JP2002302312A - 巻取制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動装置の容量の増大を抑えつつ運転サイク
ルタイムの増長を最小限に留める。 【解決手段】 運転中に加減速分トルクと張力分トルク
とを加算器１１１で加算することにより、駆動装置に回
転速度に応じて要求される負荷トルクτ_Ｍを算出し、巻
戻駆動可能トルク演算回路１１３で駆動装置の回転速度
に対応した駆動可能トルクを演算する。巻戻トルク裕度
演算部１１２で巻戻駆動負荷トルクτ_Ｍと巻戻駆動可能
トルクτ_Ｄとを比較してトルク裕度を算出し、変速率裕
度演算回路１１４でトルク裕度に応じて巻戻駆動負荷ト
ルクτ_Ｍが常に巻戻駆動可能トルクτ_Ｄを超えないよう
に速度変化率を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻取装置の巻取動
作を制御する巻取制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、紙の巻取装置の構成を示す図で
ある。巻取ロール２に巻かれた紙を所定の張力Ｔを保ち
ながら巻戻ロール１に巻き戻して必要な処理を施し、再
度巻取ロール２に巻き取るようになっている。巻取ロー
ル２は、その表面がリアドラム４、フロントドラム５、
ライダーロール６のそれぞれの表面に押し当てられてお
り、リアドラム４、フロントドラム５、ライダーロール
６がそれぞれ駆動することによって、その駆動力が表面
に伝達されて回転するようになっている。

【０００３】巻戻ロール１の巻戻軸３には巻戻電動機７
により駆動力が伝達され、巻戻電動機７は駆動相違１１
によって駆動される。また、リアドラム４の軸にはリア
ドラム電動機８により駆動力が伝達され、リアドラム電
動機７は駆動装置１２によって駆動される。フロントド
ラム９の軸にはフロントドラム電動機９により駆動力が
伝達され、フロントドラム電動機９は駆動装置１３によ
って駆動される。

【０００４】巻取ロール２により紙を巻き取る場合、巻
き取りをしていくにしたがって巻戻ロール１の巻戻径ｄ
が減少する。紙の張力Ｔおよび巻取速度ｖ（走行速度）
を一定とすれば、巻戻径ｄの減少に伴い、巻戻ロール１
の回転速度が速くなり、駆動装置１１に要求される負荷
トルクは小さくなる。

【０００５】図７は、紙の巻取装置の従来の運転パター
ンの一例を示す図である。紙の巻取装置では、一般に１
本の巻戻ロール１から複数の製品使用寸法のロールを巻
き取るため、同図の最上段に示す巻取速度ｖの運転パタ
ーンのように、加速、一定速、減速を繰り返す運転とし
ている。ここで、ｍ本目のロールを巻き取る運転サイク
ルを”ｍ卸（ｍ おろし）”と呼ぶことにする。また、
規格長さの巻取ロールとするために、巻取速度ｖの時間
積分が設定値となるように巻取速度パターンを制御して
いる。この制御を”定尺制御”と呼ぶことにする。

【０００６】図７には、巻取速度ｖの下段に、巻取速度
パターンを各卸で同一とした場合の巻戻ロール１の巻戻
径ｄ、巻戻回転速度ｎ、負荷が駆動装置１１に要求する
巻戻負荷トルクτ_Ｍ、駆動装置１１の巻戻駆動可能トル
クτ_Ｄの変化をそれぞれ示している。同図に示すよう
に、巻戻径ｄの減少に伴い、巻戻回転速度ｎは速くな
り、巻戻負荷トルクτ_Ｍ（の絶対値）は卸毎に小さくな
っていく。

【０００７】巻戻負荷トルクτ_Ｍは、巻戻径ｄが最大の
ときの減速中、すなわち１卸における減速中で最大とな
る。これは、同一張力の条件下では、トルクが巻戻径に
比例することと（式（１）参照）、減速分のトルクが巻
戻径の４乗比例の慣性モーメントに比例すること（式
（２）参照）、かつ両者が同一方向に作用することによ
るためである。

【０００８】τ＝Ｔ×ｄ／２ …（１） ここに、τ：トルク［N・m］、Ｔ：張力［N］、ｄ：紙ロ
ール外径（直径）［m］である。

【０００９】 Ｊ＝（１／３２）×π×Ｌ×ρ×（ｄ^４−Ｄ_Ｓ ^４） …（２） ここに、Ｊ：紙ロールの慣性モーメント［kg・m^２］、
π：円周率、Ｌ：紙幅［m］、ρ：紙密度［kg/m^３］、
ｄ： 紙ロール外径（直径）［m］、Ｄ_Ｓ：紙ロール内径
（直径）［m]である。

【００１０】駆動装置１１の巻戻駆動可能トルクτ
_Ｄは、交流電動機をインバータで駆動する場合、以下に
説明するように低速回転域で大きく低減される特性であ
る。

【００１１】図８は、駆動装置１１の回路構成の一例を
示す図である。同図の駆動装置１１は、直流電源２０を
６アームの半導体スイッチ２１ａ〜２１ｆから成るイン
バータで交流可変電圧・可変周波電源に変換し、交流電
動機である巻戻電動機７を可変速駆動するようになって
いる。

【００１２】このようなインバータを用いた駆動装置１
１において直流に近い低周波出力をする場合は、６アー
ムの半導体スイッチのうち、主に２アームのみがスイッ
チング動作を行うので、発熱・温度上昇がこの２アーム
に集中してしまう。このため、駆動装置１１の許容通電
電流は、図９に示すように０［Ｈz］（＝直流）を中心
とする低周波域、すなわち低速回転域で低減せざるを得
ない。なお、同図において、縦軸上のＩ_ＯＬは短時間過
負荷許容電流、Ｉ_Ｎは連続定格電流、Ｉ_ＬＦは低周波許
容電流であり、横軸上のＦ_１は電流低周波数、Ｆ_２は電
流低域開始周波数である。

【００１３】広くインバータ駆動に使用されている誘導
電動機においても、電流の大きい領域では１次電流とト
ルクとがほぼ比例関係となるので、許容通電電流と同様
に駆動可能トルクも低速回転域で低減が必要となる。

【００１４】実際の運転では、図７に示すように駆動装
置１１の巻戻駆動可能トルクτ_Ｄ（の絶対値）が、低速
回転域では低減能力値τ_ＤＬＦにまで低減されることと
なる。この点を踏まえた上で、全ての運転域で（巻戻駆
動可能トルクτ_Ｄ）≧（巻戻負荷トルクτ_Ｍ）となるよ
うな容量を備えた駆動装置を適用する必要がある。な
お、巻戻駆動可能トルクτ_Ｄおよび巻戻負荷トルクτ_Ｍ
はそれぞれ絶対値で比較するものとする。

【００１５】図１０は、巻戻径変化による巻戻回転速度
と巻戻トルクとの関係を補足説明するための図である。
ここで、巻取運転中の基底回転速度Ｎ_Ｂ〜最高回転速度
Ｎ_Ｔの範囲では、トルク特性は、過負荷定格トルクτ
_ＭＯＬに示すように一般に定出力特性となる（トルクは
逓減特性となる）。これは、前述した式（１）の関係を
有効に利用するためである。

【００１６】巻戻負荷トルクτ_Ｍの内訳は、機械損失ト
ルクを省略すると加減速分トルクτ _ｄ（減速分トルク又
は加速分トルク）と張力分トルクτ_Ｔとの代数和とな
る。張力分トルクτ_Ｔが径比例となるのに対して、加減
速分トルクτ_ｄは径の４乗比例となるため、図示のよう
に、巻戻負荷トルクτ_Ｍは、トルク低減特性以上に低速
回転域で大きな負荷トルクを要求する特性となる。同図
は、巻戻径ｄが所定値ｄ1〜最小値Ｄ_Ｓの範囲では必要
なトルクを満足しているが、最大値ｄmax〜ｄ1の範囲で
はトルク不足となっている例であり、この状態では運転
に不都合が生じてしまう。

【００１７】このため、駆動装置１１では、過負荷定格
トルクτ_ＭＯＬを全運転域で巻戻負荷トルクτ_Ｍ以上と
する必要があり、かつ低速回転域での低減能力値τ
_ＤＬＦを考慮して巻戻駆動可能トルクτ_Ｄに十分大きな
容量を適用する必要があった。以上により、一定巻取速
度パターンで運転した場合について説明した。

【００１８】図１１は、紙の巻取装置の従来の別の運転
パターンの一例を示す図である。図７と対比して分かる
ように、巻戻径ｄの大きな範囲（１卸、２卸）での減速
時間を長く、すなわち速度変化率を低減するように設定
しておき、巻戻負荷トルクτ _Ｍのピーク値を低減してい
る。この巻戻径ｄに応じた減速時間の設定例を図１２に
示す。駆動トルク不足となる巻戻径ｄmax〜ｄ1の範囲で
減速時間を長くする設定とし、トルク不足を回避してい
る。なお、前述したように、加減速分トルクτ _ｄは巻戻
径変化の４乗比例となるため、巻戻径ｄの減少に伴い減
速時間は短縮可能である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の技術においては、次のような問題があった。

【００２０】（１）各運転サイクルで減速時間を一定と
した場合 図７に示したように、巻戻径ｄが大きい範囲（１卸）の
低速回転域での巻戻負荷トルクτ_Ｍのピーク値が大きい
ため、この低速回転域でも駆動可能トルクτ_Ｄが巻戻負
荷トルクτ_Ｍのピーク値以上となるような容量を備えた
駆動装置を選定しなければならず、駆動装置外形が大き
くなると共に高価なシステムとならざるを得なかった。

【００２１】（２）巻戻径ｄに応じて減速時間を調整す
る場合 図１１に示したように、巻戻径ｄが大きい範囲では減速
時間を長く設定しておくことで、減速時の巻戻負荷トル
クτ_Ｍのピーク値を平準化し、上記（１）に比較して駆
動装置の容量を低減することができる。しかし、減速時
間を予め長く設定しておくことは、運転サイクル時間の
増大を招き、操業率を著しく低下させてしまう欠点があ
った。

【００２２】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、低速回転域でのトルク低
減特性がある場合であっても、駆動装置の容量の増大を
低減し、かつ運転サイクル時間の増長を最小限に留める
ことのできる巻取制御装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明に係る巻取制御装置は、円柱
状に巻かれた材料を駆動装置によって所定の張力を保ち
ながら巻き戻したあと再度巻き取る巻取装置の巻取動作
を制御する巻取制御装置において、駆動装置に要求され
る負荷トルクおよび駆動装置の駆動可能トルクを演算す
る演算手段と、負荷トルクおよび駆動可能トルクに基づ
いて速度変化率を設定する設定手段と、を有することを
特徴とする。

【００２４】本発明にあっては、運転設定および運転パ
ターンに応じて駆動装置に要求される負荷トルク、およ
び駆動装置の回転速度に対応した駆動可能トルクを演算
し、負荷トルクおよび駆動可能トルクに基づいて速度変
化率を設定するようにしたことで、回転速度に応じて加
速、減速時の速度変化率が可変制御されるので、最も効
率的な運転パターンが与えられ、最適な運転を実現でき
るようにしている。

【００２５】請求項２記載の本発明に係る巻取制御装置
は、円柱状に巻かれた材料を駆動装置によって所定の張
力を保ちながら巻き戻したあと再度巻き取る巻取装置の
巻取動作を制御する巻取制御装置において、材料の回転
速度を検出する検出手段と、材料径を演算する径演算手
段と、材料の慣性モーメントを演算する慣性モーメント
演算手段と、この慣性モーメントおよび設定された速度
変化率に基づいて加減速分トルクを演算する加減速分ト
ルク演算手段と、加減速分トルクと張力分トルクとを加
算することにより駆動装置の負荷トルクを算出する負荷
トルク算出手段と、回転速度に対する駆動装置のトルク
特性を予め記憶しておくトルク特性記憶手段と、前記検
出手段により検出された回転速度およびこのトルク特性
に基づいて駆動装置の駆動可能トルクを演算する駆動可
能トルク演算手段と、前記負荷トルク算出手段により算
出された負荷トルクと前記駆動可能トルク演算手段によ
り演算された駆動可能トルクと比較し、負荷トルクが駆
動可能トルクを超えないように速度変化率を設定する速
度変化率設定手段と、を有することを特徴とする。

【００２６】本発明にあっては、負荷トルクと駆動可能
トルクとを比較し、このときのトルク裕度に応じて速度
変化率を設定するようにしたことで、最適な運転が実現
できるようにしている。

【００２７】請求項３記載の本発明に係る巻取制御装置
は、請求項２記載の巻取制御装置において、負荷トルク
と駆動可能トルクとを比較したときのトルク裕度を、負
荷トルクおよび駆動可能トルクを変数として予め演算し
記憶しておくトルク裕度記憶手段を有し、前記速度変化
率設定手段は、前記負荷トルク算出手段により算出され
た負荷トルクの現在値、前記駆動可能トルク演算手段に
より演算された駆動可能トルクの現在値、前記トルク裕
度記憶手段に記憶されたトルク裕度に基づいて速度変化
率を算出することを特徴とする。

【００２８】本発明にあっては、負荷トルクおよび駆動
可能トルクを変数としてトルク裕度を予め演算し記憶し
ておき、負荷トルクおよび駆動可能トルクのそれぞれの
現在値と、記憶されたトルク裕度とに基づいて速度変化
率を算出するようにしたことで、より簡単な構成で最適
な運転を実現することができる。

【００２９】請求項４記載の本発明に係る巻取制御装置
は、請求項３記載の巻取制御装置において、前記負荷ト
ルクのリアルタイムの変数として材料の慣性モーメント
を用い、前記駆動可能トルクのリアルタイムの変数とし
て材料の回転速度を用いることを特徴とする。

【００３０】請求項５記載の本発明に係る巻取制御装置
は、請求項３記載の巻取制御装置において、前記負荷ト
ルクのリアルタイムの変数として材料径を用い、前記駆
動可能トルクのリアルタイムの変数として材料の回転速
度を用いることを特徴とする。

【００３１】請求項６記載の巻取制御装置は、請求項２
又は３記載の巻取制御装置において、負荷トルクが駆動
可能トルクを超えないように設定したときの材料の回転
速度および材料径と速度変化率との対応関係を予め演算
し記憶しておく対応関係記憶手段を有し、前記速度変化
率設定手段は、前記検出手段により検出された回転速
度、前記径演算手段により演算された材料径、前記対応
関係記憶手段により記憶された対応関係に基づいて速度
変化率を得ることを特徴とする。

【００３２】本発明にあっては、材料の回転速度および
材料径と速度変化率との対応関係を予め演算し記憶して
おき、材料の回転速度および材料径のそれぞれの現在値
と、この対応関係とに基づいて速度変化率が直ちに得ら
れるようにしたことで、さらに簡単な構成で最適な運転
を実現することができる。

【００３３】請求項７記載の本発明に係る巻取制御装置
は、請求項６記載の巻取制御装置において、前記対応関
係記憶手段は、巻取開始時に、そのときの張力設定値に
応じて前記対応関係を演算し記憶することを特徴とす
る。

【００３４】本発明にあっては、巻取開始時に、そのと
きの張力設定値に応じて回転速度および材料径と速度変
化率との対応関係を演算し記憶するようにしたことで、
より高い精度で速度変化率を求めることができ、最適な
運転を実現することができる。

【００３５】請求項８記載の巻取制御装置は、請求項２
乃至７のいずれかに記載の巻取制御装置において、前記
負荷トルク算出手段は、加減速トルクと張力分トルクと
機械損失トルクとを加算することにより負荷トルクを算
出することを特徴とする。

【００３６】本発明にあっては、負荷トルクを演算する
要素として機械損失トルク（メカニカルロストルク）も
加えることにより、さらに高い精度で速度変化率を求め
ることができ、最適な運転を実現することができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００３８】［第１の実施の形態］図１は、一実施の形
態における巻取制御装置の構成を示すブロック図であ
る。同図の巻取制御装置は、図６に示した巻取装置の巻
取動作を制御するために用いられるものである。

【００３９】巻戻回転速度検出器１０１は、巻戻ロール
１を回転させる巻戻軸３へ動力を伝える駆動軸の回転速
度を検出することによって巻戻ロール１の回転速度を検
出する。

【００４０】巻取回転速度検出器１０２は、巻取ロール
２を回転させるリアドラム４やフロントドラム５へ動力
を伝える駆動軸の回転速度を検出することによって、巻
取ロール２の回転速度を検出する。

【００４１】巻戻径演算回路１０５は、巻戻回転速度検
出器１０１の出力信号と巻取回転速度検出器１０２の出
力信号とを比較し、既知の巻取軸３の直径Ｄ_Ｓに基づい
て巻戻ロール１の巻戻径ｄを演算する。

【００４２】巻戻慣性モーメント演算回路１０６は、巻
戻径ｄを用いて式（２）に基づき、巻戻ロール１の巻戻
慣性モーメントを演算する。

【００４３】加減速トルク演算回路１０７は、巻戻慣性
モーメントと加速率／減速率から加減速分トルク（加速
分トルク又は減速分トルク）τ_ｄを演算する。

【００４４】張力設定器（ＴＲＨ）１０８は、紙の張力
Ｔを設定するためのものであり、張力分トルク演算回路
１０９は、この設定された張力Ｔおよび巻戻径ｄから張
力分トルクτ_Ｔを演算する。

【００４５】加算器１１１は、加減速分トルクτ_ｄと張
力分トルクτ_Ｔとを加算することにより巻戻負荷トルク
τ_Ｍを算出する。この巻戻負荷トルクτ_Ｍは、運転設定
および運転パターンに応じて要求される負荷トルクであ
る。

【００４６】巻戻駆動可能トルク演算回路１１３は、駆
動装置１１のトルク特性が既知であることから予めこれ
を記憶しておき、このトルク特性と巻戻回転速度検出器
１０１の出力信号とに基づき、巻戻回転速度に対応した
巻戻駆動可能トルクτ_Ｄを演算する。

【００４７】巻戻トルク裕度演算回路１１２は、加算器
１１１によって算出された巻戻負荷トルクτ_Ｍ と巻戻
駆動可能トルク演算回路１１３によって演算された巻戻
駆動可能トルクτ_Ｄとを比較することにより、巻戻回転
速度に対応したトルクの余裕（トルク裕度）を演算す
る。

【００４８】変速率裕度演算回路１１４は、トルク裕度
に応じた適切な速度変化率（加速率又は減速率）を演算
し、この演算結果に基づく速度変化率変更指令Ｒ_ｃｈを
速度基準演算回路１０４へ出力する。速度変化率の演算
は、トルク裕度が少ない場合には、巻戻負荷トルクτ_Ｍ
のピーク値が低減するように減速率を定め、トルク裕度
が大きい場合には、巻戻負荷トルクτ_Ｍのピーク値が増
大するように加速率を定める。

【００４９】速度基準演算回路（ＭＲＨ）１０４は、速
度変化率変更指令Ｒ_ｃｈによる加速率（ＡＣＣ）又は減
速率（ＤＥＣ）を加減速トルク演算回路１０７に出力す
るとともに、この加速率又は減速率に基づいて巻取速度
の設定変更を行い、定尺制御回路１０３へ出力する。

【００５０】定尺制御回路１０３は、設定した巻取長さ
を得るための制御回路であり、速度基準演算回路１０４
により設定変更された巻取速度に従って速度制御を行
う。すなわち、全回転速域において（巻戻駆動負荷トル
クτ_Ｍ）＜（巻戻駆動可能トルクτ_Ｄ）の関係が確保さ
れるように制御する。

【００５１】次に、本巻取制御装置における代表的な動
作について図２を用いて説明する。同図は、巻取速度
（紙の走行速度）が略台形状のパターンで、巻戻径ｄが
大きい場合（１卸、２卸）の巻戻回転速度ｎおよび巻戻
トルクτの運転パターンを示す図である。

【００５２】先に説明したように、巻戻駆動可能トルク
τ_Ｄは、低速回転域で大幅な低減が必要な特性であり、
巻戻負荷トルクτ_Ｍは、巻戻径ｄに比例し、加速中や一
定速中に比べて減速中に大きくなる特性である。

【００５３】ここで、問題となるのは図中のＡ１部、Ａ
２部に示す低速回転域での減速期間である。本巻取制御
装置では、このような低速回転域においても減速時間の
長大化を最小限に抑えつつ（巻戻駆動負荷トルクτ_Ｍ）
＜（巻戻駆動可能トルクτ_Ｄ）となるように減速率が設
定、すなわち減速時間が長くなるように設定される。

【００５４】同図のＡ１部では、高速回転域ｔ_ｄ１にお
ける減速率に対して、低速回転域ｔ _ｄ２における減速率
が低く設定されたときの状態を示す。これにより、低速
回転域ｔ_ｄ２での減速時間が最小限の必要分だけ長くな
り、巻戻駆動負荷トルクτ_Ｍのピーク値が巻戻駆動可能
トルクτ_Ｄを超えない値まで低下するようになる。

【００５５】したがって、本実施の形態によれば、運転
中に巻戻駆動負荷トルクτ_Ｍおよび巻戻駆動可能トルク
τ_Ｄを演算し、巻戻駆動負荷トルクτ_Ｍが巻戻駆動可能
トルクτ_Ｄを超えないように速度変化率を設定するよう
にしたことで、回転速度に応じて加速、減速時の速度変
化率が可変制御されるので、最も効率的な運転パターン
が与えられ最適な運転を実現でき、もって駆動装置の容
量の増大を抑えつつ運転サイクルタイムの増長を最小限
にとどめることができる。また、これにより、駆動装置
の定格容量を大幅に低減することができる。

【００５６】［第２の実施の形態］第２の実施の形態の
特徴としては、巻戻負荷トルクτ_Ｍおよび巻戻駆動可能
トルクτ_Ｄをリアルタイムの変数とし、張力を既知とし
たときの駆動装置のトルク裕度、あるいは設定すべき速
度変化率を予め演算し記憶しておき、運転時には変数を
与えることによって直ちにトルク裕度や速度変化率が得
られるようにしたことにある。なお、本実施形態におけ
る巻取制御装置の基本的な構成は図１と同様であり、ま
た運転パターンも図２と同様であるので、これらの説明
については省略する。

【００５７】先に説明したように、巻戻負荷トルクτ_Ｍ
は巻取慣性モーメントを用いて演算されるので、巻戻負
荷トルクτ_Ｍのリアルタイムの変数として慣性モーメン
トを用いることができる。また、慣性モーメントは巻戻
径ｄを用いて演算されるので、巻戻負荷トルクτ_Ｍのリ
アルタイムの変数として巻戻径ｄを用いることもでき
る。一方、駆動可能トルクτ_Ｄのリアルタイムの変数と
しては巻戻回転速度ｎを用いることができる。

【００５８】また、張力を仕様上の最大値で見込むこと
とし、巻戻負荷トルクτ_Ｍが駆動可能トルクτ_Ｄを超え
ないように設定され、巻戻径ｄおよび巻戻回転速度ｎが
与えられたときの設定すべき速度変化率をオフラインで
予め演算し、巻戻径ｄおよび巻戻回転速度ｎと速度変化
率との対応関係を記憶しておくようにすることもでき
る。この場合、運転中は巻戻径ｄおよび巻戻回転速度ｎ
を変数とし上記対応関係に基づいて速度変化率を直ちに
得ることができる。

【００５９】この動作設定例を図３に示す。同図は、巻
戻径ｄおよび巻戻回転速度ｎと減速時間との対応関係を
示すグラフである。同図では、縦軸に減速時間ｔ_ｄを用
いて速度変化率が間接的に得られるようにしている。減
速時間ｔ_ｄは巻戻径ｄおよび巻戻回転速度ｎを変数とし
た関数曲面Ｓ_Ｒとなる。

【００６０】なお、減速時間ｔ_ｄの軸上のｔ_ｄ'近辺は
低速回転域、ｔ_ｄ"近辺は高速回転域である。巻戻径ｄ
の軸上のＤ_ｓは巻戻軸径、ｄ_１は速度変化率が大幅に変
化するときの境界値、ｄ_ｍａｘは巻戻径最大値である。

【００６１】したがって、本実施の形態によれば、巻取
制御装置を非常に簡易な構成で実現することができる。

【００６２】また、運転開始にあたり、その時の張力設
定値に応じて適切な速度変化率を自動計算し、速度基準
演算（ＭＲＨ）回路１０４を制御するようにすれば、よ
り精度の高い速度変化率の制御が可能となる。

【００６３】［第３の実施の形態］図４は、本実施の形
態における巻取制御装置の構成を示すブロック図であ
る。本実施の形態では、上記各実施の形態に対して、機
械損失トルク（メカロストルク）を考慮している点が異
なる。

【００６４】同図では、図１に対して機械損失トルク設
定器１１０を新たに設け、加算器１１５で機械損失トル
クと加減速分トルクと張力分トルクとを加算することに
より、巻戻負荷トルクτ_Ｍを得るようにしている。これ
により、さらに精度の高い速度変化率を算出することが
できる。

【００６５】［他の実施の形態への適用］以上、第１、
第２、第３の実施の形態について説明したが、全ての実
施の形態に共通して巻戻回転速度ｎの代わりに巻取速度
Ｖを使用して簡易化することが可能である。この場合
は、巻戻径大のときの巻戻回転速度ｎと巻取速度Ｖを対
応させて速度変化率変更点を設定すればよい。巻戻径ｄ
が小さくなるにしたがって速度変化率低減範囲が必要以
上に若干長くなり、運転サイクルタイムもやや伸びる。
しかし、実用上はこの方法でも従来技術に対して大きな
効果が得られる。

【００６６】上記各実施の形態においては、一例として
紙の巻取装置を用いた場合について説明したが、その他
の、例えば鉄コイルの巻取装置でも同様に本発明の適用
が可能である。図５は、調質圧延装置の機械構成の一例
を示す図である。同図は、圧延ロール５３，５４を速度
マスターとした速度制御であり、巻戻機は電動機５７に
より制動方向のトルクを発生させながら、巻取機は電動
機５８により引張方向のトルクを発生させながらそれぞ
れ張力（トルク）制御で運転される。

【００６７】巻戻機に対しては巻戻径が大の範囲での減
速停止直前の低速域で本手法の適用が有効であり、巻取
機に対しては巻取径が大の範囲での加速開始の低速域で
本手法の適用が有効であり、駆動装置の定格容量を大幅
に低減することができる。

【００６８】上記各実施の形態においては、速度変化率
をトルク裕度に応じて変化させるものとして説明した
が、速度変曲点での張力変動を抑制するために速度変化
率が略一定となるような速度基準の"丸め付け"を行うこ
ととし、この丸めを大きく設定することにより、低速回
転域で要求される負荷トルクが低減され同様の効果を得
ることができる。丸め付けによる場合において、運転サ
イクルタイムへの影響を低減するには、巻戻機であれば
減速時の低速回転域のみの丸め付けを大きく、巻取機で
あれば加速時の低速回転域のみの丸め付けを大きく設定
すればよい。

【００６９】上記各実施の形態においては、交流電動機
を駆動する駆動装置にインバータを用いた場合を一例と
して説明したが、インバータに限られるものではない。
回転速度によりトルク特性が変化する駆動装置を用いた
場合には、上記と同様に速度変化率を回転速度に応じて
設定することにより、駆動装置の容量を最適化した運転
制御を実現することができる。

【００７０】例えば、直流他励電動機をレオナード装置
で駆動する場合、定出力範囲（界磁制御範囲）が広くな
ると、界磁を弱めるにしたがって電機子反作用により整
流状態が悪化する方向となり、電機子電流を制限する必
要が生じる場合がある。このような場合、界磁弱め量が
大きい、すなわち回転速度が高い領域で速度変化率を低
減することで、駆動装置の容量の最適化を図ることがで
きる。

【００７１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る巻
取制御装置によれば、駆動装置の負荷トルクおよび駆動
可能トルクを演算し、負荷トルクおよび駆動可能トルク
に基づいて速度変化率を設定するようにしたことで、回
転速度に応じて加速、減速時の速度変化率が可変制御さ
れるので、最も効率的な運転パターンが与えられ最適な
運転を実現でき、もって駆動装置の容量の増大を抑えつ
つ運転サイクルタイムの増長を最小限にとどめることが
できる。また、これにより、駆動装置の定格容量を大幅
に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における巻取制御装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】巻戻回転速度および巻戻トルクの運転パターン
を示す図である。

【図３】巻戻径および巻戻回転速度を変数とした減速時
間の関数曲面を示す図である。

【図４】第３の実施の形態における巻取制御装置の構成
を示すブロック図である。

【図５】調質圧延装置の機械構成の一例を示す図であ
る。

【図６】紙の巻取装置の構成を示す図である。

【図７】紙の巻取装置の従来の運転パターンの一例を示
す図である。

【図８】巻戻電動機を駆動する駆動装置の回路構成の一
例を示す図である。

【図９】駆動装置の許容通電電流の周波数特性を示す図
である。

【図１０】巻戻径変化による巻戻回転速度と巻戻トルク
との関係を補足説明するための図である。

【図１１】紙の巻取装置の従来の別の運転パターンの一
例を示す図である。

【図１２】巻戻径に応じた減速時間の設定例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 巻戻ロール ２ 巻取ロール ３ 巻戻軸 ４ リアドラム ５ フロントドラム ６ ライダーロール ７ 巻戻電動機 ８ リアドラム電動機 ９ フロントドラム電動機 １１，１２，１３ 駆動装置 ２０ 直流電源 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 半導体スイッチ ２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ 半導体スイッチ １０１ 巻戻回転速度検出器 １０２ 巻取回転速度検出器 １０３ 定尺制御回路 １０４ 速度基準演算回路 １０５ 巻戻径演算回路 １０６ 巻戻慣性モーメント演算回路 １０７ 加減速トルク演算回路 １０８ 張力設定器 １０９ 張力分トルク演算回路 １１０ 機械損失トルク設定器 １１１ 加算器 １１２ 巻戻トルク裕度演算回路 １１３ 巻戻駆動可能トルク演算回路 １１４ 変速率裕度演算回路 １１５ 加算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 理之 東京都港区三田３−13−16 東芝ジーイ ー・オートメーションシステムズ株式会社 内 (72)発明者 飯塚 伸行 東京都港区三田３−13−16 東芝ジーイ ー・オートメーションシステムズ株式会社 内 Ｆターム(参考） 3F105 AA01 AB15 BA02 BA08 BA22 CA02 CA06 CA13 CB02 CC01 CC02 CC03 CC04 CC08 DA05 DA12 DA15 DA17 DA23 DA45 DB05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状に巻かれた材料を駆動装置によっ
   て所定の張力を保ちながら巻き戻したあと再度巻き取る
   巻取装置の巻取動作を制御する巻取制御装置において、 駆動装置に要求される負荷トルクおよび駆動装置の駆動
   可能トルクを演算する演算手段と、 負荷トルクおよび駆動可能トルクに基づいて速度変化率
   を設定する設定手段と、 を有することを特徴とする巻取制御装置。
2. 【請求項２】 円柱状に巻かれた材料を駆動装置によっ
   て所定の張力を保ちながら巻き戻したあと再度巻き取る
   巻取装置の巻取動作を制御する巻取制御装置において、 材料の回転速度を検出する検出手段と、 材料径を演算する径演算手段と、 材料の慣性モーメントを演算する慣性モーメント演算手
   段と、 この慣性モーメントおよび設定された速度変化率に基づ
   いて加減速分トルクを演算する加減速分トルク演算手段
   と、 加減速分トルクと張力分トルクとを加算することにより
   駆動装置の負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段
   と、 回転速度に対する駆動装置のトルク特性を予め記憶して
   おくトルク特性記憶手段と、 前記検出手段により検出された回転速度およびこのトル
   ク特性に基づいて駆動装置の駆動可能トルクを演算する
   駆動可能トルク演算手段と、 前記負荷トルク算出手段により算出された負荷トルクと
   前記駆動可能トルク演算手段により演算された駆動可能
   トルクと比較し、負荷トルクが駆動可能トルクを超えな
   いように速度変化率を設定する速度変化率設定手段と、 を有することを特徴とする巻取制御装置。
3. 【請求項３】 負荷トルクと駆動可能トルクとを比較し
   たときのトルク裕度を、負荷トルクおよび駆動可能トル
   クを変数として予め演算し記憶しておくトルク裕度記憶
   手段を有し、 前記速度変化率設定手段は、前記負荷トルク算出手段に
   より算出された負荷トルクの現在値、前記駆動可能トル
   ク演算手段により演算された駆動可能トルクの現在値、
   前記トルク裕度記憶手段に記憶されたトルク裕度に基づ
   いて速度変化率を算出することを特徴とする請求項２記
   載の巻取制御装置。
4. 【請求項４】 前記負荷トルクのリアルタイムの変数と
   して材料の慣性モーメントを用い、前記駆動可能トルク
   のリアルタイムの変数として材料の回転速度を用いるこ
   とを特徴とする請求項３記載の巻取制御装置。
5. 【請求項５】 前記負荷トルクのリアルタイムの変数と
   して材料径を用い、前記駆動可能トルクのリアルタイム
   の変数として材料の回転速度を用いることを特徴とする
   請求項３記載の巻取制御装置。
6. 【請求項６】 負荷トルクが駆動可能トルクを超えない
   ように設定したときの材料の回転速度および材料径と速
   度変化率との対応関係を予め演算し記憶しておく対応関
   係記憶手段を有し、 前記速度変化率設定手段は、前記検出手段により検出さ
   れた回転速度、前記径演算手段により演算された材料
   径、前記対応関係記憶手段により記憶された対応関係に
   基づいて速度変化率を得ることを特徴とする請求項２乃
   至５のいずれかに記載の巻取制御装置。
7. 【請求項７】 前記対応関係記憶手段は、巻取開始時
   に、そのときの張力設定値に応じて前記対応関係を演算
   し記憶することを特徴とする請求項６記載の巻取制御装
   置。
8. 【請求項８】 前記負荷トルク算出手段は、加減速トル
   クと張力分トルクと機械損失トルクとを加算することに
   より負荷トルクを算出することを特徴とする請求項２乃
   至７のいずれかに記載の巻取制御装置。