SE0901588A1

SE0901588A1 - Procedure for controlling pulp quality from refiners

Info

Publication number: SE0901588A1
Application number: SE0901588A
Authority: SE
Inventors: Anders Karlstroem
Original assignee: Anders Karlstroem
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-04-26
Also published as: WO2011078760A1; SE534105C2; EP2517006A1

Abstract

: Det finns behov att vid rafñnering/malning av malgods använda mätinformation fråntraditionella processvariabler i kombination med mätsignaler från rafﬁnörers malzonerför estimering av massakvalitet ut från rafﬁnörlinjer. Föreliggande uppﬁnningmöjliggör detta och avser ett förfaringssätt för att förbättra stymingen avmalningsförloppet i en eller ﬂera sammankopplade rafﬁnörer genom att användaestimerade massakvalitetsinforrnation från varje rafﬁnör för att snabbt kunna möta ochreglera rafﬁneringen vid processtömingar. Publ. Figur llb : There is a need to use measurement information from traditional process variables in combination with refining / grinding of grinding goods in combination with measurement signals from refiner's grinding zones for estimating pulp quality from refiner lines. The present invention enables this and relates to a procedure for improving the control grinding process in one or more interconnected refiners by using estimated pulp quality information from each refiner in order to be able to quickly meet and regulate refining in the event of process disturbances. Publ. Figure llb

Description

15 20 25 30 35 40 2 Flertalet rafﬁnörer innehåller två cirkulära malskivor, mellan vilka det gods som skall behandlas bringas att passera, se Figur 1. Vanligen utgörs skivorna av en stationär malskiva (1) och en roterande malskiva (2) som roterar med mycket hög hastighet. 15 20 25 30 35 40 2 Most refiners contain two circular grinding wheels, between which the goods to be treated are passed, see Figure 1. Usually the boards consist of a stationary grinding wheel (1) and a rotating grinding wheel (2) which rotates with a lot high speed.

Den stationära malskivan, som sitter fastspänd med bultar i en statorhållare (3), pressas vanligtvis elektromekaniskt alternativt med hjälp av ett hydraultryck (5) mot den roterande malskivan, som sitter fastspänd på en rotorhållare (4). Malgodset (6) förs i de ﬂesta fall in i rafﬁnörema tillsammans med spädvatten via centrum (7) av malskivoma och om malgodset exempelvis utgörs av vedﬂis eller bearbetad massa från en tidigare rafﬁnör så ﬁnfördelas detta malgods på sin väg ut mot malskivomas periferi (8). Malzonen (9), eller som den också kallas raffineringszonen, mellan malskivoma kan ha en variabel rnalspalt (10) utmed radien (11) på malskivoma beroende på vilken slipning som applicerats på malskivomas ytor.The stationary grinding wheel, which is bolted to a stator holder (3), is usually pressed electromechanically or by means of a hydraulic pressure (5) against the rotating grinding wheel, which is fastened to a rotor holder (4). The aggregate (6) is in most cases introduced into the rafts together with dilute water via the center (7) of the milling discs and if the aggregate consists, for example, of wood ice or processed pulp from a previous rafter, this aggregate is distributed on its way to the periphery of the milling discs . The grinding zone (9), or as it is also called the refining zone, between the grinding discs may have a variable gap (10) along the radius (11) of the grinding discs depending on the grinding applied to the surfaces of the grinding discs.

Malskivomas diameter varierar beroende på rafﬁnörfabrikat och rafﬁnörernas produktionskapacitet. Tidigare göts malskivoma i ett stycke men idag är det också vanligt att modultillverka malskivoma i ett antal malsegment (12 och 13), se Figur 1 och Figur 2. Segmenten kan exempelvis sträcka sig från malskivomas centrum till dess periferi eller delas upp i två ringar, en inre (14) och en yttre ring (15). Zonema mellan de inre och yttre ringarna kallas ofta ””breaker bar zone” respektive periferizon.The diameter of the grinding wheels varies depending on the manufacturer's make and the producers' production capacity. Previously, the grinding wheels were cast in one piece, but today it is also common to modularly manufacture the grinding wheels in a number of grinding segments (12 and 13), see Figure 1 and Figure 2. The segments can for example extend from the center of the grinding wheels to its periphery or be divided into two rings. an inner (14) and an outer ring (15). The zones between the inner and outer rings are often called the breaker bar zone and the peripheral zone, respectively.

Malsegmentens ytor (16) designas ofta på olika sätt med karaktäristiska mönster i form av bommar (17) och dammar (18). Bommarna fungerar som knivar och deﬁbrerar ﬂisen alternativt rafﬁnerar den bildade massaﬁbem. Förutom i den direkta malzonen transporteras vid HC-rafﬁnering både fibrer, vatten och ånga också i dammarna mellan bommama. Genom olika mönsterdesign kan man få malsegmenten att bli matande altemativt stoppande av fibermassan i syfte att påverka strömningsbetingelsema och därmed skapa speciella massakvaliteter. Det friktionsarbete som ﬂisen och massan utsätts för i malzonen gör att det inkommande vattnet förångas vid HC-rafﬁnering. Mängden ånga som produceras är spatialt beroende varför både vatten och ånga kan förekomma tillsammans med ﬂis eller massa i malzonen. Vanligtvis antar man i detta fall att vattnet i malzonen är bundet till ﬁbrema altemativt ﬁbemätverket. Vid LC-rafﬁnering genereras ingen ånga.The surfaces (16) of the grinding segments are often designed in different ways with characteristic patterns in the form of booms (17) and ponds (18). The booms act as knives and they break the ice or refine the mass formed. In addition to the direct grinding zone, during HC refining, both fibers, water and steam are also transported in the ponds between the barriers. Through different pattern designs, the milling segments can be made to be fed alternatively stopping the fibrous mass in order to influence the flow conditions and thereby create special pulp qualities. The frictional work to which the ice and pulp are exposed in the malting zone causes the incoming water to evaporate during HC refining. The amount of steam produced is spatially dependent, which is why both water and steam can occur together with ﬂ ice or mass in the malt zone. It is usually assumed in this case that the water in the malting zone is bound to the ema brema alternative ﬁ measure. During LC refining, no steam is generated.

Det finns också andra typer av rafﬁnörer såsom konkvarnar eller rafﬁnörer där båda malskivoma roterar motriktat eller rafﬁnörer som består av fyra malskivor, där en i mitten roterande rotor har malskivor monterade på båda sidorna och två stationära malskivor som trycks ihop med hjälp av exempelvis hydraulkolvar för att få två malzoner.There are also other types of grinders such as grinders or grinders where both grinding wheels rotate in the opposite direction or grinders consisting of four grinding wheels, where a rotating center in the middle has grinding wheels mounted on both sides and two stationary grinding wheels that are pressed together by hydraulic pistons get two malzones.

Vid framställning av massa utifrån vedﬂis altemativt tidigare rafﬁnerad massa pressas malskivoma ihop så att malzonens spalt (10) blir ungefär 0.2-0.7 mm beroende på vilken rafﬁnörtyp som används. 10 15 20 25 30 35 40 3 Malspalten är en central styrvariabel och en ökning eller minskning av spalten sker ofta elektromekaniskt eller med hjälp av hydraulkolvar som applicerar ett hydraultryck (5) på en eller ﬂera malskivor beroende på rafﬁnörtyp. Därmed uppstår en axial kraft som läggs på malskivorna. Den kraft som håller emot den axiala kraften utgörs vid HC-rafﬁnering av dels den kraft som fås genom förångning av vatten dels den kraft som malgodsets ﬁbernätverk genererar. I de fall LC-rafﬁnering används är det krafterna orsakade av tryckökningen i vattenfasen samt malgodsets fibemätverk som håller emot den axiala kraften. Om malspalten ändras med exempelvis 10 % påverkas massakvaliteten betydligt.When producing pulp from wood ice, alternatively previously refined pulp, the grinding discs are compressed so that the gap (10) of the grinding zone becomes approximately 0.2-0.7 mm, depending on the type of refiner used. 10 15 20 25 30 35 40 3 The grinding gap is a central control variable and an increase or decrease of the gap is often electromechanical or by means of hydraulic pistons which apply a hydraulic pressure (5) to one or more grinding wheels depending on the type of grinder. This creates an axial force that is applied to the grinding wheels. The force that withstands the axial force consists in HC refining of both the force obtained by evaporation of water and the force generated by the grinding machine's network. In cases where LC refining is used, it is the forces caused by the increase in pressure in the water phase and the grit's fiber network that withstand the axial force. If the grinding gap is changed by, for example, 10%, the pulp quality is significantly affected.

Det ﬁnns system på marknaden där temperaturen mäts utmed malzonen i syfte att visualisera en temperaturproﬁl (19) alternativt tryckproﬁl (20) för styrningsändamål, se Figur 3. Vid LC-rafﬁnering är det företrädesvis tryckproﬁlen som är intressant att följ a. Vid HC-rafﬁnering räcker det oftast att följa temperaturproﬁlen.There are systems on the market where the temperature is measured along the grinding zone in order to visualize a temperature profile (19) or pressure profile (20) for control purposes, see Figure 3. For LC refining, it is preferably the pressure profile that is interesting to follow a. For HC refining it is usually sufficient to follow the temperature profile.

Vid en förändrad betingelse i malspalt, produktion (det vill säga flis- altemativt massatillförsel) och spädvattentillsats ändras temperaturen som därmed kan styras.In the event of a changed condition in the grinding gap, production (ie chip-alternative pulp supply) and diluent addition, the temperature changes, which can thus be controlled.

Flera temperatur- och/eller trycksensorer används vanligtvis och kan placeras direkt i malsegmenten altemativt inneslutas i en parallellepipedisk långsträckt skena (21) sträckande sig utefter malsegmentens (12 och 13) aktiva radie (11), se Figur 1, Figur 2 och Figur 4, enligt förfarandet i EP 0788 407 - Mätning i Malzon. Vanligtvis implementeras den parallellepipediska skenan mellan två malsegment i den yttre ringen på större rafﬁnörer, se Figur 2.Several temperature and / or pressure sensors are commonly used and can be placed directly in the grinding segments or alternatively enclosed in a parallelepiped elongate rail (21) extending along the active radius (11) of the grinding segments (12 and 13), see Figure 1, Figure 2 and Figure 4, according to the procedure in EP 0788 407 - Measurement in Malzon. Usually, the parallelepiped rail between two grinding segments in the outer ring is implemented on larger refiners, see Figure 2.

Malsegmentens design har visat sig ha stor betydelse för hur temperaturproﬁlen utmed den aktiva radien ser ut varför det är svårt att på förhand bestämma var temperatursensorema (22) och/eller trycksensorema (22) ska placeras i skenan (21).The design of the grinding segments has proved to be of great importance for the temperature profile along the active radius, which is why it is difficult to determine in advance where the temperature sensors (22) and / or the pressure sensors (22) are to be placed in the rail (21).

Utanför malzonen finns det instrument som kan placeras i blåsledningen ut från rafﬁnören där den framlöpande massaströmmens torrhalt kan beräknas med hjälp av algoritmer kopplade till NIR (Near Infra Red)-mätningar. Dessa används som standard för styrning av torrhalten med hjälp av spädvattenﬂödet.Outside the malzone, there are instruments that can be placed in the blast line from the generator where the dry content of the flowing mass stream can be calculated using algorithms connected to NIR (Near Infra Red) measurements. These are used as standard for controlling the dry matter with the help of the dilution water.

Massakvaliteten mäts inte direkt efter varje rafﬁnör utan snarare när massan behandlats färdigt i rafﬁnörerna. Detta sker vanligtvis efter det så kallade latencykaret där fibrerna i massan under ungefär 20 minuter får möjlighet att räta ut sig innan de förs vidare till pappersmaskin eller annan utrustning. Samplingshastigheten på massakvaliteten kan variera mellan 20 till 30 minuter beroende på hur många processlinjer som varje massaanalysator ska hantera.The pulp quality is not measured immediately after each refinery, but rather when the pulp has been completely treated in the refiners. This usually takes place after the so-called latency cyclist, where the fibers in the pulp are allowed to straighten for about 20 minutes before being passed on to a paper machine or other equipment. The sampling rate of the pulp quality can vary between 20 to 30 minutes depending on how many process lines each pulp analyzer has to handle.

Temperatunnätning har enligt litteraturen visat sig vara en ovanligt robust teknik också för direkt styrning vid HC-rafﬁnering US2000/6024309 eftersom mätning av 10 15 20 25 30 35 4 temperaturproﬁlen i malzonen har visat att när produktion, spädvattentillförsel och malspalt ändras så påverkas temperaturproﬁlen dynamiskt. Den dynamiska förändringen åskådliggörs lämpligen genom att studera Figur 5a, där en stegförändring av spädvattnet påverkar temperaturproﬁlen på olika sätt beroende på var utmed radien (1 1) man betraktar händelseförloppet. När spädvattentillförseln ökar minskar temperaturen (23) före temperaturmaximum (24). Efter temperaturmaximum ökar temperaturen (25). Anledningen till detta är att det inkommande vattnet kyler den tillbakagående ångan samtidigt som den framåtgående ångan värms upp.According to the literature, temperature netting has proven to be an unusually robust technique also for direct control in HC refining US2000 / 6024309 because measurement of the temperature profile in the grinding zone has shown that when production, diluent supply and grinding gap change, the temperature profile is dynamically affected. The dynamic change is suitably illustrated by studying Figure 5a, where a step change of the dilution water affects the temperature profile in different ways depending on where along the radius (1 1) the course of events is viewed. As the diluent supply increases, the temperature (23) decreases before the temperature maximum (24). After the temperature maximum, the temperature increases (25). The reason for this is that the incoming water cools the returning steam at the same time as the forward steam is heated.

När produktionen ökar så medför det oftast att hela temperaturproﬁlen (19) lyfter till en annan nivå (26), se Figur 5b. Detta gäller vanligtvis också när malspalten (10) minskar, vilket är ekvivalent med att det elektromekaniska trycket altemativt hydraultrycket (5) som läggs på malskivoma via hydraulkolvarna ökar. Försök har också genomförts där proﬁlens utseende kunnat förskjutas spatialt från (19) till (32), se Figur 5c.When production increases, this usually means that the entire temperature profile (19) lifts to another level (26), see Figure 5b. This usually also applies when the grinding gap (10) decreases, which is equivalent to the electromechanical pressure alternatively the hydraulic pressure (5) being applied to the grinding wheels via the hydraulic pistons. Experiments have also been carried out where the appearance of the profile could be shifted spatially from (19) to (32), see Figure 5c.

I traditionella reglerkoncept för rafﬁnörstyrning vill man ofta styra den speciﬁka energin, E, det vill säga kvoten mellan rafﬁnörens motorlast, och ﬂisﬂödet(30) F p altemativt enbart motorlasten, torrhalten ut från rafﬁnören, C för varje enskild rafﬁnör, nedan indikerade med subindcx p för primärraffinör respektive s för sekundärrafﬁnönse nedan. Massarelaterade variabler(37), exempelvis Canadian standard freeness, CSF, vilka analyseras efter det så kallade latencykaret(38), se Figur 6a som visar ett förenklat ﬂödesschema styrs ofta manuellt utan något automatiserat reglerkoncept. Elementen i utsignalvektom Y påverkas således av elementen i insignalvektorn U som vanligtvis innehåller hydraultryck(5) Phyd” spädvattenﬂöden(29) F D, och ﬂisﬂöde(30) F p beroende på om man betraktar primär- eller sekundärrafﬁnören.In traditional control concepts for electrician control, one often wants to control the specific energy, E, ie the ratio between the electrician's motor load, and the ice (30) F on alternatively only the motor load, the dry content out of the electrician, C for each individual electrician, below indicated by subindx for primary refiner and s for secondary refinery below. Mass-related variables (37), for example Canadian standard freeness, CSF, which are analyzed according to the so-called latency cyclist (38), see Figure 6a which shows a simplified ﬂ fate scheme is often controlled manually without any automated control concept. The elements of the output vector Y are thus affected by the elements of the input vector U which usually contain hydraulic pressure (5) Phyd ”dilution v fates (29) F D, and ﬂ ice de desolation (30) F p depending on whether the primary or secondary operator is considered.

E 811 812 813 Phydr” E 8 8 P » w» 12111111 p 821, 822, 823,, F ” Cs 821, 822, FD, P? där G representerar överföringsfunktionsmatriser med dess element gij som beskriver dynamiken i systemet. Massaegenskapemaßl) ut från varje rafﬁnör styrs inte och varierar således beroende på vad som de facto sker i varje rafﬁnörs malzon. Den linjära funktionen G ger en förenkling av hur processdynamiken ser ut eftersom dynamiken är starkt olinjär och vi kommer tillbaka till detta nedan.E 811 812 813 Phydr ”E 8 8 P» w »12111111 p 821, 822, 823 ,, F” Cs 821, 822, FD, P? where G represents transfer function matrices with its elements gij which describe the dynamics of the system. The mass properties of each operator are not controlled and thus vary depending on what is de facto happening in each operator's malzone. The linear function G provides a simplification of what the process dynamics look like because the dynamics are strongly non-linear and we will return to this below.

Rafﬁnörprocesser består oftast av seriekopplade rafﬁnörsteg; ett som kallas primärsteg(34) och ett som kallas sekundärsteg(35), inklusive ett processteg som 10 15 20 25 30 35 40 5 omfattar en rejektraffinör(36), se Figur 6a. Ibland kan en annan struktur förekomma med parallella lösningar vilket gör reglerkoncepten komplexa och svåra att överblicka.Electrical processes usually consist of series-connected electrostatic steps; one called primary stage (34) and one called secondary stage (35), including a process stage comprising a reject refiner (36), see Figure 6a. Sometimes a different structure can occur with parallel solutions, which makes the control concepts complex and difficult to overview.

Exempel på reglerkoncept som ﬁnns på marknaden idag är beskrivet i bland annat en avhandling från Mittuniversitetet i Sverige, ”Quality Control of Single Stage Double Disc Chip Reﬁning”, Joar Lidén, 2003 samt US2005/0263259 där reglerkoncept baserade på Model Productive Control, MPC, används för stora komplexa system omfattande ﬂera rafﬁnörlinjer men också enskilda rafﬁnörlinjer och rafﬁnörer. Dessa koncept har dock inte utgått från att mätning erhålls direkt från malzonen via exempelvis temperaturproﬁler som i US2000/6024309 utan fokuserar främst på tillgängliga processvariabler som mäts utanför rafﬁnören.Examples of control concepts that are on the market today are described in, among other things, a dissertation from Mid Sweden University, “Quality Control of Single Stage Double Disc Chip Cleaning”, Joar Lidén, 2003 and US2005 / 0263259 where control concepts based on Model Productive Control, MPC, is used for large complex systems comprising your refiner lines but also individual refiner lines and refiners. However, these concepts have not been based on the fact that measurement is obtained directly from the template zone via, for example, temperature profiles as in US2000 / 6024309, but focus mainly on available process variables that are measured outside the operator.

I samband med ett antal forskningsinsatser har det genomförts off-line försök för att prediktera massakvaliteten ut från raffinörlinjen med hjälp av så kallade ”Auto Regressive Moving Average eXogenous”(ARMAX) modeller. Dessa baserar sig på känd systemidentiﬁeringsteknik, se “System identification, Theory for the user", Lennart Ljung, 2nd edition, Prentice Hall, New Jersey (1999), och är en delmängd av ett antal systemidentiﬁeringsverktyg som finns tillgängliga på marknaden. Off-line försöken resulterade i artikeln ”Reﬂning zone temperature control: A good choice for pulp quality control? ”, Karin Eriksson och Anders Karlström, IMPC09, 2009 där de dynamiska effekterna på massakvaliteten studerades med hjälp av en ny typ av ARMAX-modellering som är fortfarande kan karaktäriseras som tillståndemodeller som är lätta att övesätta till överföringsfunktioner G om så önskas. Syftet var att undersöka om man kan få någon empirisk korrelation överhuvudtaget mellan massakvalitet och stegändringar i spädvattenﬂödet, produktionen och hydraultrycket från en primärraffrnör. Det bestående resultatet av forskningsinsatsen var att prediktionen av massakvaliteten blev något bättre när information om primärraffinörens temperaturprofil inkluderades i vektom U.In connection with a number of research initiatives, off-line experiments have been carried out to predict the pulp quality from the refiner line using so-called “Auto Regressive Moving Average eXogenous” (ARMAX) models. These are based on known system identification techniques, see "System identification, Theory for the user", Lennart Ljung, 2nd edition, Prentice Hall, New Jersey (1999), and are a subset of a number of system identification tools available on the market. the experiments resulted in the article “Reindeer zone temperature control: A good choice for pulp quality control?”, Karin Eriksson and Anders Karlström, IMPC09, 2009 where the dynamic effects on pulp quality were studied using a new type of ARMAX modeling that is still possible are characterized as condition models that are easy to translate into transfer functions G if desired.The purpose was to investigate whether one can get any empirical correlation at all between pulp quality and step changes in dilution ﬂ fate, production and hydraulic pressure from a primary carrier.The lasting result of the research effort was that the pulp quality improved slightly when information about the primary refiner's tea temperature profile was included in vector U.

Ovanstående beskrivningar om vad som händer i malzonen vid olika driftsbetingelser har tagits med för att slutligen introducera det vi kallar riktningsberoende dynamik.The above descriptions of what happens in the template zone under different operating conditions have been included to finally introduce what we call direction-dependent dynamics.

Riktningsberoende dynamik innebär i korthet att massakvalitetsförändringen från olika stegändringar i insignaler, såsom produktion (30,3l), spädvattenﬂöde(29) och hydraultryck(5) se Figur 6b, ser olika ut beroende på om steget är negativt eller positivt, se ”Realísation and estímation of piecewise-linear output-error models", Rosenqvist and Karlström, Automatica (2005). I vissa arbetspunkter är det riktningsberoende beteendet underordnat men i andra arbetspunkter nära raffrnörernas processbegräns-ningar kan det vara centralt.In short, directional dynamics means that the mass quality change from different step changes in input signals, such as production (30.3l), dilution water ﬂ (29) and hydraulic pressure (5) see Figure 6b, looks different depending on whether the step is negative or positive, see “Realization and estimation of piecewise-linear output-error models ", Rosenqvist and Karlström, Automatica (2005). In some workplaces the direction-dependent behavior is subordinate, but in other workplaces close to the processors' process limitations it can be central.

Riktningsberoendet återspeglar således en olinjär dynamik som kan orsaka stora problem när man ska designa reglersystem. 10 15 20 25 30 6 Man beskriver ibland processens dynamik med en olinjär funktion fm istället för den linjära representationen gm. Förenklat kan man uttrycka funktion fm som kmlT gmT = 1+ ST T z ml fm km2~L gm¿ = 1+ sT m2l det vill säga en olinjär funktion (med tidskonstantema Tm; respektive Tm; och förstärkningarna km, respektive k,,,2) som approximativt kan beskrivas av två linjära överföringsfunktioner där T och l beskriver riktningen på stegändringen i elementen u,,, som återfinns i insignalvektom U. Notera att vi här inte beskriver varje matriselement utan koncentrerar för enkelhets skull beskrivningen på varje överföringsfunktion m.The directional dependence thus reflects a non-linear dynamic that can cause major problems when designing control systems. 10 15 20 25 30 6 The dynamics of the process are sometimes described with a non-linear function fm instead of the linear representation gm. Simplified, one can express function fm as kmlT gmT = 1+ ST T z ml fm km2 ~ L gm¿ = 1+ sT m2l, ie a non-linear function (with the time constants Tm; and Tm; and the gains km, respectively k ,,, 2) which can be approximately described by two linear transfer functions where T and 1 describe the direction of the step change in the elements u ,,, which is found in the input signal vector U. Note that here we do not describe each matrix element but concentrate for the sake of simplicity the description on each transfer function m.

Alla rafﬁnörer är olika på grund av konstruktion, typ av malsegment och olinjäriteter i processen. Därför bör en enkel analys i form av dubbelriktade stegsvar genomföras vid införande av avancerad styrning. Anledningen till detta är givetvis att säkerställa vilka element fm som kan negligeras samt undersöka graden av den riktningsberoende dynamiken. Om även sensordynarniken inkluderas i systembeskrivningen kan även detta påverka de riktningsberoende stegsvaren i processen, vilket måste beaktas i reglerloopsdesignen.All refiners are different due to design, type of grinding segments and nonlinearities in the process. Therefore, a simple analysis in the form of bidirectional step responses should be performed when introducing advanced control. The reason for this is of course to ensure which elements fm can be neglected and to examine the degree of the direction-dependent dynamics. If the sensor dynamics are also included in the system description, this can also affect the direction-dependent step responses in the process, which must be taken into account in the control loop design.

I samband med ovanstående forskningsinsatser har en fysikalisk modell dokumenterats ”Reﬁning models for control purposes” (2008), Anders Karlström, Karin Eriksson, David Sikter and Mattias Gustavsson, Nordic Pulp and Paper journal. Modellen, som beskriver HC-rafﬁnering, förutsätter således att temperaturen och/eller det absoluta trycket mäts utmed ett segment, företrädesvis utmed den yttre ringen i rafﬁnören där den egentliga rafﬁneringen sker, i syfte att matematiskt spänna upp både materialbalansen och energibalansen i rafﬁnören och därmed beräkna malspalten, se den svenska patentansökan 0502784-2. Det som skiljer modellen från tidigare rudimentära försök att beskriva fysiken runt själva malförloppet är att den beräknar både det reversibla termodynamiska arbetet och det irreversibla rafﬁneringsarbete som utövas på ﬁbrema.In connection with the above research efforts, a physical model has been documented “Reindeer models for control purposes” (2008), Anders Karlström, Karin Eriksson, David Sikter and Mattias Gustavsson, Nordic Pulp and Paper journal. The model, which describes HC refining, thus assumes that the temperature and / or the absolute pressure is measured along a segment, preferably along the outer ring of the refiner where the actual refining takes place, in order to mathematically tighten both the material balance and the energy balance in the refiner and thus calculate the grinding gap, see Swedish patent application 0502784-2. What distinguishes the model from previous rudimentary attempts to describe the physics around the grinding process itself is that it calculates both the reversible thermodynamic work and the irreversible refining work carried out on the brake.

Modellen visar att variationema i temperaturproﬁlen också påverkar den lokala torrhaltsestimeringen vilket medför att det predikterade irreversibla rafﬁneringsarbetet varierar. Att använda den framräknade spatiala torrhalten har ännu inte testats on-line för styming av rafﬁneringsprocesser men den visar att bearbetningen av massaﬁbrerna påverkas lokalt vilket tidigare inte varit påvisbart. 10 15 20 25 30 35 40 Redogörelse fór uppfinningen Tekniska problemet: Ett omfattande material beträffande rafﬁnörstyrning med hjälp av torrhaltsmätning, malspaltsmätning och temperaturmätning inklusive säkerhetssystem för att förhindra ihopslagning av malsegment har redovisats i litteraturen. Dokument rörande rafﬁnörstyrning med hjälp av massakvalitetsmätning är dock förvånansvärt undcrrepresenterad.The model shows that the variations in the temperature profile also affect the local dry matter estimation, which means that the predicted irreversible refining work varies. The use of the calculated spatial dry matter content has not yet been tested on-line for controlling refining processes, but it shows that the processing of the pulps is affected locally, which has not previously been detectable. 10 15 20 25 30 35 40 Description of the Invention Technical problem: A comprehensive material on electron control using dry matter measurement, grinding gap measurement and temperature measurement including safety systems to prevent aggregation of grinding segments has been reported in the literature. However, documents concerning electronic control by means of pulp quality measurement are surprisingly underrepresented.

Mätsystem för massakvalitet är ofta uppbyggda av både hårdvara i forrn av exempelvis provtagare från processen och bildanalyssystem för ﬁberkaraktärisering.Measuring systems for pulp quality are often built up of both hardware in the form of, for example, samplers from the process and image analysis systems for erkber characterization.

Det senare är kopplat till mjukvara som beräknar massafraktioner som ligger till grund för exempelvis Medelﬁberlängds- (MFL) beräkningar. Avvattningsmåttet Canadian Standard Freeness (CSF) återges vanligtvis också av mätsystemen för massakvalitet.The latter is linked to software that calculates mass fractions that form the basis for, for example, Medium Length (MFL) calculations. The dewatering measure Canadian Standard Freeness (CSF) is usually also reproduced by the mass quality measurement systems.

En del resultat visar att mätning av massakvalitetsvariabler med sådan apparatur ofta uppvisar en tydlig avvikelse från faktiska betingelser erhållna under den direkta rafﬁneringen av fibrerna. Detta kan vara orsakat av att exempelvis två seriellt kopplade rafﬁnörer, ofta benämnda primär- och sekundärraffinör, kan köras på en mängd olika sätt dynamiskt samtidigt som olika arbetspunkter kan användas och detta har man inte tagit hänsyn till i patent som tidigare publicerats. Avvikelser i massakvalitetsmätningen kan också vara orsakad av lokala ﬂuktuationer i latencykaret(38) i Figur 6a vilket gör att inhomogeniteter skapas och försvårar själva styrningen av massakvaliteten.Some results show that measurement of pulp quality variables with such equipment often shows a clear deviation from actual conditions obtained during the direct refining of the fibers. This may be due to the fact that, for example, two serially connected refiners, often referred to as primary and secondary refiners, can be run dynamically in a number of different ways at the same time as different work points can be used and this has not been taken into account in patents previously published. Deviations in the pulp quality measurement can also be caused by local uctuations in the latency cycle (38) in Figure 6a, which creates inhomogeneities and makes it difficult to control the pulp quality itself.

Under lång tid har man trott att det går att styra karaktären på massan och därigenom indirekt den slutliga massakvaliteten efter sekundärsteget med hjälp av enbart temperaturproﬁlen och/eller tryckproﬁlen ut från primärraffinören. Detta är givetvis en förenklad sanning eftersom massakvaliteten skapas utgående från betingelsema i både primärraffinören och sekundärrafﬁnören. Forskningen visar också att temperaturproﬁlen reagerar olika beroende på rafﬁnör, malsegmentmönster och var i malzonema ﬁbrema bearbetas längst, det vill säga relaterat till den lokala uppehållstiden. Detta innebär att man måste koppla temperaturproﬁlerna och/eller tryckproﬂlema på ett mer genomtänkt sätt till de slutliga massakvalitetsvariablema jämfört med tidigare patentförslag.For a long time it has been thought that it is possible to control the character of the pulp and thereby indirectly the final pulp quality after the secondary step with the help of only the temperature profile and / or the pressure profile from the primary refiner. This is of course a simplified truth because the pulp quality is created based on the conditions in both the primary refiner and the secondary refiner. The research also shows that the temperature profile reacts differently depending on the generator, grinding segment pattern and where in the grinding zones the brems are processed the longest, ie related to the local residence time. This means that the temperature problems and / or pressure problems must be linked in a more thoughtful way to the final pulp quality variables compared with previous patent proposals.

Ett annat problem som inte tagits hänsyn till tidigare är att trots en jämn utgående torrhalt i blåsledningen ut från rafﬁnörer kan den lokala torrhalten utmed malzonens radie variera betydligt. Detta påverkar givetvis den slutliga massakvaliteten eftersom ﬁbrernas uppehållstid därmed varierar vilket innebär att det inte räcker med att mäta torrhalten ut från primärraffinören och/eller sekundärrafﬁnören. 10 15 20 25 30 35 40 Man har också trott att genom en bra konstruktion av absolutmätande massakvalitetsmätare så kan de karaktäristiska massaegenskapema som erhålls från primär- och sekundärrafﬁnörema styras. Vi kan dock konstatera att många absolutmätande styrsystem ibland inte används för on-line styrning överhuvudtaget i TMP-processlinjer, vilket beror på osäkerheten i mätningen och att samplingshastigheten är långsam och ibland upp till 25 minuter mellan varje mätning vilket gör att reglerkoncept som föreslås inte används i praktiken för reglerändamål. I Figur 7 visas ett typiskt exempel på uppmätt CSF(39) som funktion av tiden och vi ser att variationen jämfört med det glidande medelvärdet på CSF (40) är ungefär +/- 20 ml (41). Vanligtvis behövs en säkrare CSF signal än vad som är fallet i Figur 7. I Figur 8 visas en medelvärdesbildad signal (42) över 5 sampel (vilket motsvarar ungefär 125 minuter) med en variation på +/- 7 ml (43) som är mer acceptabel. Sett ur ett reglerperspektiv är det oacceptabelt att ha sådana tidshorisonter att hantera när massakvaliteten i malzonema skapas inom en sekund.Another problem that has not been taken into account before is that despite an even outgoing dry content in the blast line from refineries, the local dry content along the radius of the grinding zone can vary considerably. This of course affects the final pulp quality as the residence time of the burners thus varies, which means that it is not enough to measure the dry matter content from the primary refiner and / or the secondary refiner. It has also been believed that by a good design of absolute measuring mass quality meters, the characteristic mass properties obtained from the primary and secondary meters can be controlled. However, we can state that many absolute measurement control systems are sometimes not used for on-line control at all in TMP process lines, which is due to the uncertainty in the measurement and that the sampling speed is slow and sometimes up to 25 minutes between each measurement. in practice for regulatory purposes. Figure 7 shows a typical example of measured CSF (39) as a function of time and we see that the variation compared to the moving average value of CSF (40) is approximately +/- 20 ml (41). Generally, a more reliable CSF signal is needed than is the case in Figure 7. Figure 8 shows an averaged signal (42) over 5 samples (corresponding to approximately 125 minutes) with a variation of +/- 7 ml (43) which is more acceptable. From a regulatory perspective, it is unacceptable to have such time horizons to deal with when the pulp quality in the malzones is created within a second.

Förutom att massakvalitetskaraktäriseringen är osäker har man också andra problem när reglertekniska lösningar ska formuleras. Ett centralt problem som måste hanteras är de långa dödtidema i processen. Dödtiden för ett typiskt system med två seriellt kopplade rafﬁnörer med efterföljande latencykar kan vara allt mellan 20-30 minuter beroende på processdesign. Detta innebär att en ändring i rafﬁneringsbetingelsema i någon av rafﬁnörernas malzoner slår igenom först efter 20-30 minuter i den uppmätta massakvaliteten. Detta kan man eventuellt lösa med en mer genomtänkt processdesign men vanligtvis vill man ha ett latencykar mellan rafﬁnörlinjen och massakvalitetsanalysatom.In addition to the fact that the pulp quality characterization is uncertain, there are also other problems when regulatory technical solutions are to be formulated. A key problem that needs to be addressed is the long deadlines in the process. The dead time for a typical system with two serially connected refractors with subsequent latency cycles can be anywhere between 20-30 minutes depending on the process design. This means that a change in the refining conditions in one of the refiners' grinding zones only takes effect after 20-30 minutes in the measured pulp quality. This can possibly be solved with a more well-thought-out process design, but usually you want a latency cycle between the refiner line and the pulp quality analyzer.

Hur man ska hantera inhomogenitetema i malgodset, orsakade av ojämn styrning av rafﬁneringsbetingelsema, är således centrala för redogörelsen av det tekniska problemet. Om malgodsets packningsgrad i malzonen varierar lokalt i tid och rum kan detta skapa lokala områden där den spatiala temperaturen alternativt trycket kan vara till stor hjälp.How to deal with the inhomogeneities in the goods, caused by uneven control of the refining conditions, are thus central to the description of the technical problem. If the degree of packing of the mold in the mold zone varies locally in time and space, this can create local areas where the spatial temperature or pressure can be of great help.

Alla processbetingelser, exempelvis ökad produktion eller spädvattentillförsel som ändrar den aktiva volymen i malzonen vid konstant hydraultryck, påverkar följaktligen både malspalten och temperatur- och/eller tryckproﬁlens utseende enligt tidigare beskrivning, se Figur 5. Detta får till följd att mässans uppehållstid i malzonen kan variera vilket påverkar ﬂuktuationema i rnalzonen och slutligen massakvaliteten vid normal drift. Det kan även inträffa att processbetingelserna påverkas negativt så att rafﬁnören driver iväg mot arbetspunkter som av säkerhetsskäl är förbjudna på grund av risk för haveri. Dessa förbjudna områden är svåra att på förhand prediktera 10 15 20 25 30 35 9 med dagens teknik vilket gör att dessa problem upptäcks först efter ungefär 25 till 125 minuter beroende på massaanalysatoms samplingshastighet och tillförlitlighet. En dellösning på problemet har varit att styra temperaturproﬁlen i malzonema vilket har påpekats i ett antal tidigare patent men man har hittills inte vetat hur temperaturproﬁlema förhåller sig till den erhållna rnassakvaliteten.All process conditions, for example increased production or diluent supply that changes the active volume in the grinding zone at constant hydraulic pressure, consequently affect both the grinding gap and the temperature and / or pressure profile appearance as previously described, see Figure 5. This means that the mass residence time in the grinding zone may vary which affects the ktuctuations in the nal zone and finally the pulp quality during normal operation. It can also happen that the process conditions are negatively affected so that the operator drives away to work points that are prohibited for safety reasons due to the risk of an accident. These forbidden areas are difficult to predict in advance with current technology, which means that these problems are only discovered after about 25 to 125 minutes depending on the sampling rate and reliability of the mass analyzer. A partial solution to the problem has been to control the temperature profile in the mold zones, which has been pointed out in a number of previous patents, but so far it has not been known how the temperature problems relate to the obtained resin quality.

I anslutning till tidigare nämnda ARMAX-modelleringsförsök på en primärrafﬁnör visade det sig vara svårt att veta vilka insignaler som krävs för att man ska få en bra dynamisk uppföljning av massakvaliteten eftersom processlinjen innehåller ﬂera rafﬁnörer men det stod klart att temperaturproﬁlinformation ger ett mervärde som insignaler vid prediktering av massakvaliteten.In connection with the previously mentioned ARMAX modeling experiment on a primary generator, it proved difficult to know which input signals are required to obtain a good dynamic follow-up of the pulp quality because the process line contains ﬂ your generators, but it was clear that temperature profile information provides added value as input signals. prediction of pulp quality.

Ett annat problem som uppkom vid systemidentiﬁeringsförsöken var att modellerna endast beskriver den dynamiska responsen vid ändringar i processen och därigenom saknas kunskap om massakvalitetens absolutnivåer. Vi får därigenom ett biasproblem, det vill säga att de estimerade signalema avviker från absolutvärdet på den uppmätta utsignalen samtidigt som vi ska hantera två tidsskalor, en för den snabba dynamiken som följer av den snabba proﬁlmätningen i malzonen och en för den långsamma dynamiken orsakad av massakvalitetsanalysatoms långsamma samplingshastighet.Another problem that arose during the system identification attempts was that the models only describe the dynamic response to changes in the process and thereby lack knowledge about the absolute levels of pulp quality. This gives us a bias problem, ie the estimated signals deviate from the absolute value of the measured output signal while we have to handle two time scales, one for the fast dynamics resulting from the fast probe measurement in the template zone and one for the slow dynamics caused by the mass quality analyzer. slow sampling rate.

ARMAX modellema är som tidigare nämnts linjära tillståndsmodeller och det medför problem när olinjära processer med riktningsberoende dynamik ska identiﬁeras. Det har också visat sig vara problematiskt att hantera långsammare variationer, trender, i processen som oftast beror på olinjära fenomen som slitage av malsegment et cetera.As previously mentioned, the ARMAX models are linear state models and this causes problems when non-linear processes with direction-dependent dynamics are to be identified. It has also proven to be problematic to deal with slower variations, trends, in the process that is most often due to non-linear phenomena such as wear and tear of grinding segments et cetera.

Ett ytterligare problem som inte penetrerats i litteraturen är hur de linjära systemidentiﬁeringsmetodema, exempelvis ARMAX-modellema, kan återskapa tillförlitliga tidskonstanter och förstärkningar som kan användas för stymingsändamål där riktningsberoende dynamik föreligger.An additional problem that has not been penetrated in the literature is how the linear system identification methods, for example the ARMAX models, can recreate reliable time constants and reinforcements that can be used for control purposes where direction-dependent dynamics exist.

Hur identiﬁeringen av massakvalitetsvariablema ska gå till optimalt och hur denna nyvunna kunskap ska kunna användas för att intersampla massakvalitet via mjuka sensorer, dvs. algoritmer(empiriska modeller) som gör det möjligt att snabba upp samplingsfrekvensen, från dagens 25 minuter till ungefär 1-2 minuter, har till dags dato inte heller varit känt och detta har medfört att det tekniska problemet inte tidigare lösts.How to identify the pulp quality variables optimally and how this newly acquired knowledge can be used to intersample pulp quality via soft sensors, ie. Algorithms (empirical models) that make it possible to speed up the sampling frequency, from the current 25 minutes to approximately 1-2 minutes, have not been known to date and this has meant that the technical problem has not been solved before.

Inga resultat har ännu publicerats där både primär- och sekundärrafñnörerna är bestyckade med mätskenor för temperatur och/eller tryckmätning vilket visat sig utgöra en viktig del av den tekniska lösningen nedan. 10 15 20 25 30 35 10 Lösningen: Föreliggande uppfinning utgör lösningen på dessa problem och avser ett förfaringssätt som använder robust temperatur- och/eller tryckmätning direkt i malzonen kombinerat med tillgängliga mätsignaler från processen och en modell för att estimera fram den spatiala torrhalten i varje malzon och/eller den estimerade massakvaliteten för att styra en hel rafﬁnörlinje.No results have yet been published where both the primary and secondary refiners are equipped with measuring rails for temperature and / or pressure measurement, which has proven to be an important part of the technical solution below. The solution: The present invention is the solution to these problems and relates to a method which uses robust temperature and / or pressure measurement directly in the grinding zone combined with available measurement signals from the process and a model for estimating the spatial dry matter content in each malzone and / or the estimated pulp quality to control an entire refinery line.

Eftersom mätsensorerna är placerade utmed radien i malzonen så bildas en temperaturvektor som formar den så kallade temperaturproﬁlen, se Figur 5. I de fall trycksensorer används kallas det följaktligen tryckprofil.Since the measuring sensors are placed along the radius in the grinding zone, a temperature vector is formed which forms the so-called temperature profile, see Figure 5. In cases where pressure sensors are used, it is consequently called pressure profile.

För att få en bra karaktärisering av massakvaliteten räcker det inte att mäta malzonstemperaturen i en punkt eller temperaturproñlen enbart i primärrafﬁnören.In order to obtain a good characterization of the pulp quality, it is not sufficient to measure the malzone temperature at a point or the temperature range only in the primary conductor.

Istället måste temperatur- och eller tryckproﬁlenia från både primär- och sekundärrafﬁnören användas eftersom båda rafﬁnörerna påverkar massakvaliteten. I vissa fall kan också rejektrafﬁnören ingå om den signiﬁkant påverkar slutprodukten, det vill säga massakvaliteten.Instead, temperature and / or pressure pressure from both the primary and secondary radiators must be used as both radiators affect the pulp quality. In some cases, the shrimp carrier may also be included if the significant effect on the final product, ie pulp quality.

FYSIKALISK MODELL FÖR SPATIAL TORRHALTSMÄTNIN G I händelse av att en torrhaltsmätning sker i blåsledningen ut från rafﬁnörema styrs den företrädesvis av spädvattenﬂödena. Den fysikaliska modellen beskriven i ”Reﬁning models for control purposes” (2008), Anders Karlström, Karin Eriksson, David Sikter and Mattias Gustavsson, Nordic Pulp and Paper journal har visat sig vara användbar för beräkning av torrhalten ut från rafﬁnörema. En järnförelse mellan uppmätt och predikterad torrhalt visar att den predikterade torrhalten överensstämmer bättre med laboratorieprover tagna i blåsledningen.PHYSICAL MODEL FOR SPATIAL DRY CONTENT MEASUREMENT In the event that a dry content measurement takes place in the blow line from the electrons, it is preferably controlled by the dilution water. The physical model described in “Cleaning models for control purposes” (2008), Anders Karlström, Karin Eriksson, David Sikter and Mattias Gustavsson, Nordic Pulp and Paper journal has proven to be useful for calculating the dry content from the electrons. An iron correlation between measured and predicted dry matter content shows that the predicted dry matter content corresponds better with laboratory samples taken in the blow line.

Variationer i torrhalten lokalt i malzonen kan inte mätaren i blåsledningen hantera.Variations in the dry content locally in the grinding zone cannot be handled by the meter in the blow line.

Istället måste den fysikaliska modellen användas för att komma åt dessa inre tillstånd utmed radien i malzonen. Detta innebär således att den fysikaliska modellen ger oss tillgång till torrhaltsproﬁlen i malzonen. Modellen förutsätter dock att energibalansen i processen använder temperaturproﬁlen eller tryckproñlen som ingångsvariabel i beräkningen. En stor förändring i exempelvis den inre delen av temperaturproﬁlen ger en stor förändring i den estimerade torrhalten i samma region, se Figur 5.Instead, the physical model must be used to access these internal states along the radius of the malzone. This means that the physical model gives us access to the dry matter profile in the malt zone. However, the model assumes that the energy balance in the process uses the temperature profile or the pressure profile as the input variable in the calculation. A large change in, for example, the inner part of the temperature profile gives a large change in the estimated dry matter content in the same region, see Figure 5.

EMPIRISK MODELL Genom tillgången på temperaturproﬁler och/eller tryckproﬁler från primär- och sekundäirafﬁnörer i kombination med traditionella processvariabler som ﬂisﬂöde, spädvattenﬂöde och hydraultryck och inloppstryck, som tillsammans kan utgöra 10 15 20 25 30 35 40 11 insignalvektom u( t), kan vi studera hur massakvaliteten i vektom y( t) förhåller sig till olika förändringar i processen under förutsättning att en tillförlitlig modell kan skapas.EMPIRICAL MODEL Through the availability of temperature probes and / or pressure probes from primary and secondary turbines in combination with traditional process variables such as ﬂ ice desolation, dilution ﬂ desolation and hydraulic pressure and inlet pressure, which together can constitute 10 15 20 25 30 35 40 11 input signal, we can study how the pulp quality in the vector y (t) relates to various changes in the process provided that a reliable model can be created.

Anledningen till varför detta är intressant är givetvis att vi vill koppla, via empiriska modeller, processvariabler och malzonsinformation till ﬂera massakvalitetsvariabler, exempelvis CSF och MFL, som kan användas för styrningsändamål.The reason why this is interesting is of course that we want to link, via empirical models, process variables and template information to mass your pulp quality variables, for example CSF and MFL, which can be used for control purposes.

Vi ska inte fördjupa oss allt för mycket i detaljer rörande alla typer av empiriska modeller som kan förekomma men i de fall vi använder en linjär modell så är ett exempel viktigt att visa för att man ska förstå vad vi vill åstadkomma.We should not delve too deeply into details concerning all types of empirical models that may occur, but in cases where we use a linear model, an example is important to show in order to understand what we want to achieve.

Det är viktigt att poängtera att modellen A(q)y(I)=B(<1)u(l-Hk)+ C(q)e(ï), är en ”Auto Regressive Moving Average eXogenous”(ARMAX)-baserade ekvation där utsignalvektom y( t) innehåller de signaler man vill modellera. Insignalvektorn u( t) kan som ovan nämnts innehålla exempelvis några variabler från malzonens temperaturproﬁl, produktion, spädvattenﬂöde och hydraultryck som också kan ersättas med malspalten om den finns uppmätt. nk representerar dödtiden för respektive inlsignal till utsignalen, e( t) anger felet och A( q), B(q) och C( q ) är polynom i operatom q .It is important to point out that the model A (q) y (I) = B (<1) u (l-Hk) + C (q) e (ï), is an “Auto Regressive Moving Average eXogenous” (ARMAX) - based equation where the output signal vector y (t) contains the signals you want to model. The input signal vector u (t) can, as mentioned above, contain, for example, some variables from the grinding zone's temperature profile, production, dilution water fate and hydraulic pressure that can also be replaced with the grinding gap if it is measured. nk represents the dead time of each input signal to the output signal, e (t) indicates the error and A (q), B (q) and C (q) are polynomials in the operator q.

Det bör påpekas att modellen endast hanterar variationerna vilket innebär att det inte är absolutvärdet som modelleras. Utsignalvektom y( t) måste därför kopplas samman med den långsamt varierande delen(40) av den signal som man modellerar för att absolutvärdet, exempelvis massakvalitetsvariablema CSF(39) eller andra dynamiska karaktäristiska mätsignaler, ska erhållas, se Figur 7. Ofta utgör den långsamma delen av signalen av medelvärdet eller en starkt ﬁltrerad linjär trend, se vidare “System identification, Theory for the user”, Lennart Ljung, 2nd edition, Prentice Hall, New Jersey (1999).It should be pointed out that the model only handles the variations, which means that it is not the absolute value that is modeled. The output signal vector y (t) must therefore be coupled to the slowly varying part (40) of the signal being modeled in order to obtain the absolute value, for example the mass quality variables CSF (39) or other dynamic characteristic measurement signals, see Figure 7. Often the slow part of the signal of the mean or a strongly altered linear trend, see also “System identification, Theory for the user”, Lennart Ljung, 2nd edition, Prentice Hall, New Jersey (1999).

Insignalvektom u( t) har en tendens att bli komplex och oöverskådlig för fall där hela rafﬁnörlinjer betraktas varför den lämpligen delas upp i vektorer för processvariablerna Vqm-m, (44) och Vmc, (46) samtidigt som mätsignaler från malzonema representeras av vektorerna T(,,,,-,,,, (45) och TM, (47), se Figur 9a. En annan anledning till uppdelningen är också att man ibland inte behöver all information som insignaler i modellframtagningen. För vissa typer av rafﬁnörer räcker det med att ha enbart mätsignaler från malzonen T(,,,,-,,,) (45) och TWC, (47). I andra fall kan det vara viktigt att ha med även processvariablerna VÛm-m, (44) och Vßec, (46), speciellt om rafﬁnöremas arbetspunkter varierar starkt i tiden.The input signal vector u (t) tends to be complex and confusing for cases where whole operator lines are considered, so it is suitably divided into vectors for the process variables Vqm-m, (44) and Vmc, (46) while measurement signals from the malzones are represented by the vectors T (,,,, - ,,,, (45) and TM, (47), see Figure 9a. Another reason for the division is also that sometimes you do not need all the information as input signals in the model development. For certain types of refiners it is enough having only measurement signals from the grinding zone T (,,,, - ,,,) (45) and TWC, (47) In other cases it may be important to also include the process variables VÛm-m, (44) and Vßec, (46), especially if the working points of the batteries vary greatly over time.

För att generera de dynamiska empiriska modellerna i Figur 9a kan exempelvis ARMAX-modeller eller andra modeller användas. Utsignalerna (48,49) från varje 10 15 20 25 30 35 40 12 modell i kombination med den långsamina delen av signalen (51) summeras och utgör den slutliga massakvalitetsvektom (50).To generate the dynamic empirical models in Figure 9a, for example, ARMAX models or other models can be used. The output signals (48,49) from each model in combination with the slow part of the signal (51) are summed and constitute the final pulp quality vector (50).

Notera att bra modeller erhålls endast om uppehållstiden i latencykaret beaktas eftersom en tillräckligt stor excitation av en insignal i raffinörerna kommer att synas i den uppmätta massakvaliteten först efter ungefär 20 minuter. I identifieringen av utsignalen y( t) måste därför dödtiden nk inkluderas för att man ska få bra dynamisk följning av den uppmätta massakvaliteten.Note that good models are obtained only if the residence time in the latency cycle is taken into account, as a sufficiently large excitation of an input signal in the refiners will only be visible in the measured pulp quality after about 20 minutes. In the identification of the output signal y (t), the dead time nk must therefore be included in order to obtain good dynamic tracking of the measured pulp quality.

MODELLFÖRBÄTTRINGAR Av ya) I den modell som beskriver massakvaliteten ut från raffinören vill vi dock hitta estimat som är betydligt snabbare än vad som erhålls med ovanstående modell i Figur 9a. I Figur 9b återges ett exempel, Den verkliga variationen i massakvaliteten ut från latencykaret (52) modelleras och erhålls som summan av variationen i massakvaliteten från primär- (48) respektive sekundärraffinörerna (48) och återges av (53). Om vi exkluderar dödtiden nk från modellen erhålls niassakvaliteten (54). Om vi dessutom förkortar insvängningsförloppen orsakade av omrörningsfenomen och naturlig ﬁltrering i latencykaret erhålls en modifierad utsignal ymoj t) (55) som återger massakvalitetsvariationen betydligt snabbare än vad som massakvalitetsanalysatom kan åstadkomma.MODEL IMPROVEMENTS Of ya) In the model that describes the pulp quality from the refiner, however, we want to find estimates that are significantly faster than what is obtained with the above model in Figure 9a. Figure 9b shows an example. The actual variation in pulp quality from the latency cycle (52) is modeled and obtained as the sum of the variation in pulp quality from the primary (48) and secondary refiners (48) and 48 (respectively) and is represented by (53). If we exclude the dead time nk from the model, the niassa quality is obtained (54). If we also shorten the oscillation processes caused by stirring phenomena and natural filtration in the latency cyclist, a modified output signal ymoj t) (55) is obtained which reproduces the pulp quality variation much faster than what the pulp quality analyzer can achieve.

MODELLFÖRBÄTTRINGAR AV DEN LÃNGSAMT VARIERANDE SIGNALEN Den modifierade utsignalen ymd( t) ska sedan kopplas till en modifierad långsamt varierande signal för att få en ny estimerad massakvalitet utan dödtid, se Figur 10. När det är små variationer i processen är det normalt små variationer i massakvaliteten men inte i den uppmätta massakvaliteten. Därför används en långsamt varierande signa1(56) skapad av exempelvis den medelvärdesbildade signalen (42) i Figur 8 eller en medelvärdesbildad signal över 2-10 sampel beroende på vilken filtrering man vill använda.MODEL IMPROVEMENTS OF THE SLOWLY VARIATING SIGNAL The modified output signal ymd (t) must then be connected to a modified slowly varying signal to obtain a new estimated mass quality without dead time, see Figure 10. When there are small variations in the process, there are normally small variations in the mass quality. but not in the measured pulp quality. Therefore, a slowly varying signal (56) created by, for example, the averaged signal (42) in Figure 8 or an averaged signal over 2-10 samples is used depending on which filtering one wants to use.

Således, genom att utnyttja den medelvärdesbildade signalen 2-10 sampel bakåt i tiden som den långsamt varierande delen (56) i kombination med den modifierade utsignalen ymojt) (57) som har snabb variation fås ett mer tillförlitligt värde där vi kopplar två tidsskalor till varandra och utnyttjar snabbheten samtidigt som vi kan följa den långsiktiga trenden i mätsignalen från massakvalitetsanalysatorn, se Figur 10.Thus, by using the averaged signal 2-10 samples back in time as the slowly varying part (56) in combination with the modified output signal ymojt) (57) which has fast variation, a more reliable value is obtained where we connect two time scales to each other. and utilizes the speed while we can follow the long-term trend in the measurement signal from the pulp quality analyzer, see Figure 10.

För olinjära system kan också riktade försök göras för att man ska kunna skapa modeller för att ta hand om så kallad riktningsberoende dynamik, se Figur 6b, där funktionen fm beskriver systemets respons på olika ändringar i insignalerna u( t).For nonlinear systems, directional experiments can also be made in order to be able to create models to take care of so-called direction-dependent dynamics, see Figure 6b, where the function fm describes the system's response to various changes in the input signals u (t).

Vilken systemstruktur som väljs för att prediktera massakvaliteten beror på den noggrannhet som krävs för att man ska kunna styra processen. I många fall kan en linjär modell fungera tillräckligt bra emedan andra situationer kräver olinjära 10 15 20 25 30 35 13 lösningar. Det bör närrmas i sammanhanget att ovanstående identiﬁeringsteknik för att hitta en bra tillståndsmodell, som sedan kan transformeras till nedanstående system av överföringsfunktioner, kan användas för att estimera fram förstärkning och tidskonstanter enligt ekvationen k r 1+ST1T fm _ f kmzr: m2 :gmi :IT mZJ, genom att omstrukturera (segmentera) mätserierna för att fånga dynamik som beskriver T och t.Which system structure is chosen to predict the pulp quality depends on the accuracy required to be able to control the process. In many cases, a linear model can work well enough because other situations require non-linear solutions. It should be approached in this context that the above identification technique to find a good state model, which can then be transformed into the following system of transfer functions, can be used to estimate gain and time constants according to the equation SEK 1 + ST1T fm _ f kmzr: m2: gmi: IT mZJ, by restructuring (segmenting) the measurement series to capture dynamics that describe T and t.

Det är följaktligen viktigt att påpeka att mätningen av temperaturen, alternativt trycket eller en kombination av de båda, utmed malsegmentens radie är nödvändig för att överhuvudtaget kunna estimera fram massakvaliteten vid HC-rafﬁnering eller vid LC- rafﬁnering.It is therefore important to point out that the measurement of the temperature, alternatively the pressure or a combination of the two, along the radius of the grinding segments is necessary in order to be able to estimate the pulp quality at all during HC refining or during LC refining.

Genom tillgången på snabb information från exempelvis temperatursensorer i malzonema på primär- och sekundärrafﬁnörema i kombination med en tillräckligt bra modell kan man således få en snabb prediktion av massakvalitetsvariablema. Därmed kan kvaliteten på massan förhindras driva i väg utanför speciﬁkationen på grund av ändringar i driftsbetingelsema. Detta sker lämpligen genom att intersampla massakvaliteten (57) exempelvis varje minut, se Figur 10, så att man kan använda prediktionen som hjälpmedel i olika reglerkoncept. Det är samtidigt viktigt att den predikterade massakvaliteten (57) hela tiden jämförs med den uppmätta massakvaliteten (39) även om den estimerade kvaliteten oftast är mer noggrann och passar bättre för styrningsändamål.Through the availability of fast information from, for example, temperature sensors in the mold zones on the primary and secondary meters in combination with a sufficiently good model, it is thus possible to obtain a fast prediction of the pulp quality variables. Thus, the quality of the pulp can be prevented from drifting outside the specification due to changes in the operating conditions. This is conveniently done by intersampling the pulp quality (57), for example every minute, see Figure 10, so that one can use prediction as an aid in different control concepts. At the same time, it is important that the predicted pulp quality (57) is constantly compared with the measured pulp quality (39), even though the estimated quality is usually more accurate and better suited for control purposes.

Figur lla visar schematiskt styrningen av allmängiltiga processer med ett traditionellt reglerkoncept där en regulator (C) erhåller differensen mellan ett börvärde (SP) och en uppmätt signal (M) och därefter via ett styrdon styr en process (H).Figure 11a schematically shows the control of universal processes with a traditional control concept where a controller (C) obtains the difference between a setpoint (SP) and a measured signal (M) and then controls a process (H) via a control device.

Figur llb visar schematiskt stymingen av processen med det nya reglerkonceptet.Figure 11b schematically shows the control of the process with the new control concept.

Regulatom (C) som utgörs av en dator eller liknande elektronisk utrustning matas med differensen mellan (börvärdena (SP)) och (ärvärdena (PV)) på den snabba estimerade massakvaliteten(M,,,,,d). Styrenheten (C) matar ut information till ett distributionsblock (D) som fördelar styrsignalen till de inre reglerkretsar för varje rafﬁnör som ingår i reglerkonceptet. De inre reglerkretsarna kan bestå av ett ﬂertal inre reglerkretsar för att styra den spatialt estimerade torrhalten med hjälp av spädvattenﬂödet och/eller de uppmätta temperaturproﬁlerna och/eller tryckproﬁlerna i primär- respektive 10 15 20 25 30 35 14 sekundärrafﬁnörema. Temperaturproﬁlema och/eller tryckproﬁlema styr företrädesvis av hydraultrycken (5) i respektive raffinör men också i kombination med tillfört vatten (43) och/eller ﬂismatníng(6). Relevanta variabler från mätningsdonen i rnalspalten tillsammans med modellerad torrhalt i olika positioner i malspalten matas sedan in i ett modellblock som summerar den slutliga estimerade variationen på massakvaliteten (58). Denna signal adderas till den uppmätta signalen M via ett ﬁlter Mﬁl, om signalkvaliteten på M varierar mycket i tiden.The controller (C) which consists of a computer or similar electronic equipment is fed with the difference between (setpoints (SP)) and (actual values (PV)) on the fast estimated pulp quality (M ,,,,, d). The control unit (C) outputs information to a distribution block (D) which distributes the control signal to the internal control circuits for each operator included in the control concept. The internal control circuits may consist of a number of internal control circuits for controlling the spatially estimated dry content by means of the dilution water and / or the measured temperature coils and / or the pressure coils in the primary and 10 15 20 25 30 35 14 secondary ducts. The temperature problems and / or pressure problems are preferably controlled by the hydraulic pressures (5) in the respective refiner but also in combination with supplied water (43) and / or ice feed (6). Relevant variables from the measuring devices in the grinding gap together with modeled dry content in different positions in the grinding gap are then entered into a model block that sums up the final estimated variation in the pulp quality (58). This signal is added to the measured signal M via an M lter M ﬁ l, if the signal quality of M varies greatly over time.

En mängd olika distributionsrutiner kan formuleras och en återges i Figur 1lc. där två seriellt kopplade block K och R beskriver en av operatörerna satt fördelning och R är en rutin som relaterar till den faktiska förstärkningsfördelningen för malzonsmätningarna/estimeringarna vid normal drift. Genom K kan operatören således förstärka eller minska Rs inverkan på respektive inre reglerkrets. Den inre loopen förutsätter mätning av någon fysikalisk storhet i malzonen, se Figur 11d. Varje reglerkrets har sin egen regulator C för att ta hand om den dynamik H som de facto kan skilja från rafﬁnör till rafﬁnör. Modellen, se Figur lle kan beskrivas på olika sätt men gemensamt med alla modeller är att den tar hand om snabba variationer på samma tidskala som de inre reglerkretsama. Utsignalema från varje delmodell F (59) summeras och formar ymod(55) som sedan summeras med en trendsignal (60), se Figur llb och Figur 11f. Den slutliga modiﬁerande signalen (Mmod) återkopplas sedan för att skapa den erforderliga reglerdifferensen som går in i regulatorn (C). Notera i Figur llf återges ett godtyckligt antal seriekopplade och/eller parallellkopplade rafﬁnörer som styrs i gällande reglerkoncept.A variety of distribution routines can be formulated and one is shown in Figure 11c. where two serially connected blocks K and R describe a distribution set by the operators and R is a routine that relates to the actual gain distribution for the malzone measurements / estimates during normal operation. Through K, the operator can thus amplify or reduce R's influence on the respective internal control circuit. The inner loop presupposes measurement of some physical quantity in the grinding zone, see Figure 11d. Each control circuit has its own controller C to take care of the dynamics H that can de facto differ from operator to operator. The model, see Figure 11 can be described in different ways, but common to all models is that it takes care of rapid variations on the same time scale as the internal control circuits. The output signals from each submodel F (59) are summed and form ymod (55) which is then summed with a trend signal (60), see Figure 11b and Figure 11f. The final modifying signal (Mmod) is then fed back to create the required control difference that enters the controller (C). Note Figure llf shows an arbitrary number of series-connected and / or parallel-connected operators that are controlled in the current control concept.

I de fall en tillräckligt noggrarm malspaltsgivare ﬁnns tillgänglig kan ovanstående beräkningsförfarande också inkludera denna för uppföljning.In cases where a sufficiently accurate template gap sensor is available, the above calculation procedure can also include this for follow-up.

Huvudändamålet med uppfinningen är således att beskriva ett förfaringssätt, som med stor tillförlitlighet kan presentera en on-line baserad estimering av massakvaliteten samtidigt som densamma används för styming av slutlig massakvalitet ut från den sista rafﬁnören och därefter latencykaret.The main object of the invention is thus to describe a method which can present with great reliability an on-line based estimation of the pulp quality at the same time as it is used for controlling the final pulp quality from the last operator and then the latency cyclist.

Uppﬁnningen är baserad på att temperaturproﬁlen och/eller den absoluta tryckprofilen kan mätas i primär- och/eller sekundärrafﬁnöremas malzoner och/eller att den spatiala torrhalten i malzonen kan estimeras fram med en modell.The invention is based on the fact that the temperature profile and / or the absolute pressure profile can be measured in the primary and / or secondary deposits' grinding zones and / or that the spatial dry content in the grinding zone can be estimated using a model.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning är inte inskränkt till någon bestämd anordning för avläsning av temperatur eller tryck i malzonen. Sådana anordningar är emellertid kända genom exempelvis svenska patentet 9601420-4. 15 Uppﬁnningen är inte heller begränsad till den visade utföringsformen utan den kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram. 10 15 20 25 30 35 40 16 Beskrivning av ritningsunderlag: Figur 1: Snitt av ett stationär malskiva som trycker mot ett roterande malskiva.The method of the present invention is not limited to any particular device for reading temperature or pressure in the grinding zone. However, such devices are known from, for example, Swedish patent 9601420-4. The invention is also not limited to the embodiment shown, but it can be varied in different ways within the scope of the claims. 10 15 20 25 30 35 40 16 Description of the drawing base: Figure 1: Section of a stationary grinding wheel that presses against a rotating grinding wheel.

Figur 2: Två malsegment med mellanliggande parallellepipedisk långsträckt skena för mätning av temperatur och/eller tryck.Figure 2: Two grinding segments with intermediate parallelepiped elongated rail for measuring temperature and / or pressure.

Figur 3: Temperaturproﬁl och tryckproﬁl som funktion av malzonsradien.Figure 3: Temperature profile and pressure profile as a function of the malzone radius.

Figur 4: Parallellepipedisk långsträckt skena med diskret placerade temperatur- och/eller trycksensorer.Figure 4: Parallel pipedong elongated rail with discreetly placed temperature and / or pressure sensors.

Figur Sa: Temperaturproﬁlens utseende före och efter en ökning av spädvattentillförseln.Figure Sa: Appearance of the temperature profile before and after an increase in the dilution water supply.

Figur 5b: Temperaturproﬁlens utseende före och efter en ökning av produktionen.Figure 5b: Appearance of the temperature profile before and after an increase in production.

Figur 5c: Temperaturproﬁlens utseende före och efter ett malsegmentbyte.Figure 5c: Appearance of the temperature profile before and after a template segment change.

Figur 6a: Schematisk ñgur över hur två rafflnörer är kopplade till ett latencykar med efterföljande massakvalitetsanalysator. I figuren ingår även en rejektrafﬁnör.Figure 6a: Schematic overview of how two raffles are connected to a latency cyclist with a subsequent pulp quality analyzer. The figure also includes a shrimp tractor.

Figur 6b: Exempel på riktningsberoende dynamik Figur 7: Exempel på en uppmätt massakvalitetsvariabel i form av CSF.Figure 6b: Example of directional dynamics Figure 7: Example of a measured pulp quality variable in the form of CSF.

Figur 8: Exempel på en medelvärdesbildad signal över 5 sampel utgående från signalen i Figur 7.Figure 8: Example of an averaged signal over 5 samples based on the signal in Figure 7.

Figur 9a: Schematisk ﬁgur över hur modelleringsblocken är kopplade och summerade för att återge variationen i massakvaliteten.Figure 9a: Schematic overview of how the modeling blocks are connected and summed to represent the variation in the pulp quality.

Figur 9b: Schematisk figur för att beskriva hur en modifierad massakvalitetsvariabels beteende förändras när dödtid och tidskonstanter modifieras för att bättre återge vad som händer i varje rafﬁnör.Figure 9b: Schematic figure to describe how the behavior of a modified pulp quality variable changes when dead time and time constants are modified to better reflect what is happening in each operator.

Figur 10: Exempel på medelvärdesbildad signal (DC-nivå) och signal med snabb variation (AC-nivå) som sedan ska summeras och återge slutgiltig massakvalitet.Figure 10: Examples of averaged signal (DC level) and signal with rapid variation (AC level) which are then to be summed up and reproduce final mass quality.

Figur 1 la: Traditionellt reglerkretskoncept. 10 15 17 Figur 11b: Nytt reglerkoncept enligt detta patent.Figure 1 la: Traditional control circuit concept. 10 11 17 Figure 11b: New control concept according to this patent.

Figur 11c: Distributionsblock för fördelning av utsignal från regulator till respektive inre reglerkrets.Figure 11c: Distribution block for distribution of output signal from controller to respective internal control circuit.

Figur l1d: Exempel på inre reglerkrets med godtyckligt antal raffinörer som är seriellt och/eller parallellt kopplade.Figure l1d: Example of internal control circuit with any number of refiners connected in series and / or in parallel.

Figur 11e: Exempel på modellblock med efterföljande summering till slutlig massakvalitetsvariation.Figure 11e: Example of model block with subsequent summation to final pulp quality variation.

Figur 11f: Sammanställning av hela reglerkonceptet i dess detalj.Figure 11f: Summary of the entire control concept in its detail.

Claims

Claim 1: A device for estimating pulp quality after milling, comprising at least one rafter equipped with a spatially distributed set of sensors and a pulp quality meter which gives an absolute pulp quality estimate of the pulp after milling in the at least one rafter, characterized in that a signal processing unit calculates a relative mass quality estimate from measured values from at least the spatially distributed set of sensors and where the mass quality estimate of the device is a function of both the absolute and the relative mass quality estimate. A device according to claim 1, characterized in that the device comprises at least a first generator provided with a first spatially distributed set of sensors and a second generator provided with a second spatially distributed set of sensors, wherein the signal processing unit calculates the relative mass quality estimate from measurements of at least the first and spatially distributed sets of sensors. A device according to claim 1 or 2, characterized in that the spatial distribution of the sensors in at least one generator consists of a radial distribution in the target zone of the generator. A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal processing unit uses measured values for calculating the relative mass quality estimate. from at least one rafter on at least one of the grinding slits, the dry matter content of the pulp at the outlet, ﬂ ice ﬂ desolation, dilution ﬂ desolation or inlet pressure. A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the pulp quality meter measures the pulp quality in a storage tank. A method for controlling output pulp quality from at least one rafter, wherein at least one of the rafter's process variables is controlled by a control device, wherein the regulator controls the process variables based on input data in the form of at least one pulp quality estimate, where the at least one rafter is provided with a spatial array. sensors and a pulp quality meter which gives an absolute pulp quality estimate of the pulp after milling in the at least one operator, characterized in that a signal processing unit calculates a relative pulp quality estimate from measurements from at least the spatially distributed set of sensors and where the pulp quality estimate is the function; of both the absolute and the relative mass quality estimate. A method according to claim 6, characterized in that the signal processing unit calculates the relative mass quality estimate from measured values from at least a first and second spatially distributed sets of sensors, wherein a first raffin butter is provided with the first spatially distributed set of sensors and a second raffor is provided with the second spatial distributed set of sensors. A method according to claim 6 or 7, characterized in that the spatial distribution of the sensors in at least one operator consists of a radial distribution in the operator's malzone. A method according to any one of claims 6-8, characterized in that the signal processing unit when calculating the relative pulp quality estimate additionally uses measured values from at least one rafter on at least one of the grinding gap, the dry matter content of the pulp, ﬂ ice ﬂ desolation, diluent ﬂ desolation or inlet. A method according to any one of claims 6-9, characterized in that the pulp quality meter measures the pulp quality in a storage tank.