Paperikoneen laatusäätöjärjestelmän uusinnan vaikutukset laatusäätöjen suorituskykyyn

Tutkimuksen kohteena olleen UPM-Kymmene Oyj Kajaanin tehtaan PK3:n laatusäätöjärjestelmä ja mittapalkki uusittiin, jolloin haluttiin selvittää uusinnan vaikutuksia laatusäätöjen suorituskykyyn ja paperin laatuun. Työn kirjallisessa osassa perehdyttiin paperinvalmistusprosessin osiin kyseisen sanomalehtipaperikoneen tapauksessa sekä keskeisimpiin paperin laatuominaisuuksiin liittyviin mittaus- ja säätölaitteisiin sekä niiden toimintaan. Seurattaviksi paperin laatusuureiksi valittiin neliömassa, kuivamassa, kosteus ja paksuus, jotka ovat sanomalehtipaperin tärkeimpiä online-mitattavia ominaisuuksia. Paperin laatusuureiden seurantaan käytetään erilaisia tunnuslukuja ja työkaluja, joita on esitelty tässä työssä. Laatusuureiden konesuuntaisen ja poikkisuuntaisen seurannan tunnusluvuksi valittiin yleisesti käytössä oleva 2σ-keskiarvohajonta. Säätöjen suorituskykyä seurattiin suorituskykykolmion ohjausmatkaindeksien (CTI) ja erosuureen integraalien (IAE) avulla. Kokeellisessa osassa kerättiin mittaustietoja sekä vanhan että uuden laatusäätöjärjestelmän aikana. Seurattavat ajotilanteet paperikoneella jaettiin stabiiliin ajoon ja muutostilanteisiin, jotka käsittävät katkot ja lajinvaihtotilanteet. Stabiilin ajon aikana selvitettiin laatusuureiden hajontojen ja säätöjen suorituskykyindeksien normaaleissa tasoissa tapahtuneet muutokset. Muutostilanteiden osalta haluttiin selvittää, nopeuttaako järjestelmäuusinta katkoista toipumista ja lajinvaihtoaikaa. Stabiilin ajon seurannasta saatujen tulosten perusteella neliömassan ja kuivamassan konesuuntaiset hajonnat kasvoivat järjestelmäuusinnan myötä, mutta kosteuden konesuuntaiset hajonnat pienenivät. Laatusuureiden poikkisuuntaisista hajonnoista neliömassan sekä kuivamassan hajonnat kasvoivat ja kosteuden sekä paksuuden hajonnat pienenivät joidenkin lajien osalta. Poikkisuuntaisten laatusuureiden, etenkin paksuuden, toipuminen katkon jälkeen nopeutui. Myös lajinvaihtoon kuluva aika lyheni poikkisuuntaisilla laatusuureilla. Muutostilanteiden konesuuntaisten hajontojen asettumisajat eivät juuri parantuneet.

The objective of this thesis was to investigate the effects on quality control performance and paper quality when the quality control system and the measurement frame were installed to replace the previous systems on PM3 at the UPM-Kymmene Oyj Kajaani Paper Mill. The paper production process of the newsprint machine, the basic properties of newsprint and the functioning principles of quality controls and online-measurements are presented in the literature study. The quality variables studied were basis weight, dry weight, moisture and caliper, because they are the most important online-measurable quality properties of newsprint. The quality variables can be observed with different key figures and tools, which are presented. The most suitable statistical figure to observe machine direction and cross direction variables is standard deviation. The control loop performance is observed with control travel index (CTI) and integral of absolute error (IAE) figure. The measurement data is collected from the previous and the present quality measurement systems. The running terms on the paper machine are divided into two categories, stable running and non-steady states. Non-steady states consist of web breaks and grade changes. Changes in normal levels of quality variable deviations and control loop performance indexes of stable running conditions are determined in the experimental part. The improvements on web break recovery and grade change duration are determined as well. According to the measurement results of stable running, machine direction deviations of basis weight and dry weight increased after system renewal, but deviations of moisture decreased. Cross direction deviations of basis weight and dry weight increased, deviations of moisture and caliper decreased in some cases. Cross direction quality variables' recovery quickened after web breaks such that the caliper profile recovery improved the most. Grade change duration also became shorter reducing the cross direction deviations. Recovery of machine direction variables in non-steady states didn’t improve much along with the system renewal.