JP2884696B2 - 抄紙機の抄速変更・抄替制御装置及びその方法 - Google Patents

抄紙機の抄速変更・抄替制御装置及びその方法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、製紙工業で使用される抄紙機の制御装置に
係り、特に製造している紙の単位時間増量を定める抄速
の変更や銘柄を変更する抄替制御の改良に関する。
<従来の技術> 抄紙機の抄替制御は、例えば本出願人の提案に係る特
公昭59−11718号(特許第1236191号)、特公昭59−2424
0号(特許第1247588号)及び特公昭59−27437号(特許
第1250427号)公報に開示されている。第6図は上記公
報などに開示されている従来の抄紙機及びその制御装置
の構成ブロック図である。図において、ヘッドボックス
HBから吐き出された原料は、ワイヤパートWPを通過する
ことによって搾水され、ドライヤDRを通過することによ
って乾燥され、リールRLに巻き取られる。ワイヤパート
WPの搾水による白水はピットPTで受け取られ、ファンポ
ンプPMPによってヘッドボックスHBに還元される。
坪量と水分率は、リールRLの直前において、センサBM
によってそれぞれ測定されてプロフィル制御部10に送ら
れる。プロフィル制御部10は坪量の目標値と測定値との
偏差を差に必要な種流量を演算すると共に、水分率の目
標値と測定値との偏差を基に必要な乾燥度を与えるエネ
ルギを有する蒸気温度(流量)を演算する。種口弁制御
部20ではプロフィル制御部10から送られる種流量を基礎
に弁開度を演算して種口弁VLVに与え、プロフィル制御
部10と協同して共に坪量を設定値に制御している。蒸気
制御部30はプロフィル制御部10から送られる蒸気流量の
指示値を基に蒸気圧を求め、スチームバルブSTVに与
え、プロフィル制御部10と共同して水分率を設定値に制
御している。抄替制御部40は銘柄変更などの抄替指令を
受けて、予め抄替期間終了時点に於いて坪量や水分率を
目標値に一致させるため種流量や蒸気流量を演算し、こ
れら流量の変化率が一定範囲内になるように指令値を補
正して種口弁制御部20や蒸気制御部30に与え、いわゆる
フィードフォワード制御をしている。
第7図は抄替指令に対するシステムの応答図である。
プロフィル制御部10により所定紙質の紙を当初製造して
いるとする。抄替指令があると制御権がプロフィル制御
部10から抄替制御部40に係り、抄紙機を止めることなく
坪量や抄速を新たな目標値に連続的に移行させるのに必
要な制御出力が成される。新たな目標値に至ると、再び
プロフィル制御部10が制御権を得て新たな坪量・水分率
の紙を製造する。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、第7図に示す様に抄替制御の途中でプ
ロセスに外乱が入ると目標値と実際の測定値との間に偏
差が生じてしまい、プロセス目標値と偏差が生じて所望
の紙質が得られなくなるという課題があった。この偏差
が大きい場合には、ドライヤDRによる乾燥が充分でなく
なって断紙し、抄紙機の動作に多大の障害を与える虞が
あった。
この様な課題は、抄紙機に於ける抄速変更においても
同様に存在している。
本発明はこのような課題を解決したもので、抄速変更
・抄替制御中にプロセス外乱が生じてもプロセスの変動
を少なくして安定した制御の出来る抄紙機の抄速変更・
抄替制御装置を提供することを目的とする。
<課題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、種口弁を通じて
供給される原料を収容するヘッドボックスと、このヘッ
ドボックスから抄速に応じて吐き出される内容物を搾水
するワイヤパートと、このワイヤパートで搾水された内
容物を蒸気を用いて乾燥させるドライヤと、このドライ
ヤで乾燥された紙を巻き取るリールを備えた抄紙機を制
御する装置において、次の構成としたものである。
即ち、前記ドライヤとリールの間に設けられ、製造中
の紙の坪量・水分率を測定するセンサと、抄速変更・抄
替の指令にしたがって、従前の坪量・水分率から目標の
坪量・水分率まで変化させる坪量・水分率変化パターン
を求める目標値演算部と、前記センサの検出する測定信
号を入力し、外乱に相当する成分を補償するのに必要な
補正を当該目標値演算部の出力する坪量・水分率変化パ
ターンに施す目標値補正部と、この目標値補正部の出力
する補正パターンにしたがって前記種口弁を操作して所
望の坪量を得る種口弁制御部と、この目標値補正部の出
力する補正パターンにしたがって前記ドライヤの蒸気を
制御して所望の水分率を得る蒸気制御部とを具備するこ
とを特徴としている。
<作 用> 本発明の各構成要素はつぎの作用をする。センサは抄
紙機の抄速変更・抄替制御中の坪量・水分率を測定す
る。目標値演算部は抄速変更・抄替に関するフィードフ
ォワード演算をしている。目標値補正部はセンサからの
信号をフィードバックして、外乱を補償している。種口
弁制御部は、フィードフォワード+フィードバック制御
の状態で種口弁を制御して、坪量を目標値に制御してい
る。蒸気制御部は、フィードフォワード+フィードバッ
ク制御の状態で蒸気制御部を制御して、水分率を目標値
に制御している。
<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ック図であ
る。尚第1図において、前記第6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、抄
速変更・抄替制御部50は、フィードフォワード制御を担
当する目標値演算部52と、フィードバック制御を担当す
る目標値補正部54とを有している。目標値演算部52は、
抄速変更・抄替の指令にしたがって、従前の坪量・水分
率から目標の坪量・水分率まで変化させる坪量・水分率
変化パターンを求める。一般に種口弁制御部20と蒸気制
御部30の各制御系の時定数は大きいから、応答を考慮し
て徐々に目標値を変化させている。目標値補正部54は、
センサBMの検出する測定信号を入力し、外乱に相当する
成分を補償するのに必要な補正を目標値演算部52の出力
する坪量・水分率変化パターンに施している。種口弁制
御部20では、目標値補正部54の出力する補正パターンに
従って種口弁VLVを操作し、所望の坪量を得る。蒸気制
御部30でも目標値補正部54の出力する補正パターンに従
って、ドライヤDRの蒸気圧や蒸気温度を制御してドライ
ヤの内部温度を調節し、所望の水分率を得ている。
このように構成された装置の動作を次に説明する。第
2図は制御状態の説明図で、(A)は坪量や水分率など
の目標値、(B)は外乱の発生状態、(C)は目標値演
算部52の出力、(D)は目標値補正部54のフィードバッ
ク補正分のみの出力、(E)は抄速変更・抄替制御部50
全体の制御信号である。抄速変更や抄替指令があると、
抄紙機の制御権がプロフィル制御部10から抄速変更・抄
替制御部50に移る。目標値演算部52ではフィードフォワ
ード演算により、当初値から指示された最終値まで順次
変化する目標値軌跡(坪量・水分率)を演算する。この
制御の途中で外乱B1が発生すると、そのままでは目標値
軌跡に対してプロセスの測定値がずれてしまう。そこ
で、センサBMでこの外乱に起因する偏差を検出し、目標
値補正部54で演算をして補償に必要なフィードバック量
D1を求め、フィードフォワード制御に補償用のフィード
バック量を加えた制御出力E1をプロセスに供給する。す
ると、外乱の影響が補償されて、測定値は当初の目標値
軌跡と一致する軌跡を描くことになる。
外乱B2の場合も同様である。そして、指定された最終
値に至ると、抄紙機の制御権が再びプロフィル制御部10
に戻る。
第3図は抄速変更・抄替制御部50の制御タイミングの
説明図である。紙幅瞬時値と表示した図では、センサBM
は紙幅方向に一定周期τで往復運動しているが、他方抄
紙機では紙を流しながら製造しているので、製造された
紙の位置で見るとジグザグの折れ線状に測定点が表れて
いる。目標値軌跡と表示した図では、目標値軌跡が一定
間隔ΔTの時刻T0,T1,…,Tn,Tn+1,…,TNの制御タイミ
ングで与えられている。コントローラは目標値軌跡と同
一の制御タイミングで操作出力を行なうものであり、こ
の一定間隔ΔTは制御対象となるプロセスの時定数に比
較して十分小さく選定されている。
センサBMでは紙幅方向の測定値としてプロフィルデー
タを求めているが、コントローラに送る測定値として紙
幅各点の最新データを使用して紙幅平均値を用いてい
る。紙幅瞬時値と表示した図では、例えば時刻Tnでは図
中白抜きの棒“□”で表した箇所、時刻Tn+1では黒塗
りの棒“■”で表した箇所がデータとして使用されてい
る。このデータを瞬時値と呼んでいる。
第4図は本発明の他の実施例の説明図である。第1図
と相違するところを説明すると、紙の灰分を調節するク
レー流量制御部35が設けられている。クレーはピットPT
とファンポンプPMPの間で供給されるもので、通常は溶
液状になっており、クレー流量制御部35の操作量に応じ
て供給量が増減する。
抄速変更・抄替命令が目標値演算部52に送られるとフ
ィードフォワード演算により坪量・水分率と共に灰分量
にも目標値軌跡が演算される。センサBMでは紙の灰分量
も測定しており、目標値補正部54によってフィードバッ
ク演算が成されて、灰分率変化パターンがクレー流量制
御部35に指示される。そして、プロセスに外乱が発生す
るとセンサBM及び目標値補正部54によるフィードバック
制御が有効に作用して、灰分率を目標値に収斂させてい
る。
第5図は第1図及び第4図の装置の具体的な構成図
で、(A)は種口弁制御ループ、(B)は蒸気圧制御ル
ープ、(C)はクレー流量設定ループを示している。ま
ず、種口弁制御ループについて説明する。坪量プロフィ
ール指示器BMD1は坪量の紙幅瞬時値を坪量調節計SPI1に
入力している。抄替プログラム設定器PG11は坪量の目標
値軌跡を坪量調節計SPI1に入力している。抄替プログラ
ム設定器PG12,13,14及び15はそれぞれ坪量、抄速、ジェ
ットワイヤ比(J/W比)及びスライスリップの開度の目
標値軌跡を種口弁開度演算設定器STVCLに設定していお
り、フィードフォワード制御に相当している。坪量調節
計SPI1は制御量を種口弁開度演算設定器STVCLに設定し
て、フィードバック制御を行なう。そして、種口弁開度
演算設定器STVCLは種口弁のバルブポジショナ等に弁開
度設定信号を送る。
次に蒸気圧制御ループについて説明する。水分率プロ
フィール指示器BMD2は水分率の紙幅瞬時値を水分率調節
計SP12に入力している。抄替プログラム設定器PG21は水
分率の目標値軌跡を水分率調節計SP12に入力している。
抄替プログラム設定器PG22はドライヤDRに蒸気を供給す
る装置に蒸気圧指示値を設定して水分率制御を行なうも
のである。水分率調節計SPI2は制御量を抄替プログラム
設定器PG22に設定して、フィードバック制御を行なう。
最後にクレー制御ループについて説明する。灰分量プ
ロフィール指示器BMD3は灰分量の紙幅瞬時値を灰分量調
節計SPI3に入力している。抄替プログラム設定器PG31は
灰分量の目標値軌跡を灰分量調節計SPI3に入力してい
る。抄替プログラム設定器PG32はクレーを供給する装置
に設定して灰分量制御を行なうものである。灰分量調節
計SPI3は制御量を抄替プログラム設定器PG32に設定し
て、フィードバック制御を行なう。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば次のような効果
がある。
目標値補正部54でフィードバック制御をしているの
で、抄速変更・抄替制御中にプロセスに外乱があっても
安定した制御ができ、製品の品質が向上すると共に、断
紙の危険性が減少して装置稼動率の向上とエネルギ効率
の改善が成される。
抄速変更・抄替制御中、目標値の予測軌道に添った
制御が可能になるので、プロフィル制御部10で早期に新
銘柄の規定品質に入り損紙が減少する。
抄速変更・抄替制御チューニング中でも安定した制
御ができるので、熟練したエンジニアがいなくても一般
ユーザでも容易にチューニング作業ができると共に、チ
ューニング中での損紙発生が少なくてすむ。
【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ック図、第2
図は制御状態の説明図、第3図は抄速変更・抄替制御部
50の制御タイミングの説明図、第4図は本発明の他の実
施例の説明図、第5図は第1図及び第4図の装置の具体
的な構成図である。 第6図は従来の抄紙機及びその制御装置の構成ブロック
図、第7図は抄替指令に対するシステムの応答図であ
る。 10……プロフィル制御部、20……種口弁制御部、30……
蒸気制御部、50……抄速変更・抄替制御部、52……目標
値演算部、54……目標値補正部。 VLV……種口弁、STV……スチームバルブ、BM……セン
サ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】種口弁を通じて供給される原料を収容する
    ヘッドボックスと、このヘッドボックスから抄速に応じ
    て吐き出される内容物を搾水するワイヤパートと、この
    ワイヤパートで搾水された内容物を蒸気を用いて乾燥さ
    せるドライヤと、このドライヤで乾燥された紙を巻き取
    るリールを備えた抄紙機を制御する装置において、 前記ドライヤとリールの間に設けられ、製造中の紙の坪
    量・水分率を測定するセンサと、 抄速変更・抄替の指令にしたがって、従前の坪量・水分
    率から目標の坪量・水分率まで変化させる坪量・水分率
    変化パターンを求める目標値演算部と、 前記センサの検出する測定信号を入力し、外乱に相当す
    る成分を補償するのに必要な補正を当該目標値演算部の
    出力する坪量・水分率変化パターンに施す目標値補正部
    と、 この目標値補正部の出力する補正パターンにしたがって
    前記種口弁を操作して所望の坪量を得る種口弁制御部
    と、 この目標値補正部の出力する補正パターンにしたがって
    前記ドライヤの蒸気を制御して所望の水分率を得る蒸気
    制御部と、 を具備することを特徴とする抄紙機の抄速変更・抄替制
    御装置。
  2. 【請求項2】種口弁を通じて供給される原料を収容する
    ヘッドボックスと、このヘッドボックスから抄速に応じ
    て吐き出される内容物を搾水するワイヤパートと、この
    ワイヤパートで搾水された内容物を蒸気を用いて乾燥さ
    せるドライヤと、このドライヤで乾燥された紙を巻き取
    るリールを備えた抄紙機と抄速変更・抄替を行う制御方
    法であって、 製造中の紙の坪量・水分率を測定するセンシング工程
    と、 抄速変更・抄替の指令にしたがって、従前の坪量・水分
    率から目標の坪量・水分率まで変化させる坪量・水分率
    変化パターンを求める目標値演算工程と、 前記センシング工程で検出した測定信号を入力し、外乱
    に相当する成分を補償するのに必要な補正を当該目標値
    演算工程の出力する坪量・水分率変化パターンに施す目
    標値補正工程と、 この目標値補正工程の出力する補正パターンにしたがっ
    て前記種口弁を操作して所望の坪量を得る種口弁制御工
    程と、 この目標値補正工程の出力する補正パターンにしたがっ
    て前記ドライヤの蒸気を制御して所望の水分率を得る蒸
    気制御工程と、 を具備することを特徴とする抄紙機の抄速変更・抄替制
    御方法。
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