KR101650205B1 - 오픈루프 와인더 직경 연산 홀드 및 토크리미트 절체를 포함하는 오픈루프 와인딩 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동 초기 웹의 처짐을 개선하기 위한 와인딩 시스템의 장력제어 시스템에 관한 것으로, 선속 지령부, 직경 연산부, 속도제어기 및 토크리미트 설정부로 구성된 오픈루프 와인딩 시스템으로서, 상기 직경 연산부는 와인더의 구동 초기에 직경 연산을 홀드하여 안정화시키기 위한 직경 연산 홀드 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다.

Description

오픈루프 와인더 직경 연산 홀드 및 토크리미트 절체를 포함하는 오픈루프 와인딩 시스템{OPEN LOOP WINDING SYSTEM HAVING HOLD OF DIAMETER CALCULATION AND TORQUE LIMIT SELECTION}

본 발명은 와인딩 시스템의 장력제어 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 와인딩 시스템의 구동 초기 직경 연산을 홀드하고 토크리미트를 절체하여 원활한 와인딩 동작이 이루어지도록 하는 오픈루프 와인더 직경 연산 홀드 및 토크리미트 절체에 관한 것이다.

일반적으로 와인딩 시스템은 장력제어를 하기 위하여 센서를 통해 입력 받는 클로즈드 루프 와인딩과 센서를 통해 입력 받지 않는 오픈루프 와인딩으로 구분된다. 두 와인딩 방법 모두 운전을 개시하면 직경 연산을 시작하고 그 결과를 속도제어에 반영하여 속도 지령을 가감하게 된다.

클로즈드 루프 와인딩의 경우, 장력 지령을 별도로 인가하지 않고 속도제어로 장력제어를 행하게 되며, 오픈루프 와인딩은 센서를 통해 입력받지 않는 대신 장력지령을 입력받아서 속도 제어기의 토크리미트를 제어한다.따라서, 클로즈드 루프 와인딩 시스템의 경우 구동 초기 직경 연산 결과가 빠르게 반영되지 않더라도 센서 입력으로 인하여 단시간내에 속도를 제어하여 장력을 제어할 수 있다.

그러나, 오픈루프 와이딩 시스템의 경우는 장력 센서가 없기 때문에 구동초기 직경 연산 결과가 빠르게 반영되지 않거나, 연산 결과에 이상이 있을 경우 장력제어가 원활하지 못할 수 있다.

이를 방지하지 위하여 구동초기 일정 시간동안 직경 연산을 홀드하였다가 일정 시간 후 직경 연산을 실시하는 개념이 제시된다. 와인딩 시스템 구동 초기에 실제와는 다르게 직경 연산 결과가 급격히 증가하는 경우가 있을 수 있는데, 클로즈드 루프 와인딩은 센서 입력으로 단시간내에 자신의 직경을 재연산 할 수 있으나 오픈루프 와인딩은 센서가 없어서 직경을 재연산하는데 시간이 오래 걸릴 수 있으므로 운전 초기에 직경 연산 홀드 동작이 시스템의 안정된 특성을 나타낼 수 있다.

그런데, 오픈루프 와인더에서 직경 연산에 이상이 있거나 초기에 직경이 급격히 커졌을 때 직경에 따른 토크리미트 제어분을 반영하지 못하므로 실제 부하가 필요로 하는 만큼의 토크를 제공하지 못하고 토크리미트 제한에 걸리게 된다.

이러한 경우, 토크부족에 의한 전동기 속도 저하가 발생하고 이것이 전체적으로 와인더의 속도 저하를 초래하여 웹이 늘어지는 현상이 발생한다. 이를 방지하기 위하여 와인더 구동 초기 직경 연산 홀드시에는 토크리미트 소스를 장력지령 입력과 별도로 설정되게 하고, 직경 연산 홀드가 해제된 상태의 경우 장력지령에 의해 설정되도록 토크리미트 소스를 절체하도록 하여 와인더 시스템이 구동초기에 빠르게 장력제어 시작되도록 한다.

도 1은 종래기술의 오픈루프 와인딩 시스템을 간략화한 블록선도이다. 오픈루프 와인딩 시스템은 선속 지령부(40),장력 지령부(50), 직경 연산부(20), 속도 제어기(10), 토크리미트 설정부(30) 등으로 구성된다. 선속 지령부(40)와 장력 지령부(50)에서는 각각 선속과 장력지령을 설정할 수 있으며, 직경 연산부(20)는 선속 지령과 속도 피드백으로 직경을 연산한다. 또한, 속도 제어기(10)는 속도지령과 직경 연산부(20)에서 연산된 직경에 의해 시스템의 속도를 제어하며, 토크 리미트 설정부에서 장력 지령부(50)에서 입력한 장력지령에 의해 내부적으로 연산하여 토크리미트를 제어한다.

도 2는 종래기술의 오픈루프 와인딩 시스템의 직경 연산부(20)의 작동을 나타내는 블록선도이다. 직경 연산부(20)는 선속지령, 속도 피드백, 최소 직경, 전동기 최대 속도를 입력 받아 현재 직경을 연산해 속도 제어기(10)의 최종 속도 지령 및 토크리미트 설정부(30)의 토크리미트 연산에 사용한다.

도 3은 종래기술의 오픈루프 와인딩 시스템의 토크리미트 설정부(30)의 작동을 나타내는 블록선도이다. 토크리미트 설정부(30)는 장력지령, 직경 연산부(20)에서 연산된 직경, 테이퍼 지령, 부스트/스톨 지령, 기계손보상 등으로 최종 토크리미트를 연산해서 속도 제어기(10)의 토크를 제한한다.

상기 도면들을 기초로 보다 상세하게 살펴보면, 선속 지령부(40)에서 입력 받은 선속과 직경 연산부(20)에서 연산된 직경을 기준으로 연산된 속도레퍼런스를 속도피드백과 비교하여 속도제어 한다. 직경 연산부(20)는 도 2와 같이 선속지령, 속도 피드백, 최소 직경, 전동기 최대 속도를 비교하여 직경을 연산한다. 경우에 따라서는 직경 연산을 하지 않는 직경 연산 홀드를 하게 된다. 장력 지령부(50)에서는 원하는 웹의 장력을 설정할 수 있다. 도 3에서와 같이 토크리미트 설정부(30)에서는 장력 지령부(50)에서 입력된 장력지령, 테이퍼 연산, 부스트/스톨 연산, 기계손 보상 등을 통해서 토크리미트 값을 연산한다. 연산된 최종 토크리미트 값은 속도제어부의 토크를 제한하는 제한값으로 동작한다. 오픈루프 와인더에서 웹을 와인딩 할 때 일반적으로 직경이 커지면서 그만큼의 부하가 늘어나게 된다. 부하량이 토크리미트 값과 같아지면 출력 토크가 제한된다. 그렇게 되면 직경 연산부(20)에서 연산된 직경에 의해 토크리미트 설정부(30)에서 토크리미트 값을 크게 하여 좀 더 큰 토크가 인가 될 수 있도록 한다. 다시 출력토크가 토크리미트 값이 되면 토크를 제한하는 동작을 반복하여 최종 장력을 일정하게 제어한다. 이른바 토크리미트 제어라고 할 수 있다.

그런데, 종래 기술의 오픈루프 와인더의 경우 와인딩 시스템이 기동하는 초기에 직경 연산부(20)에서 직경 연산 동작이 안정화될 때까지 직경이 급격히 늘어날 수 있다. 또한, 클로즈드 루프 와인더의 경우에는 장력 피드백을 받기 때문에 직경이 커졌더라도 직경 연산이 동작하면서 금방 자신의 직경을 찾아 갈 수 있는 것과 달리오픈루프 와인더의 경우에는 직경이 커졌을 때 자신의 직경을 찾아 가는데 좀 더 오랜 시간이 걸린다. 또한, 직경이 커지게 되면 직경이 토크리미트 값을 작게하여 속도 제어기(10)의 토크를 제한하게 된다. 그렇게 되면 시스템의 속도가 떨어지게 되고, 웹이 늘어지는 현상이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래의 오픈루프 와인더가 기동 초기 직경 연산이 안정화 될 때까지 직경 연산의 부정확성에 의해 토크리미트가 작게 제한되어 시스템의 속도가 작아지고, 그로 인해 웹의 처짐 현상이 발생할 수 있는 문제점을 해결하여 기동 초기 속도의 빠른 응답성으로 웹의 처짐 현상이 발생하지 않도록 한다.

본 발명은 선속 지령부, 직경 연산부, 속도제어기 및 토크리미트 설정부로 구성된 오픈루프 와인딩 시스템으로서, 상기 직경 연산부는 와인더의 구동 초기에 직경 연산을 홀드하여 안정화시키기 위한 직경 연산 홀드 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 오픈루프 와인딩 시스템은, 상기 직경 연산부는 상기 선속 지령부의 선속 지령 및 직경 연산 홀드 팩터를 입력받아 설정된 조건이 되면 직경 연산 홀드 기능을 수행하는 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다..

또한, 본 발명에 따른 오픈루프 와인딩 시스템은, 상기 설정된 조건은 와인딩 가속 시간 1초 이하이면 카운터의 값이 설정값 이상인 경우와, 와인딩 가속 시간이 1초 이상이면 카운터 값이 직경 연산 홀드 팩터와 특정 상수의 곱 이상인 경우인 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 오픈루프 와인딩 시스템은, 상기 토크리미트 설정부는 상기 직경 연산부가 안정화되면 토크리미트를 절체하여 속도의 응답성을 향상시키는 토크리미트 절체 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 오픈루프 와인딩 시스템은,은 와인더의 구동 초기에는 직경 연산부가 직경 연산을 홀드하고, 토크리미트 설정부가 토크리미트를 절체하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 오픈루프 와인딩 시스템은, 상기 토크리미트 설정부는 상기 직경 연산부에서 연산된 직경 및 토크 팩터를 입력받아 설정된 조건이 되면 토크리미트 절체 기능을 수행하는 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 오픈루프 와인딩 시스템은, 상기 설정된 조건은 카운터 값이 설정값보다 작으면 토크리미트 값은 토크리미트 값은 토크 팩터와 특정 상수의 곱으로 결정되는 경우인 오픈루프 와인딩 시스템을 제공한다.

본 발명의 오픈루프 와인딩 시스템은 구동 초기에 직경 연산을 홀드하고 토크리미트를 절체함으로써, 기동초기 속도의 응답성이 개선되고 웹의 처짐 현상이 개선되는 이점이 있다.

도 1은 종래기술의 오픈루프 와인딩 시스템을 간략화한 블록선도.
도 2는 종래기술의 오픈루프 와인딩 시스템의 직경 연산부의 작동을 나타내는 블록선도.
도 3은 종래기술의 오픈루프 와인딩 시스템의 토크리미트 설정부의 작동을 나타내는 블록선도.
도 4는 본 발명에 따른 오픈루프 와인더 시스템을 나타내는 블록선도.
도 5a는 본 발명에 따른 직경 연산부의 작동을 도시한 블록선도.
도 5b는 본 발명에 따른 직경 연산부의 특정조건을 나타내는 블록선도.
도 6a는 본 발명에 따른 토크리미트 설정부의 작동을 도시한 블록선도.
도 6b는 본 발명에 따른 토크리미트 설정부의 특정조건을 나타내는 블록선도.
도 7은 오픈루프 와인더의 직경에 따른 속도 변화를 나타낸 도면.
도 8는 와인더에 웹이 감길 때의 모습을 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 따른 오픈루프 와인더를 도면을 기초로 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 오픈루프 와인더 시스템을 나타내는 블록선도이다. 도 3의 종래기술의 오픈루프 와인더에서 직경 연산부(200)와 토크리미트 설정부(300)가 보완되었으며, 직경 연산부(200)에서는 직경 연산 홀드 기능이 추가되었고 토크리미트 설정부(300)에서는 토크리미트 절체 기능이 추가 되었다.

본 발명에 따른 직경 연산부(200)는 선속지령, 속도 피드백, 최소 직경, 전동기 최대 속도를 입력받아 직경을 연산하여 출력하는데 이것은 기존의 직경 연산부(200)와 동일하다. 도 5a는 본 발명에 따른 직경 연산부(200)의 작동을 도시한 블록선도이다. 종래기술의 직경 연산부(200)에서 직경 연산 홀드 기능이 추가된 것이며 기동 초기 직경 연산부(200)가 안정화 될때 까지 직경 연산을 홀드하게 된다.

본 발명에서는 도 5a와 같이 직경 연산 홀드팩터를 입력받아서 특정 조건이 되면 직경 연산을 홀드하게 된다. 상기의 특정 조건은 도 5b에 나타난다. 구체적으로 살펴보면, 와인더의 가속 시간이 1초 이하이고 카운터의 값이 특정 값(A) 이상이면 직경 연산 홀드하고, 가속 시간이 1초 이상이고 카운터 값이 특정 값(B)* 직경 연산 홀드 팩터 이상이면 직경 연산 홀드를 행한다.상기 특정 값(B)는 미리 설정된 특정한 상수를 의미한다.

한편, 본 발명에 따른 토크리미트 설정부(300)는 장력지령, 직경 연산부(200)에서 연산된 직경, 테이퍼 지령, 부스트/스톨 지령, 기계손 보상 등으로 속도 제어기(100)의 토크리미트를 설정하는 구성에서 종래기술의 토크리미트 지령부와 동일하다. 그런데, 본 발명의 개념에 따라, 토크 팩터를 입력 받아 특정 조건이 되면 토크리미트를 절체하는 구성이 추가된다. 이와 같이 토크리미트 설정부(300)의 작동은 도 6a에 도시된다. 도 6a는 본 발명에 따른 토크리미트 설정부(300)를 도시한 블록선도이다. 직경 연산부(200)가 안정화되어 직경 연산이 원활하게 될때 토크리미트가 절체되어 속도의 응답성이 빨라지게 되고 웹의 처짐 현상 특성이 개선된다.

또한, 상기의 특정 조건은 도 6b에 나타난다. 카운터의 값이 특정 값(A)보다 크면 토크리미트 값은 그림 도 3에 나타난 종래기술의 토크리미트 설정부(300)와 같고, 카운터의 값이 특정값(A) 보다 작으면 토크리미트 값은 기존 토크리미트 설정부 값(B)*토크 팩터의 값이 된다. 상기 토크리미트 설정부 값(B)는 미리 설정된 특정의 상수를 의미한다.

상기 도면들을 기초로 본 발명에 따른 오픈루프 와인더 시스템의 동작을 상세히 살펴본다. 와인더에 운전 신호가 입력되면 직경 연산부(200)에서 웹의 직경을 연산한다. 연산된 직경은 선속 지령부(400)에 입력된 선속 지령과 연산하여 최종 속도 지령을 만들고, 장력 지령부(500)에 입력된 장력 지령과 연산하여 토크리미트 설정부(300)를 거처 최종적인 토크리미트 값을 만들어 속도 제어기(100) 출력을 제한한다.

직경 연산부(200)에서 직경을 연산할 때 정상 상태가 되면 선속지령, 속도 피드백, 최소 직경, 전동기 최대 속도를 기초로 직경을 연산한다. 하지만 기동 초기 정상 상태가 되기 전에 직경 연산이 급격히 커질 수 있는데 이런 경우를 대비하여 직경 연산 홀드 팩터를 근거로 일정 시간 직경 연산을 하지 않는 직경 연산 홀드를 행하게 한다.

직경 연산부(200)에서 직경 연산 홀드를 행하고 있을 때 실제로 직경 변화에 대한 토크가 속도 제어기(100) 제한에 반영되지 않기 때문에 직경 연산홀드 중인 기동 초기에 토크가 부족해서 속도가 늦어 질 수 있다. 그래서 기동초기와 정상 상태 일 때 토크리미트를 절체가 필요가 있다.

토크리미트 설정부(300)의 경우, 정상 상태에서는 장력지령, 연산된 직경, 테이퍼 지령, 부스트/스톨 지령, 기계손 보상 등의 연산으로 토크리미트 값이 설정되지만 기동 초기에는 직경 연산부(200)에서 직경 연산 홀드를 하기 때문에 정상 상태의 토크리미트 설정부(300)와는 달리 토크 팩터를 기준으로 연산된 토크리미트 값을 설정된다.

따라서, 직경 연산부(200) 및 토크리미트 설정부(300)에서 기동 초기 직경 홀드, 토크리미트 절체를 해 줌으로써 토크 제한으로 와인딩 시스템의 웹이 처지는 현상이 없어짐에 주목해야 한다.

도 7은 오픈루프 와인더가 운전을 시작할 때 부터 직경이 커지면서 나타나는 속도 변화를 나타낸 그림이고 세로축은 속도를 나타내며, 가로축은 직경을 나타낸다. 도 7의 상부는 종래기술에 따른 오픈루프 와인더 시스템 직경에 따른 속도변화를 도시하고, 하부는 본 발명에 따른 오픈루프 와인더 시스템의 직경에 따른 속도변화를 도시한다. 운전을 시작할 때는 직경이 작기 때문에 선속을 일정하게 유지하기 위해 속도가 빠르고 직경이 커질수록 속도가 느려진다. 그런데, 종래의 오픈루프 와인더는 직경 연산부(200)가 안정화가 되지 않았을 때 그림과 같이 초반에 토크리미트가 제한되어 속도가 느려질 수 있다. 안정화가 되면 장력에 일정하게 유지하기 위해 일정 속도를 찾아 간다.

따라서, 본 발명의 개념은 발명은 와인더 시스템의 기동시 직경 연산 홀드와 토크리미트 절체를 하여 기동 초반부터 정상 속도를 찾아갈 수 있도록 하는 데 있다.

도 8는 와인더에 웹(120)이 감길 때의 모습을 나타낸 도면이다. 언와이딩하는 언와인더(130)의 속도가 일정하다고 가정할 때, 기동 초기 와인딩하는 와인더(110)의 속도가 느려지게 되면 도 8의 상부와 같이 웹이 처지는 현상이 발생한다. 도 8의 하부는 본 발명에 따른 오픈루프 와인더에 의해 개선된 모습을 나타내는데, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 와인더 시스템에 따라 기동 초기 속도 응답성을 빠르게 하여 그림과 같은 웹(120)의 처짐 현상을 개선할수 있는 이점이 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명에 따른 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명에 따른 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100...속도 제어기 110...와인더
120...웹 130...언와인더
200...직경 연산부 300...토크리미트 설정부
400...선속 지령부 500...장력 지령부

Claims (7)

1. 선속 지령부, 직경 연산부, 속도제어기 및 토크리미트 설정부로 구성된 오픈루프 와인딩 시스템으로서,
   상기 직경 연산부는 와인더의 구동시에 직경 연산을 홀드하여 안정화시키기 위한 직경 연산 홀드 기능을 포함하고,
   상기 토크리미트 설정부는 상기 직경 연산부가 안정화되면 토크리미트를 절체하여 속도의 응답성을 향상시키는 토크리미트 절체 기능을 포함하는 오픈루프 와인딩 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 직경 연산부는 상기 선속 지령부의 선속 지령 및 직경 연산 홀드 팩터를 입력받아 설정된 조건이 되면 직경 연산 홀드 기능을 수행하는 오픈루프 와인딩 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 설정된 조건은 와인딩 가속 시간 1초 이하이면 카운터의 값이 설정값 이상인 경우와,
   와인딩 가속 시간이 1초 이상이면 카운터 값이 직경 연산 홀드 팩터와 특정 상수의 곱 이상인 경우인 오픈루프 와인딩 시스템.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   와인더의 구동 초기에는 직경 연산부가 직경 연산을 홀드하고, 토크리미트 설정부가 토크리미트를 절체하는 오픈루프 와인딩 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 토크리미트 설정부는 상기 직경 연산부에서 연산된 직경 및 토크 팩터를 입력받아 설정된 조건이 되면 토크리미트 절체 기능을 수행하는 오픈루프 와인딩 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 설정된 조건은 카운터 값이 설정값보다 작으면 토크리미트 값은 토크리미트 값은 토크 팩터와 특정 상수의 곱으로 결정되는 경우인 오픈루프 와인딩 시스템.

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