(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造段階において移送されるシートの横断方向の特有特性を制御する、分散型インテリジェンス制御システムであって、前記制御システムは、横断方向の複数の位置にて前記シートの特質を測定し、横断方向の特有特性を表す出力信号を生成する測定手段と、前記測定手段からの前記出力信号を受信するよう接続され、要求される特性情報を表す信号を前記測定手段からの前記出力信号に基づいて生成するに適合したホストコントローラシステムと、各アクチュエータには実際の調整状態があり、各アクチュエータは制御信号に応じて個々に調整でき、その各アクチュエータの位置にてシートの特有特性を調整する、前記シートの横断方向にわたり間隔を空けて配置された複数のアクチュエータと、各コントローラが対応する前記複数のアクチュエータの一つと作動が連係し、前記一つのアクチュエータに対して前記制御信号を供給する複数のインテリジェントアクチュエータコントローラと、（１）前記ホストコントローラシステムと前記インテリジェントアクチュエータコントローラとの間、および（２）隣接するインテリジェントアクチュエータコントローラ同士の間に、双方向性通信リンクを供給し、前記要求される特性情報を前記ホストコントローラシステムから前記インテリジェントアクチュエータコントローラへ送信し、アクチュエータの実際の調整状態の情報を、隣接するインテリジェントアクチュエータコントローラ間で送信し、そのなかで前記インテリジェントアクチュエータコントローラは送信された情報に基づいて、対応するアクチュエータのための目的アクチュエータ調整状態を計算する、構内通信網と、を含むことを特徴とする制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の分散型インテリジェンス制御システムにおいて、前記移送されるシートは紙であり、前記制御システムは抄紙機のヘッドボックスのスライスリップの形状を制御し、前記複数のアクチュエータは、スライスリップに沿って間隔を空けた点にてスライスリップに取り付けられ、スライスリップの形状を制御することを特徴とする制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の分散型インテリジェンス制御システムにおいて、前記インテリジェントアクチュエータコントローラはスライスリップの屈曲限界保護を実施し、前記保護は、前記ホストコントローラシステムからの要求されるアクチュエータ設定値情報と、すぐ隣のインテリジェントアクチュエータコントローラからの実際位置の情報と、所定の屈曲限界とに基づき、スライスリップを過度に曲げることを防止することを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の属する分野
本発明は、紙などのシート状材料の製造段階において、その材料の横断方向の特性を制御するシステムに関し、特に、「スマート」アクチュエータを用いる横断方向特性制御用分散型インテリジェンスシステムに関する。
２．関連技術の説明
シート状材料の製造段階において、その材料の特質を検知するためにオンライン計測が実施できることは、周知のとおりである。一般的に言えば、シートの製造工程を迅速に制御できるよう、オンライン計測を実施する。それによりシートの質を向上させ、同時に、好ましくない工程状況を修正する前に製造されてしまう、品質が標準以下のシート状材料の量を低減させる。たとえば製紙業においては、製造段階でオンラインセンサにより、紙の坪量、含水率、および厚さなどの変動値を検知することが可能である。
シート状材料の横断方向に関する変動を検知するには、シートの表面の横断方向を往復方向に移動しながら、各走査においてシート特性の変動値を検知する走査センサを使用することが、よく知られている。ここで、「横断方向」（または「ＣＤ」）という用語は、シートの表面を機器の送り方向、即ちシート材料の進む方向に対して直交して横切る方向を意味する。
走査センサから供給される測定情報は、各走査ごとに集計され、シート横断方向の検知される特質に関する「特性」が得られる。このように各特性は、隣接した位置または断面における連続的なシート計測値によって構成される。検出される特性は、一般的には横断方向に関するものである。その特性により、シート特質の変動を検知できる。検知された横断方向の変動に基づき、シート製造機に対して適切な制御調整を施すことができる。その調整は、横断方向に対する複数のアクチュエータにより行われる。そのアクチュエータとはたとえば、抄紙機（paper machine）のヘッドボックスの吐出し口に位置するモータ駆動の特性制御用スライスリップアクチュエータ、カレンダ装置および／または他の抄紙機のローラの直径を制御するためにそれらのローラ機の縦長方向に沿って配置された誘導ヒータ、紙の片面または両面に施すコーティングのＣＤ重量特性を制御するコーティングブレードアクチュエータ、などが挙げられる。
１９８７年９月８日発行の米国特許第４，６９２，２１３号には、ヘッドボックスのスライスリップの調整装置の一例が示されている。上記特許を、スライスリップの形状を精密に制御することの重要性に関する教示ゆえに、ここに引用により援用する。米国特許第４，９５７，７７０号には、コーティングの重量計測および制御に関する装置および方法が開示されており、この特許もここに引用により援用する。
ＣＤ特性制御アクチュエータをシリアル通信リンクの一形態を用いて、ネットワークに化することができ、この結果、情報（たとえば制御作動、設定値、状況、位置）を監視／ホスト制御システムと個々のアクチュエータとの間で双方向に送信できることは、製紙業界においては周知である。先行技術には、ホストコントローラ（たとえば監視制御システム、ＰＬＬ（位相ロックループ）、またはネットワークサーバ）を用いて、スレーブとしてのみ作動されるアクチュエータへ、特性設定値を送信するものが含まれる。そこでは即ち、位置、動き、電力レベルなどを決定するアルゴリズムは、ホストコントローラに集中している。個々の情報はシリアル通信リンクの一形態を通じてアクチュエータへ伝えられるが、ピアツーピアの通信はない。またアクチュエータには、ピア（他のアクチュエータ）からの情報を利用できるような内在のアルゴリズムはない。１９９５年１月１０日発行の米国特許第５，３８１，３４１号においては、シリアルバスに沿って配置された「インテリジェント」アクチュエータコントローラを有する複数のスライスリップアクチュエータを用い、抄紙機または平板製造機におけるウェブの特質の横方向の特性を調整する制御装置が開示されている。各アクチュエータコントローラに対して、ホストコンピュータシステムがシリアルバスを通じて設定値を供給し、その時点で、アクチュエータコントローラは自身の測定アルゴリズムに従ってスライスリップ位置の制御を実施する。ホスト制御システムからアクチュエータへ設定値が伝達され、またアクチュエータからホスト制御システムへ状況や測定値が伝達されるが、アクチュエータ間の通信は行われない。したがって実質的には、上記米国特許第５，３８１，３４１号に説明されるものは、ホストシステムと個々のアクチュエータとの間の通信がシリアルバスを通じて実施されるマスタ／スレーブシステムである。ホストシステムから所定のアクチュエータコントローラに供給された設定値とは、そのコントローラが、自身と関係するアクチュエータをサーボにより新しい位置へ移動させるために使う目的値である。ピアツーピア通信、即ち隣接したノード間の通信は備えず、特性の制御は完全にホストシステムの行う計算に頼っている。したがって、処理の実質的な負担はホストシステムに残ったままであり、一定の限界を生じさせる。たとえば、スライスリップの形状制御においては、ホストシステムがスライスリップの全長において、スライスリップの降伏点（yield point)を超えないことを確実にするに必要な計算を十分に処理できないため、屈曲限界の保護が十分実施できない可能性がある。
分散型インテリジェンスコンピュータ制御システムは、エシェロンシステムズコーポレーション社（Echelon Systems Corporation, Palo Alto, California, U.S.A.）に発行された米国特許第４，９１８，６９０号および第５，５１３，３２４号に開示される。上記特許は、ネットワークのノード間の情報通信に関する技術の教示ゆえ、ここに引用により援用する。これら特許は、ネットワークのノード間の検出、制御、および通信を可能にするエシェロン社の「ロンワークス（LonWorks）」システムの態様を説明する。
発明の概要
本発明はＬＡＮ（構内通信網）を用いて、（抄紙機の横断方向にわたって配置された）一連のアクチュエータを結び、更に監視／ホスト制御システムとの通信を可能にする。よって、本発明はピアツーピア（即ち、アクチュエータからアクチュエータへ）の通信を実施させ、ピアアクチュエータから得た情報に基づいて各アクチュエータ内在のアルゴリズムが目的値を決定できるようにする。使用の一例としては、抄紙機のスライスリップを曲げるために使用されるＣＤ坪量アクチュエータの、屈曲限界保護制御が挙げられる。この例では、隣接したアクチュエータの実際の位置がＬＡＮを通じて受信される。他の例としては、誘導加熱装置を用いたカレンダロールの加熱が挙げられる。この例では、隣接したゾーンの温度測定値がＬＡＮを通じて共有され、ローカルアルゴリズムを用い、受信した情報に基づいて、特定の位置に作用される力を制御することができる。本発明の利点としては、速度または反応の向上、アクチュエータ設定の精密度、およびヘッドボックスのスライスリップの屈曲限界などの要素を考慮に入れることができ、それにより抄紙機のスライスリップなどのさまざまな構成要素を適切に保護できること、などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
本発明の詳細な説明は、以下の添付図面を参照して行う。
図１は、本発明による制御システムを示すブロック図である。
図２は、本発明の態様を用いた、ヘッドボックスのスライスリップの形状調整機構の一部を示す斜視図である。
図３は、本発明の制御システムの一部を成す、ゲートウェイまたはネットワークインターフェースを示すブロック図である。
図４は、本発明において使われる典型的なアクチュエータコントローラを示すブロック図である。
図５は、ピアツーピア制御という特徴を説明する、本発明の制御システムの一部を示すブロック図である。
図６から図８は、スライスリップの形状調整における、本発明のピアツーピア制御の方法を説明するバーグラフである。
好適な実施形態の詳細な説明
本発明は、製造段階のウェブの横方向または横断方向のさまざまな特性を調節するための横断方向のアクチュエータの制御に対して、一般的な応用性がある。しかし、ここでは例として、抄紙機のヘッドボックスのスライスリップの制御に関連して説明する。
図１においては、ウェブ１０の横断方向の特性を制御する本発明のアクチュエータ制御システムの全体像が、ブロック図によって示される。ここでは、ウェブ１０は紙である。このシステムは、ヘッド１４および１６を含むスキャナ１２を有する。スキャナ１２は、周知の技術の方法でシート１０上を走査し、検知された厚さ、坪量、または含水率などの特質を表すアナログ電気信号を生成する。スキャナ１２はスキャナインターフェース１８に連結されており、そのインターフェース１８は、スキャナからの出力信号をデジタル化し、更にスキャナの作動を制御する役割を持つ。測定された特質に関する特性を表すデジタル化された信号は、ホストコンピュータ制御システム２０に送られる。ホストコンピュータ制御システム２０は、特性制御情報を、電力および信号用ネットワークバス２４に接続されたネットワークインターフェースまたはゲートウェイ２２に供給する。
次に図２に基づいて説明する。スライスリップ２８に沿って、たとえば４インチ（約１０．１６cm）などの一律の間隔で配置された複数のアクチュエータ２６は、スライスリップを変形させてその輪郭または形状を制御することにより、即ちスライスの開口部の形状を制御する。各アクチュエータ２６は、１９８９年５月３０日に発行された米国特許第４，８３３，９４１号に記載のタイプの、バックラッシのないハーモニックドライブのスライスリップアクチュエータ用モータを有することが好ましい。上記特許は、ここに引用により援用する。各アクチュエータモータ２６は、自身と関係するアクチュエータコントローラ３０を有し、そのコントローラはアクチュエータ本体に搭載されていることが好ましい。電気的結線３２が、コントローラ３０をネットワークバス２４に連結する。アクチュエータコントローラ３０とゲートウェイ２２との間の通信と、更に隣接したアクチュエータコントローラ間のピアツーピア通信とが、ネットワークバス２４を通じて行われる。各アクチュエータモータ２６は、回転可能なターンバックル３４と主軸ロッド３６とにより、スライスリップ２８に連結されている。そして、全て周知の技術のとおり、アクチュエータモータ２６および関係するターンバックル３４の回転が、対応する主軸ロッドを上または下方向に移動し、それに従いスライスリップは変形される。スライスリップの位置は、各アクチュエータモータの場所で、周知の高精度線形転置測定装置であるＬＶＤＴ（線形可変差動変圧器）３８によって測定される。各ＬＶＤＴ３８は、スライスリップの転置および位置の正確な表示を供給する。また、各ＬＶＤＴ３８は、スライスリップの各位置を制御することによりその全体の形状を制御する、閉ループ位置制御システムの一部を成す。このような閉ループシステムは周知であり、引用した米国特許第４，８３３，９４１号に更に説明されている。
図３に基づいて説明すると、ゲートウェイ２２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）５０、電力変換および分配装置５２（変圧器、ＤＣ電源）、保護装置（回路ブレーカ、ヒューズ）、通信装置（ルータ５４、イーサネットコンバータ、ＲＳ−４８５コンバータ）、および、もしインターロックが必要であれば入出力制限のあるプログラマブルロジックコントローラ５５（ＰＬＣ）などの工業用ＰＣ（プログラマブルコントローラ）４８の標準的な構成品を含む。
ゲートウェイ２２が実行する主な機能は、以下のとおりである。
１．プロトコル変換
ゲートウェイ２２はプロトコル変換器として作動する。ゲートウェイ２２は、監視／ホスト制御システム２０からのメッセージを解釈し、その情報を変換してアクチュエータコントローラ３０へ分配する。アクチュエータコントローラ３０からの、アクチュエータの位置や状況などの情報も、同じように受信し変換し、ホスト２０へ送信する。その後この情報は、ＣＤ制御アルゴリズムにより使用されることができ、また操作者に対して表示することも可能である。
図３に示すように、プロトコルの変換は、ＣＰＵ５０とＨＯＳＴ（ホスト）およびＬＯＮ（ローカル運用ネットワーク）カード（それぞれ５６および５８）とによって実行される。ＣＰＵ５０は、多重タスク処理実時間運用システムを実行する８０４８６プロセッサである、ＶＭＥバックプレーンである。ＨＯＳＴカード５６は、ホスト制御システム２０に対するインターフェースである。他方、ＬＯＮカード５８は、アクチュエータコントローラ３０に対するネットワークインターフェースである。ＣＰＵ５０によって実行されるソフトウェアは、ネットワークのノードアドレスやメッセージの索引などを記憶するデータベース、ホスト２０とアクチュエータコントローラ３０とにインターフェースさせるプロトコルのタスク、およびデータ転送全体を制御するタスクを含む。
２．ホスト通信インターフェース
ホストは通常、スキャナシステムインターフェース１８から紙に関する計測値（たとえば坪量、含水率、厚さなど）を受信し、制御アルゴリズムを用いて新しいアクチュエータ設定値を計算する。ホスト２０は、この要求される設定値をアクチュエータコントローラ３０へ送信しなければならない。この送信は通常、ホスト２０に連結された（ＰＬＣのような）コントローラによって、シリアル通信インターフェース（ポイントツーポイントまたはマスタ／スレーブ構成の一形態）または構内通信網（ＬＡＮ）を通じて実行される。個々のアクチュエータ位置および状況、アクチュエータ調整および配置構成、そしてシステム状況（インターロック）などの付随的な情報は、ホスト２０とゲートウェイ２２との間で通信される。図３においては、ＨＯＳＴインターフェースカード５６がイーサネットインターフェースカードである。これは、場合によってはシリアルインターフェースでもよい。いくつかのプロトコルが、メジャレックスコーポレーション社（Measurex Corporation, Cupertino, California, USA）のさまざまな製品を使用して実行された。ＬＡＮインターフェースは、イーサネットに基づく。プロトコルは、メジャレックス社が開発したオープンデータエクスチェンジ（ＯＤＸ）というプロトコルで、ＴＣＰ／ＩＰの上に重ねられる。このタイプのインターフェースが、現在のメジャレックス社製品において標準である。同等のシリアルプロトコルは、モッドバスＲＴＵ（工業標準）、ＳＣＬ（メジャレックス社製プロトコル）、および２００／１００（メジャレックス社製プロトコル）がある。ゲートウェイ２２は、旧製品との互換性を保証するため、流通しているこれら全てのプロトコルをサポートする。
３．アクチュエータ通信インターフェース
このインターフェースは、ＰＣ４８内のソフトウェア、ネットワークインターフェース通信カード、および（一またはそれ以上の）ネットワークルータ５４から成る。ネットワークルータ５４は、次の三つの機能を果たす。
ａ．メディア変換−ゲートウェイ内の、ＰＣやネットワークの管理およびインストレーションツールなどの装置は、１．２５Ｍｂｐｓのチャンネルを必要とする。それに対してアクチュエータは、７８Ｋｂｐｓでフリートポロジのチャンネルを通じて通信する。そこでルータは、メディア変換を行う。
ｂ．一チャンネルの限界を拡張する−アクチュエータ用の各ＬＡＮチャンネルは、６２個のアクチュエータまでサポートする。６２より多いアクチュエータを使うシステムにおいては、追加のルータが必要である。
ｃ．ネットワーク性能の向上−ルータ５４は、ネットワークのトラフィックをあるチャンネルに限定することができる。高性能なルータは、ネットワーク構成内の目的地ノードの位置に基づいて、あるメッセージがそのチャンネルを避けるべきかを判断する。
４．電力の変換と分配
坪量および厚さ制御用アクチュエータシステムにおいては、アクチュエータ２６はゲートウェイ２２から電力供給を受ける。アクチュエータの種類と設置場所によっては、設置場所にて供給される電圧からアクチュエータが必要とする電圧へ変換する変圧器が必要な場合もある。アクチュエータの電子回路部分に電力供給をするために、ＤＣ電源が必要である。ゲートウェイ内の回路ブレーカおよびフューズは、電力を分配し、ゲートウェイにより電力供給を受けるさまざまな装置を保護する。
５．システムインターロック
安全のため、または装置の保護のため、アクチュエータシステムを抄紙機または操作者と連係させるためには、インターロックが必要な場合がある。インターロックをサポートするシステムが必要な場合は、個々の信号に対応するために、ＰＬＣ５５がデジタル入力および出力モジュール６０および６２とともに、ゲートウェイ２２に設けられる。
図４は、典型的なアクチュエータコントローラ３０を示すブロック図である。コントローラ３０は、高湿度、水分、および熱、更に製紙工場の環境にて通常存在する苛性化学物質および溶剤に対する保護のため、密閉されたハウジング内に設置されている。コントローラ３０は、以下の五つの主要部分を含む：ＣＰＵ、ＲＡＭ、および制御アルゴリズムを含むＥＰＲＯＭから成るプロセッサ部７０；通信用送受信機７２；位置センサ用アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）７４；モータコントローラ７６；電源７８。ゲートウェイ２２のアクチュエータ通信インターフェースとプロセッサ部７０との間の通信は、通信用送受信機７２が実施する。プロセッサ部７０と通信用送受信機７２は、エシェロンシステムズコーポレーション社（Echelon Systems Corp., Palo Alto, California, USA）製の制御モジュール（部品番号５５０２０−０１）を含んでもよい。位置センサ用ＡＤＣ７４は、関係するＬＶＤＴセンサ３８から、主軸３６の位置に比例した信号を受信する。アナログの位置信号は、ＡＤＣ７４によりデジタル化され、プロセッサ部７０のＲＡＭ部分に入力される。モータコントローラ７６は、（双方向性三極サイリスタスイッチおよび移相ネットワークを含む）必要な回路を有し、通常は同期ＡＣモータから成るアクチュエータモータ２６を制御する。電源７８は、コントローラの電子回路部分に電力供給をするために、５ＶＤＣのスイッチングサプライを含む場合もある。
電力および信号用バス２４は、六線式バスであって、アクチュエータコントローラ３０に電力を、またアクチュエータコントローラ３０とゲートウェイ２２に通信を分配する。電力および信号用バス２４の信号バス部分は物理的には、シールドされていないツイストペアのワイヤである。このバス部分は、一またはそれ以上のフリートポロジのチャンネルから成っており、一チャンネルを通じて最多で６２のアクチュエータが通信する。ゲートウェイ／アクチュエータの通信は、エシェロンコーポレーション社製のロントーク（LonTalk）（登録商標）プロトコルを用いても実施できる。そのプロトコルは、国際標準化機構の開放型システム間相互接続（ＩＳＯＯＳＩ）の基準モデルに従って、ノード間の分散型ピアツーピア通信をサポートする。
次に、ヘッドボックスのスライスリップアクチュエータ２６を例にとって説明するが、ここでは、スライスリップの梁構造の屈曲限界を遵守することが重要である。そのような中で、通常規定されるパラメータと、ゲートウェイ２２とアクチュエータ２６との間およびアクチュエータ同士（ピア）間で通信されるメッセージとを説明する。ある既知のシステムにどのようなパラメータとメッセージが必要かは、当業者にとっては明白であり、以下は例としてのみ挙げるものである。
１．構成
いくつかのパラメータを構成し、スライスリップアクチュエータの応用に適応するよう特別に調整することが可能である。通常、これら数値は一度設定したら、めったに変える必要はない。スライスリップアクチュエータ２６に対して、以下のパラメータを規定する。
アクチュエータタイプ
最高送信レート
送信デルタ値
ラナウェイエネーブル
フィードバックエネーブル
屈曲限界エネーブル
ピア送信レート
ゼロ交差エネーブル
５０／６０Ｈｚフラッグ
Ａ／Ｄサンプルレート
ピア再試行
ピア乗数
起動時遅延時間
サプライエラー
ピア送信遅延時間
状況送信遅延時間
ランダム化フラッグ
これらのパラメータは、アクチュエータコントローラに対して、メッセージ送信レート、タイマ、およびいずれのアルゴリズムを呼び出すかを規定する。
２．調整
いくつかの調整用のパラメータを規定できる。これらのパラメータは、制御アルゴリズムの作用状態を規定する。
設定値上限界
設定値下限界
最低アクチュエータレート
位置センサフィルタ係数
最低制御サイクル
動作不良限界
ラナウェイ限界
第一位屈曲限界
第二位屈曲限界
位置不感帯
センサ不感帯
センサ下限界
センサ上限界
アラーム不感帯
３．コマンド
コマンドメッセージを伝送することによって、コントローラにある作動を指示することが可能である。規定されるコマンドは、以下を含むことが考えられる。
アクチュエータモード
アクチュエータリセット
アクチュエータ自己試験
校正位置センサ
４．設定値
このメッセージは、ゲートウェイからアクチュエータコントコーラに送信されるものである。まず設定値はホスト２０によって生成され、（通常、ミクロン単位または０．００１インチ単位の）設定値アレイとしてゲートウェイ２２へ送信される。そしてゲートウェイ２２は、要求される設定値を個々のアクチュエータコントローラ３０へ分配する。
５．状況
このメッセージは、アクチュエータコントローラ３０からゲートウェイ２２へ送信されるものであり、アクチュエータ位置や状況アラームなどの情報が含まれる。以下に、状況メッセージに含まれ得るデータの種類を挙げる。
アクチュエータモード
アクチュエータタイプ
ソフトウェア改訂番号
制御設定値
ホスト設定値
アクチュエータ位置
アラームワード１
アラームワード２
センサ値（ミリボルト）
未加工センサ値（Ａ／Ｄカウント）
センサ利得
センサオフセット
６．ピア状況
このメッセージは、アクチュエータコントローラ３０同士の間で送信されるものである。アクチュエータ位置およびアクチュエータ状況の情報は、以下により詳しく説明するように、各アクチュエータコントローラによって、各すぐ隣のアクチュエータへ送信される。各アクチュエータコントローラ３０は、要求される設定値を、ホスト制御システム２０からゲートウェイ２２を通じて受信する。アクチュエータ調整用のパラメータと隣接するアクチュエータからの情報とに基づいて、制御設定値が計算される。コントローラ３０のＡＤＣ７４は、位置センサ３８からの信号を、物理的なアクチュエータ位置を表すデジタル信号に変換する。アクチュエータ制御設定値とアクチュエータ位置とに基づいて、位置エラーが計算される。コントローラ３０はこのエラーを元に、アクチュエータがどの方向へ移動しなければならないかを計算し、アクチュエータが制御設定値に従った位置に到達する（またはエラーを許容レベルまで低減する）までにかかる時間を予測する。コントローラ３０はスライスリップの開放および閉鎖信号を発し、モータコントローラ７６を通じてアクチュエータモータ２６へのＡＣ電圧を切り替える。アクチュエータモータ２６は、制御信号が発せられている間、開放または閉鎖方向に動作しつづける。この形態の閉ループ制御は、少なくとも一秒間に一度は実施できる。この閉ループ制御の各繰返しの間、コントローラ３０は、更にアクチュエータ２６の動作の監視も行い、もしアクチュエータが予期したとおりに作動しない場合は状況アラームを発する。発生されるアラームは、以下を含むことができる。
アクチュエータ動作が遅すぎる
アクチュエータが誤方向へ動作
アクチュエータ暴走
位置センサ不足電圧
位置センサ過電圧
スライスリップの屈曲限界の保護を実施するには、制御システムは、紙のＣＤ坪量特性を制御するためにアクチュエータ２６が変形させるスライスリップ２８の機械的特質を考慮に入れなければならない。この機械的特質は、製紙業の当業者には周知である。現存する制御システムにおいては、ホスト制御システムが要求される設定値を計算した後、その設定値を機械的特質に照らし合わせてチェックし、降伏点を超えていないことを確認する。もし降伏点を超えているならば、その設定値は使用不可とされる。しかしこの従来技術の方法には、不都合な点がある。ホストシステムの計算は、要求されるアクチュエータ設定値に基づいており、アクチュエータの実際の位置には基づいていない。更に、「屈曲限界」アルゴリズムの従来の実行方法には欠陥があり、降伏点を超える全ての設定値を使用不可としない場合がある。これは主に、ホストシステムにおいて有効な処理能力の限界から生ずるものである。本発明のインテリジェントアクチュエータシステムは、制御システムの分散型ピアツーピアの性質を利用して、スライスリップ２８に対する損傷を防止するよう設計されている。図５は、本発明のピアツーピア制御システムをブロック図で示す。アクチュエータ制御用の目的設定値を計算するには、ある既知のアクチュエータコントローラ３０は、以下を必要とする：ゲートウェイ２２を通じてホスト２０から得る、要求されるアクチュエータ設定値；すぐ隣のアクチュエータ２６の実際の位置および状況；スライスリップの機械的特質の知識（第一位および第二位の調整パラメータ）。隣接するアクチュエータ２６の状況に基づいて、コントローラ３０は新しいアクチュエータ設定値を計算するかどうかを判断する。この判断は、たとえば、梁に作用される外力と、それにより梁のある特定の部分のいずれの一点においても加わる応力度との関係を表す梁屈曲に関する公式を適用したアルゴリズムに基づく。もし隣接するアクチュエータが不良を起こすと、更なる設定値処理は行われない。もしコントローラ３０が新しい設定値の処理を行えると判断した場合、コントローラは新設定値と、隣接するアクチュエータの位置と、第一位および第二位調整パラメータとを用いて、制御設定値を計算する。この新たな制御設定値が、位置制御アルゴリズムに使用されるものである。
図５においては、ＣＤゾーン５、６、および７に設置された三つのアクチュエータ２６が、数ダースのアクチュエータをも含むことが可能なアクチュエータ列の一例として示される。ここにおいて、屈曲限界は２００μｍと仮定して、以下に屈曲限界の計算例を示す。ゾーン５、６、および７のアクチュエータの初期位置は、図６に示すとおりだと仮定する。アクチュエータ５番は＋３００μｍ、アクチュエータ６番は＋５００μｍ、そしてアクチュエータ７番は＋８００μｍに位置している。
基準数値に対してゾーン５の位置＝３００μｍであり、ゾーン７の位置＝８００μｍであるから、これら位置の平均は以下のとおりである。
0003914573.tif 000002
各ゾーンに対する設定値の許容範囲は、スライスリップの既知の機械的特質に基づいて±２００μｍであると確定しているので、本例のゾーン６の設定値許容範囲は５５０μｍ±２００μｍ、即ち３５０μｍから７５０μｍとなる。今度は、ホストからアクチュエータ６番に対して、要求される設定値として＋８５０μｍが送信されたと仮定する。アクチュエータ６番のためのアクチュエータコントローラ３０は、上記の設定値許容範囲に基づき、屈曲限界アルゴリズムを用いて＋７５０μｍを目標設定値として算定し、図７に示すとおりアクチュエータ６番を目標設定値へ移動させる。しかし、アクチュエータ６番のこの新設定値により、アクチュエータ５番の位置（＋３００μｍ）は、屈曲限界許容範囲の±２００μｍの外になってしまう。アクチュエータ４番が＋３００μｍにあり、アクチュエータ６番が＋７５０μｍにあるから、平均は以下のとおりである。
（３００＋７５０）／２＝５２５μｍ
したがって、アクチュエータ５番の設定値許容範囲は＋５２５±２００μｍ、即ち＋３２５μｍから＋７２５μｍとなる。結果としてアクチュエータ５番は、図８に示すとおり、自身のコントローラとアクチュエータ４番および６番のコントローラとの間のネットワーク通信により、補償を行うため＋３２５μｍへ移動する。
上述は、本発明による解決方法が、ＣＤ制御性能を犠牲にするとしてもスライスリップの過度な屈曲を防止するものであることを示す。極端な場合においては、一アクチュエータ設定値の一変更が、上述のような動作をアクチュエータシステム全体にわたって波及させる連鎖反応を引き起こす可能性もある。この状況が起こりうる一例は、いずれのアクチュエータもが、アクチュエータ５番が関わる上記例のように、「屈曲限界状況」にある場合である。アクチュエータ２６がピアアクチュエータとの通信を絶った場合は、監視タイマーの期限が切れ、隣接するアクチュエータはゲートウェイ２２からの新しい設定値の処理を中止する。
コントローラ３０は、関係するアクチュエータ２６が正常に作動しない場合は、それを「不良」と判断する。アクチュエータが「不良」と判断されたら、ホスト２０がアクチュエータリセットコマンドを発するまで、コントローラはいかなる制御動作も実施しない。アクチュエータが「不良」と判断された後に動作した場合は、コントローラはそのアクチュエータを「暴走」と判断する。この状況は、アクチュエータモータ２６に短絡がある場合に起こりうるし、またはコントローラの電子回路部分の不良による場合もある。この状況の際は、小型リレーが消勢され、ＡＣ電力がモータから物理的に断絶される。これにより、スライスリップは更に保護される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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