CN1751155A - 抄纸机的控制方法、控制装置、程序及存储媒体 - Google Patents

Abstract

提供一种抄纸机的控制装置，即使在抄纸机中用短控制周期实施保留控制和纸中含灰率控制的情况下，也能通过简单而廉价的结构，避免因两种控制之间的相互干扰而产生的摆动等问题，从而能够高精度的控制保留和含灰率。因此，本发明的抄纸机(1)中，至少对湿部(2a)中的保留和纸中含灰率，用自动控制系统(3)实施控制。该自动控制系统(3)，具备：实施所述保留的自动控制的反馈环路；实施纸中含灰率的自动控制的反馈环路；以及，用于消除所述两个反馈环路的相互干扰所带来的影响的、安装在所述两个反馈环路之间的退耦控制部(30)。

Description

抄纸机的控制方法、控制装置、程序及存储媒体

技术领域

本发明涉及一种抄纸机的控制方法和抄纸机的控制装置，具体来说，涉及抄纸机的湿部中的保留以及纸中含灰量的控制的改善。

背景技术

近年来有这样一个技术动向，即：在纸浆产业的抄纸机的操作过程中，在对产品品质有很大影响的湿部过程(wet part process)中加入保留控制(retention control)，并通过抄纸机湿部的稳定化实现操作性的改善和产品品质的提高。

抄纸机的湿部过程中的保留，是指从抄纸机的网前箱(head box)喷到丝网部(wire part)的过滤丝网上的纸浆原料(主要是纸浆，包含灰分)在丝网上得到利用的原料比率，可用提供给网前箱的原料的浓度(C_HB)、和经过丝网过滤后落入丝网下的白水仓中的白水的浓度(C_WW)，通过下式近似计算得出。

保留{(C_HB-C_WW)/C_HB}×100％                式1

该保留值被作为判断抄纸机丝网部操作的好坏与否的一个重要指标，而作为一种方法，发现可以通过对微量添加于提供给到网前箱中的原料中的高分子利用率促进剂的添加流量进行微量增减，能够对保留加以控制。

在保留控制中，虽然控制了该保留，但通常使用白水浓度(C_WW)的变化作为保留的监视端。也即，在保留控制中，采用如下控制形态，即：利用通过设置在抄纸机的湿部中的特殊的浓度传感器在线测得的白水浓度(C_WW)、而不使用式1中的保留值本身，在对丝网白水的全体浓度的状态进行监视的同时，对利用率促进剂的添加流量进行增减(参照非专利文献2、3、4)。此外，这里，不使用保留值本身而使用白水的全体浓度，是基于以下一些理由，即：如将白水的全体浓度保持一定，则保留也能保持一定；而且，即使将保留值保持一定，当提供给网前箱中的原料的浓度(C_HB)和白水浓度(C_WW)以相同比率同时增大时，若以式1为指标，则保留值在表面上被计算为稳定的定值，无法实现湿部的稳定化，等等。

如上所述，保留控制是对从网前箱提供给丝网部上的纸浆原料的利用率进行调整的控制，通过构成用特殊的低浓度计在线测量从丝网部流下的白水的全体浓度、并令该值和预先设定的目标值一致地增减添加在纸浆原料中的利用率促进剂的添加量的反馈控制环路，来加以实施。而且作为通例，在该控制环路中设置PID调节计(控制器)，利用该调节计用PI控制(比例动作控制+积分动作控制)等来实现(例如，参照非专利文献2、3)。

该PID调节计，也多用于化工厂还有造纸厂的过程控制的控制环路中，被作为基本形式使用的是：通过安装在控制端的传感器在线测量想加以控制的温度和流量等状态量，当该测量值和目标值之间产生偏差时，将用PID调节计计算得到的大小的操作(控制)信号，输出给例如蒸汽阀或流量阀等的操作端，并通过反馈控制以单环路的形式一对一地进行控制。在最近的大型工厂中，大量的(几百到几千个环路)这种控制环路被安装在中央控制室的DCS(Distributed Control System：分布控制系统)中，将实际的工厂在线集中来进行控制。

另一方面，为了在用抄纸机制造的纸产品中，改善表面特性和印刷适应性，给纸的每个品种按照处方规定量混合了0～20％左右的碳酸钙或滑石粉等灰成分，而这被作为生产时的纸中含灰率加以管理。在抄纸机中，为了将成为产品的纸的含灰率保持为规定值，一直以来采用BM计(BasisWeight and Moisture Measurement Sensors：基础重量和湿度测量传感器)实施含灰率控制。该含灰率控制，通过构成：用BM计在线测量纸中的含灰率并调节往纸浆原料中添加的灰分(ash)的添加量以使该测定值和目标值一致的反馈控制环路，来加以实现。

迄今为止采用的是：使用用于使用了该BM计的含灰率控制的反馈控制环路、和用于使用了低浓度计的保留控制的反馈控制环路，并通过这些控制环路，对含灰率和保留(丝网部的白水浓度)分别独立地进行控制的方式。

[专利文献1]

特开平10-325092号公报

[非专利文献1]

Mike Kosonen、Calvin Fu、Seyhan Nuyan、Risto Kuusisto、TaistoHuhtelin(Metso Automation)：Narrowing gap between theory and practice：Mill experiences with multi-variable predictive control、Control Systems 2002Proceedings(2002)，pp.54-pp.59

[非专利文献2]

Kortelainen、Nokelainen等：优秀工厂中的最新的保留、监视系统的应用、纸浆技术协会杂志、43-7(1989)，pp.39-pp.45

[非专利文献3]

Jukka Nokelainen、Timo Rantala、Pasi Tarhonen：Practical experiencesof the wet end consistency control、Pira、1(1992)

[非专利文献4]

森、加来、末田、水野、饭尾、山田：对应于多品种生产的抄纸机丝网部的保留控制、纸浆技术协会杂志、2月(2002)，pp.86-pp.95

但是，如上所述，当同时实施保留控制和含灰率控制时，会发生如下问题：两种控制会产生相互干扰，在含灰率控制中控制端中发生摆动(hunting)导致含灰率变化较大，反而降低了稳定性。另外，在要保持定值的保留控制中，有时也会出现白水的全体浓度不稳定之类的问题。因此，当同时执行所述两种控制时，无法获得希望的控制效果，依情况不同可能还会出现相反效果，导致产品品质低下。

因为迄今为止在保留控制中，必须主要使用国外开发的价格昂贵的特殊传感器，所以在国内正式研究该保留控制是最近的事。如上所述，保留控制和含灰率控制之间会发生相互干扰的问题几乎不为人知。

即便是在保留控制技术先进的国外的抄纸机过程中，虽然从以前就意识到会产生这种相互干扰的问题，但似乎未被看作问题而加以重视。实际上，国外也是在2001年以后才认识到该相互干扰的问题并开始采取对策(例如，参照非专利文献1)。

另外，即使是在重视相互干扰的问题的现在，作为其对策，也只有：当相互干扰的程度(大小)较轻时，忽略该干扰量，分别作为独立的控制环路来照常实施控制；另外，即使在发生稍明显的相互干扰的情况下，也就是通过整体减小PID调节计的调节参数、或仅调弱一方的环路，以防止过程变得不稳定导致发生不良情况，即通过消极的对策避免相互干扰的影响来加以应对。

另一方面，针对多个控制环路之间的相互干扰问题，报告的有如下研究：使用被称为模型预测控制的多变量控制，积极消除相互干扰来应对(例如，参照非专利文献1)。

使用该模型预测控制的方法，不仅对纸中含灰率和保留的相互干扰、还对过程中其他许多的变量之间的相互干扰所带来的不良影响高精度且综合性地实施消除。该控制方法复杂，要导入系统需要大量成本。

与此相关，发明人提出了，将利用率促进剂添加率的变化持续较长时间的这种控制方式(将利用率促进剂添加量持续30分钟左右斜坡状改变的控制方式)。其原因是，因过去用短周期、使用PID调节计实施利用率促进剂添加率的增减控制，纸制品的质地(单位纸重的变动)会否恶化令人担忧。而由于本方式为一种平缓的控制方式，因此这种情况下，在保留控制和纸中含灰率控制间，不会发生上述那种相互干扰(例如，参照专利文献1、非专利文献4)。

然而，现在要求的是，用短周期频繁地实施输出控制，提高保留和纸中含灰率控制的响应速度，来实现更高精度的控制。在这种情况下，会发生上述相互干扰所带来的问题，并且消除该问题被视为重要的课题。

发明内容

本发明，正是着眼于上述现有技术的课题提出的，其目的在于提供一种抄纸机的控制装置，在使用PID调节计、BM计等，用短周期实施保留控制和纸中含灰率控制的情况下，也能通过简便而廉价的结构，避免两种控制间的相互干扰所导致的摆动等问题，从而能够高精度地控制保留和含灰率。

为了解决所述课题，本发明具有以下结构。

即，本发明的第1形态，为一种抄纸机的控制方法，在抄纸机中至少对湿部中的保留和纸中含灰率通过自动控制来进行控制，其特征在于：通过在实施所述保留的自动控制的反馈环路、和实施纸中含灰率的自动控制的反馈环路之间，设置退耦控制功能，来消除两组环路的相互干扰所造成的影响。

本发明的第2形态的特征是，在所述第1形态中，所述保留的自动控制，对所述湿部中的丝网部的白水浓度(被丝网部脱水后产生的白水的浓度)进行测量，并根据该白水浓度，增减添加到原料中的利用率促进剂的添加量，所述纸中含灰率自动控制，对纸干燥后的纸中的含灰率进行测量，并根据该含灰率，增减添加到原料中的灰分添加量。

本发明的第3形态的特征是，在所述第1形态或第2形态中，所述退耦控制功能，使用实施对所述两反馈环路相互干扰的干扰量同时刻地进行补偿的静态特征补偿的退耦要素的增益。

本发明的第4形态的特征是，在所述第1形态或第2形态中，所述退耦控制功能，使用实施对所述两反馈环路相互干扰的干扰量考虑时间延迟地进行补偿的动态特征补偿的退耦要素。

本发明的第5形态的特征是，在所述第2形态至第4形态的任意一个形态中，在所述保留的自动控制中测定的丝网部的白水浓度，是被丝网部的丝网过滤后流入所述丝网下的白水仓中的白水的浓度。作为该白水浓度，通常使用白水的全体浓度，但也可以使用白水中的纸浆浓度和灰分浓度。再者，白水的全体浓度，是指白水中的纸浆浓度和白水中的灰分浓度之和。

本发明的第6形态，是一种抄纸机的控制装置，在抄纸机中至少对湿部中的保留和纸中含灰率通过自动控制系统来实施控制，所述自动控制系统，具备：实施所述保留的自动控制的反馈环路；实施纸中含灰率的自动控制的反馈环路；以及，用于消除所述两个反馈环路的相互干扰所带来的影响的、安装在所述两个反馈环路之间的退耦控制部。

本发明的第7形态的特征是，在所述第6形态中，实施所述保留的自动控制的反馈环路，由：浓度计，对所述湿部中的丝网部的白水浓度进行测量；和，控制部，向抄纸机过程中的保留操作端发送控制信号，从而根据用所述浓度计检测出的白水的浓度与给定的目标值的偏差，来增减添加到原料中的利用率促进剂的添加量，构成，实施所述纸中含灰率的自动控制的反馈环路，由：灰分检测模块，在纸干燥后用灰分传感器对纸中的灰分进行测量；和，灰分控制部，向抄纸机过程中的灰分操作端输出控制信号，从而根据用该灰分检测模块检测出的灰分与给定的目标值的偏差，来增减添加到所述原料中的含灰量的添加量，构成，所述退耦控制部，具有对相互干扰的干扰量进行补偿的退耦要素。

本发明的第8形态的特征是，在所述第7形态中，所述退耦要素，是为了对相互干扰的干扰量进行补偿而被输入到所述各反馈环路的各操作端的前段中的前馈补偿要素。

本发明的第9形态的特征是，在所述第8形态中，所述退耦要素，根据由各反馈环路进行的过程的响应块和产生两反馈环路的相互干扰的干扰块求得。

本发明的第10形态，是用于通过计算机实现所述第1形态至第5形态的任意一个之中所述的控制方法的程序。

本发明的第11形态，是可由存储有所述第10形态中所述的程序的计算机读取的存储媒体。

附图说明

图1是示意表示本发明的一个实施方式中使用的抄纸机的整体构造的图。

图2是表示图1所示的抄纸机的控制系统中的纸中含灰率控制环路和保留控制环路的框图。

图3是表示现有的抄纸机中的白水的全体浓度、纸中灰分、以及抄速变化的情形，还有利用率促进剂添加流量的情形的曲线图，表示的是不实施保留控制、而实施纸中含灰率控制的情况。

图4是表示现有的抄纸机中的白水的全体浓度、纸中灰分、利用率促进剂添加流量变化、以及抄速变化的情形的曲线图，表示的是不实施退耦控制、同时实施保留控制和纸中含灰率控制的情况。

图5是表示通过本实施方式中的控制装置，同时实施保留控制和纸中含灰率控制的情况下的白水的全体浓度、纸中灰分、利用率促进剂添加流量变化、以及抄速变化情形的曲线图。

图6是近似表示在过程中加上阶梯状输入的情况下的响应增益K、无效时间T1、时间常数T2的曲线图。

图7是表示纸中含灰率控制环路和保留环路处于独立状态的框图。

图8是表示纸中含灰率控制环路和保留环路之间发生相互干扰的状态的框图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示意表示本发明的一种实施方式中使用的抄纸机的整体构造的图。

如图所示，这里表示的抄纸机1由：执行后述的抄纸过程的抄纸机过程2、和对该抄纸机过程2实施控制的控制系统3，构成。

这里，首先对抄纸机过程2的构成加以说明。

在抄纸机过程2的湿部2a中，用具备不断旋转的丝网5等的丝网部6对从网前箱4喷出的低浓度的种原料进行脱水之后，将残留在该丝网5上的纸浆垫(pulp mat)向后段的挤压部7输送，在这里再次进行脱水。此外，被挤压部7脱水后的纸浆垫，由后段的干燥部8加热干燥，之后在卷轴部9中被卷起来，形成纸卷筒。

另一方面，在湿部2a中构成白水循环系统12，其将通过丝网部6的脱水作用从丝网5流下的白水暂时储留在白水仓10中，之后通过泵11从此处向网前箱4供给。

然后，在该白水循环系统12中，通过泵13供给的种原料，经过种箱14和阀(种口阀)15被供给白水仓10至泵11的路径上，并同从白水仓10输送来的白水一起输送到网前箱4中。

此外，在白水循环系统12中，所述泵11到网前箱4的路径上，连接有：通过泵16a从未图示的灰分供给源供给灰分的灰分供给路径16、和通过泵17a从未图示的利用率促进剂供给源供给利用率促进剂的利用率促进剂供给路径17。灰分供给路径16中，连接有灰分控制阀18和流量计19。该阀18的开度由灰分添加流量控制部20控制，以使由流量计19检测出的检出流量为与从后述的控制系统3输出的操作量所对应的控制信号相对应的值。

此外，在利用率促进剂供给路径17中，连接有利用率促进剂控制阀21(也可通过定量泵进行控制)和流量计22。该阀21的开度由利用率促进剂添加流量控制部23控制，以使由流量计22检测出的检出流量为与从控制系统3输出的操作量所对应的控制信号相对应的值。

在所述抄纸机过程2中，通过低浓度计(白水浓度检测模块)24，检测出流入所述白水仓10中的白水的浓度，并将该检出值输入给控制系统3。

在该实施方式中，表示低浓度计24的一例，使用的是传感器(FinlandMetso Automation Kayani制)。该传感器使用以下方法：将利用激光透过纸浆纤维时光轴会旋转约90°从而发生偏振这一性质的偏振光量比、碳酸钙等灰分成分的微细粒子造成的激光的散射形态差异、后反射的散射光量、为了识别微小纸浆和灰分成分而在氙光透过试料过程中被纸浆中的木质成分吸收的光量、以及后反射的散射光量等5种，总共14种检出信号送入连接在传感器上的CPU中，并与人工分析得到的实测值进行对比，通过多重回归分析从全部信号中选择5种左右相关度较高的信号，统计性地决定回归模型式的系数的值，并换算成各个浓度。另外，用该低浓度计24测定的测定范围为：全体浓度≤1.5％，灰分浓度≤0.8％。

通过使用该特殊传感器，能够将纸浆成分和灰分成分分离，来对迄今为止只能通过脱机的实测才能获得的给网前箱4的供给原料浓度、和经丝网5过滤流入白水仓10的白水的浓度等，在线地实施浓度测量。使用这两处的测量值，还能够通过在线计算，连续得到各原料被丝网部6脱水后残留在丝网上的利用率(①全体保留，②纸浆保留，③灰分保留)。

另外，抄纸机过程2的后部，例如卷轴部9中，设置有搭载了多个传感器的BM计的测量结构(frame)和传感头(sensor head)25b，令该传感头25b在纸宽方向上扫描，用BM计的传感头25b和控制部25a在线测量纸中含灰率及纸的其他物理特征(基重、水分、厚度、颜色等)。并且，设置在测量纸中含灰率的传感头25b中的灰分传感器，利用纸中的灰分(灰成分)比纸浆更强地吸收X射线的特性，通过用电离箱检测出透过纸后衰减了的X射线的强度，来测定灰分。

在如上所述构成的抄纸机过程2中，丝网部6中的保留控制如下实施：用低浓度计24在线测量从丝网5流入白水仓10的白水的全体浓度，通过后述控制系统3中设置的PI调节计26，用短周期输出的反馈控制对控制阀21的开度进行控制(或者控制定量泵的流量)来增减添加在种原料中的利用率促进剂的添加流量，使得该全体浓度和预先设定的目标值相一致。

即，在操作中，因为若低浓度计24测得的白水的全体浓度升高则丝网部的保留下降，所以增加添加在种原料中的利用率促进剂的添加流量；若白水的全体浓度下降，相反地，通过后述的反馈控制环路进行控制，使得利用率促进剂的添加流量减小，令该控制动作以一秒左右周期的短周期在线实施。

此外，作为利用率促进剂，通常使用高粘度的液体状聚合物(高分子)药液，而对种原料用200～500ppm浓度左右的添加率来进行添加。因该添加要求微小流量管理(也与生产量有关，约为10～20升/分钟左右的添加流量)，所以作为所述泵17a，在设置了控制阀21的情况下使用离心泵等，而在未设置控制阀21的情况下使用可变流量型的定量泵。通过实施这种微小的利用率促进剂的添加率的增减，能够对丝网部6上的原料成分的保留(白水的全体浓度)进行控制。

另一方面，含灰率的控制如下实施：使纸中含灰率达到产品规格地、调节向纸浆原料中添加的灰分的添加流量。即，在操作中，若纸中的含灰率高于目标值，则灰分添加流量控制部20，根据来自BM计控制部25a的控制信号，通过减小阀18的开度来减少由泵16a输送的灰分的流量；若含灰率降低，则增加阀18的开度来增加灰分的流量。通过该方法达到目标含灰量。

下面，对控制所述抄纸机过程2的控制系统3加以说明。

该实施方式中的控制系统3，具备：输入以必要的含灰率目标值和白水全体浓度目标值等为首的各种数据和指令的输入设定部28；根据通过该输入设定部28设定的含灰率和白水的全体浓度的目标值，对所述灰分添加流量控制部20和利用率促进剂流量控制部23实施控制的控制器29；以及，BM计控制部25a。

控制器29，具备具有CPU、存储器等的计算机等，具有PI调节计26和退耦控制部(decoupling control section)30的功能。作为该PI调节计26和退耦控制部30的功能，根据存储在所述计算机中的程序由CPU实现。另外，该程序可存储在目前使用的各种存储媒体中。

然后，所述BM计控制部25a，根据用输入设定部28输入的纸中含灰率的目标值、和由BM计的传感头25b检测出的含灰率检出值之间的偏差，对所述灰分添加流量控制部20发送控制信号，从而如图2所示，对抄纸机过程2而言构成了用于实施含灰率控制的反馈控制环路(以下称灰分控制环路)L1。

另外，所述PI调节计26，根据用输入设定部28设定的白水的全体浓度的目标值、和从低浓度计24获得的浓度值之间的偏差，对利用率促进剂添加流量控制部23发送控制信号，从而，构成了用于实施保留控制的反馈控制环路(以下称保留控制环路)L2。

在上述两个反馈控制环路L1、L2中，虽然灰分控制环路L1目前也实际使用于现有的抄纸机中，但近年来，要求对丝网部中的保留也要实现其稳定化并以一秒左右的短控制周期实施保留控制，与此对应，必须令保留控制环路L2与上述灰分控制环路L1一起并存。

在该保留控制环路L2和灰分控制环路L1并存的状态中，若两控制环路L1、L2如图7所示，以相互独立的状态存在，则能够实现可将含灰率和保留保持在希望的目标值上的理想的反馈控制。再者，图7中，G11表示的是，通过用BM计控制部25a和BM计传感头25b对灰分添加流量控制部20实施控制，可由抄纸机过程2得到的灰分的响应块；G22表示的是，通过用PI控制部对利用率促进剂添加流量实施控制，可由抄纸机过程得到的白水的全体浓度(保留)的响应块。这里，过程的块是指过程的控制系统的传递函数。

但是，在对安装有灰分控制环路L1的抄纸机1，如上所述再安装保留控制环路L2的情况下，实际上，两控制环路L1、L2之间，如图8的控制框图所示，可知：在抄纸机过程2中产生干扰块G21、G22引发的相互干扰，白水的全体浓度和纸中含灰率会发生摆动，使得控制状态变得不稳定。即会陷于如下状态：要控制的纸中含灰率和白水的全体浓度这两个变量之中，例如，若改变作为一方变量的白水的全体浓度，则作为另一方变量的纸中含灰率会受其影响发生变化，无法对其各自进行独立控制。

此外，在图7和图8中，在将G11、G12、G21、G22表示为Gab的情况下，G11、G12、G21、G22分别表示：在将操作该过程中的操作端a的大小设为Xa、同时将出现其影响的输出端b变化的大小设为Yba的情况下的响应块，这里，在不考虑调节计的输出范围的情况下，响应块的增益的大小(gab)为：

gab＝Yba/Xa                                        式2

可以认为，这两控制环路之间的相互干扰，例如，由以下的过程(A)、(B)引发。

过程(A)

当作为干扰发生丝网部的白水的全体浓度上升的情况下，与此同时实施所述保留控制，增加利用率促进剂(聚合物)的添加流量(步骤A1)，丝网部中的保留上升(丝网部的白水的全体浓度下降)，且纸中含灰率也上升(步骤A2)。其结果，通过BM计实施纸中含灰率控制，为了降低纸中含灰率减少灰分添加流量(步骤A3)。从而，因为从网前箱4喷出的种原料的灰分浓度下降，所以白水的灰分浓度下降，白水的全体浓度也下降(步骤A4)。这里，保留控制发挥作用，利用率促进剂的添加流量被减小(步骤A5)。由于上述这种保留控制和纸中含灰率控制之间的相互干扰，利用率促进剂的添加流量和纸中含灰率中发生摆动(步骤A6)。

过程(B)

另一方面，当作为干扰发生纸中含灰率不足时，BM计控制部25a的纸中含灰率控制发挥作用，增加灰分流量(步骤B1)，从网前箱4喷出的原料灰分浓度上升，白水的全体浓度增加(步骤B2)，同时白水的灰分浓度增加(步骤B3)。其结果，保留控制发挥作用，增加利用率促进剂的添加流量，丝网部6中的保留上升、纸中含灰率上升，同时白水的全体浓度和白水灰分浓度下降(步骤B4)。因此，在保留控制的作用下，利用率促进剂的添加流量被减小，纸中含灰率下降(步骤B5)。由于以上的动作，利用率促进剂的添加流量中发生摆动，同时纸中含灰率也发生摆动(步骤B6)。

从以上的过程也可知，保留控制和纸中含灰率控制这两个控制环路L1、L2之间的相互干扰，即使其表现程度有所差别，但也必然会发生，这点不难理解。

为了避免上述这种两反馈控制环路L1、L2之间产生的相互干扰的影响，在本实施方式中，设置了如图1和图2所示的退耦控制部30。该退耦控制部30，如图2所示，将对来自PI调节计26的控制输出m2乘上退耦块C1后得的信号，加在来自BM计控制部25a的控制输出m1上，同时对来自BM计控制部25a的控制输出m1乘上退耦块C2后、加在从PI调节计26输出的控制输出m2上。

这里，所述退耦块C1、C2可被如下计算得到。当抄纸机过程2处于稳定状态时令PI调节计26为手动操作模式，实施将其输出阶梯(step)状变化的操作来检查响应特性，并可通过以下的运算计算出所述退耦块C1、C2作为理论值。

在图2所示的2输入2输出的退耦控制中，当令灰分控制环路中的退耦要素的输出值为u1，令保留控制环路中的退耦要素的输出值为u2，令纸中的灰分为y1，令白水的全体浓度为y2时，各个值为：

u1＝m1+(C1×m2)                                    式3

u2＝(C2×m1)+m2                                    式4

y1＝(G11×u1)+(G12×u2)                            式5

y2＝(G21×u1)+(G22×u2)                            式6

从所述式5和式6中消去u1、u2后，

y1＝G11×{m1+(C1×m2)}

    +G12×{(C2×m1)+m2}

  ＝{G11+(G12×C2)}×m1

    +{(G11×C1)+G12}×m2                           式7

y2＝G22×{m2+(C2×m1)}

    +G21×{(C1×m2)+m1}

  ＝{G21+(G22×C2)}×m1

    +{(G21×C1)+G22}×m2                           式8

为了令所述式7、8的输入输出非干扰化，必须有由下述式9、10表示的条件。

{(G11×C1)+G12}＝0                                式9

{G21+(G22×C2)}＝0                                式10

根据上述式9、10，可求得退耦增益C1、C2为：

C1＝-(G12/G11)                                    式11

C2＝-(G21/G22)                                    式12

这里，将求得的退耦要素C1、C2代入式7、8，求得输入输出的关系如下：

y1＝{G11-(G12×G21)/G22}×m1                      式7’

y2＝{G22-(G12×G21)/G11}×m2                      式8’

因此，在上述运算中，必须有G11×G22-G12×G21≠0。

从式7’可知，纸中灰分y1仅处于灰分流量操作m1的影响下。另外，从式8’可知，白水的全体浓度y2，仅处于利用率促进剂流量操作m2的影响下。即，通过增加退耦要素，两控制环路即使处于相互干扰之下，也可分别以独立的状态实施控制。

再有，当抄纸机过程处于稳定状态时，令操作端的输出阶梯状变化等来检查操作响应特性，同时决定退耦块C1、C2的值。再者，当仅考虑过程的静态特征时，在上述计算式中，可仅使用块G11、G22、G12、G21的增益。再有，在将用上述运算求得的所述退耦块C1、C2的值应用于实际的抄纸机过程2中的情况下，通过调整作业进行的匹配必不可少。

如上所述，在本发明实施方式中，通过将根据所述退耦块C1、C2等实施退耦运算控制等的退耦控制部30，组装到灰分控制环路L1和保留控制环路L2之间，来积极地消除两控制环路L1、L2之间产生的相互干扰所带来的不良影响。换言之，采取如下形式：通过一方的控制环路、例如保留控制环路L2实施保留操作时，将两控制环路间产生的相互干扰所引起的影响视为一种干扰，并通过同时将在一方的控制环路L2的控制信号上乘以干扰系数所得的信号加上或减去，通过前馈控制预先抵消除去一方的控制环路会施加给另一方的控制环路的干扰量。从而，即使在用1秒左右的短周期对纸中含灰率和保留实施控制的情况下，如图7所示，也能够将各个控制保持为独立状态，从而能够接近湿部中设定的保留(白水的全体浓度)和纸中含灰率的目标值。

在图3到图5中，表示分别通过现有的控制装置和本实施方式中的控制装置，实施保留控制和纸中含灰率控制的情况下的白水的全体浓度、纸中灰分、利用率促进剂流量的变动的情形。

图3表示不实施保留控制，仅实施中含灰率控制的状态。如图所示，白水的全体浓度有明显变动。

图4表示令保留控制环路L2和纸中含灰率控制环路L1为两个独立的控制环路，要同时实施控制的情况。如图所示，作为控制端的白水全体浓度、纸中含灰率，引发相互干扰而变得非常不稳定，并开始引发发散振动。

与此相对，在两控制环路之间应用退耦控制的本实施方式中，如图5所示，可知：能够将作为目的的保留控制和纸中含灰率控制稳定地同时实施，很好地避免了相互干扰造成的影响。再有，虽然在品种变更时刻的前后，白水的全体浓度、纸中含灰率不稳定，但这是处于品种(纸的品种)变更中的缘故。

由BM计实施的纸中含灰率控制下的纸中灰分变动，相对于现有技术中的±0.4～0.5％(参照图3)，在本申请发明人的试验中，在并用此退耦控制的本实施方式中，改善为±0.2％左右(参照图5)。

另外，在通过退耦控制部实施的保留控制中，能够进行控制使得作为最终目的的白水的全体浓度总保持为基本恒定的值。

再有，在上述实施方式中主要说明的是，仅使用增益来对的相互干扰的过程进行补偿的静态特性补偿，来作为退耦要素。但是，本发明通过使用考虑了无效时间T1、时间常数T2等时间延迟而不仅仅是响应增益K的动态特征补偿，来作为退耦要素，还能进一步提高其控制性能。一般来说，该过程中的响应，可近似为图6所示的无效时间和一阶延迟系统。这种情况下，传递函数G(也称块)可表示为响应增益K、无效时间T1、时间常数T2的函数。即，G＝G(K，T1，T2)。若将其直接代入式11、式12，就能够决定用于动态特征补偿的退耦块C1、C2。另外，在自动控制等领域中经常使用的传递函数的标注方法中，例如，假设对对称的过程用无效时间+一阶延迟系统进行近似，则表示为如下形式：G＝G(K，T1，T2)＝{K×exp(-T1×S)}/{1+(T2×S)}。这里，式中的S，为在对过程响应的输入和输出的关系式实施拉普拉斯变换时的S平面(复平面)下的拉普拉斯算子。

另外发现：在这两个控制环路之间发生相互干扰的现象，在丝网部的保留值较低的过程的情况下，存在显著出现的趋势。本发明针对这种过程中特别有效。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，对实施控制使得白水的全体浓度保持一定来作为保留控制的情况进行了说明，但不仅白水的全体浓度，也可考虑对白水中的纸浆浓度、灰分浓度这两者分别实施控制，并也可利用本实施方式中所示的退耦控制来实现。

此时，由于纸浆浓度、灰分浓度、还有纸中含灰率会相互干扰，因此若以纸浆浓度和灰分浓度为控制端，以增减纸浆流量的纸浆原料的种口阀开度、灰分添加阀开度、和利用率促进剂的添加阀的开度为控制的操作端，并将针对它们的全部组合的退耦要素，同样地安装来实施控制，则能够将纸浆浓度和灰分浓度这两种浓度，分别保持为所希望的定值。

如以上说明的这样，本发明，在至少实施保留控制和含灰率控制这两种自动控制的抄纸机中，通过在实施所述保留控制的控制环路和实施含灰率控制的控制环路之间设置退耦控制部，即使在用短控制周期实施保留控制和含灰率控制的情况下，也能够稳定实施两种控制，在维持希望的保留(白水的全体浓度)的同时，对纸制品而言，能够稳定制造具有希望的基重、含灰率等的纸制品，并能够大幅提升产品品质。

产业上的利用可能性

如以上说明这样，由于本发明中在保留控制和纸中含灰率控制之间设置退耦控制部这种构造廉价而简便因而易于实施，所以在造纸行业中的可用性极大。

Claims (15)

1.一种抄纸机的控制方法，在抄纸机中至少对湿部中的保留和纸中含灰率通过自动控制来进行控制，其特征在于：

通过在实施所述保留的自动控制的反馈环路、和实施纸中含灰率的自动控制的反馈环路之间，设置退耦控制功能，来消除两组环路的相互干扰所造成的影响。

2.根据权利要求1所述的抄纸机的控制方法，其特征在于：

所述保留的自动控制，对所述湿部中的丝网部的白水浓度进行测量，并根据该白水浓度，增减添加到原料中的利用率促进剂的添加量，

所述纸中含灰率自动控制，对纸干燥后的纸中的含灰率进行测量，并根据该含灰率，增减添加到原料中的灰分添加量。

3.根据权利要求2所述的抄纸机的控制方法，其特征在于：

在所述保留的自动控制中测定的丝网部的白水浓度，是被丝网部的丝网过滤后流入所述丝网下的白水仓中的白水的浓度。

4.根据权利要求1所述的抄纸机的控制方法，其特征在于：

所述退耦控制功能，使用实施对所述两反馈环路相互干扰的干扰量同时刻地进行补偿的静态特征补偿的退耦要素的增益。

5.根据权利要求3所述的抄纸机的控制方法，其特征在于：

所述退耦控制功能，使用实施对所述两反馈环路相互干扰的干扰量同时刻地进行补偿的静态特征补偿的退耦要素的增益。

6.根据权利要求1所述的抄纸机的控制方法，其特征在于：

所述退耦控制功能，使用实施对所述两反馈环路相互干扰的干扰量考虑时间延迟地进行补偿的动态特征补偿的退耦要素。

7.根据权利要求3所述的抄纸机的控制方法，其特征在于：

所述退耦控制功能，使用实施对所述两反馈环路相互干扰的干扰量考虑时间延迟地进行补偿的动态特征补偿的退耦要素。

8.一种抄纸机的控制装置，在抄纸机中至少对湿部中的保留和纸中含灰率通过自动控制系统来实施控制，其特征在于：

所述自动控制系统，具备：

实施所述保留的自动控制的反馈环路；

实施纸中含灰率的自动控制的反馈环路；以及，

用于消除所述两个反馈环路的相互干扰所带来的影响的、安装在所述两个反馈环路之间的退耦控制部。

9.根据权利要求8所述的抄纸机的控制装置，其特征在于：

实施所述保留的自动控制的反馈环路，由：浓度计，对所述湿部中的丝网部的白水浓度进行测量；和，控制部，向抄纸机过程中的保留操作端发送控制信号，从而根据用所述浓度计检测出的白水的浓度与给定的目标值的偏差，来增减添加到原料中的利用率促进剂的添加量，构成，

实施所述纸中含灰率的自动控制的反馈环路，由：灰分检测模块，在纸干燥后对纸中的灰分进行测量；和，灰分控制部，向抄纸机过程中的灰分操作端输出控制信号，从而根据用该灰分检测模块检测出的灰分与给定的目标值的偏差，来增减添加到所述原料中的含灰量的添加量，构成，

所述退耦控制部，具有对相互干扰的干扰量进行补偿的退耦要素。

10.根据权利要求9所述的抄纸机的控制装置，其特征在于：

所述退耦要素，是为了对相互干扰的干扰量进行补偿而被输入到所述各反馈环路的各操作端的前段中的前馈补偿要素。

11.根据权利要求10所述的抄纸机的控制装置，其特征在于：

所述退耦要素，根据各反馈环路的响应块和产生两反馈环路的相互干扰的干扰块求得。

12.一种程序，用于通过计算机实现权利要求1至5的任意一项所述的控制方法。

13.一种程序，用于通过计算机实现权利要求6和7所述的控制方法。

14.一种存储媒体，存储有权利要求12所述的程序，并可由计算机读取。

15.一种存储媒体，存储有权利要求13所述的程序，并可由计算机读取。

Images