JP4807001B2

JP4807001B2 - 張力制御装置

Info

Publication number: JP4807001B2
Application number: JP2005231024A
Authority: JP
Inventors: 寛之小出
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: JP2007045567A

Description

本発明は、紙、フィルム、金属、紙などの帯状製品の張力制御装置に関する。

従来の巻戻しダンサロール制御装置について図３を用いて説明する（例えば、特許文献１参照）。
図３は材料１を矢印の方に送り出している。材料を搬送するために基準ロール４は基準ロール速度制御器１３にて速度が制御されている。一方、巻戻電動機５は巻戻電動機駆動装置７でダンサロールの位置を一定にするように制御されている。ダンサロール位置検出器３Ａは前記電動機制御によって生ずる位置を検出している。
このような働きをする装置の構成は次のようになっている。基準ロール４は基準ロール４に連結された基準ロール電動機１０と、ライン速度指令器１６の出力であるライン速度信号１６Ｂと基準ロール速度検出器１１の検出値とを受けて働く基準ロール速度制御器１３により速度制御され材料１のライン速度を一定に制御する。
ライン速度指令器１６はライン速度設定器１６Ａの信号を入力し、運転・停止指令（不図示）でライン速度信号１６Ｂを出力するとともにライン加減速信号１６Ｃを出力している。
ダンサロール位置制御器１５はダンサロール位置検出器３Ａと、ダンサロール位置設定器１４の信号を受けて動作し、その出力を位置補正信号１５Ａとして出力している。この位置補正信号１５Ａとライン速度信号１６Ｂに加えたものを速度指令として巻戻電動機５に与える。
巻戻電動機５はこの速度指令値を巻戻径演算器１７の出力である巻戻径演算値１７Ｂで除したものを巻戻電動機速度指令として速度を制御している。これらダンサロール位置フィードバック制御系に加え、巻戻張力の安定を図るため巻戻電動機トルク補償器９が設置されている。巻戻電動機トルク補償器９は巻戻機２の本体メカロストルク、巻戻機２の材料の重量による重量メカロストルク、加減速時の本体慣性トルクならびに材料分慣性トルクを演算し、巻戻電動機トルク補償信号９Ａとして出力している。
巻戻径演算器１７は巻戻電動機５と基準ロール電動機４の速度比から径をもとめる。径演算は各速度の比率から設定されるため、最初の値は初期径設定器１７Ａで巻戻径・材料厚み演算器１７に与えられる。この巻戻径演算値１７Ｂは巻戻電動機速度制御器８の比例ゲインを径に比例して増大させるように作用している。

次に、従来のコータ張力制御装置について図４を用いて説明する。（例えば、特許文献２参照）。図４においてコータ張力制御の主要部は、製品２２を搬送するバッキングロール２１、張力検出器２５、塗工液（不図示）を噴射するファンテン２４および噴射された塗工液を所定の厚みに掻き落とすコータブレード２３からなっている。製品２２は図４中の矢印の方向に搬送されている。
これらの駆動制御は次のように実現されている。すなわち、バッキングロール電動機３１はバッキングロール２１に接続されたバッキングロール電動機３１とバッキングロール電動機駆動装置３０により駆動されている。バッキングロール電動機３１は速度指令器２８の指令に従い、速度制御器２９により速度検出器３２の検出値をフィードバックとして速度制御される。このとき張力は張力検出器２５で測定されフィードバックとして使用される。張力設定器２６からそのフィードバックが減算され張力制御器２７で張力制御される。
この張力制御器２７の出力は前記速度指令信号に加算されて速度制御器２９に送られ、速度制御ループで速度制御した上でバッキングロール電動機駆動装置３０にトルク指令として与えられる。
この張力制御器２７はブレード着信号３４で比例定数、積分定数を切替えており、ブレード着信号３４が開した場合は積分出力をホールドしている。
前記フィードバックループ系の応答遅れを補償する意味でトルク補償器３３が設置されている。これはブレード着信号３４を受けて変化するトルクを予め設定しておくものでフィードフォワード補償を行う。
このようにしてコータ張力制御が実現される。
特開平１１−２４０６５２号公報（図１）特開平１１−０７９５１０号公報（図１）

しかしながら、従来の巻戻しダンサロール位置制御装置の位置制御は応答が遅く、材料のバタツキやしわの発生、最悪は破断を起こすことがある。それらを防ぐために機械本体のメカロス、材料の重量によるメカロス、加減速時の慣性トルクについてはあらかじめ演算してフィードフォワード補償することが必要であった。しかし、これらの補償は理論値であって、メカロストルク分は機械磨耗などの経時変化や潤滑油粘性の温度による変化、慣性トルクは径演算の精度や材料の密度のばらつきなどによる誤差分を正確に補償できなかった。
また、従来のコータ張力制御装置は、ブレードの着又は脱時の負荷の変動は、フィードバック制御とフィードフォワード補償の組合わせで行われている。このフィードフォワード補償は実際の操業状態のデータを基に設定されている。
しかし、このフィードフォワード補償は製品種別、塗工液の噴出量、塗工液の粘性、ブレードの材質、ブレードの角度と押し込み量などで大きく変化しており、正確な値を設定するすることができないので、ブレード着ならびに脱時の負荷変動による速度変化が大きく、ブレード着後のバッキングロール前のたるみによるしわの発生、その反動による製品への過大張力による破断発生という問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、系の変化に追従するとともにフィードフォワードによる補償を不要にし、速い応答と振動を抑制することができる巻戻しダンサロール位置制御装置を提供することを目的とする。
また、系の変化に追従させるためのフィードフォワードによる補償を不要にし、速い応答と振動を抑制することができるコータ張力制御装置を提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、速度指令に対して電動機速度検出信号を帰還して偏差信号を演算し、速度制御器により前記偏差信号を増幅して得られたトルク指令信号に従った電動機トルクとなるように電動機の電流を制御する帯状材料の張力制御装置において、前記電動機速度検出信号を微分した値に電動機慣性モーメントを乗じた加速トルク信号を出力する加減速トルク演算器と、前記速度制御器のトルク指令信号を電動機の加速トルクとして、前記加減速トルク演算器の出力信号を電動機の加速トルク信号として帰還し、２つの信号の信号偏差に比例する信号と積分して得られた信号とを加えた信号を出力して、速度の変化をトルク指令に補正し、前記加速トルク信号が前記速度制御器出力のトルク指令信号に一致するように制御する加減速トルク制御器と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の張力制御装置を、巻戻し張力制御のダンサーロール制御に応用して、巻き取られた材料を巻戻す巻戻機と、巻戻速度指令と前記巻戻機の速度検出信号である巻戻速度検出信号との偏差信号が入力される巻戻電動機速度制御器の出力であるトルク指令に従って、前記巻戻機の速度、トルクを制御する駆動装置と、当該材料を一定速度で搬送する基準ロールと、ライン速度指令と前記基準ロールの速度検出信号である基準ロール速度検出信号との偏差信号が入力される基準ロール速度制御器の出力を取得して、前記基準ロールの速度を制御する駆動装置と、巻戻機と基準ロールの間の張力を一定にするためのダンサロールとその位置を測定するためのダンサロール位置検出器と前記ダンサロール位置検出器の出力とダンサロール位置設定器の出力とに基づき、位置補正信号を出力するダンサロール位置制御器と、前記巻戻速度検出値と前記基準ロール速度検出値とから巻戻し材料の径を演算する巻戻径演算器と、前記ライン速度指令に前記位置補正信号を加算する加算器と、前記加算器の出力を前記巻戻径演算器の出力で除算して前記巻戻速度指令を出力する除算器と、を持つ巻戻しダンサロール制御装置において、巻戻電動機の巻戻電動機慣性モーメント設定器と、巻戻電動機の速度変化をトルクとして演算する加減速トルク演算器と、巻戻電動機速度制御器の出力を指令とし、加減速トルク演算器の出力を帰還とし、２つの信号の信号偏差に比例する信号と積分して得られた信号とを加えた信号を出力して、速度の変化をトルク指令に補正してその差を少なくするように制御する加減速トルク制御器を備えたことを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の張力制御装置をコータ張力制御に応用して、帯状の製品表面に塗工液を噴射するファンテンと、その噴射された塗工液を所定の厚みに掻き落とすコータブレードと、前記製品を搬送し前記コータブレードがタッチするバッキングロールからなる製品ラインと、このバッキングロールを回転させる電動機と、その電動機を駆動する駆動装置と、この駆動装置へ指令を与える速度制御器と、前記バッキングロールの速度を検出するバッキングロール速度検出器と、前記バッキングロール受入側製品の張力を検出する張力検出器と、前記張力を予め設定する張力設定器と、その張力設定器の出力と前記張力検出器の検出値との張力偏差値を入力とする張力制御器と、この張力制御器の出力を速度指令器の指令出力に加える加算手段と、その加算手段の出力から前記バッキングロール速度検出器の検出値を減算する減算器とを有するコータ張力制御装置において、バッキングロール慣性モーメントを設定する機能と、バッキングロール速度検出器の信号変化をトルクの変化量として演算する加減速トルク演算器と、加減速トルク演算器の出力を速度制御器の出力から減算する手段と、その減算された信号を入力として加減速トルクを制御する加減速トルク制御器とを備えたことを特徴としている。

本発明によると、巻戻機の速度変化を捉えることによりトルク変化が検出できるため、フィードフォワード補償演算をなくすことができるのでダンサロール位置制御の誤差が少なくなり、補償演算が必要な時間がないので制御系の演算周期を短くすること、つまり張力制御の応答を速くすることができる。
また、コータ張力制御についても、バッキングロールの速度変化を捉えることによりトルクの変化が検出できるため、フィードフォワード補償をなくすことができる。更に、製品材質、塗工液の噴射量・粘性、ブレードの種別や設定等に影響されない張力制御をすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の巻戻しダンサロール制御装置の構成を示す図である。図３と異なるのは巻戻電動機トルク補償器９を削除し、加減速トルク演算器１９、巻戻電動機慣性モーメント設定器１８、加減速トルク制御装置２０を追加している点である。なお、図３と同一構成には同一符号を付して、図３と異なる点を集中的に説明する。
加減速トルク演算器１９は、巻戻電動機速度検出器６の信号と巻戻電動機慣性モーメント設定器１８から、加減速トルク演算器１９の出力である加減速トルクを計算している。

式で示すと（１）式は、巻戻電動機速度をＮ（ｍｉｎ^-1）、巻戻電動機慣性モーメントＪ（ｋｇ−ｍ²）とした場合、加減速トルクＴact（Ｎｍ）は
Ｔact＝Ｊ／９．５５×ｄＮ／ｄｔ・・・・・（１）
で表される。ここでｄ／ｄｔは微分演算子である。

ここで得られた加減速トルクＴactを帰還信号に、巻戻電動機速度制御器８の出力であるトルク指令を設定として加減速トルク制御器２０で制御されている。この加減速トルク制御器２０は速度変化を小さくするように巻戻電動機５を制御している。このようにして系の速度の変化をトルクの変化に置き換えて、それを補正するように動作するから、従来技術のように多くの演算を費やしてまでフィードフォワード的にトルクの補償をすることは不要になる。また、（１）式からもわかるように加減速トルクの計算に定数として変わらない巻戻電動機５の慣性モーメント値を採用している。従って、巻戻し材料の慣性モーメントといったような変動する定数を一切使用しないため、定数自身が変化することによる制御の変動はあり得ない。

次に、本発明の実施例２について図を参照して説明する。
図２は、本発明のコータ張力制御装置の構成を示す図である。図４と異なるのはトルク補償器３３とブレード着信号３４を削除し、加減速トルク演算器３６、バッキングロール電動機慣性モーメント設定器３５ならびに加減速トルク制御器３７を追加している。
本発明が特許文献２と異なる部分は、加減速トルク演算器３６、バッキングロール電動機慣性モーメント設定器３５ならびに加減速トルク制御器３７を備えた部分である。
なお、図４と同一構成には同一符号を付し、図４と異なる点を主体に説明する。

加減速トルク演算器３６はバッキングロール電動機速度検出器３２の信号とバッキングロール慣性モーメント設定器３５から加減速トルク演算器３６の出力である加減速トルクを計算している。

具体的に式で示すと（２）式のように、バッキングロール電動機速度をＮ（ｍｉｎ^-1）、バッキングロール慣性モーメントをＪ（ｋｇ−ｍ²）として、加減速トルクＴact(Nm)は
Ｔact＝Ｊ／９．５５×ｄＮ／ｄｔ・・・・・（２）
で表される。ここでｄ／ｄｔは微分演算子である。

ここで得られた加減速トルクＴactをフィードバック信号に、速度制御器２９の出力を設定として加減速トルク制御器３７で制御されている。この加減速トルク制御器３７は速度変化を小さくするようにバッキングロール電動機３１を制御している。このようにして系の速度の変化をトルクの変化に置き換えて、それを補正するように動作するから従来技術のようにフィードフォワード補償をすることは不要になる。また、（２）式からもわかるように加減速トルクの計算に、定数として変わらないバッキングロール電動機３１の慣性モーメント値が採用している。言い換えると負荷状態を記述するメカロスなどの変動する定数を一切使用しないため、定数自身が変化することによる制御の変動はあり得ない。従って、バッキングロールのメカロス変化等の経時変化による影響も併せて排除できる。

図１に示す張力制御装置の場合は、ダンサロール制御器の他に、材料の搬送方向を逆にすれば巻取機の用途にも適用できる。
また、図２の場合は、コータ張力制御装置としての用途の他に、ブレードをロールに置換えて、本発明の場合の構成を同じにすれば、ロールタッチ等の負荷変動も緩和することができるので、ロールコータ、カレンダという用途にも使用できる。

本発明の実施例１に係る張力制御装置の構成図である。本発明の実施例２に係る張力制御装置の構成図である。従来の巻き戻しダンサロール制御装置の構成図である。従来のコータ張力制御装置の構成図である。

符号の説明

１材料
２巻戻機
２Ａ巻戻機（次回）
３ダンサロール
３Ａダンサロール位置検出器
４基準ロール
５巻戻電動機
６巻戻電動機速度検出器
７巻戻電動機駆動装置
８巻戻電動機速度制御器
９Ｂ巻戻電動機トルク指令信号
１０基準ロール電動機
１１基準ロール電動機速度検出器
１２基準ロール駆動装置
１３基準ロール速度制御器
１４ダンサロール位置設定器
１５ダンサロール位置制御器
１５Ａ位置補正信号
１６ライン速度指令器
１６Ａライン速度設定器
１６Ｂライン速度信号
１６Ｃライン加減速信号
１７巻戻径演算器
１７Ａ巻戻初期径設定器
１７Ｂ巻戻径演算値
１８巻戻電動機慣性モーメント設定器
１９加減速トルク演算器
２０加減速トルク制御器
２１バッキングロール
２２製品
２３コータブレード
２４ファンテン
２５張力検出器
２６張力設定器
２７張力制御器
２８速度指令器
２９速度制御器
３０バッキングロール電動機制御装置
３１バッキングロール電動機
３２速度検出器
３５バッキングロール電動機慣性モーメント設定器
３６加減速トルク演算器
３７加減速トルク制御器

Claims

速度指令に対して電動機速度検出信号を帰還して偏差信号を演算し、速度制御器により前記偏差信号を増幅して得られたトルク指令信号に従った電動機トルクとなるように電動機の電流を制御する帯状材料の張力制御装置において、
前記電動機速度検出信号を微分した値に電動機慣性モーメントを乗じた加速トルク信号を出力する加減速トルク演算器と、前記速度制御器のトルク指令信号を電動機の加速トルクとして、前記加減速トルク演算器の出力信号を電動機の加速トルク信号として帰還し、２つの信号の信号偏差に比例する信号と積分して得られた信号とを加えた信号を出力して、速度の変化をトルク指令に補正し、前記加速トルク信号が前記速度制御器出力のトルク指令信号に一致するように制御する加減速トルク制御器と、を備えたことを特徴とする張力制御装置。
請求項１記載の張力制御装置を、巻戻し張力制御のダンサーロール制御に応用して、巻き取られた材料を巻戻す巻戻機と、巻戻速度指令と前記巻戻機の速度検出信号である巻戻速度検出信号との偏差信号が入力される巻戻電動機速度制御器の出力であるトルク指令に従って、前記巻戻機の速度、トルクを制御する駆動装置と、当該材料を一定速度で搬送する基準ロールと、ライン速度指令と前記基準ロールの速度検出信号である基準ロール速度検出信号との偏差信号が入力される基準ロール速度制御器の出力を取得して、前記基準ロールの速度を制御する駆動装置と、巻戻機と基準ロールの間の張力を一定にするためのダンサロールとその位置を測定するためのダンサロール位置検出器と前記ダンサロール位置検出器の出力とダンサロール位置設定器の出力とに基づき、位置補正信号を出力するダンサロール位置制御器と、前記巻戻速度検出値と前記基準ロール速度検出値とから巻戻し材料の径を演算する巻戻径演算器と、前記ライン速度指令に前記位置補正信号を加算する加算器と、前記加算器の出力を前記巻戻径演算器の出力で除算して前記巻戻速度指令を出力する除算器と、を持つ巻戻しダンサロール制御装置において、
巻戻電動機の巻戻電動機慣性モーメント設定器と、巻戻電動機の速度変化をトルクとして演算する加減速トルク演算器と、巻戻電動機速度制御器の出力を指令とし、加減速トルク演算器の出力を帰還とし、２つの信号の信号偏差に比例する信号と積分して得られた信号とを加えた信号を出力して、速度の変化をトルク指令に補正してその差を少なくするように制御する加減速トルク制御器を備えたことを特徴とする張力制御装置。
請求項１記載の張力制御装置をコータ張力制御に応用して、帯状の製品表面に塗工液を噴射するファンテンと、その噴射された塗工液を所定の厚みに掻き落とすコータブレードと、前記製品を搬送し前記コータブレードがタッチするバッキングロールからなる製品ラインと、このバッキングロールを回転させる電動機と、その電動機を駆動する駆動装置と、この駆動装置へ指令を与える速度制御器と、前記バッキングロールの速度を検出するバッキングロール速度検出器と、前記バッキングロール受入側製品の張力を検出する張力検出器と、前記張力を予め設定する張力設定器と、その張力設定器の出力と前記張力検出器の検出値との張力偏差値を入力とする張力制御器と、この張力制御器の出力を速度指令器の指令出力に加える加算手段と、その加算手段の出力から前記バッキングロール速度検出器の検出値を減算する減算器とを有するコータ張力制御装置において、
バッキングロール慣性モーメントを設定する機能と、バッキングロール速度検出器の信号変化をトルクの変化量として演算する加減速トルク演算器と、加減速トルク演算器の出力を速度制御器の出力から減算する手段と、その減算された信号を入力として加減速トルクを制御する加減速トルク制御器とを備えたことを特徴とする張力制御装置。