JPH02169792A - 抄紙機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、抄紙機の制御を行なう抄紙機割目装置に関す
る。

（従来の技術） 抄紙機においては、紙の乾燥プロセスの最終段階にドラ
イヤ部を配置して、プレス装置によって搾水された湿紙
を乾燥させ、これをドライヤ部の下流側に配置された巻
取り装置によって巻取らせている。

この場合、ドライヤ部は、十数本から数十本のドライヤ
シリンダを歯えており、これら各ドライヤシリンダの内
部に高温蒸気が供給されたとき、その表面温度が高くな
る。

この状態で、湿紙が搬入されたとき、これを各ドライヤ
シリンダによって搬送しながら水分を蒸発させて、出口
１則から排出させる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述したような抄紙機では、定常運転時にお
いては、抄紙水分プロセスに加えられる外乱が小さいた
め、比例・微分（ＰＩ）制御や、比例・微分・積分（Ｐ
ＩＤ）制御などによる自動運転によっても抄紙水分プロ
セスを充分に制御することができる。

しかしながら、銘柄変更時などには、・紙の絶乾坪量や
、秒速が大幅に変更されるため、紙中水分量などが大き
く変化して、ＰＩ制御や、ＰＩＤ制御などでは、適切な
制御が困難となり、その結果、紙の過乾燥や過湿潤、あ
るいは紙の切断事故などのトラブルが発生することがあ
った。

そこで、このような不都合を除くために、銘柄変更時な
どには、自動運転から手動運転に切替えて、熟練したオ
ペレータにより抄紙水分プロセスなどを直接制御するこ
とが行なわれている。

しかしこのような方法では、省力化が難しいだけでなく
、熟練したオペレータが必要であり、また制御の確実性
に乏しいという問題があった。

本発明の目的は、銘柄などが変更されたときには、これ
に対応してプロセスの制御内容を自動的に変更して、紙
の過乾燥や過湿潤などの不都合、あるいは紙の切断事故
などのトラブル発生を防止できる抄紙機割目装置を提供
することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明による抄紙機割目装
置は、抄紙機のプロセスを制御する抄紙機割目装置にお
いて、入力された目標値と前記プロセスからのフィード
・バック値とに基づいて制御量を算出する制御量算出部
と、設定値が変更されたとき、外部分を予測算出して出
力する予測部と、この予測部の出力と前記制御量算出部
の出力とに基づいて前記プロセスを制御する制御部とを
備えたことを特徴としている。

（作用） 上記の構成において、通常の状態では、目標値と、プロ
セスからのフィード・バック値とに基づいて制御量算出
部が制御量を算出するとともに、この制御量に基づいて
、制御部に前記プロセスをフィード・バック制御させる
。そして、銘柄などが変更されたときには、予測部が外
部分を予測算出するとともに、この外部分に基づいて制
御部に前記プロセスをフィード・フォワード制御させる
。

（実施例） 以下、図示した実施例に基づいて、本発明の詳細な説明
するが、その前に本発明の理解を容易にするために、抄
紙機における水分プロセスについて簡単に説明する。

まず、抄紙機によって製造される紙の主要な性質の１つ
として、単位面積当りの重量を示す坪量（記号Ｂｗ　、
単位ｇ／ｍ２）と、紙中固形分中の灰分率（記号ＡＳＨ
１単位％）と、紙中水分率（記号ＭＰ、単位％）とがあ
る。

そして、これらは坪量ＢＷ　、灰分率ＡＳＨ５紙中水分
率ＭＰと、絶乾坪量（記号ＢＤ、単位ｇ／ｍ２）、灰分
量（記号Ａ、単位ｇ／ｍ２）、水分量（記号Ｍ、単位ｇ
／ｍ２）で代替でき、これらの関係式は次のとおり表現
されるものとする。

そして、抄紙制御では、一般に、前記絶乾坪量ＢＤ、灰
分ｉＡ、水分１を制御量として使用し、絶乾坪量ＢＤを
変えるときには、種目流ｆｆ１ＦＴを操作し、また灰分
子ｉＡを変えるときには、タレ流量ＦＣを操作し、水分
量Ｍを変えるときは、ドライヤ蒸気圧Ｐを操作している
。

しかしこの場合、第３図に示すように、これらは相互に
干渉しているので、絶乾坪ｆｆｉ　ＢＤ、灰分量Ａ、水
分ｍＭの１つを変える場合でも、種目流量ＦＴや、クレ
ー流量ＦＣ１秒速ＶＳ、ドライヤ蒸気圧Ｐを総合的に操
作しなければならない。

また、種目流量ＦＴや、クレー流量ＦＣ、ドライヤ蒸気
圧Ｐのうちの１つ、例えばドライヤ蒸気圧Ｐを変えた場
合でも、水分子ｆｉ　Ｍがすぐには変化せず、これらド
ライヤ蒸気圧の変化と、水分量Ｍの変化との間に、次式
に示す１次遅れが発生する。

但し、ＫＭ：水分プロセスのゲイン。

ＴＭ　：　１次遅れ時定数。

Ｓニラプラス演算子。

Δ：微小変化分を示す記号。

このため、一般的には、このような１次遅れ分を加味し
て、種目流量Ｆ７、クレー流ｉｔ　ｐ　Ｃ、ドライヤ蒸
気圧Ｐなどを変えている。

また、通常の水分プロセスにおいては、通常、第４図に
示すようなドライヤ部１５を使用している。

この図に示すように、このドライヤ部１５は、ドライヤ
フード７と、このドライヤフード７内に配置される複数
のドライヤシリンダ８と、前記ドライヤフード７から排
出される紙１０の坪ｌＢＤや、灰分量Ａ、水分ｉＭを測
定する検出器９とを備えており、蒸気が供給されたとき
、これを各ドライヤシリンダ８に供給して、これらの表
面温度を高くする。

そして、プレス部によって圧搾された紙〈湿紙）１０が
搬入されたとき、これを各ドライヤシリンダ８によって
順次、乾燥させながら、乾燥作業が終了した紙１０を連
続的に排出させる。

また、このとき、検出器９によって紙１０の坪量ＢＤや
、灰分量Ａ、水分量Ｍが測定される。

なおこの場合、紙１０の抄速ＶＳは、池の部分に取付け
られた速度計（図示は省略する）によって測定される。

このように、ドライヤ部１５によって、プレス部から搬
出される紙１０の水分が除去されるので、このドライヤ
部１５に搬入される紙１０の水分量（ドライヤ入口水分
量）と、ドライヤ部１５から排出される紙１０の水分量
（ドライヤ出口水分量）と、ドライヤ部１５において紙
１０から蒸発した水分量（ドライヤ蒸発量）との間には
、次式が成り立つ。

ドライヤ蒸発量＝ドライヤ入口水分量 −ドライヤ出口水分量・・・（５〉 ここで、ドライヤ入口水分量が、絶乾坪ｆｉ　Ｂ　Ｄを
基準とした紙生産ｆｆ１Ｂｏ−Ｖｓ　・ＷＰ（但し、Ｗ
Ｐは紙幅〈ｍ））に比例し、かつドライヤ蒸発量がドラ
イヤ蒸気圧Ｐに比例すると仮定し、さらに紙幅ＷＰが一
定であると仮定すると、前記（５〉式から次式が得られ
る。

ｂ・Ｐ＋Ｃ＝ａ−ＢＤ・ＶＳ−Ｍ−ＶＳ　　　　　　　
　−＝　（６）但し、ａ、ｂ、ｃ　：水分プロセスから
得られる定数。

また、絶乾坪ｉＢＤの変化分ΔＢＤは、第３図に示す特
性から、種目流ｉＦＴの変化分ΔＦＴと、クレー流ＮＦ
Ｃの変化分へＦＣと、抄速ＶＳの変化分ΔＶｓとを用い
て次式で表わすことができる。

次に、本発明の動作原理である外乱抑制制御アルゴリズ
ムについて説明する。

まず、前記（６）式を時間ｔで微分し、かつ微分記号“
’ｄ　／ｄｔ”を“°δ°゛で書換で整理すると、次式
が得られる。

二二で、 δＭＨ＝ａ・δＢ［） 、　ｅ−Ｌ２°Ｓ・ＡＦＣ＋に３　　・ｅ　−””　　
−△ＶＳ・・・（７） 但し、Ｋ１　、Ｋ２、Ｋ３：プロセスのゲイン。

ＴＩ　、Ｔ２：１次遅れ時定数。

Ｌｌ　、Ｌ２、Ｌ３：第５図に示す如く各操作端から検
出器９までのむだ時間。

この（７）式から分かるように、種口流量Ｆ丁やクレー
流ｚｒ；’ｃ　、抄速ＶＳのうちの１つが変化すれば、
所定時間だけ遅れて絶乾坪ｉＢＤが変化する。

８Ｍ３＝−□・δＰ ｓ おけば、前記（８）式は、 δＭ＝δＭ１＋δＭ２＋δＭ３　　　　　　　　　　、
・・（１０）なる式で表わすことができる。ここで、ド
ライヤ蒸気圧Ｐ以外で水分子ｉｔ　Ｍを変化させる要素
（外乱成分）は、変数δＭ１．６Ｍ２であるから、これ
らの久変数δＭ１　６Ｍ２が、 ８Ｍ１≠０ ６Ｍ２≠０　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（１１）となっても、紙中水分量Ｍの変化分δＭが、δ
Ｍ・０　　　　　　　　　　　　　　・・・（１２）と
なるためには、 δ町・−（８Ｍ１＋δ町）　　　　　　　　　・・・（
１３）が成り立っていれば良い。

そこで、前記（８）式から、この（１３）式を満たすよ
うなドライヤ蒸気圧Ｐの変化分δＩ）を求めれば、 δＰ＝　　　　　　　（ａ−ＶＳ−δＢＤＮａ・ＢＤ−
Ｍ）−δＶｓｌ−（１４）が得られる。

この（１４）式から分かるように、銘柄変更などにより
、絶乾坪量ＢＤ、抄速ＶＳが変更された場合においても
、これら絶乾坪ｉＢＤ、抄速ＶＳと、これら絶乾坪ｆｉ
ＢＤ、抄速Ｖｓの変化分δＢＤ、δＶＳと、水分子ｉＭ
と、各定数ａ、ｂとに基づいて、ドライヤ蒸気圧Ｐを値
δｐだけ変更すれば、紙中水分ｉＭが変わらないように
することができる。

但し、この（１４）式は、１次遅れなどが存在しない場
合の理想的な形の式であるから、実際には、前記（４）
式などを用いて前記（１４）式に動特性を加味して使用
した方が良い結果を得ることができる。

しかしこの場合、前記（１４）式の絶乾坪ｉＢＤと、そ
の変化分δＢＤ　として、ドライヤ部１５の出口側に設
けられている検出器９の出力を用いると、前記（５）式
の゛ドライヤ入ロ水分量パに対応する（６）式の変数ａ
−ＢＤ　・ＶＳを的確に記述できないので、ドライヤ部
１５の入口側で、これら絶乾坪ｉＢＤと、その変化分δ
ＢＤとを測定することが必要であるが、通常の水分プロ
セスでは、ドライヤ部１５の入口側に検出器を設置する
のは困難なため、ドライヤ部１５の入口側における絶乾
坪ｉＢＤ’と、その変化分δＢＯ’とを予測することが
必要である。

この場合、種々の予測アルゴリズムを用いることができ
るが、本実施例では、次式によってドライヤ部１５の入
口側における絶乾坪’ｔｉ　Ｂ　Ｄ″を予測している。

ＢＤ’＝ＢＤＯ＋δＢＤ’　　　　　　　　　　　・・
・（１５）但し、ＢＤ　ｏ　：　ＢＤの初期値。

また、ドライヤ部１５の入口側における絶乾坪量ＢＤ’
″の変化分δＢＤ’は、前記（７）式に基づいて得られ
る次式によって予測している。

・ΔＦＣ＋に３　・ｅ−”８・ΔＶｓ　　　　　　−（
１６）但し、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６　：第５図に示す如く各
操作端からドライヤ部１５の入口までのむだ時間。

そして、これらの予測動作によって得られた絶乾坪ｆｆ
ｉ　Ｂ　０４に基づいて、前記（１４）式を整理すれば
、 ΔＰＦ＝　　　　　（ａ’ＶＳ−８ＢＣｌ’＋　　（ａ
−ＢＤｏ−Ｍｌ−δＶＳＩ・・・（１７） が得られる。

つまり、銘柄変更時には、この（１７）式に基づいて得
られた蒸気圧修正値ΔＰＦによってドライヤ部１５のド
ライヤ蒸気圧Ｐを修正（フィード・フォワード制御）す
れば、銘柄変更時においても、紙中水分量Ｍを一定にす
ることができる。

以下、上述した水分量制御原理を適用した本発明につい
ては詳述する。

第１図は本発明による抄紙機割目装置の一実施例を示す
ブロック図である。

この図に示す抄紙機割目装置は、ＦＢ制御部（フィード
・バック制御部）１７と、ＦＦ制御部（フィード・フォ
ワード制御部）１８と、蒸気圧指令値合成装置４と、加
減算器１６とを備えており、通常の状態では、目標値Ｍ
　ｒｅｆと、水分プロセス６からのフィード・バック値
（水分量Ｍ）とに基づいて前記水分プロセス６をフィー
ド・バック制御する。そして、銘柄などが変更されたと
きには、外乱による水分量Ｍの変化分を予測して、この
変化が発生しないように前記水分プロセス６をフィード
・フォワード制御する。

ＦＦ制御部１８は、絶乾坪量観測器１と、外乱抑制割目
装置２とを備えており、銘柄変更などの理由により、種
口流量ＦＴや、クレー流量ＦＣ１抄速ＶＳなどが変更さ
れたとき、これらの変化分ΔＦ■、ΔＦＣ１ΔＶｓに基
づいて、紙１０の水分、３１Ｍを一定にするような蒸気
圧修正値△ＰＦを求め、これを蒸気圧指令値合成装置４
に供給する。

絶乾坪量観測器１は、種目流量ＦＴや、クレー流１Ｆｌ
ｃ　、抄速ＶＳなどが変更されたとき、これらの変化分
ΔＦＴ、△ＦＣ１ΔＶＳに基づいて、前記（１５）式に
示す演算を行なって絶乾坪量ＢＤ”の変化分ΔＢＤ″′
を求め、これを外乱抑制割目装置２に供給する。

外乱抑制割目装置２は、絶乾坪ｉＢＤ　′″や、抄速Ｖ
ｓなどが変更されたとき、これらの変化分ΔＢＤ’、△
ＶＳに基づいて、前記＜１７）式に示す演算を行なって
蒸気圧修正値ΔＰＦを求め、これを蒸気圧指令値合成装
置４に供給する。

また加減算器１６は、設定器などによって設定されてい
る目標値Ｍ　ｒｅｆと、水分プロセス６からフィード・
バックされる水分量Ｍとの差分を算出し、これをＦＢ制
御部１７に供給する。

ＦＢ制御部１７は、目標値追従制御袋￥１３を備えてお
り、前記加減算器１６から供給される差分に基づいて、
比例・微分・積分演算を行なって通常運転時におけるド
ライヤ蒸気圧ＰＢを演算し、これを蒸気圧指令値合成装
置４に供給する。

蒸気圧指令値合成装置４は、前記目標値追従割目装置３
から供給されるドライヤ蒸気圧ＰＢと、前記外乱抑制割
目装置２から供給される蒸気圧修正値ΔＰＦとに基づい
て次式に示す演算を行ない、蒸気圧指令値Ｐを演算する
。

ｐ＝ｗ、・ｐｅ　＋ｗ２Δ・ＰＦ　　　　　　　　　　
・・・（１８）但し、Ｗｌ　、Ｗ２：重み係数を示す値
であり、通常は 各々、値“１パ。

そして、この蒸気圧指令値Ｐを水分プロセス６に供給し
て、紙１０から水分を蒸発させ、その水分量Ｍを所定値
以下まで低下させる。

このようにこの実施例においては、銘柄などが変更され
、これに対応して種口流量ＦＴや、クレー流量Ｆｃ、抄
速ＶＳなどが変更された場合には、これに対応して、外
乱抑制割目装置２から蒸気圧修正値△ＰＦを出力させて
、蒸気圧指令値合成装置４から出力される蒸気圧指令値
Ｐを補正するようにしたので、銘柄などが変更され、こ
れに対応して外乱プロセス６から水分外乱△ＭＤが出さ
れ、これが水分プロセス６の定常水分ＭＭＣに重畳され
た場合においても、この水分プロセス６から排出されろ
紙１０の水分子ｆｉＭが変わらないようにすることがで
きる。

また定常時には、目標値追従割目装置３が、水分プロセ
ス６からフィード・バックされる水分量Ｍと、目標値Ｍ
、。ｆとの差分に基づいて比例・微分・積分演算を行な
ってドライヤ蒸気圧ＰＢを算出し、蒸気圧指令値合成装
置４から前記ドライヤ蒸気圧Ｐ８に対応した蒸気圧指令
値Ｐを出力させるので、水分プロセス６によって処理さ
れた紙１０の水分量Ｍを目標値Ｍ、。Ｃと常に一致させ
ることができる。

次に、コンピュータを用いてシミュレーションを行なっ
たときの実験結果を用いて、上述した実施例の効果を説
明する。

まず、前記絶乾坪量観測器１と、外乱抑制割目装置２が
ないときにおいて、第２図（ａ　）、（ｂ　）に示す如
く絶乾坪量ＢＤと、抄速ＶＳとが変更され、かつ時刻ｔ
１において目標値Ｍ、。、の値が”０．６”から“０．
９”に変更された場合には、第２図（Ｃ）に示す如く蒸
気圧指令値Ｐが変化して、第２図（ｄ　）に示す如く紙
中水分量Ｍが変化する。

また、前記絶乾坪量観測器１と、外乱抑制割目装置２と
を使用しているときにおいて、第２図（ａ　＞、（ｂ　
）に示す如く絶乾坪量ＢＤと、抄速ＶＳとが変更され、
かつ時刻ｔ１において目標値Ｍ１゜ｆの値が”０．６”
から“０．９”に変更された場合には、第２図（ｅ　）
に示す如く蒸気圧指令値Ｐが変化して、第２図（ｆ　）
に示す如く紙中水分子ｆｉＭが変化する。

これらのシミュレーション結果から明らかなように、こ
の実施例では、次に述べる効果を得ることができる。

（イ）前記絶乾坪量観測器１と、外乱抑制割目装置２と
を使用しているときには、これらを使用しない場合に比
べて、紙中水分ＨＭのピーク値を約２５％改善すること
ができる。

（ロ）また煎記絶乾坪Ｍｌｔ１１測器１と、外乱抑制割
目装置２とを使用しているときには、これらを使用しな
い場合に比べて、整定時間を約４０％改善することがで
きる。

また−Ｆ述した実施例においては、１次遅れを無視した
（１７〉式に基づいて蒸気圧修正値へＰＦを求めている
が、実際には、次式に示すような１次遅れを加味した式
によって動特性を持った使用蒸気圧修正値ΔＰＴＦが算
出されて使用される。

＋ｆ、ｒ・ＢＤ”　・（ｎ・Ｔｃｌ−Ｍ−（ｎ−Ｔｃ）
ＩＩＶｓ−（ｎ−Ｔｃ）−Ｖｓｏｌ］　　　　　　　−
（１９）但し、ＶＳＯ：抄速ＶＳの初期値。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、銘柄などが変更さ
れたときには、これに対応してプロセスの制御内容を自
動的に変更して、紙の過乾燥や、過湿側など不都合が発
生したり、紙の切断事故などが発生しないようにするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による抄紙機割目装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図（ａ　）〜（ｆ　）は各々同実施例
を説明するために行なったシミュレーション結果を示す
模式図、第３図は一般的な抄紙機の特性を説明するため
の模式図、第４図はトライヤニ程で用いられるドライヤ
部の詳細を示す側面図、第５図は各むだ時間を説明する
ための模式％式％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）抄紙機のプロセスを制御する抄紙機割目装置にお
   いて、 入力された目標値と、前記プロセスからのフィード・バ
   ック値とに基づいて制御量を算出する制御量算出部と、 設定値が変更されたとき、外乱分を予測算出して出力す
   る予測部と、 この予測部の出力と、前記制御量算出部の出力とに基づ
   いて前記プロセスを制御する制御部と、を備えたことを
   特徴とする抄紙機制御装置。