CN102556720A - 与卷绕机驱动器相关的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种与连续的材料卷材相关的方法和设备，所述材料卷材从拆卷机向卷绕机运行，拆卷机和卷绕机中的至少一个是中心卷绕机，其中，所述中心卷绕机由设置有转矩控制的电驱动器来控制。所述方法包括：给出在中心卷绕机上的材料的密度的初始值；计算在中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩；通过机械传感器确定材料卷材的紧密度；通过紧密度控制器基于材料卷材的紧密度参考、所确定的材料卷材紧密度和在中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩来产生用于转矩计算的修正项；基于由所述紧密度控制器产生的修正项和所计算的在中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩来计算转矩参考；以及基于该转矩参考来控制所述中心卷绕机的转矩。该方法包括基于紧密度控制器产生的修正项来修正在中心卷绕机上的材料的密度值。

Description

与卷绕机驱动器相关的方法和设备

技术领域

本发明总体上涉及用于连续的材料卷材(web)的卷绕机，特别地涉及材料卷材的紧密度控制。

背景技术

除了实际的造纸机之外，造纸工业使用各种后处理机器，如中间卷绕机、涂布机、不同种类的轧光机、切纸机和复卷机。这样的后处理机器的特征在于：其电驱动器中的至少一个是被称为中心卷绕机的机器，在该中心卷绕机中纸卷被拆卷或卷绕，而在卷绕期间该纸卷的直径发生改变。拆卷机和卷绕机的另一个特征在于：借助于紧密度控制来控制正被卷绕的卷材。该紧密度控制包括控制器，由安装在辊中的传感器从纸卷材测量、以及从前馈项测量该控制器的电流值，其中所述项的一个部分包括可加速的惯性力矩。

在造纸工业中所使用的后处理机器的拆卷机和卷绕机包括加速和减速大惯性质量，并且为了确保成功卷绕，精确地了解这些惯性质量非常重要。当确定惯性力矩时，知道纸卷中纸的密度尤其地重要。通常，纸的密度从与将要离开造纸机的纸卷相关的数据文件中获取。在后处理机器中，密度数据可以从纸卷数据中自动获取，或操作员不得不将数据手工地输入到后处理机器的***中。

与造纸机的等级改变相关地、或在其它的故障情况下，上述密度可能是错误的或者数据被不正确地输入或测量，在这种情况下，在后处理期间，卷材的紧密度表现出大的变化，其中在最坏的情况下该大的变化可导致卷材断裂以及生产损失。错误的密度数据也可以导致经过后处理的卷的质量降低。低质量的纸卷例如对于打印机来说更加难以处理。

目前，通过在视觉上监控该处理、紧密度控制以及刚离开造纸机的纸卷来修正密度值。然而，以这种方式修正密度值需要很高的技能和经验。显然这种凭经验修正密度值的方式是特别不可靠的过程。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种方法和实施该方法的设备，以便于能够缓解上述问题。本发明的目的通过一种方法和设备实现，所述方法和设备的特征在于独立权利要求中所陈述的内容。本发明的优选实施例公开在从属权利要求中。

本发明基于如下思想：在加速期间，通过修正正被卷绕的材料的密度值来修正用于紧密度受控的材料卷材的中心卷绕机的惯性力矩的值。如果上述设备的紧密度控制器必须修正转矩计算，则可以获知所述密度值是不正确的。

根据本发明的方法和设备的优点在于：自从第一次加速后，正被卷绕的材料例如纸的已输入到***中的密度值被修正以对应于实际密度。正确的密度值无论对于正在执行的卷绕过程还是对于纸的进一步使用来说都是重要的信息。卷绕过程然后产生均匀的最终结果，即定制纸卷，其中不存在紧密度变化。相似地，如果定制卷的最终用户需要关于材料密度的信息，现在可以提供这样的可靠的密度值。

附图说明

下面结合优选实施例并参照附图更详细地描述本发明，其中

图1是示出了卷绕设备的图。

具体实施方式

图1是示出了紧密度受控的卷绕设备和相关控制***的图。图1的设备可以是例如用于纸的后处理设备，其中纸通过中心卷绕机从辊1拆卷并被卷绕到辊4上。该后处理设备可以是例如切纸机，切纸机将离开造纸机的机器卷切成顾客定制的定制卷。后处理设备也可以是复卷机、轧光机或任何其它用于连续的材料卷材的处理仪器，其中材料从一个辊拆卷并卷绕到一个或更多个其他辊上。本说明书主要讨论了在拆卷机上的材料的密度的确定，该拆卷机是中心卷绕机。

图1示出了变频器5如何控制拆卷机的电机2。图1还示出了三个其他电机M。这些电机也由变频器控制，然而在此没有示出该变频器。通常，紧密度受控的卷绕机驱动器进行工作，使得在拆卷机用于通过控制拆卷机的电机2的转矩来控制材料卷材的紧密度时，卷绕机4被控制为速度受控。

在通常的卷绕过程中，材料被尽可能快地加速到期望的运行速度以及在已卷绕了所需量的材料后从该运行速度减速到停止。因此在紧密度受控的卷绕过程中，重要的是：拆卷机可以用于借助于紧密度测量仪3和变频器5所产生的转矩来将材料卷材的紧密度控制到期望值。

根据该方法，在拆卷机上的材料的密度ρ被给定一个初始值。当已知要生产的纸的等级时，例如从造纸机获得密度的大小。也可基于实验室测量而获得该密度的初始值。

基于在拆卷机上的材料的密度和其他参数，计算在拆卷机上的卷的惯性力矩。为了计算材料卷的惯性力矩J_p，以其本身已知的方式需要关于材料卷的直径D、鼓卷轴(tambour reel)的直径d以及材料卷的宽度l(通常为材料卷材的宽度)的信息。此外，鼓卷轴的惯性力矩J_t要加到该惯性力矩上。

以其本身已知的方式通过下面等式(1)计算材料卷的惯性力矩：

$J_p=\frac{\mathrm{\π}}{32}(D^4-d^4)\mathrm{\ρl}---\left(1\right)$

如上所述将已知的鼓卷轴的惯性力矩加到该等式。

材料卷的直径的大小可以通过自动仪器来测量，并且在卷绕过程中更新该测量数据。测量所述材料卷材的宽度也是产生可靠的测量结果的简单过程。

图1示出了诸如密度和直径的必要参数如何作为初始值被带入到转矩计算块6。相同的参数也被带入到块7，块7用于确定存在于设备中的、当计算转矩时也要考虑的摩擦fric。此外，在惯性力矩计算块8中，通过采用等式(1)根据所述初始值来计算惯性力矩。当然，随着卷绕的进行，由于被拆卷的卷的直径减小，该计算的惯性力矩的大小发生改变。当给定的密度偏离了由该方法建立的密度时根据该方法执行该过程时，所述惯性力矩的大小也被修正。

图1的紧密度控制器9接收作为输入的紧密度参考T_ref、来自紧密度传感器3的紧密度测量数据T_meas以及前述参数数据。紧密度控制器的输出T_cont与块7和块8的输出一起被馈送到块6。在块6中，计算所需的转矩，并且块6的输出的转矩参考T_qref被馈送到变频器5以控制电机2。

可以作为角速度ω的时间导数和正被加速的卷的惯性力矩的乘积以已知的方式计算加速或减速所需要的力矩：

$T_p=\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}{J}_p.$

例如借助于卷材速度和卷直径从控制***获得角速度数据。如果针对惯性力矩给出的计算的初始值是不正确的，则针对电驱动器给出的转矩参考也会变得不正确，在这种情况下，待测量的卷材紧密度也将不对应于作为参考给出的紧密度参考。然后紧密度控制器对转矩计算和转矩参考信息进行修正，以获得正确的卷材紧密度。根据本发明，由紧密度控制器产生且被传送到转矩计算块6的修正项被进一步用于修正正被拆卷的材料的密度。图1示出了紧密度控制器9的输出如何与紧密度控制检测器10相连接，该紧密度控制检测器10形成用于惯性力矩计算块8的密度修正ρ_corr。

紧密度控制检测器进行工作，例如使得密度值取决于紧密度控制器的输出的极性而增加或减小。可以改变该密度值，例如使密度以具有恒定大小的离散步进进行改变。换言之，块10增加或减小要在块8中用于计算惯性力矩的密度值。

紧密度控制检测器还应包括用于改变密度值所需的逻辑电路，因为改变的方向取决于在拆卷机上的卷是加速还是减速，并且还取决于卷滚动的方向，这是因为在一些拆卷机中可以选择材料是从卷的顶部还是从底部被拆卷。通常，可以阐述为如下：密度值的增加也使计算的惯性力矩的值增加，且相应地密度值的减小使计算的惯性力矩的值减小。

因此，本发明的解决方案进行工作，使得在速度改变过程中，紧密度控制器的输出行为被监控，并且基于该输出，改变要用于计算惯性力矩的密度值。当紧密度控制器的输出不再修正转矩计算时，材料的密度已被修正到正确的值。根据优选的实施例，当紧密度控制器的输出落在给定的范围内时，则不对密度值进行修正。换言之，当***以稳定的方式工作时没有必需修正密度值的很小的偏离。

根据实施例，在速度平稳改变期间修正密度值。平稳的加速或减速使密度修正更可靠，这是因为要被计算到转矩参考中的角速度导数基本上恒定。

根据本发明的优选实施例，修正的密度值在显示设备上显示给操作员或该值被记录以用于离开造纸机的卷的进一步使用。

当假定卷材紧密度的测量已被正确地校准且静态摩擦和动态摩擦已被正确地确定时，所公开的解决方案还修正所需转矩的计算中的其他不准确性。密度可以设置有上限和下限。当修正的密度值超过上限或低于下限时，在***中警报被激活。该警报的目的是表示密度值已被修正成落在被认为实际可行的界限之外，在该情况下***本身具有要处理的问题。

在通常情况下，初始密度值的误差在第一次加速期间已被修正，所以定制卷从刚开始就具有较好的质量。

在图1中，通过分离的块描述本发明。然而，很明显分离示出的块可以包括在一个处理元件中，该处理元件可以是例如处理计算机或提供有必要的计算能力以执行操作的变频器。

根据本发明的设备包括用于给出在拆卷机上的材料的密度的初始值的装置。这些装置可以包括自动装置，通过该自动装置关于初始密度值的信息从材料生产机器被传送到实施本发明的方法的设备。该初始值也可以通过手动装置经由输入装置输入初始密度值给出。

该设备还包括用于计算在拆卷机上的材料卷的惯性力矩的装置。通常，这些装置包括处理器和可以读写的必要存储器。

上述设备的被设置成确定材料卷材的紧密度的机械紧密度传感器是被置于与材料卷材相接触的普通紧密度传感器，材料卷材向传感器施加与紧密度成比例的力。紧密度传感器的类型还可以是除了机械传感器之外的其他类型。

该设备还包括：紧密度控制器，被设置成基于材料卷材的紧密度参考、所确定的材料卷材紧密度和拆卷机的惯性力矩来产生用于转矩计算的修正项；以及用于基于由紧密度控制器产生的修正项和在拆卷机上的材料卷的计算的惯性力矩来计算转矩参考的装置。紧密度控制器是用于接收紧密度参考和来自紧密度传感器的反馈的普通控制器。基于这些输出，该控制器在其输出端产生被传送到转矩计算的值。

该设备的用于基于转矩参考来控制拆卷机的转矩的装置通常包括变频器，所述变频器用于根据转矩参考向拆卷机提供转矩。通常，与变频器相关地，电机是交流电机。所需转矩也可以通过直流驱动器产生，其中直流电机被连接以旋转卷绕机，并且该直流电机由合适的功率馈送控制装置控制。

该设备的用于基于由紧密度控制器产生的修正项来修正在拆卷机上的材料的密度值的装置由处理元件形成，该处理元件用于接收修正项并在此基础上产生对之前的描述密度的值的修正。这样的装置包括用于存储密度值的存储器和响应于该修正项来改变存储在存储器中的值所需的装置。

以上已描述了本发明以确定特别地在拆卷机上的材料的密度。然而，显然材料的密度可以通过也与卷绕机相关的对应方式来确定，该卷绕机是中心卷绕机。

对本领域的普通技术人员来说，显然随着科技的进步，本发明的基本思想可以通过许多不同的方式来实施。本发明及其实施例因此并不限制于上面描述的例子，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (6)

1.一种与连续的材料卷材相关的方法，所述材料卷材从拆卷机向卷绕机运行，所述卷绕机和所述拆卷机中的至少一个是中心卷绕机，其中所述中心卷绕机由设置有转矩控制的电驱动器来控制，所述方法包括：

给出在所述中心卷绕机上的材料的密度的初始值；

计算在所述中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩；

通过机械传感器确定所述材料卷材的紧密度；

通过紧密度控制器基于材料卷材的紧密度参考、确定的材料卷材的紧密度和在所述中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩，产生用于转矩计算的修正项；

基于由所述紧密度控制器产生的修正项和计算的在所述中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩来计算转矩参考，以及

基于所述转矩参考来控制所述中心卷绕机的转矩，其特征在于，所述方法包括基于由所述紧密度控制器产生的修正项来修正在所述中心卷绕机上的材料的密度值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于由所述紧密度控制器产生的修正项来修正所述密度值包括：当由所述紧密度控制器产生的修正项的绝对值超过预定的界限时，改变所述密度值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定所述密度的上限和下限；以及

当所述密度达到所述上限或下限时，停止以修正所述密度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述材料卷材的控制***中被修正的密度达到所述上限或所述下限时激活警报。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定由所述紧密度控制器产生的修正项的容许界限，以及

当所述修正项落在所述容许界限外时修正所述密度值。

6.一种与连续的材料卷材相关的设备，所述材料卷材从拆卷机向卷绕机运行，所述卷绕机和所述拆卷机中的至少一个是中心卷绕机，其中，所述中心卷绕机由设置有转矩控制的电驱动器来控制，所述设备包括：

用于给出在所述中心卷绕机上的材料的密度的初始值的装置；

用于计算在所述中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩的装置；

机械紧密度传感器，被设置成确定所述材料卷材的紧密度；

紧密度控制器，被设置成基于材料卷材的紧密度参考、所述确定的材料卷材的紧密度和在所述中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩来产生用于转矩计算的修正项；

用于基于由所述紧密度控制器产生的修正项和所述计算的在所述中心卷绕机上的材料卷的惯性力矩来计算转矩参考的装置；以及

用于基于所述转矩参考来控制所述中心卷绕机的转矩的装置，其特征在于，所述设备还包括用于基于由所述紧密度控制器产生的修正项来修正在所述中心卷绕机上的材料的密度值的装置。

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