JP2000086037A - リワインダ定尺制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 張力変動の要因を解消し、また、加速時間の
短縮により操業効率を向上させるリワインダ定尺制御装
置を提供する。 【解決手段】 ドラム負荷検出器２４からの負荷率Ｂに
より、加速度上限値演算回路２５で最大加速度αａｍを
決定し、速度基準演算回路１８はこれを用いて速度基準
を演算する。到達速度演算回路２６は、最大加速度αａ
ｍを用いて巻取速度設定値に近似し、然も加速度を補正
することなく速度基準を一定にさせるための到達速度Ｖ
ｓを演算し速度基準演算回路１８に与える。また、定尺
徐動速度演算回路２７は、減速開始検出時に、定尺制御
用の徐動速度ｖｏを演算し速度基準演算回路１８に与え
る。この構成により張力変動の要因を解消できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リワインダ定尺制
御装置に関し、特に、リワインダ設備の巻取装置の速度
基準の変動を押さえるようにしたリワインダ定尺制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から紙、フィルム等の帯状物の連続
加工処理ラインにおいては、材料の巻取りのためにリワ
インダ設備が用いられるが、一例として紙のリワインダ
設備の制御装置を図５に、また図６のドラム用電動機ド
ライブ装置に適用される速度制御回路を図６のブロック
図に示す。

【０００３】図５に示すように、巻戻しコイル２は巻戻
しコイル駆動用電動機３によって駆動される。この電動
機３は電動機ドライブ装置４によって制御される。第
１、第２の各ドラム６、７は巻取りコイル５を駆動すべ
くドラム駆動用電動機８、９によって回動される。電動
機ドライブ装置１０、１１はドラム駆動用電動機８、９
を駆動する。

【０００４】ドラム駆動用電動機８にはパルス発振器１
２が取り付けられており、電動機の回転に応じてパルス
を出力する。これらの構成によりシート（紙）１は巻取
りコイル５に巻き取られる。

【０００５】次に図６において、巻取速度設定器１３、
加速時間設定器１４、減速時間設定器１５、巻取長設定
器１６はオペレータにより設定される。巻取速度設定器
１３からの巻取速度設定値Ｖ、加速時間設定器１４から
の加速時間Ｔａ、減速時間設定器１５からの減速時間Ｔ
ｄ、及び運転指令Ｑ（停止指令、徐動指令、保持指令、
増速指令を総称して運転指令と称す。）により速度基準
演算回路１８は加減速度α及び速度基準ｖａを出力す
る。

【０００６】図５のパルス発振器１２から出力されたパ
ルスＰは、図６の巻取長積算回路１７に入力され実巻取
長Ｃが演算される。この実巻取長Ｃは巻取長設定器１６
で設定された巻取長設定値Ｌｓと共に目標残長演算回路
２０に入力され目標残長Ｌが算出される。

【０００７】先の加減速度αと速度基準ｖａは定尺減速
長演算回路１９に入力され、停止するまでに必要な長さ
即ち定尺減速長Ｌｏが演算される、この定尺減速長Ｌｏ
は目標残長Ｌと共に減速点検出回路２０に入力されＬｏ
≧Ｌとなった時、ｒはＯＮする。

【０００８】Ｌは定尺減速速度基準演算回路２２にも入
力され、定尺減速速度基準ｖｃが出力される。この定尺
減速速度基準ｖｃと速度基準演算回路１８からの速度基
準ｖａとは、減速点検出回路２１の出力ｒにより切り替
えられ、ｖとして速度基準出力回路２３に入力される。
この速度基準出力回路２３からの速度基準は図５の電動
機ドライブ装置１０、１１に与えられる。

【０００９】かかる構成において、図５の巻戻しコイル
２から巻き戻されたシート（紙）１は第１ドラム６を経
由して巻取りコイル５に巻き取られる。この際、巻戻し
コイル２を駆動する巻戻しコイル電動機３はシート
（紙）１に対し、シート（紙）１の送られる方向とは逆
の方向に張力を発生させるよう電動機ドライブ装置４に
より制御される。

【００１０】一方、巻取りコイル５は、オペレータの運
転操作により図７のような滑らかな速度基準で運転され
る。これは製品として図５の巻取りコイル５の側面が凸
凹とならないように急激な速度変動を起こさないためで
ある。

【００１１】図６の速度基準演算回路１８内で演算され
る加減速度αは、加速時間設定器１４により設定された
加速時間Ｔａにより求められる加速度の上限値、及び減
速時間設定器１５により設定された減速時間Ｔｄにより
求められる減速度の下限値に対し、滑らかに増加、減少
するよう丸め時間が設定されている。また、リワインダ
装置の最大の使命は定尺制御である。これは図６の巻取
長設定器１６で設定された巻取長Ｌに対し、１ｍの誤差
もなくリワインダ装置を停止させなければならない。そ
のため、減速点検出回路２１の出力である減速点検出信
号ｒによる速度基準の切り替えを行っている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図６の運転指令Ｑによ
り巻取速度設定値Ｖに向けて速度基準ｖａを上昇させる
が、その際の加速度は加速時間Ｔａにより求められる加
速度の上限値により制限される。加速時間Ｔａは、図５
の巻取コイル２が大きい場合などの高負荷時を想定して
設定された値であるため、運転を開始したばかりの巻取
コイル２が小さい場合では加速時間を小さくすることが
可能である。

【００１３】しかし、速度が上昇するにしたがって巻取
コイル２は巻取径が増大するため当初の加速時間のまま
ではドラム駆動用電動機８、９の負荷上限値に到達して
しまい、正常に制御できなくなってしまう。

【００１４】従って、巻取コイル２の巻取径増大に応じ
て加速時間Ｔａを変更する必要があるが、オペレータに
よる変更では最適値にするのは非常に難しいため行って
いない。従って、加速度を上げられる余地即ち加速時間
を短縮することが可能であるにも拘わらず放置されてい
た。

【００１５】また、設定された加速時間Ｔａ及び巻取速
度Ｖは、巻取られるシート（紙）１の種類によりその都
度変更される。加速時間Ｔａによる加速度上限値により
加速度αは制限されつつ速度基準を上昇させるが、速度
基準ｖａを巻取速度設定値Ｖに到達させる際は巻取速度
手前で加速度αを、ここに記さない丸め時間で徐々に減
少させるが、巻取速度設定値Ｖの値により誤差が生じる
ため、加減速度αに対し補正を行っていた。この補正は
結果的に速度基準を補正することとなり張力変動の要因
となっていた。

【００１６】次に、図６のブロック図のプログラムは、
ブログラマブル・コントローラ（略してＰＬＣと称す
る。）により実現されるが、プログラムの処理時間は数
１０ｍＳＥＣの時間が掛かるため、１００ｍＳＥＣの定
刻スキャンを使用する。従って、減速点検出回路２１の
減速点検出信号ｒがＯＮするタイミングは場合によって
最大１００ｍＳＥＣ遅れることになり、その結果減速点
検出信号ｒによる定尺減速速度基準ｖｃと速度基準ｖａ
の切り替え時、速度基準ｖは図８のような段差が出来て
しまい、張力変動の要因となっていた。

【００１７】また、段差を生じさせないためには定尺減
速速度基準ｖｃを使用せず、速度基準ｖａのみで行えば
よいが、１スキャンの遅れ分だけ巻取長をオーバーして
しまう。また予め１スキャン分だけ早めに減速させると
その長さ分だけ徐動速度（紙の様子を監視するための低
い速度）での運転が長くなり操業効率を招くことにな
る。

【００１８】従って、本発明の目的は上記従来技術の張
力変動の要因を解消し、また、加速時間の短縮により操
業効率を向上させるリワインダ定尺制御装置を提供する
ことにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係るリワインダ定尺制御装置は、連続した帯状物を巻
取装置に巻取る際に速度基準を与える駆動系と、この駆
動系の負荷率により加速度の上限値を算出する演算手段
と、この手段で算出された上限値で制限された加速度を
積算し速度基準を算出する演算手段とを備えたことを特
徴とする。

【００２０】このような構成により、適切な加速度値で
加速することができるので、加速時間を短縮することが
可能であるまた、請求項２に記載の本発明は、請求項１
に記載のリワインダ定尺制御装置において、駆動系に与
える速度基準に対し、加速度の上限値を用いて、巻取速
度設定値に近似し、然も加速度を補正することなく速度
基準を一定にさせるための到達速度を演算する演算手段
を更に備え、算出された到達速度を加速完了時の速度基
準とすることを特徴とする。

【００２１】このような構成により、速度基準が巻取速
度に到達する際に速度基準を補正する必要がないので、
速度基準の補正による張力変動を解消することができ
る。更に、請求項３に記載の本発明に係るリワインダ定
尺制御装置は、連続した帯状物を巻取装置に巻取る際に
速度基準を与える駆動系と、ブログラマブル・コントロ
ーラのスキャンタイムによる遅れを解消するために、前
記駆動系に与える速度基準の減速開始検出時に、減速し
て停止するまでに必要な長さと、定尺長の残りの長さと
の差が最小限となるような、即ち徐動速度期間が最小限
となるような定尺制御用の徐動速度を算出する演算手段
とを備え、算出されたた徐動速度を定尺徐動期間の徐動
速度とすることを特徴とする。

【００２２】このような構成により、減速時、速度基準
を切り替える必要がないため、速度変動を押さえること
が出来、さらに張力変動を減少させることができる。本
発明のリワインダ定尺制御装置によれば、速度基準の補
正による張力変動を解消することができ、また、電動機
の能力を最大限に活用できることで操業時間の短縮、即
ち操業効率の向上を図ることが出来る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。なお、以下の図におい
て、同符号は同一部分または対応部分を示す。図１は、
本発明の一実施形態に係るリワインダ定尺制御装置のブ
ロック図である。同図において巻取速度設定器１３、加
速時間設定器１４、減速時間設定器１５、巻取長設定器
１６はオペレータにより設定され、それぞれ巻取速度設
定値Ｖ、加速時間Ｔａ、減速時間Ｔｄ、巻取長設定値Ｌ
ｓが出力される。

【００２４】速度基準演算回路１８は、巻取速度設定器
１３からの巻取速度設定値Ｖ、加速度上限値演算回路２
５からの最大加速度αａｍ、及び運転指令Ｑの信号によ
り加減速度αを、ここに記載しない丸め時間によりレー
トを付けて増加させ、速度基準ｖａを上昇させて行く。
加速度上限値演算回路２５は、加速時間設定器１４から
の加速時間Ｔａと、ドラム負荷検出器２４からの負荷率
Ｂを入力し、図３の電動機ドライブ装置１０の許容量に
到達した段階で最大加速度αａｍを決定する。

【００２５】巻取長積算回路１７は、図３のドラム駆動
用電動機８に取付けられたパルス発振器１２からのパル
スＰにより実巻取長Ｃを演算する。この実巻取長Ｃは巻
取長設定器１６により設定された巻取長設定値Ｌｓと共
に目標残長演算回路２０に入力され、目標残長Ｌが演算
される。

【００２６】定尺減速長演算回路１９は、速度基準演算
回路１８からの速度基準ｖａと加減速度αとにより定尺
減速長Ｌｏを出力する。減速点検出回路２１はこの定尺
減速長Ｌｏと、目標残長演算回路２０からの目標残長Ｌ
と、定尺徐動演算回路２７からの定尺徐動減速長Ｌｊと
により減速点検出信号ｒを出力する。

【００２７】到達速度演算回路２６は、速度基準演算回
路１８からの速度基準ｖａと加減速度α、及び速度設定
器１３からの巻取速度設定値Ｖにより到達速度Ｖｓを演
算し、到達速度Ｖｓを速度基準演算回路１８に出力す
る。

【００２８】定尺徐動演算回路２７には、減速時間設定
器１５からの減速時間Ｔｄ、速度基準演算回路１８から
の速度基準ｖａ、加減速度α、目標残長演算回路２０か
らの目標残長Ｌが入力され、定尺徐動速度ｖｏが演算さ
れる。

【００２９】かかる構成において、加速度上限値演算回
路２５について説明する。速度基準演算回路１８から出
力された速度基準ｖａは速度基準出力回路２３を経由し
て図５の電動機ドライブ装置１０、１１に与えられ、ド
ラム駆動用電動機８、９は駆動される。電動機ドライブ
装置１０からはその時の負荷に応じてトルクＦ．Ｂ．が
ドラム負荷検出器２４に与えられる。このドラム負荷検
出器２４では、加減速度αの上昇に伴い増大するトルク
Ｆ．Ｂ．を常時監視する。通常、駆動用電動機は定格ト
ルク１００％以内で使用するが、使用時間を制限して１
５０％（または２００％）の過負荷を認めている。した
がってトルクＦ．Ｂ．が１５０％に到達した段階で、加
速度上限値演算回路２５は、その時の加減速度αを加速
度上限値αａｍとして速度基準演算回路１８に与え、加
減速度αの上昇を制限する。しかし、一旦加減速度αを
制限しても、図５の巻取コイル５は、速度の上昇と共に
巻き太り、負荷を増すため必要とされるトルクは増大し
て行く。これにより、制限値１５０％を超えることにな
り正常に制御することは不可能になる。従って、制限値
１５０％で加減速度αを制限するのではなく、巻取速度
設定器１３にて設定された巻取速度設定値Ｖに到達する
までに巻取コイル５の増大による負荷増を見越して１３
０％で加減速度αを制限するようにする必要がある。

【００３０】次に、到達速度演算回路２６について説明
する。巻取速度設定器１３により設定された巻取速度設
定値Ｖに応じて速度基準演算回路１８は図７のように速
度基準ｖａを滑らかに上昇させる。そして巻取速度設定
値Ｖの手前で速度基準ｖａが滑らかに巻取速度設定値Ｖ
となるよう加減速度αを加速度上限値αａｍの値より丸
め時間に応じて減少させる。しかし巻取速度設定値Ｖは
巻取られる紙の種類に応じてその都度変更される。

【００３１】従って、加減速度αが減少してゼロとなっ
た段階で速度基準ｖａが設定速度Ｖに正確に到達するこ
とは殆どない。そのため、加減速度αを減少させている
段階で加減速度αに対し補正を行い加減速度がゼロにな
った段階で速度基準ｖａが巻取速度設定値Ｖとなるよう
にしている。しかし、加減速度αに補正を行うことは速
度基準Ｖａに補正を行うことになり速度変動が発生し、
ひいては張力変動の要因となっていた。

【００３２】そこで速度基準ｖａが上昇していく際、加
減速度αが加速度上限値αａｍとなった段階で巻取速度
設定値Ｖをオーバーせず、しかも近似した到達速度Ｖｓ
を下記演算式により求める。

【００３３】 現在の加減速度……………………………α 加速度上限値………………………………αａｍ 現在の速度基準……………………………ｖａ 巻取速度設定値……………………………Ｖ 到達速度……………………………………Ｖｓ １スキャン当たりの加減速度変化率……△α 丸め時間……………………………………ｔ 丸め期間中に必要とされる速度…………△Ｖ とすると、

【００３４】

【数１】 ｔ＝αａｍ／△α …………………………１式 △Ｖ＝（１／２）＊αａｍ＊ｔ………………２式 １式を２式に代入すると

【００３５】

【数２】△Ｖ＝（１／２）＊αａｍ＊（αａｍ／△α）
＝（αａｍ）² ／（２＊△α） これより、到達速度Ｖｓは、

【００３６】

【数３】Ｖｓ＝ｖａ＋△Ｖ として、求めることができる。上記△Ｖが丸め期間中に
必要とされる速度である。現在の速度基準ｖａと巻取速
度設定値Ｖとの速度差がこの△Ｖ以内となった時に現在
の加減速度αを減少させた場合、Ｖ−ｖａ＝△Ｖではな
いため加減速度αがゼロとなった段階では、速度基準ｖ
ａは巻取速度設定値Ｖをオーバーしてしまう。

【００３７】そこでＶ−ｖａ＜△Ｖとなる１スキャン前
に加減速度αの滅少を開始すれば速度基準ｖａは巻取速
度設定値Ｖをオーバーすることはない。よって、

【００３８】

【数４】Ｖ−ｖａ−αａｍ＜△Ｖ となった段階で加減速度αの減少を開始する。最後に定
尺徐動速度演算回路について説明する。

【００３９】図２は減速する際の速度ｖａから停止する
までに必要とされる減速長を計算する場合の面積分割図
である。図３及び図４は、図６をより分かりやすくした
詳細図である。通常Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｌ１の合計値が定尺減
速長Ｌｏであり、いままでは徐動速度は固定であった。

【００４０】これに対し定尺制御による減速時の徐動速
度を、通常運転時の徐動速度と区別し、定尺制御用の徐
動速度、即ち定尺徐動速度を持たせることとした。従来
からある定尺減速長の各要素はＡ、Ｂ、Ｃであるが各面
積計算を示す。

【００４１】 現在の加減速度…………………………α 加速度上限値…………………………αａｍ 現在の速度基準…………………………ｖａ 巻取速度設定値…………………………Ｖ 到達速度…………………………………Ｖｓ １スキャン当たりの加減速度変化率…△α 丸め時間…………………………………ｔ 丸め期間中に必要とされる速度………△Ｖ 丸め完了速度……………………………Ｖ２ 最大減速度（最大速度／減速時間）…αｄｍ 最大減速度時間 ………………ｔａ とすると、図７にあるように面積Ａの計算式は、

【００４２】

【数５】 Ａ＝（１／２）＊Ｖ２＊（Ｖ２／αｄｍ） ＝（Ｖ２）² ／（２＊αｄｍ）…………………３式 面積Ｂの計算式は、

【００４３】

【数６】Ｂ＝ｖａ＊ｔ…………………４式 面積Ｃの計算式は、

【００４４】

【数７】 Ｃ＝（１／６）＊αｄｍ＊ｔ³ …………………５式 となる。これらの面積の合計である定尺減速長Ｌｏに対
し、図８にあるように定尺徐動速度ｖｏ到達前の丸めか
ら定尺徐動速度ｖｏに到達するまでの面積Ｌ１と、定尺
徐動速度ｖｏから停止するまでの面積Ｌ２との合計値Ｌ
ｊを加算したものが、目標残長Ｌと比較され減速点検出
信号が出力される。

【００４５】そこで目標残長Ｌより、定尺徐動速度ｖｏ
で運転する期間が最小限となる定尺徐動速度ｖｏと面積
Ｌ１、Ｌ２の合計値即ち定尺徐動減速長Ｌｊを求める計
算式を下記に示す。面積Ｌ１は、面積Ｌ１１から面積Ｌ
１２を引いた値である。面積Ｌ１１は一般式として下記
となる。

【００４６】

【数８】 Ｌ１１＝（１／６）＊αｄｍ＊ｔ² ＋ｖｏ＊ｔ…………………６式 面積Ｌ１２は一般式として下記となる。

【００４７】

【数９】 Ｌ１２＝（１／８）＊αｄｍ＊ｔ² ＋（１／２）＊ｖｏ＊ｔ ＋（ｖｏ）² ／（２＊αｄｍ）…………７式 従って、面積Ｌ１は、

【００４８】

【数１０】 Ｌ１＝Ｌ１１−Ｌ１２ ＝（１／６）＊αｄｍ＊ｔ² ＋ｖｏ＊ｔ−｛（１／８）＊αｄｍ＊ｔ² ＋（１／２）＊ｖｏ＊ｔ＋（ｖｏ）² ／（２＊αｄｍ）｝ ＝（１／２４）＊αｄｍ＊ｔ² ＋（１／２）＊ｖｏ＊ｔ −（ｖｏ）² ／（２＊αｄｍ）…………８式 これが面積Ｌ１の計算式である。次に定尺徐動速度ｖｏ
から停止するまでの面積Ｌ２は一般式として下記とな
る。

【００４９】

【数１１】 Ｌ２＝ｖｏ＊（ｖｏ／△α）…………………９式 従って、定尺徐動減速長Ｌｊは下記となる。

【００５０】

【数１２】 Ｌｊ＝Ｌ１＋Ｌ２ ＝｛（１／２４）＊αｄｍ＊ｔ² ＋（１／２）＊ｖｏ＊ｔ −（ｖｏ）² ／（２＊αｄｍ）｝＋ｖｏ＊（ｖｏ／△α） このようにして求めた各式において、加速完了して到達
速度Ｖｓに到達した後、従来の減速点より１スキャン
前、長さにしてＶｓ＊１００ｍｓｅｃの段階で、目標残
長Ｌと従来の面積Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｌｊとの合計値とによ
り、即ち

【００５１】

【数１３】 Ｌ−Ｖｓ＊０．１ｓｅｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ＋Ｌｊ により定尺徐動速度ｖｏを求める。

【００５２】

【数１４】 Ｌｊ＝Ｌ−Ｖｓ＊０．１ｓｅｃ−（Ａ＋Ｂ−Ｃ） ｛（１／２４）＊αｄｍ＊ｔ² ＋（１／２）＊ｖｏ＊ｔ −（ｖｏ）² ／（２＊αｄｍ）｝＋ｖｏ＊（ｖｏ／△α）＝ Ｌ−Ｖｓ＊０．１ｓｅｃ−（Ａ＋Ｂ−Ｃ） 上記計算式により求められる定尺徐動速度ｖｏを速度基
準演算回路１８に与えることで、速度基準ｖａは図６に
あるように滑らかに減速し、定尺徐動速度ｖｏで速度を
保持しその後停止する。このように速度基準演算回路１
３からの速度基準ｖａのみで運転することで速度変動を
押さえることが出来、さらに張力変動を減少させること
ができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るリワ
インダ定尺制御装置によれば、速度基準の変動を押さえ
ることで張力変動を減少させ製品の品質向上を図ると共
に、加速時間を短縮させることで操業効率の向上を図る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るリワインダ定尺制
御装置を示すブロック図。

【図２】 本発明の一実施形態における定尺減速長の算
出を説明するための図。

【図３】 図２の一部を拡大して示す図。

【図４】 図２の一部を拡大して示す図。

【図５】 紙のリワインダ設備の制御装置を示すブロッ
ク図。

【図６】 従来のリワインダの速度制御回路を示すブロ
ック図。

【図７】 速度基準のパターンを示す図。

【図８】 定尺減速後の速度基準パターンを示す図。

【符号の説明】

１…シート（紙） ２…巻戻しコイル ３…巻戻しコイル駆動用電動機 ４、１０、１１…電動機ドライブ装置 ５…巻取コイル ６、７…ドラム ８、９…ドラム駆動用電動機 １２…パルス発振器 １３…巻取速度設定器 １４…加速時間設定器 １５…減速時間設定器 １６…巻取長設定器 １７…巻取長積算回路 １８…速度基準演算回路 １９…定尺減速長演算回路 ２０…目標残長演算回路 ２１…減速点検出回路 ２２…定尺減速速度基準演算回路 ２３…速度基準出力回路 ２４…ドラム負荷検出器 ２５…加速度上限値演算回路 ２６…到達速度演算回路 ２７…定尺徐動演算回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続した帯状物を巻取装置に巻取る際に速
   度基準を与える駆動系と、この駆動系の負荷率により加
   速度の上限値を算出する演算手段と、この手段で算出さ
   れた上限値で制限された加速度を積算し速度基準を算出
   する演算手段とを備えたことを特徴とするリワインダ定
   尺制御装置。
2. 【請求項２】前記駆動系に与える速度基準に対し、前記
   加速度の上限値を用いて、巻取速度設定値に近似し、然
   も加速度を補正することなく速度基準を一定にさせるた
   めの到達速度を演算する演算手段とを備え、算出された
   到達速度を加速完了時の速度基準とすることを特徴とす
   る請求項１に記載のリワインダ定尺制御装置。
3. 【請求項３】連続した帯状物を巻取装置に巻取る際に速
   度基準を与える駆動系と、この駆動系に与える速度基準
   の減速開始検出時に、減速して停止するまでに必要な長
   さと、定尺長の残りの長さとの差が最小限となるような
   定尺制御用の徐動速度を算出する演算手段とを備え、算
   出されたた徐動速度を定尺徐動期間の徐動速度とするこ
   とを特徴とするリワインダ定尺制御装置。