(57)【要約】  被巻取物（２１）の巻取りおよび／又は巻戻しのための巻取機（１）の運転のための方法であって、巻取機（１）が巻取過程の開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置（５）を有する方法において、可変量が監視され、可変量が機械状態および／又は被巻取物（２１）の変化に関係し、かつ確認された変化に依存して開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置（５）の少なくとも１つのパラメータが変更される。
2009507740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被巻取物（２１）の巻取りおよび／又は巻戻しのための巻取機（１）の運転方法であって、巻取機（１）が巻取過程の開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置（５）を有する方法において、
可変量を監視し、可変量が機械状態および／又は被巻取物（２１）の変化に関係し、かつ確認された変化に依存して開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置（５）の少なくとも１つのパラメータを変更する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
パラメータの変化をオブザーバ解析により決定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
周期的な外乱を求め、オブザーバ解析により周期的な補償を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
回転数、直径、摩擦トルクおよびトルク目標値を含むパラメータの少なくとも１つを変更し、この変更を、特に限界値超過時に行なうことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
限界値が位置、張力、トルク、回転数の少なくとも１つに関係することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
監視すべき可変量の変化についての原因を求めることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻取機および巻取機の運転方法に関する。巻取機は少なくとも１つの被巻取物の巻取りおよび／又は巻戻しのために使用される。被巻取物は、例えば少なくとも１つの織物糸、布帯、繊維テープ、線材等である。
【０００２】
被巻取物の巻取りか巻戻しかの何れかに関係する巻取過程の閉ループ制御のため、ＰＩＤ調節器の如き調節器が使用される。使用する調節器の特性に基づき、運転を開始させられた巻取機が、運転様式および／又は材料種類および／又は機械状態の定められた範囲に対し最適化される。例えば種類、大きさ、厚み、密度等のような被巻取物の特性の変化および／又は、例えば温度、磨耗、摩擦、運転様式等の巻取機の状態の変化が適合化の必要性をもたらし、パラメータ設定の再最適化の必要性をももたらす。パラメータは、例えばＰＩＤ調節器の比例ゲイン等の調節器パラメータである。再最適化のために必要なパラメータは、例えば巻取機の駆動装置に関係し、或いはその制御装置にも関係する。外乱は、その発生が時折であれ周期的であれ、巻取過程に影響を及ぼす。誤った又は不正確な最適化および／又は外乱によって、巻取機の巻取品質および／又は生産性に不都合な影響が及ぶ。この場合に生産性は、例えば品質の他に数量も関係する。
【０００３】
例えば被巻取物の材料が変化するか、巻取機の状態パラメータ（温度、摩擦等）が変化するときは、その都度使用するパラメータの少なくとも１つの適合化又は最適化が必要である。このためには熟練者が必要であるが、多くの場合、巻取機の設置場所には熟練者がいない。場合により必要な付加的なエンジニアリングサービス業務が巻取機の運転コストを高める。欠点は、パラメータの最適化又は適合化ためにその枠内で再始動が必要な停止状態が生産中断をもたらすことであり、これが同様に巻取機の運転コストを高める。
【０００４】
例えば円筒材料の丸さのむら等の時折の外乱又は周期的な外乱は、従来技術では機械的な解決策によっても回避又は軽減される。機械的な解決策の例はダンサーの使用である。外乱は、例えばかなりのケースにつき巻取速度を低下させることで回避できる。しかしながら、これは生産性低下という欠点を伴う。速度低下に付随して品質の低下も起こる。
【０００５】
それ故本発明の課題は、上述の欠点を少なくとも低減する巻取機又は巻取方法を提供することにある。即ち、巻取機又は巻取方法への外乱作用の影響を少なくとも低減させる。
【０００６】
本発明によれば、この課題は請求項１の特徴を持つ方法により解決される。本発明の他の有利な発明の発展形態は、従属請求項２乃至６の特徴による構成によりもたらされる。
【０００７】
被巻取物の巻取りおよび／又は巻戻しのための巻取機の運転方法であって、巻取機が巻取過程の開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置を有する方法において、可変量を監視する。可変量は、例えば巻取機の機械状態および／又は被巻取物自体に関するパラメータの変化に関係する。可変量の確認された変化に依存して開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置の少なくとも１つのパラメータを変更する。被巻取物の厚み、被巻取物の摩擦係数が可変量の例であり、例えば張力の変化をもたらす巻取機の運転様式切換もそうである。この場合に張力は機械状態に関係する可変量の例である。
【０００８】
変化又は制御の自動的な確認は、例えば負荷の持続的な監視又は適切な解析により行える。そのため、例えば被巻取物に作用する張力を求める付加的なセンサを用い得る。
【０００９】
好ましいことに、必要なときにはパラメータの動的な適合化又は適切な補償が巻取機の開ループ制御および／又は閉ループ制御内で行なえる。これは、巻取機を絶えず最適な状態で運転するために役立つ。
【００１０】
本発明の方法の実施により、巻取機の停止状態時間の低減が可能となる利点がある。巻取機の開ループ制御および／又は閉ループ制御のパラメータの自動的な適合化により、巻取機の生産性を高め得る。更に、メンテナンス費用を最少とすることができ、このためにそうでなければ必要なエンジニアリング費用を低減できる。
【００１１】
本発明による方法の他の利点は、例えば次の事情からももたらされる。即ち、開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置の少なくとも１つのパラメータの自動的な適合化により、巻取機における品質および数量が向上可能であり、故障発生回数が低減するという事情である。本発明による方法により、巻取機は自立的に使用可能である。
【００１２】
本発明による方法は、巻取機の他に、例えば圧延供給動作又は同期動作のような他のメカトロニクスプロセスにも関係する。
【００１３】
本発明による方法の他の有利な構成では、巻取機の開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置のパラメータの変化がオブザーバ解析により決定される。オブザーバ解析はオブザーバにより実行され、オブザーバは巻取機における制御対象の少なくとも一部を模擬する。オブザーバの使用によって巻取機の正確な閉ループ制御又は開ループ制御が可能となる。これは、特に閉ループ制御特性に影響を及ぼし得る境界条件の変化に関係する。これは、例えば被巻取物の厚み又は幅のような境界条件である。
【００１４】
本発明による方法の他の有利な構成では、周期的な外乱を求め、オブザーバ解析により外乱の周期的な補償を求める。外乱は、例えば振り回される軸受に関係し、これは被巻取物のための巻取ロールの偏心運動をもたらす。
【００１５】
本発明による方法に従って、次のパラメータの少なくとも１つを変化させるとよい。
巻取ロールの回転数
巻取ロールの直径
この直径は巻取過程の進行に依存して変化するか、又は使用される巻取ロールの大きさにも依存して変化する。
摩擦トルク
これは、例えば案内ロールに対する被巻取物の摩擦に関係する。
被巻取物へ張力を及ぼすためのトルク目標値
【００１６】
この種のパラメータの変化は、特に限界値超過時に実行する。限界値は、例えば目標値と実際値との差に関係し、実際値は、例えば位置、張力、トルク又は回転数に関係する。
【００１７】
本発明による方法の他の有利な構成では、確認した変化に基づき、監視すべき可変量の変化についての原因を求める。これは、特に故障個所を容易に発見すべく利用できる。
【００１８】
以下に詳しく説明する実施例は、本発明の有利な実施形態である。図１は巻取機の構成の概略図を示し、図２はオブザーバの構成についての概略的な流れ図を示す。
【００１９】
図１は制御装置５を有する巻取機１を示す。制御装置５は開ループ制御および／又は閉ループ制御のために設けられ、この装置内に電力変換器も組み込まれている。特にコンバータである電力変換器は電動機に接続されており、電動機７の軸８にギヤ９が接続されている。電動機７の回転数がセンサ１１により検出され、データ線１２により制御装置５にフィードバックされる。ギヤ９が機械的にカップリング１３に接続されている。カップリング１３は巻取軸１５にも接続されている。被巻取材２１の巻取り又は巻戻しが、例えば切換装置１７を介して行なわれる。被巻取物、即ち被巻取材２１に作用する張力が張力測定装置１９により測定される。測定信号は、データ線１２により、張力の閉ループ制御のために制御装置５に導かれる。巻取機１の操作は、例えば操作者によりＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）にて行なわれる。制御装置５内での負荷監視により、巻取機における変化および外乱の自動識別を行なうとよい。これから、巻取機１の運転中に開ループ制御と閉ループ制御のための装置５のパラメータの動的な適合化を行なうとよい。これに伴い、例えば外乱作用又は被巻取物２１における変化の補償が可能なので、巻取機の操作者による、新たな運転開始又は巻取過程時必要な最適化が不要となる。
【００２０】
図２はオブザーバの構成を流れ図で示す。第１の方法ステップ３０で、例えば巻取プロセスの実際値および／又は被巻取物の材料状態の実際値の取得を行う。次の方法ステップ３２で、実際値又は材料状態の監視および目標値と実際値との比較を行なう。この比較を次のステップ３４で評価する。巻取機が秩序を保って動作しているという評価３４であれば、その肯定により評価を終了し、そして実際値と材料状態の更なる監視という結果となる。しかし評価が否であるときは、更なるステップ３６で、偏差の解析３６を行なう。解析３６に基づき偏差の原因３８，４０を導き出す。確定した原因３８，４０に応じ、偏差を取り除く次の措置４２，４４を他のステップとして提案又は実行する。
【００２１】
巻取機の運転中における巻取機の変化又は外乱の自動的な識別により、パラメータの動的な適合化を自動化的に実行できる。パラメータ適合化は、例えば外乱信号の補償に関係する。監視される可変量の変化の識別は、例えば被巻取物の材料又は巻取機自体の状態に関係する。材料に関する変化は、例えば次の量の少なくとも１つに関係する。
幅
幅は、例えば１つ以上のベローズにより自動的に測定可能であり、測定信号が自動的に評価され、データ的に関連したパラメータの適合化のために考慮される。
初期直径
初期直径はセンサ又は計算によって求められ、この初期直径の値は直接的に初期直のためのパラメータ位置に書き込まれる。計算は、例えば転換装置に関するジオメトリおよびセンサの助けにより、又は光電センサにより行なわれる。
厚み
場合によっては直径計算のために被巻取物の材料厚みが必要となる。厚みの変化はセンサによって検出され適切な個所に転送される。
運転中における被巻取物の密度変化（重量）
張力調節出力信号の解析によって自動的な密度補正が持続的に行なわれる。
【００２２】
可変量は機械状態に関係する量であり、この種の量は、例えば次のとおりである。
温度
これから、特に摩擦変化がもたらされる。摩擦変化に対して相応の措置が実行に移される。或いは材料の弾性又は材料の厚みの変化および／又は密度変化がもたらされる。
磨耗
これから、例えば摩擦変化が生じる。
運転様式切換
相応の制御信号を介してパラメータセット又は相互接続が（ＢＩＣＯ技術を介して）切換可能である。
摩擦変化に対する措置
正常時には巻取機は摩擦又は補償特性曲線でもって運転される。回転数調節器の出力は約２％以下の偏差を有する。
【００２３】
回転数調節器（出力ｎ-Regler）の監視結果、又はトルクＭの変化と摩擦トルクの変化との比較（ｄＭ／ｄｔ＜＞ｄＭ-Reib／ｄｔ）によっても、オブザーバ解析により摩擦特性曲線への適合化が行なわれる。
【００２４】
巻取機に関係する外乱は、相応の信号の測定と目標値との比較により識別され、外乱の識別後に相応の対抗措置が実行可能である。この種の対抗措置の例を次に示す。
【００２５】
例えば偏心時に起こる周期的な外乱の場合には、周期的な補償を行う。このため、例えば位置実際値、張力実際値、電流実際値、トルク実際値および／又は直径を時間にわたり又は回転数を時間にわたり測定し、オブザーバ解析を行い、周期的な補償を算定する。
【００２６】
時折の外乱の場合には一時的な補償を行う。この種の外乱の場合、特に周期的な外乱の場合に測定する信号（時間にわたる位置実際値、張力実際値、電流実際値、トルク実際値又は時間にわたる直径）に対してなおも巻取機の開ループ制御および／又は閉ループ制御のための装置の制御信号を考慮する。
【００２７】
原理的には、オブザーバ解析のためにオブザーバを次のように構成可能である。即ち最適な運転状態（例えば軌道移動の一定速度でのおよび／又は自動化された巻取運転）において、次に記載する変化の少なくとも１つを計算又は学習により求めるべく構成できる。
ｄ（ｎ）／ｄｔ＝回転数変化
ｄ（Ｄ）／ｄｔ＝直径変化、Ｋ×ｄ（ｎ）／ｄｔ
ｄ（Ｍ-Reibung）／ｄｔ＝摩擦トルク変化
ｄ（Ｍ-Soll）／ｄｔ＝トルク目標値変化
【００２８】
実際値（例えば位置実際値、張力実際値、トルク実際値又は回転数実際値）および導き出した実際値（ｄｎ／ｄｔ、ｄＤ／ｄｔおよびｄＭ／ｄｔ…）に基づき、持続的な負荷監視解析が可能である。上記の変数の１つ又は複数が超過したなら、相応の措置（例えばパラメータ適合化又はトルク補償）を自動的に行うとよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】巻取機の構成の概略図
【図２】オブザーバの構成についての概略的な流れ図
【符号の説明】
【００３０】
１  巻取機、３  ヒューマンマシンインターフェース、５  制御装置、７  電動機、８  軸、９  ギヤ、１１  発信器、１２  データ線、１３  カップリング、１５  巻取軸、１７  転換装置、１９  張力測定装置、２１  被巻取物、３０〜３６  ステップ、３８〜４０  原因、４２、４４  措置
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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