JP2010500660A - 製紙機械におけるキャリパ・プロファイル不良回復装置及び方法 - Google Patents

Abstract

製紙機械におけるキャリパ・プロファイル不良回復装置及び方法は、プロセス制御システム（１００）において、１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１３６）について１つ以上の設定点変更を決定するステップを含む。１つ以上の設定点変更を決定するステップは、第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか又はその頻度を高めるステップと、第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか又はその頻度を低めるステップとを含む。また、１つ以上の設定点変更を前記１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）に出力するステップも含む。更に、平半紙（１０８）が破断し、製紙機械（１０２）に掛け直した後に、第１モードに入るステップも含むことができる。また、（ｉ）第１モードに入って以来指定の時間量が経過した後、又は（ｉｉ）第１モードに入り、平半紙（１０８）のキャリパ・プロファイルが、所望のキャリパ・プロファイルの指定閾値以内となった後に、第２モードに入るステップを含むことができる。

Description

本発明は、一般的には、制御システムに関し、更に特定すれば、製紙機械におけるキャリパ・プロファイル(caliper profile)不良回復装置及び方法に関する。

従来技術

平半紙(sheet paper)及びその他の紙製品を製造するための様々なシステムが入手可能であり、そして用いられている。製造される平半紙は、乾燥重量、水分、及びキャリパ（厚さ）というような多数の特性を有することが多く、製造プロセスの間、これらの特性(characteristics)を監視して制御する。製紙機械におけるこれら及びその他のシート固有性(sheet properties)の制御は、通常、シート固有性を目標又は所望値にできるだけ近づけて維持するようにしている。

製造プロセスの間、生産する平半紙が裂けたり、破れることは珍しくない。これが発生した場合、平半紙は製紙機械に掛け直され(rethread)、そして製紙機械の動作を再開することが一般的である。しかしながら、掛け直し後のある時間期間中に製紙機械によって生産される平半紙は、使用できないか又は販売できないことが殆どである。これは、平半紙における破断が、製紙機械の制御を混乱させたり、又は妨害することが多いので、破断の後に生産される平半紙のシート固有性は、目標又は所望値に近くないからである。その結果、破断が原因で生ずる外乱が解消され、紙固有値が目標又は所望値に又はその付近に戻るまで、製紙機械を動作させる必要がある。この結果、通常、時間及び材料双方の損失が生じている。

特定的な一例として、キャリパ、即ち、平半紙の厚さを制御するには、平半紙を二重反転ロールの間に通すことが多い。２つのロールの間の空間を「ニップ」(nip)と呼ぶことが多い。ロールによって平半紙に加えられる圧力は、通例、ロールの温度を変化させることによって制御する。例えば、ロールを加熱すると、通例、ロールの直径が膨張し、ニップのサイズが減少し、平半紙に加わる圧力が上昇する。このため、平半紙を圧縮し、その厚さが減少する。ロールの温度を制御することにより、ロールが平半紙に加える圧力を制御し、これによって平半紙の厚さに対する制御をし易くすることができる。しかしながら、平半紙の破断が発生すると、ロールの温度が著しく変化する場合がある。平半紙を製紙機械において掛け直すとき、平半紙の厚さは、目標又は所望のキャリパ値から離れてしまう可能性がある。

本発明は、製紙機械におけるキャリパ・プロファイル不良回復装置及び方法を提供する。
第１実施形態では、本方法は、プロセス制御システムにおいて１つ以上のアクチュエータについて１つ以上の設定点変更を決定するステップを含む。１つ以上の設定点変更を決定するステップは、第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか、又はその頻度を高めるステップと、第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか、又はその頻度を低めるステップとを含む。また、本方法は、１つ以上の設定点変更を前記１つ以上のアクチュエータに出力するステップも含む。

特定的な実施形態では、本方法は、更に、半紙が破断し、製紙機械に掛け直した後に、第１モードに入るステップを含む。別の特定的な実施形態では、本方法は、（ｉ）第１モードに入って以来指定の時間量が経過した後、又は（ｉｉ）第１モードに入り、平半紙のキャリパ・プロファイルが、所望のキャリパ・プロファイルの指定閾値以内となった後に、第２モードに入るステップを含む。

第２実施形態では、装置は、プロセス制御システムにおける１つ以上のアクチュエータについて１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能な制御則ユニットを含む。制御則ユニットは、第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか又はその変更頻度を増大し、第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか又はその変更頻度を低めることによって、１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能である。また、本装置は、１つ以上の設定点変更を１つ以上のアクチュエータに出力するように動作可能なインターフェースも含む。

第３実施形態では、コンピュータ・プログラムをコンピュータ読み取り可能媒体上に記憶しており、該プログラムは、プロセッサによって実行するように動作可能である。このコンピュータ・プログラムは、プロセス制御システムにおける１つ以上のアクチュエータについて１つ以上の設定点変更を決定するコンピュータ読み取り可能プログラム・コードを含む。１つ以上の設定点変更を決定するコンピュータ読み取り可能プログラム・コードは、第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか、又はその頻度を高めるコンピュータ読み取り可能プログラム・コードと、第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか、又はその頻度を低めるコンピュータ読み取り可能プログラム・コードとを含む。また、コンピュータ・プログラムは、１つ以上の設定点変更を１つ以上のアクチュエータに出力するコンピュータ読み取り可能プログラム・コードも含む。

第４実施形態では、システムは、平半紙を生産するように動作可能な製紙機械を含む。製紙機械は、複数のアクチュエータを含む。また、本システムは、アクチュエータの１つ以上について、１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能なコントローラも含む。コントローラは、第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか、又はその頻度を高め、第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか、又はその頻度を低めることによって、１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能である。
他の技術的特徴は、以下の図面、説明、及び特許請求の範囲から、当業者には容易に明白となるであろう。

本開示によるプロセス制御システムの一例を示す図である。 本開示によるプロセス制御システムのコントローラの一例を示す図である。 本開示によるプロセス制御システムのコントローラにおける破断回復制御ユニットの一例を示す図である。 本開示によるプロセス制御システムのコントローラにおける巻取防止ユニットの一例を示す図である。 本開示によるプロセス制御システムにおいて、破断回復及びその他の機能を支援するグラフィカル・ユーザ・インターフェースの一例を示す図である。 本開示による製紙機械における破断回復方法の一例を示す図である。

図１は、本発明によるプロセス制御システム１００の一例を示す。図１に示すプロセス制御システム１００の実施形態は、例示のために過ぎない。プロセス制御システム１００の他の実施形態も、本開示の範囲から逸脱することなく、用いることができる。

この実施形態例では、プロセス制御システム１００は、製紙機械１０２、コントローラ１０４、及びネットワーク１０６を含む。製紙機械１０２は、紙製品を生産するために用いられる種々の構成部品を含む。この例では、種々の構成部品は、平半紙１０８を生産し、リール１１０において収集するために用いることができる。

図１に示すように、製紙機械１０２は、ヘッドボックス１１２を含む。これは、パルプ懸濁液(pulp suspension)を機械全域に均一に、連続移動ワイヤ・スクリーン又はメッシュ上に分布させる。ヘッドボックスに入るパルプ懸濁液は、例えば、０．２〜３％の木繊維及び／又はその他の固体を含有することができ、懸濁液の残りは水である。ヘッドボックス１１２は、希釈アクチュエータ１１４の配列を含むことができ、平判全体にわたって希釈水をパルプ懸濁液に散布することができる。希釈水は、得られる平半紙１０８の交差方向基準重量(cross direction basis weight)の均一性を、平判全域において確実に高めるのに役立てるために用いることができる。また、ヘッドボックス１１２は、スライス・リップ・アクチュエータ(slice lip actuator)１１６の配列も含むことができ、これは、パルプ懸濁液がヘッドボックス１１２から移動ワイヤ・スクリーン又はメッシュ上に出ていくスライス開口を制御する。また、スライス・リップ・アクチュエータ１１６の配列は、平半紙１０８の交差方向基準重量を制御するためにも用いることができる。

スチーム・アクチュエータ１１８の配列は、熱蒸気を生成する。熱蒸気は、平半紙１０８を貫通し、蒸気の潜熱を平半紙１０８内に放出することにより、平半紙１０８の温度を上昇させる。温度上昇により、平半紙１０８からの脱水が一層容易に行うことができるようになる。再湿潤シャワー・アクチュエータ１２０の配列が、水の小さな液滴を平半紙１０８の表面上に追加する（空気噴霧してもよい）。再湿潤シャワー・アクチュエータ１２０の配列は、平半紙１０８の交差方向水分プロファイルを制御し、平半紙１０８の過剰乾燥を低減又は防止し、又は平半紙１０８におけるいずれの乾燥条痕をも補正するために用いることができる。

次いで、平半紙１０８を、二重反転ロールの数個のニップ間に通過させる。誘導加熱アクチュエータの配列が、機械全域にわたって鉄ロールの外殻面を加熱する。ロール表面が局在的に加熱すると、ロールの直径が局在的に膨張し、したがってニップ圧力が上昇し、このため平半紙１０８を局在的に圧縮する。誘導加熱アクチュエータ１２２の配列は、したがって、平半紙１０８の交差方向キャリパ（厚さ）プロファイルを制御するために用いることができる。

２つの更に別のアクチュエータ１２４〜１２６が図１に示されている。厚いストック・フロー・アクチュエータ(stock flow actuator)１２４は、流入してヘッドボックス１１２において受け取られるパルプの一貫性を制御する。蒸気流アクチュエータ１２６は、乾燥シリンダから平半紙１０８に転移する熱の量を制御する。アクチュエータ１２４〜１２６は、例えば、パルプ及び蒸気の流れをそれぞれ制御する弁を表すことができる。これらのアクチュエータは、平半紙１０８の機械方向乾燥重量及び水分を制御するために用いることができる。

これは、紙製品を生産するために用いることができる製紙機械１０２の一種の簡単な説明を表す。この種の製紙機械１０２に関する更なる詳細は、当技術分野では周知であり、本開示の理解のためには必要でない。また、これは、プロセス制御システム１００において用いることができる製紙機械１０２の１つの具体的な形式も表す。紙製品を生産するための他の又は追加の任意の構成部品を含む他の機械又はデバイスも、用いることができる。更に、追加の構成部品は、平半紙の厚さ、滑らかさ、及び光沢を改善するためのスーパーカレンダ(supercalender)のように、平半紙１０８を更に処理するために用いることもできる。加えて、本発明は、紙製品を生産するシステムと共に用いることには限定されず、プラスチック、繊維、金属箔又はシート、あるいはその他の又は付加的な素材というような、他の品目又は素材を生成するシステムと共に用いることもできる。

コントローラ１０４は、製紙機械１０２の動作を制御することができる。例えば、コントローラ１０４は、製紙機械１０２内にある種々のアクチュエータの動作を制御することができる。コントローラ１０４は、製紙機械１０２の少なくとも一部の動作を制御するためにハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組み合わせを含む。例えば、コントローラ１０４は、１つ以上のプロセッサ１２８、プロセッサ１２８が用いるデータ及び命令を格納することができる１つ以上のメモリ１３０、並びに外部構成機器との通信を容易にする１つ以上のインターフェース１３２を含むことができる。コントローラ１０４の一実施形態例を図２に示す。これについては以下で説明する。

実施形態によっては、製紙機械１０２が２つのスキャナ１３４〜１３６も含むこともあり、これらの各々が１組のセンサを含むことができる。スキャナ１３４〜１３６は、平半紙１０８を走査し、平半紙１０８の１つ以上の特性を測定することができる。例えば、スキャナ１３４〜１３６は、平半紙１０８の重量、水分、キャリパ（厚さ）、光沢、滑らかさ、あるいはその他の又は追加のいずれの特性をも測定するセンサを搭載することができる。スキャナ１３４〜１３６の各々は、センサの集合又は配列のように、平半紙１０８の１つ以上の特性を測定又は検出するのに適した１又は複数の構造であれば、任意のものでよい。また、スキャナ１３４〜１３６の各々は、システム１００内における適した場所であればどこにでも配置することができる。走査センサ集合は、シート固有性を測定する特定的な一実施形態を表す。他の実施形態では、固定のセンサ集合又は配列を用いることも含むことができる。これらの実施形態の各々は、交差方向プロファイルを表す測定値の１つ以上の配列を生成することができる。システム１００における交差方向（ＣＤ）とは、システム１００における機械方向（ＭＤ）に垂直である。

ネットワーク１０６は、コントローラ１０４及び製紙機械１０２に結合されている。ネットワーク１０６は、システム１００の構成機器間における信号の伝達を容易にする。例えば、ネットワーク１０６は、制御信号をコントローラ１０４から製紙機械１０２内にあるアクチュエータに伝達することができる。また、ネットワーク１０６は測定データをスキャナ１３４〜１３６からコントローラ１０４に伝達することもできる。ネットワーク１０６は、通信ネットワーク又は空気制御信号チューブのネットワークのように、プロセス制御システム１００の種々の構成機器間において信号を伝達するのに適した形式の１つ又は複数のネットワークであれば、いずれでもよい。

動作の一態様では、平半紙１０８は、製紙機械１０２の動作中に裂けることや破れることもあり、平半紙１０８を製紙機械１０２に掛け直さなければならない。この製紙機械１０２の動作における中断のために、外乱や、コントローラ１０４による製紙機械１０２の制御の妨害が生ずる場合がある。例えば、製紙機械１０２の動作を再開した直後に生産される平半紙１０８のキャリパは、所望又は目標のキャリパ値から離れていることが多い。このため、一般に、製紙機械１０２をある時間期間動作させて、平半紙１０８のキャリパを補正させるようにしなければならない。この期間中に生産される平半紙１０８は、使用不可能又は販売不可能であることが多い。

本発明においては、コントローラ１０４は、少なくとも２つの異なる制御方針(control strategy)を支援する破断回復制御メカニズムを実装する。１つの方針は、製紙機械１０２の正常動作即ち定常動作の間に用いることができ、この場合、製紙機械１０２のキャリパ制御は概ね控えめにする。これが意味するのは、誘導加熱アクチュエータ１２２の設定点の変更を小さくするか又は変更頻度を少なくするということが考えられる。別の方針は、平半紙１０８における破断から回復するときに用いることができ、この場合、製紙機械１０２のキャリパ制御は一層積極的となる。これが意味するのは、誘導加熱アクチュエータ１２２の設定点変更を大きくするか又は変更頻度を多くする、ということということが考えられる。方針が積極的である程、コントローラ１０４が平半紙１０８のキャリパ・プロファイルに対するシート破断の影響を一層素早く解消するのを促進することができる。控えめな方の方針では、製紙機械１０２に対する便益が殆ど又は全くない過剰な制御行為、又は過剰な調節を、コントローラ０１４が抑制又は防止し易くすることができる。これらの制御方針間で切り換えるために、切換方針を用いることができ、切換によって生ずる過剰な過渡的影響を殆どなくすか、又は全く生じないようにすることができる。このように、コントローラ１０４は、平半紙１０８の交差方向キャリパ・プロファイルの回復高速化等の、平半紙１０８における破断からの回復を早めるのを促進することができる。

また、コントローラ１０４は、巻取防止メカニズム(anti-windup mechanism)及びファストバック(fastback)誤差制限メカニズムも設けることができる。巻取防止メカニズムは、コントローラ１０４が、プロファイル値がその意図する目標を飛び越えるような仕方で、プロファイル値を調節するのを防止するのに役立つことがでできる。実施形態によっては、ユーザには、コントローラ１０４が提供する巻取防止のレベルを選択する選択肢が与えられる。また、アクチュエータ位置、即ち、アクチュエータの最大又は最小位置に「設定点」を長時間維持し易くするために、調整可能な巻取防止保護を用いることもできる。これは、破断回復を加速するのに役立つことができる。

図１はプロセス制御システム１００の一例を示すが、図１には種々の変更を行うこともできる。例えば、紙製品又はその他の製品を生産するために、他のシステムを用いることもできる。また、プロセス制御システム１００は、任意数の製紙機械１０２、コントローラ１０４、及びネットワーク１０６でも含むことができ、製紙機械１０２は、いずれの数のアクチュエータ及びセンサ又はスキャナでも含むことができる。加えて、図１は、破断回復制御メカニズム及び巻取防止メカニズムを用いることができる動作環境の１つを示す。これらのメカニズムの各々は、他の適したシステムであれば、任意のシステムにおいて用いることができる。

図２は、本開示によるプロセス制御システムのコントローラ１０４の一例を示す。図２に示すコントローラ１０４は、例示のために過ぎない。本願の範囲から逸脱することなく、コントローラ１０４の他の実施形態も用いることができる。また、説明を容易にするために、コントローラ１０４は、図１のプロセス制御システム１００において動作するように記載する。コントローラ１０４は、他のいずれのデバイスにおいても、そして他のいずれのシステムにおいても用いることができる。

図２に示すように、破断回復制御モジュール２００は、概略的には、種々の入力を受け取り、１つ以上のアクチュエータに合わせて設定点の変更、即ち「デルタ」を計算する。入力は、誤差プロファイルを含むとよい。これは、図２では誤差信号E(k)と呼ばれている。また、入力は、過去のアクチュエータ設定点変化も含むことが好ましい。これは、図２ではアクチュエータ履歴信号C_T(k)と呼ばれている。加えて、入力は、１つ以上の調整パラメータも含むことができる。これらには、利得、時定数、及びモードを含むことができる。モード（値あるいは０又は１のような）は、破断回復制御モジュール２００が高速モード又は低速モードのどちらで動作するとよいかを示すことができる。

破断回復制御モジュール２００は、１つ以上のアクチュエータの設定点に対する所望の変化を表す出力C(k)を生成する。これらの出力値を、巻取防止ユニット２０２によって処理する。巻取防止ユニット２０２は、巻取防止ユニット２０２が提供する巻取防止保護の度合いを特定する調整パラメータのような、種々の入力を受け取ることができる。これらの入力を用いて、巻取防止ユニット２０２は、実際のアクチュエータ設定点の変化を計算することができる。次いで、巻取防止ユニット２０２は、出力値C_OUT(k)を供給する。これは、実際のアクチュエータ設定点の変化を表す。

実施形態によっては、破断回復制御モジュール２００及び巻取防止ユニット２０２を実装するコードが読み取り可能であって、モジュール状であってもよい。また、これらのユニットの機能性は、コントローラ１０４における他のユニット又はモジュールと一貫性があるとよい。加えて、これらのユニット（図５に示すもののような）と関連のあるユーザ・インターフェースの表示が、コントローラ１０４と関連する別の表示と一貫性があるとよい。

図２に示す構成要素の各々は、適したハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組み合わせの任意のもので構成可能である。これらの構成要素の各々は、例えば、コントローラの中にあるプロセッサ上で実行するソフトウェア構成要素とすることができる。
図２は、プロセス制御システムにおけるコントローラ１０４の一例を示すが、図２には種々の変更を行うこともできる。例えば、コントローラ１０４は、他の又は追加のいずれの入力でも受け取り、これを用いて動作することができる。また、コントローラ１０４はいずれの数の制御ユニットでも含むことができる。

図３は、本開示によるプロセス制御システムにおける破断回復制御モジュール２００の一例を示す。図３に示す破断回復制御モジュール２００は、例示に過ぎない。本開示の範囲から逸脱することなく、破断回復制御モジュール２００の別の実施形態を用いることもできる。また、説明を容易にするために、破断回復制御モジュール２００は、図１におけるプロセス制御システム１００のコントローラ１０４において動作することができる。破断回復制御モジュール２００は、他の任意のデバイス及び他の任意のシステムにおいても用いることができる。

この例では、破断回復制御モジュール２００は、制御ロジック・ユニット３０２、利得ユニット３０４、及びモード・セレクタ３０６を含む。図３に示す構成要素の各々は、適したハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組み合わせであればいずれを用いて構成してもよい。
制御ロジック・ユニット３０２は、概略的に、１つ以上のアクチュエータに合わせて設定点を選択するために用いられるロジックを実行する。例えば、制御ロジック・ユニット３０２は、FVDTAlphaコントローラにおいて用いられるのと同じロジックであってもよい。制御ロジック・ユニット３０２によって出力される設定点変更を、C_S(k)で示し、「遅い」設定点変更を表すことにする。即ち、破断回復制御モジュール２００が低速又は定常モードで動作しているときに出力された設定点変更である。

利得ユニット３０４は、制御ロジック・ユニット３０２が出力する「低速」設定点変更を処理し、変更率を高めることによって、１つ以上のアクチュエータの動作を一層素早く変化させる「高速」設定点変化を形成する。これをC_F(k)で示す。実施形態によっては、利得ユニット３０４が提供する利得が固定利得であってもよい。特定的な実施形態では、利得ユニット３０４の利得は、高速モードに対する「アルファ利得」調整パラメータの低速モードに対する「アルファ利得」調整パラメータの比率に基づいている。

モード・セレクタ３０６は、破断回復制御モジュール２００が「低速」又は「高速」設定点変更のどちらを出力するかを制御する。例えば、シート破断後における平半紙１０８の掛け直しのときには、破断回復制御モジュール２００は高速モードで動作し、モード・セレクタ３０６は「高速」設定点変更を出力する。一旦測定プロファイルがあるレベルに落ちついたならば、又は指定の期間が経過したなら、破断回復制御モジュール２００は低速モードに切り換わり、モード・セレクタ３０６は「低速」設定点変更を出力する。

実施態様に応じて、破断回復制御モジュール２００は、以下の入力を受けることができる。すなわち、各アクチュエータの現在の位置又は設定点、アクチュエータの設定点変更から観察したプロセス全体の時間遅延、制御則の連続実行間の平均時間（制御処置間における平均測定値及び測定回数を考慮に入れるとよい）、各アクチュエータについての正及び負の誤差双方に対するプロセス利得及び時定数である。また、破断回復制御モジュール２００は、入力として、α_fast調整係数及びα_slow調整係数も（アクチュエータ毎に正及び負の誤差双方について）受けることもできる。加えて、モード入力が、「高速」又は「低速」のどちらの設定点変更を出力すればよいか決定する。破断回復制御モジュール２００は、次いで、アクチュエータ毎に所望の設定点変更を出力することができる。

特定的な実施形態では、制御ロジック・ユニット３０２は、調整パラメータ入力として以下の値を受け取る。
・E(k) （現在の誤差プロファイル）
・C_T(k) （設定点変更履歴）
制御ロジックユニット３０２の出力は、次のように定義することができる。

利得ユニット３０４は、調整パラメータ入力として、以下の値（高速コントローラ・モード用「アルファ利得」調整パラメータ）を受け取ることができる。
利得ユニット３０４の出力は、次のように定義することができる。
ここで、α_Sは、低速コントローラ・モードに対する所望の閉ループ時定数（秒単位）を表し、α_fは、高速コントローラ・モードに対する所望の閉ループ定数（秒単位）を表す。また、ρ＝^{θ-Ｔｓ／τ}は、連続時定数τから計算した離散時定数を表す。図３における種々のユニットの出力には、C_f(k)（高速コントローラ・モードにおける所望の設定点変更）、C_s(k)（低速コントローラ・モードにおける所望の設定点変更）、及びC(k)（選択した設定点変更）が含まれる。

図３は、プロセス制御システムのコントローラにおける破断回復制御モジュール２００の一例を示すが、図３には種々の変更を行うこともできる。例えば、破断回復制御モジュール２００は、３以上の動作モードを支援するように構成することができる。

図４は、本開示によるプロセス制御システムのコントローラにおける巻取防止ユニット２０２の一例を示す。図４に示す巻取防止ユニット２０２は、例示のために過ぎない。本開示の範囲から逸脱することなく、巻取防止ユニット２０２の他の実施形態も用いることができる。また、説明を容易にするために、巻取防止ユニット２０２は、図１におけるプロセス制御システム１００のコントローラ１０４において動作するように記載する。巻取防止ユニット２０２は、他のいずれのデバイスにおいても、そして他のいずれのシステムにおいても用いることができる。

この例では、巻取防止ユニット２０２は、巻取防止保護モジュール４０２、設定点平滑モジュール４０４、設定点維持モジュール４０６、及び２つの時間遅延モジュール４０８〜４１０を含む。概略的に、巻取防止保護モジュール４０２は、C(k)の値を破断回復制御モジュール２００から受ける。次いで、巻取防止保護モジュール４０２は、C(k)の値を処理して、出力値U_c(k)を求める。例えば、巻取防止保護モジュール４０２は、設定点平滑モジュール４０４及び設定点維持モジュール４０６の以前の出力に基づいて、C(k)の値を集成することにより、出力値U_c(k)を求めることができる。特定的な一例として、巻取防止保護モジュール４０２は、以下の関数を用いて、出力値U_c(k)を発生することができる。

ここで、C(k)は、破断回復制御モジュール２００からの設定点配列を表し、U_s(k)は、設定点平滑後で設定点維持前における設定点配列を表し、U_OUT(k)は、位置フィードバックが利用可能な場合に、現在における「真の」設定点配列又は位置配列を表す。また、ｐは、定数パラメータを表し、０≦ｐ≦１である。ｐの値は、ユーザが指定するパラメータを表すことができ、これによって、巻取防止ユニット２０２が備える巻取防止保護の度合いを、ユーザが操作することが可能となる。この例では、ｐは巻取防止特性多項式の離散時間極である。ｐが０に等しいとき、これは巻取防止の標準的な実施態様と同等と考えればよい。ｐが１に等しいとき、これは理論的設定点を近似し、理論的設定点とは、制約がない場合の設定点のことである。設定点平滑を動作不能にすると、これは理論的設定点と同等となる。

巻取防止のこの実施態様では、巻取防止方式において慣例的に用いられる種々の制約（U_MAX、U_MIN等のような）に関する明示的な知識は必要はない。この実施態様は、平滑後のプロファイルU_S(k)と現在の設定点プロファイルU_OUT(k)との間における加重差から、この知識を暗示的に内包することができる。このように、この実施態様は、標準的な巻取防止や理論的設定点の使用のいずれにおいても考慮されない、折曲限界のような制約も考慮に入れる。

設定点平滑モジュール４０４は、概略的に、アクチュエータに供給する設定点を滑らかにする機能を実行する。これは、U_c(k)信号における過渡現象によって生ずる影響を低減するのに役立つことができる。滑らかにした設定点値をU_S(k)で示す。設定点維持モジュール４０６は、U_S(k)信号を処理して、アクチュエータ設定点が物理的な折曲限界制約を違反する危険性を最小に抑える。遅延モジュール４０８〜４１０は、設定点平滑モジュール４０４及び設定点維持モジュール４０６からの遅延出力を巻取防止保護モジュール４０２に確実に供給する。

図４に示す構成要素の各々は、適したハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組み合わせであればいずれを用いてもよい。
図４は、プロセス制御システムのコントローラにおける巻取防止ユニット２０２の一例を示すが、図４には種々の変更を行うこともできる。例えば、巻取防止保護モジュール２０２は、ユーザが定めた巻取防止保護のレベルを用意するために適しているのであれば、他の任意の方法で動作することができる。

図５は、本開示によるプロセス制御システムにおいて、破断回復及びその他の機能を支援するグラフィカル・ユーザ・インターフェース５００の一例を示す。即ち、グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００は、コントローラ１０４における種々のユニット及びモジュールのコンフィギュレーションを設定するために用いることができる。図５に示すグラフィカル・ユーザ・インターフェース５００は、例示のために過ぎない。本開示の範囲から逸脱することなく、グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００の別の実施形態も用いることができる。また、説明を容易にするために、グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００は、図１のプロセス制御システム１００の中にあるコントローラ１０４において動作するものとする。グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００は、他の任意のデバイスにおいても、また他の任意のシステムにおいても用いることができる。

グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００の一例は、特に、破断回復制御モジュール２００及び巻取防止ユニット２０２のコンフィギュレーション（環境設定）を設定するために用いることができる。例えば、グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００は、特に、破断回復制御モジュール２００の動作をユーザに設定させるコンフィギュレーション・エリア５０２を含む。この例では、コンフィギュレーション・エリア５０２は、多数のタブから形成され、ユーザがコンフィギュレーションに異なる制御則を選択できるようにした制御則選択エリア５０４を含む。また、コンフィギュレーション・エリア５０２は、ユーザが選択した制御則のコンフィギュレーションを設定することができる制御則コンフィギュレーション・エリア５０６も含む。

破断回復制御モジュール２００を制御則選択エリア５０４において（「混成キャリパ」(Hybrid Caliper)タブを選択することによって）を選択すると、図５に示す情報を制御則コンフィギュレーション・エリア５０６に呈示することができる。制御則コンフィギュレーション・エリア５０６は、ここでは、ユーザに調整パラメータを設定させ、更に切り換えモードを高速制御から低速制御に選択させる（自動的に又は手動で）。自動切り換えでは、ユーザは、高速制御モードから低速制御モードに切り換える前に経過する最小時間量を指定する切り換えタイマを設定することができる。手動切り換えでは、ユーザが選択することができるスイッチが設けられる。

また、グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００は、巻取防止コンフィギュレーション・エリア５０８も含む。巻取防止コンフィギュレーション・エリア５０８は、ユーザに巻取防止ユニット２０２を動作可能又は動作不法にさせる。動作可能にした場合、ユーザは、調整パラメータ（「ラムダ」で示す）を設定することによって、巻取防止ユニット２０２が用意する巻取防止の量を指定することもできる。

図５は、プロセス制御システムにおいて破断回復及びその他の機能を支援するグラフィカル・ユーザ・インターフェース５００の一例を示すが、これは種々の変更を行うことができる。例えば、グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００の配置や内容は、例示に過ぎない。また、グラフィカル・ユーザ・インターフェース５００の種々のパラメータやその他の内容も、一例に過ぎない。その他の又は追加のいずれのパラメータでも、ユーザがグラフィカル・ユーザ・インターフェース５００を用いることによって、設定することができる。

図６は、本開示による製紙機械における破断回復方法６００の一例を示す。説明を容易にするために、図６における方法６００は、図１のシステム１００において動作するコントローラ１０４に関して説明する。しかしながら、方法６００は、他の任意のデバイスにおいても、そして他の任意のシステムにおいても用いることができる。

ステップ６０２において、製紙機械１０２を用いて平半紙１０８を生産する。これには、例えば、コントローラ１０４が、定常状態即ち低速動作モードにある間に製紙機械１０２におけるアクチュエータを制御することを含むことができる。次いで、平半紙１０８は、ステップ６０４において破断し、ステップ６０６において平半紙１０８を製紙機械１０２に掛け直す。

この時点で、ステップ６０８においてコントローラ１０４を高速動作モードに入れる。これは、コントローラ１０４がシート破断を検出し、次いで、製紙機械の動作再開を検出したときのように、自動的に行うことができる。また、これは、ユーザがコントローラ１０４を高速動作モードに入れる選択肢を選択したときのように、手動で行うこともできる。製紙機械１０２の動作が再開し、ステップ１６０においてシート破断の影響を素早く低減又は解消するようにコントローラ１０４が製紙機械１０２を動作させる。これには、例えば、コントローラ１０４が製紙機械１０２におけるアクチュエータに対する設定点変更を一層急速に又は急進的に行うことを含むことができる。

最終的に、シート破断の影響が低減され（キャリパ・プロファイルが所望のプロファイルの閾値以内に収まったときのように）、あるいは指定した時間期間が経過して、ステップ６１２においてコントローラは定常状態即ち低速動作モードに入る。次いで、コントローラ１０４は、ステップ６１４において製紙機械１０２を動作させ続けて、低速動作モードにある間、平半紙１０８を生産する。
このように、コントローラ１０４の動作は、平半紙１０８の破断を考慮して変更することができる。コントローラ１０４は、平半紙１０８を製紙機械１０２において掛け直した直後に、一層急進的又は急速に設定点変更を行うことができる。コントローラ１０４は、シート破断の影響が低下した後では、設定点変更を少なく又は小さくすることができる。

図６は、製紙機械における破断回復方法６００の一例を示すが、種々の変更を行うこともできる。例えば、一連のステップとして示したが、図６に示す種々のステップは重複すること、又は並行して実行することもできる。

実施形態によっては、以上に説明した種々の機能を、コンピュータ・プログラムによって実現又は支援する場合もある。コンピュータ・プログラムは、コンピュータ読み取り可能プログラムから形成され、コンピュータ読み取り可能媒体に具体化されている。「コンピュータ読み取り可能プログラム・コード」という句は、任意の種類のコンピュータ・コードも含み、ソース・コード、オブジェクト・コード、及び実行可能コードを含む。「コンピュータ読み取り可能媒体」という句は、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ハード・ディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、ディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）、又はその他の任意種類のメモリというような、コンピュータによるアクセスが可能な媒体であれば、いずれの種類でも含む。

本特許文書全体において用いられているある種の単語及び句の定義を明記しておくと、便利なこともあるであろう。「結合」(couple)という用語及びその派生語は、２つ以上の要素間におけるあらゆる直接的又は間接的な伝達を指し、これらの要素が物理的に互いに接触しているか否かを問わない。「含む」(include)及び「備えている」(comprise)という用語ならびにその派生語は、限定ではない包含を意味する。「又は」(or)という用語は、包含的であり、「及び／又は」を意味する。「関連のある」(associated with)及び「それと関連のある」(associated therewith)、ならびにその派生語は、含む、内部に含む、相互接続する、内蔵する、内部に収容されている、接続する、結合する、連通する、協同する、交互配置する、平置する、近接する、結束する(be bound to or with)、有する、固有性を有する等を意味する場合がある。「コントローラ」という用語は、少なくとも１つの動作を制御するのであれば、いずれのデバイス、システム、又はその一部をも意味する。いずれの特定のコントローラと関連のある機能性であっても、内部(locally)又は外部(remotely)を問わず、集中又は分散することができる。

以上、本開示ではある種の実施形態及び全体的に関連のある方法について説明したが、これらの実施形態及び方法の変形や代替は当業者には明白であろう。したがって、実施形態例についてのこれまでの説明は、本開示を定義するのでも、制約するのでもない。以下の特許請求の範囲に定めた、本開示の主旨及び範囲から逸脱することなく、その他の変更、交換、及び変形も可能である。

Claims (11)

1. プロセス制御システム（１００）における１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）について１つ以上の設定点変更を決定するステップであって、
   第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか又はその変更頻度を高めるステップと、
   第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか又はその変更頻度を低めるステップと
   を含む、決定ステップと、
   前記１つ以上の設定点変更を前記１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）に出力するステップと
   からなることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記プロセス制御システム（１００）は、平半紙（１０８）を生産するように動作可能な製紙機械（１０２）を備えており、該方法はさらに、
   前記平半紙（１０８）が破断し、前記製紙機械（１０２）に掛け直した後に、第１モードに入るステップ
   を備えていることを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、該方法は更に、前記第１モードに入ってから所定の期間が経過した後に、前記第１モードに入るステップを備えていることを特徴とする方法。
4. 請求項２記載の方法において、前記１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）は、前記平半紙（１０８）のキャリパ・プロファイルを調節するように動作可能な１つ以上の誘導加熱アクチュエータ（１２２）を含み、該方法はさらに、
   前記第１モードに入り、前記平半紙（１０８）のキャリパ・プロファイルが、所望のキャリパ・プロファイルの所定の閾値以内となった後に、前記第２モードに入るステップ
   を備えていることを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の方法において、該方法はさらに、
   グラフィカル・ユーザ・インターフェース（５００）をユーザに提供するステップと、
   前記グラフィカル・ユーザ・インターフェース（５００）を用いて、
   前記第１モードから前記第２モードへの移行を手動又は自動のどちらで行うかを指定するステップ、
   第１モードから第２モードに自動的に切り換える前に必要とする時間長を指定するステップ、及び
   前記第１モードから前記第２モードへの移行を行うときに手動で指示するステップ
   の内少なくとも１つを、ユーザに行わせるステップと
   を備えていることを特徴とする方法。
6. 請求項１記載の方法において、前記１つ以上の設定点変更を出力するステップは、巻き込み防止保護を備えるために前記１つ以上の設定点変更を処理し、前記１つ以上の処理した設定点変更を前記１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）に出力するステップを備えていることを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法において、巻取防止保護のレベルはユーザにより指定されることを特徴とする方法。
8. 装置において、
   プロセス制御システム（１００）における１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）について１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能な制御モジュール（２００）であって、
   第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか又はその変更頻度を高め、
   第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか又はその変更頻度を低める
   ことによって前記１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能な制御モジュールと、
   前記１つ以上の設定点変更を前記１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）に出力するように動作可能なインターフェース（１３２）と
   を備えていることを特徴とする装置。
9. 請求項８記載の装置において、前記プロセス制御システム（１００）は、平半紙（１０８）を生産するように動作可能な製紙機械（１０２）を備えており、
   前記制御モジュール（２００）はさらに、前記平半紙（１０８）が破断し、前記製紙機械（１０２）に掛け直した後に、第１モードに入るように動作可能である
   ことを特徴とする装置。
10. コンピュータ読み取り可能媒体上に具体化され、プロセッサによって実行するように動作可能なコンピュータ・プログラムであって、
    プロセス制御システム（１００）における１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）について１つ以上の設定点変更を決定するコンピュータ読み取り可能プログラム・コードであって、
    第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか又はその変更頻度を高めるコンピュータ読み取り可能プログラム・コードと、
    第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか又はその変更頻度を低めるコンピュータ読み取り可能プログラム・コードと
    を備えているコンピュータ読み取り可能プログラム・コードと、
    前記１つ以上の設定点変更を前記１つ以上のアクチュエータ（１１４〜１２６）に出力するコンピュータ読み取り可能プログラム・コードと
    を備えていることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
11. システムであって、
    平半紙（１０８）を生産するように動作可能であり、複数のアクチュエータ（１１３〜１２６）を備えている製紙機械（１０２）と、
    前記アクチュエータ（１１４〜１２６）の１つ以上について、１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能なコントローラ（１０４）であって、
    第１動作モードで動作しているときは設定点変更を増大させるか又はその変更頻度を高め、
    第２モードで動作しているときには設定点変更を減少させるか又はその変更頻度を低める
    ことによって、前記１つ以上の設定点変更を決定するように動作可能なコントローラ（１０４）と
    を備えていることを特徴とするシステム。