驟;檢測勻漿機原料稠度和原料流量，並產生相應的稠度信號和流量信號的裝置;檢測驅動電機速度和功率，並產生相應的速度和功率信號的裝置;根據稠度，流量和速度信號，產生驅動電機空載馬力信號的裝置;根據功率，流量和稠度信號，將空載馬力轉換成百分比每噸馬力日的裝置，包括根據功率信號，將空載馬力轉換成實際淨馬力的裝置;由實際淨馬力以及取決於勻漿機板結構的可調常數和強度因子產生驅動電機速度信號，並將該速度信號加至驅動電機上的裝置，上述的強度因子，被定義為一個表示希望的勻漿結果的可調常數;由百分比每噸馬力日、速度設定點、主電機功率、有效主電機功率和最大與最小傳動電機速度產生出傳動電機速度信號，並將該傳動電機速度信號加至傳動電機上的裝置。
12.根據權利要求
11的裝置，其特徵在於，上述的檢測裝置，包括產生模擬稠度和流量信號的裝置，和產生模擬速度和功率信號的裝置。
13.根據權利要求
12的裝置，其特徵在於，上述的檢測裝置，包括將模擬稠度和流量信號轉換成數字稠度和流速信號的裝置，及將模擬速度和功率信號轉換成數字速度和功率信號的裝置。
14.根據權利要求
11的裝置，其特徵在於，上述的信號產生裝置包括根據下列關係式，計算空載馬力NLH的裝置，
這裡，CA為實際稠度，CT為目標稠度，FA為實際流量，FT為目標流量，KC為表示稠度的變化對空載馬力影響的可調常數，KF為表示流量對空載馬力影響的可調常數，而A為一表示在測得的驅動電機速度下驅動電機功率的值。
15.根據權利要求
11的裝置，其特徵在於，上述的轉換空載馬力的裝置，包括根據下列關係式，計算實際淨馬力ANHP的裝置，ANHP＝( (功率)/0.746 )-NLH這裡，功率為實際檢測的以千瓦表示的驅動電機功率，0.746為由千瓦轉換至馬力的轉換因子，NLH為空載馬力。
16.根據權利要求
15的裝置，其特徵在於，上述的轉換空載馬力的裝置，包括根據下列關係式，計算百分比淨馬力PNH的裝置，PNH＝100(ANHP/K3)這裡，K3為驅動電機最大額定馬力減去空載馬力。
17.根據權利要求
16的裝置，其特徵在於，上述的轉換空載馬力的裝置，包括根據下列關係式，計算百分比流量PF的裝置，PF＝100(實際流量/K4)這裡K4為流量裝置的標定範圍。
18.根據權利要求
17的裝置，其特徵在於，上述轉換空載馬力的裝置包括根據下列關係式，計算百分比每噸淨馬力日PNHDT的裝置，PNHDT=( (PNH)/((C×P1)+P2) )(PF×0.006)這裡，PNH為百分比馬力，C為測得的稠度，P1等於(1-P2)/50，P2為最低稠度被平均稠度除得的商，PF為百分比流量。
19.根據權利要求
11的裝置，其特徵在於，上述的產生驅動電機速度信號的裝置，包括根據下列關係式，計算驅動電機的速度RPM的裝置，RPM＝ (ANHP)/(IC/REV×強度因子)這裡，ANHP為實際驅動電機功率，IC/REV為勻漿板每轉交割英寸長度，強度因子為一描述所需的勻漿結果的可調常數。
20.根據權利要求
11的裝置，其特徵在於，上述的產生傳動電機速度信號的裝置，包括根據下列關係式，計算所需要的傳動電機速度GMSR的裝置GMSR＝GMSMX-〔(ACMMP/AVMMP)/GMSMX〕+GMSMN這裡，GMSR為所希望的傳動電機速度，GMSMX為傳動電機的最大速度，GMSMN為傳動電機的最低速度，ACMMP為實際主電機功率，AVMMP為有效主電機功率。
專利摘要
本發明提供一種方法和裝置，能在不同的每噸能耗和不同的外加功率條件下，對通過圓盤型勻漿機的紙漿原料，維持其恆定的勻漿強度。本系統利用一種控制方案和幾種獨特的控制算法的結合，使得勻漿機部件的旋轉速度，與驅動電機所消耗的功率有關。本發明的基礎為勻漿強度，它定義為所加的淨勻漿功率被單位時間內翼片(勻漿部件)交割數相除所得的商。該系統為一自適應控制系統，它是根據對勻漿過程的實時測量進行控制的。
文檔編號B02C25/00GK86100491SQ86100491
公開日1986年8月6日 申請日期1986年1月22日
發明者老約翰·麥可·埃勒裡 申請人:美商貝洛特公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan