KR20130010076A - 기계 동작의 비동기 제어 - Google Patents

기계 동작의 비동기 제어 Download PDF

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케네쓰 알렌 픽슬레이
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

기계 제어 방법은 적어도 시스템 마스터 신호를 제공하는 단계, 시스템 마스터 신호의 값에 기초하여 적어도 서브-시스템 마스터 신호를 시스템 마스터 신호에 선택적으로 동기화시키는 단계, 및 다른 마스터 신호의 값에 기초하여 적어도 하나의 작동을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 컨트롤러는 시스템 가상 마스터 신호를 제공할 수 있으며, 시스템 가상 마스터 카운트 값에 기초하여 하나 이상의 모듈 가상 마스터 신호를 시스템 가상 마스터에 동기화시킬 수 있다. 모듈의 하나 이상의 부품은 모듈 가상 마스터 신호의 카운트 값에 기초하여 작동할 수 있다. 비동기 제어 방법의 사용은 기계의 융통성을 유리하게 증가시킬 수 있다. 기계의 부품의 작동이 각각의 가상 마스터 신호에 종속될 수 있기 때문에, 비동기 제어 방법을 사용하는 기계는 다른 부품에 수반되는 고장의 경우에 하나의 부품 또는 모듈의 작동을 유리하게 계속시킬 수 있다. 또한, 부품 작동은 기계의 다른 부품이 계속 작동하는 동안 재설정될 수 있다.

Description

기계 동작의 비동기 제어{ASYNCHRONOUS CONTROL OF MACHINE MOTION}
일반적으로 말해서, 기계는 하나 이상의 작업을 수행하기 위해 기계적으로, 전기적으로, 전자적으로, 및/또는 기타 방식으로 작동되는 하나 이상의 부품을 포함할 수 있다. 현대의 산업 자동화는 기계의 작업(들)이 소정 방식으로 이루어지도록 보장하기 위해 기계의 성공적인 제어에 의존한다.
기계의 제어는 여러 가지 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 일부 제어 기법에서는, 기계 부품의 동작은 마스터 축의 위치에 종속되도록 마스터 축에 동기화된다. 동기화는 부품이 기어, 캠 등을 통해서 마스터 축에 물리적으로 연결된 결과일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 카운트 값과 같은, 마스터 축을 나타내는 신호는, 카운트 값에 종속되는 부품 동작에 의해 발생되거나 얻어진다. 예를 들어, 축의 위치에 기초하여 카운트 값을 얻기 위해 인코더가 사용될 수 있거나 "가상 마스터" 카운트 값이 발생될 수 있다. 그러나, 동기 제어는 기계의 작동 능력을 완전히 이용하지 못할 수 있는 바, 이는 기계 축 전부가 가상 마스터와 항상 협력하기 때문이다.
본 발명의 목적 및 장점은 하기 설명에서 부분적으로 제시될 것이며, 또는 이 설명으로부터 자명해질 수 있거나, 본 발명의 하나 이상의 실시예의 실시로부터 학습될 수 있다.
기계를 비동기 제어하는 방법은, 작동 사이클 또는 일련의 작동 사이클에 걸쳐서 초기 카운트 값으로부터 최종 카운트 값으로 변경되는 시스템 마스터 카운트를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 시스템 마스터 카운트는, 제어 시스템 내의 임의의 기타 카운트 값에 기초하지 않지만, 대신에 다른 부품을 제어하거나 및/또는 다른 마스터("서브-시스템" 마스터로 지칭됨)를 선택적으로 동기화하기 위한 기초로서 직접 또는 간접적으로 작용하는 카운트이다. 예를 들어, 인코더를 사용하여 시스템 마스터 카운트가 얻어질 수 있거나, 기계 컨트롤러에 의해 가상 마스터가 발생될 수 있다.
본 명세서에서의 많은 예는 시스템 마스터 카운트를 단일 기계 내에서의 부품 작용 및 기타 카운트 값에 대한 기초로서 지칭하지만, 일부 실시예에서 시스템 마스터 카운트는 다수의 상이한 기계에 걸친 작동에 대한 기초로서 작용할 수 있음을 알아야 한다.
상기 방법은 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 각각의 서브-시스템 마스터 카운트는 시스템 마스터 카운트가 각각의 로크-온(lock-on) 카운트 값에 도달할 때 시작하도록 시스템 마스터 카운트에 직접 또는 간접적으로 기초한다. 기계의 하나 이상의 부품은 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트의 값에 기초하여 부품(들)의 동작을 정의하는 부품 작동 프로파일에 기초하여 작동될 수 있다. 후술하듯이, 서브-시스템 마스터 카운트는 시스템 및 기계 조직의 상이한 레벨에서 부품을 제어하기 위해 생산되는 카운트 값에 대응할 수 있다. 예를 들어, 서브-시스템 마스터 카운트는 기계 마스터 카운트(시스템 마스터 카운트가 다수의 기계를 제어할 때), 모듈 마스터 카운트, 또는 특정 부품 또는 부품 그룹을 제어하기 위해 사용되는 마스터 카운트 중 적어도 하나를 지칭할 수 있다.
서브-시스템 마스터 카운트는 시스템 마스터 카운트에 직접 기초할 수 있다. 그러나, 일부 서브-시스템 마스터 카운트는 시스템 마스터 카운트에 기초한 다른 서브-시스템 마스터 카운트에 간접적으로 기초할 수도 있다. 일례로서, 모듈(서브-시스템) 마스터 카운트는 기계 마스터 카운트에 기초할 수 있으며, 몇 가지 부품 마스터 카운트는 모듈 마스터 카운트에 기초한다.
상기 방법은 또한 시스템 마스터 카운트의 중지 없이 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트를 중지시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브-시스템 마스터 카운트는 최종 값 또는 중지에 도달할 수 있거나, 또는 프로세스 조건 및/또는 조작자 입력에 반응하여 고장 또는 제어 명령에 반응하여 조기에 중지될 수 있다. 고장 또는 정지 명령의 경우에, 서브-시스템 마스터 카운트는, 예를 들어 시스템 마스터 카운트의 중지 없이 또는 다른 서브-시스템 마스터 카운트와의 간섭 없이 카운트 속도의 점진적 저하 또는 이동 부품 전체의 전체-토크 정지에 의해 제어 방식으로 중지될 수 있다. 따라서, 기계 부품의 작동에 의해 수행되는 단수 또는 복수의 프로세스의 하나 이상은, 시스템 마스터 카운트가 계속되기 때문에 기계의 다른 프로세스(들)를 반드시 작동정지(shut down)시키지 않아도 마음대로 제어 방식으로 결합 및 결합해제될 수 있다.
하나 이상의 부품의 작동은, 임의의 부품 또는 부품 그룹이 소정 방식으로 실행되게 하는 것을 포함하는 것으로 의미된다. 이는 예를 들어 부품 또는 조립체가 정해진 패턴으로 이동하게 하는 것, 부품이 정해진 경로를 따라서 이동하거나 정해진 방식으로 다른 동작에 반응하게 하는 것을 포함할 수 있다. 작동은 또한, 재료의 유동 또는 이동을 시작, 종료 또는 규제하는 것, 또는 임의의 형태의 에너지(예를 들면, 광에너지, 열에너지 등)의 흐름을 규제하는 것을 비제한적으로 포함하는 작용을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 따라서 부품의 "작동"은 작동되는 부품(들)의 의도된 기능(들)에 종속될 것이다. 부품 작동 프로파일은 부품 또는 부품 그룹의 작동을 지시하기 위한 임의의 적합한 수단을 포함하는 것으로 의미된다. 예를 들어, 제어 분야에서 공지되어 있듯이, 동작 프로파일은 물리적 또는 전자식 캠에 의해 특정될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 부품, 서브섹션, 모듈 또는 기계의 하나 이상에 대해 소정 동기화 시점을 결정하는 단계, 및 결정된 소정 동기화 시점에 기초하여 적어도 하나의 로크-온 카운트 값을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계의 작동은 기계의 부품 및/또는 모듈에 대해 하나 이상의 소정 작동 시퀀스를 특정하는 제어 프로그램에 기초하여 진행될 수 있다. 소정 작동 시퀀스에 기초하여, 부품 작동의 기초가 되는 마스터 카운트를 적절히 촉발시킴으로써 각각의 모듈 또는 부품이 필요할 때 작동하도록 각각의 모듈 또는 부품에 대해 로크-온 카운트 값이 선택될 수 있다.
하기의 몇 가지 예에서, 이 작동 형태는 "상대 타이밍"(relative timing)으로 기술된다. 그러나, "상대 타이밍"이란 용어는 약칭으로 사용되며, 제어 시스템 및/또는 기계 부품이 실제 시간 값 또는 간격을 고려하는 것으로 추론하도록 의미되지 않는다. 대신에, 작동이 이루어지는 실제 시간 간격 및 동기화 시점 사이의 시간 간격은, 일부 실시예에서 동기화 시점이 카운트에 기초하기 때문에 변경될 수 있다. 실제 시간 간격 및 시간 값은 따라서 시간 단위당 카운트 속도에 따라 변경될 것이다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 기계는 적어도 제1 및 제2 모듈을 포함한다. 각각의 모듈은 하나 이상의 부품을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 다른 마스터 신호를 제공하는 단계는 시스템 마스터가 제1 로크-온 카운트 값에 달할 때 시작되는 제1 모듈 마스터 카운트를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 또한, "제공"하는 방법 단계는 시스템 마스터가 제2 로크-온 카운트 값에 달할 때 시작되는 제2 모듈 마스터 카운트를 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 추가로, 작동은 제1 모듈의 부품(들)을 제1 모듈 마스터 카운트에 기초하여 작동시키고 제2 모듈의 부품(들)을 제2 모듈 마스터 카운트에 기초하여 작동시키는 것을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어 프로그램은 다수의 모듈을 포함하는 기계에 대해 모듈 레벨에서 반드시 부품 단위에 기초하지 않고 소정 작동 시퀀스를 특정할 수 있다. 제1 및 제2 로크-온 카운트 값은 모듈에 대한 소정의 상대 작동 타이밍을 결정함으로써 선택될 수 있으며, 물론 모듈 부품에 대한 소정의 작동 시점이 고려될 수도 있다.
물론, 기계는 더 많은 모듈을 포함할 수 있으며, 이들 모듈의 일부 또는 전부는 순차적으로 작동할 수 있다. 또한, 각각의 모듈은 그 고유한 각각의 마스터 카운트에 기초하여 작동하기 때문에, 모듈은 임의의 주어진 순서에 선택적으로 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 추가로, 모듈은 다른 순서로 다른 로크-온 시점에서 작동할 수도 있다. 특정 시퀀스, 프로세스 및 기계에 따라서, 일부 모듈은 동시에 작동할 수도 있다. 또한, 작동 프로파일 및 사용된 추가 가상 마스터(서브-프로세스 가상 마스터 등)에 따라서, 두 개의 다른 마스터가 동시에 카운팅을 시작할 수 있지만, 그 동작이 두 개의 마스터의 카운트에 기초하지 않는 각각의 부품은 상이한 시기에 작동할 수도 있다.
추가로, 모듈은 다른 모듈의 상태와 무관하게 작동할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 제1 모듈이 고장에 직면했는지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 고장에 직면하면, 상기 방법은, 제1 모듈을, 동작 중인 다른 기계 부품이 존재하는 경우 이러한 다른 기계 부품으로부터 기계적으로 및/또는 전기적으로 분리시키는 단계, 제1 모듈 마스터 카운트를 중지하는 단계, 및 제2 모듈 로크-온 카운트 값이 변경되어야 하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일례로서, 권선기는 재료를 권선하기 위해 순차적으로 작동하는 다수의 권선 모듈을 포함할 수 있다. 제1 권선 모듈은 고장에 직면할 수 있다. 기계의 작동을 멈추는 대신에, 제1 권선 모듈은 작동으로부터 분리될 수 있고 그 모듈 마스터 카운트는 중지될 수 있다. 예를 들어, 모듈은 동작 중인 다른 부품(본 예에서 기계를 통해서 이동하는 웹)으로부터 자체 분리될 수 있으며 및/또는 기계는 모듈을 제거하기 위한 장치를 구비할 수 있다.
그러나, 제2 모듈은 제1 모듈의 상태와 관계없이 작동할 수 있다. 이는 물론 제1 모듈의 고장 조건이 큰 체계적 문제(예를 들면, 웹 컨베이어가 갖는 문제)의 결과가 아니라고 가정한다. 제2 모듈은 고장 없이 작동될 때와 같은 시점에서 작동할 수 있다. 그러나, 기계 중앙 컨트롤러는 제1 모듈이 작동되지 않기 때문에 제2 모듈이 애초 의도된 것보다 빨리 작동될 수 있다고 결정할 수도 있다. 그렇다면, 기계 컨트롤러는 제2 로크-온 값에 대해 신규 값을 결정할 수 있으며, 제2 모듈의 컨트롤러에 다른 로크-온 값을 특정함으로써 제2 모듈이 조기에 작동을 시작하도록 지시할 수 있다. 이는 유리하게 폐기물을 감소시킬 수 있는 바, 이는 제2 모듈을 조기에 결합시킴으로써 보다 적은 재료가 권선되지 않고 기계를 통과할 것이기 때문이다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 부품 작동의 기초가 되는 마스터 카운트가 중지되는 동안 적어도 하나의 부품의 작동 프로파일을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 모듈을 포함하는 기계에서는, 다른 모듈이 작동 중에 계속 결합하고 있는 동안 하나의 모듈이 정지될 수 있는 바, 이는 시스템 마스터가 계속 순환하고 있기 때문이다. 모듈이 정지되어 있는 동안, 하나 이상의 부품에 대한 동작 프로파일은 변경될 수 있다. 일례로서, 모듈과 연관된 부품의 하나 이상의 전자 캠 프로파일은 모듈이 다르게 수행하도록 재설정될 수 있다. 부품 프로파일(들)이 재설정되면, 모듈은 다시 작동하도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 권선기에서는, 예를 들어 롤의 장력을 변경함으로써 다른 제품 특징이 달성될 수 있다. 롤 장력(나중에 자세히 논의됨)을 변화시키는 부품 동작 프로파일은 동일 모듈을 사용하여 상이한 제품이 제조될 수 있도록 실행 사이에 변경될 수 있다. 그러나, 이들 변경은 기계의 다른 모듈 및 부품의 작동을 정지시키지 않고서 이루어질 수 있다.
동작 프로파일을 실행 사이에 재설정하는 것에 추가적으로 또는 이를 대신하여, 동작은 부품이 작동하는 동안 조절될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트는, 시스템 마스터 카운트 및 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트의 속도가 작동 사이클의 적어도 일부 동안 동일하지 않도록 제공된다. 더욱이, 시스템 마스터 카운트와 서브-시스템 마스터 카운트 사이의 비율은 시간이 흐름에 따라 항상 일정하지 않을 수도 있다.
일례로서, 모듈 마스터 카운트 속도는 모듈 마스터 카운트에 기초하지 않고 부품(및 다른 서브-모듈 마스터도 해당될 수 있음)의 작동을 변경시키기 위해 증가 또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 하나 이상의 부품의 작동 중에 피드백을 수용하는 단계 및 상기 피드백에 기초하여 시스템 마스터 카운트의 간격에 걸쳐서 발생하는 모듈 카운트의 숫자를 증가 또는 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 예로서, 서브-시스템 마스터 카운트의 카운트 비율은 이러한 서브-시스템 마스터 카운트가 종속되는 모듈 마스터 카운트에 대해 변경될 수 있다.
서브-시스템 마스터 카운트와 이러한 서브-시스템 마스터 카운트가 종속되는 마스터 카운트 사이의 카운트 속도의 비율을 변경할 때는, 가능한 재동기화 문제를 고려하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 제어 프로그램 또는 시퀀스는 하나 이상의 다른 서브-시스템 마스터 카운트의 주어진 카운트 간격 및/또는 시스템 마스터의 주어진 간격에 걸쳐서 서브-시스템 마스터 카운트가 이루어진다는 가정에 기초할 수 있다. 서브-시스템 마스터 카운트 속도가 마스터 카운트를 넘어 감소되면, 이는 가정된 카운트 간격 중에 작동을 완료하지 못할 수도 있다. 바꿔 말하면, 이는 너무 "느리게" 작동할 수 있다. 한편, 서브-시스템 마스터 카운트 속도가 마스터 카운트를 넘어 증가되면, 이는 더 짧은 기간에 걸쳐서 작동을 완료할 수 있으며, 따라서 너무 "빨리" 작동할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 하나 이상의 속도 변경 이후에 서브-시스템 카운트 속도는 서브-시스템 카운트 사이클이 당초 간격에 걸쳐서 완료되도록 임의의 다른 조기 카운트 속도 변경을 보상하기 위해 다시 변경된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어 프로그램(들)은 서브-시스템 마스터 카운트 속도의 일부 감소를 허용하기 위해 서브-시스템 마스터 카운트 위의 마스터(들)에 대한 가정된 카운트 간격에 있어서 "대비책(cushion)"을 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트는 네거티브 카운트 값에서 시작되고 포지티브 카운트 값으로 증가한다. 서브-시스템 마스터 카운트에 기초하지 않는 하나 이상의 부품 작동 프로파일은, 네거티브 카운트 값에서 시작되고 그 동안에 적어도 하나의 부품이 적어도 하나의 소정 작용을 제공하도록 준비되는 기동 페이즈, 및 카운트 값이 제로에 달할 때 시작되고 그 동안에 부품이 적어도 하나의 소정 작용을 수행하는 실행 페이즈를 포함하는 적어도 두 개의 작동 페이즈를 설정할 수 있다.
예를 들어, 동작 프로파일은 동작 중인 기계의 다른 부품에 기계적으로 결합되는 회전 부품의 속도를 설정할 수 있다. 예를 들어, 맨드렐의 회전은 하나 이상의 모터에 의해 제어될 수 있다. 맨드렐을 기계 속도로 이동하는 웹과 결합시키기 위해, 맨드렐은 일반적으로 맨드렐이 결합되기 전의 속도에 이르게 된다. 기동 페이즈는 그 동안에 맨드렐 모터가 작동 속도에 이르게 되는 기간을 포함할 수 있는 반면에, 실행 페이즈는 그 동안에 맨드렐이 권선 작업 시에(및 이후에도 해당될 수 있음) 결합되는 기간을 포함할 수 있다.
여러 페이즈에서의 작동은 부품 동작을 네거티브 값을 포함하는 서브-시스템 마스터 카운트에 직접 기초하지 않음으로써 달성될 수 있거나, 또는 하나 이상의 중재 서브-시스템 마스터 카운트를 사용하여 달성될 수 있다. 하나 이상의 중재 서브-마스터 카운트가 사용되면, 부품은 그 자체가 네거티브 카운트 값에 종속되도록 구성될 필요가 없다.
전술했듯이, 일부 실시예에서, 상기 방법은 중재 서브-시스템 마스터 카운트가 각각의 로크-온 카운트 값에 도달할 때 시작되는 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트("추가" 서브-시스템 마스터 카운트)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 부품은 "추가" 서브-시스템 마스터 카운트에 기초할 수 있다. 예를 들어, 기계는 시스템 마스터 카운트, 및 상기 시스템 마스터 카운트에 기초하지 않는 하나 이상의 모듈 마스터 카운트를 제공할 수 있다. 적어도 하나의 추가 마스터 카운트는 모듈 마스터 카운트에 기초하지 않을 수도 있다. 이는 유리하게 단일 모듈 내에서 상이한 작동 태양의 비동기 제어를 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 권선기는 다수의 권선 모듈을 포함할 수 있으며, 각각의 권선 모듈의 작동은 각각의 권선 모듈 마스터에 기초한다. 일부 권선 모듈 부품의 작동은 권선 모듈 마스터의 값에 기초할 수 있다. 그러나, 일부 권선 모듈 부품은 서브-모듈 마스터의 값에 기초하여 작동할 수 있다. 일례로서, 권선 모듈은, 맨드렐을 위치시키고 맨드렐의 회전을 결정하는 부품을 포함할 수 있다. 회전에 관련된 부품은 맨드렐 회전 마스터 카운트에 종속될 수 있는 반면에, 맨드렐의 위치설정(웹에 대한 수직 위치 등)에 관련된 부품은 맨드렐 리프트 마스터 카운트에 종속될 수 있다. 맨드렐 회전 및 맨드렐 리프트 마스터 카운트의 각각은 모듈 마스터의 값에 종속될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 방법은 적어도 하나의 부품을 가상 마스터 카운트 값과 무관한 타이밍조절된 함수에 기초하여 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 예에서는 모듈의 일부 부품을 기계(또는 모듈) 속도와 무관하게 작동시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 권선 작업을 수행하는 모듈의 부품은, 시스템 마스터의 작동 사이클의 적어도 일부 동안 시스템 마스터에 동기화되는 하나 이상의 서브-시스템 마스터에 동기화될 수 있다. 그러나, 완성된 권선 재료의 언로딩을 취급하는 모듈의 다른 부품은 모듈 마스터 카운트가 중지되면 작동될 수 있다. 일부 부품은 일부 작동을 위한 마스터에 동기화될 수 있고, 이후 다른 작업을 위한 마스터 카운트 값과 무관하게 작동할 수 있다. 예를 들어, 후술하듯이, 맨드렐 리프트 부품은 권선 작업 중에 리프트 가상 마스터에 동기화될 수 있다. 그러나, 권선 작업 이후, 부품은 롤 제품을 제거용 위치로 이동시키기 위해 명령을 통해서 위치-제어될 수 있다. 권선 작업이 빠른 속도로 진행되면, 시간 또는 위치-기반 함수의 사용은, 언로딩 작업이 마스터 카운트에 동기화되면 달성될 수 있는 언로딩 작업의 느린 취급을 가능하게 할 수 있다. 마찬가지로, 권선 작업이 느리면, 언로딩 작업은 마스터 카운트 값에 동기화되면 달성될 수 있는 것보다 빨리 이루어질 수 있다.
본 명세서는 그 작동이 시스템 마스터가 아닌 하나 이상의 마스터에 동기화되는 부품의 몇 가지 예를 제공하지만, 일부 실시예에서, 하나 이상의 추가 부품의 작동은 시스템 마스터에 동기화될 수 있다. 예를 들어, 권선기에서, 웹을 권선기를 통해서 이동시키는 컨베이어(들), 천공기, 및 기타 부품의 동작은 시스템 마스터에 직접 동기화될 수 있거나, 심지어 그 기초로서 작용할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "권선기"는 모체(parent) 롤을 형성하기 위한 기계, 및 모체 롤로부터 롤/로그를 형성하기 위한 기계[리와인더(rewinder)]를 총칭한다. 즉, 단어 "권선기"는 "권선기"와 "리와인더" 양자를 커버하기에 충분히 광범위하다. 일반적으로 말해서, 권선기는 종이와 같은 긴 재료를 롤링하여 롤로 만드는 기계이다. 이들 기계는 긴 종이(통상 종이 웹으로 지칭됨)를 자동화 공정을 통해서 고속으로 권선하여 롤로 만들 수 있다. 터렛 권선기에 사용되는 권선 기술은 센터 권선으로 공지되어 있다. 센터 권선 장치는 예를 들어 본 명세서에 원용되는 Nystrand의 미국 특허 재발행 제28,353호에 개시되어 있다. 제2 형태의 권선은 당업계에서 표면 권선으로서 공지되어 있다. 표면 권선 기술을 사용하는 기계는 미국 특허 제4,583,698호에 개시되어 있다. 본 명세서에서의 몇 가지 예는 권선 기계를 지칭하지만, 이러한 예의 사용이 본 명세서에 제시된 제어 시스템 요지를 권선 기계에만 한정하도록 의미하는 것은 아니다.
도 1은 권선기의 예시적 일 실시예의 사시도이다. 이 권선기는, 서로에 대해 웹 방향으로 배치되고 모듈형 프레임 내에 실질적으로 구속되는 다수의 독립 권선 모듈을 구비한다.
도 2는 권선기의 예시적 실시예의 사시도이다. 이 도면은 로그 권선 사이클의 각종 기능을 수행하고 있는 다수의 독립 권선 모듈을 도시한다.
도 3은 권선기의 예시적 실시예의 평면도이다. 이 도면은 서로에 대해 선형 배치되고 로그 권선 사이클의 각종 기능을 수행하는 다수의 독립 권선 모듈을 도시한다.
도 4는 권선기의 예시적 실시예의 정면도이다. 이 도면은 서로에 대해 선형 배치되고 로그 권선 사이클의 각종 기능을 수행하는 다수의 독립 권선 모듈을 도시한다.
도 5는 권선기의 예시적 실시예의 측면도이다. 이 도면은 웹에 대해 기능을 수행하는, 다른 모듈에 추가적인 권선 모듈을 도시한다.
도 6은 독립 권선 모듈의 예시적 실시예의 측면도이다. 이 도면은 웹과 결합하고 센터 및 표면 권선을 통해서 롤 제품을 형성하는 권선 모듈을 도시한다.
도 7은 권선 모듈의 예시적 실시예의 측면도이다. 이 도면은 표면 권선을 통해서만 롤 제품을 형성하기 위해 롤을 사용하는 권선 모듈을 도시한다.
도 8은 권선기의 예시적 실시예의 측면도이다. 이 도면은 서로에 대해 반경방향으로 배치되고 원형 웹 운송 장치와 상호작용하는 다수의 독립 권선 모듈을 도시한다.
도 9는 독립 권선 모듈의 예시적 실시예의 측면도이다. 이 도면은 원형 웹 운송 장치와 상호작용하는 권선 모듈을 도시한다.
도 10은 웹 운송 장치에 의해 코어를 갖는 맨드렐과 근접하게 운송되는 웹의 사시도이다.
도 11은 웹을 권선하고 있는 회전 맨드렐 및 코어의 사시도이다.
도 12는 맨드렐로부터 스트리핑되는 것으로 도시된 코어를 갖는 롤 제품의 사시도이다.
도 13은 코어를 로드(load)하기 위한 위치에 있는 맨드렐의 사시도이다.
도 14는 코어 로딩 장치에 의해 맨드렐 상에 로딩되는 코어를 도시하는 사시도이다.
도 15는 이동하는 웹을 파괴하기 위한 장치의 일 실시예의 측면도이다.
도 16 내지 도 23은 맨드렐 상에 로딩되는 코어 및 이후 맨드렐로부터 스트리핑되는 완제품을 순차적으로 도시하는, 코어 로딩 장치의 대체 실시예의 사시도이다.
도 24는 도 16 내지 도 23에 도시된 코어 로딩 조립체의 측면도이다.
도 25는 비동기 제어 시스템을 실행하기 위한 예시적 하드웨어 아키텍처를 도시하는 블록선도이다.
도 26은 분배 비동기 제어 시스템의 예시적인 일반화 실시예의 전체 제어 시스템 아키텍처의 블록선도이다.
도 27은 모듈형 권선기/리와인더 기계용 예시적 제어 아키텍처의 블록선도이다.
도 28a 내지 도 28c는 일반화 기계용 몇 가지 예시적 가상 타이밍 도표이다.
도 29a 및 도 29b는 비동기-제어식 권선기/리와인더 기계 내의 부품에 대한 예시적 타이밍 도표이다.
이제 그 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있는 본 발명의 예시적 실시예를 상세히 참조할 것이다. 각각의 예는 본 발명을 설명하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 의미되지는 않는다. 예를 들어, 예시적 일 실시예의 일부로서 도시되거나 기술된 특징부는 다른 예시적 실시예와 함께 사용되어 제3 예시적 실시예를 도출할 수 있다. 본 발명은 상기 및 기타 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다. "구비한다" 및 "포함한다"는 용어는 상호 교환적으로 사용되며, 둘 다 개방형 용어로서 의미된다.
본 명세서의 몇 가지 예에서, 비동기 제어 방법 및 시스템은 롤 제품을 형성하기 위해 모체 롤로부터 웹을 권선할 수 있는 권선기의 제어와 관련하여 논의된다. 그러나, 권선기의 예시적 실시예의 구조적 및 작동적 상세를 논의하기 전에, 기계의 특정 형태 및 배치와 이러한 기계에 의해 수행되는 기능 및 작업에 대한 논의는 단지 예시적인 것임을 아는 것이 중요하다. 즉, 예시적 권선기의 소정 작동 및 이러한 작동을 얻기 위해 사용되는 예시적 부품이 먼저 논의된다. 권선기/리와인더의 예시적 실시예에 관한 추가 논의는 2002년 2월 28일자로 출원된 미국 특허출원 제10/085,813호 및 2007년 4월 30일자로 출원된 미국 특허출원 제11/799,043호에서 찾아볼 수 있으며, 이들 특허의 양자는 본 명세서에 원용된다. 소정 작동을 얻기 위해 사용될 수 있는 비동기 제어 원리는 차후에 명세서에서 보다 상세히 논의된다. 본 명세서에 제시되는 요지는 크기, 배치, 의도된 기능 등에 관계없이 임의의 형태의 기계 또는 공정에 적용될 수 있으며, 권선기/리와인더에의 사용만으로 한정되지 않음을 알아야 한다.
I. 모듈형 권선기의 예시적 태양에 대한 논의
권선기는 이동하는 웹의 선단과 결합하는 회전 맨드렐을 갖는 권선 모듈을 포함할 수 있다. 웹의 선단이 코어로 이송되면, 권선 맨드렐은 운송 장치로부터 결합해제되어 권선의 잔여부로부터 일체의 닙 압력을 제거한다. 웹은 센터 종동 맨드렐의 회전을 통해서 코어 주위에 권선될 수 있다. 이 형태의 권선은 센터 권선으로서 공지된다. 또한, 맨드렐은 권선 맨드렐과 웹 사이에 닙 압력을 형성하여 유지하기 위해 웹 상에 배치될 수 있다. 웹은 표면 종동 맨드렐의 회전을 통해서 코어 주위에 권선될 수 있다. 이 권선 형태는 표면 권선 형태이다. 따라서, 권선 모듈은 센터 권선, 표면 권선, 및 센터 권선과 표면 권선의 조합에 의해 웹을 롤 제품으로 권선할 수 있다. 이로 인해 다양한 정도의 연성과 경성을 갖는 롤 제품을 생산할 수 있다.
또한, 몇 가지 예에서, 제어 시스템은 다수의 독립 권선 및 기타 모듈을 갖는 권선기를 제어하기 위해 사용된다. 각각의 개별 권선 모듈은, 하나 이상의 모듈이 불능화되면 나머지 모듈이 중단 없이 권선을 계속할 수 있도록 웹을 권선할 수 있다. 이로 인해 권선기의 작동정지 없이 모듈의 조작자 점검 및 정기 정비 또는 수리를 할 수 있다. 이 구성은 폐기물이 제거되고 롤 제품 생산의 효율 및 속도가 개선된다는 점에서 특별한 장점을 갖는다.
도 1에 도시된 권선 모듈(12)은 웹(36)을 권선하여 롤 제품(22)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 롤 제품(22)을 생산하기 위해 다수의 독립 권선 모듈(12)이 사용될 수 있지만, 롤 제품(22)의 구축 과정을 이해하기 위해서는 단 하나의 권선 모듈(12)의 기능에 대한 설명이 필요하다.
도 5를 참조하면, 웹(36)은 도시하듯이 웹 운송 장치(34)에 의해 운송된다. 웹(36)은 예를 들어 미국 특허 제6,056,229호에 개시되어 있는 핀치 바로서 구성될 수 있는 컷오프 모듈(60)에 의해 소정 길이로 절단된다. 그러나, 웹(36)을 소정 길이로 절단하기 위한 임의의 다른 적합한 방법이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 컷오프 모듈(60)의 다른 실시예가 도 15에 도시되어 있으며 이는 나중에 더 자세히 설명될 것이다. 또한, 웹(36)은 천공 모듈(64)에 의해 천공될 수 있으며, 도 5에도 도시되어 있는 전송/후미 시일 접착 도포기 모듈(62)에 의해 접착제가 도포될 수 있다. 또한, 다른 예시적 실시예에서, 접착제는 웹(36)이 아니라 코어(24)에 도포될 수도 있다. 도 10을 참조하면, 맨드렐(26)은 권선 대기 위치로 하강되며 웹(36)을 대기한다. 하강 중에, 전에 또는 후에, 맨드렐(26)은 맨드렐(26)의 속도가 웹(36)의 속도와 매치되도록 가속된다. 맨드렐(26) 상에는 코어(24)가 위치한다. 코어(24)는 이동되어 웹(36)의 선단과 접촉된다. 웹(36)은 이후 코어(24) 상에 권선되며, 예를 들어 사전에 도포된 접착제에 의해서 및 코어(24)와 웹(36) 사이의 접촉에 의해서 코어(24)에 부착된다.
도 11은 코어(24) 상에 권선되는 웹(36)을 도시한다. 코어(24) 상에 대한 웹(36)의 권선은, 코어(24)를 웹 운송 장치(34) 상에 가압하여 닙을 형성함으로써 제어될 수 있다. 코어(24)가 웹 운송 장치(34) 상에 가압되는 크기는, 코어(24) 상에 대한 웹(36)의 권선을 제어할 수 있는 닙 압력을 생성한다. 또한, 웹(36)의 진입 장력은 코어(24) 상에 대한 웹(36)의 권선을 수행하기 위해 제어될 수 있다. 코어(24) 상에 웹(36)을 권선하기 위해 가능한 다른 제어는 맨드렐(26)의 토크를 수반한다. 맨드렐(26)에 대한 토크의 변경은 코어(24) 상에 대한 웹(36)의 권선에 있어서 변동을 초래할 것이다. 이들 형태의 권선 제어 "닙, 텐션, 및 토크 차이"의 일부 또는 전부는 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있다. 후술하듯이, 상기 및 기타 제어는 캠 및 기타 동작 프로파일의 변경 및/또는 가상 마스터 신호의 상대 타이밍 변경을 포함하는 여러가지 방식으로 달성될 수 있다.
전에 이루어지지 않은 경우, 소정 길이의 웹(36)이 코어(24) 상에 권선되면 웹(36)은 절단될 수 있다. 이 시점에서, 다음 웹(36)의 선단은 웹 운송 장치(34)에 의해 이동되어 다른 권선 모듈(12)(도 11에 도시되지 않음)과 접촉될 것이다.
도 12는 로그-스트리핑(log-stripping) 및 코어 로딩 작업을 위해 권선 위치로부터 웹 운송 장치(34) 위의 위치로 이동되고 있는 맨드렐(26)을 도시한다. 웹(36)의 권선된 길이는 코어(24)를 갖는 롤 제품(38)으로서 도 12에 도시되어 있다. 이제, 당업계에서 "로그"로 공지되어 있는, 코어(24)를 갖는 롤 제품(38)을 맨드렐(26)로부터 분리 이동시키는 스트리핑 기능이 수행된다. 이 메커니즘은 도 2에서 제품 스트리핑 장치(28)로서 도시되어 있다. 코어(24)를 갖는 롤 제품(38)은 도 1 및 도 2에 도시하듯이 롤 제품 운송 장치(20) 상으로 이동된다. 다른 실시예에서, 로그는 코어(24)를 구비하지 않는다.
코어(24)를 갖는 롤 제품(38)이 맨드렐(26)로부터 스트리핑되면, 맨드렐(26)은 도 13에 도시된 코어 로딩 위치로 이동된다. 제품 스트리핑 장치(28)는 도 2에 보다 상세히 도시되어 있다. 제품 스트리핑 장치(28)가 코어(24)를 갖는 롤 제품(38)의 스트리핑을 완료하면, 제품 스트리핑 장치(28)는 맨드렐(26)의 단부에 위치되며, 이는 맨드렐 및 코어 로딩/로그 스트리핑 장치를 안정화시킨다. 또한, 제품 스트리핑 장치(28)는 코어(24)의 로딩을 위해 맨드렐(26)의 단부 지점을 적절하게 위치시키는데 도움이 된다.
도 14는 맨드렐(26) 상에 로딩되는 코어(24)의 일 실시예를 도시한다. 코어(24)의 로딩은 코어 로딩 장치(32)에 의해 이루어진다. 제품 스트리핑 장치는 또한 코어 로딩 장치로서 작용할 수도 있다. 코어 로딩 장치(32)는 단순히 코어 로딩 장치(32)와 코어(24) 사이의 마찰 결합일 수도 있다. 그러나, 코어 로딩 장치(32)는 당업계에 공지된 다른 방식으로 구성될 수 있다.
도 1은 서로에 대해 직선적으로 배열되는 다수의 독립 권선 모듈(12)을 갖는 "리와인더"(10)로서의, 권선기의 예시적 일 실시예를 도시한다. 프레임(14)이 다수의 독립 권선 모듈(12)을 지지한다. 다수의 독립 권선 모듈(12)과 최종 접촉하도록 웹(36)을 운송하는 웹 운송 장치(34)가 존재한다. 프레임(14)은 다수의 포스트(16)를 포함하며, 이들 포스트 상에는 다수의 독립 권선 모듈(12)이 (본 예에서) 슬라이딩 가능하게 결합 및 지지된다. 프레임(14)은 또한, 강성 구조물을 형성하기 위해 상호 결합될 모듈형 프레임 섹션들로 이루어질 수 있다. 모듈형 프레임 섹션의 개수는 사용되는 권선 모듈의 개수와 일치될 것이다.
프레임(14)에 인접하여 일련의 코어 공급 장치(18)가 배치된다. 각각의 코어 공급 장치(18) 내에는 다수의 코어(24)가 구비될 수 있다. 이들 코어(24)는 롤 제품(22)을 형성하기 위해 다수의 독립 권선 모듈(12)에 의해 사용될 수 있다. 일단 형성된 롤 제품(22)은 다수의 독립 권선 모듈(12)로부터 제거되어 롤 제품 운송 장치(20) 상에 배치될 수 있다. 롤 제품 운송 장치(20)는 프레임(14) 및 웹 운송 장치(34) 근처에 위치한다.
도 2는 도 1에 실질적으로 개시되어 있지만 명료함을 위해 프레임(14) 및 기타 부분이 제거된 리와인더(10)를 도시한다. 이 예시적 실시예에서, 다수의 독립 권선 모듈(12)은 여섯 개의 권선 모듈(1-6)로 이루어진다. 그러나, 다른 실시예에서는 더 많거나 더 적은 개수의 독립 권선 모듈(12)이 사용될 수 있음을 알아야 한다.
각각의 권선 모듈(1-6)은 상이한 기능을 수행하는 것으로 도시되어 있다. 권선 모듈(1)은 그 위에 코어(24)를 로딩하는 과정에 있는 것으로 도시되어 있다. 다수의 독립 권선 모듈(12)은 다수의 독립 권선 모듈(12)의 맨드렐(26) 상에 코어(24)를 배치하기 위한 코어 로딩 장치를 구비한다. 코어 로딩 장치의 여러가지 변경예가 사용될 수 있다. 예를 들어, 코어 로딩 장치는, 코어 공급 장치(18) 내로 연장되어 코어(24)를 맨드렐(26) 상에 부분적으로 푸시하는 로드와, 제품 스트리핑 장치(28)의 선형 액추에이터에 부착되고 코어(24)와 마찰 결합하여 이 코어를 맨드렐(26) 상으로 잔여 거리 견인하는 기구의 조합일 수 있다. 도 2에 도시하듯이, 권선 모듈(1)은 코어 공급 장치(18)로부터 코어(24)를 견인하고 이 코어(24)를 맨드렐(26) 상에 배치하는 과정에 있다.
도 16 내지 도 24는 코어 로딩 장치의 일 실시예를 도시한다. 특히, 도 16 내지 도 23은 코어(24)를 맨드렐(26) 상에 로딩하여 롤 제품(22)을 형성하는 시퀀스를 도시하며, 상기 롤 제품은 이후 맨드렐(26)로부터 스트리핑된다.
맨드렐(26)은 도시하듯이 일 단부에서 베어링 조립체(214)에 의해 지지된다. 대향 단부에서, 맨드렐(26)은 커핑(cupping) 아암(70)과 결합될 수 있다. 커핑 아암(70)은 (모터와 같은) 액추에이터(206)와 연통한다. 액추에이터(206)는 커핑 아암을 회전시켜 맨드렐(26)의 단부와 결합 및 결합해제되게 한다. 예를 들어, 도 20에서, 커핑 아암(70)은 맨드렐(26)의 단부를 지지하기 위해 결합 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 커핑 아암(70)은 권선 중에 맨드렐(26)의 단부와 결합하여 이를 지지하기 위해 사용된다. 코어(24)를 로딩할 때 또는 롤 제품을 맨드렐(26)로부터 스트리핑할 때, 다른 한편으로, 커핑 아암(70)은 맨드렐(26)로부터 결합해제된다. 커핑 아암(70)이 맨드렐(26)로부터 결합해제될 때, 코어 로딩 조립체의 안정화 장치(204)는 코어가 로딩되는 동안 맨드렐을 지지하기 위해 맨드렐과 결합한다.
코어 로딩 조립체(200)와 액추에이터(208)는, 코어를 맨드렐 상의 소정 위치에 로딩하고 이후 롤 제품을 맨드렐로부터 스트리핑하기 위한 시퀀스를 작동시킬 수 있는 마이크로프로세서와 같은 컨트롤러와 연통하여 배치될 수 있다. 후술하듯이, 일부 실시예에서, 각각의 독립 권선 모듈(12)은 로딩/스트리핑 시퀀스를 작동시키는 마이크로프로세서를 포함하는 각각의 모듈 컨트롤러와 연관될 수 있다. 코어를 맨드렐 상에 로딩하기 위한 하나의 시퀀스가 도 16 내지 도 23에 도시되어 있다.
코어가 결합되면, 코어(24)는 액추에이터(208)를 사용하여 도 19에 도시하듯이 맨드렐(26) 상에 견인된다. 액추에이터(208)는 코어(24)를 맨드렐(26) 상의 특정 위치에 배치하도록 구성될 수 있다. 코어(24)가 특정 위치에 배치되면, 파지 장치(202)는 도 20에 도시하듯이 코어를 해제할 수 있다. 코어 로딩 조립체(200)는 이후, 재료 웹이 코어 상에 권선될 때 코어(24)와의 간섭을 방지하기 위해 맨드렐의 단부 쪽으로 더 이동된다. 또한, 도 20에 도시하듯이, 커핑 아암(70)은 맨드렐(26)과 결합하도록 되돌아간다.
코어(24)가 도 20에 도시하듯이 맨드렐(26) 상에 로딩되면, 도 21에 도시하듯이 롤 제품(22)이 맨드렐 상에 형성된다. 특히 유리하게, 이 실시예에서, 코어 로딩 조립체(200)는 또한 롤 제품(22)을 맨드렐(26)로부터 스트리핑하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 22에 도시하듯이, 롤 제품(22)이 형성되면, 액추에이터(208)는 롤 제품을 도 23에 도시하듯이 맨드렐(26)로부터 슬라이딩 분리시키기 위해 코어 로딩 조립체(200)를 이동시켜 롤 제품과 결합시킬 수 있다. 맨드렐(26)로부터 스트리핑된 롤 제품(22)은 이후 롤 제품 이송 장치로 이송된다. 특히 유리하게, 코어 로딩 조립체(200)는 롤 제품을 맨드렐로부터 푸시 분리할 때 맨드렐을 안정시킨다. 특히, 코어 로딩 조립체(200)는 맨드렐의 개방 자유 단부를 유지하고, 이에 따라 맨드렐의 요동을 감소시키고 따라서 오정렬을 방지한다. 추가로, 롤 제품이 맨드렐로부터 스트리핑되면, 코어 로딩 조립체(200)는 신규 코어를 맨드렐 상에 결합 및 견인하기 위한 위치에 있다.
도 2를 다시 참조하면, 권선 모듈(2)은 롤 제품(22)이 그 맨드렐(26)로부터 제거된 것으로 도시되어 있다. 롤 제품(22)은 롤 제품 운송 장치(20) 상에 배치된다. 이 경우에, 롤 제품(22)은 코어(38)를 갖는 롤 제품이다. 이러한 코어(38)를 갖는 롤 제품은, 코어(24) 주위에 웹(36)이 나선형으로 래핑됨으로써 형성되는 롤 제품(22)이다. 롤 제품(22)은 또한, 코어(24)를 갖지 않는 대신에 간단히 권선 웹(36)의 중실 롤인 롤 제품일 수도 있음을 알아야 한다. 롤 제품(22)이 코어(24)를 구비하지 않지만 롤 제품(22)의 중심에 공동을 갖는 경우도 있을 수 있다. 따라서 롤 제품(22)의 다양한 구성이 형성될 수 있다.
권선 모듈(4)은 롤 제품(22)을 형성하기 위해 웹(36)을 권선하는 과정에 있는 것으로 도시된다. 이 권선 과정은 중심 권선, 표면 권선 또는 중심 권선과 표면 권선의 조합일 수 있다. 이들 과정은 나중에 더 자세히 설명될 것이다.
권선 모듈(5)은, 권선 모듈(4)이 롤 제품(22)을 생산하기 위한 웹(36) 권선을 완료하면 웹(36)을 권선할 준비가 되어 있는 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 즉, 권선 모듈(5)은 "권선 준비" 위치에 있다.
권선 모듈(6)은 도 1에서 "랙아웃(racked out)" 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 권선 모듈(6)이 손상되었거나 일상적인 정비를 필요로 하고 따라서 정비 직원 또는 업무 직원의 접근을 위해 프레임(14)으로부터 실질적으로 분리되는 경우가 있을 수도 있다. 따라서, 권선 모듈(6)은 롤 제품(22) 생산을 위해 웹(36)을 권선하기 위한 위치에 있지 않지만, 다른 다섯 개의 권선 모듈(1-5)은 여전히 롤 제품(22) 생산을 간섭하지 않으면서 기능할 수 있다. 개별 권선기로서 작용함으로써, 다수의 독립 권선 모듈(12)은 그 중 하나 이상이 불능으로 될 때에도 중단없는 생산을 가능하게 한다. 나중에 더 자세히 설명하듯이, 각각의 권선 모듈의 작동은 필요에 따라 시스템 가상 마스터 신호와 동기화될 수 있는 권선 모듈 가상 마스터 신호의 값에 기초할 수 있다. 하나 이상의 모듈이 불능화되면, 불능 모듈의 가상 마스터(들)는 모듈(들)이 작동을 중단하고 잔여 모듈(존재할 경우)이 작동을 계속하도록 비동기될 수 있다.
각각의 권선 모듈(12)은 위치설정 장치(56)(도 4)를 가질 수 있다. 위치설정 장치(56)는 권선 모듈을 웹 운송 장치(34)에 대해 수직하게 이동시켜 웹(36)과 결합 및 결합해제되게 한다. 모듈(12)은 실질적으로 수직한 방향으로 이동되는 것으로 도시되었지만, 권선기의 다른 예시적 실시예는, 웹(36)에 대해 수평 이동되거나 심지어 위치로 회전되는 모듈(12)을 가질 수도 있다. 모듈(12)을 위치시키는 다른 방법이 고려될 수 있다.
따라서, 다수의 독립 권선 모듈(12)의 각각은 내장 유닛일 수 있으며, 권선 모듈(1-6)에 대해 전술한 기능을 수행할 수 있다. 생산되는 특정 롤 제품(22)에 코어(24)가 요구될 경우 권선 모듈(1)은 맨드렐(26) 상에 코어(24)를 로딩할 수 있다. 다음에, 권선 모듈(1)은 "권선 준비" 위치에 있도록 선형 배치될 수 있다. 추가로, 맨드렐(26)은 소정 회전 속도로 회전될 수 있고 이후 위치설정 장치(56)에 의해 웹(36)과의 접촉을 시작하도록 배치될 수 있다. 맨드렐(26)의 회전 속도 및 웹(36)에 대한 권선 모듈(1)의 위치는 롤 제품(22)의 구축 중에 제어될 수 있다. 권선의 완료 이후에, 웹(36)에 대한 모듈(1)의 위치는 권선 모듈(1)이 롤 제품(22)의 제거를 수행하기 위한 위치에 있도록 변경될 것이다. 롤 제품(22)은 롤 제품 운송 장치(20) 상에 배치되도록 제품 스트리핑 장치(28)에 의해 제거될 수 있다. 최종적으로, 권선 모듈(1)은 필요할 경우 맨드렐(26) 상에 코어(24)를 로딩할 수 있도록 위치될 수 있다. 다시, 롤 제품(22)으로서 무코어(coreless) 롤 제품이 생산되는 경우, 코어(24) 로딩 단계는 스킵될 것이다. 다른 예시적 실시예에서는 코어(24) 로딩 작업 및 롤 제품(22) 스트리핑 작업이 맨드렐(26)에 대해 동일한 위치 또는 상이한 위치에서 발생하는 것을 알아야 한다.
다수의 독립 권선 모듈(12)은 롤 제품(22)의 구축을 허용하도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 표면 권선이 요구되면, 구축되는 롤 제품(22)과 웹 운송 장치(34) 사이의 압력은 롤 제품(22)의 구축 중에 위치설정 장치(56)의 사용에 의해 조절될 수 있다.
다수의 독립 권선 모듈(12)의 사용은 다양한 속성을 갖는 롤 제품(22)을 동시에 생산할 수 있는 리와인더(10)를 가능하게 한다. 예를 들어, 생산되는 롤 제품(22)은 상이한 시트 개수를 갖도록 제조될 수 있다. 또한, 리와인더(10)는 모듈(12)이 구축되는 롤 제품(22)에 대해 가장 효과적으로 셋업되는 상태에서 높은 사이클 속도와 낮은 사이클 속도 양자로 동작할 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 비동기 제어 원리를 사용하기 위해, 전술했듯이, 권선 모듈(12)은 공통 기계 제어와 더불어 각각의 모듈(12)에 특정한 권선 제어를 가질 수 있다. 리와인더(10)를 크게 수정하거나 정지시킬 필요 없이 상이한 형태의 롤 제품(22)이 생산되는 실시간 변경이 이루어질 수 있다. 실시간 롤 속성이 측정 및 제어될 수 있고, 일부 실시예에서는 작동이 사이클 속도에 제한되지 않는다.
권선기는 넓은 스펙트럼의 롤 제품(22)을 생산할 수 있으며, 웹(36)의 특정 폭을 향해 제한되지 않는다. 또한, 다수의 독립 권선 모듈(12)은, 권선 모듈(6)에 대해 전술했듯이, 작동을 중단시킬 필요 없이 권선 모듈(1-6) 중 하나 이상에 대해 정비가 이루어질 수 있도록 설계될 수 있다. 권선 모듈(12)은 잔여 모듈이 작동을 계속하는 동안 제거 및 작업될 수 있다. 추가로, 다수의 독립 권선 모듈(12)을 구비하는 것은 코어(24) 로딩 기능 및 롤 제품(22) 스트리핑 기능에 이용될 수 있는 시간 간격을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 후술하듯이, 시간 간격은 코어 로딩 기능 및 롤 제품 스트리핑 기능을 마스터 카운트 값에 동기화되지 않는 시한 작동으로서 수행함으로써 증가될 수 있다. 이들 시간 간격을 증가시킬 수 있게 되면 로딩 에러 및 스트리핑 에러의 발생이 크게 감소된다. 또한, 권선 작업의 중단을 겪는 종래의 장치는 종종 완전하지 않은 롤 제품(22)을 생산할 것이다. 비동기 제어 원리를 사용하는 리와인더(10)의 결과로서, 이 폐기물은 모체 롤 또는 제품 포맷의 변경에 의해 생성되는 폐기물과 함께 감소될 것이다. 당업계에 공지되어 있는 폐기물 제거 장치(200)(도 5)를 사용하여 리와인더(10)로부터 폐기물이 제거될 수 있다.
도 3은 다수의 독립 권선 모듈(12) 주위에 배치되는 프레임(14)을 갖는 리와인더(10)를 도시한다. 권선 모듈(1-6)과 연통하는 위치설정 장치(56)는 도 4에 도시하듯이 일 단부에서 크로스 부재(42)에 결합된다. 위치설정 장치(56)용 부착 기구를 제공하고 권선 모듈의 안정성을 제공하기 위해 다수의 독립 권선 모듈(12)에는 수직 선형 지지 부재(44)가 존재한다. 위치설정 장치(56)는 종동 롤러 나사 액추에이터일 수 있다. 그러나, 다수의 독립 권선 모듈(12)을 위치설정하는 다른 수단이 사용될 수도 있다. 다수의 독립 권선 모듈(12)에는 수평 선형 지지 부재(46)도 존재한다. 다수의 독립 권선 모듈(12)의 일부 또는 전부가 프레임(14) 외부로 이동될 수 있도록 수평 선형 지지 부재(46)는 수평 선형 슬라이드(54)와 연통할 수 있다(도 6에 도시하듯이).
도 6은 권선 모듈의 예시적 실시예의 확대도이다. 서보모터(50)는, 그 위에 맨드렐 커핑 아암(70)이 구성되는 모듈 프레임(48)에 의해 지지될 수 있다. 알 수 있듯이, 위치설정 장치(56)는 웹 운송 장치(34)에 의해 웹(36)이 운송될 때 웹(36) 상에 결합되도록 권선 모듈을 이동시킬 수 있다. 이렇게 함으로써 맨드렐(26)과 운송 장치(34) 사이의 접촉점에 닙(68)이 생성될 것이며, 웹(36)은 이후 맨드렐(26) 상에 권선되어 롤 제품(22)을 생산한다.
각각의 모듈은 상이한 물리적 구성을 가질 수 있으며 상이한 원리를 사용하여 권선될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 동일 기계에서, 하나의 모듈은 표면 권선기를 포함할 수 있고, 다른 모듈은 코어 권선을 사용할 수 있으며, 다른 모듈은 진공 맨드렐을 사용할 수 있다. 또한, 롤 제품(22) 내에 코어(24) 또는 무코어 공동을 갖는 롤 제품(22)의 생산은 임의의 다른 적합한 방식으로 달성될 수 있다.
다수의 권선 모듈(12)은 추가 개선이 실현되도록 수정될 수도 있다. 예를 들어, 다수의 독립 권선 모듈(12) 상에 후미 밀봉 장치(30)가 구비될 수 있다. 도 2에 도시하듯이, 후미 밀봉 장치(30)는 판(48)의 하측에 배치된다. 후미 밀봉 장치(30)는, 웹(36)의 최종 길이가 롤 제품(22) 상에 권선될 때 롤 제품(22) 상에 접착제를 분사하기 위한 일련의 구멍일 수 있다. 접착제는 웹(36)의 말단부가 롤 제품(22)에 접착되게 한다. 따라서 롤 제품 운송 장치(20)에 언로딩되기 전에 롤 제품(22)의 후미를 밀봉할 수 있다. 물론, 다수의 독립 권선 모듈(12)에서가 아닌 다른 지점에서 웹(36)에 접착제를 제공하는 것도 가능하다. 전술했듯이, 예를 들어, 접착제는 도 5에 도시하듯이 후미 밀봉 모듈(62)에 의해 도포될 수 있다. 또한, 롤 제품(22) 상에 대한 웹(36) 후미의 밀봉이 권선기를 지나서 오프라인으로 이루어질 수 있는 경우도 있을 수 있다.
웹(36)을 맨드렐(26) 상에 제공하기 위해, 도 6에 도시된 맨드렐(26)은 진공 공급된 맨드렐일 수 있다. 이러한 진공 맨드렐(26)은 진공 맨드렐(26)의 전부 또는 일부에 걸쳐서 공급되는 진공에 의해 웹(36)을 맨드렐(26) 상으로 견인할 것이다. 맨드렐(26) 상으로의 웹(36) 운송을 보조하는 다른 방법도 가능하다. 예를 들어, 웹(36)을 맨드렐(26)과 접촉하도록 추진하기 위해 웹 운송 장치(34)의 표면 아래에 에어 블래스트(air blast)가 제공될 수 있거나 웹 운송 장치(34) 아래에 캐밍(camming) 장치가 배치될 수 있다. 추가로, 위치설정 장치(56)는 권선 모듈을 웹(36) 상으로 하향 푸시하여 권선을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 다시, 리와인더(10)는 따라서, 코어를 갖거나, 관통하는 코어 또는 공동이 없이 중실형이거나, 코어를 갖지 않지만 관통 공동을 갖지 않는 롤 제품(22)을 생산할 수 있다. 코어(24)가 없이 생산되지만 관통 공동을 여전히 갖는 이러한 롤 제품(22)은 진공 공급되는 맨드렐(26)을 사용하여 생산될 수 있다.
도 5는 다수의 독립 권선 모듈(12)의 상류에 몇 개의 모듈을 사용하는 리와인더(10)의 예시적 실시예를 도시한다. 예를 들어, 롤 제품(22)의 생산을 위해 소정 양의 웹(36)이 운송되면 웹(36)을 절단하는 컷오프 모듈(60)이 사용된다. 이 절단은 다음 이용가능한 권선 모듈(1-6)이 결합하기 위한 신규 선단을 생성한다. 그러나, 다수의 독립 권선 모듈(12)의 닙(68)에 바로 인접한 위치에서 또는 닙에서 컷오프 모듈(60)이 사용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 도 5는 웹(36) 상에 접착제 또는 접착 테이프를 도포하기 위한, 웹 운송 장치(34) 상의 접착제 도포 모듈(62)을 도시한다. 웹(36)을 천공하기 위한 천공 모듈(64)도 제공된다.
웹(36)을 이동 중에 파괴하는데 특히 적합한 컷오프 모듈(60)의 특정한 일 실시예가 도 15에 도시되어 있다. 특히, 도 15에 도시된 컷오프 모듈(60)은 권선 과정 중에 웹을 정지 또는 감속시킬 필요 없이 웹(36)에 파괴를 형성할 수 있다.
도시하듯이, 컷오프 모듈(60)은, 웹(36)과 함께 회전하고 이송면(302)을 형성하는 진공 롤과 같은 회전 롤(300)을 구비한다. 이 실시예에서, 진공 롤(300)은, 웹(36)을 모체 롤로부터 받거나 제지 과정에서 직접 받을 수 있는 가이드 롤(304)에 인접하여 배치된다. 천공 모듈(64)은 도시되지 않았다. 그러나 웹(36)은 권선해제될 때 천공되거나 사전-천공될 수 있다.
도 5에는 웹이 파괴될 때 및 기계가 기동될 때와 같은 고장에 기인하는 여분 웹(36)을 제거하기 위한 폐기물 제거 장치(200)도 도시되어 있다. 이 폐기물은 웹 이송 장치(34)의 단부로 이동되고 이후 제거된다. 다수의 개별 모듈(12)의 비동기 제어는 폐기물의 양을 감소시키는 바, 이는 고장이 검출되면 영향받은 모듈(12)은 롤 제품이 완전히 권선되기 전에 작동정지될 수 있기 때문이다. 웹은 이후 플라이 상에서 절단될 수 있으며 신규 선단은 다음 이용가능한 모듈로 이송될 수 있다. 모든 폐기물은 웹 이송 장치(34)의 단부로 이동되고 이후 제거된다.
전술했듯이, 비동기 제어의 사용을 통해서, 다수의 독립 권선 모듈(12)의 권선기 모듈(1-6)의 각각은 다른 모듈(1-6) 중 임의의 것의 성공적인 작동에 의존하지 않는다. 이로 인해 리와인더(10)는 권선 과정 중에 통상적으로 발생하는 문제가 발생할 때라도 항시 작동할 수 있다. 이러한 문제에는 예를 들어 웹 파괴, 풍선형 롤, 실종된 이송, 및 코어 로딩 에러가 포함될 수 있다. 따라서, 권선 모듈(1-6)이 문제를 감지하고 특정 문제를 작동정지 없이 대처하도록 프로그래밍될 수 있기 때문에, 리와인더(10)는 이들 문제의 하나 이상이 발생할 때마다 작동정지될 필요가 없을 것이다. 예를 들어, 웹 파괴 문제가 발생하면, 리와인더(10)는 컷오프 모듈(60)에 의한 웹 절단을 수행하고 이후 다음 이용가능한 권선 모듈(1-6) 주위로의 신규 권선을 시작하기 위해 신규 이송 시퀀스를 개시할 수 있다.
예를 들어, 웹이 파괴될 때 권선되고 있는 모듈은 그 자체의 고장 검출로 인해서 또는 기계 중앙 컨트롤러로부터의 명령에 반응하여 동작을 중단할 수 있다. 동시에 또는 그 직후에, 기계 중앙 컨트롤러는 웹 절단의 타이밍 및 "준비된" 모듈이 웹과 결합하기 위한 최소 리드 타임(lead time)(카운트 값으로 표현됨)에 관한 공지된 데이터에 기초하여 웹에 대한 다음 이용가능한 결합 시점을 결정할 수 있다. 준비 모듈은 신규-절단된 에지에서 작업을 시작하기 위해 적당한 시스템 파라미터 카운트에서 그 가상 마스터를 결합시키도록 지령될 수 있다. 리드 타임에 따라서, 웹은 권선 모듈에 의해 결합될 선단을 제공하기 위해 다시 절단될 수 있다. 물론, 다른 실시예에서, 모듈은 사용되는 권선의 형태에 따라서, 에지가 아닌 다른 지점에서 웹을 결합시킬 수 있다.
웹(36)의 권선되지 않은 일체의 부분은 웹 운송 장치(34)의 단부로 이동될 것이며, 여기에서 폐기물을 제거하여 리와인더(10)에서 먼 위치로 운송하기 위해 폐기물 제거 장치(200)가 사용될 수 있다. 폐기물 제거 장치(200)는 예를 들어 에어 이송 시스템일 수 있다. 웹 파괴로 인해 그 권선 사이클이 중단된 권선 모듈(1-6)은 이후 그에 따라 배치될 수 있으며 부적절하게 형성된 롤 제품(22)의 제거를 시작할 수 있다. 이후, 권선 모듈(1-6)은 정상 작동을 재개할 수 있다. 이 전체 시간 중에, 리와인더(10)는 작동정지될 필요가 없을 것이다. 대신에, 작동 시퀀스는 고장난 모듈이 없이 진행되도록 수정될 수 있다. 고장이 해결되면, 모듈은 "준비" 상태로 복귀될 수 있으며, 이후 (필요하다면) 임의의 적합한 시점에서 작동 시퀀스에 포함될 수 있다.
권선의 다른 예시적 실시예는 슬릿 웹의 사용을 수반한다. 여기에서, 웹(36)은 세로 방향으로 한 번 이상 절단되며 각각의 슬릿 섹션은 다수의 권선 모듈(12)로 경로설정된다. 따라서 웹(36)을 둘 이상의 모듈(12)에 의해 동시에 권선하는 것이 가능하다.
일부 실시예에서, 권선 과정은 티슈 기계의 단부에서 수행될 수 있다. 이런 식으로, 티슈 웹(36)은 제품 사이즈의 롤(22)로 직접 전환될 수 있으며, 이는 이후 제조 및 후속 리와인딩 과정 중에 먼저 모체 롤을 권선할 필요를 건너뛸 것이다.
도 5의 다수의 독립 권선 모듈(12)은 실질적으로 직선 방향으로 배치된다. 또한, 웹 운송 장치(34)는 다수의 독립 권선 모듈(12)에 가까운 위치에서 배향이 선형적이기도 하다. 상기 실시예는 실질적으로 수평한 평면에서의 웹 운송 장치의 배향의 실시예이다. 그러나, 수평 이외의 임의의 배향이 사용될 수 있음을 알아야 한다. 추가로, 상기 실시예는 웹 운송 장치의 일 측과 결합할 뿐인 모듈을 사용한다. 권선 모듈이 웹 운송 장치의 일 측보다 많은 측과 결합하도록 권선기가 구성될 수 있음을 알아야 한다.
도 8은 웹 운송 장치(34)와 다수의 독립 권선 모듈(12) 양자의 대체 구성을 도시한다. 도 8에 도시된 예시적 실시예는, 서로에 대해 반경방향으로 배치되는 다수의 권선 모듈(12), 및 원통형 형상의 웹 운송 장치(34)이다. 이 경우에 웹 운송 장치(34)는 예를 들어 진공 롤일 수 있다. 권선 모듈(1-6)의 각각은 권선 모듈(1-6)이 위치설정 장치(56)에 의해 웹 운송 장치(34)에 대해 근접 및 이격 이동되도록 웹 운송 장치(34) 주위에 배치된다.
도 9는 도 8에 개시된 구성에 사용되는 권선 모듈의 예시적 실시예를 개시한다. 도 9의 권선 모듈은 선형 어레이 구조가 아닌 원형 어레이 구조를 위해 구성되지만 도 6에 도시된 권선 모듈과 거의 동일하다.
Ⅱ. 비동기 제어의 일반 원리
전술했듯이, 권선기/리와인더는 다수의 독립 모듈을 포함할 수 있다. 권선(및 기타) 제어는, 모듈이 다른 모듈의 성공적인 작동에 반드시 의존하지 않는 방식으로 각각의 모듈에 대해 특수하게 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 시스템 내의 각종 모듈의 비동기 제어를 가능하게 하는 분배 제어 시스템의 사용을 통해서 달성될 수도 있다. 후술되는 하기 예의 일부가 모듈형 권선기/리와인더에 관한 것이지만, 제어 원리는 독립 작동하도록 구성될 수 있는 다수의 모듈을 포함하는 임의 형태의 기계 또는 공구에 적용될 수도 있음을 알아야 한다.
도 25는 비동기 제어 시스템을 실행하기 위한 예시적 하드웨어 아키텍처(500)를 도시하는 블록선도이다. 기계 중앙 동작 컨트롤러(510)는 기계를 포함하는 각종 모듈용 컨트롤러에 링크된다. 이 예에서, 기계 중앙 동작 컨트롤러(510)는 모듈(1) 컨트롤러(520), 모듈(2) 컨트롤러(522), 모듈(3) 컨트롤러(524), 및 모듈(n) 컨트롤러(526)에 링크된다. 도 25에는 네 개의 모듈 컨트롤러가 도시되어 있지만, 특정 기계 및 제어 시스템 실행에 따라서 더 많거나 더 적은 수의 모듈 컨트롤러가 사용될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 여섯 개의 권선 모듈(12)을 포함하는 기계에서, 하드웨어 아키텍처는 컷오프, 접착제 도포, 및 천공을 위한 하나 이상의 다른 모듈 컨트롤러와 더불어 여섯 개의 각각의 권선 모듈 컨트롤러를 포함할 수 있다. 도 25의 예로 돌아가서, 기계 중앙 동작 컨트롤러(510) 및 모듈 컨트롤러(520, 522, 524, 526)는 각각 범용 컴퓨터, 특수 마이크로프로세서-기반 하드웨어 컨트롤러 등과 같은 컴퓨팅 장치의 임의의 적합한 형태 또는 배치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈 컨트롤러 및/또는 중앙 동작 컨트롤러의 태양의 일부 또는 전부는 단수 또는 복수의 동일한 컴퓨팅 장치를 사용하여 개별 논리 유닛으로서 실행될 수 있다. 제어 시스템의 일부 태양은 (주문형 집적 회로 등의) 소프트웨어 또는 특수 하드웨어에 의해 실행될 수도 있다.
일반적으로 말해서, 접속부(512, 514, 516, 518)는 임의의 적합한 형태의 데이터 접속부 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접속부는 이더넷 접속부, 제어 망 접속부, 및/또는 임의의 다른 적합한 접속부 형태를 포함할 수 있다. 추가로, 이 예에서, 중앙 동작 컨트롤러(510)와 각각의 모듈 사이에는 개별 링크가 도시되어 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 모듈 및 중앙 동작 컨트롤러(510)는 중간 접속부를 거쳐서 네트워크에 접속되거나 및/또는 상호 접속된다.
작동 시에, 기계 중앙 동작 컨트롤러(510)는 기계를 위한 작동 시퀀스를 수행하도록 다양한 모듈 컨트롤러에 명령 및 조사를 송신하고 모듈로부터 상태 데이터를 수신한다. 예를 들어, 다양한 모듈 컨트롤러가 권선기/리와인더의 부분에 대응하면, 중앙 동작 컨트롤러(510)는 재료를 절단하고 권선 작업을 수행하도록 권선 및 절단 모듈의 부분에 송신할 수 있다. 하나 이상의 모듈이 고장을 나타내는 메시지를 제공하면, 기계 중앙 동작 컨트롤러(510)는 고장을 해결하고 작동을 지속하고자 시도하기 위해 기계의 작동을 조절할 수 있다.
근간이 되는 하드웨어 아키텍처에 관계없이, 기계 제어는 적어도 일부 기계 부품이 서브-시스템 가상 마스터에 동기화된 상태에서 적어도 시스템 마스터와 하나의 서브-시스템 가상 마스터를 사용하여 비동기 작동을 위해 분배될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모듈형 기계용 제어 시스템은 모듈 부품이 모듈 가상 마스터에 직접 또는 간접적으로 동기화된 상태에서 시스템 가상 마스터 및 적어도 하나의 모듈 가상 마스터를 제공, 생산 또는 발생할 수 있다. 기계 중앙 동작 컨트롤러(510)는 시스템 가상 마스터 및 명령을 나타내는 신호를 하나 이상의 모듈 컨트롤러에 제공할 수 있다. 중앙 동작 컨트롤러(510)는 하나 이상의 작동 시퀀스를 한정하는 하나 이상의 제어 프로그램에 접근할 수 있다. 작동 시퀀스에 기초하여, 중앙 동작 컨트롤러는 필요 타이밍을 산출할 수 있고, 모듈 가상 마스터(들)를 시스템 가상 마스터 상의 주어진 지점에 적절히 동기시켜 소정 작동을 수행하도록 모듈 컨트롤러(들)에 명령을 송신할 수 있다. 더욱이, 각각의 모듈에 대한 주어진 지점은 기계 또는 시스템의 다른 부분이 동작 유지되는 동안 시스템 가상 마스터 작동 사이클 사이에서 변경될 수 있다.
도 26은 예를 들어 기계의 부품용 분배 비동기 제어 시스템의 예시적 실시예의 전체 제어 시스템 아키텍처의 블록선도를 일반화된 형태로 도시한다. 블록(552)은 시스템 파라미터를 나타낸다. 예를 들어, 블록(552)은 중앙 동작 컨트롤러에 의해 제공되는 시스템 가상 마스터 또는 시스템 마스터 신호를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 시스템 마스터는 물리적 마스터 축에 기초하여 발생되는 인코더와 같은 마스터 신호를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 추가 가상 마스터(554, 556, 558, 560)를 추가로 포함할 수 있으며, 각각의 가상 마스터는 각각의 모듈(1, 2, 3, n)에 대응한다. 예를 들어, 모듈 가상 마스터 신호는 각각의 모듈 컨트롤러에 의해 제공될 수 있다.
네 개의 모듈에 대응하는 네 개의 가상 마스터가 명백하게 확인 및 논의되지만, 모듈(n)에 대한 언급은 제어 시스템이 더 많은 모듈을 포함할 수 있음을 나타내도록 의미되며, 본 발명의 요지는 모듈 개수에 의해 제한되도록 의도되지 않는다. 물론, 제어 시스템은 더 적은 수의 모듈을 포함할 수도 있다. 또한, 일부 실시예에서, 모듈은 하나 이상의 서브-프로세스 가상 마스터에 동기화되는 부품을 포함할 수 있으며, 각각의 서브-프로세스 가상 마스터는 모듈 가상 마스터에 동기화된다.
전술했듯이, 일부 기계 부품은 종래의 방식으로 시스템 마스터에 직접 동기화될 수 있다. 그러나, 이러한 부품(예를 들어, 기계 컨베이어)은 본 명세서에서 상세히 다루어지지 않는다.
각각의 모듈은 하나 이상의 서브-시스템/서브-프로세스에 사용되는 부품을 포함할 수 있으며, 각각의 모듈은 기계에 의해 수행되는 작업(들) 및/또는 기능(들)에 수반되는 하나 이상의 행동, 단계, 또는 다른 활동을 수행하도록 구성될 수 있다. 모듈 컨트롤러는 부품이 전기 신호, 유압 신호 또는 기타 신호를 송신하는 등에 의해 필요에 따라 수행하게 만드는 하나 이상의 신호 또는 인디케이터를 제공할 수 있다.
기계에 의해 수행되는 서브-프로세스의 일반적인 배치가, 모듈(1)과 연관되는 서브-프로세스(562, 564, 566), 모듈(2)과 연관되는 서브-프로세스(568), 및 모듈(3)과 연관되는 서브 프로세스(570)로서 도 26에 도시되어 있다. 예를 들어, 전술했듯이, 권선기/리와인더는 코어 로딩, 맨드렐 위치실정, 롤 권선, 완성된 로그의 제거, 및 다른 권선 작업을 예상한 재료 절단을 포함하는 작업을 수행하도록 구성된 모듈을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 로봇식 조립 시스템은 그 시스템이 부품을 위치설정하고, 부품을 함께 체결하며, 이후 조립체를 페인팅하도록 구성될 수 있다. 각각의 작업은 상이한 모듈에 의해 취급될 수 있으며 다수의 서브-프로세스를 포함할 수 있다. 일반적으로 말해서, 작업 및 기능의 특정 조직은 기계의 특정 환경에 따라서, 기계의 목적, 기계에 의해 생산되거나 기계에 작용하는 재료, 기계 위치, 사용 강도, 및 기타 인자에 따라서 변경될 수 있다. 후술하듯이, 일부 실시예에서, 모듈에 의해 수행되는 서브-프로세스는 서브-프로세스에 전념하는 가상 마스터에 의해 조정되는 부품에 의해 실행될 수 있다. 서브-프로세스 가상 마스터는 적절한 시기에 모듈 가상 마스터에 동기화될 수 있다.
모듈은 임의의 적합한 방식으로 작업을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 서브-프로세스는 전자 캠 프로파일 능력을 갖는 서보 및 기타 제어장치의 사용을 통해서 하나 이상의 기계 부품에 물리적 동작을 제공함으로써 수행될 수 있다. 캠 프로파일이 형성될 수 있고 서보 모터, 액추에이터 등의 사용을 통해서 동작이 부여될 수 있으며, 따라서 기계 부품(들)의 동작은 캠 프로파일을 추종한다. 예를 들어, 상기 예의 위치설정 장치(56)는 권선 작업을 위해 형성된 캠 프로파일에 기초하여 맨드렐 또는 기타 부품의 수직 위치를 제어할 수 있다. 다른 예로서, 한 그룹의 서보 및 대응 캠 프로파일은 로봇 아암의 위치 및 동작을 제어할 수 있는 반면에 다른 그룹의 서보 및 대응 캠 프로파일은 아암에 의해 조종되는 페인트 노즐과 같은 부품의 배향을 지휘한다. 일부 실시예에서, 캠 프로파일은 소정 동작을 특정하는 다른 데이터에 기초하여 산출될 수 있으며, 이는 다른 작업 또는 작업 변경에 대한 대체 프로파일과 같은 대체 데이터를 특정함으로써 캠 프로파일을 유리하게 재설정할 수 있다.
캠 프로파일의 변경에 대안적으로 또는 추가적으로, 부품 동작은 다른 방식으로 변경될 수도 있다. 예를 들어, 후술하듯이, 동작은, 하나 이상의 서브-시스템 가상 마스터 카운트의 속도를 변경함으로써 센서 데이터 및/또는 사용자 입력과 같은 피드백에 기초하여 작동 중에 조절될 수 있다. 일례로서, 권선 작업 중에, 롤은 재료 두께 및 기타 특성의 변경을 상쇄하기 위해 권선 진행 중에 바이어스될 수 있다.
일반적으로 말해서, 현재-공지된 방법(즉, "동기 제어")을 사용할 때, 상이한 작업의 수행을 담당하는 시스템의 부품은 가상 또는 실제 마스터 축 또는 인코더에 종속된다. 예를 들어, 맨드렐에 대해 제1 프로세스가 작동할 수 있으며, 제2 프로세스가 추종하고 이후 제3 프로세스가 추종할 수 있다. 각각의 프로세스에 대한 부품의 위치설정은 마스터 축의 캠 프로파일에 종속된다. 예를 들어, 제1 프로세스는 마스터 축 상의 제1 시기/위치에서 시작될 수 있으며, 제2 시기/위치에서 제2 프로세스가 추종하고, 이후 제3 시기/위치에서 제3 프로세스가 추종할 수 있다. 그러나, 고장 또는 에러의 경우에 수많은 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제2 프로세스 중에 고장이 발생하면, 전체 기계는 고장 해결을 위해 정지될 필요가 있을 것이다. 추가로, 세 개의 프로세스 모두가 마스터 축에 물리적으로 동기화되면, 기계는 제1 프로세스의 시작까지 순환 완료될 때까지 성공적으로 작동을 시작할 수 없다. 가상 마스터 축 및 전자 캠을 사용하는 시스템에서는, 부품 리셋을 위해 가상 마스터를 실행시키는 대신에 마스터가 리셋될 수 있다. 그러나, 기계는 가상 마스터 축을 초기 위치로 리셋시키기 위해서 여전히 중지되어야 할 것인 바, 이는 그렇지 않으면 기계가 동작 중인 동안 가상 마스터가 리셋되면 기계가 손상될 수 있기 때문이다.
도 28은 기계에 대한 몇 가지 예시적인 가상 타이밍 도표이다. 시간 스케일은 임의적이며, 시간의 지정은 상대적 참조 및 예를 위해서만 포함된다. 수평축은 "t"로서 표시되고 시간 값이 논의되지만, 제어 시스템은 여기에서 편의상 사용되는, 시간 값이 아닌 카운트 값에 기초하여 실행될 수 있다. 이들 예에서, 기계에 의해 수행되는 일반 서브-프로세스는 세 개의 상이한 모듈과 연관된다. 예를 들어, 모듈(1)은 맨드렐에 대해 예비 작업을 수행하는 부품을 포함할 수 있고, 모듈(2)은 최종 작업을 수행하는 부품을 포함할 수 있으며, 모듈(3)은 폐기물을 청소하고 모듈(1)에 의한 조작을 위해 신규 재료를 준비하는 부품을 포함한다.
도 28a는 기계의 이상적인 작동을 도시한다. t=1에서, 모듈(1)을 포함하는 부품은 순차적으로 결합하는 바, 즉 t=1에서 서브-프로세스(566)를 수행하고, t=2에서 서브-프로세스(564)를 수행하며, t=3에서 서브-프로세스(562)를 수행한다. 다음으로, 모듈(2)의 부품은 모듈(1)의 서브-프로세스가 완료된 후 t=4에서 서브-프로세스(568)를 수행하기 위해 t=4에서 결합된다. t=8에서, 서브-프로세스(570)는 모듈(3)을 포함하는 부품을 결합함으로써 수행된다. t=12에서, 모듈(1)의 부품은 다시 결합되고 기계는 다른 작동 사이클을 시작한다.
도 28b는 종래의 "동기 제어"를 사용하는 시스템에서의 고장 발생 및 그 취급의 일례를 도시한다. t=1에서, 모듈(1)의 부품은 결합되고, 모듈(2)의 부품이 t=4에서 결합된 상태에서 순차적으로 적절히 작동한다. 그러나, 이 예에서는 t=5에서 고장이 발생한다. 예를 들어, 모듈(2)은 하드웨어 고장으로 인해 마무리 작업의 수행에 실패할 수 있다. 모듈이 재료에 대해 순차적으로 작동하는 경우, 부분-처리된 재료는 폐기될 필요가 있을 수 있고 프로세스는 모듈(3)을 사용하여 재료를 청소함으로써(또는 다른 방식으로 청소) 재개될 수 있다. 이후, 기계 작동은 기계의 리호밍(rehoming)을 수반할 것 같은 모듈(1)에 의해 재개될 필요가 있을 것이다. 그러나, 기계의 부품이 시스템 (가상) 마스터에 동기화되면, 프로세스는 적시에 새로 시작하지 못할 수 있으며 그 사이에 상당한 폐기물이 발생될 수 있다.
먼저, 기계는 모듈(2) 내의 고장을 해결하기 위해 정지될 필요가 있을 수 있다. 기계가 교체형 모듈로 구성되어 있어도, 동기 제어 시스템을 갖는 기계는 가상 마스터의 리셋없이는 신규 모듈을 시퀀스에 "드랍"시킬 수 없는 바, 이는 손상 방지를 위해 전술한 바와 같이 기계를 중지시키는 것을 수반한다. 기계를 고속으로 통과하는 재료에 대해 기계가 작동하는 경우, 기계의 기동 및 정지는 기동 및 작동정지 시퀀스 중에 재료가 기계를 통과할 때 상당한 양의 폐기물을 초래할 수 있다. 기계의 정지를 피하는 동안 고장이 해결되어도, 모듈(3)의 부품은 본 예에서 시스템 가상 마스터에 동기화되므로, 모듈(3)은 t=8까지 결합되지 않을 것이며, 결국 Δt=3의 지연이 초래될 것이다. t=3의 작동 지연은 재료가 미처리 상태로 또는 부적절하게 처리된 상태로 기계를 계속 통과할 때 상당한 폐기물을 초래할 수 있다. 또한, 소정 출력의 생산없이 기계를 작동시키는 동안 시간과 에너지가 낭비된다.
본 요지의 실시예에서, 그러나, 서브-프로세스의 적어도 일부는 시스템 가상 마스터에 직접 동기화되지 않는다. 대신에, 시스템 가상 마스터는, 시스템 가상 마스터에 선택적으로 동기화되는 하나 이상의 다른 서브-시스템 가상 마스터를 거쳐서 기계 부품의 적어도 일부의 배향을 조정하기 위한 타이밍 베이스로서 사용된다. 하나 이상의 모듈은 부품을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 모듈 각각은 그 고유 가상 마스터를 갖는다. 각각의 모듈 가상 마스터는 필요할 때 지시대로 시스템 가상 마스터에 로크-인될 수 있으며, 각각의 모듈에 대한 서브-프로세스는 시스템 가상 마스터가 아닌 모듈 가상 마스터에 대해 시간 설정된다. 따라서, 각 모듈의 서브-프로세스는 시스템 가상 마스터에 직접 동기화되지 않으며, 따라서 기계의 부품은 "비동기적으로" 제어될 수 있다. 또한, 후술하듯이, 캠 프로파일의 재산출에 수반되는 시간은 유리하게 감소될 수 있는 바, 이는 캠 프로파일이 시스템 가상 마스터가 아닌 모듈 가상 마스터에 의존할 것이기 때문이다. 추가로, 일부 부품은 일부 실시예에서 임의의 마스터 카운트 값과 완전히 무관하게 작동될 수 있다.
도 28c는 도 28b의 고장 시나리오를 도시하지만, 이 예에서 기계는 모듈 서브-프로세스가 모듈 가상 마스터에 동기화되도록 구성된다. 예를 들어, 서브-프로세스(566, 564, 562)는 모듈(1) 가상 마스터의 타이밍에 대해 t=0, 1, 2에서 결합된다. 모듈(2, 3)을 포함하는 각각의 서브-프로세스는 그 각각의 모듈 가상 마스터에 대해 t=0에서 결합된다. 이 예에서, 모듈(1) 가상 마스터는 t=1에서 시스템 가상 마스터와 동기화되도록 지시된다. 따라서, 모듈(1)의 서브-프로세스가 실행되는 최초에, 서브-프로세스는 상기 예에서와 같이 시스템 가상 마스터에 대해 동시에 결합된다. 예를 들어, 서브-프로세스(564)가 모듈(1) 가상 마스터에 대해 t=1에서 결합되도록 설정되고 모듈 가상 마스터의 t=0이 시스템 가상 마스터의 t=1에 대응하기 때문에, 서브-프로세스(564)는 시스템 가상 마스터에 대해 t=2에서 결합될 것이다. 마찬가지로, 모듈(2) 가상 마스터는 t=4에서 시스템 가상 마스터에 동기화되며 모듈(3) 가상 마스터는 초기에 예를 들어 t=8에서 시스템 가상 마스터에 동기화되도록 계획된다.
도 28b의 예에서와 같이, 그러나, 모듈(2)의 부품은 t=5에서 고장이 난다. 이 예에서, 그러나, 비동기 분배식 제어 구조는 기계가 작동을 계속할 수 있게 한다.
먼저, 모듈(3)은 t=8에서 또는 고장 이후 가능한 한 빨리 예를 들어 t=6에서 시스템 가상 마스터에 로크온되도록 지령된다. 예를 들어, 기계 중앙 동작 컨트롤러는 모듈(2)로부터 고장 지시를 수신할 수 있으며, 제어 프로그램의 일부로서, 모듈(3)이 고장을 해결하기 위해 가능한 한 빨리 작동되어야 함을 결정할 수 있다. 모듈(3)은 작동될 수 있기 전에 종종 필요할 수 있다. 예를 들어, 모듈(3)은 배치되는데 및/또는 작동 속도로 올라가는데 시간을 필요로 할 수 있다. 기계의 작동 속도, 모듈(3)에 대한 알려져 있는 준비 시간, 및/또는 다른 파라미터에 기초하여, 중앙 동작 컨트롤러는 모듈(3)이 t=6에서 작동될 수 있음을 결정할 수 있으며, 따라서 중앙 동작 컨트롤러는 모듈(3)에 적절한 명령을 보내서 그 시간에 로크되게 할 수 있다. 또한, 중앙 동작 컨트롤러는 예를 들어 모듈(2)에 비활동 또는 오프라인 위치로 복귀하라는 명령을 내림으로써 모듈(2)을 기계로부터 제거하려고 시도할 수 있다.
추가로, 기계 중앙 동작 컨트롤러는 다른 작업을 위한 타이밍을 조절할 수 있다. 예를 들어, 모듈(1)은 모듈(3)이 작동을 완료하자마자 그 작동을 시작하도록 (본래 기획된 t=12에서가 아니라) t=10에서 시스템 가상 마스터에 로크온되도록 지시된다. 이는 기계 작동에 있어서 상당한 향상을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 모듈(1)의 부품이 시스템 가상 마스터에 직접 동기화되면, 각각의 개별 부품은 재동기화될 필요가 있을 것이다. 예를 들어, 서브-프로세스(562, 564, 566)에 대응하는 캠은 각각, 그 각각의 부품이 t=12, 13, 14에서가 아니라 t=10, 11, 12에서 "시작"되도록 배치되도록 재순환될 필요가 있을 것이다. 그러나, 서브-프로세스가 모듈(1) 가상 마스터에 동기화되기 때문에, 재순환이 전혀 필요하지 않다. 대신에, 모듈(1) 가상 마스터는 기계 중앙 동작 컨트롤러로부터 수신된 로크-온 명령에 기초하여 다른 시간에 기동하도록 지시된다.
도 28c의 예에 이어서, 대체 모듈(2a)은 모듈(2) 내의 고장이 조사 해결되는 동안 기계가 작동을 계속할 수 있도록 t=13에서 시스템 가상 마스터에 로크온되도록 지시된다. 예를 들어, 기계는 모듈(2)의 서브-프로세스(568)를 수행할 수 있는 다수의 모듈을 포함할 수 있다. 모듈(2)의 고장 상태가 확인되면, 기계 중앙 동작 컨트롤러(10)는 모듈(2)과 등가인 모듈(존재할 경우)이 "준비" 신호를 제공했음을 나타내는 데이터에 접근할 수 있다. 모듈(2a)이 등가 모듈이며 (예를 들어, 작동 시퀀스를 일찍 완료한 후) "준비" 신호를 제공한 것으로 가정하고, 모듈(2a)은 t=13에서 시스템 가상 마스터에 동기화되도록 선택 및 지시될 수 있다.
상기 일반화된 예에서, 제어 시퀀스의 특정 태양은 간단한 방식으로 제시되었다. 예를 들어, 서브-프로세스 및 가상 마스터를 실행할 때는, 부품의 급격한 기동/정지에 수반되는 기계적 응력을 방지하기 위해 서브-프로세스 타이밍 및/또는 서브-시스템 가상 마스터 카운트를 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 모듈의 서브-프로세스는, 부품이 t=0에서 완전한 작동 속도에 있도록 요구하는 명령을 방지하는 등에 의해, 가상 마스터가 시작할 때 순간적으로 서브-프로세스 결합을 방지하는 식으로 모듈 가상 마스터에 타이밍조절될 수 있다. 부품 및 가상 마스터를 상호 타이밍조절/동기화하는 예시적 방법은 예시적 권선기/리와인더의 작동에 관한 더 상세한 예와 관련하여 후술될 것이다.
Ⅲ. 모듈형 권선기에 적용되는 비동기 제어 원리의 예시적 태양
도 27로 되돌아가서, 본 명세서에서 앞서 논의된 것과 같은 모듈형 권선기/리와인더에 대한 예시적 제어 아키텍처가 도시되어 있다. 시스템 가상 마스터(600)는 나머지 부품에 전체 프로세스 제어 및 타이밍을 제공한다. 이 예에서, 제어 시스템은, 각각의 권선 모듈에 대해 하나씩, 두 개의 모듈 가상 마스터(602a, 602b)를 구비한다. 이 예에서, 각각의 권선 모듈은 맨드렐 회전(604a, 604b), 맨드렐 리프트(608a, 608b), 및 로그 스트립/코어 로드 작업(606a, 606b) 각각을 위한 가상 마스터를 추가로 포함한다. 도 27의 예시적 제어 아키텍처는 컷오프 가상 마스터(610)를 더 구비하지만, 그 모듈에 대한 특정 서브-태스크는 이 도면에 도시되어 있지 않다. 기계에 따라서, 천공을 제공하거나, 접착제 또는 첨가제를 도포하거나, 다른 기능을 제공하는 추가 모듈을 위한 것과 같은 다른 가상 마스터가 사용될 수 있다. 아키텍처가 하나 이상의 추가 모듈 가상 마스터를 포함할 수 있음을 나타내기 위해 모듈 "n"도 도시되어 있다.
맨드렐 회전 가상 마스터(604a, 604b)는 각각 전술한 롤의 권선에 수반되는 각 부품의 개수를 조정할 수 있다. 예를 들어, 롤 제품의 특징은 권선 속도, 권선의 견고성, 및 기타 특징과 같은 인자에 종속될 것이다. 권선 속도, 견고성, 및 기타 특징의 조절을 책임지는 시스템 부품의 거동은 상이한 캠 프로파일의 사양에 걸쳐서 제어될 수 있다. 예를 들어, 소정 권선의 상이한 형태에 대해서 및 상이한 특징을 갖는 재료에 대해서 상이한 캠 프로파일이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상이한 시트 카운트 또는 소정 롤 직경에 대해서 상이한 캠이 형성될 수 있다. 다른 예로서, 직물 제품, 스틸 제품, 플라스틱 제품, 및 복합 제품을 권선하기 위한 상이한 프로파일과 같은 상이한 기판에 대해 상이한 캠이 형성될 수 있다. 모듈이 오프라인일 때(즉, 권선 작업에서 결합되지 않을 때), 신규 캠 프로파일은 모듈이 그 다음 작업에서 다르게 수행하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 맨드렐 회전 가상 마스터(604a(또는 604b))와 같은 서브-시스템 가상 마스터는 권선 작업 중에 피드백에 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전술했듯이, 권선 특징은 상이한 캠 프로파일을 특정함으로써 조절될 수 있다. 그러나, 서브-시스템 가상 마스터의 카운트 속도를 그것이 동기화되는 가상 마스터(예를 들어, 시스템 가상 마스터 또는 다른 서브-시스템 가상 마스터)에 대해 변경함으로써 추가적인 미세 제어가 달성될 수 있다.
일반적으로 말해서, 제1 가상 마스터는 작동 사이클에 걸쳐서 초기값에서 최종값으로 카운트할 것이다. 제1 가상 마스터에 대한 초기값 및 최종값은 다른 가상 마스터에 대한 제1 및 제2 카운트에 대응할 것이다. 일부 실시예에서, 제1 가상 마스터 카운트의 속도는 카운트 중에 조절될 수 있다. 예를 들어, 카운트는 초기에 제1 속도로 진행될 수 있고 이후 피드백에 기초하여 제2 속도로 느려질 수 있다. 카운트의 종료 이전에, 속도는 제1 가상 마스터 카운트를 다른 가상 마스터 카운트와 위상 일치시키기 위해 제3 속도로 증가될 수 있다. 피드백은 예를 들어 재료 입력 및/또는 완제품에 관한 센서 데이터에 기초하여 제공될 수 있으며, 추가적으로 또는 대안적으로 작동 중의 사용자 입력에 기초할 수도 있다.
이 예에서, 맨드렐 회전 가상 마스터는 모듈 가상 마스터(시스템 가상 마스터에 대해 자체가 타이밍조절됨)의 값에 대해 특정 시기에서 카운팅을 시작한다. 예를 들어 맨드렐 회전 가상 마스터 카운트의 속도를 변경함으로써, 롤 속도는 권선되는 재료에 대한 소스 롤에서의 두께 변동 또는 불균일성과 같은 데이터에 반응하여 즉시 변경될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 모듈 가상 마스터의 속도를 변경함으로써 유사한 결과가 달성될 수 있다. 그러나, 모듈 가상 마스터 카운트의 속도 변경은 모듈 가상 마스터에 타이밍조절되는 모든 다른 부품/가상 마스터에 영향을 미칠 것이며, 이는 환경에 따라 바람직할 수도 그렇지 않을 수도 있다.
맨드렐 리프트 가상 마스터(608a, 608b)는 각각 전술한 예시적 모듈 내의 위치설정 장치(56)와 같은, 맨드렐의 수직 위치에 관한 각각의 부품을 조정한다. 예를 들어, 권선의 시작 시에, 맨드렐은 웹 근처에 배치될 수 있으며, 이후 제품이 권선됨에 따라 웹으로부터 멀리 이동될 수 있다. 맨드렐이 웹 상에 위로부터 배치되면, 맨드렐 위치는 웹 근처에서 시작되고 수직 상방으로 이동될 것이며, 필요한 동작은 물론 기계의 배치에 종속될 것이다. 권선의 특징은 맨드렐에 의해 권선 재료에 부여되는 저항 또는 닙 압력의 양과 같은 인자에 종속될 것이며, 이는 다시 그 수직 위치(및 다른 인자)에 종속될 것이다. 따라서, 맨드렐 리프트 부품에 대한 상이한 동작 프로파일은 권선 작업의 상이한 페이즈 및 상이한 소정 특징에 대해 형성될 수 있다.
컷오프 가상 마스터(610)는 신규 권선 작업의 시작을 위해 웹을 분리시키는데 사용되는 하나 이상의 부품에 대한 제어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 컷오프 모듈은 도 15와 관련하여 전술한 것과 같은 부품을 포함할 수 있다. 그러나, 하기 예에서는, 설명을 쉽게 하기 위해 대체 실시예, 즉 핀치 컷(pinch cut)을 제공하도록 구성된 컷오프 바가 사용된다. 도 27에는 로그 스트립/코어 로드 가상 마스터도 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 후술하듯이, 코어 로딩 및 로그 스트리핑과 같은 조치는 임의의 마스터 카운트에 동기화되지 않을 수 있으며, 대신에 타이밍조절된 기능으로서 진행될 수 있는 스트리핑 및 로딩 작업을 촉발하는 완료된 로그 또는 명령의 존재와 같은 다른 신호에 의존할 수 있다.
도 29a 및 도 29b는 비동기식으로-제어되는 권선기/리와인더 기계 내의 부품에 대한 예시적 타이밍 도표를 나타낸다. 타이밍 도표는 모든 부품 및 작동 시나리오의 완전한 예시를 제시하기 위한 것은 아니며, 오히려 본 발명의 원리를 설명하는데 사용하기 위한 가상의 예이다. 수평축은 일반적으로 시간(실행 속도당)을 나타내고, 각 그래프에서의 수직축은 후술된다.
도표(1000)는 본 발명에 따라 비동기 제어를 위해 구성된 기계 내의 제어 시스템에 의해 발생될 수 있는 시스템 가상 마스터의 일례를 도시한다. 예를 들어, 시스템 가상 마스터는 기계 중앙 컨트롤러에 의해, 독립 신호로서 또는 기계 내의 마스터 축의 위치에 기초하여 발생될 수 있다. 전술했듯이, 도표(1000)의 수평축은 실행 속도당 시간의 임의 단위를 나타내는 바, 본 원리는 작동 속도에 관계없이 적용될 수 있기 때문이다. 수직축은 일반적으로 "m"으로 도시되는 시스템 가상 마스터에 대한 카운트 값을 나타낸다.
작동 시에, 모듈은 가상 마스터의 값에 기초한 동기화 지점을 형성함으로써 임의의 적합한 시퀀스로 작동하도록 지시될 수 있다. 예를 들어, 가상 마스터의 카운트 값은 수평축 상의 t=nrolls의 시기에 "m"에 도달하도록 선택될 수 있다. nrolls는 "n"개의 롤이 완료된 상태의 완료된 권선 작동 사이클(1001a)의 단부를 형성할 수 있으며, 뿐만 아니라 다음 사이클(1001b)의 시작을 형성할 수 있다. 작동 사이클에 사용되는 모듈 및 롤의 개수는 기계에 대한 능력 및 기타 구성 파라미터에 의존될 것이다. 예를 들어, 권선 모듈이 사이클당 6개 롤을 권선할 수 있으면, t=nrolls에서 시작되는 작동 사이클은 제7 내지 제12 롤을 권선하는 것을 수반할 것이다.
하기 예는 다음 사이클에서 권선이 실제로 시작되는 시점을 나타내는 t=nrolls에서 시작되는 예시적 권선 작업에 수반되는 로크-온 및 다른 예시적 기능을 논의한다. 그러나, 하기 예는 단일 권선 작업에 관한 것이며, 상이한 모듈과 연관된 다른 권선 작업, 권선전 작업 및/또는 권선후 작업이 하기 예에서 논의된 시간 간격 중에 이미 진행중일 수 있거나, 시작될 수 있거나 및/또는 종료될 수 있음을 아는 것이 중요하다. 또한, 도표(1000)의 상대 스케일은 나머지 타이밍 도표와 다르다. 또한, 전술했듯이, 실제 시간 간격은 기계의 속도에 따라 달라질 수 있다. 도표(1100 내지 2001)는 단일 작동 사이클 내에서 발생할 수 있는 특정 부분의 "확대"도이며, 따라서 도표(1000)는 카운트 값에 관하여 다른 도표에 비해 "확대"되는 것으로 의미된다.
t=nrolls에서 시작되는 예시적 권선 작업 이전에, 권선되는 재료(들)는 절단될 필요가 있을 수 있다. 타이밍 도표(2000)는 컷오프 바 가상 마스터 카운트 값을 도시하지만, 타이밍 도표(2001)는 컷오프 바 가상 마스터에 동기되는 컷오프 바의 하나 이상의 부품에 의해 제공되는 컷오프 바 속도를 도시한다. 컷오프 바 가상 막대 자체는 특정 시스템 가상 마스터 카운트에서 컷오프 바 가상 마스터 카운트가 시작되도록 시스템 가상 마스터에 동기화된다. 이 예에서, 컷오프 모듈은 시스템 가상 마스터가 값 V1에 있을 때 컷오프 바 가상 마스터 카운트를 시작하도록 지시된다.
이 예에서, 이 예의 컷오프 바 가상 마스터는 카운트가 네거티브 값인 부분을 구비한다. 전술했듯이, 비동기 제어가 부품의 즉시 삽입 및 제거를 가능하게 하지만, 기동 및 정지와 연관된 기계적 응력은 일반적으로 회피되어야 한다. 예를 들어, 모듈 부품은 일반적으로 기계 속도로 이끌어지며 이후 완전한 작동에 들어간다. 일반적으로, 이 "기동" 시간 프레임은 여러가지 방식으로 설명될 수 있다. 예를 들어, 가상 마스터 카운트는 모듈이 전속력에 있을 필요가 있을 때보다 충분히 앞선 시점에서 시작되도록 타이밍조절될 수 있다. 예를 들어, 모듈이 t=x에 대응하는 시스템 가상 마스터 카운트에서 전속력에 있을 필요가 있고 기계 속도로 가속되기 위해 Δt의 시간 간격을 필요로 하면, 모듈 가상 마스터는 t=(x-Δt)에 대응하는 시스템 가상 마스터 카운트에서 시작되도록 지시될 수 있으며, 모듈 부품은 모듈 가상 마스터가 카운팅을 시작하면 가속을 시작하도록 동기화된다.
그러나, 다른 실시예에서, 시스템 리소스(기계 중앙 동작 컨트롤러의 CPU 사이클 등)는 시간 간격(Δt)을 계산할 필요가 없게 함으로써 보존될 수 있다. 대신에, 모듈 가상 마스터는 네거티브 값에서 카운팅을 시작하고 포지티브 값에서 카운팅을 종료하도록 구성될 수 있으며, 모듈의 부품은 제로 교차(zero crossing)가 부품(들)이 더 이상 작동전 단계에 있지 않은 시점과 일치하도록 타이밍조절된다. 따라서, 네거티브 카운트 값은 작동전 활동(예를 들면, 필요한 속도로의 가속, 부품을 준비 위치로 이동시키는 것, 등)에 대응할 수 있지만, 포지티브 카운트 값은 프로세스 내의 실제 작동에 대응한다. 기계 중앙 동작 컨트롤러는 이후 모듈이 완전 작동에 있어야 할 때 시스템 마스터 카운트를 확인함으로써 동기화 시점을 특정할 수 있으며, 모듈(들)은 모듈 가상 마스터 카운트가 시작되어야 하는 카운트 값을 결정한다. 예를 들어, 이들 예에서, 제로 교차는 부품 또는 모듈이 먼저 권선되는 재료와 접촉하는 시간(예를 들면, 절단이 이루어지는 시점, 권선이 시작될 때, 등)과 상관된다.
이 예에서, 컷오프 바 가상 마스터에 대한 네거티브 카운트 값은 컷오프 바 모듈 가상 마스터 카운트가 제로를 교차할 때(즉 t=ncut에서) 절단(컷오프 바 속도 도표(2001)에서 지점(2002)으로 도시됨)을 수행하기 위한 컷오프 바의 가속에 대응한다. 또한, 컷오프 바 가상 마스터에 대한 제로 교차의 타이밍은 t=nrolls로부터 tPS만큼 위상 시프트된다. 이는 본 예에서 컷오프 바가 권선 시작 전에 재료를 절단할 필요가 있다는 사실에 기인한다. 이 예에서, 컷오프 바 속도는 핀치 컷을 위한 소정 속도에 대해 참조 번호(2002)에 도시된 지점까지 증가하고, 절단이 이루어진 후 참조 번호(2004)에서 제로로 감속되며, 이후 참조 번호(2006)에서의 "준비" 위치로 돌아가도록 역전된다. 이 예는 단일 핀치 컷을 논의했지만, 컷오프 바는 임의의 적절한 스타일의 절단을 사용하여 임의의 시기에 또는 다수의 시기에 재료를 절단하도록 구성될 수 있다. 절단과 권선 시작 사이의 위상 차이는 기계를 통한 재료의 속도, 소정 결합 지점, 필요한 꼬리 양, 천공기로부터의 거리, 조작자-요망 오프셋 등에 종속될 것이다. 추가로, 절단 위치를 포함하는 정보에 기초하여, 기계 중앙 컨트롤러는 단수 또는 복수의 준비 권선 모듈을 지휘하여 그 가상 마스터를 신규-절단된 재료와 결합하도록 시스템 가상 마스터 상의 지점에 동기화시킬 것이다.
제품 차별화는 각종 권선 모듈에 대한 결합 지점과 위상화(phasing) 컷오프에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 모듈 가상 마스터가 제로와 교차하는 마스터 카운트에 앞서 시스템 마스터 카운트의 제1 넘버(기간 tPS1에 대응)에서 재료를 절단함으로써 제1 시트 카운트를 갖는 제1 제품이 얻어질 수 있다. 이후, 컷오프를 제2 모듈 가상 마스터에 대한 제로 교차로부터 시스템 가상 마스터 카운트의 제2 넘버(더 긴 기간 tPS2에 대응) 만큼 위상화시킴으로써 제2의 더 큰 시트 카운트를 갖는 제2 제품이 얻어질 수 있다.
타이밍 도표(1100)는 권선 모듈 가상 마스터를 도시한다. 예를 들어, 도 27의 권선 모듈(1) 가상 마스터(602a) 및/또는 권선 모듈(2) 가상 마스터(602b)는 도표(1100)에 도시된 것과 같은 발생된 신호를 포함할 수 있다. 이 예에서, 수직축은 모듈 카운트 값을 나타낸다. 실제 카운트는 임의의 적합한 수치적(또는 기타) 표시를 포함할 수 있으며, 본 요지는 카운트를 위한 특정 데이터 형태 또는 포맷에 제한되도록 의도되지 않는다. 모듈 카운트 값은 모듈의 부품에 의해 기능 수행을 위한 기초로서 사용된다. 또한, 이들 예에서, 모듈 각각은, 모듈 가상 마스터에 타이밍조절되는 그 고유한 각각의 서브-프로세스 가상 마스터를 사용하는 서브-프로세스를 포함할 수 있다. 모듈 가상 마스터는 기계의 속도, 다른 모듈의 조건, 조작자 위상화, 또는 모듈에 의해 사용되는 최종 로크온 위치에 관계없이, 기계 작동 시퀀스에서의 모듈의 소정 위치에 기초하여 임의의 소정 시점에서 시스템 가상 마스터에 로크온되도록 지시될 수 있다. 소정 위치는 하나 이상의 작동 시퀀스를 특정하는 제어 프로그램 데이터의 일부로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제어 프로그램 데이터는 상이한 고장 조건과 같은 경우에 정상 작동 및 특정 환경 하의 작동 양자를 구비하는 다수의 작동 시퀀스를 특정할 수 있다. 이 예에서, 권선 모듈 가상 마스터는 nrolls 직전의 시간에 대응하는 카운트(V2)에서 시스템 가상 마스터에 로크온되도록 지시된다.
모듈 카운트는 또한 참조 번호(1104)에 도시된 제로 미만의 값(즉 네거티브 카운트 값)에서 시작된다. 네거티브 카운트 값의 사용은 계산 시간을 유리하게 단축시킬 수 있으며, 그렇지 않으면 일부 실시예에서 모듈의 더 쉬운 동기화를 제공할 수 있다. 이 예에서, 초기 카운트 값은 nrolls에서 모듈 가상 마스터 시작과 실제 권선 작업의 시작 사이의 기간 중에 네거티브로 유지되도록 선택된다. 시간 간격(1102)은 컷오프 바에 의한 롤에 대한 절단(t=ncut에서의)과 권선 시작 사이의 위상 시프트(tPS)를 도시한다. 컷오프로부터의 거리는 소정 결합 지점, 꼬리 양 등에 종속될 것이며, 모듈 가상 마스터와 컷오프 바 가상 마스터 사이의 타이밍 차이에 의해 결정된다.
도 29a 및 도 29b에서, 권선이 발생하는 시간 간격은 참조 번호(1106)에 도시되어 있다. 도 29b에 tRC로서 표시되어 있는 시간 간격은 감속 등을 위해 시간 간격(1106) 및 추가 권선후 기간(1108)을 구비한다. 맨드렐을 하강시키고 맨드렐을 소정 속도로 가속시키는 것과 같은, 권선 작업 전에 수행되는 기능 및 작용은, 네거티브 모듈 가상 마스터 카운트 값으로 타이밍조절될 수 있다. 권선 작업이 완료되면, 이는 t=(n+1)rolls에서 롤이 완료될 때까지 또는 그 특정 모듈에 대한 권선 작업이 끝나는 사건(고장 등)이 발생할 때까지 계속된다.
모듈 가상 마스터가 롤 권선의 100%를 지나서 카운팅을 계속하는 기간(1108)도 포함될 수 있다(모듈 카운트는 점선(1101)에 도시된 완료된 권선에 대응함). 일부 실시예에서 이 추가 기간은 맨드렐 및 기타 권선 부품에 의해 수행되는 가속, 꼬리 회전, 견인 등과 같은 권선후 작업을 위해 사용될 수 있다.
또한, 추가 기간은 모듈 작동에 대한 즉시 조절을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 전술했듯이, 권선(또는 기타) 작업의 미세 조정은 가상 마스터의 카운트 속도의 증가 및/또는 감소를 통해서 달성될 수 있다. 예를 들어, 맨드렐 회전 가상 마스터에 대한 카운트 속도가 작동 시에 변경되면, 맨드렐의 회전 속도가 변경될 수 있다. 그러나, 카운트 속도가 감소되면, 그 감소가 권선 작업을 계획된 것보다 오래 걸리게 만들어서 후속 작업의 타이밍에 영향을 미칠 수 있는 위험이 있다. 따라서, 모듈 가상 마스터는 일부 실시예에서, 이러한 조절을 위한 대비책으로서 추가 카운트 값을 구비할 수 있다.
기간(1110)은 권선 모듈에 의해 롤이 생산된 후 추가 작업이 발생할 수 있는 시간을 나타낸다. 이 기간 중에, 모듈은 기계의 나머지에 동기화되지 않으며, 따라서 비동기적으로 작동된다. 예를 들어, 후술하듯이, 로그는 스트리핑될 수 있으며 신규 코어는 권선이 완료된 후 어떤 시점에 사용되도록 로딩될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 이들 작업은 독립적으로 이루어지며, 가상 마스터 카운트 값에 종속되지 않는다. 예를 들어, 권선기의 구조에 따라서, 1100에 도시된 가상 마스터 타이밍을 따르는 특정 권선 모듈은 로그를 생성할 수 있으며, 이후 권선기/리와인더가 다른 권선 모듈을 사용하여 몇 가지 다른 롤을 생성하는 동안 대기 상태에 들어갈 수 있다.
도 29a 및 도 29b의 예시적 타이밍 도표에서 권선후 작업은 권선 작업에 사용된 것과 대략 동일한 시간 간격을 차지하지만, 항상 그렇지 않을 수 있다. 일례로서, 시스템 가상 마스터(및 따라서 그에 동기화되는 부품 및 기타 가상 마스터)는 일부 경우에 단위 시간당 매우 높은 속도로 카운트할 수도 있다. 예를 들어, 종이 제품에 대한 실제 권선 작업은 일부 실시예에서 높은 속도로 이루어질 수 있으며, tRC는 일부 실시예에서 약 1 내지 4초를 포함한다. 기계가 완료된 로그를 제거하고 그 타임 프레임 위에 코어를 로드하고자 하면(예를 들어 안전한 제거/로딩을 위한 최소 타임 프레임이 5초일 때), 기계 및/또는 제품에 대한 손상이 발생할 수 있다. 따라서, 후술하듯이, 일부 실시예에서, 코어 로딩/롤 스트리핑 태양은 비동기 제어 기능의 사용을 통해서 임의의 시스템 마스터로부터 분리된다.
도 29a의 타이밍 도표(1200)는 모듈 가상 마스터에 종속되는 맨드렐 가상 마스터를 나타낸다. 예를 들어, 타이밍 도표(1200)는 맨드렐 회전 가상 마스터에 기초하여 맨드렐을 사용하여 특정 권선 특징을 달성하기 위해 직선 "캠"을 나타낼 수 있다. 도표(1300)는 맨드렐 가상 마스터 카운트 값에 기초한 위치 캠을 사용한 결과적 속도 프로파일을 도시한다. 이 예에서, Θ에 대한 큰 값은 타이트한 권선을 초래할 것이며 Θ에 대한 작은 값은 느슨한 권선을 초래할 것이다. 예를 들어, Θ가 높으면, 맨드렐은 그 위치 캠을 통해서 더 빨리 전진할 것이며, 따라서 기계를 통해서 이동하는 재료의 주어진 길이에 대해 높은 r.p.m.으로 회전할 것이고, 타이트한 롤을 초래할 것이다.
맨드렐 가상 마스터 카운트는 권선 모듈 가상 마스터 카운트가 특정 값에 도달할 때 시작된다. 모듈 가상 마스터의 경우와 같이, 맨드렐 가상 마스터 자체는, 맨드렐이 t=nrolls에서 소정 회전 속도에 도달하도록 이 예에서 맨드렐을 가속하기 위해 사용되는 초기 네거티브 카운트를 특징으로 한다. 이후, 맨드렐 카운트에 기초하여 도표(1300)에 도시하듯이, 맨드렐 속도는 롤이 권선됨에 따라 감소되며 결국 제로에 가깝거나 제로에 도달한다. 예를 들어, 맨드렐의 스핀을 제어하는 모터(들) 또는 다른 장치의 속도, 제동 및 토크를 제어하기 위해 하나 이상의 전자 캠 프로파일이 개발될 수 있으며, 캠(들)의 위치설정은 맨드렐 가상 마스터 카운트에 기초하여 산출된다. 이 예에서, 기간(1108)은 맨드렐의 권선후 동작을 나타낸다. 필요할 경우, 감속 및 꼬리 위치설정은 가상 마스터 시간과 완전히 무관하게 이루어질 수 있다.
전술했듯이, 독립 모듈 가상 마스터 및 맨드렐 회전 마스터와 같은 서브-프로세스 마스터의 사용은, 모듈에 의해 제조된 제품이 상이한 특징(예를 들어, 타이트하거나 느슨한 권선, 상이한 시트 카운트, 상이한 롤 직경 등)을 가질 수 있도록 상이한 동작 프로파일을 형성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 동일한 원리는 상이한 부품을 사용하는 모듈에 의해 동일한 특징을 얻기 위해 사용될 수도 있다.
예를 들어, 제1 권선 모듈은 제2 권선 모듈에서의 모터보다 빠른 토크 반응을 갖는 모터를 사용할 수 있다. 따라서, 제2 권선 모듈 내의 모터는 더 큰 작동전 기간이 기계 속도에 도달할 것을 요구할 수 있다. 제2 모듈용 맨드렐 회전 가상 마스터는 제2 모듈이 동일한 작동 성능을 제공하도록 제1 모듈의 그것과 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 모듈용 맨드렐 회전 가상 마스터는 제1 모듈에서의 맨드렐 회전 가상 마스터의 값에 비해서 낮은 네거티브 카운트 값에서 시작될 수 있고 높은 포지티브 카운트 값에서 종료될 수 있다. 따라서, 제2 모듈 맨드렐 모터는 그 느린 토크 반응이 주어지면 적절한 시간에서 기동을 시작할 것이다. 그러나, 기계 중앙 동작 컨트롤러(및 관련 제어 프로그램)의 관점에서, 두 개의 모듈은 상이한 작동전 시간 간격을 계산하거나 설명할 필요 없이 각각의 모듈이 결합해야 하는 시스템 마스터 카운트 값을 간단히 특정함으로써 동일하게 지령받을 수 있다.
전술했듯이, 일부 실시예에서, 기계 동작의 즉시 조절은 맨드렐 가상 마스터 카운트 속도를 변경함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 상이한 권선 속도 프로파일은 맨드렐 속도를 맨드렐 회전 가상 마스터 카운트에 상관시키기 위해 전자 캠으로서 형성될 수 있다. 그러나, 많은 동작 컨트롤러에서는, 모듈이 동작하지 않는 동안 상이한 캠이 재계산된다. 따라서, 모듈이 동작되면, 캠 프로파일 자체에 대해 어떤 변경도 이루어질 수 없다. 그러나, 시스템 가상 마스터 카운트 값에 대한 모듈 가상 마스터 카운트 값의 비율을 나타내는 기어비를 변경함으로써, 가변 권선 프로파일이 실행될 수 있다. 물론, 모듈이 작동하는 동안 캠 자체가 수정될 수 있으면, 가변 카운트 속도 및 캠 특징의 조합을 사용하여 가변 권선 프로파일이 실행될 수 있다.
캠 특징의 변경 없이 권선 프로파일을 변경하는 일례로서, 맨드렐 회전 가상 마스터 카운트 속도를 초기에 증가시키고 나중에 이 속도를 권선에서 감소시켜 롤의 외측 부분에서의 권선을 느슨하게 함으로써 롤의 코어에서의 타이트한 권선이 얻어질 수 있다. 증가 속도와 감소 속도가 균형을 이루면, 권선은 (시스템 가상 마스터에 대해) 비변경 권선과 동일한 시간 범위에 걸쳐서 이루어질 것이다. 그러나, 감소 속도가 증가 속도와 균형을 이루지 못하면(예를 들어, 권선이 느슨해지면), 동기화 문제를 피하기 위해 모듈 가상 마스터 카운트에서의 권선후 "대비책"이 요구될 수 있다.
도 29b로 돌아가서, 맨드렐 리프트 가상 마스터는 모듈 가상 마스터에 종속되는 다른 서브-시스템 가상 마스터를 나타낸다. 따라서, 맨드렐 회전 및 리프트는 이 예에서 상호 무관하게 제어될 수 있다. 도표(1400)의 수직축은 맨드렐 리프트 가상 마스터 카운트를 나타낸다. 맨드렐 가상 마스터 및 시스템 가상 마스터의 경우와 같이, 리프트 가상 마스터 카운트는 롤 권선이 시작될 때 리프트 카운트가 제로에 도달하도록 선택된 네거티브 값에서 시작된다. 맨드렐 리프트 가상 마스터 카운트 값은 다양한 리프트 위치설정 부품의 위치/동작을 제어하기 위한 베이스로서 사용된다. 예를 들어, 맨드렐 리프트 가상 마스터 카운트에 기초한 캠 위치와 함께 맨드렐의 수직 위치를 변경시키는 서보, 액추에이터, 및 기타 부품을 제어하기 위해 하나 이상의 캠 프로파일이 개발될 수 있다. 리프트 위치는 도표(1500)의 수직축에 도시되어 있고 리프트 속도는 도표(1600)의 수직축에 도시되어 있으며, 리프트 속도는 위치 그래프의 도함수이다.
리프트 가상 마스터 카운트에 기초하여, 기간 tx 중에, 리프트는 맨드렐의 시트에 대한 맨드렐의 근사 결합(즉, 롤 이송)까지 하강된다. 이후, 리프트 위치는, 직물을 변형시키고 웹을 롤 주위로 이동시켜 권선 프로세스를 시작하기 위해 이송 이후 시트에 충돌하도록 제어된다. 권선이 시작되면, 리프트 위치는 기간 tRC 중에 소정 롤 특징에 따라 상승하도록 제어된다. 이 예에서, 기간(1401)은 맨드렐 리프트 카운트가 종료되고 리프트 가상 마스터가 모듈 가상 마스터로부터 분리된 후의 작동을 나타낸다.
즉시 조절의 다른 유리한 적용을 권선 작업 중의 리프트 위치 변경에서 찾아볼 수 있다. 예를 들어, 리프트 위치 동작 프로파일은 권선되는 티슈와 같은 맨드렐의 특정 캘리퍼에 기초하여 형성될 수 있다. 일정한 권선 속도 및 장력을 가정할 때, 두꺼운 재료의 권선은 얇은 재료보다 빠른 필요 리프트 속도를 초래할 것이다. 그러나, 티슈와 같은 재료는 사양마다 달라질 수 있다. 예를 들어, 모체 롤로부터 풀려나고 있는 티슈를 재권선할 때, 권선 요건은 모체 롤의 크기가 감소함에 따라 티슈에 대한 압축 응력이 변화함으로 인해 변경될 수 있다. 즉, 예를 들어 12피트의 직경을 가질 수 있는 모체 롤의 상이한 부분으로부터의 티슈는 가변적인 캘리퍼를 가질 수 있다. 따라서, 진입하는 티슈의 실제 캘리퍼를 결정하기 위한 센서가 포함될 수 있으며, 맨드렐 리프트 가상 마스터의 기어비는 맨드렐 리프트 가상 마스터에 대한 카운트 속도를 증가 또는 감소시켜 더 빠르거나 더 느린 리프트 속도를 허용하기 위해 센서 데이터에 기초하여 조절된다.
도표(1500 및 1600)에 도시하듯이, 권선이 완료된 후, 리프트는 코어 로딩 및 스트리핑 작업을 위해 배치된다. 이들 작업은 다른 기계 기능과 무관하게 수행되는 비동기 작업을 나타낸다. 예를 들어, 기간 tL1 중에, 리프트는 tRS 중에 발생하는 로그 스트리핑을 위해 배치된다. 이 예에서, 코어 로딩 위치는 스트리핑 위치 위에 있으며, 따라서 기간 tCL 내에 리프트는 신규 코어가 로딩되도록 배치된다. 최종적으로, 기간 tR 중에, 리프트는 "준비" 상태로 복귀된다. "준비" 상태의 표시는 또한 맨드렐이 신규 권선 작업을 시작하기 위해 모듈 가상 마스터에 로크온될 준비가 되어 있음을 나타내기 위해 사용될 수 있으며, 또한 모듈 가상 마스터가 시스템 가상 마스터에 로크온되도록 이용될 수 있음을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 물론, 모듈은 다른 모든 부품도 준비될 때까지 "준비" 상태를 기계 중앙 동작 컨트롤러에 다시 보고하지 않는다.
타이밍 도표(1700)는 로그 스트립/코어 로드 가상 마스터 카운트를 나타낸다. 로그 스트립/코어 로드 가상 마스터는, 권선 완료(또는 중지) 후에 코어가 맨드렐 상에 로딩될 수 있고 맨드렐로부터 롤이 스트리핑될 수 있도록 적절한 시점에 시스템 또는 서브-시스템 가상 마스터에 종속될 수 있다. 다른 가상 마스터에서와 같이, 로그 스트립/코어 로드 가상 마스터 카운트는 권선 작업이 시작될 때 카운트가 제로이도록 네거티브 초기 카운트 값에서 시작할 수 있다. 이 예에서, 타이밍 도표(1800)는 코어 로딩 장치의 속도를 도시한다.
추가로, 이 예에서, 코어 로드 속도는 로그 스트립/코어 로드 스트립 가상 마스터가 전체 카운트를 완료한 후 코어 로딩 및 롤 스트리핑 조작이 이루어짐을 보여준다. 이는, 본 실시예에서 로드/스트립 작업이 임의의 마스터의 카운트 값과 무관하게 이루어지는 타이밍조절된 기능이기 때문이다. 대신에, 로그 스트립/코어 로드 가상 마스터가 그 최대 카운트 값에 도달하면, 코어 스트립 작동이 촉발되고 이는 기간 tL1에 이어지는 tRS 도중에 이루어진다. 전술했듯이, tL1은 맨드렐이 로그 스트립 위치에 진입할 수 있게 하기 위한 대기 기간을 나타낼 수 있다. 그러나, 타이밍 조절된 기능 이외에, 후속 동작은 실제로 모듈 컨트롤러로부터 명령을 받는 것에 기초한다. 예를 들어, 모듈 컨트롤러는 다른 전제 조건들 중에서, 리프트가 적절한 위치에 도달하면 로그 스트립/코어 로드 장치에 명령을 제공할 수 있다. 로그가 스트리핑된 후에, 맨드렐 리프트가 코어 로딩 위치에 진입하는 동안 다른 대기 기간 tL2가 발생한다. 이후, tCL 중에, 코어는 로딩되고 로그 스트립 장치는 준비 위치로 돌아간다.
코어 로딩, 로그 스트리핑, 및 관련 리프트 위치설정 기능을 마스터 카운트와 무관하게 타이밍조절함으로써, 기계가 코어/완제품의 소정 취급과 양립할 수 없는 속도로 작동할 때 마주칠 수 있는 문제를 회피할 수 있다. 또한, 기계의 잔여부는 코어 로딩/로그 스트리핑 장치에 고장이 발생해도 계속 작동할 수 있으며 및/또는 코어 로딩/로그 스트리핑은 다른 모듈 상의 권선 중에 고장이 나도 (필요할 경우) 계속될 수 있다.
전술했듯이, 예를 들어, 재료가 고속으로 기계를 통과하면, 가상 마스터 카운트 속도(예를 들면, 맨드렐 회전 카운트 속도 등) 역시 일반적으로 높을 것이다. 이는 예를 들어 짧은 시간 내에 권선을 달성하는 데 유리할 수 있다. 그러나, 코어 로딩 및 롤 스트리핑 작업이 이러한 속도로 동기화되면, 제품 손상 및/또는 부품 손상이 초래될 수 있다. 예를 들어, 권선 작업이 대략 1 내지 4초 걸리고 롤 스트리핑/코어 로딩 작업이 그 속도에 동기화되면, 완성된 롤은 너무 빠른 동작에 의해 "강타(slam)"당할 수 있으며, 이는 스트리핑 부품에 충돌하는 이동 롤의 모멘텀으로 인해 롤을 찌그러뜨리거나 찢어버릴 수 있으며 및/또는 부품의 정렬을 해체시킬 가능성도 있다. 다른 예로서, 높은 시트 카운트를 위한 권선 작업은 최적의 로딩/언로딩 속도보다 오래 걸릴 수 있으며, 따라서 코어 로드/로그 스트립 작업이 타이밍조절되면 이는 권선 작업의 타이밍에 의해 과도하게 느려지지 않는다. 따라서, 이러한 경우에, 주어진 모듈의 여유있는 활용이 증가될 수 있으며, 모듈이 권선으로 속히 복귀할 수 있으므로 필요한 모듈 개수가 감소될 수 있다.
대신에, 로그 스트립/코어 로드 모듈과 같은 모듈은 가상 마스터로부터 타이밍조절된 기능에 추가하여 마스터-무관한 타이밍조절된 기능을 뒷받침할 수 있다. 예를 들어, 모듈 컨트롤러는 정해진 시간 간격에 걸쳐서 동작을 형성하는 프로파일에 접근할 수 있으며, 기계 중앙 동작 컨트롤러로부터 "로그 스트립" 또는 "코어 로드" 명령과 같은 하나 이상의 이벤트가 발생하면 프로파일을 실행할 수 있다. 다른 예로서, 모듈 가상 마스터 카운트가 그 최종 값에 도달하면 타이밍조절된 기능이 시작될 수 있다. 임의의 이벤트에서, 타이밍조절된 기능이 시작되면, 모듈 컨트롤러는 시스템 또는 서브-시스템 가상 마스터 카운트에 동기화된 기능의 속도와 무관하게 코어 로드 및 롤 스트리핑 장치의 리프트 위치 및 작용을 제어할 수 있다.
물론, 다른 실시예에서, 코어 로딩 및/또는 로그 스트리핑을 책임지는 부품은 하나 이상의 마스터에 동기화될 수 있다. 또한, 임의의 적합한 부품(들)은 타이밍조절된 기능에 의해서 또는 타이밍조절된 기능 및 동기화된 기능의 조합에 의해 제어될 수 있다. 상기 예는 코어 로딩 및 로그 스트리핑에 관한 타이밍조절된 기능을 논의했지만, 마스터 카운트 값이 모듈 레벨에 있거나 시스템 레벨에 있거나 간에 마스터 카운트 값과 무관하게 다른 기능이 타이밍조절되거나 및/또는 지령될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 이 예에서는 로그 스트립/코어 로드 장치 동작이 로그 스트립/코어 로드 가상 마스터 카운트 값에 동기화되지만, 이것이 항상 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 권선 작업 중에 코어/부분 권선된 롤의 위치를 변경함으로써 상이한 권선 특징이 달성될 수 있다. 예를 들어, 권선되는 재료의 방향에 대해 횡방향으로 코어를 요동시키기 위해 로드/스트립 장치를 사용함으로써, 나선, 원추 및 기타 특징이 도입될 수 있다.
권선기/리와인더는 상이한 권선 중에 상이한 제품을 제공하기 위해 선택적으로 결합될 수 있는 다른 모듈을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도포기 모듈은 로션 또는 항균 화합물과 같은 단수 또는 복수의 첨가물을 웹에 도포하는 하나 이상의 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전자 캠은 스프레이 또는 기타 액추에이터를 제어할 수 있다. 첨가물(들)은 프리미엄 제품을 권선할 때 재료의 특정 길이에 도포될 수 있지만, 재료의 다른 길이에는 도포되지 않을 수 있다. 예를 들어, 기계 중앙 동작 컨트롤러는 신규 선단을 제공하고 웹의 길이에 로션을 도포하도록 컷오프 모듈을 지시할 수 있다. 에지는 결합될 수 있으며 재료는 제1 모듈에 의해 권선될 수 있다. 소정 시트 길이에 도달하면, 웹은 신규 선단을 형성하도록 다시 절단될 수 있다. 그러나, 다음 권선된 로그에서는, 로션 등의 첨가물이 전혀 도포되지 않는다. 신규 선단은 다음 이용가능한 권선 모듈에 의해 결합된다.
일부 실시예에서, 제어 시스템은 가상 마스터 위치의 즉시 재설정을 뒷받침할 수 있다. 예를 들어, 고장의 경우에, 전술했듯이, 모듈은 비동기화 및 결합해제될 수 있으며 제어 시스템은 결합해제된 모듈(들) 대신에 어떤 모듈(존재할 경우)이 작동을 시작하는데 사용될 수 있는지를 결정할 수 있다. 다음 이용가능한 모듈(들)의 로크온 시점을 변경하는 대신에, 시스템 가상 마스터 카운트를 다음 이용가능한 모듈의 로크온 시점 직전의 값으로 재설정하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 말하면, 제어 시스템은 고장의 경우에 상이한 시점에 결합하도록 권선 모듈을 재순환 및 재지령하기 위해 상당한 시간 간격을 필요로 할 수 있다. 모듈 로크온 위치가 재산출되는 시간 간격 중에, 상당한 양의 재료가 기계를 통과할 수 있으며 작동이 이루어지지 않으면 이러한 재료는 폐기될 수 있다. 예를 들어, 권선기/리와인더에서, 제품은 임의의 가상 마스터 카운트에 동기화되지 않는 컨베이어 상의 기계를 계속 통과 이동할 수 있다. 따라서, 가상 마스터의 위치를 순간적으로 재설정함으로써, 폐기물이 감소될 수 있다.
전술했듯이, 여기서 논의되는 비동기 제어의 원리는 확대 또는 축소될 수 있다. 예를 들어, 시스템 가상 마스터는 다수의 모듈을 포함하는 기계를 위한 신호 베이스에 대응할 수 있으며, 모듈의 일부 또는 전부는 각각의 시스템 마스터 로크온 값에서 카운트를 시작하는 가상 마스터를 갖는다. 각각의 모듈은, 각각의 모듈 가상 마스터 로크온 값에서 카운팅을 시작하는 부품 가상 마스터 및/또는 서브-조립체 가상 마스터에 기초하여 각각 작동하는 부품 또는 서브-조립체를 포함할 수 있다.
그러나, 일부 실시예에서, 제어 시스템은 동일한 시스템 가상 마스터에 선택적으로 동기화된 다수의 기계와 함께 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 기계는 모듈이 단일-기계 실시예에서 처리된 것과 동일한 방식으로 처리될 것이다.
이상 특정하게 도시 및 기술된 재료는 제한적인 것으로 의미되지 않으며, 대신에 본 발명의 다양한 예시적 실시예를 개시 및 교시하도록 작용한다. 청구범위에 나타나 있듯이, 본 발명의 범위는 당업자에게 일어날 변경 및 수정과 더불어, 본 명세서에 논의된 각종 특징의 조합 및 서브-조합을 포함한다.

Claims (24)

  1. 기계를 비동기 제어하는 방법으로서,
    일련의 반복적인 시스템 작동 사이클에서 초기 카운트 값으로부터 최종 카운트 값으로 변경되는 시스템 마스터 카운트를 생성하는 단계,
    시스템 마스터 카운트가 각각의 제1 로크-온(lock-on) 카운트 값에 도달할 때 시작되는 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트를 제공하는 단계,
    부품 작동 프로파일 및 서브-시스템 마스터 카운트의 값에 기초하여 적어도 하나의 부품을 작동시키는 단계,
    시스템 마스터 카운트의 중지 없이 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트를 중지시키는 단계, 및
    각각의 제1 로크-온 카운트 값과 동일하거나 상이한 제2 로크-온 카운트 값에서 적어도 하나의 미리-중지된 서브-시스템 마스터 카운트를 시작하는 단계를 포함하는, 비동기 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 부품의 소정 작동 시점을 결정하는 단계, 및
    결정된 소정 작동 시점에 기초하여 적어도 하나의 로크-온 카운트 값을 선택하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기계는 서브-시스템 마스터 카운트 값에 기초하여 선택적으로 작동 가능한 적어도 하나의 부품을 포함하며,
    상기 방법은 서브-시스템 마스터 카운트가 중지되는 동안 상기 적어도 하나의 부품을 작동시키는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계는 적어도 제1 및 제2 모듈을 포함하고, 각각의 모듈은 적어도 하나의 부품을 포함하며;
    적어도 하나의 서브-시스템 마스터 신호를 제공하는 단계는 제1 모듈 마스터 카운트 및 제2 모듈 마스터 카운트를 제공하는 단계를 포함하고, 각각의 모듈 마스터 카운트는 각각의 시스템 마스터 카운트 로크-온 값에서 시작되며,
    작동시키는 단계는 제1 모듈 마스터 카운트에 기초하여 제1 모듈의 적어도 하나의 부품을 작동시키고 제2 모듈 마스터 카운트에 기초하여 제2 모듈의 적어도 하나의 부품을 작동시키는 단계를 포함하는, 비동기 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    제1 모듈이 고장에 직면했는지를 결정하는 단계,
    고장에 직면하면,
    제1 모듈을, 작동하는 다른 기계 부품이 존재하는 경우 상기 다른 기계 부품으로부터 기계적으로 분리시키고, 제1 모듈 마스터 카운트를 중지하는 단계, 및
    다음 이용가능한 모듈에 대한 로크-온 카운트 값이 변경되어야 하는지를 결정하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    제1 모듈에서의 고장을 검출하고 제1 모듈을 작동 중인 다른 기계 부품으로부터 기계적으로 분리시키는 단계, 및 시스템 마스터 카운트 또는 제2 모듈 마스터 카운트의 중지 없이 제1 모듈 마스터 카운트를 중지시키는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제1 모듈 마스터 카운트에 대한 로크-온 카운트 값을 결정함으로써 제1 모듈을 재초기화하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    제1 모듈이 고장에 직면한 후, 상기 방법은 시스템 마스터 카운트를 제2 모듈에 대한 로크-온 카운트 값에 가까운 값으로 재설정하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기계는 티슈 제품용 권선 시스템을 포함하며, 각각의 모듈은 나선형으로 권선된 롤을 형성하기 위한 권선 모듈을 포함하는, 비동기 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기계는 티슈 웹을 권선 모듈로 이송하기 위한 리와인더를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  11. 제4항에 있어서,
    제1 모듈에서 제1 제품이 생산되고 제2 모듈에서 제2 제품이 생산되며, 상기 방법은 각각의 모듈에서 상이한 제품을 생산하기 위해 제1 모듈에 대한 제1 시스템 마스터 카운트 및 제2 모듈에 대한 제2 시스템 마스터 카운트를 생성하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  12. 제4항에 있어서,
    제1 모듈에서의 고장을 검출하고 제1 모듈을 다른 기계 부품으로부터 기계적으로 분리하며 폐기물 및 지연을 감소시키기 위해 제2 모듈 마스터 카운트를 조절하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  13. 제4항에 있어서,
    모듈 중 적어도 하나를 시스템 마스터 카운트와 무관하게 작동시키는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  14. 제4항에 있어서,
    제1 모듈 및 제2 모듈의 각 부품의 작동의 소망 상대 타이밍을 결정하는 단계와,
    제1 모듈의 적어도 하나의 부품과 제2 모듈의 적어도 하나의 부품이 상기 소망 상대 타이밍으로 작동하도록 모듈 마스터 카운트에 대한 로크-온 카운트 값을 선택하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    부품 작동의 기초가 되는 마스터 카운트는 중지되고 시스템 마스터 카운트는 중지되지 않는 동안 적어도 하나의 부품의 작동 프로파일을 변경하는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템 마스터 카운트 및 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트의 속도는 작동 사이클의 적어도 일부 동안 동일하지 않은, 비동기 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 부품의 작동 중에 피드백을 수용하는 단계를 더 포함하며, 피드백에 기초하여 서브-시스템 마스터 카운터의 속도가 변경되는, 비동기 제어 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 서브-시스템 작동 사이클에 걸쳐서 초기 카운트 값으로부터 최종 카운트 값으로 각각 변경되는 적어도 두 개의 서브-시스템 마스터 카운트가 제공되고, 적어도 하나의 서브-시스템 마스터 카운트의 서브-시스템 작동 사이클은 다른 서브-시스템 마스터 카운트가 각각의 로크-온 카운트 값에 도달할 때 시작되며,
    서브-시스템 마스터 카운트의 카운트 속도는 하나의 서브-시스템 마스터 카운트의 작동 사이클의 적어도 일부 중에 항상 동일하지 않은, 비동기 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    다른 서브-시스템 마스터 카운트의 값에 기초하여 그 작동 사이클이 시작되는 서브-시스템 마스터 카운트와 부품 작동 프로파일에 기초하여 적어도 하나의 부품을 작동시키는 단계를 더 포함하는, 비동기 제어 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    다른 마스터 카운트 값은 네거티브 카운트 값에서 시작되고 포지티브 카운트 값으로 증가하며,
    부품 작동 프로파일은,
    네거티브 카운트 값에서 시작되고 그 동안에 적어도 하나의 부품이 제품 또는 기판에 적어도 하나의 소정 작용을 제공하도록 준비되는 기동 페이즈, 및
    카운트 값이 제로에 달할 때 시작되고 그 동안에 부품이 제품 또는 기판에 대해 적어도 하나의 소정 작용을 수행하는 전속력 페이즈를 설정하는, 비동기 제어 방법.
  21. 다수의 작동 모듈에 사용하기 위한 제어 시스템으로서,
    상기 제어 시스템은,
    일련의 시스템 작동 사이클에 걸쳐서 초기 카운트 값으로부터 최종 카운트 값으로 변경되는 시스템 가상 마스터 카운트를 제공하고,
    제1 시스템 작동 사이클 중에 시스템 가상 마스터 카운트의 제1 로크-온 값에서 작동하도록 다수의 모듈 중 제1 모듈에 지령을 내리며,
    제1 시스템 작동 사이클 중에 시스템 가상 마스터 카운트의 제2 로크-온 값에서 작동하도록 다수의 모듈 중 제2 모듈에 지령을 내리고,
    시스템 가상 마스터 카운트의 제3 로크-온 값에서 작동하도록 적어도 하나의 모듈에 지령을 내리도록 구성된 적어도 하나의 컴퓨팅 장치를 포함하며,
    상기 제3 로크-온 값은 다른 시스템 작동 사이클 중에 발생하고, 모듈에 대해 제1 시스템 작동 사이클로 작동하도록 지령된 로크-온 값과 다른, 제어 시스템.
  22. 기계를 비동기 제어하는 방법으로서,
    일련의 반복적인 시스템 작동 사이클에서 초기 카운트 값으로부터 최종 카운트 값으로 변경되는 시스템 마스터 카운트를 생성하는 단계,
    시스템 마스터 카운트가 각각의 로크-온 카운트 값에 도달할 때 각각 시작되는 다수의 서브-시스템 마스터 카운트를 제공하는 단계,
    부품 작동 프로파일 및 제1 서브-시스템 마스터 카운트의 값에 기초하여 적어도 하나의 부품을 작동시키는 단계, 및
    적어도 하나의 부품의 작동 중에 피드백을 수용하고, 상기 피드백에 기초하여 제1 서브-시스템 마스터 카운트의 속도를 조절하며 적어도 하나의 다른 서브-시스템 마스터 카운트를 조절하는 단계를 포함하는, 비동기 제어 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 서브-시스템 마스터 카운트는 시스템 마스터 카운트의 중지 없이 중지됨으로써 조절되는, 비동기 제어 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다른 서브-시스템 마스터 카운트는 적어도 하나의 부품과 무관하게 제2 부품을 작동시키도록 가속됨으로써 조절되는, 비동기 제어 방법.
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