紙、板紙、ティッシュ機械の品質管理システム

品質管理システム（QCS）とは、抄紙機で紙を製造する際に使用される、移動するシート工程における品質をオンラインで測定・制御するシステムを指します。一般的に、制御システムは、単一次元における1つまたは複数の特性の測定と制御を時間的に考慮します。QCSは、移動するシートの材料特性を機械方向（MD）と機械幅方向（CD）の2次元で連続的に測定・制御するように設計されています。最終的な目標は、良好で均質な品質を維持し、ユーザーの経済目標を満たすことです。基本的な品質測定システムには、通常、坪量と水分プロファイルの測定に加えて、紙ウェブの平均坪量とこれらの変数に関連する水分制御が含まれます。キャリパーも基本的な測定項目の1つです。^[1]

その他の一般的に使用される連続測定には、灰分含有量、色、明るさ、滑らかさ、光沢、塗膜重量、地合、多孔性、繊維配向、表面特性（地形）などがあります。^[2]

QCSは、製紙機械、板紙機械、ティッシュマシン、パルプ乾燥機、その他のプラスチックまたは金属フィルムプロセス で使用されます。

最新のシステムでは、QCS アプリケーションを分散制御システムに組み込むことができます。

センサープラットフォーム

紙品質を測定するセンサー（オンラインメーター）は、スキャナービームによってウェブ上を移動するセンサープラットフォームに取り付けられています。センサープラットフォームの標準的な横断時間は10～30秒（ウェブ長8m、速度60cm/秒）です。センサープラットフォームは紙ウェブをスキャンし、紙の特性を端から端まで連続的に測定します。また、ウェブ上の特定の固定点に誘導して停止させることで、一点における機械方向（MD）の変動を測定することもできます。

スキャナービーム

QCSスキャナービームは、QCSシステムの重要な構成要素です。幅広の機械と正確なプロファイル計算には、ビームの安定性と機械動作の精度が不可欠です。要求が厳しく変化する条件下でも高い精度が求められるため、高感度センサーはしっかりと固定する必要があります。最も重要な目標は、MD方向とCD方向において、上部測定プラットフォームと下部測定プラットフォームの相互距離に対する正確な位置を維持することです。これは、堅牢な構造、温度などの環境要因の低減、そして測定プラットフォームのバックラッシュを最小限に抑えた移動機構によって実現されています。

通常、スキャナービームには、すべてのケーブル、空気、冷却液、保護ガスの配管も含まれます。スキャナービームのベースには、垂直方向の振動を減衰する部品が含まれています。

測定対象となる変数

基本的な品質測定システムには、通常、坪量と水分プロファイルの測定に加え、紙ウェブの平均坪量とこれらの変数に関連する水分管理が含まれます。キャリパーも基本的な測定項目の一つです。^[3]

その他の一般的に使用される連続測定には、灰分含有量、色、明るさ、滑らかさ、光沢、塗膜重量、地層、多孔性、繊維配向、表面特性（地形）などがあります。

測定プロセス

オンラインセンサーは、ウェブ全体をスキャンするためにスキャナービーム上に設置されます。新しいシステムにおけるウェブの標準的な横断時間は 10～30 秒（ウェブ 8m、60cm/秒）です。ウェブ速度が 1200m/分でウェブ幅が 8.5m の場合、スキャン中にウェブは 280m 移動し、センサーはウェブの対角線上に同じ距離を移動します。測定は対角線上で行われ、プロファイル（機械方向および横方向）と変動の計算の基礎となります。この値は、機械速度に応じて積分されます。測定信号のサンプリング周波数が 2000/秒のサイズ範囲にある場合、最小の測定要素は横方向で約 0.2cm です。測定データは、測定結果から小規模な地層変動を除去するために積分されます。

測定値は平均化され、各センサーは1つのデータボックス（通常、ウェブ幅5mmから1cm）ごとに1つの測定値を取得します。例えば、1メートル幅のウェブの場合、100～200個の測定値が取得されます。1回のスキャン（プロファイルポイント）から得られたこれらの測定値は「生プロファイル」と呼ばれます。最新の品質管理システムでは、これらのデータボックスの幅を変更でき、数千のプロファイルデータボックスを使用して正確なプロファイルを作成できます。

通常、センサーの出力は、瞬間値、プロファイル平均値、および完全なプロファイルです。

センサー要件

理想的な抄紙機オンラインセンサーの要件は次のとおりです。測定中にセンサーが自然定数に較正されること。センサーと関連電子機器に障害診断機能が含まれること。大きな周波数成分の分析を損なうことなく、最初から信号のデジタル処理が可能であること。センサーシステムが生産を妨げないこと。測定はリアルタイムで実行され、遅延なく調整できること。測定は小さなサンプル値だけでなく、生産全体に関係すること。制御システムはこれら 3 つの偏差を別々に異なる方法で処理するため、機械方向と横方向の偏差と残差偏差を区別できなければなりません。初期のシステムでは、プロファイルをフィルタリングするために長期平均プロファイルを計算していました。複数の品質プロファイルを自動的に調整できるため、高解像度の適切なプロファイルデータを制御システムに迅速に取得することが重要です。これは、変更時、休憩後、グレード変更時に特に重要です。高度なシステムでは、プロファイルデータの計算にアルゴリズムが使用されます。

参照

• 分散制御システム
• プログラマブルロジックコントローラ（PLC）
• 安全計装システム（SIS）
• 産業用制御システム

参考文献

1. プロセス制御部門品質管理システム教育共通利益団体（2012年）。製紙機械品質管理システム - 第1巻：測定システムと製品変動性。Tappi Organization。ISBN 978-1595101921。
2. Nuyan, Seyhan (1997).戦略的オートメーションによるインテリジェント製紙. Valmet Corporation. ISBN 951-95881-2-4。
3. プロセス制御部門品質管理システム教育共通利益団体（2012年）。製紙機械品質管理システム - 第1巻：測定システムと製品変動性。Tappi Organization。ISBN 978-1595101921。