工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统
工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统
一、项目目的
1.了解电线自动化生产线张力控制系统；
2.掌握电线自动化生产线恒张力控制系统工作原理；
3.掌握S7-300PLC编程软件平台、STEP7的程序结构和编程方法；
4.培养学生逻辑思维能力、创新能力、分析问题与解决问题能力
二、硬件系统设计
1. 硬件系统组成
硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-300PLC控制器(下位机)和电线生产线（被控对象）等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-300PLC控制器(DP通讯接口)之间通讯采用PPI通讯方式。
2. 恒张力控制原理
恒线速度恒张力调节系统以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。收线机为卷取张力调节系统，放线机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。
开卷机由欧陆514C致力调速板控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节，如图1所示。开卷机张力给定，张力反馈信号和开卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速必须逐渐增大才能保持电线上的张力恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速度转动，从而使电缆张力保持恒定。
图1恒张力系统示意图
3.定义I/O口地址分配表
分析与恒张力控制相关的生产线设备（开卷机、牵引机），分配PLC输入、输出信号地址。
4.设计出硬件系统接线图
三、PLC控制程序设计
1. 模拟量闭环控制系统的组成
典型的PLC模拟量闭环控制系统如图2所示，
图2模拟量闭环控制原理图
在过程控制中，按照偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最广泛的一种自动控制器。
2. S7-300PLC实现闭环控制的方法
S7-300PLC的FM355是智能化的4路通用闭环控制模块，可以用于化工和过程控制，模块带有A/D转换器和D/A转换器。
除了专用的闭环控制模块，S7-300PLC也可以用PID控制功能块来实现PID 控制。但是需要配置模拟量输入模块和模拟量输出模块。
系统功能块SFB41可用于CPU314的闭环控制。SFB41“CONT_C”(连续控制器)的输出为连续变量。可以用SFB“CONT_C”作为单独的PID恒指控制器。控制器的功能基于模拟信号采样控制器的PID控制算法。
3．程序要求
(1)按下开卷电机起动按钮，开卷电机起动，经过P参数和I参数设定的PID 控制器控制电线的张力达到要求的恒定值。
(2)按下牵引电机起动按钮，牵引电机起动，通过调节控制牵引电机的变频器的给定值调节牵引电机的转速，要求PID控制器自动控制开卷机的转速保持电线的张力维持恒定值。
(3)按下停止按钮，系统停止运行。
4程序设计提示
(1)生产线启动过程应先起动放线机，再起动牵引电机
(2)PID控制方式中的P参数和I参数的数值多为经验值，可通过多次试验得出合适的设定值。
四、预习报告设计要求
1. 实验前，根据控制内容设计出系统的接线图、程序流程图、时序图；
2.设计出控制程序，并尝试创新出其他的电线生产线恒张力控制功能。
五、系统调试及问题分析
1.实验中，先把事先设计好的控制程序输入编程计算机，编译无错误后(只说明编程语法无错误)下载到PLC的CPU中。
2. PLC控制器控制电线生产线运行，如果控制功能不满足要求，再进行控制程序调试(可在监控状态下)，反复修改控制程序直到满足控制功能为止。
3. 在调试中所遇到的问题，要运用所学的理论知识或实践经验独立解决，逐步提高分析问题及解决问题的能力。
六、设计报告要求
1. 实验结束后，要书写出设计报告，报告中要求有系统接线图、状态时序图、程序流程图、带有功能注释的控制程序等；
2.报告中必须有调试过程中遇到的问题及解决方法；收获、体会及建议。
恒张力控制系统
第一章设计说明 课题简介 设计一个恒张力收盘控制系统，就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。张力应用于最广泛的造纸、纤维、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中，带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。在收卷和放卷的过程中，为保证生产的质量及效率，保持恒定的张力是很重要的。本系统采用人及交互式的控制方法，由使用者输入设定张力值，通过磁粉制动器、传感器、转换芯片与单片机组成一个闭环系统，使张力恒定在设定值，达到恒张力控制的效果。 设计目的 通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成恒张力收盘控制系统的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。 设计任务 在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务： 1、设计单片机系统原理图（A0，PROTEL/CAD或手画）； 2、编写系统程序（主程序+子程序）； 3、写设计说明书；（设计说明，程序流程图，程序）； 4、答辩（十九周周四下午两点）； 设计方法 由按键驱动单片机中断，进入按键及显示程序，通过使用者输入数据并通知在LED上显示，输入数据储存在相关区域内备之后使用，返回到主程序后单片机接受由力传感器产生的经AD转换芯片转换后的数字力信号，通过与之前设定值的比较计算，得出控制信号，经DA 转换芯片变为模拟电压信号输入磁粉制动器控制端。若没有键盘中断，则如此往复运行信号检测、运算、输出程序达到动态平衡。
薄膜分切机放卷至卷取的张力控制(上)讲解
薄膜分切机放卷至卷取的张力控制 （上） 1．分切机的重要选定要素2．放卷至卷取的张力3．接触辊及接触压力4．卷取张力的自由选择及设定5．在薄膜主要物性条件下所设定的卷取条件1．分切机的重要选定要素在分切机的选定方面最受关注的应该是分切卷取后的产品如何?也就是产品内部品质。从外观上来看，无皱褶、无划痕、端面整齐、卷取表面硬度适当等，这些都应该是基本的。但是，我们认为仅关注这些还不够。因为分切卷取后的产品其内部残留着很大的应力(内部张力)，这将会对 1．分切机的重要选定要素 2．放卷至卷取的张力 3．接触辊及接触压力 4．卷取张力的自由选择及设定 5．在薄膜主要物性条件下所设定的卷取条件 1．分切机的重要选定要素 在分切机的选定方面最受关注的应该是分切卷取后的产品如何?也就是产品内部品质。从外观上来看，无皱褶、无划痕、端面整齐、卷取表面硬度适当等，这些都应该是基本的。但是，我们认为仅关注这些还不够。因为分切卷取后的产品其内部残留着很大的应力(内部张力)，这将会对后道工序带来各种不利影响，比如说印刷的套印不准等。 这种内部品质的状况如何，将会很大程度地影响到用户的订购量、产品韵价格及用户对制膜厂家的信赖和评价。 而这种选定要素却无法用肉眼看到，因此，对薄膜的张力控制及接触压力的控制是最重要的选定要素。 2。放卷至卷取的张力
分切机的放卷至卷取张力可分为以上3大部分。 2—2放卷张力 2—2—1内部张力 前道工序卷取下来的原膜母卷的内部含有残留应力，这残留应力的大小同生产线的设备性能有关，特别同卷取机的性能有很大的关系。如卷取机的张力过大且张力的变动量也大时，会对分切机的放卷张力的控制带来不利影响。另外，原膜母卷由于熟化的缘故几乎多少都存有偏芯，这就是放卷速度的变化而造成放卷张力变化的原因所在。放卷张力发生变化会使薄膜内部产生应力，将存有内部应力的薄膜从牵引部传送至卷取部，最终肯定会对卷取张力的变动带来影响。 为使放卷张力的变动量降低，放卷部采用浮动辊方式来控制放卷张力。该方式可使原膜母卷的内部应力减少，可吸收放卷速度的变化，实现放卷张力保持稳定。 为使浮动辊的效果更佳，本公司研制开发了2根串联在一起浮动辊方式(已取得专利权)，该方式可使放卷张力的变动量降低到最低限度。 2—2—2为实现放卷张力变动量最小而采取的对策 串联浮动辊的控制 偏芯原膜母卷回转时，靠浮动辊的摆动来吸收，但是，浮动辊的质量成为惯性抵抗使薄膜产生松弛，并使张力也增加。由于此惯性抵抗会给每一时间上的变动量及浮动辊的质量本身带来很大的影响。现在，本公司研发开发了把2根浮动辊组合在一起的串联浮动方式，可实现低张力条件下的高速运转。 串联浮动辊的方式相对于1根浮动辊来说，偏芯原膜母卷每回转1次，薄膜偏芯量的1／2通过浮动辊的位置变化来吸收，同时，由于浮动辊及惯性力的变动所产生的作用于薄膜的张力，因每一根浮动辊的质量是原来1根的1／2，可使得总体上放卷张力的变动量减少到原来1根浮动辊张力变量的1／4。
卷取张力原理
直流调速器卷取张力控制原理 卷取张力控制原理卷取机的卷取张力由卷取电动机产生。电动机力矩为： 式中Km——比例系数，常数 ∮——磁通量； I枢——电动机电枢电流。 卷取张力T与电动机力矩的关系为： 式中 D——带卷直径。 带卷速度为： 式中行电——电动机的转速； i——电动机至卷筒的速比。 将式2-2、式2-4代入式2-3得： 电动机电枢电势E为： 或 式中K。——比例系数，常数； ∮——磁通量； n电——电动机转数。 将式2-6代入式2-5则得：
其中： 欲使詈=常数，若E不变，口亦不变，则张力T与电动机电枢电流k成正比。换言之，在保持线速度钞不变的条件下，一定的电枢电流珠表示一定的卷取张力T。张力控制的实质在于，若卷取线速度不变，采用电流调整器使电枢电流保持恒定，就可以保持张力恒定。 怎样才能保持卷取线速度不变呢?由于卷取线速度口与带卷直径和带卷转速的乘积Dn成正比，欲使口不变，随着卷径D的变化，带卷转速必须相应变化。一般采用电势调整器调节电动机的磁通量①，以改变电动机转速，使卷取线速度保持不变，这就是卷取机的速度调节。 卷取机的速度调节除了补偿卷径变化外，还应包括根据工艺要求，对机组速度进行调整。一般来说机组速度的调节，可采用改变电压(降压)的方法，从基数咒基往下调；而卷径变小时，调速则采用改变激磁(弱磁)的方法，从基速孢基往上调。这样就可必最大机组速度'Ornax和最大卷径D。诅x时的转速为基速挖基。因此，调激磁的调速范围应保证满足下式： 式中 nrtmx、咒基——分别为卷筒的最大转速、基速； D、d——分别为带卷的外径、内径。 综上所述，电枢电流j枢与卷取张力T成比例；磁通量①与卷径D成比例。在电器上采用电流调节器和电势调节器来实现恒张力控制。 上述电势电流复合张力调节系统，用改变磁通的方法来适应卷径的变化，以保证卷取线速度，从而实现恒张力控制。卷取机处于弱磁条件下土作，不能充分利用电动机力矩；由于电动机磁通的调速范围往往受到限制，不能满足卷径比的要求，在此情况下不得不增加电动机容量。近年来出现的最大力矩张力调整系统，基本上克服了电势电流复合张力调整系统的缺点。 电动机力矩M为： 电动机电势E为： 电动机功率N为：
卷取恒张力控制
酸洗线卷取机恒张力控制原理及实现方法 摘要：卷取机张力的稳定性直接影响到清洗线产品的质量，卷取机的恒张力控制是卷绕自动控制系统中的关键技术。本文首先描述了实现恒张力控制的原理，通过分析选取了适合的控制方法。并结合意大利Ansaldo 全数字直流传动装置SPDM给出了一种具体的实现方法，这种方法搭建的系统在实际应用运行稳定，清洗效果良好。 关键词：张力控制最大力矩法全数字直流调速装置SPDM Abstract: The stability of the wind reel’s tension will influence the quality of the acid cleaning‘s product directly. The way of constant tension control to the wind reel is a key technique of the automatic taking-up equipment. At the beginning of this paper, we describe the principle of tension control. Then we choose a better control method based on analyze. And then we give a implement method use the Italian Ansaldo’s whole digit direct current timing equipment SPDM. The acid cleaning system based on this method worked steady and the wash effect is good. Key words: tension control; maximal moment method; whole digit direct current timing equipment SPDM. 1、概述 近年来，市场上对铜带的需求有增无减，国际市场上铜产品价格呈强劲上涨趋势。用户对铜带产品表面的光洁度要求越来越高，同时企业对清洗的效率也提出了更高的要求。传统的清洗方式已不能满足企业的需要。铜带清洗的质量一方面取决于工艺，另一方面也与卷取机张力有密切的关系。一般来说，卷取机张力的稳定性直接影响带材的质量和成品率。尤其在带材被拖动动态升降速的过程中，更要保持张力的恒定以免出现断带。传统的卷取机张力控制装置为模拟系统，其张力控制精度低，大约在±5%左右，而且由于调试困难，实际上往往难以达到。当前普遍采用全数字直流调速装置来实现恒张力控制。意大利Ansaldo 全数字直流传动装置SILCOPAC D在冶金领域有着广泛的应用。它有许多优异的性能如具有电流、速度、电势环的自整定功能，可以通过串行总线进行大量的数据交换，可以通过软硬件设定系统功能，满足用户多种需要等。磁场控制由一个可控硅控制的调压器作为电机的励磁控制，励磁控制模式可以是恒压控制、恒流控制以及自动弱磁升速控制。利用SILCOPAC D可以方便的实现卷取机的恒张力控制。本文的研究基于铜带酸洗线设计，主要讨论使卷取机张力恒定的控制原理并结合Ansaldo直流调速装置（SPDM）说明其实现方法。 2、卷取机恒张力控制原理 保持张力恒定通常采用间接张力控制方式。所谓间接恒张力控制方式，就是只给定张力设定值，不用检测器采集张力的实际值，对张力不形成闭环控制，而是通过对开卷机电流或磁场的控制来间接实现对张力进行恒定控制的方法。 2.1 常用间接张力控制法 通常采用的间接张力控制方式有2种：比例控制方式和最大力矩控制方式。为了说明这两种方式的差别，进行以下推导。下图为卷取机示意图：
变频器的应用—卷染机恒张力恒线速度控制
变频器的应用—卷染机恒张力恒线速度控制 2010-01-21来源：工控商务网浏览：41 一、前言 卷染机适合目前市场对多品种小批量织物的染色需求，可间歇式生产，发展前景看好应用越来越广泛。卷染机控制方面要求具备自动记道、自动计数、自动换向、自动掉头、自动停车、防坠液等功能，在整个工艺过程中，要求保证布匹的张力和线速度恒定，因此对系统的自控控制水平要求较高。国内较为传统的卷染机大部分采用双直流电机控制，只能达到近似的恒张力控制效果，也有采用单变频器的卷染机，放卷采用异步电机直流制动的方式，收放卷用接触器在变频器和直流制动之间进行切换，以上这些方案，分析其原理，都是在较大误差情况下的一种近似结果，因此控制效果不尽如人意。进口的高档卷染机，有的采用伺服控制，有的是用价格昂贵的工程型变频器来实现，效果较为理想，但是对于国内的用户来说，成本压力很大。本文以一个工程实例来说明采用汇川张力控制专用变频器精确并巧妙的完成卷染机的工艺要求。 CLM158巨型卷染机技术指标： ◆门幅：1800--3600mm； ◆最大卷径：1500mm； ◆车速：20--150m/min； ◆最高温度：98℃； ◆张力调整范围：300~1000N； 图一 图一是卷染机工作的示意图，这是一个典型的中心卷曲控制系统。未染色的布匹首先通过上布电机卷曲到其中的一个辊筒上，在辊筒的传动轴上安装有计数用的接近开关，此时控制系统计下整卷布的道次，上卷完毕，采用人工的方式把布匹的一头卷到另外一个辊筒上面，待包覆紧密即可正常开始工作。此时两个辊筒朝着同一个方向运转，控制的要求是保持布匹上的张力恒定，保持布匹在染液经过的时间一致，也就是线速度恒定。这是个没有线速度反馈的驱动系统，但线速度又实实在在的随着辊筒的半径的变化在变化。因此，控制系统需要适应这种独特的要求。 汇川MD330变频器为卷染机的高性能控制提供了理想的驱动平台。在江苏地区各个卷卷机厂家以及最终用户处的实际使用情况表明，采用MD330控制的卷染机，兼顾了控制性能和成本之间的要求，为该行业的产品升级换代提供了优秀的解决方案。下面结合用于平幅丝绸棉布尼龙人造及合成丝等织物的CLM158 巨型恒张力卷染机的工程实例说明汇川MD330高性能矢量控制变频器在该行业的应用。 二、采用张力控制专用变频器的卷染机电气系统 卷染机的控制可以分为温度控制和传动控制两部分，本文重点描述的是关系到张力以及线速度控制的驱动部分控制。
张力控制系统
张力控制系统MAGPOWR （美塞斯MC01/400/830/1898）往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。 工作原理 这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。 一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。根据环路可分为开环，闭环或自由环张力控制系统；根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式，浮辊式，跟踪臂式等，下图为一个典型的闭环张力控制系统。 人工控制 MAGPOWR <1ll人工张力控制系统是适合于收卷，点到点和一些特定的放卷应用场合使用的低成本解决方案. 我们的手动电源供应器可以让f~ 淌除剩磁，15可以通过莫独特的皮向电流性能而用到制动器或离合器的完整的功率范围。该系统最适合应用于: ( 1 )需要自然锥角的收卷场合 ( 2 )卷装成形保持不变的点到点应用场合 ( 3 )从满卷到卷芯的放卷过程中允许有少量张力变化的场合 人工电源供给采用电流调节方式，当离合器或制动器从环境温度变化到工作温度时，莫输出仍保持不变。 可选用带有跳结器的90VDC 和24VDC 电压供给，额定电流可以调节，还可匹配磁粉制动器满足榕的应用需求。 可选安装方式DIN 标准导轨(C E) .撞墙式安装，印刷电路板。 张力控制系统(3张) 控制方式
工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统
工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统 一、项目目的 1.了解电线自动化生产线张力控制系统； 2.掌握电线自动化生产线恒张力控制系统工作原理； 3.掌握S7-300PLC编程软件平台、STEP7的程序结构和编程方法； 4.培养学生逻辑思维能力、创新能力、分析问题与解决问题能力 二、硬件系统设计 1. 硬件系统组成 硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-300PLC控制器(下位机)和电线生产线（被控对象）等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-300PLC控制器(DP通讯接口)之间通讯采用PPI通讯方式。 2. 恒张力控制原理 恒线速度恒张力调节系统以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。收线机为卷取张力调节系统，放线机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。 开卷机由欧陆514C致力调速板控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节，如图1所示。开卷机张力给定，张力反馈信号和开卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速必须逐渐增大才能保持电线上的张力恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速度转动，从而使电缆张力保持恒定。 图1恒张力系统示意图 3.定义I/O口地址分配表 分析与恒张力控制相关的生产线设备（开卷机、牵引机），分配PLC输入、输出信号地址。 4.设计出硬件系统接线图
三、PLC控制程序设计 1. 模拟量闭环控制系统的组成 典型的PLC模拟量闭环控制系统如图2所示， 图2模拟量闭环控制原理图 在过程控制中，按照偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最广泛的一种自动控制器。 2. S7-300PLC实现闭环控制的方法 S7-300PLC的FM355是智能化的4路通用闭环控制模块，可以用于化工和过程控制，模块带有A/D转换器和D/A转换器。 除了专用的闭环控制模块，S7-300PLC也可以用PID控制功能块来实现PID 控制。但是需要配置模拟量输入模块和模拟量输出模块。 系统功能块SFB41可用于CPU314的闭环控制。SFB41“CONT_C”(连续控制器)的输出为连续变量。可以用SFB“CONT_C”作为单独的PID恒指控制器。控制器的功能基于模拟信号采样控制器的PID控制算法。 3．程序要求 (1)按下开卷电机起动按钮，开卷电机起动，经过P参数和I参数设定的PID 控制器控制电线的张力达到要求的恒定值。 (2)按下牵引电机起动按钮，牵引电机起动，通过调节控制牵引电机的变频器的给定值调节牵引电机的转速，要求PID控制器自动控制开卷机的转速保持电线的张力维持恒定值。 (3)按下停止按钮，系统停止运行。 4程序设计提示 (1)生产线启动过程应先起动放线机，再起动牵引电机 (2)PID控制方式中的P参数和I参数的数值多为经验值，可通过多次试验得出合适的设定值。 四、预习报告设计要求 1. 实验前，根据控制内容设计出系统的接线图、程序流程图、时序图； 2.设计出控制程序，并尝试创新出其他的电线生产线恒张力控制功能。 五、系统调试及问题分析
SIMOVERT卷取机张力控制系统
控制工程C ontrol Engineering of China Mar .2005V ol.12,N o.2 2005年3月第12卷第2期 文章编号:167127848(2005)022******* 收稿日期:2004208209; 收修定稿日期:2004210210 作者简介:马美娜(19682),女,辽宁东港人,工程师,硕士,主要从事工业企业自动化等方面的研究工作。 SIMOVERT 卷取机张力控制系统 马美娜 (本溪钢铁公司热连轧厂,辽宁本溪 117000 ) 摘 要:论述了西门子SI M OVERT M ASTER DRI VE 在本钢热连轧厂平整分卷机组卷取机控 制上的应用,重点分析了SI M OVERT M ASTER DRI VE 交流矢量控制中卷取机张力恒定控制原理及自动转矩控制特点。在卷取张力控制中,由于采用了西门子全数字多处理控制系统SI M A 2DY N D 与主传动相联的SI M O LI NK 网络,通过Profibus DP Lan 网络联接的P LC S imatic S7系统以及与管理系统相联接的以太网通讯完成各种数据快速传输,使得SI M OVERT M ASTER DRI VE 高精度高质量的转矩动态控制效果满足了精品板材的生产工艺要求。关 键 词:张力;自动转矩控制;矢量控制中图分类号:TP 273 文献标识码:A SIM OVERT Reel T ension C ontrol System MA Mei 2na (H ot S trip M ill of Ben G ang ,Benxi 117000,China ) Abstract :The application of SI M OVERT M ASTER DRI VE for reel tension control is discussed.The princple for the constant tension control in the SI M OVERT AC vector control and the automatic torque control are analyzed in detail.The high quality and accuracy dynamic torque is satis fied for the need of the fine strip because of all data quick delivery by SI M ADY N D ,including SI M O LI NK,Profibus and ETHERNET 1K ey w ords :tension ;automatic torque control ;vector control 1 引 言 本钢热连轧厂于2002年6月引进的平整分卷机组是由意大利MI NO 公司设计安装的。其电气自动控制部分由意大利E DM 公司完成,采用西门子的“SI MOVERT MASTER DRI VE ”可调速矢量控制传动系统。 平整分卷机组从工艺上是对板材的再加工,一方面可以根据用户需求生产出大小不同的钢卷;另一方面是对钢卷的平整重卷,使生产出来的钢卷更具精品质量。在生产过程中,卷取机与开卷机之间必须保持恒张力。特别是进行平整时,由于带材存在弹性变形,很可能因为张力的波动,影响带材断面尺寸改变或使带材产生波浪形裂边,严重时断带。张力波动,还可能造成带材在卷筒上的层间串动。可见,卷取机张力控制系统调节品质的好坏,直接影响带材的产品质量。 SI MOVERT MASTER DRI VE 卷取机,除了具有 高动态响应精度及在每个方向上精确的电机速度控制外,其恒张力控制的良好效果保证了板材平整及分卷的质量。 2 控制原理和特点 1)张力控制原理 平整分卷机组中,卷取机 采用SI MOVERT MASTER DRI VE 交流调速矢量控制方式。矢量控制原理的出发点是,考虑到异步机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统,很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩,但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标,利用静止坐标系到旋转坐标系之间的变换,可以把定子电流中的励磁电流分量I sd 与转矩电流分量I sq 变成标量独立开来,进行分别控制。这样异步机与直流电动机有相同的转矩产生机理,即回到磁场与其相垂直的电流I sq 的积为转矩这一基本原理进行张力分析。 张力T 和电动机转矩之间关系为 M =DT Π2i (1)
变频器在卷染机恒张力恒线速度控制中应用方法
变频器在卷染机恒张力恒线速度控制中应用方法 一、前言卷染机适合目前市场对多品种小批量织物的染色需求，可间歇式生产，发展前景看好应用越来越广泛。卷染机控制方面要求具备自动记道、自动计数、自动换向、自动掉头、自动停车、防坠液等功能，在整个工艺过程中，要求保证布匹的张力和线速度恒定，因此对系统的自控控制水平要求较高。国内较为传统的卷染机大部分采用双直流电机控制，只能达到近似的恒张力控制效果，也有采用单变频器的卷染机，放卷采用异步电机直流制动的方式，收放卷用接触器在变频器和直流制动之间进行切换，以上这些方案，分析其原理，都是在较大误差情况下的一种近似结果，因此控制效果不尽如人意。进口的高档卷染机，有的采用伺服控制，有的是用价格昂贵的工程型变频器来实现，效果较为理想，但是对于国内的用户来说，成本压力很大。本文以一个工程实例来说明采用科创力源张力控制专用变频器精确并巧妙的完成卷染机的工艺要求。CLM158巨型卷染机技术指标：◆门幅：1800--3600mm；◆最大卷径：1500mm；◆车速：20--150m/min；◆最高温度：98℃；◆张力调整范围：300~1000N；图1是卷染机工作的示意图，这是一个典型的中心卷曲控制系统。未染色的布匹首先通过上布电机卷曲到其中的一个辊筒上，在辊筒的传动轴上安装有计数用的接近开关，此时控制系统计下整卷布的道次，上卷完毕，采用人工的方式把布匹的一头卷到另外一个辊筒上面，待包覆紧密即可正常开始工作。此时两个辊筒朝着同一个方向运转，控制的要求是保持布匹上的张力恒定，保持布匹在染液经过的时间一致，也就是线速度恒定。这是个没有线速度反馈的驱动系统，但线速度又实实在在的随着辊筒的半径的变化在变化。因此，控制系统需要适应这种独特的要求。科创力源CM60-T变频器为卷染机的高性能控制提供了理想的驱动平台。在各个卷染机厂家以及最终用户处的实际使用情况表明，采用CM60-T控制的卷染机，兼顾了控制性能和成本之间的要求，为该行业的产品升级换代提供了优秀的解决方案。下面结合用于平幅丝绸棉布尼龙人造及合成丝等织物的CLM158 巨型恒张力卷染机的工程实例说明CM60-T高性能矢量控制变频器在该行业的应用。二、采用张力控制专用变频器的卷染机电气系统卷染机的控制可以分为温度控制和传动控制两部分，本文重点描述的是关系到张力以及线速度控制的驱动部分控制。该卷染机的控制系统以西门子作为控制器，采用触摸屏作为人机界面，它们主要完成的是张力，线速度的设定，布的厚度的测量以及相关逻辑动作的控制。变频器和PLC之间采用485通讯。采用通讯方式的好处是可以随时知道变频器主要变量的信息，减少接线，使得整个系统看起来很精简。两台完全一样的变频器，它们均工作于闭环矢量控制模式，由于卷染机在接近满卷时候会较长时间工作在很低的频率下（1~3Hz）,采用较高线数的编码器有助于提高在低转速工况下的控制性能，同时考虑散热，需要采用变频专用电机。上布时刻，PLC记录下该布卷在辊筒上面的总圈数，然后由操作工测量该布卷的直径，把这个值输入到HMI，PLC根据直径和总圈数，可以精确计算出来单层布的厚度。采用这种方法获得布厚，误差很小。布厚通过485通讯传送到CM60-T张力控制变频器，作为控制的最基本参数。同时针对每种织物，染色所需要的张力以及染色速度，也在HMI上面设定好，然后通过PLC传递给变频器。CM60-T的功能十分强大，除了具有常规的惯量补偿，卷径计算，摩擦力补偿，锥度计算等张力控制功能之外，还有一个为了线缆、印包等行业收卷控制的自动换盘设计的功能：预驱动。该功能的作用是根据线速度和卷径的关系，自动计算出所匹配的角速度。利用这个功能，我们首先可以实现卷染机控制要求中的恒定线速度控制。其原理是：根据设定的线速度以及布匹的初始直径，布匹的厚度，我们可以得到一个匹配的电机旋转速度，当直径变化的时候，辊筒每旋转一圈，变频器会自动减去一层布的厚度，从而得到一个新的直径，通过这个新的直径，变频器又能够计算出所需要匹配的线速度，如此周而复始，可以确保布匹线速度的恒定。恒张力的控制，则是利用矢量控制变频器的转矩控制功能，实时的根据张力的设定值，锥度，补偿量以及卷轴直径计算出所需要的转矩，从而达到间接的
恒张力控制的几种方案比较
恒张力控制的几种方案比较 一、力矩电机及驱动控制器 1、性能：张力控制不稳定，线性不好。 2、经济性：设备简单，价格便宜，可正反转。 3、适用于张力精度要求不高的场合。如：电线、电缆。 二、磁粉制动器/磁粉离合器张力控制 1、电气省不了钱，机械也费钱，同样需要调速单元（如变频器、直流调速器）及张力控制仪。 2、精度差，线性不够好，控制的卷径变化范围不大，特别是在大负荷或高速时张力精度不够。 3、故障率高，维护费用高（要经常更换磁粉），磁粉制动器/磁粉离合器的可靠性差，发热严重功率大的还需水冷等。 4、性能：张力稳定性比力矩电机稍强，张力及速度可调。适用范围比力矩电机广。 三、舞蹈棍控制器 1、性能：张力控制平稳，有张力贮能功能、张力调节麻烦。 2、电气调速单元要求响应快，机械较复杂，局限于线材不适于片材。如：光纤，光缆。 四、直接张力闭环控制 1、性能：张力控制平稳，电气调速单元要求响应快，张力可视，系统容易振荡。 2、电气设备复杂，需要调速单元、张力控制仪及张力传感器，设备初投资大，价格贵。 3、性能价格比不高，不适用于大张力控制场合。 五、全新的间接张力控制系统 1、采用ABB全新的间接张力控制系统，不需要磁粉制动器/磁粉离合器，不需要张力控制仪及张力传感器，只需调速器（罐装卷曲软件）直接带动电机就可以实现恒张力控制。 2、内置卷径计算功能（可由给定速度信号与实际速度计算求得），卷径输出可视，具有静态补偿及加速补偿。 3、张力线性可调精度达到1%，速度线性可调精度达到0.1%, 方向可正反转, 卷径可达1.5米，速度可达500米/分，张力0~2000KG可调。 4、性能：优越的性能价格比，维护方便，调试较复杂，需要专业的调试工具及调试软件。适用于大部分张力控制场合。 中心卷曲原理 中心卷曲/开卷机的旋转力是加在卷曲或开卷机的卷筒上，当卷筒直径变化时，为了使材料的表面张力保持不变，必须保证转速与卷径成反比且转矩的变化与卷径成正比。 ABB的间接张力控制系统就是根据电机转矩的变化与卷材卷径成正比的原理来实现恒张力控制。它的优点：直接采用直流调速器控制直流电机就可以实现恒张力控制。 间接张力控制特性 1、点动模式及快速停车的线速度控制。 2、卷径计算功能。（可由给定速度信号与实际速度计算求得） 3、有开卷模式和收卷模式供选择。 4、改变给定线速度时加速度的力矩计算（即加速补偿）。 5、通过DI口实现卷曲方向的正转或反转选择。 6、静态补偿功能。（根据每一速度段转动惯量的不同，设定5个点组成补偿曲线。） 7、断带报警功能，系统急停时转换为速度模式有效地防止系统“飞车”。 8、通过DI口实现“加张力”及“卸张力”功能。
卷绕头恒张力控制系统
收稿日期：2012- 03-21。作者简介：吴国平（1967-），男，陕西咸阳人，高级工程师，硕士，从事计算机软件和自动化设备开发工作。 doi ：10．3969/j．issn．1008-8261．2012．03.017 卷绕头恒张力控制系统 吴国平1，魏丹彤2 ，徐 洁 1 （1.辽宁银珠化纺集团有限公司，辽宁营口115001；2.营口华方时代科技有限公司，辽宁营口115001） 摘要：主要介绍恒张力控制变频收卷系统的原理、卷绕过程中生产工艺的要求，以及控制系统调试中应注意问题。关键词：化纤；卷绕装置；恒张力控制系统中图分类号：TQ340．651；TP273．5 文献标识码：B 文章编号：1008- 8261（2012）03-0053-030前言 用变频器做恒张力控制的实质是闭环矢量控 制，即加编码器反馈。对收卷来说，收卷的卷径由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出 转矩要由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转矩补偿。即小卷启动的瞬间、 加速、减速、停车。大卷启动时，要在不同卷径时进行不同的转矩补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。其实就是要求控制线速度恒定。 1 张力控制变频收卷的应用及工艺要求 1．1 传统收卷装置的弊端 纺织机械如：浆纱机、浆染联合机、并轴机等设 备都会有收卷的环节。传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是1年左右。而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的，不仅浪费人力而且维护费用很高，给客户带来了很多的不便。尤其是纺织设备基本上是 开机后不允许中途停车的， 如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张力控制变 频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系统。1．2 张力控制变频收卷的工艺要求 （1）在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。 （2）在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。 （3）在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。 （4）要求将张力量化，即能设定张力的大小，能 显示实际卷径的大小。 1．3张力控制变频收卷的优点 （1）张力设定在人机上设定，人性化的操作；（2）使用先进的控制算法：卷径的递归运算；空心卷径激活时张力的线性递加；张力锥度计算公式的应用；转矩补偿的动态调整等等。 （3）卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值。 （4）因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时，如果操作人员进行加速、减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接影响 纱的品质。而进行了变频收卷的改造后， 在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。而且经过PLC 的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好。 （5）在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造周期短，基本上两三天就能安装调试完成。 （6）克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命，方便维护设备。 2 变频收卷的控制原理 2．1 控制原理 卷绕装置线缆的张力恒定是通过对线速度υ的控制来实现的。所以该卷绕装置变频控制系统以线速度υ作为直接的控制对象，通过闭环PI 控制使它保持恒定，从而达到线缆张力稳定的最终目的。该控制系统的原理如图1所示。 第25卷第3期2012-05 聚酯工业Polyester Industry Vol．25No．3May 2012
恒张力控制冷轧卷取机的调试
恒张力控制冷轧卷取机的调试 哈昌频1,曹国胜2 (1.上海市安装工程有限公司,上海200080;2.陕西省设备安装工程公司,陕西西安710068) 摘 要: 在冷轧机带材轧制过程中成品质量很大程度上取决于对轧制张力的控制,文章介绍了 调试方法和经验公式。 关键词:冷轧卷取机;调试;恒张力;公式 中图分类号:TG 333.52 文献标识码:B 文章编号:1002-3607(2004)06-0037-05 1 系统介绍 在冷轧机带材轧制过程中成品质量很大程度上取决于对轧制张力的控制,在上海铝材厂调试一套四辊铝箔冷轧机组,其设备由三机架组成,一台主轧机、一台开卷机、一台卷取机,主轧机是不可逆的四辊轧机,均采用SCR -D 直流传动系统控制。该套设备调试成功投产后,运行状态良好。在此将卷取机的运行原理和调试总结如下 。 图1 冷轧机组工作示意图 冷轧机组主要参数 (1)主轧机 最大轧制力:100t ;轧制速度:1～5m/s ; 坯料最大厚度:0.1mm ,成品最小厚度:0.028mm 。 (2)卷取机 张力范围:30～200kg ;卷筒直径:<300mm ; 带卷最大外径:<740mm ;减速箱传动比:i =3.15 电动机规格:输出功率13kW ,额定电压220V ,额定电流85A ,转速400/1200r.p.m 。 2 轧机张力控制原理 按照铝箔卷带材料的轧制工艺要求,保持恒定的轧制张力使铝带在开卷机和卷取机上张紧,才能保证轧出的成品厚度均匀,板形平整,表面光滑,卷取机(或开卷机)与轧机之间带材的张力是由卷取机(或开卷机)来建立的。见图2。 图2 卷取机建立张力示意图 T —轧制张力(kg );M —卷取机作用到卷筒上的转矩;M F —负载转矩;V —轧制线速度;D —卷筒直径;i —减速箱传动比。 根据直流传动原理,电动机发出的转矩: M D =C M 恒张力控制实现的几种方案
恒张力控制实现的几种方案 在日常工作中，我们经常遇到张力控制问题，张力控制得好坏直接影响着产品的质量，由于张力控制的多样性及复杂性，选用一套合理经济实用的张力控制系统是企业采购设备前所要考虑的首要条件。下面我列举几中常见的张力方式供大家参考。 一、力矩电机及驱动控制器 1、性能：张力控制不稳定，线性不好。 2、经济性：设备简单，价格便宜，可正反转。 3、适用于张力精度要求不高的场合。如：电线、电缆。 二、磁粉制动器/磁粉离合器张力控制 1、经济性：电气省不了钱，机械也费钱，同样需要调速单元（如变频器、直流调速器）及张力控制仪。 2、精度差：线性不够好，控制的卷径变化范围不大。(特别是在大负荷或高速时张力精度不够)； 3、故障率高，维护费用高（经常要更换磁粉），磁粉制动器/磁粉离合器的可靠性差，发热严重功率大的还需水冷等。 4、性能：张力稳定性比力矩电机稍强，张力及速度可调。适用范围比力矩电机广。 三、舞蹈棍控制器 1、性能：张力控制平稳，有张力贮能功能、张力调节麻烦。 2、电气调速单元要求响应快，机械设备较复杂、局限于线材不适合于片材。如：光纤，光缆。 四、直接张力闭环控制 1、性能：张力控制平稳，电气调速单元要求响应快，张力可视，系统容易振荡。 2、电气设备复杂，需要调速单元、张力控制仪及张力传感器，设备初投资大，价格贵。 3、性能价格比不高，不适用于大张力控制场合。 五、全新的间接张力控制系统 1、采用ABB全新的间接张力控制系统，不需要磁粉制动器/磁粉离合器，不需要张力控制仪及张力传感器，只需调速器（罐装卷曲软件）直接带动电机就可以实现恒张力控制。 2、内置卷径计算功能，卷径输出可视，具有静态补偿及加速补偿。 3、张力线性可调精度达到1%，速度线性可调精度达到0.1%, 方向可正反转, 卷径可达1.5米，速度可达500米/分，张力0~2000KG可调。 4、性能：优越的性能价格比，维护方便，调试较复杂，需要专业的调试工具及调试软件。适用于大部分张力控制场合。 中心卷曲原理 中心卷曲/开卷机的旋转力是加在卷曲或开卷机的卷筒上，当卷筒直径变化时，为了使材料的表面张力保持不变，必须保证转速与卷径成反比且转矩的变化与卷径成正比。 ABB的间接张力控制系统就是根据电机转矩的变化与卷材卷径成正比的原理来实现恒张力控制。它的优点：不需要磁粉制动器/磁粉离合器，不需要张力控制仪及张力传感器，直接采用直流调速器控制直流电机就可以实现恒张力控制。它具有独特的内置卷径计算功能，卷径输出可视，具有静态补偿及加速补偿。 间接张力控制特性 1、点动模式及快速停车的线速度控制。 2、卷径计算功能。（可由给定速度信号与实际速度计算求得） 3、有开卷模式和收卷模式供选择。 4、改变给定线速度时加速度的力矩计算（即加速补偿）。 5、通过DI口实现卷曲方向的正转或反转选择。 6、静态补偿功能。（根据每一速度段转动惯量的不同，设定5个点组成补偿曲线。） 7、断带报警功能，系统急停时转换为速度模式有效地防止系统“飞车”。 8、通过DI口实现“加张力”及“卸张力”功能。
基于多轴运动控制器的电极丝恒张力控制系统
基于多轴运动控制器的电极丝恒张力控制系统 姜永成1 任福君 2 1.佳木斯大学,佳木斯,154007 2.哈尔滨理工大学,哈尔滨,150080 摘要:为解决往复走丝电火花线切割加工空间复杂曲面中电极丝张力变化影响加工精度的问题,分析了张力变化的原因及其对加工精度的影响,介绍了现有电极丝恒张力机构的不足,提出了基于功能强大的可编程多轴运动控制器的电极丝恒张力控制系统,给出了完整的系统软硬件结构。该系统可对线切割加工过程进行随动响应,保持电极丝张力恒定,改善电极丝动态定位精度。进行了恒张力线切割加工对比试验。实际测量结果表明该控制系统的加工误差明显减小,验证了恒张力控制系统的有效性。 关键词:电火花线切割;空间曲面;恒张力;多轴运动控制器;控制系统中图分类号:T G661 文章编号:1004)132X(2008)16)1920)05 Constant Tension Control System of Wire Tool in WEDM -HS Based on PMAC Jiang Yongcheng 1 Ren Fujun 2 1.Jiamusi U niversity,Jiamusi,H eilongjiang,154007 2.H arbin University of Science and T echnology,H arbin,150080 Abstr act :The change of wire tool .s tension has an influence on machining precision in machining spatial curved surface parts in wir e electronic dischar ge machining with high speed (WEDM-H S).In order to solve this problem,the reason of change of tension and the influence on machining precision were analyzed.The shortcoming of existing constant tension mechanism of wir e tool was introduced,and a constant tension control system of wire tool and the whole str ucture of system were proposed,based on a power ful pr ogrammable multi-axis motion controller(PMAC).T he system can control the AC servo system to response the process in WEDM-H S,and keep constant tension of wire tool to impr ove the dynamic position precision.Contrast machining tests for constant tension in WEDM were carried out and the experimental results show that the error is decreased dr amatically and the constant tension control system of WEDM has a good validity. Key words :wire electronic discharge machining(WEDM);spatial curved surface;constant tension;PMAC;control system 收稿日期:2007)07)30 基金项目:哈尔滨市科技攻关计划项目(2005AA1CG038) 0 引言 往复走丝电火花线切割机床(wire electr onic dischar ge machining with high speed,WEDM-H S)是我国首创的电加工设备,它结构简单,生产成本和使用成本低廉,广泛用于模具制造、精密零件加工和特殊材料加工领域[1]。空间曲面零件是在很多领域得到广泛应用的关键零部件,其设计和制造难度都很大。多轴联动电火花线切割加工技术是进行这些零部件加工的关键技术之一[2,3]。实践表明电极丝张力变化会对工件的加工精度尤其是复杂曲面的加工精度产生很大影响,必须对电极丝进行恒张力控制。目前WEDM-H S 电极丝恒张力机构有多种,常使用重锤式结构以使电极丝保持某一恒定的张力。但是这种结构存在一定弊端,不易实现张力的自动调整。曹凤[4]提出了一种新型恒张力机构,在贮 丝筒底部装有直线滚动导轨,导轨与水平面倾斜一个角度,一定程度上保证了电极丝张力的恒定。董广强[5]设计了一种双贮丝筒可调电极丝恒张力控制装置,该装置也对电极丝保持恒张力有一定作用。郭钟宁等[6]对线电极的动态特性进行了仿真和实验研究,为提高加工稳定性和防止断丝提供了理论依据。本文在五轴联动空间曲面电火花线切割加工中,针对电极丝张力变化对加工精度产生影响的问题,提出了基于多轴运动控制器(pr ogr ammable multi-axis motion controller,PMAC)的电极丝恒张力控制系统的设计思想,对恒张力控制系统的软硬件进行了设计,形成了基于PMAC 的复杂曲面线电火花线切割恒张力控制系统。 1张力变化对加工精度的影响 WEDM-H S 是以半柔性的细金属丝(通常 直径为0112~0125mm)作为工具电极,通过电极与工件之间的脉冲放电作用来进行加工,电极丝 # 1920#