Brevet FR2013372A1 — publié le 19700403

L'invention concerne une méthode pour contrôler un procédé physique. Plus particulièrement, elle concerne l'amélioration du rendement, et de la qualité du papier dans une machine de fabrication dB papier. Cette invention concerne des machines de fabrication de papiBr, et en par-5 ticulisr, celles qui produisent du papier lourd, tel que du papier à carton ou de sac. Jusqu'à présent, le rendamsnt da la machine était par sa puissance, limité à sécher le papier. La vitesse de la machine doit être maintenue basse, afin de permettre au papier d'êtrs bien séché avant de sortir de la section de séchage de la machine. 1o Des rouleaux à vapeur sont utilisés comme sécheurs. Sauvent, on fournit la vapeur au rouleau d'une manière non régulière; c'est à dire, las rouleaux reçoivent autant de vapeur que la chaudière centrais peut en produire. Afin de contrôler le taux de séchage dans un tel ensemble, on fait varier la vitesse du papier par rapport au rouleau de séchage (la vitesse de la machi-15 ne). A cause dB la nature mécanique du mécanisme de commande, cette opération de contrôle de vitesse n'est pas en général réalisés plus souvent que chaque quart d'heure. Ainsi, si la masure de l'humidité du papier indique que le taux de séchage n'est pas suffisant, du papier de qualité inférieure est produit pendant 15 minutes avant que l'action de contrôle soit effectuée. Les machines de 20 fabrication ds papier produisent des tonnes de papier par heurs. Cela veut dire qu'une quantité importants de papier de qualité inférieure peut sortir de la machins durant un intervalle de 15 minutas. Ce papier doit §trs rejeté, sinon vendu è prix bas, affectant ainsi le rendement de la fabrique de papier en question. 25 L'objet de cstts Invention est donc de perfectionner le contrôle des pro cédés physiques st plus particulièrement, les procédés de fabrication de papier. Un autre objet de l'invention est d'augmenter la rendement d'une machins de fabrication de papier en contrôlant et en réglant la vitesse de la machine moins souvent que la pression des sécheurs. 30 Selon un aspBct de cette invention, on va décrire una méthode pour contrô ler lss procédés physiques. La méthode comprend les étapes de réglage d'une variable relativement stable afin d'établir une gamme d'opérations pour une variable qu'on charge souvent. La variable atteint ainsi une valeur optimum. La variable qu'on change souvent joue la rôle d'un réglage précis. 35 Selon un autre aspect de l'invention, concernant en particulier des machi nes de fabrication ds papier, la vitesse de la machins ast mesurés de temps an temps. De plus, l'humidité du papier est aussi mesurée à intervalles répttés le long du papier qu'on produit. On mesure aussi la pression maximum de la vapeur disponible pour les sécheurs. La vitesse ds la machine est ensuite réglée 40 afin qu'elle ait une valeur conforme à une pression de vapeur un peu inférieurs 69 20433 2 2013372 à la pression maximum disponible» Ce réglage dB la vitesse des sécheurs est fait chaque quart d'heure à peu près. Des réglages de la pression dB vapeur sont ensuite faits dans l'incrément ds pression de vapeur disponible. Ces réglages perfectionnent le séchage effectué par la machine de papier. 5 L'avantage de cette invention est qu'elle réalise une combinaison parti culière de réglage de variable qui profita des caractéristiques de chaque variable. Une variable qui est réglée rarement, est réglée pour l'opération la plus économique. Une variable instable, qui est réglée souvent, maintient la variable stable dans la gamme d'opérations la plus économique. 10 En examinant avec plus de détail et en se limitant à des machines da fabrication de papier, la solution du problème de fonctionnement limité par la sécheur est simplement de faire fonctionner la machine de fabrication de papier à la pression de vapeur maximum. C'est à dire, toute la vapeur fournie par la chaudière est envoyés au sécheur d'une manière non réglée. La vitesse 15 de la machine est ensuite réglée toutes les 15 minutas environ en tenant compte de la pression da vapeur qui est disponible pour les sécheurs. Dans les systèmes de l'art antérieur on réglait la pression de vapeur fournie au sécheur. C'est à dire, les sécheurs ne fonctionnaient pas forcément aux pressions de vapeur maximum, mais la vapeur qui leur était fournie était réglée. 20 Aucun système connu a utilisé la combinaison du réglage peu fréquent de la vitesse da la machine et du réglage fréquent de la pression de vapeur comme décrit dans cette invention. Cette invention se prête particulièrement à la réalisation dans une machine de fabrication da papier automatisée. La machine de fabrication de papier peut 25 itre commandée par un ordinateur de contrfile de procédé tel qu'un IBM 1.800, par exemple. La fonctionnement déjà perfectionné à cause de ce mode de contrfile est encore amélioré par la méthode de cette Invention. Cependant, la méthode de cette invention peut Stre effectué i la main si nécessaire ou par des combinaisons de dispositif analogique et numérique. 30 L'avantage écooomlqta principal de cette invention est que le taux de pro duction d'une machine de papier est, en vue du problème de limitation par la sécheur, élevé à uns nouvelle limite maximum de fonctionnement. La quantité de papier de qualité inférieure est réduite considérablement. La qualité de production étant maintenue relativement constante pour une longue durée augmente 35 les bénéfices du propriétaire et de l'opérateur de la machine de production de papier ainsi contrôlée. D'autres objets, et avantagea de l'invention rassortiront mieux da la description qui suit fait en référence à une réalisation préférée de celle-ci. La figure 1 est un diagramme schématique d'un procédé physique généralisé 40 contrôlé par la méthode de cette invention. 69 20433 3 2013372 La figura 2 ast un diagramme schématique d'una machina de fabrication de papier contrôlée par la méthode de cette invention. Les deux figures 1 et 2 seront utilisées pour décrire une réalisation préférée de cette invention. Avant de commencer la description, on note que cette 5 invention comprend une nouvelle méthode dB mettre en corrélation les variables mesurées st contrôlées d'un procédé. Elle implique de prendre une série de mesures physiques d'effectuer certaines opérations mathématiques sur les valeurs obtenues par les mesures, et ensuite da régler certaines variables selon lss résultats obtenus par le calcul. Si un ordinateur est utilisé pour exécuter le 10 calcul, le programme de l'ordinateur n'est pas compris dans l'invention. Cette invention est une technique de contrôle, ou plus particulièrement, cette invention ast une méthode de régler lea variables d'un procédé selon les signaux obtenus du procédé contrôlé. La figure 1 sera maintenant décrite. Le dispositif de traitement 10 dans 15 la figura 1 reçoit une entrée de matériaux 12 et les matériaux modifiés sortant en 14. Les matériaux fournis en 12 sont traités selon certaines règles de la thermodynamique et la cinétique etc.. Par exemple, si c'est une machine de fabrication de papier, on fournit à l'entrée de l'eau et de la pulpe qui est cuite et ast ensuite séchée jusqu'à ce que le papier soit formé. Dans cet exem-20 pie, le papier £ini sort par la sortie 14. Un dispositif de contrôle 18 peut contrôler les variables identifiables présentas dans le dispositif de traitement 10. Pour oela, il est nécessaire de savoir l'état des variables. Le détecteur 18 reçoit un signal provenant du dispositif 10 sur la ligne 20 représentant la valeur d'une première variable. Ce 25 signal est transmis sur la ligne 22 au dispositif de contrôle 16. De mime, le détecteur 24 reçoit comme signal d'entrée provaaant du dispositif de traitement 10 sur la ligne 28 une valeur, ou une mesure, d'une deuxièmB variable. Cette valeur est représentée par un signal électrique sur la ligne 28 et transmise au dispositif de contrôle 16. Le détecteur 25 mesure une caractéristique du 30 matériau modifié 14 (une troisième variable). La valeur de cette caractéristique est représentée par un signal électrique sur la ligne 27 et transmise au dispositif de contrôle 16. Le dispositif de contrôle 16 évalue les signaux reçus sur les lignes 22, 27 et 28 et décide que l'on modifie les valeurs des variables 1 et 2 ou non. Dans le cas affirmatif, des signaux sont envoyés sur les lignes 35 30, 32 au dispositif de traitement 10 et les valeurs de la variable 1 et la variable 2 sont modifiées selon les signaux présents sur les lignes 30, 32. Dans la réalisation préférée de cette invention, la variable 1 pourrait être une variable relativement stable Bt une qu'on n'a pas à régler souvent. La variable 2, par contre, pourrait être réglée fréquemment, c'est à dire, sa 40 valeur pourrait changer rapidement en fonction de temps. Cela étant le cas. 69 20433 4 2013372 la variable 1 serait réglée Bn réponse à un signal sur la ligne 30 peu fréquemment par rapport au réglage de la variable 2 en réponse à des signaux sur la ligne 32. Ce genre de réglage a commB résultat l'égalisation ds la sortie de matériau modifié 14. 5 La méthode de cette invention ressortira mieux an se référant à la figure 2. On y trouve illustrée et décrite, une réalisation préférée de la machine de fabrication ds papier. Les machines de fabrication de papier sont bien connues dans l'art antérieur Uns description d'une tells machins peut être trouvée dans la PICGRAW HILL ENCY-10 CLOPEDIA QF SCIENCE AND TECHNOLOGY, volume 4, p. 289 dans l'édition ds 1960 et aussi dans ls volume 9 page 540 de la même encyclopédie. L'appareil illustré dans la figure 2 est représenté shcématiquement et ssuls les éléments concernant l'invention sont représentés. En se référant à la figure 2, un mélange 200 dB liquide et dB pulpe est contenu dans un réservoir 15 202. Il sort par 1'ouverture 204 sn forms ds jst pulvérisé st est déposé sur une courroie sans fin 206. La courrois 206 est commandée par un moteur 208, représentés ici par un rouleau commandé par un moteur qui coopère avec un roulsau associé, ou même un autre rouleau d'entraînement 210. Ls mélange 200 de pulpe st du liquide ainsi déposé sur la courroie sans fin 206 est récupéré sur une 20 bobina récsptrics 112. Afin ds convsrtir le mélange 200 dB pulpe st dB fluide à du papisr, il est nécessaire d'enlever du mélange un peu du fluide. Cela est réalisé par ls séchsur 214, rsprésenté ici par un cylindre chauffé à vapeur classique qui reçoit de la vapeur provenant d'une chaudière 216. (En pratique, plus d'un cylindrs ssrait présent]. La conversion du mélangs 200 ds pulps et 25 fluide en du papier fini ayant certaines caractéristiques, demande la mesure st la manipulation ds plusieurs variables, dont seulement 2 sont considérées dans l'illustration de cette invention; la vitsssa ds la machine et la pression ds vapeur. La vitesse de la machine peut être mesurés en cm/seconde et la mesure peut être faits par rapport à la courroie sans fin 206, pendant que la pression 2 30 de vapeur peut être exprimée dans les unités classiques dB kilogrammes par cm . Le dispositif ds contrôle 16 et les détecteurs 18 Bt 24 sont aussi représentés. Pour compléter la description ds la réalisation préférée représentés dans la figure 2, on remarque qu'il y a une soupaps 216 dans la ligns d'alimentation de vapeur 219. 35 Pour faire fonctionner la machinB selon les principes de cetts invention, on suppose quB la vitesse des rouleaux d'entraînement 208, ainsi que le réglage ds la soupape 218 ont été établis au préalable. Le détectsur 18, qui psut être une jauge d'humidité telle que la jauge "Moistron" de Industriel NuclBonics, commende à mssurBr l'humidité du papisr qui sort de la séction ds séchags. Css 40 mssurss sont convsrtiss sn dss signaux élsctriquss qui sont envoyés sur la 69 20433 5 2013372 ligne 22 au dispositif ds contrôle 16. De même, la valeur ds la pression de vapeur fournie au tambour 214 est contrôlée par le détecteur 24 et ces valeurs sont transmises au dispositif de contrôle 16 sous forme ds signaux électriques sur la lignB 28. Les dispositifs pour détecter la prsssion de vapeur et la con-5 vertir à dBS signaux électriques sont disponibles dans 1b commerce de chsz Tay-lor Instruments ou Leeds et Northrup. Il a aussi un algorithme qui exprime la relation entre la pression de vapeur moyenne et la vitesse de la machins pour une qualité particulière ds papisr. Un tBl algorithme ast représenté dans l'équa tion 1j 10 (1) Vitassen « vitsBse^+A.j (pression de vapeur maximum - la pression moyen ne de vapeur + où n » un temps donné d'échantillonnage A.j, A2 et B sont des constantes. 15 Après avoir reçu des mesuras provenant des détecteurs 18, 24, le disposi tif ds contrôle réglera la vitesse ds la machine environ chaque quart d'heurs. Ce réglage est fait par les signaux envoyés sur la ligne 30 à un moteur associé au dispositif de commande 208. La vitesse de la machine est réglée de telle manière que le taux maximum de séchage ne soit pas utilisé. Cependant, par l'al-20 gorithme 1, le dispositif ds commande règle la machine pour la vitesse maximum possible pour la prsssion de vapeur disponibls. Il reste toujours un petit réglage de l'humidité utilisant dss petits changsmsnts ds la prsssion ds vapsur. Plus souvent, le dispositif de contrôle 16 détermine la façon de modifier la pression de vapeur dans CBtte gamme afin de maintenir une humidité constante 25 dans la feuille dB papier. Le dispositif de contrôle 16 réalise cela en détectant la pression de vapeur de la chaudière 216 et en effectuant le réglage nécessaire à,l'aide des signaux envoyés par l'intsrmédiairs de la ligne 32 à la soupape 218. L'algorithme suivant sxprims la rslation antre l'humidité st la prsssion dB vapsur. 30 (2) La pression^ 0^ Pr8ssi0nn1+ 02 pressionn_2 + E, (humidité de référencs - humidité 3 + 1 n E_ (humidité ds référsnca - humidité .) 2 n-1 où Q., D_, E. et E_ sont constantes. « 12 12 La table suivante donne des exemples de vapeur type pour les variables conformément à cetts invention. 69 20433 Minute Vitesse Mètre/Minute Pression de vapeur (P.S.I.G.3 2013372 Humidité Pourcant. 10 15 465,13 2,724 6,1 16 466,53 3,178 6,1 17 466,53 3,220 6,3 18 466,53 3,171 6,1 19 466,53 3,157 6,0 20 466,53 3,178 6,1 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins l8s caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de calle-ci, il est évident que l'homme de l'art pourrait y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadra de ladite invention. 69 20433 7 2013372 REVENDICATIONS 1.- Méthode ds contrôle d'un procédé physique tenant compte d'une première variable rslativemant stable et d'una seconde variable relativement instable, 5 caractérisé par les étapes suivantes: - en ajuste la première variable, de façon peu fréquente, pour établir uns gamms da fonctionnement pour la seconde variable - on ajuste la seconde variable fréquemment de façon à optimissr la valeur de cette seconde variable 10 2.- Méthode pour maintenir la qualité du papier fabriqué par une machine de fabrication de papier caractérisé par les étapes suivantes: - on mesure le degré d'humidité de la pâte à papier - on agit sur une première variable de la machine en tenant compte de la 15 valeur du degré d'humidité mesuré - on engendrB une valeur ds correction pour une seconde variable de la machine - on ajuste la seconde variabla an tenant oompte de cette valeur de correction. 20 3.- Méthode pour accroître le rendement d'une machine de fabrication du papier dans laquslls on agit sur la pression de vapeur des sécheurs et sur la vitesse de la machine, caractérisé par les étapes suivantes: - On mesure le degré d'humidité de la pâte à papier 25 ~ On ajuste la pression de vapeur des sécheurs en tenant compte du degré d'humidité da la pâte à papiBr - On mesure la pression de vapeur à la sortie de la chaudière de façon à calculer une moyenna de la valeur de cettB prsssion durant un intervalle de tBmps déterminé 30 - On mesure la pression de vapeur des sécheurs de façon a calculer une moyenne de la valeur de cette pression durant la même intervalle de temps - en retranche cette moyenne de la valeur de la pression de vapeur des séchaurs, de la moyenne de la valeur de la pression de vapeur à la sortie de la chaudière, de façon à obtenir un terme d'erreur 35 - on compare ce terme d'erreur avec l'erreur admissible - on ajusta la vitesse de la machine de façon à amener le terme d'erreur à être inférieur à l'erreur admissible.