JP2022084375A

JP2022084375A - ワインダ制御システム

Info

Publication number: JP2022084375A
Application number: JP2020196218A
Authority: JP
Inventors: 稔之岩渕; Toshiyuki Iwabuchi
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-06-07

Abstract

【課題】アンワインダのコイル径が不明であっても、シート材の張力を所定範囲内に保って動作を安定させる。【解決手段】一態様にかかるワインダ制御システムは、張力検出部が検出した張力と張力基準値との偏差に基づくＰＩ制御によって算出されたアンワインダへの操作量に対応する補正量が所定値以上であるか否かを判定し、補正量が所定値以上であると判定した場合に、アンワインダが加減速をしているか否かを判定して、アンワインダが加減速をしていると加減速判定部が判定した場合に、アンワインダの加減速率に基づいて、アンワインダのコイル径の変化に対応するように補正量を積分制御により補償し、アンワインダが加減速をしていないと加減速判定部が判定した場合に、張力検出部が検出した張力に基づいて、アンワインダのコイル径の変化に対応するように補正量を積分制御により補償する。【選択図】図２

Description

本発明は、ワインダ制御システムに関する。

例えば、巻取された紙、フィルム、又は金属からなるシート材を所定の幅に裁断して巻き直すワインダ設備は、シート材の張力を所定範囲内に保つようにＰＩ制御を行うことにより、巻取りズレやシワ等を防ぐように動作を安定化させていることが知られている。

シート材を巻き取るワインダに向けてシート材を巻き戻すアンワインダは、加減速運転中であっても、シート材の張力を保つために、トルク制御（電流制御）が行われている（例えば特許文献１参照）。

また、トルク制御を行う場合、シート材の比重設定や部材の物理的な誤差などにより、トルク演算において基準値に対する偏差が生じることがある。特に、運転開始時、停止時、加減速の開始時・終了時には偏差が生じやすい。この偏差に対しては、補正制御を行って、補正出力をトルクの演算値に上乗せする制御を行われることが一般的である。つまり、算出したトルクに対して補正を行う１つのフィードバック制御が行われている。

国際公開第２０１８／０２５３２６号

しかしながら、基準値に対する偏差を小さくするためには、調整員が補正出力の具合を監視して、ゲインや時限調整を設定していたため、多くの時間と労力が必要となっていた。特に、アンワインダに巻かれているシート材のコイル径（巻径）が不明な場合には、ワインダ設備の動作を安定させるための調整が容易ではなかった。

シート材の巻き戻し及び巻取りにおいて、シート材の張力を所定範囲内に保つためには、シート材のコイル径の変化に応じてアンワインダなどを回転させるためのトルクを変える必要があるためである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アンワインダのコイル径が不明であっても、シート材の張力を所定範囲内に保って動作を安定させることができるワインダ制御システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかるワインダ制御システムは、シート材を巻き取るワインダに向けてアンワインダが巻き戻すシート材の張力を所定範囲内に保つようにＰＩ制御を行うワインダ制御システムにおいて、前記アンワインダが巻き戻すシート材の張力を検出する張力検出部と、前記張力検出部が検出した張力と張力基準値との偏差に基づくＰＩ制御によって算出された前記アンワインダへの操作量に対応する補正量が所定値以上であるか否かを判定する補正量判定部と、前記補正量が所定値以上であると前記補正量判定部が判定した場合に、前記アンワインダが加減速をしているか否かを判定する加減速判定部と、前記アンワインダが加減速をしていると前記加減速判定部が判定した場合に、前記アンワインダの加減速率に基づいて、前記アンワインダのコイル径の変化に対応するように前記補正量を積分制御により補償する加減速時補償部と、前記アンワインダが加減速をしていないと前記加減速判定部が判定した場合に、前記張力検出部が検出した張力に基づいて、前記アンワインダのコイル径の変化に対応するように前記補正量を積分制御により補償する定速時補償部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、アンワインダのコイル径が不明であっても、シート材の張力を所定範囲内に保って動作を安定させることができる。

一実施形態にかかるワインダ制御システムの構成例を示す図である。制御部が行うブレーキに対する制御を例示する制御ブロック図である。ワインダ制御システムの動作例を示すフローチャートである。

以下に、図面を用いてワインダ制御システム（ワインダ設備）の一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかるワインダ制御システム１００の構成例を示す図である。ワインダ制御システム１００は、例えばアンワインダ１、中間ロール２、中間ロール３、スリッタ４、ドラム５，５、ワインダ６、及び制御部７を有し、シート材Ｓを巻き取るワインダ６に向けてアンワインダ１が巻き戻すシート材Ｓの張力を所定範囲内に保つようにＰＩ制御を行う。

具体的には、アンワインダ１は、ワインダ制御システム１００の最上流に設けられ、ギヤ８を介して駆動電動機９により駆動されて、紙又はフィルムなどのシート材Ｓをワインダ６に向けて巻き戻す。また、アンワインダ１には、圧力によって当該アンワインダ１の回転を抑制するブレーキ１０が設けられている。

中間ロール２，３は、アンワインダ１の下流側に設けられ、それぞれシート材Ｓに張力を与えつつ、シート材Ｓをワインダ６に向けて搬送する。また、中間ロール３には、シート材Ｓにかかる張力を検出し、検出した張力を制御部７に対して出力する張力検出部１１が設けられている。つまり、張力検出部１１は、アンワインダ１が巻き戻すシート材Ｓの張力を検出する。

スリッタ４は、中間ロール３の下流側に設けられ、シート材Ｓを所定の幅に裁断する。ドラム５，５は、スリッタ４の下流側に設けられ、それぞれギヤ１２を介して駆動電動機１３により駆動されて、最下流に設けられたワインダ６がシート材Ｓを巻き取るように回転する。また、ドラム５，５は、圧力によって当該ドラム５，５の回転を抑制するブレーキ１４がそれぞれ設けられている。

制御部７は、ＣＰＵ１５及びメモリ１６を備え、ワインダ制御システム１００を構成する各部を制御する。例えば、制御部７は、張力検出部１１が検出したシート材Ｓの張力に基づいて、駆動電動機９，１３，１３及びブレーキ１０，１４，１４を制御する。

例えば、制御部７は、ブレーキ１０，１４，１４がそれぞれ備える張力アンプ（図示せず）に対し、操作量を電流値として補正量を補償しつつトルク制御（電流制御）を行い、アンワインダ１及びワインダ６の回転を制御するＰＩ制御を行う。例えば、ワインダ制御システム１００は、１～８倍に可変のトルク比が必要な設備である。

次に、制御部７が行う制御例について、図１とともに図２を用いて説明する。図２は、制御部７が行うブレーキ１０に対する制御を例示する制御ブロック図である。

図２に示すように、制御部７は、メモリ１６（図１）が記憶しているシート材Ｓの張力基準ａ（ｋｇ）に対して、張力検出部１１が検出した張力をフィードバック（張力フィードバックｂ：ｋｇ）させて、シート材Ｓの張力基準ａに対する張力偏差ｃを算出する。

また、制御部７は、張力偏差ｃを小さくするようにＰＩ制御ｄを行い、アンワインダ１への操作量（電流値）に対応する張力（ｋｇ）を補正する（張力補正ｅ）。

その後、制御部７は、補正量低減部２０によって張力補正量を低減させる処理を行い、張力（Ｋｇ）をブレーキ圧力（Ｍｐａ）に変換するＦＧ変換ｆを行って、ブレーキ圧力に対応する直流電流信号（４～２０ｍＡ）をブレーキ１０に対して出力する（信号出力ｇ）。

なお、補正量低減部２０は、制御部７が有する機能である。補正量低減部２０は、補正量判定部２１、加減速判定部２２、加減速時補償部２３、及び定速時補償部２４を有する。

補正量判定部２１は、張力検出部１１が検出した張力と、メモリ１６が記憶している張力基準値との偏差に基づくＰＩ制御によって算出されたアンワインダ１への操作量（電流値）に対応する補正量が所定値（例えば±３％）以上であるか否かを判定する。

加減速判定部２２は、補正量が所定値以上であると補正量判定部２１が判定した場合に、アンワインダ１が加減速をしているか否かを判定する。

加減速時補償部２３は、アンワインダ１が加減速をしていると加減速判定部２２が判定した場合に、アンワインダ１の加減速率に基づいて、アンワインダ１のコイル径の変化に対応するように補正量を積分制御により補償する。

例えば、加減速時補償部２３は、下式（１）に基づいて１０％～２００％の範囲でコイル径の変化に対応するように補正量を補償する。

張力補正（ｋｇ）×加減速率×積分制御＝コイル径補償・・・（１）

なお、加減速時補償部２３は、加減速トルク分（コイル分＋スプール分）の補償を行っている。また、加減速時補償部２３は、アンワインダ１が加速しているときに、張力補正が＋（張り方向）の場合には、加減速補償ゲインを小さくする。また、加減速時補償部２３は、アンワインダ１が減速しているときに、張力補正が－（弛め方向）の場合には、加減速補償ゲインを小さくする。

定速時補償部２４は、アンワインダ１が加減速をしていないと加減速判定部２２が判定した場合に、張力検出部１１が検出した張力に基づいて、アンワインダ１のコイル径の変化に対応するように補正量を積分制御により補償する。

例えば、定速時補償部２４は、下式（２）に基づいて１０％～４００％の範囲でコイル径の変化に対応するように補正量を補償する。

張力補正（ｋｇ）×積分制御＝張力分補償・・・（２）

なお、上式（２）では、ブレーキ１０に対する圧力の重みを補正して、コイル径の変化に対応するように補正量を補償することとなる。

つまり、補正量低減部２０は、張力検出部１１が検出した張力に基づくフィードバック制御における張力補正量が所定値以上である場合には、張力補正量が所定値未満になるように、アンワインダ１に対するゲインを補償してトルク制御を行う。

次に、ワインダ制御システム１００の動作例について説明する。図３は、ワインダ制御システム１００の動作例を示すフローチャートである。

図３に示すように、ワインダ制御システム１００は、制御部７によるＰＩ制御の補正量が±３％以上であるか否かを補正量判定部２１が判定する（Ｓ１００）。補正量判定部２１は、補正量が±３％以上でない場合（Ｓ１００：Ｎｏ）には処理を継続し、補正量が±３％以上である場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）にはＳ１０２の処理に進む。

次に、加減速判定部２２は、アンワインダ１がＭＲＨ（速度設定器）に従って加減速中であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。加減速判定部２２は、アンワインダ１が加減速中である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）にはＳ１０４の処理に進み、アンワインダ１が加減速中でない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）にはＳ１０６の処理に進む。

Ｓ１０４の処理において、加減速時補償部２３は、アンワインダ１の加減速率に基づいて、アンワインダ１のコイル径の変化に対応するように補正量を積分制御により補償する。

Ｓ１０６の処理において、定速時補償部２４は、張力検出部１１が検出した張力に基づいて、アンワインダ１のコイル径の変化に対応するように補正量を積分制御により補償する。

なお、アンワインダ１に対するゲインの補償そのものがシート材Ｓに対する張力制御への外乱となることを避けるため、制御部７は、ゲインの補償を小さくするように制御を行ってもよい。

また、制御部７は、張力制御そのものの応答により、例えば１０秒に一回程度で応答時間を１／１００秒程度にしたゲインの補償を行うように構成されてもよい。また、制御部７は、アンワインダ１が定速である場合には、張力補正量が±３０％以上であればロードセル異常とみなして、ゲインの補償を行わず、故障をアナウンスするように構成されてもよい。また、制御部７は、張力補正量が演算ゲインの±５０％以上である場合には、ゲインの補償を行わず、故障をアナウンスするように構成されてもよい。

このように、ワインダ制御システム１００は、ＰＩ制御によって算出された補正量が所定値以上であり、アンワインダ１が加減速をしている場合には、アンワインダ１のコイル径の変化に対応するように補正量を補償し、アンワインダ１が加減速をしていない場合には、張力検出部１１が検出した張力に基づいて、アンワインダ１のコイル径の変化に対応するように補正量を補償するので、アンワインダ１のコイル径が不明であっても、シート材Ｓの張力を所定範囲内に保って動作を安定させることができる。

なお、ワインダ制御システム１００における張力応答は、例えばドラム５，５の速度応答の３倍以上の時限とする。アンワインダ１の速度応答を１秒とすると、制御部７が補償する応答は、重みの補償を含めて５秒程度とする。

また、シート材Ｓの厚みが５０μｍｍ～５００μｍｍである場合には、コイル径の変化率が小さいため、ハンチングを防止するために、補正量を補償する追従性を遅くすることも有効である。例えば、ワインダ制御システム１００は、１００％の偏差を補償する場合には、１０％／秒程度の応答速度で補償を行う。

また、ワインダ制御システム１００は、シート材Ｓの密度定数や、制御部７に入力されるロードセル信号にズレ、張力アンプのゼロ調整ズレ、又はスパン調整異常などが発生するような場合であっても、アンワインダ１の加減速時におけるシート材Ｓの張力変動を抑えることができる。

また、ワインダ制御システム１００は、ワインダ６のスプール（巻取り芯）の機械トルクが異なる場合でも、巻き取り回数を増やすことにより、シート材Ｓの張力変動を抑えることができる。

そして、ワインダ制御システム１００は、動作を安定させるために調整員が行う調整を削減することができ、調整時間の短縮化を可能にする。

なお、制御部７が行う制御の各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。

１・・・アンワインダ、２・・・中間ロール、３・・・中間ロール、４・・・スリッタ、５・・・ドラム、６・・・ワインダ、７・・・制御部、８，１２・・・ギヤ、９，１３・・・駆動電動機、１０，１４・・・ブレーキ、１１・・・張力検出部、１５・・・ＣＰＵ、１６・・・メモリ、２０・・・補正量低減部、２１・・・補正量判定部、２２・・・加減速判定部、２３・・・加減速時補償部、２４・・・定速時補償部、１００・・・ワインダ制御システム

Claims

シート材を巻き取るワインダに向けてアンワインダが巻き戻すシート材の張力を所定範囲内に保つようにＰＩ制御を行うワインダ制御システムにおいて、
前記アンワインダが巻き戻すシート材の張力を検出する張力検出部と、
前記張力検出部が検出した張力と張力基準値との偏差に基づくＰＩ制御によって算出された前記アンワインダへの操作量に対応する補正量が所定値以上であるか否かを判定する補正量判定部と、
前記補正量が所定値以上であると前記補正量判定部が判定した場合に、前記アンワインダが加減速をしているか否かを判定する加減速判定部と、
前記アンワインダが加減速をしていると前記加減速判定部が判定した場合に、前記アンワインダの加減速率に基づいて、前記アンワインダのコイル径の変化に対応するように前記補正量を積分制御により補償する加減速時補償部と、
前記アンワインダが加減速をしていないと前記加減速判定部が判定した場合に、前記張力検出部が検出した張力に基づいて、前記アンワインダのコイル径の変化に対応するように前記補正量を積分制御により補償する定速時補償部と
を有することを特徴とするワインダ制御システム。