(57)【要約】【課題】製造された段ボールシートの反り、接着不良を高精度に抑制すること。【解決手段】段ボールシート製造装置の制御システム１００は、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１と、ＰＩＤコントローラ１０２と、知識データベース１０３とを含んでいる。ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１は、知識データベース１０３によって動特性と静特性との補償分の判別を行い、ＦＦ制御とＦＢ制御とを切り替える。ＰＩＤコントローラ１０２は、２自由度のＰＩＤアルゴリズムに基づいており、知識データベース１０３からの情報に基づいてフィードバックゲインが調整される。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードフォワード制御及びフィードバック制御が実行可能であり、段ボールシートを製造する際には、フィードフォワード制御又はフィードバック制御のうち少なくとも一方を実行することにより、段ボールシート製造装置内における製造過程のシートの温度又は水分量のうち少なくとも一方が、予め設定した目標値になるように制御するフィードフォワード／フィードバック制御装置と、
製造された前記段ボールシートの評価情報と、前記段ボールシートの製造時における前記製造過程のシートの温度又は水分量に関する情報と、前記段ボールシートの製造時における前記段ボールシートの製造に関する情報とを関連付けて提供する制御情報提供手段と、
前記知識データベースに格納されている情報に基づいて、前記フィードフォワード制御及び前記フィードバック制御の制御パラメータを変更する制御切替手段と、
を備えることを特徴とする段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項２】
前記フィードフォワード／フィードバック制御装置は、分離型フィードフォワード／フィードバック制御と、ゲインスケジューリング型フィードフォワード／フィードバック制御と、選択組み合わせ型フィードフォワード／フィードバック制御とを実行できることを特徴とする請求項１に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項３】
前記フィードバック制御においては、２自由度のＰＩＤアルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項４】
前記フィードバック制御においては、前記制御情報提供手段から提供される情報に基づいてフィードバックゲインを調整し、フィードバック信号として用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項５】
前記制御情報提供手段は、製造された前記段ボールシートの評価情報と、前記段ボールシートの製造時における前記製造過程のシートの温度又は水分量に関する情報と、前記段ボールシートの製造時における前記段ボールシートの製造に関する情報とが関連付けて格納される知識データベースであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項６】
前記制御情報提供手段は、フィールドバス及びニューラルネットワークであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項７】
前記段ボールシート製造装置の運転条件と、前記段ボールシートの製造条件と、環境条件とに応じて、
前記フィードフォワード／フィードバック制御装置による前記ダンボールシート製造装置の運転と、前記段ボールシート製造装置の運転条件及び前記段ボールシートの製造条件に対応する前記段ボールシート製造装置の運転パターンが記述された制御マトリックスを用いた前記ダンボールシート製造装置の運転とを切り替える判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項８】
製造された前記段ボールシートの状態を撮像する撮像手段を少なくとも備え、撮像した前記段ボールシートの状態に基づいて、製造された前記段ボールシートの評価情報を作成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【請求項９】
前記段ボールシート製造装置の運転中における前記製造過程のシートの状態を表示する画像表示手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の段ボールシート製造装置の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段ボールシートの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィードバック制御は、制御対象の温度や圧力等を目標値に制御する際に用いられる制御方法である。フィードバック制御においては、Ｐ（Proportional：比例）、Ｉ（Integral：積分）、Ｄ（Differential：微分）の３成分を調整して制御特性を高める、いわゆるＰＩＤ制御が用いられることが多い。特許文献１には、制御対象に応じてより高い制御特性を得るため、ＰＩＤ制御則とモデル予測制御則とに基づいて導かれる算出式にしたがってＰＩＤ制御パラメータを求める制御装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９５９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、段ボールシートを製造する場合、貼り合わせ過程における原紙や片面段ボールシート等の温度、あるいは水分量が、製造された段ボールシートの品質に影響を与える。段ボールシートを製造する場合、製造管理装置に入力される製造状態情報（原紙構成、原紙坪量、紙幅等）と、段ボールシート製造装置の運転情報（運転速度、プレヒータに対するシートの巻き付け量等）とを基に、予め作成しているマトリックス条件表に記載された運転条件を選定して、運転条件を調整し、段ボールシートの接着不良や反り等を抑制している。これをマトリックス制御という。
【０００５】
マトリックス制御では、マトリックス条件表の運転条件がオペレータの経験と勘とに基づいて作成されているので、運転条件の設定が粗く、正確な運転条件の調整は困難である。段ボールシート製造装置の制御において、貼り合わせ過程における原紙や片面段ボールシート等の温度、あるいは水分量を目標値に維持するため、特許文献１のＰＩＤフィードバック制御を適用すると、マトリックス制御を単独で用いた場合より段ボールシートの反りや接着不良を抑制する効果は大きい。しかし、段ボールシートの製造においては製造速度が高く、制御時間はできる限り短いことが望まれる。特許文献１の技術のみでは制御時間が長くなるため、段ボールシートの品質を精度よく制御するためには限界がある。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、段ボールシートを製造するにあたり、段ボールシートの品質を精度よく制御できる段ボールシート製造装置の制御システム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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、フィードフォワード制御及びフィードバック制御が実行可能であり、段ボールシートを製造する際には、フィードフォワード制御又はフィードバック制御のうち少なくとも一方を実行することにより、段ボールシート製造装置内における製造過程のシートの温度又は水分量のうち少なくとも一方が、予め設定した目標値になるように制御するフィードフォワード／フィードバック制御装置と、製造された前記段ボールシートの評価情報と、前記段ボールシートの製造時における前記製造過程のシートの温度又は水分量に関する情報と、前記段ボールシートの製造時における前記段ボールシートの製造に関する情報とを関連付けて提供する制御情報提供手段と、前記知識データベースに格納されている情報に基づいて、前記フィードフォワード制御及び前記フィードバック制御の制御パラメータを変更する制御切替手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、フィードフォワード制御又はフィードバック制御のうち少なくとも一方を実行することにより、段ボールシート製造装置内における製造過程のシートの温度又は水分量のうち少なくとも一方が、予め設定した目標値になるように制御する。このとき、製造された前記段ボールシートの評価情報と、前記段ボールシートの製造時におけるシートの温度又は水分量に関する情報と、段ボールシートの製造時における前記段ボールシートの製造に関する情報とを関連付けて提供された情報に基づきフィードフォワード制御及びフィードバック制御の制御パラメータが変更される。
【０００９】
このように、フィードフォワード制御又はフィードバック制御のうち少なくとも一方を実行することにより、制御性が向上するので、段ボールシートの品質を精度よく制御することができる。ここで、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の制御パラメータには、ゲインやＰＩＤ制御の係数等が含まれる。また、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の制御パラメータを変更することには、ゲインやＰＩＤ制御の係数を変更することの他、フィードフォワード制御又はフィードバック制御の介入割合を変更することも含まれる。
【００１０】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、前記フィードフォワード／フィードバック制御装置は、分離型フィードフォワード／フィードバック制御と、ゲインスケジューリング型フィードフォワード／フィードバック制御と、選択組み合わせ型フィードフォワード／フィードバック制御とを実行できることを特徴とする。
【００１１】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、分離型フィードフォワード／フィードバック制御と、ゲインスケジューリング型フィードフォワード／フィードバック制御と、選択組み合わせ型フィードフォワード／フィードバック制御とを組み合わせて用いる。これにより、シート温度やシート流量による影響低減、負荷変動に対して強い制御系が得られる等の利点が得られる。その結果、さらに段ボールシートの品質を精度よく制御することができる。
【００１２】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、前記フィードバック制御においては、２自由度のＰＩＤアルゴリズムを用いることを特徴とする。
【００１３】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、フィードバック制御においては、２自由度のＰＩＤアルゴリズムを用いる。これによって、追従性と安定性とのバランスに優れた制御系が得られるので、さらに段ボールシートの品質を精度よく制御することができる。
【００１４】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、前記フィードバック制御においては、前記制御情報提供手段から提供される情報に基づいてフィードバックゲインを調整し、フィードバック信号として用いることを特徴とする。
【００１５】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、制御情報提供手段から提供される情報に基づいてフィードバックゲインを調整するので、高精度にフィードバックゲインを調整できる。その結果、段ボールシートの品質を精度よく制御することができる。
【００１６】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、前記制御情報提供手段は、製造された前記段ボールシートの評価情報と、前記段ボールシートの製造時における前記製造過程のシートの温度又は水分量に関する情報と、前記段ボールシートの製造時における前記段ボールシートの製造に関する情報とが関連付けて格納される知識データベースであることを特徴とする。
【００１７】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、オペレータのノウハウ、知識を格納した知識データベースを用いるので、簡単な線形モデルによる高精度な制御が可能になる。その結果、段ボールシートの品質を精度よく制御することができる。
【００１８】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、前記制御情報提供手段は、フィールドバス及びニューラルネットワークであることを特徴とする。
【００１９】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、制御情報提供手段にフィールドバス及びニューラルネットワークを用いるので、大量のデータベースを作成し、保持する必要はない。これにより、記憶手段がコンパクトにできる。
【００２０】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、前記段ボールシート製造装置の運転条件と、前記段ボールシートの製造条件と、環境条件とに応じて、前記フィードフォワード／フィードバック制御装置による前記ダンボールシート製造装置の運転と、前記段ボールシート製造装置の運転条件及び前記段ボールシートの製造条件に対応する前記段ボールシート製造装置の運転パターンが記述された制御マトリックスを用いた前記ダンボールシート製造装置の運転とを切り替える判定手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、フィードフォワード／フィードバック制御と、いわゆるマトリックス制御とを切り替える。これによって、製造条件、環境条件等に応じて適切な制御を選択し、実行できる。その結果、段ボールシートの品質を精度よく制御することができる。
【００２２】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、製造された前記段ボールシートの状態を撮像する撮像手段を少なくとも備え、撮像した前記段ボールシートの状態に基づいて、製造された前記段ボールシートの評価情報を作成することを特徴とする。
【００２３】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、撮像した前記段ボールシートの状態に基づいて、製造された前記段ボールシートの評価情報を作成するので、知識ネットワーク等の制御情報提供手段に対する情報の蓄積を自動化することができる。その結果、製造、評価情報の蓄積、製造というサイクルを自動化するとともに、段ボールシート製造装置に対する制御を、熟練したオペレータの技能に近づけることができる。また、検品作業を省くことも可能になるので、ランニングコストを低減できる。
【００２４】
次の本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムにおいて、前記段ボールシート製造装置の運転中における前記シートの状態を表示する画像表示手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
この段ボールシート製造装置の制御システムは、前記段ボールシート製造装置の制御システムの構成を備えるので、段ボールシート製造装置の制御システムと同様の作用、効果を奏する。さらに、この段ボールシート製造装置の制御システムは、運転中におけるシートの状態を表示する画像表示手段を備える。これによって、運転中のシート状態を逐次モニタできるので、不具合を迅速に発見して迅速に対応することができる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、段ボールシートの品質を精度よく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、以下において、表ライナ、裏ライナ等における表、裏は、便宜上の表現であって、表は裏の反対面にあり、裏は表の反対面にあることを意味する相対的なものである。また、以下において、原紙、表ライナ、裏ライナ、片面段ボールシート（一方のライナと中芯とを貼り合わせたもの）等のように、段ボールシートの製造途中にあるものを、必要に応じてシートと称する。
【００２８】
（実施形態１）
実施形態１は、段ボールシートの温度又は水分の少なくとも一方を制御する際に、段ボールシート製造装置の制御情報を提供する制御情報提供手段を用いて、フィードフォワード（ＦＦ）制御とフィードバック（ＦＢ）制御とを切り替える点に特徴がある。制御情報提供手段は、製造された段ボールシートの評価情報と、段ボールシートの製造時におけるシート（原紙や片面段ボールシート）の温度又は水分量に関する情報と、段ボールシートの製造時における段ボールシートの製造に関する情報とを関連付けて提供するものである。例えば、知識データベースや、フィールドバス、ニューラルネットワークが制御情報提供手段に該当する。
【００２９】
図１は、実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御装置によって制御される段ボールシート製造装置の構成を示す全体図である。段ボールシート製造装置１は、裏ライナ用ミルロールスタンド２と、裏ライナ用プレヒータ３と、シングルフェーサ４と、中芯用プレヒータ５と、中芯用ミルロールスタンド６と、表ライナ用ミルロールスタンド７と、グルーマシン前プレヒータ群８と、シャワー装置９と、グルーマシン１０と、加圧装置１１及び加熱板１２を備えるダブルフェーサ１３と、ロータリーシャー１４と、カットオフ１５と、両面段ボールシート格納手段１６とを含んで構成される。
【００３０】
シングルフェーサ４で中芯Ｉ１と裏ライナＲＡ１とが貼り合わされて片面段ボールシートが形成され、グルーマシン１０で片面段ボールシートと中芯Ｉ１とが貼り合わされる。その後、ダブルフェーサ１３で片面段ボールシートと中芯Ｉ１とが加圧・加熱されて、両面段ボールシートＤＳ＿Ｓが完成する。このように、図１の左側から右側に向かって進む間に、両面段ボールシートＤＤ＿Ｓが完成する。
【００３１】
段ボールシート製造装置１は、本実施形態に係る段ボールシート製造装置の制御システム１００によって運転が制御される。段ボールシート製造装置の制御システム１００は、知識データベースと、制御部とを含む。本実施形態に係る段ボールシート製造装置１は、完成した両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの反りの状態を検出するため、両面段ボールシート格納手段１６の位置に撮像手段であるカメラ１７が配置される。カメラ１７で撮影した両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの状態は、画像処理／評価装置１８によって解析されて、段ボールシート製造装置の制御システム１００に取り込まれる。
【００３２】
段ボールシート製造装置の制御システム１００の制御部には、画像表示手段１９が接続されており、カメラ１７によって撮影した両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの状態が画像表示手段１９に表示される。また、カメラ１７で撮影した両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの状態は、知識データベース１０３に蓄積され、段ボールシート製造装置の制御システム１００による段ボールシート製造装置１の制御に用いられる。なお、図１においては、完成した両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの反りの状態を検出するカメラ１７のみを示しているが、この他にも、段ボールシート製造装置１による製造途中における段ボールシート原紙の状態や片面段ボールシートの状態を検出する撮像手段（カメラ）を配置してもよい。次に、段ボールシート製造装置１の構成要素についてより詳しく説明する。
【００３３】
図２、図３は、シングルフェーサの構成例を示す説明図である。図２は、ベルト加圧式のシングルフェーサであり、図３は、ロール加圧式のシングルフェーサである。まず、図２に示すベルト加圧式のシングルフェーサから説明する。シングルフェーサ４は、段ボールシート原紙である裏ライナＲＡ１と、同じく段ボールシート原紙である中芯Ｉ１とを接着するために用いる。裏ライナＲＡ１は、表ライナ用第１プレヒータ２０Ａと、表ライナ用第２プレヒータ２０Ｂとによって加熱され、ベルトロール２３Ａとストレッチロール２３Ｂとで駆動される加圧ベルト２４に搬送される。
【００３４】
中芯Ｉ１は、中芯用第１プレヒータ２１Ａと、中芯用第２プレヒータ２１Ｂとによって加熱され、中芯用第３プレヒータ２５によってさらに加熱されてから、中芯形成用第１ロール２２Ａと中芯形成用第２ロール２２Ｂとの間に搬送される。中芯Ｉ１は、中芯用第３プレヒータガイドロール２５Ｇによって中芯用第３プレヒータに巻き付けられる。中芯用第３プレヒータガイドロール２５Ｇを中芯用第３プレヒータ２５の周方向に向かって移動させて、中芯用第３プレヒータ２５に対する中芯Ｉ１の巻き付け角を調整することにより、中芯Ｉ１の加熱量が調整される。
【００３５】
中芯形成用第１ロール２２Ａと中芯形成用第２ロール２２Ｂとは、回転軸方向に垂直な歯車状であり、両者が噛み合って回転する。そして、中芯形成用第１ロール２２Ａと中芯形成用第２ロール２２Ｂとが噛み合う部分を中芯Ｉ１が通過すると、段ボールシート原紙が波状の中芯Ｉ１に加工される。中芯形成用第１ロール２２Ａに巻き付けられた中芯Ｉ１には、糊付けロール２６Ｂが接しており、メータロール２６Ｂから糊付けロール２６Ｂに供給された糊Ｇが中芯Ｉ１に塗布される。
【００３６】
加圧ベルト２４と中芯形成用第１ロール２２Ａとは、互いに押し付け合うように構成されており、両者の間に挟持される中芯Ｉ１と裏ライナＲＡ１とは、ベルト２４によって加圧される。これによって、片面に糊付けされた中芯Ｉ１と裏ライナＲＡとが接着され、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓが形成される。次に、図３に示すロール加圧式のシングルフェーサ４ａの構成を説明する。
【００３７】
シングルフェーサ４ａは、裏ライナＲＡ１は、表ライナ用第１プレヒータ２０Ａと、表ライナ用第２プレヒータ２０Ｂとによって加熱され、加圧ロール２７へ搬送される。中芯Ｉ１は、中芯用プレヒータ２１によって加熱された後、中芯形成用第１ロール２２Ａと中芯形成用第２ロール２２Ｂとの間に搬送される。中芯Ｉ１は、中芯用プレヒータガイドロール２１Ｇ１、２１Ｇ２によって中芯用プレヒータに巻き付けられる。中芯用プレヒータガイドロール２１Ｇ１又は２１Ｇ２を、中芯用プレヒータ２５の周方向に対して移動させ、中芯用プレヒータ２５に対する中芯Ｉ１の巻き付け角を調整することにより、中芯Ｉ１の加熱量が調整される。
【００３８】
中芯形成用第１ロール２２Ａと中芯形成用第２ロール２２Ｂとの間に搬送された中芯Ｉ１が、中芯形成用第１ロール２２Ａと中芯形成用第２ロール２２Ｂとが噛み合う部分を中芯Ｉ１が通過すると、段ボールシート原紙が波状の中芯Ｉ１に加工される。中芯形成用第２ロール２２Ｂに巻き付けられた中芯Ｉ１には、糊付けロール２６Ｂが接しており、メータロール２６Ｂから糊付けロール２６Ｂに供給された糊Ｇが中芯Ｉ１に塗布される。
【００３９】
中芯形成用第２ロール２２Ｂと加圧ロール２７とは、互いに押し付け合うように構成されており、両者の間に挟持される中芯Ｉ１と裏ライナＲＡ１とは、加圧ロール２７によって加圧される。これによって、片面に糊付けされた中芯Ｉ１と裏ライナＲＡとが接着され、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓが形成される。本実施形態に係る段ボールシート製造装置１は、図２に示すベルト加圧式のシングルフェーサ４を備えているが、図３に示すロール加圧式のシングルフェーサ４ａを備えてもよい。次に、グルーマシン前プレヒータ群８について説明する。
【００４０】
図４は、グルーマシン前プレヒータ群の一例を示す説明図である。グルーマシン前プレヒータ群８は、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂ（あるいはＤＳ＿Ｓ＿Ａ）と、段ボールシート原紙である表ライナＲＢとを接着する前に、これらを加熱するために用いられる。このグルーマシン前プレヒータ群８は、片面段ボールシート用第１プレヒータ３０Ａと、片面段ボールシート用第２プレヒータ３０Ｂと、表ライナ用プレヒータ３０Ｒとを備えている。片面段ボールシート用第１プレヒータ３０Ａと、片面段ボールシート用第２プレヒータ３０Ｂとは、それぞれ異なる片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａ又はＤＳ＿Ｓ＿Ｂを加熱することができる。
【００４１】
片面段ボールシート用第１プレヒータ３０Ａには、第１プレヒータガイドロール３０ＡＧ１、３０ＡＧ２によって、第１の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａが巻きつけられる。そして、第１プレヒータガイドロール３０ＡＧ１又は３０ＡＧ２を、片面段ボールシート用第１プレヒータ３０Ａの周方向に対して移動させ、片面段ボールシート用第１プレヒータ３０Ａに対する第１の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａの巻き付け角を調整することにより、第１の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａの加熱量が調整される。
【００４２】
片面段ボールシート用第２プレヒータ３０Ｂには、第２プレヒータガイドロール３０ＢＧ１、３０ＢＧ２によって、第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂが巻きつけられる。そして、第１プレヒータガイドロール３０ＢＧ１又は３０ＢＧ２を、片面段ボールシート用第２プレヒータ３０Ｂの周方向に対して移動させ、片面段ボールシート用第２プレヒータ３０Ｂに対する第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂの巻き付け角を調整することにより、第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂの加熱量が調整される。
【００４３】
表ライナ用プレヒータ３０Ｒには、表ライナ用プレヒータガイドロール３０ＲＧ１、３０ＲＧ２によって、表ライナＲＢが巻きつけられる。そして、表ライナ用プレヒータガイドロール３０ＲＧ１又は３０ＲＧ２を、表ライナ用プレヒータ３０Ｒの周方向に対して移動させ、表ライナ用プレヒータ３０Ｒに対する表ライナＲＢの巻き付け角を調整することにより、表ライナＲＢの加熱量が調整される。
【００４４】
両面段ボールシートを製造する場合、表ライナ用プレヒータ３０Ｒと、片面段ボールシート用第１プレヒータ３０Ａ又は片面段ボールシート用第２プレヒータ３０Ｂのいずれか一方とを用いる。また、複両面段ボールシートを作成する場合には、表ライナ用プレヒータ３０Ｒと、片面段ボールシート用第１プレヒータ３０Ａと、片面段ボールシート用第２プレヒータ３０Ｂとを用いる。このグルーマシン前プレヒータ群８は、３種類のプレヒータを備えることにより、複数の種類の両面段ボールシートを製造することができるが、本実施形態に係る段ボールシート製造装置１に用いることができるグルーマシン前プレヒータ群は、図４に示すものに限られるものではない。次に、グルーマシン１０の構成を説明する。
【００４５】
図５は、グルーマシンの構成を示す説明図である。グルーマシン１０は、片面段ボールシートと表ライナとを糊付けし、ダブルフェーサ１３へ送るために用いられる。グルーマシン１０は、第１糊付け装置４０Ａと、第２糊付け装置４０Ｂとを備えており、第１糊付け装置４０Ａによって第１の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａに糊付けし、第２糊付け装置４０Ｂによって第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂに糊付けする。
【００４６】
第１糊付けロール４１Ａには、第１メータロール４２Ａによって糊が供給される。第１の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａの中芯側と、第１糊付けロール４１Ａとは接触してり、第１糊付けロール４１Ａから第１の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａの中芯に糊が塗布される。第２糊付けロール４１Ｂには、第２メータロール４２Ｂによって糊が供給される。第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂの中芯側と、第２糊付けロール４１Ｂとは接触してり、第２糊付けロール４１Ｂから第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂの中芯に糊が塗布される。糊が塗布された第１及び第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａ、ＤＳ＿Ｓ＿Ｂは、ダブルフェーサ１３へ搬送され、両者はここで接着される。また、表ライナＲＢは、第１表ライナ用プレヒータ４６と第２表ライナ用プレヒータ４４とによって加熱されて、ダブルフェーサ１３で第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂの中芯と接着される。なお、第１表ライナ用プレヒータ４６又は第２表ライナ用プレヒータ４４の少なくとも一方に対する表ライナＲＢの巻き付け角を調整することによって、表ライナＲＢの加熱量が調整される。
【００４７】
第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂ、及び表ライナＲＢは、接着前にシャワー装置９により水分が付与されて、接着に適した水分量に調整される。ダブルフェーサ１３へ搬送された第１の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ａ、第２の片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ＿Ｂ、及び表ライナＲＢは、加圧装置１１と加熱板１２とに挟持され、加熱されながら接着される。これによって、複両面段ボールシートＤＤ＿Ｄが形成される。なお、ダブルフェーサ１３内では、搬送ベルト４５が複両面段ボールシートＤＤ＿Ｄを搬送する。
【００４８】
両面段ボールシートを製造する場合、このグルーマシン１０が備える第１糊付け装置４０Ａ又は第２糊付け装置４０Ｂのいずれか一方を用いる。また、複両面段ボールシートを製造する場合、このグルーマシン１０が備える第１糊付け装置４０Ａ及び第２糊付け装置４０Ｂを用いる。このように、グルーマシン１０は、複数の種類の両面段ボールシートを製造することができる。なお、本実施形態に係る段ボールシート製造装置１に適用できるグルーマシンは、図５で説明したものに限られない。次に、ダブルフェーサ１３の構成を説明する。
【００４９】
図６は、ダブルフェーサの構成を示す説明図である。図６には、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓと表ライナＲＢとを接着して、両面段ボールシートＤＤ＿Ｓを形成する場合を示すが、２枚の片面段ボールシートと表ライナＲＢとを接着して、複段ボールシートを形成する場合も図６に示すダブルフェーサ１３を適用できる。ダブルフェーサ１３は、搬送ベルト４５、加圧装置１１及び加熱板１２を備える。搬送ベルト４５は、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓと表ライナＲＢとを搬送する。加圧装置１１は、搬送ベルト４５によって搬送された片面段ボールシートＤＳ＿Ｓと表ライナＲＢとを加熱板１２に押し付けて、両者を接着する。加熱板１２は、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓと表ライナＲＢとを加熱して、糊の乾燥を促進する。
【００５０】
加圧装置１１の加圧力を変化させることにより、加熱板１２と表ライナＲＢとの接触熱伝達率が変化する。その結果、加熱板１２から片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ及び表ライナＲＢへの伝熱量が変化する。したがって、加圧装置１１の加圧力を変化させることにより、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ及び表ライナＲＢに対する加熱量を制御することができる。
【００５１】
加圧装置１１は、複数の加圧ロール１１Ｒから構成される。また、加熱板１２は、複数の群（この例では４群）１２Ａ〜１２Ｄに分割されてり、内部に蒸気が供給されて、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓと表ライナＲＢとを加熱する。加熱板１２を複数の群に分割することにより、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ及び表ライナＲＢの搬送方向に対して温度分布を設けることができる。これによって、片面段ボールシートＤＳ＿Ｓ及び表ライナＲＢに対する加熱量の制御が容易になる。次に、本実施形態に係る段ボールシート製造装置の制御システム１００について説明する。なお、次の説明では、適宜図１〜６を参照されたい。
【００５２】
図７は、実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。ここでは、グルーマシン前プレヒータ群８が備えるプレヒータでシートの温度を制御する場合について説明するが、段ボールシート製造装置１において、シートの温度制御が必要な部分（例えば、裏ライナ用プレヒータ３やダブルフェーサ１３が備える加圧装置１１や加熱板１２等）に対しても同様である。
【００５３】
表ライナ用プレヒータ１１６は筒状の加熱器であり、第１ガイドロール１１４と第２ガイドロール１１５とを介してシート（表ライナや片面段ボールシート）Ｓを巻き付けて、シートＳを加熱する。第１ガイドロール１１４の位置は、アーム１１３によって、表ライナ用プレヒータ１１６の周方向に対する位置を変更することができる。シートＳに対する加熱量は、アーム１１３を、表ライナ用プレヒータ１１６の中心に対して回転させて、表ライナ用プレヒータ１１６の周方向に対する第１ガイドロール１１４の位置を変更することにより、表ライナ用プレヒータ１１６に対するシートＳの巻き付け角を変化させて、調整する。
【００５４】
アーム１１３は、シートＳの巻き付け角（以下、単に巻き付け角という）を変更するアーム駆動用モータ１１２によって駆動される。アーム駆動用モータ１１２にはＰＩＤコントローラ１１１が接続されており、アーム駆動用モータ１１２の駆動軸に取り付けられるエンコーダ１２３からの信号によってフィードバック制御される。アーム駆動用モータ１１２のフィードバック制御は、後述する２自由度のＰＩＤアルゴリズムを用いるＰＩＤ制御である。なお、アーム駆動用モータ１１２のフィードバック制御に用いるＰＩＤ制御のアルゴリズムは、２自由度のＰＩＤアルゴリズムに限定されるものではない。
【００５５】
実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システム（制御システムという）１００は、フィードフォワード（ＦＦ）／フィードバック（ＦＢ）制御装置（ＦＦ／ＦＢ制御装置という）１０１と、ＰＩＤコントローラ１０２と、知識データベース１０３とを含んで構成される。また、（制御システムという１００には、ダンボールシートの製造装置１の総合的な制御を司る統括制御装置１２４が設けられている。統括制御装置１２４には、ダンボールシートの製造装置１を制御するために必要な情報を取得するためのセンサ類１２５が接続されている。統括制御装置１２４は、知識データベース１０３に接続されており、センサ類１２５から取得した段ボールシート製造装置１の状態に関する情報や、統括制御装置１２４の段ボールシート製造装置１に対する制御データ等が入力され、知識データベース１０３逐次更新する。また、統括制御装置１２４は、知識データベース内に格納されているデータに基づき、段ボールシート製造装置１を制御する。
【００５６】
ここで、知識データベースとは、製造された段ボールシートの評価情報と、段ボールシートの製造時におけるシート（原紙や片面段ボールシート）の温度又は水分量に関する情報と、段ボールシートの製造時における段ボールシートの製造に関する情報とを関連付けて蓄積したものである。すなわち、本実施形態における知識データベースとは、段ボールシートの製造、流通過程における、過去の記録が蓄積されている。そして、将来の製造計画を策定する際に、過去同様の製造、及び流通過程の記録や、同じ顧客との製品の記録を参照すると、リスクの洗い出しがやりやすくなったり、計画の精度が高くなったりするという利点がある。知識データベースを有効に活用することにより、より円滑な製造、販売、在庫管理の運営が可能になる。知識データベースには、オペレータの経験や勘により得られた情報が入力されるので、これが段ボール製造装置１の制御に反映される。
【００５７】
本実施形態に係るダンボールシートの製造装置１は、制御システム１００によって段ボールシートや段ボール原紙の温度（水分量）が制御される。この制御システム１００においては、いわゆるアドバンストＦＦ／ＦＢ制御が用いられており、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１により前記アドバンストＦＦ／ＦＢ制御が実行され、段ボールシートや段ボール原紙の温度（水分量）が適切な値に制御される。その結果、段ボール原紙同士の接着不良等が抑制され、製造された段ボールシートの反りや接着不良を高精度に抑制し、品質の高いダンボールシートを製造することができる。
【００５８】
フィードバック制御に用いるＰＩＤコントローラ１０２は、表ライナ用プレヒータ１１６によって加熱した後のシートＳの温度（出口シート温度という）をフィードバック信号として用いる。出口シート温度は、出口温度センサ１１９で測定される。また、ＰＩＤコントローラ１０２には、フィードバック制御目標値（ＳＶ）として、出口シート温度目標値が入力される。ＰＩＤコントローラ１１１の出力は、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１の第１掛算器１１７に入力される。そして、出口シート温度が、出口シート温度目標値となるように、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１がアーム駆動用モータ１１２を制御する。
【００５９】
外乱としては、表ライナ用プレヒータ１１６によって加熱する前のシートＳの温度（入口シート温度という）が入力される。入口シート温度は入口温度センサ１２０により測定される。入口シート温度は、出口シート温度目標値と合流して、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１の第１掛算器１１７に入力される。また、第２掛算器１１８には、ＦＦゲインも入力される。第２掛算器１１８からの出力は、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１中の分離型ＦＦ／ＦＢ制御部１０４における動特性補償要素１０７と、静特性補償要素１０８とに入力される。
【００６０】
ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１中のゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御部１０６には、シートＳの熱（水分）収支演算結果が入力される。シートＳの熱（水分）収支は、紙幅、坪量、速度に基づいて求められるシートＳの流量（測定値）、比熱、熱伝導率等に基づいて求められるシートＳの熱（水分）効率（測定値）をパラメータとして演算される。このように、シートＳの熱（水分）収支は、シートＳの製造中における値となる。
【００６１】
本実施形態に係る制御システム１００では、フィードバック制御に用いるＰＩＤコントローラ１０２に、２自由度のＰＩＤアルゴリズムを用いる。２自由度のＰＩＤ制御は、外乱を抑制する特性を最適に維持したまま、目標値変更に対する追従特性を最適化することができる。これにより、温度（あるいはシートＳの水分量）制御性が改善される、調整が容易になる、制御の安定性が向上するという利点が得られる。２自由度のＰＩＤ制御は、例えば、１自由度のＰＩＤ制御である測定値微分先行型ＰＩＤ制御の目標値に、目標値フィルタを付加することにより実現できる。本実施形態においては、ＰＩＤコントローラ１１１に目標値フィルタとして差分要素Ｄを設け、差分要素Ｄによる逆補償によって２自由度のＰＩＤ制御を実現する。
【００６２】
本実施形態においては、ＰＩＤコントローラ１１１のＰＩＤパラメータ値を外乱抑制特性が最適となるようにしておき、目標値フィルタのパラメータを調整し、目標値追従特性が最適になるように構成するとともに、ＰＩＤパラメータと目標値フィルタのパラメータとを独立して調整できるようにしてある。２自由度ＰＩＤ制御には、Ｐ動作のみ、ＰＤ動作のみ、ＰＩＤのすべてを２自由度化する部分２自由度ＰＩＤ制御から、完全２自由度ＰＩＤ制御までの段階がある。
【００６３】
本実施形態に係る制御システム１００が備えるＦＦ／ＦＢ制御装置１０１は、分離型ＦＦ／ＦＢ制御、ゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御、及び選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢの３種類のＦＦ／ＦＢ制御を用い、条件に応じてこれらを使い分ける。選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢは、分離型ＦＦ／ＦＢ制御とゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御とを統括し、ＦＦ制御とＦＢ制御とを最適に切り替えて、制御性能の最適化を図るものである。本実施形態において、ＦＦ制御とＦＢ制御との切り替えは、知識データベース１０３に蓄積された、段ボールシート製造装置１の運転条件や段ボールシートの製造条件に応じた制御パラメータに基づいて実行される。
【００６４】
分離型ＦＦ／ＦＢ制御とは、ＦＦ制御モデルの静特性補償分と動特性補償分との関係を加法結合にして、静特性補分は速度形信号とし、また、動特性補償分は位置形信号として、ＦＢ制御と組み合わせたものである。プロセス及び外乱の伝達関数を一次近似した場合、式（１）のようになる。ここで、Ｋ＝Ｋｄ／Ｋｐ、Ｋｄは外乱ゲイン、Ｋｐはプロセスゲイン、Ｔｐはプロセス時定数、Ｔｄは外乱時定数である。また、式（１）のＫが静特性補償分であり、δ×｛（１＋Ｔｐ）／（１＋Ｔｄ）−１｝が動特性補償分である。
Ｆ（ｓ）＝Ｋ×［１＋δ×｛（１＋Ｔｐ）／（１＋Ｔｄ）−１｝］・・・（１）
【００６５】
式（１）の動特性補償分は、定常状態では０になるので、非線形要素δを自由に修飾しても、静的定量性に影響はない。分離型ＦＦ／ＦＢ制御は、制御上のニーズやプロセスの制約条件に合わせて、「不感帯」、「上下制限値」、「方向性」等を持たせることができ、ＦＦ制御の効果を最大限に生かすように、限界を調整できる。その結果、本実施形態に係る制御システム１００では、段ボールシートの流量による影響の抑制、段ボールシートの温度による影響を抑制、パラメータの調整及び限界の調整が容易になるという利点が得られる。分離型ＦＦ／ＦＢ制御機能は、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１の分離型ＦＦ／ＦＢ制御部１０４で実現される。
【００６６】
ゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御とは、上記分離型ＦＦ／ＦＢ制御に、外乱の大きさに比例してＦＢ制御ゲインを変更する機能を付加することにより、負荷の大きさに対応してプロセスゲインが変化するようなプロセスに好適なＦＦ／ＦＢ制御である。ゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御は、段ボールシートの原紙の流量変化及び温度変化による影響を抑制でき、さらに、スケジューリング機能と段ボールシートの加熱量及び段ボールシートの速度の中における操作特性補正機能によって、プロセス全体の特性を線形化し、広範囲の段ボールシートの流量変化に対して、制御性の低下やハンチングを抑制できる。これによって、負荷に対して非常に強い制御系が実現できる。ゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御は、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１のゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御部１０６の、ゲイン調整要素１１０で実現される。ゲイン調整要素１１０は、ゲインスケジューリング機能を有する。
【００６７】
選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御とは、基本的には分離型ＦＦ／ＦＢ制御を用い、ＦＦ制御とＦＢ制御とを常時組み合わせることはせず、ＦＦ制御の動特性補償成分が一定値以上の場合には、ＦＢ制御を停止、あるいはＰ制御のみとする選択組み合わせ制御である。このように、選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御は、過渡時にはＦＦ制御が主役で、定常時にはＦＦ制御＋ＦＢ制御として、ＦＦ制御をＦＢ制御が補完するように構成される。
【００６８】
これによって、選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御は、動特性補償分が所定値を超える間、すなわち、動的補償を実行している過渡状態では、ＦＢ制御をロック（ＦＢ出力をホールド）するように全体を選択組み合わせとし、ＦＦ制御とＦＢ制御とを最適に切り替えることによって、制御性能の最適化を図ることができる。選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御は、外乱の性質が製造量を計画的に変更したり、負荷が所定値から所定値へ変わったりするようなランダムでないもの、すなわち「非ランダム」で、かつ無駄時間や時定数の大きいプロセスに対して有効な制御である。
【００６９】
選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御は、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１の選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御部１０５によって実現される。制御切替手段として機能する選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御部１０５は、判別要素１０９及びＦＦ／ＦＢ切替装置１２２を備えている。本実施形態において、判別要素１０９は、知識データベース１０３からの情報に基づいて、ＦＦ制御とＦＢ制御との切り替えを実行する。
【００７０】
本実施形態に係る制御システム１００では、客先、製品、運転パターンで最適に運転できた過去の運転実績を、製品情報や、時系列の運転情報として知識データベース１０３に格納しておき、段ボールシートの製造開始前に基本となる最適な運転情報を知識データベース１０３から選択し製造を開始する。その後、フィールドバスで収集されてくる制御部毎の運転情報を統括制御装置１２４で状態判別させながら学習し、知識データベース１０３にその結果をフィードバックして格納する。格納された結果により知識データベース１０３で作られた制御モデルにより、各制御部の現在の状態を見て状態予測をしながら各フィードバック、フィードフォワード制御を切り替え、パラメータを時々刻々微調整していくとともに最適な運転実績として更新していく。また、オペレータの介入等があってもその経験操作を優先的に学習させ、運転実績を再計算しデータベース１０３を更新していく。
【００７１】
本実施形態に係る制御システム１００では、知識データベース１０３からの情報に基づき、ＦＦ／ＦＢ制御の動的補償分と静的補償分との補償分の判別を行い、その結果に基づきＦＦ制御とＦＢ制御とを切り替える。これによって、外乱の影響を抑制して、目標値に対する追従性が向上するので、段ボールシートの品質を精度よく制御できる。段ボールシートの製造においては、紙を取り扱うという性質上、段ボールシート製造装置１の運転条件に対して製造される段ボールシートの品質を予測することは難しい。また、同じ紙種であっても、製造時によってシートの温度や水分は異なるので、マトリックス制御や単なるＦＦ／ＦＢ制御では、目標値に対する追従性を向上させることは難しかった。さらに、これまでのマトリックス制御では、オペレータの勘と経験とに頼っていたので、オペレータが変更されると製造される段ボールシートの品質に違いが発生するおそれもあった。
【００７２】
本実施形態に係る制御システム１００では、オペレータの勘と経験とを関連付けて知識データベース１０３を作成することにより、オペレータの勘と経験を段ボールシート製造装置１の制御に反映させることができる。その結果、段ボールシートの品質を精度よく制御して、反りや接着不良を抑制した高品質の段ボールシートを製造することができる。
【００７３】
また、知識データベース１０３を用いることにより、さらに次のような利点が得られる。従来用いられていたマトリックス制御では、制御に用いるデータの履歴から大域的なモデルを作成するが、非線形性等があると、部分的にマッチングしない領域が出てくる。これに対し、知識データベースを用いると、部分的な線形モデルを多く作成するため、たとえ非線形性が存在しても、簡単な線形モデルでの高精度な予測が可能になる。また、オペレータのノウハウ、知識がすべて知識データベースに格納されているため、データの欠落、紛失等を最小限に抑えることができ、安全性が向上する。さらに、制御により目標値と実際の値とが一致しない場合でも、再度データを与えればそのままの形で再学習して制御が可能になる。次に、本実施形態に係る制御システム１００によって段ボールシートを製造する手順を説明する
【００７４】
図８は、実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムによる段ボールシートの製造手順例を示すフローチャートである。図９は、完成した両面段ボールシートの反りを評価する手法を示す説明図である。図１０は、実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムにおける運転中の表示画面の一例を示す説明図である。図１１は、実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムにおける調整画面の一例を示す説明図である。
【００７５】
まず、統括制御装置１２４に、運転条件を入力する（ステップＳ１０１）。運転条件は、片面段ボールシートの種類、紙種、坪量、紙幅、寸法、仕上がり枚数、計画長、目標運転速度等であり、製造計画に基づいて与えられる。次に、統括制御装置１２４が環境条件を取得し（ステップＳ１０２）、知識データベース１０３へ与える。そして、統括制御装置１２４は、運転条件、環境条件から、出口シート温度や水分量、あるいは糊付け量の目標値、及び運転パラメータを算出する（ステップＳ１０３）。出口シート温度や水分量の目標値、及び運転パラメータは、知識データベースに蓄積されたこれまでの情報から、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２で与えられた前記運転条件及び前記環境条件に対応する値が選択される。
【００７６】
出口シート温度等の目標値、及び運転パラメータが算出されたら、その目標値及び運転パラメータで、段ボールシート製造装置１の運転を開始し（ステップＳ１０４）、段ボールシートの製造を開始する。制御システム１００は、段ボールシート製造装置１が備える制御対象（原紙や段ボールシートの温度、水分量、張力、加熱量、水分付与、運転速度）を、ステップＳ１０３で算出された目標値及び運転パラメータで制御する。
【００７７】
製造された段ボールシートは、反りの状態が評価されて、その結果が知識データベース１０３へ入力され、蓄積される（ステップＳ１０５、ステップＳ１０６）。図９に示すように、完成した両面段ボールシートＤＤ＿Ｓに反りが発生すると、両面段ボールシートＤＤ＿Ｓは円弧状になる。段ボールシート製造装置１におけるシートＳの進行方向をＭＤ方向とし、ＭＤ方向と直交する方向をＣＤ方向とする。
【００７８】
両面段ボールシートＤＤ＿Ｓに反りが発生した場合における垂直方向（段ボールシートの面と直交する方向）の変位をｈ、両面段ボールシートＤＤ＿ＳのＭＤ方向における長さをＬ＿ＭＤ、ＣＤ方向における長さをＬ＿ＣＤとする。両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの反りはＷＦ（ワープファクタ）で評価する。ＷＰは、Ｌ＿ＭＤ＝Ｌ＿ＣＤ〜１ｍの段ボールシートにおいて、垂直方向の変位ｈが１７ｍｍの場合に０．２５と定義する。そして、ＷＰ≦０．２５であれば、両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの反りに起因する不具合（例えば製造装置１での反転作業における搬送不良、段ボール箱の製造装置における両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの搬送不良）が発生しないと判断される。
【００７９】
両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの反りを作業者が評価する場合、マニュアル入力により評価データが知識データベース１０３へ入力される。また、本実施形態に係る段ボールシート製造装置１では、両面段ボールシート格納手段１６に積まれた両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの状態を撮像手段であるカメラ１７で撮影し、撮影した画像を画像処理／評価装置１８によって解析して両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの反りを評価する。そして、その評価結果が知識データベース１０３へ入力される。このように、カメラ１７によって撮影した、製造後における両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの状態に基づいて両面段ボールシートＤＤ＿Ｓの反りを評価すれば、評価、知識データベースの更新を自動化することができる。
【００８０】
図１０に示すように、段ボールシート製造装置１の運転中には、段ボールシート製造装置１の各部分における段ボールシート原紙や段ボールシートの状態を監視するカメラ（撮像手段）が設けられている（図１には、積み上げたシートの部分を監視するカメラ１７のみを示してある）。そして、段ボールシート製造装置１の運転中、各カメラで撮像した段ボール原紙や段ボールシートの状態が画像表示手段１９の画像表示部１９ａに表示される。この例では、各カメラで撮像した映像が、５箇所表示されている（画像Ｖ１〜画像Ｖ５）。
【００８１】
また、制御状態表示部１９ｂには、各カメラで撮像した部分における段ボール原紙の温度や段ボールシートの温度等の制御状態を表示できる。さらに、拡大表示部１９ｃにおいては、選択した箇所における段ボール原紙の温度や段ボールシートの温度等の制御状態を拡大することもできる。このように、本実施形態においては、段ボール原紙や段ボールシートの状態や制御状態をリアルタイムで監視できるので、不具合が発生した場合には迅速に対応できる。その結果、不良率を低下させることができる。
【００８２】
段ボールシート製造装置１の運転中に、製造された段ボールシートに許容値を超える反りが発生したり、段ボール原紙や段ボールシートの温度が目標値から大きく外れたりした場合、段ボールシート製造装置１の運転パラメータを調整する。図１１に示すように、運転パラメータを調整する際には、画像表示手段１９の画像表示部１９ａに各カメラで撮像した段ボール原紙や段ボールシートの状態が画像表示手段１９の画像表示部１９ａに表示される。これによって、段ボール原紙や段ボールシートの実際の状態を監視しながら、運転パラメータを調整できる。
【００８３】
運転パラメータを調整する際には、例えば、選択した箇所における運転パラメータを調整できる。図１１に示す例では、選択された箇所は、シングルフェーサ（ＳＦ）４の出口である。調整対象箇所表示部１９ｄに調整対象が表示され、拡大表示部１９ｅには、調整対象箇所における制御状態が表示される。ここでは、制御目標値ＳＶ、制御値ＰＶ、及び操作量ＭＶが表示されている。
【００８４】
調整方法表示部１９ｆには、現在の調整モードが表示される。この例においては、２自由度ＰＩＤ制御の制御パラメータをチューニングする際の調整モードが表示されており、ＡＴはオートチューニング、ＳＴはセルフチューニング、ＯＴはオペレータチューニングである。調整対象パラメータ表示部１９ｇには、現在調整している運転パラメータが表示される。この例では、ＦＦ／ＦＢ制御装置１０１の運転パラメータが調整される。ここで、ＦＦ１はゲイン調整、ＦＦ２は偏差調整、ＦＦ３は外乱調整、ＦＢは２自由度ＰＩＤ制御調整、ＦＦ／ＦＢはＦＦ／ＦＢ統合制御調整である。
【００８５】
調整情報表示部１９ｈには、運転パラメータの調整時におけるオペレータの調整メモが表示される。これは、運転パラメータの調整時に、オペレータの気付いた点が入力され、知識データベース１０３へ蓄積される。例えば、調整日時、運転条件、環境条件、調整状態、調整方法等が入力される。また、調整時における段ボール原紙や段ボールシートの状態を画像として保存することができる。調整対象箇所における段ボール原紙や段ボールシートの状態の画像は、カメラで取得され、調整情報表示部１９ｈ中の保存対象画像表示部１９ｉに表示される。これにより、保存する画像を確認することができる。
【００８６】
本実施形態に係る制御システム１００では、知識データベース１０３を用いてＦＦ／ＦＢ制御を切り替えて各制御対象を制御する。知識データベース１０３は、部分的な線形モデルを多く作成するため、たとえ非線形性が存在しても、簡単な線形モデルでの高精度な予測が可能になる。また、オペレータのノウハウ、知識がすべて知識データベース１０３に格納されているため、データの欠落、紛失等を最小限に抑えることができ、安全性が向上する。
【００８７】
さらに、制御により目標値と実際の値とが一致しない場合でも、再度データを与えればそのままの形で再学習して制御が可能になる。これによって、本実施形態に係る制御システム１００によって製造された段ボールシートは、段ボール原紙同士の接着不良等が抑制され、製造された段ボールシートの反りや接着不良が抑制されるので、品質が向上する。また、知識データベースを利用することにより、自動制御化が容易になるとともに、オペレータによる調整作業が低減できるので、人件費削減、オペレータの訓練が低減できるという利点がある。なお、実施形態１で開示した構成は、以下の実施形態においても適用できる。また、実施形態１で開示した構成と同様の構成を備えるものは、実施形態１の作用、効果と同様の作用、効果を奏する。
【００８８】
（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１と同様の構成であるが、上位制御装置と下位制御装置とを備え、上位制御装置で製造状態の情報、環境状態の情報、段ボールシート製造装置の状態情報を参照し、かつ知識データベースに基づき制御モデル（数式モデルであり、例えばＦＦモデル）を予測する。そして、下位制御装置では、ヒータ等によって加熱されたシートのシート出口温度（水分）を基に調整された２自由度ＰＩＤ制御の制御パラメータ制御パラメータを参照し、また、知識データベースに基づいてＦＦ／ＦＢ制御のゲインを修正し、これをＦＢ信号としてＦＦ／ＦＢ制御装置へ入力する点に特徴がある。
【００８９】
図１２は、実施形態２に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。この制御システム１００ａは、上位制御装置ＧＯと、下位制御装置ＬＯとを含み、両者は通信回線により接続されて、互いに情報をやり取りできるように構成される。下位制御装置ＬＯは、フィードフォワード（ＦＦ）／フィードバック（ＦＢ）制御装置（ＦＦ／ＦＢ制御装置という）１０１と、ＰＩＤコントローラ１０２とを含んで構成される。上位制御装置ＧＯは、モデル予測制御部１３０と、知識データベース１０３とを含んでおり、両者は通信回線で接続されて、互いに情報をやり取りできるように構成される。
【００９０】
本実施形態において、下位制御装置ＬＯは、シートのシート出口温度（水分）を基に調整された２自由度ＰＩＤ制御の制御パラメータを参照し、また、知識データベース１０３に基づいてＦＦ／ＦＢ制御のゲインを修正し、これをＦＢ信号としてＦＦ／ＦＢ制御装置１０１へ入力する。これによって、段ボールシート製造装置１（図１参照）の運転中に、シートのシート出口温度をＦＦ／ＦＢ制御する。
【００９１】
上位制御装置ＧＯは、段ボールシートの製造状態の情報、センサ類１２５で検出される段ボールシートの製造時における環境状態の情報、センサ類１２５や制御指令値から求められる段ボールシート製造装置１（図１参照）の状態情報を参照し、かつモデル予測制御部１３０が知識データベース１０３に基づき制御モデルを予測する。制御モデルは数式モデルであり、段ボールシート製造装置１上におけるシートの温度、水分を最適値とした予測モデルである。この制御モデルは、知識データベース１０３に蓄積されたデータを分析して予め作成しておく。
【００９２】
このように、モデル予測制御を実行するモデル予測制御部１３０の扱う膨大な入出力データを上位制御装置ＧＯで監視、操作することができる。これによって、モデル予測制御部１３０の扱う入出力データを上位制御装置ＧＯで一元的に統括管理できるため、制御系をシンプルにすることができ、また、制御の高速化、高精度化を図ることができる。
【００９３】
また、従来用いられていたマトリックス制御では、制御に用いるデータの履歴から大域的な制御モデルを作成するが、非線形性等があると、部分的にマッチングしない領域が出てくる。これに対し、本実施形態に係る制御システム１００ａのように、知識データベース１０３を用いて制御モデルを作成すると、部分的な線形モデルを多く作成するため、たとえ非線形性が存在しても、簡単な線形モデルでの高精度な予測が可能になる。さらに、上位制御装置ＧＯと下位制御装置ＬＯとを配置するといった階層構造とすることにより、相関関係を有するプロセス全体を統括して監視、操作することができる。これによって、煩雑な操作が解消された最適な操作環境を提供することができる。
【００９４】
（変形例）
図１３は、実施形態２の変形例に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。この変形例に係る制御システム１００ｂは、実施形態２に係る制御システム１００（図１２参照）とほぼ同様であるが、知識データベース１０３（図１２）の代わりにニューラルネットワーク１３１及びフィールドバスを用いる点が異なる。他の構成は、実施形態２に係る制御システム１００ａと同様なので、説明を省略する。この変形例において、ニューラルネットワーク１３１は階層型ニューラルネットワークを用いる。運転開始前においては、将来運転される製品情報により基本となる最適な運転情報を選択し運転を開始する。その後、フィールドバスで収集されてくる制御部毎の運転情報を各ニューラルネットワークで状態判別させながら学習し、モデル予測制御部１３０にその結果をフィードバックする。そして、格納された結果によりモデル予測制御部１３０で作られた制御モデルにより制御部の現在の状態を見て状態予測させながら、各フィードバック、フィードフォワード制御を切り替え、パラメータを時々刻々微調整していくとともに最適な運転実績として更新していく。また、オペレータの介入等があってもその経験操作を優先的に学習させ、運転実績を再計算していく。このように、この変形例に係る制御システム１００ｂは、ニューラルネットワーク１３１を用いるので、知識データベース１０３のように大量のデータベースを作成し、保持する必要がないという利点が得られる。
【００９５】
なお、実施形態２及びその変形例に係る制御システム１００ａ、１００ｂにおいて、知識データベース１０３やニューラルネットワーク１３１を備えなくてもよい。この場合、モデル予測制御を実行するモデル予測制御部１３０の扱う膨大な入出力データを上位制御装置ＧＯで監視、操作することができるので、モデル予測制御部１３０の扱う入出力データを上位制御装置ＧＯで一元的に統括管理できる。その結果、制御系をシンプルにすることができ、また、制御の高速化、高精度化を図ることができる。また、実施形態２及びその変形例で開示した構成は、以下の実施形態においても適用できる。そして、実施形態２及びその変形例で開示した構成と同様の構成を備えるものは、実施形態２及びその変形例の作用、効果と同様の作用、効果を奏する。
【００９６】
（実施形態３）
図１４は、実施形態３に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。実施形態３は、実施形態２と同様の構成であるが、上位制御装置と下位制御装置とを備え、上位制御装置で製造状態の情報、環境状態の情報、段ボールシート製造装置の状態情報を取得し、マトリックス制御か、実施形態１で説明したＦＦ／ＦＢ制御かを切り替える点が異なる。他の構成は実施形態２と同様なので、説明を省略する。ここで、マトリックス制御とは、速度、紙幅、紙種に応じて設定した加熱ロールの巻き付け角等の運転パターンを記述したマトリックス表にしたがって、段ボールシート製造装置１の制御パラメータを変更する制御である。
【００９７】
この制御システム１００ｄは、上位制御装置ＧＯと下位制御装置ＬＯとを配置するといった階層構造とすることにより、相関関係を有するプロセス全体を統括して監視、操作することができる。これによって、煩雑な操作が解消された最適な操作環境を提供することができる。また、実施形態１で説明したＦＦ／ＦＢ制御とマトリックス制御とに制御方法を切り替えることができるので、段ボールシートの製造状態、環境状態、段ボールシート製造装置１（図１）の運転状態に応じて最適な制御が可能になる。なお、実施形態３で開示した構成と同様の構成を備えるものは、実施形態３の作用、効果と同様の作用、効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明に係る段ボールシート製造装置の制御システムは、段ボールシートの製造に有用であり、特に、製造された段ボールシートの反り、接着不良を高精度に抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御装置によって制御される段ボールシート製造装置の構成を示す全体図である。
【図２】シングルフェーサの構成例を示す説明図である。
【図３】シングルフェーサの構成例を示す説明図である。
【図４】グルーマシン前プレヒータ群の一例を示す説明図である。
【図５】グルーマシンの構成を示す説明図である。
【図６】ダブルフェーサの構成を示す説明図である。
【図７】実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。
【図８】実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムによる段ボールシートの製造手順例を示すフローチャートである。
【図９】完成した両面段ボールシートの反りを評価する手法を示す説明図である。
【図１０】実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムにおける運転中の表示画面の一例を示す説明図である。
【図１１】実施形態１に係る段ボールシート製造装置の制御システムにおける調整画面の一例を示す説明図である。
【図１２】実施形態２に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。
【図１３】実施形態２の変形例に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。
【図１４】実施形態３に係る段ボールシート製造装置の制御システムによるシートの温度制御例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  段ボールシート製造装置
２  裏ライナ用ミルロールスタンド
３  裏ライナ用プレヒータ
４、４ａ  シングルフェーサ
５  中芯用プレヒータ
６  中芯用ミルロールスタンド
７  表ライナ用ミルロールスタンド
８  グルーマシン前プレヒータ群
９  シャワー装置
１０  グルーマシン
１１  加圧装置
１１Ｒ  加圧ロール
１２  加熱板
１３  ダブルフェーサ
１４  ロータリーシャー
１５  カットオフ
１６  両面段ボールシート格納手段
１７  カメラ
１８  画像処理／評価装置
１９  画像表示手段
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｄ  段ボールシート製造装置の制御システム
１０１  ＦＦ／ＦＢ制御装置
１０２  ＰＩＤコントローラ
１０３  知識データベース
１０４  分離型ＦＦ／ＦＢ制御部
１０５  選択組み合わせ型ＦＦ／ＦＢ制御部
１０６  ゲインスケジューリング型ＦＦ／ＦＢ制御部
１０７  動特性補償要素
１０８  静特性補償要素
１０９  判別要素
１１０  ゲイン調整要素
１１１  ＰＩＤコントローラ
１１２  アーム駆動用モータ
１１３  アーム
１１４、１１５  ガイドロール
１１６  表ライナ用プレヒータ
１１９  出口温度センサ
１２０  入口温度センサ
１２２  ＦＦ／ＦＢ切替装置
１２３  エンコーダ
１２４  統括制御装置
１２５  センサ類
１３０  モデル予測制御部
１３１  ニューラルネットワーク
Ｄ  差分要素
ＧＯ  上位制御装置
ＬＯ  下位制御装置
Ｓ  シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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