專利名稱：用于監測和控制流過一干燥作用中所用的干燥器罩的氣體的作用變量的方法、控制范例 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的在干燥作業作用中控制和監測流經干燥所用的干燥腔的作業氣體的作業變量的方法、控制范例和裝置。作業氣體連續流過干燥腔。干燥腔內的狀態通過根據本發明的控制范例監測和控制一些作業氣體不同的作業變量來操縱。本發明的裝置還包括一個用于根據本發明的控制范例，通過控制和監測流過該腔的作業氣體的一些作業變量來操縱干燥腔內狀態的裝置。
先有技術為了干燥含水材料，以及在塑料或陶瓷濕坯的涂漆或制造作用中為了蒸發溶劑或粘合劑，采用了各種不同的方法，其中被干燥的材料加熱以便使某種物質蒸發，例如水或溶劑。為了實現有效的干燥，在許多作業中所蒸發的物質借助流過干燥材料附近的干燥氣體，例如空氣從干燥材料附近的區域被帶走。下面將從干燥含濕氣或水的材料，或含濕氣或水的產品的角度對先有技術和本發明進行說明，但是本技術對于其它干燥作業作用當然也是有用的，其中蒸發的物質由作業氣體自干燥產品吸取，并由上述氣體輸送走。
為了控制作業氣體，特別是其吸取和去除蒸發物質的能力，在許多作業作用中采用了作業腔。對于靜止的分批處理工藝，該腔通常稱作烘爐或干燥艙，而對于幅面材料的連續干燥，通常稱為干燥罩。其它干燥作業作用，基本設計為用于處理顆粒材料的呈旋轉滾筒或流態化床形式的干燥腔，顆粒材料在其中與干燥氣體相遇和混合。
干燥艙用于含水的濕潤漿液材料，例如造紙或紙版用的紙漿、礦物質、陶瓷、冶金和化學工業的漿液，對于干燥固體產品，例如天然材料，如小片材料、木材或例如陶瓷工業的脫水產品，以及木纖維板和一些礦物質和／或礦物纖維基結構和絕緣產品，特別是成形產品，例如適用于替代石棉材料的片巖(sheetrock)、石棉、玻璃棉和建筑材料和絕緣板，且也用于在涂漆作用中用于蒸發溶劑等。在干燥作業作用中所必需的熱可以用任何理想的方式提供給所要干燥的材料，例如通過紅外加熱器的輻射、微波或高頻輻射，從而在所要干燥的材料中產生熱，盡管最好是使用用過的含熱干燥氣體。無論如何，干燥的效果很大程度上取決于由干燥氣體自干燥艙吸收和帶走的水／溶劑的蒸發的效率和均勻性。
在紙、紙板、片巖、石棉板等的連續式幅面作業中采用干燥艙和類似的干燥腔。為了獲得水和／或溶劑的理想蒸發，在這些作用中也可采用多種不同的方法，但最好是根據上述任何一種方法提供／產生熱。同樣，干燥氣體自產品吸收和帶走所蒸發物質的能力對于干燥作用的效果是很重要的。例如對于幅面的干燥，很久以來通常一直是使用干燥罩。對于干燥諸如紙的高速運動的薄幅面材料，上述罩是與干燥滾筒一起鄰近紙幅布置。紙沿路徑以高速運動，通過干燥罩，而干燥的效果主要受到滾筒內蒸發壓力的影響，但它也受到干燥罩內作業變量的影響，且主要受到流過干燥罩的作業空氣的作業變量的影響。
對于紙的干燥，以及其它各種干燥作用的變化，除了對于干燥作業作用效率的要求外，還有其它一些邊界條件，例如產品整個表面的均勻干燥，指的是干燥后產品沿其整個長度和寬度水分含量減少且均勻；加熱經濟性好；濕氣和熱向周圍環境的泄漏小；噪音低；可達性能高，和易于靠近，以便維護、調整和修理。
為了實現所需的干燥腔內作業條件，要對流過干燥腔的作業空氣的一個或多個作業變量進行監測和控制。通常監測的一個作業變量是作業空氣的含水量，且通常是干燥腔的排放空氣的含水量。再者，排放空氣的含水量影響作業加熱的經濟性和整個作用的經濟性。對于其它溶劑或類似物質蒸發的干燥作用也是一樣。
顯著影響干燥作用的另一個作業變量是干燥腔內的內壓力或壓力狀態，它通常表示為干燥腔的零位(mm)，即在該點，干燥腔內壓力和環境壓力的壓力差△P=P環-P罩為零。
上述作業變量一般通過鄰近干燥腔布置的傳感或其它測量裝置來監測。該測量裝置布置在控制回路內，根據先有技術控制回路還包括傳統控制裝置和致動裝置。致動裝置影響一個已知的操縱作業變量，從而影響正在測量的監測的作業變量。用于控制作業空氣進而影響干燥腔內干燥狀態的操縱作業變量的例子是供給空氣的流量和排放空氣的流量(m3／min)。供給空氣流量和排放空氣流量由致動裝置控制，例如氣流調節器，或另一種變速風扇的速度控制。用于作業空氣控制的已知和傳統方法采用了包括一個控制和監測作業變量的控制回路，它僅與一個操縱作業變量有關，且由上述變量控制。在這類作業控制中，操縱作業變量的變化可影響幾個所監測的作業變量的事實被忽視了，同樣所監測的作業變量可取決于多個操縱作業變量的事實也被忽視。相應地，在新的干燥設備的調諧中，要控制作業空氣，需要小心仔細和大范圍的調諧方法。在干燥作業作用中針對其它作業變量的變化或干燥作用的其它條件，例如以前作業中的變化對作業空氣進行補償更為復雜。再有，作業空氣在某些情況下對于紊流非常敏感。以上所述對于空氣之外的作業氣體也是有效的。
眾所周知，在作業控制的領域，例如造紙工業除干燥作業以外的其它作業，采用了不同于傳感裝置的基于控制范例的控制回路，控制器和致動器包括所控作業的動態模型，并且在某些情況下還包括對控制回路的影響因素進行描述和補償的校正單元，上述控制器與作業模型和校正單元，如果存在就協同動作，控制該作業。因此，已知的操縱作業變量和與監測變量之間的關系以及其它作業變量的影響，對于操縱作業變量要加以考慮。這種基于所控的作業模型構成的控制范例的作業控制通常稱作“內部模型控制”，簡稱IMC。在干燥作用中即使采用IMC控制作業變量，也需要有非常廣泛的調諧。由于腔內的壓力狀態、零位要受到輸入空氣流量和排出空氣流量的影響，所以對紊流的敏感性還繼續存在。
本發明的基本目的是提供一種方法，用于控制在干燥作用中流過干燥作用中所用的干燥腔的作業氣體，目的是在易于調諧且對分布敏感性低的靈活的作業中通過對生作業氣體一些作業變量的改進、穩定和可靠的控制，實現對材料或產品的濕度場控制的改進和提高加熱經濟性。或者，在一個易于調諧和對分布敏感性低的靈活的作業中，作業氣體的作業變量的改進、穩定和有效的控制導致對溶劑的蒸發的控制的改善，進而對干燥材料的內外性能帶來積極效果，且提高了加熱經濟性。
本發明的另一個目的是提供一種方法，借助易于實施和調諧而且還非常堅固耐用和對分布敏感性低的控制范例，實現在干燥作用中監測和控制干燥作用中作業氣體中蒸發的物質含量和干燥作用所用的干燥腔內的壓力狀態。
具體地講，本發明的目的是提供一種方法，其包括這樣一種控制范例，用于監測和控制作業空氣的含水量和紙干燥作用中干燥罩內的壓力狀態，其中干燥腔布置在紙幅旁，且其中紙幅和作業空氣連續通過干燥腔，在此作用中水自紙脫除。在根據本發明的干燥作用中所用的控制范例適于保證保持所需的濕度場，特別有利于將橫貫紙幅橫截面和沿紙幅縱向的濕氣含量均勻性保持在允許的差異范圍內，同時以良好或有所改善的加熱經濟性運行干燥作用。
本發明還有一個目的是提供一種用于控制本發明作業的控制范例。本發明的再一目的是提供實現本發明作業的裝置。
本發明簡述為了在烘干一產品時影響干燥腔內的干燥條件，有一種作業氣體流過的干燥腔，上述產品位于其中或通過該干燥腔，上述作業氣體在其通過該干燥腔的作用中，與該產品接觸，使某種物質為該作業氣體所吸取，上述物質至少部分自該產品脫除，并隨作業氣體輸送到干燥腔外，作業氣體的一些作業變量通過一作業進行控制和監測，其中，作業氣體的作業變量這樣控制，上述目的通過根據權利要求1中的特征之前部分所述且為權利要求1的特征部分的特性所表征的控制作業氣體的作業變量的方法實現，其中流過干燥腔的作業氣體的作業變量是這樣來控制和監測，通過控制和監測第一組所控的作業變量包括所要脫除物質在產品中的含量x和干燥腔內的壓力狀態z，而且根據所控的作業變量x、或z的改變，第二組操縱作業變量的一個或多個作業變量，包括作業氣體供給流量a和排放流量e，使所要脫除物質在作業氣體中的含量x和干燥腔內的壓力狀態z獨立控制，且其中供給流量a根據排放流量e進行補償。
下面雖然本發明將通過由包括干燥含水產品和含水或濕氣的空氣所構成的干燥作業的例子進行例舉，但它也適用于所有類型的干燥作業，其中產品處于或通過有作業氣體從中流過的干燥腔且其中作業氣體從產品旁通過或穿過，從而使某種物質為作業氣體所吸取，自產品脫除和隨作業氣體輸送出干燥腔。當然，這種作業包括在連續或基本連續的作業中水自含水產品的脫除，產品諸如紙、片巖、礦棉或玻璃棉板、陶瓷等，以及一些產品的分批處理作用，諸如礦物和／或紙、食品、木材、木片等的成型件，而且也用于諸如在成型件或紙幅材料的涂漆、溶劑或粘合劑的蒸發干燥等有關的干燥作用。在應用本發明的連續作業中，作業氣體和產品的相對流動可以平行流動、相向流動、交叉流動或上述流動類型的組合。
根據一優選實施例，本發明的方法用于在一干燥作業中控制基本包括空氣的作業氣體的作業變量，其中所干燥的產品含有水，且其中水在干燥作業中蒸發，為作業空氣所吸取，且隨作業作業氣體輸送出干燥腔，作業空氣水含量x和干燥腔壓力狀態z相互獨立控制，且供給空氣流量a根據排放空氣流量e的改變進行補償。采用本發明的方法控制主要包括空氣的作業氣體的作業變量特別有利，該氣體通過布置在產品路徑旁的干燥腔，其中諸如紙板或礦物質板的含水產品，以基本連續的方式通過，其中隨著產品和作業氣體通過干燥腔，它們相互接觸，使水由作業氣體吸取，自產品脫除并隨作業氣體輸送到干燥腔外，且其中作業氣體的水含量x和干燥腔內的壓力狀態z相互獨立控制，且輸入空氣流量a根據排放空氣流量e的改變進行補償。
所要脫除物質在作業氣體中的含量x，例如空氣中的水含量用例如氣體分析、物質感測傳感裝置、露點傳感器等合適的傳感裝置測量，最好用第一控制回路控制，x的測量變量值與操縱作業變量作業氣體排放流量e相關并受其控制。同樣，干燥罩內的壓力狀態z由零位表示，該位在罩內，即罩內壓力等于罩外壓力的點。該壓力狀態，或零位z通過用于罩壓力狀態的第二控制回路控制，上述干燥罩內零位與操縱作業變量氣體供給流量a相關并受其控制。供給和排放流量a用傳統裝置控制，例如氣流調節器或速度可控風扇。當采用氣流調節器時，作業變量a和e經常表示為氣流調節器的相對開口度。
一種控制范例，用于在作業空氣流過干燥腔的干燥作用中監測和控制作業變量，以控制腔內的干燥條件，其包括-該干燥作用；
-呈脫除物質的控制的作業變量在作業空氣含量x和罩壓力狀態z形式的輸出變量；-呈操縱作業變量作業氣體供給流量a和作業氣體排放流量e形式的輸入變量；-帶有有關致動器的控制器，布置為根據本發明，按照所控作業變量的改變，通過調節操縱作業變量，控制干燥作用的作業氣體；-兩個相互獨立、退耦的控制回路；從而-第一獨立控制回路布置為通過供給空氣流量a控制作業空氣水含量；-第二獨立控制回路，布置為通過排放空氣流量e控制干燥罩內的壓力狀態；和-兩控制回路的退耦是前饋退耦，且提供有根據排放空氣流量e的變化補償供給空氣流量a的裝置。
根據本發明的又一實施例，兩控制回路均連接到作業空氣、露點x和零位z的動態模型，通過合適的致動器，例如氣流調節器或速度可控風扇，分別與排放流量e和供給空氣流量a的設定相關。
兩控制回路最好是閉合的，各自包括一特別針對各回路的校正函數，根據控制回路的動態情況校正操縱作業變量。
根據一優選實施例，兩控制回路包括兩串聯的控制器，其中-在其輸入側，第一控制器連接到輸出變量(x、z)和動態作用模型，且在其輸出側連接到第二控制回路的輸入側；和-在其輸入側，第二控制器連接到第一控制器的輸出，而一用于接收外部操作點的外部裝置在其輸出側通過回路專有校正功能連接到該作用和動態作用模型。
一種用于實施本發明方法的裝置，其包括一干燥腔罩，用于控制進入干燥腔和產品的作業氣體供給流量的致動器和用于控制來自干燥腔和產品的作業氣體輸出流量的致動器，傳感裝置和用于確定自產品蒸發的物質在作業氣體中含量和干燥腔內壓力狀態這兩個控制變量的其它測量裝置，控制器和控制系統，其特征為兩個獨立且退耦的控制回路，其中-第一控制回路布置為通過作業氣體輸出流量e控制自產品蒸發的物質在作業氣體中的含量；
-第二控制回路布置為通過作業氣體供給流量a控制干燥腔內的壓力狀態；上述回路布置為相互獨立，且通過至少一個前饋過濾器退耦，過濾器用于根據作業氣體輸出流量e的改變補償作業氣體供給流量a。兩回路最好均為閉合回路，且各自包括一回路專有過濾器，用于校正控制系統對各回路的操縱作業變量的影響。
根據一個實施例，每個回路均連接到一帶軟件的電子單元，其形式為作業氣體的動態模型。
根據本發明的優選實施例，各控制回路包括兩個串聯布置的控制器，第一控制器提供有輸出變量(x、z)的第一輸入，動態作用模型的第二輸入，和連接到第二控制器的輸入的一個輸出，而第二控制器提供有連接到第一控制器的輸出的第一輸入，連接到用于接收外部操作點的一外單元的第二輸入和通過回路專有校正過濾器連接到該作業和動態作用模型的輸出。
根據另一實施例，控制系統包括帶必要軟件的電子裝置，用于-通過作業氣體輸出流量e和供給流量a分別獨立控制自產品吸取的物質在作業氣體中的含量x和壓力狀態z，-根據作業氣體輸出流量e的變化補償作業氣體供給流量a；-用于動態作用模型；和-用于過濾器函數。
附圖現在將借助優選實施例并參照附圖就本發明做更詳細的說明，其中
圖1示意性地給出了作用的預期模型和控制作業變量對操縱作業變量的依賴關系；圖2示意性地給出了補償單元的概念性結構，其包括圖1所示作用模型的前饋過濾器；圖3示意性地給出了一個包括所控作用的內部動態模型的控制回路。一個IMC控制回路；圖4表示根據本發明優選實施例的控制系統包括兩個用于干燥腔內作業氣體的IMC控制的獨立和互不聯系的控制回路。
附圖的詳細說明為了監測和控制流過用于干燥產品的干燥腔的作業氣體，且由此影響根據本發明干燥腔內的干燥條件，采用了一種控制范例，它通過兩個監測和兩個操縱作業變量來監測和控制干燥作用，且它包括兩個控制回路，上述變量成對相關，例如一個監測和一個操縱作業變量與各回路相關。除了必要的傳感裝置和致動器，例如一個用于各監測作業變量的傳感器和用于各操縱作業變量的致動器，以及一個控制器外，各回路最好包括一個所控作業的模型。再進一步，兩個回路在一個退耦系統中共同應用。該控制范例包括兩個控制回路，在一退耦系統中布置在一起，各自包括一個作用模型，而且可能還包括呈過濾器形式的補償傳遞函數，以保證在對根據本發明的干燥作用中流過干燥腔的作業氣體進行的控制中，操縱作業變量設定值的變化僅影響兩個監測作業變量中的一個，使另一個作業變量基本不受影響。以這種方式，兩個監測作業變量，可以獨立地進行監測和控制，盡管一個或兩個監測作業變量可以受到兩個操縱作業變量的影響。
圖1給出了作業氣體10的一個簡單模型。出于控制流過產品在其中干燥的干燥腔內的作業氣體10的目的，在干燥作用中，氣體和產品相互接觸，自產品蒸發的物質由氣體吸取并隨氣體傳遞到干燥腔外，已經證明有必要監測和操縱以下變量-自產品蒸發的物質在作業氣體中的含量x；和-干燥罩內的壓力和壓力狀態z，它通常用罩內的零位表示，即罩內壓力等于環境壓力的罩內壓力水平。
根據本發明，監測上述兩個變量x、z可以是連續測量也可是取樣。隨后它們將與影響該監測變量且用于控制該變量的兩個操縱作業變量建立相關。上述操縱變量分別是提供到干燥腔內的作業氣體的進入流量或提供流量Qa，和離開干燥腔的作業氣體的輸出流量Qe。根據圖1所示的預期作用模型，操縱變量提供流量a僅影響零位z，而另一個操縱變量輸出流量e，影響零位z和自產品所吸的物質在氣體中的含量x兩者。
對于操縱變量a和e的改變，測量變量x和z的動態改變可以通過不同分作業的線性傳遞函數的系統進行估算。雖然對于不同的腔，上述控制變量及其內部關系是變化的，但是它們可以通過簡單的試驗很容易地確定，所謂的沖擊試驗。輸入和輸出變量一般表示為預定操作點的偏差。用于匯總作業空氣10且由此描述干燥罩內作業空氣的變量之間關系的總的線性模型包括三個傳遞函數，Gxe、Gze和Gza。正如已經提到的，氣體輸出流量e影響自產品蒸發的物質在作業氣體中的含量x和干燥腔內的壓力狀態z兩者。為了便于控制作業氣體的作業變量，根據本發明，x通過包括兩個控制回路的控制范例進行控制，兩回路在一退耦系統中布置在一起，即包括最好呈過濾器22形式的前饋補償單元20和與回路相連布置，以便能單獨控制它們的控制單元21。由此控制范例所實現的過作業程控制的方便性保證了操縱作業變量輸出流量e設定值的改變僅影響作業變量x，而作業變量z基本不受影響。盡管事實上氣體輸出流量e對z和x兩者都有影響，但以這種方式兩個監測的作業變量可以獨立地監測和控制。在圖2中，給出了用于兩個單獨的控制回路的前饋過濾器的簡單結構包括具有過濾器22的補償單元20，它具有補償傳遞函數Ff，通過它，表示氣體供給流量可以對輸出流量e中的變化進行補償，其中e’表示x的致動器，a’表示z的致動器。當控制回路自供給流量a至z的時間常數Tze等于控制回路自輸出流量e至z的時間常數Tza時，過濾器傳遞函數Ff變為常數，且它一般可以假設為Tze=-Tza，即Ff(s)=1。通過過濾器傳遞函數的直觀表述，隨后可推導出z只取決于輸出和供給流量的差。
IMC，或稱內部模型控制是眾所周知和經過試驗的控制范例，它包括所控作業的模型32。圖3以框圖形式給出了IMC控制回路的基本結構。采用這種類型的作業控制要求兩點-所控作用的模型G0，具有算法模型，它是描述作業變量，測量變量和操縱變量之間關系的，通常以帶有必要的軟件32的電子單元形式提供；-回路專有傳遞函數F，它描述系統內的閉環控制回路，校正控制系統的影響，最好以回路專有過濾器34的形式提供。示于圖3中的IMC控制回路的實施例包括-測量第一作業變量y的傳感器；-操縱影響第一作業變量y的第二作業變量u的致動器；-第一控制單元31，帶有與傳感器312相連的第一輸入和連接到描述該作用的作用模型G0的第二輸入311，和連接到與控制單元31串聯的第二控制單元33的輸入331的輸出313；-第二控制單元33，其具有連接到第一控制單元的輸出313的第一輸入331，用于接受外部操作點的第二輸入，和通過回路專有過濾器34連接到作業模型32和作業10的輸出333；-回路專有過濾器34，其中來自第二控制單元的輸出33的信號在輸送到致動器u和作業模型32之前得到校正。
在例如1989年Prentice Hall出版的編號為ISBNO-13-782153-0的由M．Morari和E．Zafiriou所著的《牢固的作業控制》一書中，對IMC有更詳細的說明。
在根據本發明的作業10中，氣體的x和z通過示于圖4的控制范例控制，該范例包括兩個分別由兩個控制回路得到的獨立的控制回路的退耦系統，其包括-氣體輸出流量--吸自產品的物質在氣體中的含量；和-氣體供給流量--干燥腔內的壓力狀態。
以上兩個回路均基于IMC技術，即除了必要的傳感器41、51，控制器43、53、44、54和致動器46、56之外，它們至少包括一個作用模型42、52，用于描述干燥腔內自產品吸收的含有氣體的物質的動態狀況，且特別是作業氣體的輸入和輸出流量對自產品吸收的物質氣體含量和／或對干燥腔內壓力狀態的影響，一個回路專有傳遞函數，一個回路專有過濾器45、55。該回路與一帶有前饋補償單元15的退耦系統配合，其中表示供給流量的變量a根據輸出流量e的變化進行補償。這樣，該作業的兩個基本作業變量可基本相互獨立地進行控制，使作用10具有簡單可靠的作用控制，它高度穩固且對紊流的敏感性低，它使與質量和作用經濟性有關的預期目標能夠實現。在圖4所示的作業系統的框圖用于本發明的實施例中。該系統包括帶有兩個退耦控制回路的控制范例，第一個用于氣體輸出流量--自產品吸收的物質在氣體中的含量，而第二個用于氣體供給流量--干燥腔內的壓力狀態，輸出空氣--水含量。第一控制回路布置為控制自產品吸收的物質在作業氣體中的含量，且除了作業10和在退耦系統中諧調回路的前饋補償裝置15外，其包括-一個傳感器或其它變換器51，用于確定自產品吸取的物質在作業氣體中的含量或數量和確定作業變量x的實際值；-一個用于輸出流量e的致動器56，例如氣流調節器或速度可控風扇；-一個帶有連接到傳感器51的第一輸入的和連接到所控干燥作用模型Gza0的第二輸入的第一控制器53，最好與自產品吸取的物質在作業氣體中的含量、輸出流量的關系，以及它們與其它作業變量的關系相關聯，和連接到與上述第一控制器53串聯布置的第二控制器54的輸出；-一個第二控制器54，第一輸入連接到第一控制器的輸出且第二輸入用于接收外部操作點x-ref，和一通過帶有校正函數Ff的回路專有過濾器55連接到作用10和作用模型52的輸出，其中來自第二控制器54輸出的信號在輸送到致動器56和作用模型52之前根據控制系統影響進行校正。第二控制回路布置為控制干燥腔內的壓力狀態，且除了作用10和在退耦系統中諧調該回路的前饋補償單元15之外，其包括-一傳感器41或其它變換裝置，用于確定例如呈零位形式的腔內壓力狀態的實際值z；-一作業氣體供給流量a的致動器46，例如氣流調節器或速度可控風扇；-一第一控制器43，其具有連接到零位測量裝置的第一輸入和連接到所控作用的模型Gxeo的第二輸入，最好與腔內的壓力，作業氣體供給流量及其與其它變量的關系相關聯，且一輸出連接到與上述第一控制器43串聯布置的第二控制器44；-一第二控制器44，其具有連接到第一控制器43的輸出的第一輸入，和用于接收外部操作點z-ref的第二輸入，和通過帶有校正函數F2的回路特別過濾器45連接到作用10和作用模型的輸出；-一帶有函數F2的回路專有過濾器45，其中來自第二控制器44輸出的控制信號在輸送到致動器46和作用模型42之前根據控制系統的影響進行校正。
作用模型Gza0和Gxe0是帶有雙極和增益的線性模型。它們沒有零值。沒有時間延遲。回路專有過濾器45、55是這樣選擇和設計的，閉合回路基本表示與對應的開放控制回路相同的動態參數，但是其時間常數不同于由開放的、傳統控制回路所控制的相應作用的時間常數。為了便于啟動根據本發明的作用，即使調諧標定盡可能地容易，模型中所用的許多量綱參數最好預先確定。在該作用中，如上所述和圖1所示的模型是適用的，對于每個具體干燥作用和烘干罩，僅有兩個參數需要確定，即時間常數T和增益K。為了便于調諧，包括在回路專有過濾器45、55的函數F1和F2內的量綱參數給出自給定作業模型推導出的默認值。眾所周知，自預期值至輸出信號的傳遞函數即理想狀態下(G0=G)的閉合回路傳遞函數是Gc=GF且相同狀態下自紊流至輸出信號的傳遞函數，敏感度函數為S=1-G0F．如果閉合回路的預期傳遞函數是Gd(s)=1(1+sTd2)2]]>且相應開放回路的傳遞函數是G(s)=K(1+sT2)2]]>那么一個選擇是F(s)=1K(1+sT2)2(1+sTd2)2]]>由此，隨之而來的是只剩下一個調諧參數，即閉合回路的時間常數Td，它隨裝置而變，但是為了便于干燥作用的試運行，它可以表示為開放回路的時間常數T的倍數Td=τT該倍數或系數τ易于理解；如果τ＜1，那么閉合回路系統快于開放回路的系統，而如果τ＞1，那么閉合回路系統慢于開放回路系統。τ值高使系統更加牢靠，當然，對于τ也可采用默認值。
以前饋過濾器15的形式退耦的補償設定為Ff(s)=-Gze(s)Gza(s)]]>且只要其它均未知，可以假設傳遞函數Gze和Gza之間的差別僅是符號相反，這樣，構成退耦15的補償過濾器可以設定為Ff(s)=1。
根據本發明的作用調諧迅速，但是如果需要，也可以采用更精確的方法，當然也更費時間。對于在不復雜的干燥條件下的校準，確定系統中時間常數和增益系數的值即可，即描述控制回路的動態狀況的全部四個量綱參數。如上所述，增益系數和時間常數可以通過沖擊試驗來估算。沖擊試驗包括操縱作業變量的巨大改變，它是通過布置為調節上述變量的致動器，即氣流調節器的設定值的巨大改變，和控制作業變量x和z改變的相關記錄來實現的。
對于就產品的水分含量和濕度場的控制有更高要求的應用場合，例如具有特定質量的紙張或干燥作用更敏感的其它條件下和要求對干燥腔內的作業氣體進行更徹底的控制時，也可以考慮其它參數，例如-描述根據本發明所用的閉合控制回路和相應開放控制回路之間關系的倍數或系數τ；-傳遞函數Gze和Gza，如果它們變化，影響根據輸出流量e的改變對輸入氣體流量所進行的補償。
根據本發明的作用包括根據以上所述的控制范例，帶有內置作用模型和自產品吸取的物質，例如水在氣體中的含量以及干燥腔內的壓力狀態，例如以干燥腔零位表示的控制回路的退耦，采用本發明的作用，除了穩定的產品濕度場和良好的加熱經濟性外，還有可能獲得以下優點-易于調諧，在標準情況下僅需要兩次沖擊試驗；-自產品吸取的物質在氣體中含量和干燥腔內的壓力狀態之間的相互影響最小，增加了干燥作用的穩定性；-靈活性，對于傳遞函數或影響該作用或控制系統的其它函數中的非線性因素易于調節；-對紊流抑制強，來自噪音和紊流的影響最小；-可靠性，允許改變該作用或紙張，對作用的良好功能沒有影響。
上述優點和本發明的主要目的通過包括在作用模型的函數、回路專有過濾器、用于根據輸出空氣流量e的改變補償輸入空氣流量a的補償用前饋過濾器來實現，結合在描述作業空氣和控制系統本身的動態狀況并進行補償的控制系統內。
權利要求
1．一種控制通過一干燥腔的作業氣體(10)的作業變量的方法，該作業氣體在通過上述干燥腔的作用中，被導引到一產品旁或通過該產品，使得某種物質為該作業氣體所吸收，使該物質至少部分自該產品脫離，并隨作業氣體輸送到干燥腔之外，自干燥腔流出的作業氣體的作業變量通過監測和控制包括自產品脫除的物質在作業氣體中的含量(x)的第一組作業變量來控制和監測，且對干燥腔內的壓力狀態(z)進行監測和控制，且其中構成第二組操縱作業變量一部分的一個或多個作業變量，包括作業氣體供給流量(a)和輸出流量(e)，根據一個控制作業變量(x、z)的改變進行操縱，其特征在于自產品脫除的物質在作業氣體中含量(x)和干燥腔內的壓力狀態(z)是各自獨立控制的，且根據輸出流量(e)的變化對供給流量(a)進行補償。
2．如權利要求1所述的方法，用于在干燥作用中控制作業氣體(10)的作業變量，作業氣體基本上包括空氣，干燥的產品含有水，且在干燥作用中水自產品脫除，由作業空氣吸取并隨作業空氣輸送到干燥腔外，其特征在于，作業空氣的水含量(x)和干燥腔內的壓力狀態(z)是各自獨立控制的，且根據輸出空氣流量(e)的變化對供給空氣流量(a)進行補償。
3．如權利要求2所述的方法，用于控制作業氣體(10)的作業變量，該作業氣體基本包括穿過鄰近產品路徑布置的干燥腔的空氣，在干燥腔內，諸如紙或基于礦物質的板材基本是連續地通過干燥腔，且其中，在產品和作業氣體通過干燥腔的作用中，它們相互接觸，因此水被作業空氣所吸取并自產品脫除且隨作業空氣輸送到干燥腔外，其特征在于，作業空氣的水含量(x)和干燥腔內的壓力狀態(z)是各自獨立控制的，且根據輸出空氣流量(e)的變化對供給空氣流量(a)進行補償。
4．如權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，自產品脫除的物質在作業氣體(10)中的含量是通過第一控制回路控制的，上述自產品脫除的物質在作業氣體中的含量與操縱作業變量輸出流量(e)有關并受其控制，且干燥腔內的壓力狀態(z)通過第二控制回路控制，上述干燥腔內的壓力狀態(z)與操縱作業變量供給流量(a)有關，并受其控制。
5．如以上任一款權利要求所述的方法，其特征在于，自產品脫除的物質在作業氣體(10)中的含量(x)與操縱作業變量輸出流量(e)的設定有關，因此采用了包括在第一控制回路內的作用模型Gxe0(52)，且干燥腔內的壓力狀態(z)與操縱作業變量供給流量(a)的設定有關，因此采用了包括在第二控制回路內的作用模型Gza0(42)。
6．如以上權利要求任一款所述的方法，其特征在于，兩個控制回路是閉合的，且各回路的操縱作業變量(a、e)的值根據控制回路的動態情況的影響借助于包括在各控制回路內的回路特別校正函數(F1、F2)(45、55)進行校正。
7．如以上權利要求任一款所述的方法，其特征在于，干燥腔內的壓力狀態(z)由干燥腔內的零位來確定和表示。
8．如以上權利要求任一款所述的方法，其特征在于，操縱作業變量作業氣體供給流量(a)和輸出流量(e)中至少有一個通過氣流調節器(56、46)調節，并以氣流調節器的相對開口度表示。
9．如以上權利要求任一款所述的方法，其特征在于，操縱作業變量作業氣體供給流量(a)和輸出流量(e)中至少有一個通過速度可控風機(56、46)來調節。
10．一種控制范例，用于控制作業氣體(10)的作業變量，在產品流通過干燥腔干燥的作用中，該作業氣體與產品相接觸，并吸取自產品釋放出的物質，并將上述物質自干燥腔輸送出去，輸出變量包括自產品吸取的物質在作業氣體中的含量(x)和干燥腔內的壓力狀態(z)，輸入變量包括作業氣體供給流量(a)和輸出流量(e)，和用于根據一個所控變量的變化通過調節一個操縱作業變量控制干燥作用的控制器和致動器，其特征在于，該控制范例包括兩個獨立的、退耦控制回路，第一獨立的控制回路布置為通過作業氣體輸出流量(e)控制自產品蒸發的物質在作業氣體中的含量(x)，且第二個獨立的控制回路布置為通過作業氣體供給流量(a)控制干燥腔內的壓力狀態(z)，且兩控制回路的退耦是前饋退耦，且提供有根據作業氣體輸出流量(e)的變化補償作業氣體供給流量(a)的裝置。
11．如權利要求10所述的控制范例，其特征在于，兩控制回路均與干燥作用的動態模型(Gxe0、Gza0)相連．
12．如權利要求10或11所述的控制范例，其特征在于，兩控制回路均是閉合的，且包括特別針對各控制回路的校正函數(F1、F2)(45、55)，用于校正控制系統對各回路的操縱作業變量(a、e)的影響。
13．如權利要求10至12任一款所述的控制范例，其特征在于，兩控制回路均包括兩個串聯的控制器(43、44、53、54)，第一控制器(43、53)在其輸入側連接到輸出變量(x、z)和動態作用模型，而在其輸出側連接到第二控制器的輸入側，而第二控制器在其輸入側連接到第一控制器的輸出和用于接收操作外部點(x-ref、z-ref)的外部單元，且在其輸出側通過回路專有校正函數連接到該作用和動態作用模型。
14．用于根據權利要求1至9任一款實施對某種產品進行干燥的作用的裝置，其包括干燥腔，用于控制通過干燥腔的作業氣體流的作業變量的致動器，包括用于控制進入干燥腔的作業氣體供給流量的致動器(46)和用于控制出自干燥腔的輸出流量的致動器(56)，傳感裝置(41、51)和其它測量裝置，用于確定作業氣體的受控作業變量，即自產品脫離的物質在作業氣體中的含量和干燥腔內的壓力狀態，以及控制器，其特征在于，該控制系統包括兩個獨立、退耦的控制回路，因此-第一控制回路設計為通過作業氣體輸出流量(e)控制自產品所吸取的物質在作業氣體中的含量(x)；-第二控制回路設計為通過作業氣體供給流量(a)控制干燥腔內的壓力狀態(z)；和-兩回路相互獨立，且通過至少一個用于根據輸出流量(e)的改變補償作業氣體供給流量(a)的前饋過濾器(15)進行退耦。
15．如權利要求14所述的裝置，其特征在于，兩上述回路均連接到帶有呈干燥作用的動態模型形式的軟件的電子單元(42、52)。
16．如權利要求14或15的裝置，其特征在于，上述兩回路均是閉合的且分別包括帶有函數(F1、F2)的回路專有過濾器(45、55)，用于校正控制系統對于相應回路的操縱作業變量(a、e)的影響。
17．如權利要求14至16所述的裝置，其特征在于，上述兩回路均包括兩個串聯的控制器(43、44、53、54)，第一控制器提供有用于確定輸出變量(x、z)所用的傳感裝置(41、51)的第一輸入、用于動態作用模型(42、52)的第二輸入、和聯接到第二控制器(44、54)的輸入的輸出，且第二控制器(44，54)提供有連接到第一控制器的輸出的第一輸入和聯接到用于接收操作的外部點(x-ref，z-ref)的外部單元的第二輸入和通過回路專有校正過濾器(45、55)連接到該作用(10)和動態作用模型(42、52)的輸出。
18．如權利要求14至17任一款所述的裝置，其特征在于，該控制系統包括帶有必要軟件的電子單元，軟件用于-分別通過作業氣體(10)輸出流量(e)和供給流量(a)，通過傳感裝置(41、51)、控制器(43、44、53、54)和致動器(46、56)，獨立地控制自產品吸取的物質在作業氣體中的含量(x)，和干燥腔內的壓力狀態(z)；-用于根據作業氣體輸出流量(e)的變化，在補償單元(15)內補償作業氣體供給流量(a)；-用于動態作用模型(52、42)；和-用于過濾函數(45、55)。
全文摘要
一種在干燥腔內烘干一種產品的作用中控制作業氣體(10)的方法和裝置,其中該作業氣體與該產品接觸,所以該物質(例如水)被作業氣體所吸取并隨該作業氣體輸出干燥腔。本發明還涉及一種用于作業氣體(10)作業變量的控制范例。在該作用中,且借助該裝置,對包括自該產品脫除的物質在作業氣體中的含量(x)和干燥罩內的壓力狀態(z)的第一組作業變量進行監測和控制。根據控制作業變量(x、z)之一的變化,對構成第二組作業變量之一部分的一個或多個作業變量,包括作業氣體供給流量(a)和輸出流量(e)進行控制,從而控制該作用,而且自產品脫除的物質在作業氣體中的含量(x)和干燥腔內的壓力狀態(z)相互獨立控制,且作業氣體供給流量(a)根據作業氣體輸出流量(e)的變化進行補償。
文檔編號G05D7/06GK1280663SQ98811830
公開日2001年1月17日 申請日期1998年10月2日 優先權日1997年10月3日
發明者K·富爾斯曼, R·希格范特 申請人:Abb股份有限公司