专利名称：横向无线致动器的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及工业制造设备，并且更具体地，涉及用于采 用能对等通讯的无线致动器网络控制由工业制造设备来制造的纸张的 性质的控制系统和方法。
背景技术：
用于制造诸如纸之类的纸产品的现代工业制造设备采用 一系列分 布在被制造的纸张上的致动器来调节纸张的各种性质，诸如厚度，湿 气含量等等。致动器控制纸张的性质，即在该设备上移动的方向(机
器方向(MD))上的长度方面的性质和横向方向(CD)上的纸张宽度 方面的性质。各种传感器或扫描器沿着制造中纸张的方向上的位置进 行设置，以扫描纸张性质并且收集相对特定性质的数据来建立纸张的 轮廓(profile)。远程设备或者管理控制器处理所收集的数据并且产 生控制信息(控制动作，设定点，状态，位置)。将该控制信息反馈 给合适的致动器，以将在它们影响之下的性质向着期望目标调节。
典型地，横向图形控制和机器方向控制由管理计算机以及一组独 立分布的调节控制器来实现，其中该组独立分布的调节控制器根据管 理计算机的指令来执行基本的致动器调节。将轮廓和其他测量值发送 给管理计算机，其产生设定点并将它们发送给各种调节控制器，这些 调节控制器负责移动并维持相关的致动器在期望管理设定点上。
然而，控制诸如重量，湿气以及厚度之类的所有各种性质的轮廓 的所有CD致动器很少能整体协调。 一般来说，在由管理计算机执行的 MD性质和CD性质之间存在很少的协调或者不存在协调。
转让给 Honeywell Measurex Devron Inc. 的美国专利号 6， 094， 604描述了一种在造纸机器中具有智能致动器网络的控制系统 和方法，其中该造纸机器在致动器间彼此通讯控制信息并且通过总线 彼此连接。
此外，转让给Measurex/^司的美国专利号5， 771， 175描述了将一 系列致动器(在造纸机宽度上)结合在一起并且还允许与管理或者主
机控制系统进行通讯的LAN (局域网)。每个致动器具有耦合到具有网 络总线的控制器上的电连接。致动控制器和网关之间的通讯，以及相 邻致动控制器之间的对等通讯沿着网络总线发生。该总线是将功率分 配给致动控制器并将通讯分配给致动控制器以及网关的六线制总线。 物理上，该总线由一个未屏蔽的绞线对构成。该母线由一个或多个自 由拓朴信道构成，在一个信道上最多有62个致动器通讯。
然而，这两种系统均采用总线或电缆来有助于网络中的通讯。这 使得相当多的人力用于安装，维护以及进行故障维修。此外，安装的 成本相当大。此外，网络路由需要相当大的开销和/或专用于控制该路 由的单独设备。此外，如果总线出现故障，那么整个总线必须被更换。
因此，要求减小成本并且简化致动器网络的维护。
发明内容
本申请人提出一种无线横向致动器以及控制系统和方法，其通过 消除对能够附着并连接到网络中多个致动器的每个致动器的物理通讯 电缆的需要而克服了现有技术的缺陷。
因此，公开了一种智能无线横向(CD)致动器，其具有无线电收 发机，控制器以及存储器部。该无线电收发机用于发射控制和功能信 息给其他智能无线CD致动器并从其他智能无线CD致动器接收控制和 功能信息。该控制器用于处理所接收的控制和功能信息并且基于所接 收的控制和功能信息输出控制信号给电气或机械设备。将控制和功能 信息，输出信号，每个其他智能无线CD致动器的唯一通讯标识符，以
及其自身的唯一通讯标识符存储在存储器部中。每个智能无线致动器 被分配唯一的标识。该唯一标识符用于将信息路由到其他智能无线致 动器以及从其他智能无线致动器路由信息。每个无线CD致动器能与致 动器网络内的所有其他智能无线CD致动器进行通讯。
该存储器部还包括致动器网络内所有的其他智能无线CD致动器、 所述致动器的相应的唯一通讯标识符、以及所迷致动器沿着纸张材料 的相应位置的数据库。
智能无线致动器还包括被设定为预定阈值的定时器或者定时装 置。该预定阈值基于智能无线CD致动器期望从相邻的智能无线CD致 动器接收控制和功能信息的时间。该定时器用作提醒其他智能无线致
动器无线收发机出故障的警告设备。
如果定时装置在没有从至少一个相邻的智能无线CD致动器接收控
制和功能信息的情况下而停止，那么对应于所停止的定时器或定时装 置的智能无线CD致动器将广播状态查询给该至少一个相邻的智能无线 CD致动器。如果后来没有接收到对该状态查询的响应，那么该智能无 线CD致动器将发送通讯错误消息给其他智能无线CD致动器。
当其他(多个)智能无线CD致动器接收该错误消息时，所述其他 (多个)智能无线CD致动器确定错误类型，基于该错误类型重新计算 其自身的运行参数，并且补偿该错误类型。该智能无线CD致动器还将 基于相对于出故障的智能无线CD致动器的位置确定其响应。
致动器网络中的控制和功能信息基于初始的智能无线CD致动器的 位置来被优先化并被路由。此外，将给与错误消息比其他周期性控制 和状态消息更高的优先权。
参考下面的文字和附图，本发明的这些和其他特征，效果以及优 点将更加清楚，在所有的附图中类似的附图标记对应类似的元件，其 中
图1示出根据本发明一个实施例的无线致动器的控制和发送部分 的框图2示出根据本发明的具有无线CD致动器的工业造纸机的实例；
以及
图3示出根据本发明的一个实施例的三个无线CD致动器。
具体实施例方式
图l是根据本发明的无线横向(CD)致动器10的框图，更具体地 说是无线CD致动器10的控制部100的框图。控制部100位于密封外 壳之中，该密封外壳用于防止造纸厂环境中典型出现的高湿度，湿气， 以及热，还有腐蚀性化学品以及溶剂。控制部100由处理器部110，无 线电收发机120,马达控制器125，以及电源部130构成。处理器部110 可包括CPUlll，以及包含控制算法的存储器112。可替换的，无线电 收发机120与控制部IOO分开并且简单地附着到无线CD致动器10。无
线电收发机120可使用任何已知的附着手段来被附着。另外，无线电 收发机120可嵌入到无线CD致动器10中，以防止无线通讯收发机120 干扰纸张材料的流程。
往来于(多个)无线CD致动器10的通讯通过无线电收发机120 来实现。在优选的实施例中，无线电收发机120是全向无线电天线。 这种天线具有预设的无线电覆盖范围。这个无线电覆盖范围由无线致 动器10的位置以及无线CD致动器IO所位于的工业机器的尺寸确定。 该无线CD致动器IO必须能几乎瞬时地发送信息给其最邻近的(多个) 无线CD致动器10的每一个。因此，该无线电覆盖范围必须足够长以 便对于单路程段广播(single hop broadcast)覆盖至少相邻的(多 个)无线CD致动器IO。与不相邻的(多个)无线CD致动器IO，即那 些未工作在相同区域内的致动器之间的通讯可通过多路程段广播来实 现。换句话说，该通讯可以通过其他的中间(多个)无线致动器10中 继到有意进行该通讯的无线致动器10。该无线电收发机120能够单播、 多播以及广播消息。
电源部130可包括有线AC电源，有线DC电源或者燃料电池。该 电源部提供电力给马达控制器125以及无线收发机120。
每个无线CD致动器10被分配唯一标识，以来往于(多个)无线
CD致动器10路由通讯。该唯一标识可以是用于区分(多个)无线CD
致动器10的任何数字，诸如在工业机器内的(多个)无线CD致动器
IO的顺序。在本发明的另一实施例中，该唯一标识是IP地址。
将一个唯一标识分配给每个无线致动器i0。该唯一标识可以随机
分配给(多个)无线CD致动器10或者基于工业机器内的顺序进行分 配。例如，每个无线CD致动器10可在处理器部110的存储器112中 包括用于IP地址的可用范围的数据库，并且给其本身分配在该范围内 的可用IP地址之一。
可替换地，无线CD致动器IO可广播需要IP地址的请求给用于分 配IP地址而指定的中央计算机或者服务器。倘若中央计算机位于无线 CD致动器10的无线电范围内，则该中央计算机或者服务器可以远离工 业机器定位。该中央计算机或者服务器将基于可用性来分配IP地址， 并且将发送该分配的IP地址给无线CD致动器10。
在另一实施例中，无线CD致动器10还可以包括专用按钮，以触发唯一 的通讯标识的分配。
多个无线CD致动器IO展开或分布在纸张材料上。这些无线CD致 动器10可独立控制，以改变该纸张材料的多个特性。图2示出根据本 发明的具有(多个)无线CD致动器10的工业造纸机的实例。
该造纸机200设置成从包含原料的网前箱(headbox) 204延伸到 完成的纸产品206的巻轴的装配线。在网前箱204和完成的纸产品206 之间， 一系列滚筒在纸幅(web of paper)被制造并被馈送通过多种 无线CD致动器10时对纸幅进行限制，该多种无线CD致动器10控制 纸张的特性，例如重量和纤维取向以及稀释控制，该多种无线CD致动 器10是(多个)网前箱致动器10a，(多个)湿气致动器10b，(多 个)厚度致动器10c，以及(多个)涂层重量(coat weight)致动器 10d。其他类型的致动器可包括重量致动器以及稀释控制致动器。位于 造纸机湿端(wet end)或者干燥器部中的(多个)湿气致动器10b控 制纸幅的湿气含量。(多个)厚度控制致动器10c调节纸幅的厚度。
该造纸机200还包括诸如厚浆流(stock flow)阀208以及干燥 器蒸汽流之类的机器方向致动器。例如，在网前箱204处，厚浆流阀 208控制将要制造的纸张的整体重量。
还包括在该装配线中的是测量以及获取关于在制造中的纸幅的各 种性质的数据的扫描器214。应该理解，图2中示出的特定致动器以及 扫描器仅仅是说明的目的，并且致动器和扫描器的任何设置取决于将 要制造的纸张材料。
(多个)无线CD致动器10通过由多个无线CD致动器IO形成的 无线通讯网络彼此进行通讯。在另一个实施例中，(多个)无线CD致 动器10也与扫描器214进行通讯。扫描器测量正被制造的纸张材料的 性质，并且将所测量的性质传送给监控系统。
无线通讯网络是高速的，与(多个)无线CD致动器10连接在一 起，用于网络中所有无线致动器IO之间的两路对等通讯。
图3示出根据本发明实施例的三个无线CD致动器。应该理解，图 3中示出的致动器的特定数量仅仅是说明的目的，并且可采用任何数量 的无线CD致动器10，并且该数量取决于将要制造的纸张材料。如图3 所示，存在三个无线CD致动器300, 301以及302，其中300是致动器 1, 301是致动器2，并且302是致动器3。每个致动器300-302具有与
图1所示的同样的控制结构，因此，除了无线电收发机以外，控制结
构并没有在图3中示出。在一个实施例中，对无线CD致动器300-302 进行标注，以便识别特定的致动器。典型地，每个CD致动器组由约30 到200个致动器构成。
这三个无线CD致动器300-302中的每个CD致动器将周期性地广 播控制以及功能信息或消息给其他无线CD致动器，例如301。该消息 将包括该消息的目的地、广播时间、控制参数、致动器位置或者输出 电平，以及发送致动器的状态。可选地，该消息可包括下一个控制和 状态消息的时间。
一旦接收到这个消息，每个接收无线CD致动器，例如300和302， 将存储所接收的控制参数在其存储器112中，并且其处理器部110将 基于所接收的控制信息重新计算各种运行参数。例如，无线致动器301 将采用其无线电收发机广播消息给无线致动器300和302。无线致动器 300和302将通过其自身的无线电收发机120接收该消息并且重新计算 运行参数。
每个无线致动器300-302将采用处理器部110连续监控其本身的 性能，并且如果该无线CD致动器并没有按照所指示的那样工作，那么 将广播状态警报。这种状态警报可以发送给无线通讯网络中的特定的 无线CD致动器或者一组无线致动器或者所有的无线CD致动器。
此外，每个无线致动器300-302将周期性地监控其他无线致动器 的性能。特别是，每个无线致动器300-302具有看门狗(watchdog) 定时器135或者定时装置。该看门狗定时器135设置成预定的时间。 这个预定的时间基于下一个控制和状态消息应被接收的期望时间来确 定。这个时间可从先前的控制和状态消息直接得到。可替换地，存在 可采用的默认时间。该默认时间由机器操作者来选择或者可基于机器 的灵敏度或者公差。看门狗定时器135 —接收到消息就复位。看门狗 定时器135是用于确定任何一个致动器的无线电收发器120是否出故 障的工具。
当看门狗定时器135停止时，无线致动器例如致动器301将广播 状态查询给每个其他的无线致动器300和302,其是无线致动器301 期望的接收控制和状态消息的无线致动器。如果响应未被无线致动器 301从每个其他无线致动器，即300和302接收，那么无线致动器301 将确定无线电收发机120出故障了。然后该无线致动器301将广播给 通讯网络中所有的其他无线致动器表示无线电收发机120出故障的消 息。该消息将包括广播时间、标识、以及对应于出故障的无线电收发 机的无线致动器的位置。此外，在另一实施例中，无线致动器301
还将广播该消息给外部主机。
此外，每个无线致动器300-302能补偿另一致动器的故障。例如， 如果无线致动器301出故障，那么无线致动器300和302可以补偿它 们的运行参数以解决无线致动器301的错误。特别是，无线致动器301 将广播错误消息给其相邻的无线致动器300和302。该错误消息包括广 播时间，错误性质，以及其期望的功能参数。
无线致动器300和302将通过它们的无线电收发机120从无线致 动器301接收该错误消息。基于所接收的错误消息以及错误类型，无 线致动器300和302的处理器部IIO将重新计算其自身的运行参数以 补偿该错误。例如，如果错误消息指示无线致动器301移动得比期望 的慢，那么无线致动器300和302将通过增加其速度来补偿这个错误。 此外，每个无线致动器300和302将广播消息，该消息包括其运行参 数的改变以及该改变由无线致动器301中的错误所导致。
可选地，无线致动器300和302可以发送消息给无线致动器301， 以指示无线致动器301的控制部100关断无线致动器301，直到无线致 动器301被修复为止。
如上所述，图3仅示出三个相邻的无线致动器300-302，然而，可 采用任何数量的无线CD致动器。当存在三个以上的无线致动器时，基 于优先权来路由消息。该优先权基于初始无线CD致动器10的位置。 当多个消息在致动器网络中通过多个中间无线CD致动器IO被中继(即 多路程段发送)时，该优先权变得重要。例如，对于无线电通讯信道， 在相邻无线致动器之间的直接消息可比通过多个中间无线CD致动器从 初始无线CD致动器被中继到接收无线CD致动器的消息具有更高的通 讯优先权。该优先权基于这样的事实，即，相邻的无线CD致动器10 比远处的无线CD致动器10对本地参数具有更大的影响，因此，消息 的紧急性更高。
尽管对本发明已经进行了这样的描述无线CD致动器10可以采 用无线电收发机10与其他(多个)无线CD致动器IO进行通讯，但每
个无线CD致动器IO可以与由多个无线CD致动器IO形成的对等致动 器网络外部的其他设备进行通讯也在本发明的范围内。例如，无线CD 致动器可与外部主机以及多个扫描器214进行通讯。
提供上述描述和附图的目的在于阐明并提供本发明的各个方面的 例子，而并非旨在使本发明局限于所述例子或图示。得益于上述公开， 本领域技术人员能够设想出多种修改和备选构造，尽管其与本文所公 开的例子不同，但是仍然享有本发明的权益，并落在本发明的范围内。
权利要求
1、一种智能无线横向(CD)致动器(10，10a，10b，10c，10d，300，301，302)，包括无线电收发机(120)，用于发送控制和功能信息给其他智能无线CD致动器(10，10a，10b，10c，10d，300，301，302)以及从其他智能无线CD致动器(10，10a，10b，10c，10d，300，301，302)接收控制和功能信息；控制装置(111)，用于处理所述接收的控制和功能信息，以及用于基于所述接收的控制和功能信息输出控制信号给电气或机械设备(125)；以及存储器部(112)，用于存储所述控制和功能信息，输出信号，每个所述其他智能无线CD致动器(10，10a，10b，10c，10d，300，301，302)的唯一通讯标识符，以及其自身的唯一通讯标识符，所述唯一标识符用于路由信息给至少一个其他智能无线CD致动器(10，10a，10b，10c，10d，300，301，302)，所述无线CD致动器(10，10a，10b，10c，10d，300，301，302)能与致动器网络内所有的其他智能无线CD致动器(10，10a，10b，10c，10d，300，301，302)进行通讯。
2、 权利要求1的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302 )，其中所述无线电收发机(120)能单播、多播以及 广播信息。
3、 权利要求1的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b， 10c, 10d， 300， 301， 302 )，其中所述控制和功能信息基于初始智能无线CD致 动器(IO， 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302 )的位置进^f亍路由。
4、 权利要求1的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302 )，其中所述存储器部(112)还包括致动器网络内所 有的其他智能无线CD致动器(10， 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301, 302 )，所述致动器的相应的唯一通讯标识符以及所述致动器沿着纸张 材料的相应位置的数据库。
5、 权利要求4的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302 )，还包括被设置为预定阈值的定时装置(135)，所述预定阈值基于所述智 能无线CD致动器(IO， 10a， 10b, 10c， 10d， 300， 301, 302 )期望从相邻的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b, 10c， 10d， 300, 301， 302 )接收所述控制和功能信息的时间，当所述定时装置(135)在没 有从至少一个相邻的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302 )接收所述控制和功能信息的情况下而停止时，所述智 能无线CD致动器(IO, 10a, 10b， 10c， 10d, 300， 301， 302 )将广 播状态查询给该至少一个相邻的智能无线CD致动器(10, 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302 )，并且如果未接收到对所述状态查询的响 应，那么所述智能无线CD致动器(10， 10a, 10b， 10c， 10d， 300, 301， 302 )将发送通讯错误消息给所述其他的智能无线CD致动器(10, 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302)。
6、 权利要求4的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b, 10c, 10d， 300, 301， 302 )，其中至少一个智能无线CD致动器(10, 10a， 10b， 10c， 10d, 300， 301， 302 )广播错误消息给至少一个其他智能无线CD 致动器(10， 10a， 10b， 10c， 10d， 300， 301， 302 )，所述至少一个 其他无线CD致动器(10， 10a， 10b， 10c, 10d， 300， 301， 302 )接 收该错误消息，确定错误类型，基于该错误类型重新计算其自身的运 行参数，并且补偿该错误类型，所述至少一个其他无线CD致动器(IO, 10a, 10b, 10c， 10d, 300, 301， 302 )由相对于该至少一个无线CD 致动器(IO， 10a, 10b, 10c, 10d， 300， 301， 302 )的位置来确定。
7、 权利要求6的智能无线CD致动器(10， 10a， 10b, 10c， 10d， 300， 301， 302 )，其中对于通讯信道，将给予所述错误消息比其他周 期性的控制和状态消息更高的优先权。
全文摘要
一种智能无线横向(CD)致动器，包括无线电收发机，控制器以及存储器部。该无线电收发机用于发射控制和功能信息给其他智能无线CD致动器并从其他智能无线CD致动器接收控制和功能信息。该控制器用于处理所接收的控制和功能信息，并基于所接收的控制和功能信息输出控制信号给电气或机械设备。将控制和功能信息，输出信号，每个其他智能无线CD致动器的唯一通讯标识符，以及其自身的唯一标识符存储在存储器部中。每个致动器被分配唯一标识。该唯一标识符用于来往于其他智能无线CD致动器路由信息。每个无线CD致动器能与致动器网络内的所有其他智能无线CD致动器进行通讯。
文档编号G05B19/418GK101395549SQ200680053605
公开日2009年3月25日 申请日期2006年12月18日 优先权日2005年12月30日
发明者G·伯马 申请人:霍尼韦尔阿斯卡公司