双向控制辅助造纸

造纸是一项精密操作。纸张的重量、水分和厚度必须从一卷纸的开始到结束，以及在纸的宽度上保持一致。各种各样的控制技术已经发展起来，以保持纸张的质量，不仅在纸张移动的方向上，而且在交叉方向上。

通过万斯VanDoren 二三年二月一日

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造纸是一项精密操作。纸张的重量、水分和厚度必须从一卷纸的开始到结束，以及在纸的宽度上保持一致。各种各样的控制技术已经被开发出来，以保持纸张的质量，不仅是在纸张的移动方向，而且在横向也

所附的插图显示了一台具有执行器和传感器的造纸机，需要执行各种交叉定向(CD)控制功能。每个控制者都有不同的目标和实现目标的不同策略。

看看变量

纸张的重量决定了它是否适合特定的应用。一张新闻纸的重量约为45克，平装书封面的重量约为300克，纸板的重量约为450克。纸张重量的变化也会影响它的其他性能。

纸张重量的CD控制是由顶部的驱动器来完成的压头箱。重量控制执行器的功能是在改变纸浆性质的情况下，实现纸浆纤维在支撑纸浆的钢丝带宽度上的均匀分布。由于重量控制驱动器位于最远的上游，重量控制的动态必须补偿一个重要的运输延迟或死时间结果是纸张在到达扫描传感器之前穿过整个机器。

由于原料的性质，纸浆库存的特性随时间而变化。接近系统尽可能地保持所输送物料的一致性和排水特性不变，但不可避免地会发生变化。此外，纸浆在头箱和金属丝带上的流动会使木纤维在横向上分布不均。基础重量的剖面控制很重要，不仅是因为纸张强度的原因，而且因为质量差的重量剖面会向下游传播，并在水分和卡尺(厚度)剖面中出现扰动。

处理水分

一张纸的含水量是决定其强度的一个非常重要的因素。典型的含水率目标是纸张总重量的5-9%。过度干燥会破坏纸张的纤维，从而降低纸张的强度。湿度剖面变化过大导致温度剖面变化，从而增加了对卡尺剖面驱动器的需求。

纸张经过造纸机时的脱水和干燥是一个非常复杂的过程，受到许多因素的影响。从头箱流出的纤维浆大约是0.5%的纤维和99.5%的水。在机器的另一端，卷绕在卷筒上的纸张含有大约95%的纤维和5%的水。水分CD控制的目标是进行精细控制，并使可变的水分剖面水平。

检查厚度

的卡尺或一张纸的厚度是通过送入纸通过旋转辊称为日历堆栈．通过局部加热(冷却)其中一个滚筒，可调节滚筒施加在纸张上的压力。随着辊筒温度的升高(降低)，其直径也因热膨胀而增大(减小)。因此，纸张上的压力增大(减小)，导致纸张卡尺减小(增大)。

各种执行器阵列和扫描传感器的典型位置在这个广阔的纸机视图可见。

早期的CD卡尺控制是通过在滚筒上使用冷热风淋浴来实现的。现代卡尺控制更有效，并使用感应加热驱动器。利用高频交流电在辊筒表面产生振荡磁场。在辊筒表面附近产生的涡流导致辊筒温度和直径增加。纸张上的压力相应地增加。

像所有的反馈控制器，交叉方向控制器必须调整或调优使他们的努力与受控过程的行为相匹配。调整一个跨方向控制器有三个主要组成部分——对准、动态和空间滤波。

维护web控制

对准一个跨方向控制系统是将被测板的每个部分分配给执行器阵列中适当的单个执行器的过程。由于干燥，板材收缩会影响校直。

纸张在经过造纸机的过程中也可能来回徘徊。如果CD控制器未正确对齐，执行器将试图控制实际属于其邻居的测量。这会导致系统不稳定。

由于从执行器阵列到扫描仪的传输延迟，可能会有显著的死区时间。此外，还可能存在显著的上升时间由于执行器的惯性。上升时间表示执行器实现所请求的控制动作所需的间隔。

与所有反馈系统一样，过程动力学在控制器调优中起着重要作用。调谐不良的控制器的症状包括消除干扰或振荡控制动作缓慢。

空间滤波

CD阵列中的每个驱动器都将影响其周围的某个空间邻域，即它的邻域足迹．通常这个区域很宽，并且与相邻执行器的响应重叠。由重叠足迹的执行器组成的阵列必须小心处理。这种重叠使控制系统无法消除纸张上的狭窄干扰。

控制器必须调整以忽略被测纸张剖面的窄波长、不可控成分。这是通过使用空间滤波器来实现的，其带宽必须调整到由执行器占地决定的过程的可控波长。

如果空间滤波器没有正确调谐，那么执行器将“看到”纸张剖面的窄波长组件，并试图删除它们。但是，该进程将不响应，并且错误将持续存在。随着测量中误差的持续，执行器将继续在环路中移动越来越远，最终导致控制系统不稳定。

专用控制器

实现和调优交叉方向控制器的挑战对造纸机来说是足够具体的，一些供应商已经为该应用程序创建了专用控制器。

例如，美卓纸业自动化(芬兰坦佩雷)提供PaperIQ产品线的一部分IQControls。IQController的控制工作基于实际的机械响应模型。它的设计目的是提供最高精度和稳定性的板材型材。应用包括常规和稀释头箱，压制和干燥截面轮廓机，涂层轮廓机，以及在线和离线压延操作。

霍尼韦尔工业解决方案公司(Phoenix, AZ)最近推出了IntelliMap版本3，这是一种全自动软件工具，可执行过程模型识别和完整的跨方向控制器调优，包括对准、动态和空间滤波的所有方面。

IntelliMap允许用户执行碰撞测试实验，在此实验中，某些执行器以逐步的方式移动，同时记录响应。在完成碰撞测试后，IntelliMap自动识别所有CD执行器和过程的CD过程模型的时间响应和CD响应形状。

IntelliMap 3的最新功能结合了用于CD控制器调谐的二维环路整形的最新进展。IntelliMap对CD控制器进行调优，使其能够积极执行，并且仍然尊重进程的物理限制。这避免了执行器配置不稳定的风险。