JPH0429796B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製紙工業の最終工程である抄紙機を制
御する装置に係り、特に紙幅方向の制御特性を改
善した抄紙機制御装置に関する。

（従来の技術） 第５図は特公昭57−24435号公報等で公知の抄
紙機制御装置の概略構成図である。図において、
１はパルプ等を含む原料液を貯える種箱、２は種
箱１より供給される原料液の量を制御する種口
弁、３は白水を貯えるサイロ、４は原料液及び白
水を混合して送るフアンポンプ、５は紙幅に対応
する複数の放出口（スライスリツプ）を備えたイ
ンレツトボツクスでフアンポンプ４より送られた
液体を貯える。６はスライスリツプより放出され
た液体のパルプ分を抽出するワイヤパート、７は
ワイヤパート６上の原料を脱水するサクシヨンボ
ツクスで原料と混在する白水を負圧状態としてサ
イロ３に落下させる。８は脱水された原料を薄く
するプレスパート、９は乾燥を行いあらかじめ設
定された水分率の紙にするドライヤ、１０はつや
出しを行うカレンダ、１１はできあがつた紙を巻
取るリールである。１２は坪量水分率検出部（以
下BM計という）、１３はBM計１２の検出する
紙の絶乾燥量及び水分率がそれぞれの設定値に等
しくなるように制御する制御部で、種口弁２の弁
開度、ドライヤ９の蒸気圧および抄速を制御す
る。

このように構成された装置においては次の如く
動作する。種箱１から供給される原料液は、種口
弁２を通過後サイロ３から供給される白水と混合
フアンポンプ４によりインレツトボツクス５に送
られる。インレツトボツクス５からワイヤパート
６上に放出された液は、ワイヤパート６、サクシ
ヨンボツクス７、プレスパート８およびドライヤ
９等を通過する間に脱水、乾燥されリール１１に
巻取られる。紙の坪量はBM計１２の出力に基づ
く制御部１３からの制御信号で種口弁２等を制御
して一定に保たれる。

第６図は紙幅方向プロフアイル制御の説明図
で、Ａはインレツトボツクス５からBM計１２走
査線までの紙を展開した説明図、Ｂは紙の幅方向
に複数（例えば40個）設けられたスライスリツプ
開度の分布図、Ｃは紙の幅方向に複数の観測点
（例えば360点）を有するBM計による絶乾燥坪量
の分布図である。

各スライスリツプの開度を独立に制御して、目
標とする絶乾坪量を幅方向に一定に保つように制
御する。

第７図は上記紙幅方向プロフアイルの制御を示
す機能ブロツク図である。図において、２１は操
作部で複数のスライスリツプの開度を独立に操作
する。２２は抄紙プロセスで、プレス、ドライ
ヤ、つや出し等の複数の工程よりなる。２３は
BM計検出部で、例えば40秒に一回の割合で走査
しながら絶乾坪量、水分率、紙厚などを測定す
る。２４は表示部で、例えば第６図Ｃに示す坪量
プロフアイルを表示する。２５はBM計検出部２
３のデータＹに基づいて操作部２１に制御信号Ｕ
を出力するコントロール部で、オートと操作者自
ら制御するマニユアルとを切替えることができ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 第８図は単一のスライスリツプのみを開いたと
きの、絶乾坪量分布を示したものである。スライ
スリツプの幅ｗに対して、坪量は隣接するスライ
スリツプの領域にも分布している。そこである点
の絶乾坪量が目標とずれていると、複数のスライ
スリツプを制御する必要があり、熟練オペレータ
によるマニユアル操作並みの制御をコントロール
部２５のオートでは実現できない問題点があつ
た。

さらに図中で示すように、何らかの外乱によ
つて横流れが生じていると、オートでは全く追従
できないという問題があつた。

本発明はこのような問題点を解決したもので、
熟練オペレータ並みの紙幅方向プロフアイル制御
を自動的に行い、外乱が作用しても目標プロフア
イルをもつ紙を製造する抄紙機制御装置を実現す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） このような目的を達成する本発明は、紙幅方向
に複数設けられ、開度に対応する量の原料を供給
するスライスリツプと、このスライスリツプから
供給された原料を脱水、乾燥して所定の紙質を得
るプロセス部と、このプロセス部から送られた紙
の紙質を紙幅方向に分解して検出する検出部とを
備え、この検出部で検出する紙質プロフアイルに
基づいて前記スライスリツプの開度を操作する抄
紙機において、前記スライスリツプの開度と、こ
の開度に対する定常状態における紙質プロフアイ
ルとの関係を表示する干渉伝達行列を同定する同
定部と、前記抄紙機を熟練者が操作して目標紙質
プロフアイルに到達する場合に経由する過渡紙質
プロフアイルを発生する指令プロフアイル発生部
と、この指令プロフアイル発生部の発生する過渡
紙質プロフアイル、前記目標紙質プロフアイル、
前記同定部の出力する干渉伝達行列を入力し、前
記スライスリツプ開度を操作する場合のゲインを
演算するモデルマツチング部と、このモデルマツ
チング部の演算するゲイン、前記目標紙質プロフ
アイル、前記検出部の検出する紙質プロフアイル
を入力し、前記スライスリツプの開度操作量を演
算して前記スライスリツプに出力する制御部とを
設けたことを特徴とするものである。

（作用） 上記する各構成要素は次の作用をする。同定部
は抄紙機制御の同定された定常モデルを記憶す
る。指令プロフアイル発生部は熟練者の行なう望
ましい過渡紙質プロフアイルを記憶しており、時
系列に送信する。モデルマツチング部は過渡紙質
プロフアイルを定常状態で実現するのに必要なス
ライスリツプ操作量のゲインを演算する。制御部
はモデルマツチング部の指令に従いスライスリツ
プを操作する。

（実施例） 以下図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク
図である。尚第１図において前記第７図と同一作
用をするものには同一符号をつけ説明を省略す
る。

図において、２６はスライスリツプの開度と、
この開度に対する定常状態における紙質プロフア
イルとの関係を同定する同定部で、ここに同定と
は抄紙機の運転条件や紙の質が一定である場合の
定常モデルを求めることをいい、例えば定常
ARMA（Auto Regulating Moving Average）
モデルが用いられる。２７は抄紙機を熟練者が操
作して目標紙質プロフアイルに到達する場合に経
由する過渡紙質プロフアイルを記憶する指令プロ
フアイル発生部で、この過渡紙質プロフアイルを
時系列で発生する。２８は抄紙機の定常ARMA
モデル、過渡紙質プロフアイル、目標紙質プロフ
アイルを入力するモデルマツチング部で、過渡紙
質プロフアイルを定常ARMAモデルで実現する
のに必要なスライスリツプ操作量のゲインを演算
する。２９はモデルマツチング部２８のゲイン
と、検出部２３の検出する紙質プロフアイルと目
標紙質プロフアイルとの偏差とを用いて演算する
制御部で、この演算結果によつてスライスリツプ
の開度を例えばPI制御を用いて制御する。

Uopは定常ARMAモデルの未知パラメータを
推定するのに必要な情報量を含むような条件（同
定条件）における操作量（同定操作量）、Yopは
同定操作量Uopに対し定常状態で得られる紙質プ
ロフアイル、M^は抄紙機の定常ARMAモデルを
表わす行列で、ここでは干渉伝達行列とよぶ。
は目標紙質プロフアイル、Ycは指令プロフアイ
ル発生部２７の記憶する過渡紙質プロフアイル
で、第１ステツプから定常状態となつて整定する
第Ｍステツプまでよりなる。

尚、図中破線はオフライン処理を示し、実線は
オンライン処理を示しているが、すべてをオンラ
イン処理してもよい。

このように構成された装置の動作を次に説明す
る。第２図は第１図の装置の動作を示す流れ図
で、(A)はオフライン処理、(B)はオンライン処理を
表わしている。

干渉伝達行列M^は抄紙機の開ループのマニユア
ルスライスリツプ操作に対する測定データYopに
基づきオンラインで同定する。尚、同定計算量が
膨大であるのでオフライン処理しているが、スラ
イスリツプ操作度が充分にありかつ計算が充分早
く行えればオンライン処理してもよい。

まず同定操作量Uopを操作部２１に入力し
（S1）、これに対する定常状態における測定デー
タYopを検出部２３より読出す（S2）。ここで、
Uop，Yopの成分を表わすと次式のようになる。

U^T _pp＝（u₁，u₂，…，u_r） (1) Y^T _pp＝（y₁，y₂，…，y_o） (2) ここに、ｒはスライスリツプの総数で、例えば40
個あり、u_i（ｉ＝１，２，…，ｒ）は各スライス
リツプの開度である。ｎは検出部２３の測定点の
総数で、例えば360点あり、y_i（ｉ＝１，２，…，
ｎ）は各測定点における坪量などの紙質測定量で
ある。

同定部２６は同定操作量Uop、紙質プロフアイ
ルYopを用いて干渉伝達行列M^を最小自乗法によ
り求める（S3）。

M^＝Y_ppU^T _ppU_pp）^-1 (3) 尚、干渉伝達行列M^は次の関係をもつと共に、
運転条件や紙質が一定である限り、このモデルは
定常とみなせる。

Y_pp＝M^ U_pp (4) また抄紙機の定常ARMAモデルは次の一般式
(5)で表現されるから、干渉伝達行列Ｍとは式(6)の
関係にある。

１＋α₁₁ α₁₂…α_1o α₂₁ １＋α₂₂…α_2o ： ： ： α_o1 α_o2…１＋α_oo y₁ y₂ ： y_o＝β₁₁ β₁₂…β_1r β₂₁ β₂₂…β_2r ： ： ： β_o1 β_o2…β_ro u₁ u₂ ： u_r (5) Ｍ＝１＋α₁₁ α₁₂…α_1o α₂₁ １＋α₂₂…α_2o ： ： ： α_o1 α_o2…１＋α_oo ^-1β₁₁ β₁₂…β_1r β₂₁ β₂₂…β_2r ： ： ： β_o1 β_o2…β_or (6) 次にモデルマツチング部２８は(3)式及び過渡紙
質プロフアイルYcを用いて必要なスライスリツ
プ操作量Ｕを演算する（S4）。

Ｕ＝〔M^）^TM^〕^-1（M^）^TYc(i)， （ｉ＝１，…，Ｍ） (7) 尚、第３図に示すような熟練者による実験で求
めた有限の測定データを用いて過渡紙質プロフア
イルYc(i)を発生させているので、１巡回では目
標紙質プロフアイルと一致せず、通常Ｎ回巡回
させて目標紙質プロフアイルに収束させてい
る。また収束途中の巡回において、過渡紙質プロ
フアイルYcのデータは前回の巡回によつて定常
値となつたデータを基礎に求める。

次にモデルマツチング部２８は、(7)式からゲイ
ン行列 を決定する（S5）。

＝（Φ^TΦ）^-1Φ^TＵ (8) ここでゲイン行列 は、制御部２９が(9)式の
PI制御を行なう場合のゲインK_P，K_Iを表示し、
これを成分で表示すると(10)式のようになる。

Ｕ＝−K_PΔY−K_IΣΔY (9) U^j _i＝_N 〓^k=1 ｛−K_p ^ikΔY^j _ik(M) −K^ik _IM 〓^l=1 ΔY^j _ik(l)｝ (10) ここでｉはスライスリツプの番号、ｊは巡回
数、ｋは測定点の番号で、それぞれｉ＝１，２，
…，ｒ、ｊ＝１，２，…，Ｎ、ｋ＝１，２，…，
ｎよりなる。

K^ik _P：第ｉ番目のスライスリツプと第ｋ番目の
測定点との間のＰ制御のゲイン。

K^ik _I：第ｉ番目のスライスリツプと第ｋ番目の
測定点との間のＩ制御のゲイン。

Δy^j _ik(M)：第ｊ回目の巡回における第ｉ番目のス
ライスリツプと第ｋ番目の測定点における偏
差で、Ｍは１巡回の操作における整定ステツ
プ数で指令プロフアイル発生部２７のＭと同
じである。尚、偏差とは測定値y^j _ikと目標値
ｙ_ikとの差をいう。

ΣΔy^j _ik(l)：第ｊ回目の巡回における第ｉ番目の
スライスリツプと第ｋ番目の測定点おける偏
差の総和で、目標値_ikと過渡紙質プロフア
イルy^j _ikとの偏差を累積している。

ゲイン行列〓を(11)式、操作量行列Ｕを(12)式で表
わすと、(9)式は(13)式で表わせる。

〓^T＝（〔K¹¹ _I K¹¹ _I）（K¹² _IK¹² _I）…（K¹ⁿ _PK¹ⁿ _I）
〕 〔（K²¹ _P K²¹ _I）（K²² _P K²² _I）…（K²ⁿ _P K²ⁿ _I）〕 … 〔（K^r1 _P K^r1 _P）（K^r2 _P K^r2 _I）…（K^rn _P K^rn _P）〕
(11) U^T＝｛〔U¹ ₁ U² ₁…U^N ₁〕〔U¹ ₂ U² ₂…U^N ₂〕 …〔U¹ _r U² _r…U^N _r〕｝ (12) Ｕ＝Φ (13) ここでΦを構成する小行列Φ_pqを(11)，(12)式の中
かつこ〔 〕に対して定義する。

Φ＝Φ₁₁ Φ₁₂…Φ_1o Φ₂₁ Φ₂₂…Φ_2o ： ： ： Φ_r1 Φr₂…Φ_ro (14) ここで、 Ｐ＝１，２，…，ｒ Φ_pq＝０ （for ｐ≠ｑ） このようにしてオフラインでゲイン行列〓が決
定される。第２図Ｂは、この同定されたゲイン行
列〓を用いてオンライン処理る場合の流れ図であ
る。

制御部２９はモデルマツチング部２８で同定さ
れたゲイン行列〓と、目標紙質プロフアイルと
検出器２３の測定した紙質プロフアイルを用いて
操作量Ｕを演算する（S11）。操作部２１は制御
部２９の指令に応じてスライスリツプを操作する
（S12）。プロセス部２２は紙をつくり（S13）、検
出部２３はこの紙の紙質プロフアイルＹを出力す
る（S14）。必要な長さの紙が製造さるまでこの
操作を繰返す（S15）。

第３図は指令プロフアイル発生部２７に記憶さ
れるデータを求める実験の説明図で、Ａは熟練者
の指令するスライスリツプの操作量U_c、Ｂは検
出部２３の検出する紙質プロフアイルYcを時系
列で示してある。このような操作は、例えばばら
つきの大きな低品質のから均一な品質の高品質の
紙への抄替えにいて行われる。尚、図中U^l _iは第ｉ
番目のスライスリツプの第ｌ巡回における操作量
を示し、Y_ikは第ｉ番目のスライスリツプに対応
する第ｋ番目の測定点を示している。

熟練者はＮ回スライスリツプを操作して目標と
する紙質プロフアイルに収束させており、指令プ
ロフアイルに発生部２７には収束に至る紙質プロ
フアイルにおいて、各一巡回のスライスリツプの
操作によつて生じる過渡プロフアイルYcの第１
ステツプから整定する第Ｍスラツプまでをそれぞ
れ記憶している。

尚、この操作量U_c，過渡プロフアイルY_cを用
いて、同定操作量U_pp及び同定用の測定データ
Y_ppとみなして、同定部２６が抄紙機を同定して
もよい。

第４図は第２図Ｂのオンライン処理の具体例を
示す説明図で、Ａは制御部２９の指令するスライ
スリツプの操作量、Ｂは検出部２３の検出する紙
質プロフアイルで時系列で示してある。

あらかじめ、目標紙質プロフアイルにおける運
転条件や紙質の干渉伝達行列M^、ゲイン行列〓を
求めモデルマツチング部２８に記録する。次に第
１巡回で、制御部２９はモデルマツチング部２８
の出力するゲイン〓を用いて操作量を求め、この
結果をもとにスライスリツプ操作U¹ _iを行ない、
指令プロフアイル発生部２７の過渡プロフアイル
のＭ段のステツプを経て紙質を整定させる。この
整定した紙質プロフアイルを基礎に次の巡回を行
い、以下これを繰返して、第Ｎ巡回で目標紙質プ
ロフアイルに収束させる。

尚、上記実施例では各スライスリツプに全ての
偏差Δy_ik（ｋ＝１，２，…，ｎ）をフイードバツ
クしていたが、該当するスライスリツプに隣接す
る２個ずつの影響の大きなスライスリツプに対応
する偏差（ｎ＝360，ｒ＝40とすると40点ぐらい
になる）をフイードバツクしてもよい。このよう
にすると計算時間が短くなる利点がある。

もし紙質や運転条件が変化した時は、干渉伝達
行列Ｍを再同定して、ゲイン行列〓を決定すれば
よい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば次の効果が
ある。

熟練者による紙質プロフアイル制御を基礎に
制御部２９が制御しているのでで、抄工程の信
頼性が向上する。

制御部２９が制御しているので、外乱が発生
しても常時同じ紙質の紙を製造できる。

定値制御なのでむだ時間の影響を無視でき、
むだ時間による制御特性の変化はあまり問題に
ならない。

実施例のようにPI（比例積分）制御を行う場
合に、スライスリツプ操作のPIゲインを指令
紙質プロフアイルに応じて自動調整できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク
図、第２図は第１図の装置の動作を示す流れ図、
第３図は過渡紙質プロフアイルY_cを求める実験
データの説明図、第４図は第１図の装置のオンラ
イン処理の具体例の説明図である。第５図は従来
装置の概略構成図、第６図は紙幅方向プロフアイ
ル制御の説明図、第７図は紙幅方向プロフアイル
制御の機能ブロツク図、第８図は問題点の説明図
である。 ２１……操作部、２２……プロセス部、２３…
…検出部、２６……同定部、２７……指令プロフ
アイル発生部、２８……モデルマツチング部、２
９……制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 紙幅方向に複数設けられ、開度に対応する量
   の原料を供給するスライスリツプと、 このスライスリツプから供給された原料を脱
   水、乾燥して所定の紙質を得るプロセス部と、 このプロセス部から送られた紙の紙質を紙幅方
   向に分解して検出する検出部 とを備え、この検出部で検出する紙質プロフアイ
   ルに基づいて前記スライスリツプの開度を操作す
   る抄紙機において、 前記スライスリツプの開度と、この開度に対す
   る定常状態における紙質プロフアイルとの関係を
   表示する干渉伝達行列を同定する同定部と、 前記抄紙機を熟練者が操作して目標紙質プロフ
   アイルに到達する場合に経由する過渡紙質プロフ
   アイルを発生する指令プロフアイル発生部と、 この指令プロフアイル発生部の発生する過渡紙
   質プロフアイル、前記目標紙質プロフアイル、前
   記同定部の出力する干渉伝達行列を入力し、前記
   スライスリツプ開度を操作する場合のゲインを演
   算するモデルマツチング部と、 このモデルマツチング部の演算するゲイン、前
   記目標紙質プロフアイル、前記検出部の検出する
   紙質プロフアイルを入力し、前記スライスリツプ
   の開度操作量を演算して前記スライスリツプに出
   力する制御部と を設けたことを特徴とする抄紙機制御装置。