[发明专利]同步的无线网络互联系统

说明书

技术领域

本发明涉及片材(sheet)制造工艺，以及更具体地，涉及从在此类工艺中使用的扫描仪上安装的传感器获取信息。

背景技术

在片材工艺中部署扫描测量，以便感测多个纸幅特性文件(webprofile)属性，诸如基本重量、湿度、厚度(caliper)、颜色以及涂层重量。在工艺中可以安装有一个或者多个扫描仪，以便在不同位置处测量纸幅，例如在造纸机中进行涂敷之前或者之后。每个扫描仪可以具有单侧或者双侧的测量头部。在美国专利No.5,479,720以及No.5,343,296中描述了对片材工艺进行的扫描测量的应用示例。

图1示意性地示出了在扁平片材工业(例如，造纸)中典型使用的扫描仪10。扫描仪10包括移动传感器头部12，其横跨过传感器头部12之间的纸幅24。每当头部12跨过纸幅24扫描时，则生成特性文件(profile)。现代造纸机或者转换设备提高的片材速度需要较高的扫描速度。例如，可能需要1m/sec的扫描速度，其中从纸幅24的一边至另一边的行进时间小于10秒。这对应于每年超过3百万的扫描周期。在扫描仪中移动部件的故障将导致昂贵的机器停止运行并且需要紧急修理。这对移动部件的长使用寿命提出了非常高的要求。

为了向移动头部12供给电力、信号、通信以及空气/水流体物质(utilities)，在扫描仪10内部通常利用弯曲电缆轨道14。图2示出了移动头部12以及弯曲电缆轨道14的工作细节。在电缆轨道14内部，可以存在各种管和电缆，诸如用于供给空气/水液体物质的挠曲管16；供电电缆、信号和通信电缆。信号电缆比电力电缆的构造更轻，由此相对于电力电缆来说，更倾向于出现疲劳故障或者外皮损坏。此外，作为设计选项，电力分配可以使用具有滑动接触汇流条(bus bar)的电气化轨道，来代替弯曲电缆。利用具有挤压共聚合物编织设计的柔性液体线路，其在挠曲模式中具有良好的长期可靠性。

已经提出了在扫描仪弯曲电缆中的多种数字通信方法，例如在US 6,071,382中所述。数字通信电缆还必须与模拟信号电缆弯曲相同数量的圈数。

基于流行标准协议的分布式远程无线数据采集已经涉及了制造领域，并且由此出现可以提供一种信号电缆的备选，但是这尚未在扫描应用中使用。将此类已知分布式远程无线数据采集应用于片材扫描仪的一个难点在于，扫描仪中的单位传感器数据率较高。由此，在扫描仪中使用这一技术将对已经密集的实时数据负载增加通信开销。用于扫描设施的数据率可以是来自每个传感器的每秒数千采样，并且该速率大大快于在传统工业传感器中的数据率。

将此类分布式远程无线数据采集应用于片材扫描仪的另一难点在于，需要在节点之间精确地定时同步。不同时钟在分布式系统中必须准确地同步，以便避免在不同节点之间的数据定时错误匹配。例如，传感器信号与头部位置信号之间的关系必须良好地定时，以便生成片材属性的准确的高度分辨率特性文件。由此，出于上文给出的原因，可以用于标准工业自动化的此类无线网络同步解决方案并不适用于扫描设施。

一种不同于上文所述的方案是，使用由节点共享的线来用于硬件时钟同步。在诸如造纸工业工艺中，使用针对这一任务的专用单独线是不切实际的。然而，用于硬件时钟同步的线可以是工厂内共享的AC电力线路。使用电力线路频率进行同步的每种已知方法都需要特定通信系统，并且不适用于当今最为广泛接受的高速无线网络(例如，IEEE 802.11)。这些特定通信方案没有得到标准以及流行的低成本无线网络的支持。

图3示出了连接到具有相关联操作者显示器的中央计算机18的扫描仪10，所述计算机以及显示器18典型地定位于过程控制室(未示出)中。扫描仪10使用标准LAN电缆20连接至控制室。中央计算机18以及扫描仪10接收来自共享AC电力的电力，有时候是经由专用隔离变压器(诸如图3中所示的变压器22)。

在扫描仪中，一个潜在的可靠性问题涉及将移动头部12连接至扫描仪的固定部分10a的挠曲电缆16。电缆16经受由于头部扫描的连续移动而导致的极大的弯曲应力、并易于疲劳和磨损。由于越来越快的扫描速度而使弯曲应力、疲劳性和磨损变得更为严重。电缆16的故障模式可以涉及在问题早期出现时开始的伴有连续间歇传导的疲劳性损坏。这种疲劳性损坏可以导致在模拟信号电缆中临时丢失测量数据或者数据不准确。对于挠曲数字通信电缆，疲劳机制类似于模拟电缆，这是由于它们必须经历相同次数的扫描。挠曲数字通信电缆的其他复杂性涉及机械设计中的折衷，这种折衷是由于将受控电阻抗与长寿命的弯曲属性相结合的需要。