CN103605379B - Cpc系统纠偏装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CPC系统纠偏装置，包括用于测量被控制件的偏移量的位置传感器、控制器、用于产生和传递反馈信号的压力传感器、连接线缆和执行件，还包括气缸、气动比例控制方向阀、气源处理装置、稳压气罐和连接管道。本发明提供的CPC纠偏装置，采用气缸作为执行件的气动比例伺服纠偏系统，对被控制件在传输时位置偏移误差大且变化频繁的工况有很好的纠偏效果，纠偏速度快，成本低于采用其他执行件方式的纠偏系统，操作、维护简单，环保性好。

Description

CPC系统纠偏装置

技术领域

本发明涉及轮胎制造领域，特别是涉及一种CPC系统纠偏装置。

背景技术

CPC是英文center potion control的缩写，即自动对中控制。CPC系统利用光电原理检测生产过程中的控制对象比如带钢的位置,利用电子电路对控制对象的位置信号进行放大、处理，然后经控制系统对执行件发出指令，调整控制对象的位置，从而实现对其对中控制。

所述的执行件的驱动目前有电动推杆形式和液压缸形式两种。

执行件的驱动为电动推杆形式的纠偏系统，纠偏精度高，刚性好，但执行件的纠偏速度较慢且驱动力偏小。在被控制对象位置偏差较大且运动速度快时，纠偏效果不佳。

执行件的驱动为液压缸形式的纠偏系统，纠偏精度较高，刚性较好，驱动力大，但需要单独配备液压控制单元，成本较高，介质泄漏时易造成污染。

在轮胎制造装备中，许多设备上都需要纠偏系统，如胶片物料的传递、卷取、导开、贴合等装置上需要定中控制或定边控制，其精度要求不高，多数大于±0.3mm，但要求执行件纠偏动作的速度高，以适应生产线的高生产效率。但是，现有的电动形式和液压形式的纠偏系统不能很好地满足高效、低成本和结构简单等要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动作速度快、系统结构简单、成本低、寿命长、维护方便的CPC系统纠偏装置。

为了实现上述目的，本发明提供的CPC系统纠偏装置的技术方案如下：

一种CPC系统纠偏装置，包括用于测量被控制件的偏移量的位置传感器、控制器、用于产生和传递反馈信号的压力传感器，还包括气缸、气动比例控制方向阀、气源处理装置、稳压气罐和连接管道，所述位置传感器、压力传感器和气动比例控制方向阀与所述控制器通过所述连接线缆连接，所述气缸、稳压气罐和气源处理装置通过所述连接管道依次连接，所述气缸通过机械件与所述执行件铰接。所述机械件可以是销子、轴承或连接法兰。

所述控制器包括数据模拟输入、数据控制器、数据模拟输出、功能选择处理器、显示界面，所述数据模拟输入、数据模拟输出和功能选择处理器与数据控制器电连接，所述显示界面与功能选择处理器电连接。

优选的是，所述位置传感器的个数为两个；所述位置传感器为红外线位置传感器，其采用的光的波长为750nm-1500nm。

优选的是，所述气动比例控制方向阀内部设置有动铁式双向电磁铁；所述控制器为双嵌套式PID控制或三环嵌套式PID控制；所述气动比例控制方向阀设置于所述气缸上。

本发明提供的CPC系统纠偏装置，采用气缸作为执行件驱动装置的气动比例伺服纠偏系统，适合于气动伺服系统的控制器，对被控制件在传输时位置偏移误差大且频繁的工况有着很好纠偏的效果，纠偏速度快，其成本低于采用其他执行件方式的纠偏系统，操作、维护简单，环保性好。

附图说明

图1为本发明提供的CPC系统纠偏装置的结构示意图；

图2为本发明提供的CPC系统纠偏装置的控制器连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1和图2所示，本发明的CPC系统纠偏装置，包括两个用于测量被控制件的偏移量的采用的光的波长为750nm-1500nm的红外线位置传感器1、双嵌套式PID控制控制器2、用于产生压力反馈信号的压力传感器3、连接线缆9和执行件10，还包括产生驱动力的气缸4、内部设置有动铁式双向电磁铁的气动比例控制方向阀5、气源处理装置6、容量为1L的稳压气罐7和连接管道8，所述位置传感器1、压力传感器3和气动比例控制方向阀5与所述控制器2通过所述连接线缆9连接，所述气缸4、稳压气罐7和气源处理装置6通过所述连接管道8依次连接，所述执行件10通过机械件20连接于所述气缸4上。所述气动比例控制方向阀5设置于所述气缸4上。

控制器2包括数据模拟输入21、数据控制22、数据模拟输出23、功能选择处理器24和显示界面25，所述数据模拟输入21、数据模拟输出23和功能选择处理器24与数据控制器22电连接，所述显示界面25与功能选择处理器24电连接，该控制器2带有4个模拟量输入端，分别为2个红外线位置传感器信号，2个压力传感器信号。控制器2还带有1个模拟量输出端，用以控制气动比例控制方向阀。控制器采用嵌套式PID控制，以适应于气缸4伺服控制的特点，减小气体可压缩性对控制系统的影响，提高系统纠偏的精度。目前控制器2采用的是双环PID控制形式，根据需要也可升级为三环PID控制。

控制器2根据气缸4的动作速度，自动调整正反馈增益，通过压力传感器3的反馈，控制气缸4的加速度，同时在输出到气动比例控制方向阀的控制信号中叠加颤振信号。

本发明提供的CPC纠偏装置的工作过程如下：

两个红外线位置传感器1检测到被控制件的偏移量，把偏移量转换为模拟量信号传输给控制器2，经控制器2运算后，转换为控制气动控制比例方向阀5的开口量，使气缸4进行动作，并带动执行件10工作，纠正被控制件的偏移量，与此同时，压力传感器3对气缸4两腔气压进行测量，并将测量结果转化为反馈模拟量信号送入控制器2，经控制器2运算用于控制气缸4动作的加速度，稳压气罐7和气源处理装置6用于提供洁净压力稳定的压缩空气。

该控制器2包括数据模拟输入21、数据控制器22、数据模拟输出23、功能选择处理器24和显示界面25，数据控制器22为FPGA，功能选择处理器24为ARM。FPGA控制外围ADC采集模拟量信号并处理A/D转换后的数据，通过控制外围DAC输出模拟量控制执行机构动作，ARM通过双向总线获取FPGA处理后的数据，并通过信号控制实现人机交互。

该控制器2分为三个状态，分别是自动状态、手动状态和回中状态。

在纠偏控制开始时，首先在执行件10无料的情况下，使系统调整到回中状态，也就是先将执行件10调整到初始位置。由红外线位置传感器1检测执行件10当前位置，并由控制器2输出固定电压信号给气动控制比例方向阀5，从而通过气动控制比例方向阀5控制气缸4来驱动执行件回到初始位置。

在自动状态中，带材两侧的红外线位置传感器1通过检测被带材遮挡的光通量，分别获取带材宽度方向边缘位置的电压信号，并把电压信号发送到控制器2中进行计算。若计算结果与设定值存在差值，则控制器2通过既定功能运算输出电压信号给气动控制比例方向阀5，从而通过气动控制比例方向阀5控制气缸4来驱动执行件10完成纠偏控制。同时由气缸4两侧的压力传感器检测气缸两腔的压力值，并把压力值的电信号发送到控制器2中。若气缸4两腔压力的比值与压力设定比值不等，控制器2继续输出电压信号给气动控制比例方向阀5，来驱动执行件10完成纠偏控制。自动纠偏过程直到信号检测（位置信号和压力信号）计算结果值与设定值相等（即带材回到中间位置或使带材边缘卷齐）时终止，此时控制器2则以固定值的电压信号输出，气缸4位置保持不变。否则将继续执行上述流程。

若系统改为手动状态时，直接由人工控制控制器2以固定值电压输出，使气缸4驱动执行件10来完成纠偏控制，直到执行件9到达指定位置。

下面结合图2对纠偏装置的控制系统进行说明：

控制器2由电源电路为系统提供工作电源，数据控制器22、功能选择处理器24由振荡电路提供工作时钟，应用复位电路在特定状态下将工作电路恢复到起始状态，确保系统稳定工作，使用调试端口实现在线调试及程序固化功能，配置电路负责配置数据控制器22的工作参数，功能选择处理器24通过与上位数据交换实现远程控制。

Claims (9)

1.一种CPC系统纠偏装置，包括用于测量被控制件的偏移量的位置传感器(1)、控制器(2)、用于产生和传递反馈信号的压力传感器(3)、连接线缆(9)、执行件(10)和机械件(20)，其特征在于：还包括气缸(4)、气动比例控制方向阀(5)、气源处理装置(6)、稳压气罐(7)和连接管道(8)，所述位置传感器(1)、压力传感器(3)和气动比例控制方向阀(5)与所述控制器(2)通过所述连接线缆(9)连接，所述气缸(4)、稳压气罐(7)和气源处理装置(6)通过所述连接管道(8)依次连接，所述气缸(4)通过机械件(20)与执行件(10)相连；所述控制器(2)包括数据模拟输入(21)、数据控制器(22)、数据模拟输出(23)、功能选择处理器(24)、显示界面(25)，所述数据模拟输入(21)、数据模拟输出(23)和功能选择处理器(24)与数据控制器(22)电连接，所述显示界面(25)与功能选择处理器(24)电连接。

2.根据权利要求1所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述位置传感器(1)的个数为两个。

3.根据权利要求1所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述位置传感器(1)为红外线位置传感器。

4.根据权利要求3所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述红外线位置传感器采用的光的波长为750nm-1500nm。

5.根据权利要求1所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述气动比例控制方向阀(5)内部设置有动铁式双向电磁铁。

6.根据权利要求1所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述控制器(2)为双嵌套式PID控制。

7.根据权利要求1所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述控制器(2)为三环嵌套式PID控制。

8.根据权利要求1所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述稳压气罐(7)的容量为1L。

9.根据权利要求1所述的CPC系统纠偏装置，其特征在于：所述气动比例控制方向阀(5)设置于所述气缸(4)前端。