Tool for feature extraction using fuzzy gates

Abstract

Modern paper manufacturing places an enormous challenge on both the economical and ecological aspects of the industry. The challenge is presented in the form of a need for reducing energy consumption and waste production while still increasing the production of paper, preferably with lower operating cost. -One way to overcome the challenge is to adopt automatic control to the wet end operations of the paper machine. In order to achieve this, the extremely complicated physical and chemical environment of a paper machine wet end must be modeled with a sufficient accuracy. -On-line measurement data of some of the process variables in the wet end has been unavailable until recent years. However, technological advancements have enabled new measuring methods, thus providing the crucial information for the analysis of the interactions between different signals. -One of the most interesting signals is the web break signal. The ultimate goal is to have this particular signal at zero at all times, indicating no breaks in the web. Unfortunately, at the moment web breaks occur from time to time. There are numerous reasons for the breaks. Studying the changes in the process variables can reveal the signal features behind the web breaks. Finding the relevant signal features is thus the way to go. -In this thesis a fuzzy gate based feature extraction method and a tool for performing such extraction is presented. The signal features that are searched for include bumps (temporary changes in measurement signals). Finding the break-causing signal features helps to predict and thus avoid threatening web breaks.

AB3:Nykyaikainen paperinvalmistus asettaa teollisuudelle valtavia haasteita, sekä taloudellisia että ympäristön suojeluun liittyviä. Tavoitteita ovat muiden muassa energiankulutuksen ja jätevesipäästöjen vähentäminen kuitenkin samalla tuotantoa lisäämällä. Kaikki tämä pitäisi vielä saada aikaan pienemmillä tuotantokustannuksilla. -Eräs tapa vastata näihin haasteisiin on kehittää paperikoneen retention automaattista säätöä. Tähän tarvitaan kuitenkin fysikaalisesti ja kemiallisesti monimutkaisen ympäristön, paperikoneen märän pään, riittävän tarkkaa mallinnusta. -Aivan viime vuosiin saakka on joidenkin märän pään prosessisuureiden ajon aikainen mittaus ollut mahdotonta tai ainakin vaikeaa ja epäluotettavaa. Tekniikan kehittyminen on kuitenkin mahdollistanut uusien mittaustapojen käyttöön ottamisen, ja uutta tietoa on näin kyetty hankkimaan eri suureiden välisistä vuorovaikutuksista. -Yksi kiinnostavimmista signaaleista on katkosignaali. Se kuvaa yksinkertaisesti paperirainassa olevaa katkoa. Katkokohta paperirainassa on käyttökelvoton, joten se joudutaan käsittelemään hylkypaperina. Hylkypaperi voidaan uudelleenkäsittelyn jälkeen palauttaa paperinvalmistuksen raaka-aineeksi, mutta hylkypaperin käsittely kuluttaa energiaa. Kaikkien paperinvalmistajien tavoitteena on katkosignaalin pysyminen nollassa, joka tarkoittaa ehjää paperirainaa. Valitettavasti paperikatkoja vielä toistaiseksi esiintyy silloin tällöin. Katkoihin on monia syitä. Prosessisuureiden muutosten tutkiminen paljastaa signaalipiirteitä, jotka vaikuttavat katkotiheyden suuruuteen. Katkojen kannalta oleellisten piirteiden löytäminen, piirreirroitus, on siis tärkeää. Paitsi, että katkoja aiheuttavien prosessisuureiden piirteiden avulla voidaan ennustaa ja mahdollisesti välttää tulevat katkot, voidaan tätä tietoa käyttää apuna mallinnuksessa. Näin päästään lähemmäs yhä parempaa retention säätöä. -Tässä diplomityössä esitellään paitsi uusi tapa mittaussignaalien piirreirroitukselle, myös graafinen työkalu, jolla ko. piirreirroitus ja korrelaatioanalyysi voidaan tehdä. Piirreirroitus perustuu signaalin muotojen, piirteiden, löytämiseen sumean porttijärjestelmän avulla. -Portteihin perustuva piirreirroitus on graafisen työkalun kehittämisen kannalta varsin otollinen kohde, sillä se on käyttäjän kannalta havainnollinen ja parametrien muutosten vaikutus on selkeästi esitettävissä. Portteja käyttämällä piirreirroituksessa ei liioin tarvita monimutkaisia matemaattisia työkaluja kuten spektrien laskentaa, peruslaskutoimitukset riittävät. Sumean logiikan sisällyttäminen portteihin tarjoaa piirreirroitukseen joustavuutta edelleen sangen yksinkertaisella matematiikalla.