CN1009910B - 用于控制按长度停止或按纸卷直径停止的卷纸机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一个控制系统自动控制卷纸机的减速并按预定的纸张长度或预定的纸卷直径使之停止。该系统采用驱动器减速的闭环控制并自动补偿断纸后切掉的纸层。

Description

本发明涉及的是卷纸机的控制器，更具体地说是关于在预定的纸卷长度或预定的纸卷直径条件下，控制卷纸机停止的方法。

造纸厂主顾通常购买加工完毕的按规格保证卷纸卷筒上纸的长度的纸卷或按规定直径卷绕的纸卷。工业上现有的办法是按预定的纸的长度，而不是按规定的纸卷直径控制卷纸机停止。此外，普通的按长度停止控制器并没有提供卷纸机减速的闭环控制，而是采用了双基准停止方式。卷纸机减速开始于某一设定的初始点，按驱动决定的速率进行，速度一直减至某一预定的低速度。然后，卷纸机以这一低速运转，直到第二即最终停止点。这种方法能够准确地控制纸张长度，但需要较长的停止时间。

ASEA卷纸卷筒调整系统（Rolltrimmer）就是上述关于按长度停止控制类型的一种系统。

Schommeier    U.S.4，438，889公布了一种利用在两个减速率之间切换驱动控制的方法控制停止长度的计算机系统：一个减速率略大于理想速率，而另一个减速率略小于理想速率。

因此，本发明的目的是提供一种控制卷纸机在规定的纸张长度或规定的纸卷直径的条件下自动、准确地停止的方法和装置。

本发明的第二个目的是使卷纸机的制动以规定的速率被精确控制。

本发明的第三个目的是以最短时间，既按规定的纸张长度，又按规定的纸卷直径，提供一种准确的停止控制;同时提供对在卷绕过程中断纸时切除的受损纸层的补偿。

本发明还有一个目的，就是不论在英制还是在公制的条件下，提 供一种用于按预定长度或预定直径自动卷纸的微处理机控制系统。

根据本发明，利用提供的微处理机控制系统，以上这些目的都可达到。该系统准确地控制卷纸卷筒上纸的卷绕，其中一些基本参数或称之为预定数据、测量数据，或操作输入。这些参数包括驱动的减速率，设定长度或直径，纸张厚度以及纸张速度。停止距离作为纸张速度的函数，被连续计算。一旦停止距离以及累计长度之和大于设定长度，驱动就开始减速。保持匀减速是重要的，因此停止距离的计算将仅仅取决于纸张速度，而不是卷纸卷筒的惯性。

驱动在两个减速率之间切换。减速率的理论值将是这两个减速率的算术平均值。计算机通知驱动开始减速，这个驱动就变换到高减速率。因此，计算的停止距离大于实际的停止距离。根据以后的计算，计算机发出信号，让驱动不要减速，于是驱动变换到低的减速率。在驱动慢下来的时候，这一过程不断地重复。所以，减速率取决于所谓的“开关式”（“bang-bang”）控制，其中控制回路一直在起作用，直到速度降为零。

对于大多数驱动系统，从计算机发出减速指令的瞬间到驱动装置开始减慢之时存在着一个时间滞后。需要有一个时间提前因数来补偿动作滞后。如果低速绕纸，对这种补偿的需要就更明显。

在按直径控制的方式中，利用停止距离与纸的厚度能计算出停止直径。利用长度增量与直径增量之间的关系来计算在断纸后切除的纸。在断纸的瞬间，当时的直径就存储下来，当卷绕重新开始时（在切除和拼接之后）就计算新的直径。计算机将根据这些数据自动调整累计的总尺码。

在按长度停止的方式中，计算机接受以下信号脉冲作为输入：从 一个支承卷筒测速仪（500PPr）、一个卷纸卷筒测速仪（1PPr）和三个状态标识来的信号脉冲;这三个状态标识来自一个可编程序的控制装置，例如Allen Bradley PLC-2可编程序的控制装置，即断纸、运行和退出标识。支承卷筒测速仪脉冲是由诸如Intel ISBC 80/24计算机的一个计数器φ（16位）来累计。有一个软件计数器（16位）连接在计数器φ，使计数存储能力达4，300×10⁶。

卷纸卷筒测速仪脉冲作为第一个中断信号输入到计算机（当计算机认可这一中断信号时，就计算从先前卷纸卷筒测速仪中断信号开始的支承卷筒脉冲增量）。因此，这一程序主要是计算支承卷筒测速仪频率与卷纸卷筒测速仪频率之间的比率。这一比率与已输入的支承卷筒直径一起提供了已卷起的，每卷一层纸就发生一次变更的卷纸的直径的信息。

通过控制台上的姆指旋转（thumbwheel）开关输入设定的总尺码或直径。支承卷筒直径也是通过装在副线路板上的二进制编码的十进制（BCD）开关输入。纸的厚度通过连接到纸卷结构计算机的一个键盘来输入，进而输送到按长度停止的计算机。纸的厚度是用来估算在断纸后切掉的等量纸层数。这些设定值只有在起始时才读出（在开始一卷新纸卷时）。

计算机输出已卷好的纸卷直径和累计的总尺码来控制安装在控制台上的发光二极管（LED）显示装置。其它输出包括一个减速标识、一个对可编程序控制器和驱动的停止标识和一个对用于计算密度的纸卷结构计算机的纸层计数标识。

在本发明一个用于闭环控制的具体实施例中，取样速率是半秒。取样速率时钟是Intel    ISBC    80/24计算机的一个计数器（计数 器1）。在递减计数时，它产生第二个中断信号，该信号调用一程序，该程序将累计支承卷筒测速仪计数变成上一次取样计数，然后从计数器5读出当时的累计支承卷筒测速仪计数。

从可编程序控制器来的断纸信号使支承卷筒测速仪脉冲计数停止，卷纸卷筒测速仪脉冲中断信号停止，从而冻结了显示器上的已卷好纸卷直径和累计总尺码。计算机还存储当时的纸卷直径并给出了一个内部断纸标识。

从可编程序控制器来的运行信号使支承卷筒测速仪计数，因此继续计算新的累计总尺码和已卷好的纸卷直径。

来自可编程序控制器的退出信号使按长度停止计算机初始化。显示的纸卷直径和总尺码将被复位。并读入下一卷的设定长度或直径和厚度。

本发明的其他目的、特征及优点，它的组织、结构及操作，通过以下结合附图的详细的描述将会得到最好的了解。

图1是用于按长度切断/按直径切断控制的控制板的正视图，它包括一长度和直径显示装置，长度编码器输入装置和中心卡盘传感器;

图2是根据本发明构成的一个控制系统的电路框图;

图3是说明图2所示电路的工作状况的流程图;

图4是修改一个现有的驱动控制器以达到“开关”操作的示意电路图;以及

图5是记录驱动速度以及减速率切换的图表。

图1和图2示出了一个控制板和一个系统框图。控制板10包含一组控制元件或显示器，包括纸张长度显示器14，纸卷直径显示器16，直径/长度选择开关18，长度置入开关12和中心卡盘传感 器（显示器）20，它也可以兼作一个运行开关之用。

图2所示的控制系统包括面板开关12和卷筒直径选择开关30，这两组开关都连接到直径/长度开关18。做为另一种选择，通过开关18的动作，在图1前面板上的面板开关12亦可起支承卷筒直径开关30的作用。

在图2左边，展示了一个可编程序的控制器22，例如上面提到的Allen-Bradley    PLC-2控制器，它提供三种信号，即退出、断纸和运行（EJECT，BHT.BRK.and    RUN.）。还展示了支承卷筒测速仪24和卷纸卷筒测速仪26。可编程序控制器22和测速仪24、26连接到和/或通过一个副线路板28连接到微型处理机34。这个副线路板包括一个具有输入端E和INH的禁止控制器32。退出信号直接通过副线路板28到微型计算机34的一个输入端RST，例如微机可以是上面提到的INTEL    ISBC    80/24计算机。断纸信号送到禁止控制器32的LNH输入端和微型计算机34的一个中断输入端INT4。禁止控制器32提供一个信号微型计算机34的计数器即计时器φ和提供一个中断信号给微型计算机34的输入端INT1。

微型计算机34提供上述输出，特别是到纸卷直径显示器16和到长度显示器14的输出以及到驱动控制器的输出，后者通过可编程序控制器22和测速仪24、26返回构成一个闭合回路。

图1和图2所示的系统和图4所示的线路，按照图3的流程图和附加的计算机程序如在前面本发明的概述中所述的那样进行工作。

更具体地，在初始化后，主程序不断地通过当前与上一次支承卷筒测速仪记数之间的差和既定取样速率来计算速度。预期停止距离通过速度与驱动减速率来计算。如果预期停止距离和累计总尺码的和大 于设定长度，则产生减速标识。从输出36收到此信号后，驱动器将切换到一个大于已设减速率的减速率，此切换将根据图4在下面说明。此切换使速度在以后某个取样时降得低于预定值。结果，新计算的停止距离将小于预期距离，减速标识被减弱，驱动将转回换到一个低于设定值的减速率。减速率将下降，停止距离的下一次计算将再一次产生减速标识。因此，减速“开关”控制能一直到零速度。由于驱动中第一次产生减速率标识时存在时间滞后，因此程序中编入了时间提前因数，以补偿此单时系统的“停滞时间”。

在按直径控制的配置中，预定停止直径是从停止距离中计算得来的。为了计算断纸之后可能切掉的纸层，利用纸厚、断纸前纸卷直径最后的值以及重新启动后新的直径，计算减少的总尺码。下面介绍各种运算公式，它们都基于下面的等式：

D＝V²/2a

其中D为距离，V为速度，a为减速率。

停止距离根据Fortran语言，可以按下式计算：

D＝（速度＊＊2）/2＊a

停止直径可以按下式计算：

D（NT）＝ $\{\frac{\mathrm{48C}}{\pi }-\frac{V^2{\mathrm{［(N-1)}}^T］}{\mathrm{2a}}{\mathrm{+D}}^2\mathrm{［(N-1)}{}^T\mathrm{］｝}{}^{\frac{1}{2}}$

其中V〔（N-1）T〕是从最后的取样计算得到的纸卷速度，单位为英尺/秒。

D〔（N-1）T〕是最后取样的纸卷直径，单位为英寸;

D（NT）是停止距离;

C是纸张厚度，单位为英寸;

a是减速率，单位为英尺/秒²

基于500PPγ支承卷筒测速仪速率，支承卷筒测速仪减少的数值可以通过以下关系式求得：

△CT＝500（D² _L-D² _I）/96C

其中△CT是支承卷筒测速仪记数减少值;

D_L是断纸前最后的直径;

D_I是断纸后新的直径。

支承卷筒测速仪的分辨率是1/500即0.2%。因此，层数分辨率极限是

(纸卷直径×0.2%)/(2C)

例如，30英寸纸卷，纸的厚度为0.002英寸，分辨误差是118英尺15层，总尺码误差是最末一层纸的0.2%。因此，对于一卷60英寸的纸卷来说，误差仅仅只有4英寸。

图4示出了对一个现有的驱动控制器的变型，其中现有的驱动控制器包括一个变阻器38，它连接到一个参考电压V上，并通过电阻40和具有反馈电容44的放大器42，产生一个参考速率。该电路在输出端52提供一个参考速度。为了改变减速率，如本电路那样，驱动通常采用模拟控制电路来调整馈送到参考速度积分器的电压。靠改变积分器的时间常数，减速率可以很容易地在两个速率之间进行切换。在该电路的变型中，这一功能通过以下的途径是很容易达到的，即通过继电器触点48和由微型计算机34的减速控制器36控制的继电器线圈50来使与电阻40并联的另一个电阻46接通或断开。

本系统是按照图5的图表来构成和工作的，该图展示了设定纸长 为4750英尺、停止长度为4755英尺的情况下的驱动速度和减速率切换。此运行是典型的。人们将会注意到从减速率指令发出到实际减速率开始时驱动的滞后时间大约为2.5秒。设定不同的纸张长度和卷纸机速度的一系列连续运行的结果说明如下：

卷纸机速度    设定长度    实际长度    误差

（英尺/分）    （英尺）    （英尺）    （英尺）

2000    5000    4994    -6

2000    5000    4995    -5

1500    3000    2990    -10

1500    3000    2993    -7

4000    6000    5995    -5

3000    6000    5994    -6

4000    6000    5999    -1

3000    6000    5997    -3

6000    6000    5995    -5

5000    6000    6000    0

4000    4000    4000    0

3500    4000    3990    -10

如上所述，系统是按照附带的程序和图3的流程图进行工作的。

尽管我们通过列举具体的实施例来说明我们的发明，但是对于本领域的技术人员，在不背离本发明的精神和范围内，许多对本发明的改动和变型是显而易见的。因此，我们打算将可以合理地、恰当地包括在我对该技术的贡献范围之内的所有改动和变型包括到本文所论证的专利之内。

Claims (5)

1、一种控制卷纸机运行的方法，该卷纸机具有一个卷纸卷筒、一个支承卷筒和一个卷纸机驱动器，此方法包括以下步骤：

储存说明将要卷绕的纸张长度的目标信息；

驱动卷纸机卷纸；

计算并存储纸卷和支承筒的转速，并据此计算纸卷的累计长度；

反复对支承卷筒转速数取样，并将当时取得支承卷筒转速数与上一次取样的数进行比较，以确定速度；

根据速度与驱动减速率计算预期停止距离；

将预期停止距离和累计长度之和与设定长度进行比较；

当预期停止距离与累计长度和大于设定长度时，按第一减速率运行卷纸机驱动；当上述和小于设定长度时，按较低的第二减速率运行。

2、根据权利要求1的方法，其中存储目标信息的步骤进一步规定为存储包括纸厚度在内的设定直径信息;预期停止直径按照下列关系式计算：

D（NT）＝ $\{\frac{\mathrm{48C}}{\pi }-\frac{V^2{\mathrm{［(N-1)}}^T］}{\mathrm{2a}}{\mathrm{+D}}^2\mathrm{［(N-1)}{}^T\mathrm{］｝}{}^{\frac{1}{2}}$

其中V[（N-1）T]是从最后一次取样计算得到的卷纸速度，单位为英尺/秒;

D[（N-1）T]是最后一次取样的纸卷直径，单位为英寸;

D（NT）是当时取样时的停止直径，单位为英寸;

C是纸张厚度，单位为英寸;

a是当前减速率。

3、根据权利要求2的方法，其中，当发生断纸、切除和连接时，下一步骤就是：按照下列关系式计算支承卷筒减少的转数记数

△CT＝n（D² _L-D² _I）/96C，

其中△CT是支承卷筒减少的转数记数;

n是每一转的支承卷筒记数;

D_L是断纸前最后的直径;

D_I是断纸后新的直径，

该方法进一步包括下述步骤：从累计长度中减去减少的长度CT，以补偿在切除时切掉的长度。

4、根据权利要求1的方法，其在首次使用第一减速率时即在驱动中出现一个时间滞后，权利要求1所述的方法进一步包括下述步骤：使用一个时间提前因数来提前第一减速率的首次使用，以补偿时间滞后。

5、一卷纸机控制器包括：

一可旋转的支承卷筒和一个用于产生第一测速仪脉冲的支承卷筒测速仪;

一可旋转的用于在其上卷纸的卷筒和一个用于产生第二测速仪脉冲的卷纸卷筒测速仪（24）;

上述支承卷筒和卷筒包括：一驱动电路（22），该电路可在第一减速率和较低的第二减速率之间进行切换;

用于存储代表设定卷纸长的目标信息的第一装置;

连接上述第一和第二测速仪（24，26）并用于计数和存储表示累计长度的各自测速仪脉冲的第二装置;其特征在于：

上述第二装置包括一计算机（34），连接上述第一装置和上述驱动电路;上述计算机与一积分器（4）连接，以从速度和驱动减速率来确定预期停止距离，该计算机在卷纸停止前或后考虑卷纸厚度和卷筒直径，并使得上述驱动电路在停止距离和累计长度之和大于目标长度时以第一减速率工作，在上述和小于目标长度时以第二减速率工作;上述积分器包括并联的电阻器，用作在两个不同的减速率之间进行切换的装置。

Images