专利名称:用于控制按长度停止或按纸卷直径停止的卷纸机的方法和装置的制作方法
本发明涉及的是卷纸机的控制器，更具体地，是关于在预定的纸卷长度或预定的纸卷直径条件下，控制卷纸机停止的方法。
造纸厂主顾通常购买加工完毕的按规格保证卷纸卷筒上纸的长度的纸卷或按规定直径卷绕的纸卷。可获得的、经济实用的办法是在预定的纸的长度的条件下，而不是按规定的纸卷直径，控制卷纸机停止。此外，普通的按长度停止控制器并没有提供卷纸机减速的闭环控制，而是采用了双基准停止方式。卷纸机减速开始于某一设定的初始点，按驱动器决定的速率进行，并继续保持在某一预定的低速度。然后，卷纸机以这一低速运转，直到第二或最终停止点。这种方法能够准确地控制纸张长度，但需要较长的停止时间。
ASEA卷纸卷筒调整系统(RoLLtrimmer)就是上述关于按长度停止控制类型系统的一种。
Schommeier U.S.4，438，889公布了一种利用在两个减速度之间变换驱动控制的方法控制停止长度的计算机系统一个减速度略大于理想速率，而另一个减速度略小于理想速率。
因此，本发明的目的是提供一种控制卷纸机在规定的纸张长度或规定的纸卷直径的条件下自动、准确地停止的方法和装置。
本发明的第二个目的是使卷纸机的制动以规定的速率被精确控制。
本发明的第三个目的是以最短时间，既对规定的纸张长度，又对规定的纸卷直径，提供一种准确的停止控制;同时提供对在卷绕过程中断纸时切除的受损纸层的补偿。
本发明还有一个目的，就是不论在英制还是在公制的条件下，提供一种用于按预定长度或预定直径自动卷纸的微处理机控制系统。
根据本发明，利用提供的微处理机控制系统，以上这些目的都达到了。该系统准确地控制卷纸卷筒上纸的卷绕，其中一些基本参数或称之为预程序数据、测量数据，或称之为操作输入。这些参数包括驱动器的减速度，设定长度或直径，纸张厚度以及纸张速度。停止距离作为纸张速度的函数，被连续计算。无论什么时候，只要停止距离以及累计长度之和大于设定长度，驱动器就开始减速。保持匀减速是重要的，这样停止距离的计算将仅仅取决于纸张速度，而不是卷纸卷筒的惯性。
驱动器在两个减速度之间变换。减速度的理论值将是这两个减速度的算术平均值。计算机通知驱动器开始减速，于是驱动器变换到高减速度。因此，计算的停止距离大于实际的停止距离。根据以后的计算，计算机发出信号，让驱动器不要减速，于是驱动器变换到低减速度。在驱动器慢下来的时候，这一过程连续重复发生。所以，减速度取决于所谓的“开关式”控制，其中控制回路一直在起作用，直到速度降为零。
对于大多数驱动系统，从计算机发布减速指令的瞬间到驱动装置开始减慢之时存在着一个时间滞后。需要有一个时间提前因数来补偿动作滞后。如果低速绕纸，对这种补偿的需要就更明显。
在按直径控制的方式中，利用停止距离与纸测径器一起能计算出停止直径。利用逐渐增加的长度与直径的关系来计算在断纸后切除的纸。在断纸的瞬间，当时的直径就存储下来，当卷绕重新开始时(在切除和拼接之后)就计算新的直径。计算机将根据这些数据自动调整累计的总尺码。
在按长度停止的方式中，计算机接受以下信号脉冲作为输入从一个支承卷筒测速仪(500PPr)、一个卷纸卷筒测速仪(1PPr)和三个状态标识来的信号脉冲;这三个状态标识来自一个可编程序的控制装置，例如AIIen BradIeg PLC-2可编程序的控制装置，即断纸、运行和退出标识。支承卷筒测速仪脉冲是由计算机的一个计数器Φ(16位)来累计，例如InteL ISBC 80/24计算机。有一个软件计数器(16位)连接在计数器Φ，使存储能力达4，300×104。
卷纸卷筒测速仪脉冲作为第一个中断信号输入到计算机(当计算机承认这一中断信号时，就计算从先前卷纸卷筒测速仪中断信号开始逐渐增加的支承卷筒脉冲)。因此，这一程序主要是计算支承卷筒测速仪频率与卷纸卷筒测速仪频率之间的比率。这一比率与已输入的支承卷筒直径一起提供了已卷好的纸卷直径、新的每一卷好的纸层的信息。
通过控制台上的姆指旋转(thumbnheeI)开关输入设定总尺码或直径。支承卷筒直径也是通过装在副线路板上的二进制编码十进制(BCD)开关输入。纸的厚度连接到纸卷结构计算机的一个键盘来输入，最终输送到按长度停止的计算机，纸的厚度是用来估算在断纸后切掉的同等的纸层数。这些设定值只有在起始时才读出(在开始一卷新纸卷时)。
计算机输出已卷好的纸卷直径和累计的总尺码来控制安装在控制台上的发光二极管显示。其它输出包括一个减速标识、一个对可编程序控制器和驱动器的停止标识和一个对纸卷结构计算机用于密度计算的纸层计数标识。
在本发明一个用于闭环控制的具体实施例中，参考速率是半秒。参考速率时钟是InteI ISBC 80/24计算机的一个计数器(计数器1)。在递减计数时，它产生第二个中断信号，该信号调入一程序，该程序将累计支承卷筒测速仪计数推入最后取样计数，然后从计数器5读出当时的累计支承卷筒测速仪计数。
从可编程序控制器来的断纸信号使支承卷筒测速仪脉冲计数停止，卷纸卷筒测速仪脉冲中断信号停止，从而冻结了显示器上的已卷好纸卷直径和累计总尺码。计算机还存储当时的纸卷直径并给出了一个内部断纸标识。
从可编程序控制器来的运行信号使支承卷筒测速仪和卷纸卷筒测速仪计数，因此继续计算新的累计总尺码和已卷好的纸卷直径。
来自可编程序控制器的退出信号启动按长度停止计算机。显示的纸卷直径和总尺码将复位。写入下一卷的设定长度或直径和厚度。
本发明的其他目的、特征及优点，它的组织、结构及操作，通过以下结合附图的详细的描述，将会得到最好的了解。
图1是用于按长度切断/按直径切断控制的控制板的前视图，包括长度和直径显示，长度编码器输入和中心卡盘传感器;
图2是根据本发明绘制的一个控制系统的电路框图;
图3是说明图2所示电路的工作状况的流程图;
图4是修改一个现有的驱动控制器以达到“开关”操作的简略电路图;以及图5是记录驱动器的速度以及减速度变化的图表。
图1和图2示出了一个控制方法和一个系统框图。控制板10包含一组控制元件或显示器，包括纸张长度显示14，纸卷直径显示16，直径/长度选择开关18，长度置入开关12和中心卡盘传感器(显示器)20，它也可以兼作一个运行开关之用。
图2所示的控制系统包括开关板开关12和卷筒直径选择开关30，这两组开关都连接到直径/长度开关18。做为另一种选择，通过打开开关18，在图1面板上的开关板开关12亦可起支承卷筒直径开关30的作用。
在图2左边，展示了一个可编程序的控制器22，例如上面提到的AIIer-BradLeg PLC-2控制器，提供三个信号，即退出、断纸和运行。还展示了支承卷筒测速仪24和卷纸卷筒测速仪26。可编程序控制器22和测速仪24、26通过一个副线路板28连接到与/或门电路，这个副线路板纪括一个具有输入E和INH的阻通控制器32。退出信号直接通过副线路板28到微型计算机34的一个输入端RST，例如上面提到的INTEL ISBC 80/24计算机。断纸信号连接到阻通控制器32的LNH输入端和微型计算机34的一个中断输入端INT4。阻通控制器32提供一个信号给微型计算机34的计数器或计时器Φ和一个中断信号给微型计算机34的输入INT1。
微型计算机34提供上述输出，特别是到纸卷直径显示16的输出和到长度显示14以及到驱动控制器的一个输出，通过可编程序控制器22和测速仪24、26构成一个闭合回路。
图1和2所示的系统和图4所示的线路按照图3的流程图和附加的计算机程序，如在本发明的梗概中所述进行工作。
更具体地，在起始后，主程序不断地通过当前与上一次支承卷筒测速仪得数和已编程序的参考速度之间的差来计算速度。预期停止距离通过速度与驱动器减速度来计算。如果预期停止速度和累计总尺码的和大于设定长度，则形成减速标识。从输出36收到此信号后，驱动器将转换到一个大于已编程序速率的减速度，此转换将根据图4在下面说明。此转换使速度在以后某个取样中降得低于预定值。结果，新计算的停止距离将小于预期距离，减速标识将消失，驱动器将转换到一个低于已编程序值的减速度。速度转换率将下降，停止距离的下一个计算将再一次形成减速标识。因此，减速“开关”控制能一直到零速度。由于驱动器中的时间滞后，第一次产生在减速度标识出现时，因此编入了时间提前因数，因此补偿此单时系统的“停滞时间”。
在按直径控制的结构中，预定停止直径是从停止距离中计算得来的。为了计算断纸之后可能切掉的纸层，利用纸厚、断纸前纸卷直径最后的值以及重新启动后新的直径，计算减少的总尺码。各种运算公式基于下面的等式D＝V2/2a其中D为距离，V为速度，a为减速度。
停止距离根据Fortran语言，可以按下式计算D＝(速度＊＊2)12＊a停止直径可以按下式计算
其中V〔(N-1)T〕是从最后的取样计算得到的纸卷速度，单位为英尺/秒;
D〔(N-1)T〕是最后取样的纸卷直径，单位为英寸;
D(NT)是停止距离;
C是纸张厚度，单位为英寸;
a是减速度，单位为英尺/秒2基于500PPY支承卷筒测速仪速率，支承卷筒测速仪减少的数值可以通过以下关系式求得△CT＝500(D2L-D2I)/96C其中△CT是支承卷筒测速仪减少的数;
DL是断纸前最后的直径;
DI是断纸后新的直径。
支承卷筒测速仪的分辨力是1/500或0.2%。因此，层数分辨力极限是(纸卷直径×0.2%)/(2C)例如，30英寸纸卷，纸的厚度为0.002英寸，分辨误差是118英尺15层，总尺码误差是最末一层纸的0.2%。因此，对于一卷60英寸的纸卷来说，误差仅仅只有4英寸。
图4示出了对一个现有的驱动控制器的修改，其中现有的驱动控制器包括一个变阻器38，它连接到一个参考电压V上，并通过电阻40和具有反馈电容44的放大器42，产生一个参考速率。该电路在输出端52提供一个参考速度。为了改变减速度，如本电路那样，驱动器通常采用模拟控制电路来调整馈送到速度参考积分器的电压。靠改变积分器的时间常数，可以很容易地将减速度在两个速率之间变换。在对该电路的修改中，通过继电器触点48和由微型计算机34的减速控制器36控制的继电器线圈50来使与电阻40并联的另一个电阻46接通或断开，这一功能是很容易达到的。
本系统是按照图5的图表来制造和工作的，该图展示了驱动器速度和设定纸长为450英尺、停止长度为4755英尺的减速度变化。此运行是典型的。人们将会注意到从减速度指令到实际减速度开始时驱动器的滞后时间大约为2.5秒。设定不同的纸张长度和卷纸机速度的一系列连续运行的结果说明如下
卷纸机速度 设定长度 实际长度 误差(英尺/分) (英尺) (英尺) (英尺)2000 5000 4994 -62000 5000 4995 -51500 3000 2990 -101500 3000 2993 -74000 6000 5995 -53000 6000 5994 -64000 6000 5999 -13000 6000 5997 -36000 6000 5995 -55000 6000 6000 04000 4000 4000 03500 4000 3990 -10如上所述，系统是按照附带的程序和图3的流程图进行工作的。
尽管我们通过列举具体的实施例来说明我们的发现，但是对于熟悉这门技术的人，在不背离本发明的精神和范围内，许多对本发明的改动和修改是显而易见的。因此，我们打算将可以合理地、恰当地包括在我对该技术的贡献范围之内的所有改动和修改包括到本文所论证的专利之内。
勘误表文件名称 页 行 补正前 补正后权利要求 1 15 停止距离 停止直径倒3 停止距离 停止直径2 2 测速仪减少的转速数 减少的转数记数2 4 数值 转数记数5 数值 记数3 3 储存目标信息，表示 储存代表设定卷绕纸理想卷绕纸长; 长的目标信息;
说明书 1 6 可获得的、经济实用 工业上现有1 10 并继续保持在 速度一直减至1 11 或 即2 4 程序 定倒7 纸测经器一起 纸的直径倒6 逐渐增加的长度与直 长度增量与直径增量径的关系 之间的关系3 7-8 开始逐渐增加的支承 开始的支承卷筒脉冲卷筒脉冲 增量10 已卷好的纸卷直径， 已卷起的，每卷一层新的每一卷好的纸层 纸就发生一次变更的的信息 卷纸的直径的信息11 thumbnheel thumbwheel18 二极管 二极管(LED)倒5-6 参考(二处) 取样(二处)倒2 推入最后 变成上一次勘误表文件名称 页 行 补正前 补正后说明书 4 倒8 方法 面板倒4 开关板开关 面板开关倒2 ″ ″5 4 26通过一个副线路 26连接到和/或通过板28连接到与/或 一个副线路板28连接门电路 到微型处理机34。
5 纪括 包括7 例如上面…… 例如微机可以是上面……11-12 显示16的输出和到 显示器16和到长度显长度显示14以及到 示器14的输出以及到驱动控制器的一个输 驱动控制器的输出，后出，通过可编程序控 者通过可编程序控制器制器22和测速仪24 22和测速仪24、2626构成一个闭合回路 返回构成一个闭合回路。
倒9 在起始后 在初始化后倒8 速仪得数和已编程序 速仪记数之间的差和既定的参考速度之间的差 取样速率倒7 停止速度 停止距离倒2 速度转换率将下降 减速率将下降6 1 中的时间滞后，第一 中第一次产生减速率标识次产生在减速度标识 时存在时间滞后，出现时，10 D＝(速度＊＊2) D＝(速度＊＊2)/2＊12＊a a
勘误表文件名称 页 行 补正前 补正后说明书 6 倒5 Y r7 2 分辨力 分辨率7 2 或 即8 倒5 发现 发明
权利要求
1.一种控制卷纸机运行的方法，该卷纸机具有一个卷纸卷筒、一个支承卷筒和一个卷纸机驱动器，此方法包括以下步骤储存说明将要卷绕的纸张长度的目标信息；驱动卷纸机卷纸；检测并存储纸卷和支承筒的转动圈数，并据此计算纸卷的累计长度；反复对支承卷筒转速数取样，并将当时取得支承卷筒转速数与上一次取样的数进行比较，以决定速度；根据速度与驱动器减速度计算预期停止距离；将预期停止距离和累计长度与设定长度进行比较；当预期停止距离与累计长度的和大于设定长度时，按第一减速度运行卷纸机驱动器；当上述和小于设定长度时，按较低的第二减速度运行。
2.在权项1的方法中，存储目标信息的步骤进一步定义为存储包括纸厚度在内的设定直径信息;预期停止距离按照下列关系式计算
其中V〔(N-1)T〕是从最后的取样计算得到的纸卷速度，单位为英尺/秒;D〔(N-1)T〕是最后取样的纸卷直径，单位为英寸;D(NT)是当时取样的停止距离，单位为英寸;C是纸张厚度，单位为英寸;a是减速度。
3.在权项2的方法中，当发生断纸、切除和连接时，下一步骤就是按照下列关系式计算支承卷筒测速仪减少的转速数△CT＝n(D2L-D2I)/96C，其中 △CT是支承卷筒减少的数值;n是每一转的支承卷筒数值;DL是断纸前最后的直径;DI是断纸后新的直径。
4.在权项1的方法中，计算停止距离的步骤进一步定义为按照下列关系式计算停止距离。停止距离＝(速度＊＊2)12＊a其中＊＊是Fortran码，表示某数的平方;＊是表示乘法的代码;a是减速度。
5.权项4的方法，进一步包括下述步骤从累计长度中减去减少的长度CT，以补偿切掉的长度。
6.在权项1的方法中，在首次使用第一减速度时即在驱动器中出现一个时间滞后，权项1的方法进一步包括下述步骤加入一个时间提前因数来提前第一减速度的首次使用，以补偿时间滞后。
7.卷纸机控制器包括一个可旋转的支承卷筒和一个用于产生第一测速仪脉冲的支承卷筒测速仪;一个可旋转的用于卷纸的卷筒和一个用于产生第二测速仪脉冲的卷纸卷筒测速仪;驱动装置连接到上述支承卷筒和卷纸卷筒，并可运行来使上述支承卷筒和卷纸卷筒旋转，包括一个驱动器线路，可在第一减速度与较低的第二减速度之间转换;第一装置用于储存目标信息，表示理想卷绕纸长;第二装置连接到上述第一和第二测速仪，用于计数和储存各自的测速仪脉冲，表示累计长度;上述第二装置包括连接到上述第一装置和驱动器电路的第三装置，上述第三装置可运行以从速度和驱动器减速度来决定预期停止距离，并在停止距离和累计长度的和大于设定长度时使上述驱动器电路按第一减速度工作，在上述和小于设定长度时，使上述驱动器电路按较低的第二减速度工作。
8.一种控制卷纸机的方法，包括下述步骤根据预先设定的理想直径计算速度，一个已卷好的纸卷直径和纸卷的停止距离;根据设定长度，连续计算当时已卷绕的长度;将当时长度与设定长度进行比较;在当时长度大于或等于设定长度时，对卷纸卷筒施用第一减速度;在当时长度小于设定长度时，施用较低的第二减速度。
9.一种控制卷纸机的方法，包括下列步骤根据预先设定的等于卷绕长度的理想直径，计算速度、停止直径和卷纸卷筒的纸卷直径;将停止距离乘以当时长度与设定长度进行比较;在停止距离与当时长度的和大于或等于设定长度时，对卷纸卷筒施用第一减速度;在停止距离乘以当时长度小于设定长度时，施用较低的第二减速度。
专利摘要
一个控制系统自动控制卷纸机的减速并按预定的纸张长度或预定的纸卷直径使之停止。该系统采用驱动器减速的闭环控制并自动补偿断纸后切掉的纸层。
文档编号B65H26/08GK85105232SQ85105232
公开日1987年1月14日 申请日期1985年7月9日
发明者布伦特米尔, 吴大伟 申请人:美商贝洛特公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan