Контроль и регулирование влажности бумажного полотна

УДК

676.017.272

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-1-188-204

Аннотация

Качество продукции является ключевым индикатором положительного результата работы целлюлозно-бумажных производств. Влажность – один из основных показателей качества бумаги. Рассматривая профиль влажности по ширине бумажного полотна, можно судить о возможных недостатках технологического оборудования, своевременное устранение которых улучшит потребительские свойства бумаги и повысит экономическую эффективность производства. Цель исследования – оценка соответствия результатов измерений влажности требованиям технологического регламента при установившемся и переходном режимах работы бумагоделательной машины, а также однородности профиля влажности в поперечном направлении. Для оценки качества работы автоматизированной системы управления влажностью бумажного полотна обработаны данные со сканирующего устройства при высоком и низком разрешении с помощью статистических методов. Определено, что при установившемся режиме работы бумагоделательной машины влажность соответствует требованиям регламента с доверительной вероятностью 0,95; при переходном режиме работы – превышает верхнюю границу на 6 %. Выявлено, что автоматизированная система управления влажностью устраняет данное нарушение за 340 с. В качестве критерия оценки однородности профиля влажности по ширине бумажного полотна использован коэффициент вариации. Подтверждена гипотеза о наличии линии тренда в профиле влажности по ширине бумажного полотна, и с помощью методов регрессионного анализа получено уравнение линии тренда. При устраненном технологическом факторе, систематически влияющем на однородность, проведено моделирование профиля влажности. Доказано, что устранение недостатка уменьшит коэффициент вариации, а значит улучшит однородность профиля на 41,2 % при установившемся режиме работы бумагоделательной машины. При переходном режиме работы профиль влажности улучшается незначительно. Предложенный алгоритм исследования профиля влажности бумаги, его моделирование после корректирующих воздействий на объект управления могут быть использованы в системах регулирования качества бумаги в поперечном направлении.

---

Данная статья опубликована в режиме открытого доступа и распространяется на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0) • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Сведения об авторах

Н.В. Коряковская¹, канд. техн. наук, доц.; ORCID https://orcid.org/0000-0001-6371-6936
О.И. Бедердинова², канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: F-3355-2019, ORCID https://orcid.org/0000-0002-3664-4276
¹Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: n.koryakovskaya@narfu.ru, o.bederdinova@narfu.ru
²Филиал Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, ул. Капитана Воронина, д. 6, г. Северодвинск, Архангельская обл., Россия, 164520; e-mail: o.bederdinova@narfu.ru

Ключевые слова

влажность бумажного полотна, регулирование влажности, профиль влажности, однородность профиля, линия тренда, качество регулирования, сканирующее устройство, сканы влажности, бумагоделательная машина

Для цитирования

Коряковская Н.В., Бедердинова О.И. Контроль и регулирование влажности бумажного полотна // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 1. С. 188–204. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-188-204

Литература

1. Бахтин А.В., Слюта М.О. Сравнительный анализ использования математической и нейронной модели в системе управления поперечным профилем бумажного полотна // Матрица научного познания. 2018. № 12. С. 22 –24. Bakhtin A.V., Slyuta M.O. Comparative Analysis of Using Mathematical and Neural Models in Control System of Paper Web Transverse Profile. Matritsa nauchnogo poznaniya, 2018, no. 12, pp. 22–24. 2.
2. Гринченко И.А., Пожитков В.В., Жукова Ю.С. Совершенствование систем управления процессом сушки бумаги // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2009. № 01. С. 80–81. Grinchenko I.A., Pozhitkov V.V., Zhukova Yu.S. Improvement of Paper Drying Control Systems. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2009, no. 01, pp. 80–81. 
3. Жученко А.И., Черёпкин Е.С. Постановка задачи оптимального управления процессом прогрева бумажного полотна в сушильной части бумагоделательной машины // Автоматизація технологічних і бізнес-процесів. 2015. vol. 7, iss. 1. С. 25–31. Zhuchenko A.I., Cheryopkin E.S. Problem Statement for Optimal Control of Paper Web Heating in the Drying Part of a Paper Machine. Avtomatizatsіya tekhnologіchnikh і bіznes-protsesіv, 2015, vol. 7, iss. 1, pp. 25–31. DOI: https://doi.org/10.15673/2312-3125.21/2015.42859 
4. Лебедев И.В., Казаков Я.В. Моделирование структуры бумажного листа // Изв. вузов. Лесн. журн. 2017. № 2. С. 160–172. Lebedev I.V., Kazakov Ya.V. Paper Sheet Texture Simulation. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2017, no. 2, pp. 160–172. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2017.2.160 
5. Леонтьев В.Н., Ваганов В.В. Основы метода анализа динамических свойств систем автоматического регулирования. СП б.: Политехн. ун-т, 2017. 225 с. Leont’yev V.N., Vaganov V.V. Fundamentals of the Method for Analysis of Dynamic Properties of Automatic Control Systems. Saint Petersburg, Polytech Publ., 2017. 225 p. 
6. Орлов А.И. Проверка статистической гипотезы однородности математических ожиданий двух независимых выборок: критерий Крамера-Уэлча вместо критерия Стьюдента // Науч. журн. КубГАУ . 2015. № 110(06). С. 197–218. Orlov A.I. Statistical Hypothesis Testing of Homogeneity of Mathematical Expectations of Two Independent Samples: Cramer-Welch Test Instead of t-Test. Nauchnyy zhurnal KubGAU [Scientific Journal of KubSAU], 2015, no. 110(06), pp. 197–218. 
7. Сиваков В.П., Вураско А.В., Минакова А.Р. Влияние колебаний массы бумажного полотна на качество товарной продукции // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 2(38). С. 133–138. Sivakov V.P., Vurasko A.V., Minakova A.R. Influence of Paper Cloth Mass Fluctuations on the Quality of Commercial Products. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2018, no. 2(38), pp. 133–138. DOI: https://doi.org/10.18324/2077-5415-2018-2-133-138 
8. Åkesson J., Ekvall J. Parameter Optimization of a Paper Machine Model. Paper Presented at Reglermöte. Stockholm, Lund University, 2006. 7 p. 
9. Batchelor W.J., Wu Z., Johnston R.E. Measurement of z-Direction Moisture Transport and Shrinkage in the Drying of Paper. Proceedings of 56 Appita Annual Conference. Melbourne, Appita Inc., 2002, pp. 111–117. 
10. Brinkmann D., Pound C. Sonoco Verifies CD Profile Control Using Advanced Statistical Analysis Method. Pulp & Paper, 2003, vol. 77, no. 5, p. 54. 
11. Forughi A.F., Green S.I., Stoeber B. Optical Transparency of Paper as a Function of Moisture Content with Applications to Moisture Measurement. Review of Scientific Instruments, 2016, vol. 87, iss. 2, art. 023706. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4942251 
12. Hallajisani A., Shahbeig H., Hashemi S.J., Murray Douglas W.J. An Experimental Simulation Model for Coated Paper Drying. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2013, vol. 30, no. 3, pp. 563–573 DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-66322013000300014 
13. Harrmann M., Schulz S. Convective Drying of Paper Calculated with a New Model of the Paper Structure. Drying Technology, 2007, vol. 8, iss. 4, pp. 667–703. DOI: https://doi.org/10.1080/07373939008959910 
14. Haslach Jr. H.W. The Moisture and Rate-Dependent Mechanical Properties of Paper: A Review. Mechanics of Time-Dependent Materials, 2000, vol. 4, iss. 3, pp. 169–210. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1009833415827 
15. Ikeda T. Appearance Quality Inspection System for Paper Making Industry. JFE Technical Report, 2016, no. 21, pp. 161–167.
16. Keränen J., Paaso J., Timofeev O., Kiiskinen H. Moisture and Temperature Measurement of Paper in the Thickness Direction. Appita, 2009, vol. 62, iss. 4, pp. 308–313.
17. Koedudom T., Yoiyod P. Paper Moisture Content Determination from Microwave Reflection Measurement. 2017 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP). Phuket. 2017, pp. 1–2. DOI: https://doi.org/10.1109/ISANP.2017.8228951
18. Kong L., Liu H. A Static Energy Model of Conventional Paper Drying for Multicylinder Paper Machines. Drying Technology, 2012, vol. 30, iss. 3, pp. 276–296. DOI: https://doi.org/10.1080/07373937.2011.635253
19. Kouko J., Retulainen E., Kekko P. Straining and Relaxation Properties of Wet Paper during Heating. Mechanics of Time-Dependent Materials, 2014, vol. 18, iss. 4, pp. 697–719. DOI: https://doi.org/10.1007/s11043-014-9246-4
20. Lemeshko B.Y., Lemeshko S.B., Semenova M.A. On Application of k-Samples Homogeneity Tests. Applied Methods of Statistical Analysis. Statistical Computation and Simulation, AMSA’2019: Proceedings of the International Workshop. Novosibirsk, NSTU Publ., 2019, pp. 138–151.
21. Lindner M. Factors Affecting the Hygroexpansion of Paper. Journal of Materials Science, 2018, vol. 53, pp. 1–26. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-017-1358-1
22. Lovikka V.A., Rautkari L., Maloney T.C. Changes in the Hygroscopic Behavior of Cellulose Due to Variations in Relative Humidity. Cellulose, 2018, vol. 25, pp. 87–104. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-017-1570-9
23. Pakarinen P., Kiiskinen H., Kekko P., Paltakari J. Drying and Paper Quality. Ch. 7. Papermaking Part 2, Drying. Ed. by M. Karlsson. Helsinki, Paperi ja Puu Oy, 2010, pp. 236–295.
24. Sigifredo N., Guillemette M., Emmond G., Ball J. Canfor Achieves Better Moisture Control, Quality with New Loop Tuning Strategy. Pulp & Paper, 2003, vol. 77, no. 6, pp. 42–46.
25. Stenström S. Drying of Paper: A Review 2000–2018. Drying Technology, 2019, vol. 38, iss. 7, pp. 825–845. DOI: https://doi.org/10.1080/07373937.2019.1596949
26.  Yogi R.A., Parolia R.S., Karekar R.N., Aiyer R.C. Microwave Microstrip Ring Resonator as a Paper Moisture Sensor: Study with Different Grammage. Measurement Science and Technology, 2002, vol. 13, iss. 10, pp. 1558–1562. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/13/10/308