JP2004196475A - Winding device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻き取り装置に関し、詳しくはワイヤやケーブル等の線状または帯状の長手物体を巻き取るための巻き取り装置に関し、特に、巻き取り側にトルクモータを使用する巻き取り装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ワイヤやケーブル等の線状または帯状の長手物体を巻き取るために利用される巻き取り装置としては、図10に示すような、巻き取り装置100が知られている。
【0003】
巻き取り装置100において、巻き出しの元となる給線ボビン1には、多くの電線2が巻かれており、この給線ボビン1が供給側のインバータ装置3等の電源装置で駆動される誘導電動機(IM)4で回転されることにより給線が行なわれる。なお、供給側のインバータ装置3には、通常、商用電源が供給される。
【0004】
給線された電線2は中間の回転滑車5,6,7を経てトルクモータ8に駆動されている巻き取りボビン9に巻き取られる。
【0005】
トルクモータ8には、スライダック10の出力電圧が印加されており、従来の装置では、このスライダック10の出力電圧を手動で調整して、巻き取り時の張力を一定に保持していた。なお、スライダック10には、通常、商用電源が供給される。
【0006】
トルクモータ8は、汎用誘導電動機と異なり、周波数・電圧を一定比率(V/f一定)に制御して速度を変化させるというものではなく、周波数は略固定(例えば50Hz,60Hz)とし、電圧を変化させることで発生トルクを調節することができるという特長を有するモータである。
【0007】
つまり、インバータ等が普及していない時代では、このトルクモータ8を使用することで、人間の手動操作により張力の管理調整が可能な構造的に簡素な装置が構成できた。
【0008】
即ち、巻き取り装置100の場合、何も制御をしなかったとすると、電線2に掛かる張力は、図11に示す「無制御時」のグラフのように巻き取り経過時間Tの経過と共に減少する。これは、巻き取りボビン9に巻かれる電線量が増加するために回転トルクが不足してくるからである。
【0009】
このような状態では、張力が減少して線がたるむため、従来は、スライダック10を調整してトルクモータ8への印加電圧を増加させ、トルクを回復させ、張力一定を保つようにしている。
【0010】
図11に、この手動調整時の電線2に掛かる張力の変化のグラフを示す。図11に示すように、「手動時」には基本的に張力が一定値近くに保たれるが、手動調整のタイミングと量によっては同グラフで示されるように多少変動する。
【0011】
なお、トルクモータ8を用いた巻き取り装置としては、特許文献1に記載の「張力調節装置」、および、特許文献2に記載の「テイクアップワインダ」が報告されている。
【0012】
【特許文献1】
特開平2−188354
【0013】
【特許文献2】
特開2001−226034
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の装置では、トルクモータ8のトルク調整を手動操作で行っていたため、作業者の経験や勘に頼った作業になり易く、手動操作の煩わしさがあるといった問題があった。
【0015】
また、装置を常時操作して連続して印加電圧を調整することは困難であるから、どうしてもステップ的な調整操作となり、調整時に急峻なトルク変化が発生し、巻き取り張力の精度向上は期待できないといった問題があった。
【0016】
さらに、トルクモータ8の起動時には、停止時の過渡的な状態や、負荷急変等の異常事態でも、安定した巻き取り制御を実現したいといった要望があった。
【0017】
また、巻き取り開始時や、途中停止、再起動、停止時の過渡的な状態では、負荷の大きさや、巻き取りボビン9の慣性量や、巻き取り経過時間によりその都度負荷トルク特性が変化するため、このような過渡状態においても、安定した巻き取り制御を実現したいといった要望があった。
【0018】
さらに、トルクモータ8の起動時や停止時の過励磁や過電流を防止したいといった要望があった。
【0019】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、トルクモータへの印加電圧を連続して調整することができ、急峻なトルク変化の発生を抑制でき、さらに、巻き取り張力の精度向上に寄与することができる巻き取り装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、上記課題を解決するため、長手物体を巻き取る巻き取り手段と、印加周波数が固定で印加電圧に応じて出力トルクを変化して前記巻き取り手段を駆動するトルクモータと、商用電源から供給される交流電力を三相交流電力に変換して前記トルクモータへ印加するインバータ装置とを備えた巻き取り装置であって、前記インバータ装置は、操作に応じた指令を入力する操作入力手段と、該操作入力手段から入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを生成する基本パターン生成手段と、前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、該基本パターン生成手段から出力された基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に該基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、前記トルクモータへの印加電圧を前記目標電圧に向かうように制御する制御手段とを備えたことを要旨とする。
【0021】
請求項2記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、前記電圧指令を0Vから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを要旨とする。
【0022】
請求項3記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から0Vまで所定時間を掛けて下降するように制御することを要旨とする。
【0023】
請求項4記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記商用電源の電圧と所定の基準電圧とから求めた差を前記電圧指令に加算して補正する電圧自動調整手段を備えたことを要旨とする。
【0024】
請求項5記載の本発明によれば、前記インバータ装置から前記トルクモータへ印加される交流電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段からの検出値が所定の保護基準値を上回った場合には、前記検出値が該所定の保護基準値以下になるまで前記電圧指令を減少するように制御する過電流保護手段を備えたことを要旨とする。
【0025】
請求項6記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、周波数指令を0Hzから所定の周波数に切り替えて固定しておき、前記電圧指令を0Vから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御し、前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から0Vまで所定時間を掛けて下降するように制御した後に、周波数指令を0Hzに戻すように制御することを要旨とする。
【0026】
請求項7記載の本発明によれば、前記制御手段は、運転途中で停止されている場合に、前記操作入力手段から運転指令が入力されたときには、0Vから前回停止直前の電圧指令まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを要旨とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0028】
図1は、本発明の一実施の形態に係る巻き取り装置の構成を示す図である。
【0029】
図1に示すように、巻き出しの元となる給線ボビン1には、多くの電線2が巻かれており、この給線ボビン1が供給側のインバータ装置3等の電源装置で駆動される誘導電動機(IM)4で回転されることにより給線が行なわれる。なお、供給側のインバータ装置3には、通常、商用電源が供給される。
【0030】
給線された電線2は中間の回転滑車5,6,7を経てトルクモータ8に駆動されている巻き取りボビン9に巻き取られる。
【0031】
トルクモータ8は、インバータ装置11の出力電圧が印加されており、このインバータ装置11の出力電圧が自動調整され、巻き取り時の張力を一定に保持している。なお、インバータ装置11には、通常、商用電源が供給される。トルクモータ8は、周波数は略固定(例えば50Hz,60Hz)とし、電圧を変化させることで発生トルクを調節することができるという特長を有するモータである。
【0032】
インバータ装置11には、後述する各種指令を入力するために操作パネル16が接続されており、この操作パネル16により入力された各種指令に応じてインバータ装置11がトルクモータ8に出力電圧を与え、発生トルクを調節する。
【0033】
図2は、操作パネル16の構成を示す図である。
【0034】
操作パネル16は、インバータ装置11の筐体前面に装備されている。操作部分としては、後述するインバータ制御部41を運転、停止するDRIVEキー21、テンキー22、小数点キー23、ENTER(実行・確定)キー24、ステップキー25、PROGRAM(プログラム)キー26、表示切り替え/CLEARキー27およびSTOPキー28を備えている。
【0035】
また、表示部分としては、セグメントモニタ31と8つのランプ(Ctrl、MPa、V、%、rpm、A、Hzの各表示が付されたランプ及び運転モード表示ランプ32)を備えている。これらは何れもLEDから成り、セグメントモニタ31は、操作状態およびパラメータ番号、その設定値、インバータ制御部41の状態等を表示する。
【0036】
図3は、インバータ装置11の構成を示す図である。
【0037】
操作パネル16には、インバータ制御部41が接続されており、このインバータ制御部41では、操作パネル16から入力された各種指令に応じて出力周波数指令と出力電圧指令を生成してPWM制御部43に出力する。
【0038】
ここで、インバータ制御部41の構成について説明する。
【0039】
作業者の操作に応じて操作パネル16から出力された周波数指令は、一旦、第1運転指令判定部53に入力されて内部に設けられたメモリに記憶される。操作パネル16に設けられたDRIVEキーが押されると、運転指令がこの第1運転指令判定部53に入力され、記憶されている周波数指令が過電流保護部71に出力される。なお、DRIVEキーが押された後にSTOPキーが押されると、運転指令が解除され、第1運転指令判定部53から出力されていた周波数指令が0に戻る。
【0040】
操作パネル16から出力された目標電圧は、一旦、基本パターン演算部51に入力される。基本パターン演算部51では、入力された目標電圧に応じてトルクモータ8に供給する電圧の基本パターンを演算し、内部に設けられたメモリに書き込む。図4は、基本パターン演算部51のメモリに書き込まれた基本パターンを示すグラフである。基本パターン演算部51は、演算して得られた基本パターンを第2運転指令判定部55に出力して記憶させる。
【0041】
操作パネル16に設けられたDRIVEキーが押されると、運転指令がこの第2運転指令判定部55に入力され、記憶されている基本パターンが経過時間に応じて順次に読み出され電圧指令増加・減少部57に出力される。
【0042】
電圧指令増加・減少部57は、予め操作パネル16により設定された電圧増加勾配指令に従って、時間勾配を持って基本パターン上の目標電圧まで上昇する。なお、予め操作パネル16により電圧減少勾配指令が設定されている場合には、この電圧減少勾配を用いて停止動作が行われる。電圧指令増加・減少部57により増加・減少勾配の加味された電圧指令は、さらに、AVR部59(出力電圧自動調整手段)に入力され、自動電圧制御AVRが行われる。
【0043】
このAVR部59は、予めインバータ制御部41に設定された基準電圧と商用電源の電圧値を加算器65に入力してその偏差を求め、ゲイン67に入力してゲインを乗算し、その値と現在の電圧指令値とを加算器69により加算して過電流保護部71に出力する。このAVR部59では、基準電圧に対し、商用電源の変化分を補正するような制御となり、例えば、入力される商用電源の電圧が大きい場合は、その時の偏差分だけ電圧指令を減算し、出力電圧が入力される商用電源の電圧変化に影響されないようにするものである。
【0044】
一方、実効値変換部63は、電流センサCT1,CT2により検出されたトルクモータ8に流れるU相,W相の電流量Iu,Iwをそれぞれ入力し、これら電流量Iu,Iwを実効値に変換し、さらに、各相の実効値からトルクモータ8に流れる電流実効値に変換して過電流保護部71に出力する。
【0045】
図5は、過電流保護部71の動作を示すグラフである。
【0046】
過電流保護部71は、電流実効値がこの保護基準値を超過または下回ったかどうかを判断して、出力電圧指令に電圧減少勾配または電圧増加勾配を与え、PWM制御部43に出力周波数指令および出力電圧指令を出力することで、インバータ部47からトルクモータ8へ出力される出力電流を図5に示すように制限して過電流保護を行う。
【0047】
すなわち、過電流保護部71では、出力電流の保護基準値を内部に設けられたメモリに記憶しており、電流実効値がこの保護基準値よりも超過した場合には、出力電圧を電圧減少勾配に従って下降させ、一方、電流実効値がこの保護基準値を下回った場合には、電圧増加勾配に従って増加させるという動作を行う。
【0048】
PWM制御部43には、インバータ部47が接続されており、インバータ制御部41により生成された出力周波数指令と出力電圧指令に基づいて、この出力電圧指令で表される振幅と出力周波数指令で表される周期を有する三相のsin波形データを生成し、内部で発生されている三角波キャリアと各相のsin波形データを比較して3組の互いに逆レベルになるON/OFF信号を生成し、これら3組のON/OFF信号をインバータ部47に出力する。なお、図面上では、これら3組のON/OFF信号をUp,Un,Vp,Vn,Wp,Wnと表すこととする。
【0049】
一方、商用電源として三相交流R,S,Tがコンバータ45に入力されており、コンバータ45に設けられたダイオードD1,D2にR相、D3,D4にS相、D5,D6にT相が入力され、各ダイオードとコンデンサC1により整流平滑されて直流端子P,N(P:正側端子、N:負側端子)に直流電力が出力される。
【0050】
この直流端子P,Nにはインバータ部47が接続されており、詳しくは、インバータ部47に設けられたスイッチ素子Q1,Q3,Q5およびダイオードD7,D9,D11には正側端子Pが、スイッチ素子Q2,Q4,Q6およびダイオードD8,D10,D12には負側端子Nが接続されている。さらに、スイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6のベースには、PWM制御部43から出力された3組のON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnがそれぞれ入力されている。
【0051】
インバータ部47では、直流端子P,Nに入力されている直流電力に対して、PWM制御部43から出力された3組のON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnに従って、スイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6をそれぞれON/OFF制御することで、スイッチ素子Q1,Q2の接続点からU相が,スイッチ素子Q3,Q4の接続点からV相が、スイッチ素子Q5,Q6の接続点からW相がそれぞれトルクモータ8の入力端子に出力される。
【0052】
インバータ部47からトルクモータ8に接続されているU相,W相の電力供給線には、電流センサCT1,CT2が磁気結合されており、電流センサCT1,CT2はトルクモータ8に接続されるU相,W相の電力供給線に流れるそれぞれの電流量Iu,Iwを検出してインバータ制御部41に設けられた実効値変換部63に出力する。
【0053】
次に、本発明の一実施の形態に係る巻き取り装置の動作を詳細に説明する。
【0054】
図1に示すように、巻き出しの元となる給線ボビン1には、多くの電線2が巻かれており、この電線2は中間の回転滑車5,6,7を経て巻き取りボビン9に巻き取られるように準備されている。
【0055】
いま、作業者の操作に従って操作パネル16から、周波数指令、目標電圧、運転指令、電圧増加勾配指令、電圧減少勾配指令等が生成されてインバータ制御部41に設けられた各部に出力される。詳しくは、インバータ制御部41において、操作パネル16から出力された周波数指令は第1運転指令判定部53に入力され、目標電圧は基本パターン演算部51に入力され、運転指令は第1運転指令判定部53と第2運転指令判定部55に入力され、電圧増加勾配指令と電圧減少勾配指令は電圧指令増加・減少部57に入力される。
【0056】
操作パネル16から周波数指令を入力した第1運転指令判定部53は、一旦、この情報を内部メモリに記憶しておき、操作パネル16に設けられたDRIVEキー21が押されると、運転指令がこの第1運転指令判定部53に入力され、内部メモリに記憶されている周波数指令が過電流保護部61に出力される。
【0057】
操作パネル16から目標電圧を入力した基本パターン演算部51は、この目標電圧に応じてトルクモータに供給する電圧指令の基本パターンを演算し、内部に設けられたメモリに書き込む。さらに、基本パターン演算部51は、演算して得られた基本パターンを第2運転指令判定部55に出力して記憶させる。ここで、操作パネル16に設けられたDRIVEキーが押されると、運転指令がこの第2運転指令判定部55に入力され、内部メモリに記憶されている電圧指令の基本パターンが時間経過に応じて順次に読み出され電圧指令増加・減少部57に出力される。
【0058】
操作パネル16から電圧増加勾配指令を入力した電圧指令増加・減少部57は、この電圧増加勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が基本パターン上の目標電圧まで上昇されるように増加されAVR部59に出力される。また、操作パネル16から電圧減少勾配指令を入力した電圧指令増加・減少部57は、この電圧減少勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が基本パターン上の目標電圧まで下降されるように減少されAVR部59に出力される。
【0059】
電圧指令増加・減少部57から電圧指令を入力したAVR部59は、予めインバータ制御部41に設定された基準電圧と商用電源の電圧値が加算器65に入力されその偏差が求められ、さらに、その偏差がゲイン67に入力されて偏差とゲインが乗算され、その乗算結果値と現在の電圧指令値とを加算器69により加算して補正された電圧指令が過電流保護部71に出力される。
【0060】
この結果、AVR部59から出力された電圧指令は、基準電圧に対する商用電源の変化分により電圧指令が補正されるので、電圧指令が商用電源の電圧変化に影響されないようになる。
【0061】
一方、電流センサCT1,CT2により検出されたトルクモータ8に流れるU相,W相の電流量Iu,Iwを入力した実効値変換部63は、これら電流量Iu,Iwを実効値に変換し、さらに、各相の実効値からトルクモータ8に流れる電流実効値に変換して過電流保護部71に出力する。
【0062】
第1運転指令判定部53から周波数指令を入力し、AVR部59から電圧指令を入力し、さらに、実効値変換部63から電流実効値を入力した過電流保護部71は、内部メモリに記憶されている出力電流の保護基準値と比較して、電流実効値がこの保護基準値よりも超過した場合には、出力電圧指令を電圧減少勾配に従って下降させ、一方、電流実効値がこの保護基準値を下回った場合には、電圧増加勾配に従って増加させるという動作を行い、出力周波数指令と出力電圧指令をPWM制御部43に出力する。
【0063】
この結果、過トルクなどによる過電流状態では、電圧指令を低下してトルクを低下させ、過電流状態から回避することができる。また、通常の過電流値を大幅に上回る例えばインバータ出力短絡時等のような異常状態においては、出力周波数および出力電圧の両者を瞬時に遮断し、インバータ部47の出力をOFF制御することで、過電流状態から回避することができる。
【0064】
過電流保護部71から出力周波数指令と出力電圧指令を入力したPWM制御部43は、この出力周波数指令と出力電圧指令に基づいて、この出力電圧指令で表される振幅と出力周波数指令で表される周期を有する三相のsin波形データを生成し、内部で発生されている三角波キャリアと各相のsin波形データを比較して3組の互いに逆レベルになるON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnを生成し、これら3組のON/OFF信号をインバータ部47に出力する。
【0065】
一方、商用電源として三相交流R,S,Tを入力しているコンバータ45は、三相交流R,S,Tが各ダイオードとコンデンサC1により整流平滑され、直流端子P,Nに直流電力が出力される。
【0066】
この直流端子P,Nを介して直流電力を入力したインバータ部47は、PWM制御部43から出力された3組のON/OFF信号Up,Un,Vp,Vn,Wp,Wnに応じてスイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6をそれぞれON/OFF制御することで、U相、V相、W相がそれぞれトルクモータ8の入力端子に出力される。
【0067】
インバータ部47からU相、V相、W相の交流電力を入力したトルクモータ8は、U相、V相、W相の交流電力に応じて回転する。この結果、トルクモータ8の発生トルクを調節することができる。
【0068】
次に、図4〜図9に示すグラフを参照して、巻き取り装置の特徴的な動作を詳細に説明する。
【0069】
巻き取り装置は、巻き取り時間の経過に従い、巻き取りボビン9が膨らみ重量も増加するため、この重量増加に見合った回転トルクが必要となる。
【0070】
本実施の形態に係る巻き取り装置では、トルクモータ8でトルクを発生する場合は、図4に示すような基本的パターンに従い、徐々に電圧指令を上昇するように制御している。
【0071】
すなわち、入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを基本パターン演算部51で生成しておき、操作パネル16から運転指令が入力された場合には、第2運転指令判定部55に基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、トルクモータ8への印加電圧を目標電圧に向かうように制御するので、トルクモータ8への印加電圧を連続して調整することができ、急峻なトルク変化の発生を抑制でき、さらに、巻き取り張力の精度向上に寄与することができる。
【0072】
また、インバータ制御部41に設けられた基本パターン演算部51には、目標電圧に応じて算出した基本パターンが予め内部メモリに書き込まれており、巻き取り時間Tの経過に伴い自動的にインバータ部47の出力電圧が変化するように制御される。この基本パターンに従い安定して巻き取り動作が行われると、図6に示すようにトルクモータ8に発生するトルクが一定となり、張力が一定した巻き取り制御が可能となる。このときの巻き取り時間Tの経過に伴って変化するトルクモータ8への供給電圧は、図7に示すように変化する。
【0073】
しかしながら、巻き取り開始時や、途中停止、再起動、停止時の過渡的な状態は、負荷の大きさや、ボビンの慣性質量や、巻き取り時間経過に応じて負荷トルク特性は変化する。そこで、このような過渡状態においても、安定して巻き取り動作を行うための本発明の特徴的な制御方法を以下に説明する。
【0074】
トルクモータ8の定常状態におけるトルク制御は、トルクモータ8に与える電圧を可変することで実現できる。このとき周波数は固定でも良い。つまり、周波数と電圧をそれぞれ分離独立して制御することが望ましい。
【0075】
しかし、周波数が小さな状態で大きな電圧を与えるとモータの特性上、過電流、過トルクとなってしまう。そこで、周波数指令が十分に大きくなった状態で、トルクモータ8に与える電圧を徐々に大きくするように制御する。このときの電圧の変化量は、作業者が操作パネル16を操作してインバータ制御部41の内部パラメータを書き換えることにより任意に変更可能とする。
【0076】
(1)図8を参照して、巻き取り時の起動開始、途中停止、途中再起動の動作を説明する。
【0077】
図8に示す時刻t1において、作業者が操作パネル16に設けられたDRIVEキー21を押すと、運転指令が第1運転指令判定部53と第2運転指令判定部55に入力され起動動作を開始する。
【0078】
起動時t1では、第1運転指令判定部53に予め記憶されている周波数指令を過電流保護部71に出力することで、周波数は電圧と独立して、基底の周波数(50Hz or 60Hz)に瞬時に上昇させる。
【0079】
一方、時刻t1〜t2の期間では、第2運転指令判定部55に記憶されている電圧指令の基本パターンが時間経過に応じて順次に読み出され電圧指令増加・減少部57に出力される。
【0080】
電圧指令増加・減少部57は、この電圧増加勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が0Vから基本パターン上の電圧V1まで上昇されるように増加されAVR部59に出力される。この結果、電圧指令は予め設定された上昇勾配に従い、一定勾配で0Vから電圧V1まで上昇する。
【0081】
このように、操作パネル16から運転指令が入力された場合には、電圧指令を0Vから基本パターンで示される電圧V1まで時間を掛けて上昇するように制御することで、起動時の過励磁や過電流を防止することができる。
【0082】
時刻t2〜t3の期間では、第2運転指令判定部55から電圧指令増加・減少部57に出力され、時間経過につれて電圧指令が基本パターン上の電圧V1〜V2まで上昇してAVR部59に出力される。
【0083】
時刻t3において、作業者が操作パネル16に設けられたSTOPキー28を押すと、停止指令が第1運転指令判定部53と第2運転指令判定部55に入力され停止動作を開始する。電圧指令増加・減少部57は、電圧減少勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が基本パターン上の電圧V2から0Vまで下降されるように減少されAVR部59に出力される。この結果、途中停止があった場合、電圧指令は予め設定された減少勾配にしたがい、一定勾配で0Vに向かって減少する。この時、電圧指令が0Vになった時刻t4で、第1運転指令判定部53から出力される周波数指令は瞬時に0Hzとなる。
【0084】
このように、操作パネル16から停止指令が入力された場合には、電圧指令を基本パターンで示される電圧V2から0Vまで時間を掛けて下降するように制御することで、停止時の過励磁や過電流を防止することができる。
【0085】
途中起動時t5では、上述した基底の周波数に瞬時に上昇させる。その後、時刻t5〜t6では、上述したように電圧指令は予め設定された上昇勾配に従い、一定勾配で基本パターン上の電圧V2まで上昇する。
【0086】
このように、運転途中で停止されている場合に、再度、操作パネル16から運転指令が入力されたときには、0Vから前回停止直前の電圧指令まで時間を掛けて上昇するように制御することで、前回停止直前の電圧指令から運転を開始することができ、停止前後のトルクを同一にでき、巻き取り張力を安定化することができる。
【0087】
時刻t6〜t7の期間では、電圧指令が基本パターン上の電圧V2からV3まで上昇する。時刻t7において、STOPキー28が押されると、電圧指令が基本パターン上の電圧V2から0Vまで下降される。この時、電圧指令が0Vになった時刻t8で、周波数指令は瞬時に0Hzとなる。
【0088】
このように、周波数と電圧は独立制御でありながら、電圧指令に関しては、勾配を持った増加・減少動作を行うことで、起動・停止時の過励磁や過電流を防止することができる。
【0089】
(2)基本パターンとトルク
基本パターン演算部51では、図4に示した基本パターンを用いるが、巻き取りボビン9の形状によっては、巻き取り経過時間に応じて張力を変化させたい場合(テーパーテンションと言われる)があり、この場合には図9に示す基本パターンを用いる。
【0090】
基本パターンでの電圧指令をV0に示し、そのときのトルク(張力)はT0となり、常に一定張力制御が行われる。これに対し、例えば巻き取り経過時間にしたがい、徐々に張力を上昇させたい場合は、電圧指令としてV1に示すような基本パターンを用いる。これは通常の基本パターン(V0)に比べ、時間経過に対する電圧上昇の割合が大きい。このときの張力はT1となる。なお、徐々に張力を低下させる場合は、逆に、基本パターンに比べて、電圧上昇の割合が小さい他の基本パターンを用いればよい。
【0091】
(変形例)
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば次の変形が可能である。
【0092】
(1)電圧指令増加・減少部57では、電圧指令に対する電圧増加勾配および電圧減少勾配は1種類ではなく、操作パネル16や外部からの切り替え信号により状況に応じて複数組から1組を選ぶようにして切り替えてもよい。
【0093】
(2)過電流保護部71で過電流を検出した場合は、電圧指令を減少させるようにしているが、ある最低の基準値まで減少させても電流が基準値を下回らない場合には、緊急事態として、インバータ部47の出力を遮断し、アラームトリップ停止とするように制御し、装置を保護してもよい。
【0094】
【発明の効果】
請求項1記載の本発明によれば、入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを生成しておき、運転指令が入力された場合には、基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、トルクモータへの印加電圧を目標電圧に向かうように制御するので、トルクモータへの印加電圧を連続して調整することができ、急峻なトルク変化の発生を抑制でき、さらに、巻き取り張力の精度向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る巻き取り装置の構成を示す図である。
【図2】操作パネル16の構成を示す図である。
【図3】インバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図4】トルクモータへ供給される電圧指令の基本パターンを示すグラフである。
【図5】過電流保護部による保護動作特性を示すグラフである。
【図6】巻き取り経過時間によるトルクモータの発生トルクを示すグラフである。
【図7】トルクモータへの供給電圧を示すグラフである。
【図8】過渡状態での電圧指令の加減速(上昇・下降)を示すグラフである。
【図9】巻き取り経過時間による出力電圧と張力の変化を示すグラフである。
【図10】従来方式のトルクモータ巻き取り装置の模式図である。
【図11】手動調整時の電線2に掛かる張力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
C1 コンデンサ
CT1,CT2 電流センサ
D1,D2,D3,D4,D5,D6 ダイオード
D7,D9,D10,D11,D12 ダイオード
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 スイッチ素子
1 給線ボビン
2 電線
3 インバータ装置
5,6,7 回転滑車
8 トルクモータ
9 巻き取りボビン
11 インバータ装置
16 操作パネル
41 インバータ制御部
43 PWM制御部
45 コンバータ部
47 インバータ部
51 基本パターン演算部
53 第1運転指令判定部
55 第2運転指令判定部
57 電圧指令増加・減少部
59 AVR部
63 実効値変換部
65 加算器
67 ゲイン
69 加算器
71 過電流保護部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a winding device, and more particularly, to a winding device for winding a linear or band-shaped elongated object such as a wire or a cable, and more particularly to a winding device using a torque motor on a winding side.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a
[0003]
In the
[0004]
The supplied electric wire 2 is wound on a winding bobbin 9 driven by a
[0005]
The output voltage of the
[0006]
Unlike the general-purpose induction motor, the
[0007]
In other words, in the era when inverters and the like are not widespread, a structurally simple device capable of controlling and adjusting the tension by manual operation by a human can be configured by using the
[0008]
That is, in the case of the
[0009]
In such a state, since the tension is reduced and the line sags, conventionally, the
[0010]
FIG. 11 shows a graph of a change in the tension applied to the electric wire 2 during the manual adjustment. As shown in FIG. 11, during "manual operation", the tension is basically kept close to a constant value, but slightly fluctuates depending on the timing and amount of manual adjustment as shown in the graph.
[0011]
As a winding device using the
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-2-188354
[0013]
[Patent Document 2]
JP 2001-226034A
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In this conventional apparatus, since the torque adjustment of the
[0015]
In addition, since it is difficult to adjust the applied voltage continuously by always operating the apparatus, it is inevitably a stepwise adjustment operation, a steep torque change occurs at the time of adjustment, and it is not expected to improve the accuracy of the winding tension. There was a problem.
[0016]
Further, when the
[0017]
Further, in the transient state at the start of winding, or during a stop, restart, or stop, the load torque characteristic changes each time depending on the magnitude of the load, the amount of inertia of the winding bobbin 9, and the elapsed winding time. Therefore, there has been a demand to realize stable winding control even in such a transient state.
[0018]
Further, there has been a demand to prevent overexcitation and overcurrent when the
[0019]
The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to be able to continuously adjust the voltage applied to the torque motor, to suppress the occurrence of a sharp torque change, and to further reduce the winding tension. An object of the present invention is to provide a winding device that can contribute to improvement in accuracy.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a winding means for winding a long object, and a torque motor for applying a fixed applied frequency and changing an output torque according to an applied voltage to drive the winding means. And a inverter device that converts AC power supplied from a commercial power supply into three-phase AC power and applies the same to the torque motor, wherein the inverter device inputs a command corresponding to an operation. Operation input means, a basic pattern generation means for generating a basic pattern represented by a voltage command that continuously increases to a target voltage input from the operation input means, and when an operation command is input from the operation input means. Stores the basic pattern output from the basic pattern generating means and, based on the voltage command sequentially read from the basic pattern over time. , And summarized in that the voltage applied to the torque motor and control means for controlling so as to be directed to the target voltage.
[0021]
According to the second aspect of the present invention, when an operation command is input from the operation input means, the control means raises the voltage command from 0 V to a voltage indicated by a basic pattern over a predetermined time. The gist is to control so that
[0022]
According to the third aspect of the present invention, when a stop command is input from the operation input means, the control means decreases the voltage command from the voltage indicated by the basic pattern to 0 V over a predetermined time. The gist is to control so that
[0023]
According to the fourth aspect of the present invention, the control unit includes a voltage automatic adjustment unit that adds a difference obtained from a voltage of the commercial power supply and a predetermined reference voltage to the voltage command to correct the difference. Make a summary.
[0024]
According to the fifth aspect of the present invention, there is provided a current detecting means for detecting an alternating current applied from the inverter device to the torque motor, and the control means protects the detected value from the current detecting means to a predetermined value. The gist of the present invention is that an overcurrent protection means for controlling the voltage command to be reduced until the detected value becomes equal to or less than the predetermined protection reference value when the reference value is exceeded is provided.
[0025]
According to the present invention as set forth in
[0026]
According to the present invention, when the control means is stopped in the middle of the operation, when the operation command is input from the operation input means, the control means performs the predetermined time from 0 V to the voltage command immediately before the previous stop. The point is to control so as to rise by multiplying by.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a winding device according to an embodiment of the present invention.
[0029]
As shown in FIG. 1, a large number of electric wires 2 are wound around a feeder bobbin 1 that is a source of unwinding, and the feeder bobbin 1 is driven by a power supply device such as an
[0030]
The supplied electric wire 2 is wound on a winding bobbin 9 driven by a
[0031]
The output voltage of the
[0032]
An
[0033]
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
[0034]
The
[0035]
Further, the display portion includes a
[0036]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the
[0037]
An
[0038]
Here, the configuration of the
[0039]
The frequency command output from the
[0040]
The target voltage output from the
[0041]
When the DRIVE key provided on the
[0042]
The voltage command increasing / decreasing
[0043]
The
[0044]
On the other hand, the
[0045]
FIG. 5 is a graph showing the operation of the
[0046]
The
[0047]
That is, in the
[0048]
An
[0049]
On the other hand, three-phase alternating currents R, S, and T are input to the
[0050]
An
[0051]
The
[0052]
Current sensors CT1 and CT2 are magnetically coupled to U-phase and W-phase power supply lines connected from the
[0053]
Next, the operation of the winding device according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
[0054]
As shown in FIG. 1, a large number of electric wires 2 are wound around a feeder bobbin 1 that is a source of unwinding, and the electric wires 2 pass through intermediate
[0055]
Now, a frequency command, a target voltage, an operation command, a voltage increase gradient command, a voltage decrease gradient command, and the like are generated from the
[0056]
The first operation
[0057]
The basic
[0058]
The voltage command increasing / decreasing
[0059]
The
[0060]
As a result, the voltage command output from the
[0061]
On the other hand, the effective
[0062]
The
[0063]
As a result, in an overcurrent state due to overtorque or the like, it is possible to avoid the overcurrent state by lowering the voltage command to lower the torque. In addition, in an abnormal state that greatly exceeds the normal overcurrent value, for example, when the inverter output is short-circuited, both the output frequency and the output voltage are instantaneously shut off, and the output of the
[0064]
Upon receiving the output frequency command and the output voltage command from the
[0065]
On the other hand, in the
[0066]
The
[0067]
The
[0068]
Next, the characteristic operation of the winding device will be described in detail with reference to the graphs shown in FIGS.
[0069]
In the winding device, as the winding time elapses, the winding bobbin 9 swells and the weight increases, so a rotating torque corresponding to the weight increase is required.
[0070]
In the winding device according to the present embodiment, when the torque is generated by the
[0071]
That is, a basic pattern represented by a voltage command that continuously increases to the input target voltage is generated in the basic
[0072]
The basic
[0073]
However, in the transitional state at the time of starting winding, stopping halfway, restarting, and stopping, the load torque characteristic changes according to the magnitude of the load, the inertial mass of the bobbin, and the elapse of the winding time. Therefore, a characteristic control method of the present invention for stably performing the winding operation even in such a transient state will be described below.
[0074]
Torque control in a steady state of the
[0075]
However, when a large voltage is applied in a state where the frequency is low, overcurrent and overtorque occur due to the characteristics of the motor. Therefore, control is performed so that the voltage applied to the
[0076]
(1) With reference to FIG. 8, the operations of starting, stopping, and restarting during winding will be described.
[0077]
At time t1 shown in FIG. 8, when the operator presses the
[0078]
At the start time t1, the frequency command stored in advance in the first operation
[0079]
On the other hand, during the period from time t1 to t2, the basic pattern of the voltage command stored in the second operation
[0080]
The voltage command increasing / decreasing
[0081]
As described above, when the operation command is input from the
[0082]
During the period from time t2 to time t3, the voltage is increased from the second operation
[0083]
At time t3, when the operator presses the STOP key 28 provided on the
[0084]
As described above, when a stop command is input from the
[0085]
At start-up time t5, the frequency is instantaneously raised to the above-described base frequency. Thereafter, from time t5 to time t6, the voltage command rises to the voltage V2 on the basic pattern at a constant gradient according to the preset rising gradient as described above.
[0086]
In this way, when the operation command is input from the
[0087]
During the period from time t6 to t7, the voltage command increases from voltage V2 on the basic pattern to V3. At time t7, when the
[0088]
As described above, while the frequency and the voltage are controlled independently, the voltage command is subjected to an increasing / decreasing operation with a gradient, thereby preventing overexcitation and overcurrent at the time of starting / stopping.
[0089]
(2) Basic pattern and torque
The basic
[0090]
The voltage command in the basic pattern is indicated by V0, and the torque (tension) at that time is T0, and constant tension control is always performed. On the other hand, for example, when it is desired to gradually increase the tension in accordance with the elapsed winding time, a basic pattern such as V1 is used as the voltage command. This is because the rate of voltage rise with time is larger than that of the normal basic pattern (V0). The tension at this time is T1. When the tension is gradually reduced, on the contrary, another basic pattern having a smaller voltage increase ratio than the basic pattern may be used.
[0091]
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications are possible.
[0092]
(1) In the voltage command increase /
[0093]
(2) When an overcurrent is detected by the
[0094]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a basic pattern represented by a voltage command that continuously increases to an input target voltage is generated, and when an operation command is input, the basic pattern is stored. Since the voltage applied to the torque motor is controlled so as to be directed to the target voltage based on the voltage command sequentially read from the basic pattern over time, the voltage applied to the torque motor can be continuously adjusted, The occurrence of a steep torque change can be suppressed, and furthermore, it is possible to contribute to improving the accuracy of the winding tension.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a winding device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an inverter device.
FIG. 4 is a graph showing a basic pattern of a voltage command supplied to a torque motor.
FIG. 5 is a graph showing a protection operation characteristic of the overcurrent protection unit.
FIG. 6 is a graph showing a torque generated by a torque motor according to an elapsed winding time.
FIG. 7 is a graph showing a supply voltage to a torque motor.
FIG. 8 is a graph showing acceleration / deceleration (rise / fall) of a voltage command in a transient state.
FIG. 9 is a graph showing changes in output voltage and tension according to elapsed winding time.
FIG. 10 is a schematic view of a conventional torque motor winding device.
FIG. 11 is a graph showing a change in tension applied to the electric wire 2 during manual adjustment.
[Explanation of symbols]
C1 capacitor
CT1, CT2 Current sensor
D1, D2, D3, D4, D5, D6 Diode
D7, D9, D10, D11, D12 Diode
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 switch element
1 Feeding bobbin
2 Electric wires
3 Inverter device
5,6,7 Rotating pulley
8 Torque motor
9 Rewind bobbin
11 Inverter device
16 Operation panel
41 Inverter control unit
43 PWM control unit
45 Converter section
47 Inverter section
51 Basic pattern calculator
53 1st operation command judgment part
55 second operation command determination unit
57 Voltage command increase / decrease section
59 AVR section
63 RMS converter
65 adder
67 gain
69 adder
71 Overcurrent protection section
Claims (7)
印加周波数が固定で印加電圧に応じて出力トルクを変化して前記巻き取り手段を駆動するトルクモータと、
商用電源から供給される交流電力を三相交流電力に変換して前記トルクモータへ印加するインバータ装置とを備えた巻き取り装置であって、
前記インバータ装置は、
操作に応じた指令を入力する操作入力手段と、
該操作入力手段から入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを生成する基本パターン生成手段と、
前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、該基本パターン生成手段から出力された基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に該基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、前記トルクモータへの印加電圧を前記目標電圧に向かうように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする巻き取り装置。Winding means for winding a long object;
A torque motor that changes the output torque according to the applied voltage and drives the winding means with a fixed applied frequency;
A winding device comprising: an inverter device that converts AC power supplied from a commercial power supply into three-phase AC power and applies the converted power to the torque motor,
The inverter device includes:
Operation input means for inputting a command according to the operation,
Basic pattern generation means for generating a basic pattern represented by a voltage command that continuously increases to a target voltage input from the operation input means;
When an operation command is input from the operation input means, the basic pattern output from the basic pattern generation means is stored, and the torque is determined based on a voltage command sequentially read from the basic pattern over time. And a control means for controlling a voltage applied to the motor toward the target voltage.
前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、前記電圧指令を0Vから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを特徴とする請求項1記載の巻き取り装置。The control means,
2. The winding according to claim 1, wherein when an operation command is input from the operation input unit, the voltage command is controlled to increase from 0 V to a voltage indicated by a basic pattern over a predetermined time. Taking device.
前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から0Vまで所定時間を掛けて下降するように制御することを特徴とする請求項1記載の巻き取り装置。The control means,
2. The winding according to claim 1, wherein when a stop command is input from the operation input means, the voltage command is controlled to fall from a voltage indicated by a basic pattern to 0 V over a predetermined time. Taking device.
前記商用電源の電圧と所定の基準電圧とから求めた差を前記電圧指令に加算して補正する電圧自動調整手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の巻き取り装置。The control means,
2. The winding device according to claim 1, further comprising: a voltage automatic adjustment unit that adds a difference obtained from a voltage of the commercial power supply and a predetermined reference voltage to the voltage command to correct the difference.
前記制御手段は、
前記電流検出手段からの検出値が所定の保護基準値を上回った場合には、前記検出値が該所定の保護基準値以下になるまで前記電圧指令を減少するように制御する過電流保護手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の巻き取り装置。Current detection means for detecting an alternating current applied from the inverter device to the torque motor,
The control means,
When the detection value from the current detection means exceeds a predetermined protection reference value, the overcurrent protection means controls the voltage command to decrease until the detection value becomes equal to or less than the predetermined protection reference value. The winding device according to claim 1, wherein the winding device is provided.
前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、周波数指令を0Hzから所定の周波数に切り替えて固定しておき、前記電圧指令を0Vから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御し、前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から0Vまで所定時間を掛けて下降するように制御した後に、周波数指令を0Hzに戻すように制御することを特徴とする請求項1記載の巻き取り装置。The control means,
When an operation command is input from the operation input means, the frequency command is switched from 0 Hz to a predetermined frequency and fixed, and the voltage command is increased from 0 V to a voltage indicated by a basic pattern by a predetermined time. If a stop command is input from the operation input means, the voltage command is controlled to drop from the voltage indicated by the basic pattern to 0 V over a predetermined time, and then the frequency command is 2. The winding device according to claim 1, wherein the winding device is controlled to return to 0 Hz.
運転途中で停止されている場合に、前記操作入力手段から運転指令が入力されたときには、0Vから前回停止直前の電圧指令まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを特徴とする請求項6記載の巻き取り装置。The control means,
When the operation command is input from the operation input means when the operation is stopped during the operation, control is performed such that the voltage increases from 0 V to a voltage command immediately before the previous stop over a predetermined time. 7. The winding device according to 6.
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