CN103708276B - 空芯式收卷电气控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空芯式收卷电气控制系统，包括可编程序控制器，可编程序控制器分别与HMI、编码器、模拟量输入模块和主控制器模块连接；模拟量输入模块分别与摆辊电位器和模拟量输出模块连接，模拟量输出模块与电空变换器连接；主控制器模块一路通过电抗器与滤波器连接，主控制器模块另外一路依次与功率模块、牵引伺服驱动器、收卷伺服驱动器连接，牵引伺服驱动器与牵引伺服电机连接，收卷伺服驱动器与收卷伺服电机连接。本发明还公开了一种空芯式收卷电气控制方法，利用上述的装置实施。本发明的装置及方法从根本上提高了收卷的速度，实现了自动化精准控制。

Description

空芯式收卷电气控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于壁纸印刷电气控制技术领域，涉及一种空芯式收卷电气控制系统，本发明还涉及一种空芯式收卷电气控制方法。

背景技术

随着家庭装修、商业性装修的迅猛发展，壁纸作为装修的主要原材料，其市场需求量也越来越大。相比现有壁纸收卷机收卷速度慢、操作繁杂、工作效率低等问题，空芯收卷则有绝对优势，它控制动作简单，相同时间内收小卷的数量是原来的两倍多，大大的提高了生产效率，从而保障市场需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种空芯式收卷电气控制系统，解决了现有技术条件下的结构所限，导致收卷速度慢、操作繁杂、工作效率低的问题。

本发明的另一目的是提供一种空芯式收卷电气控制方法，解决了现有技术条件下的结构所限，导致收卷速度慢、操作繁杂、工作效率低的问题。

本发明采用的技术方案是，一种空芯式收卷电气控制系统，包括可编程序控制器，可编程序控制器分别与HMI、编码器、模拟量输入模块和主控制器模块连接；模拟量输入模块分别与摆辊电位器和模拟量输出模块连接，模拟量输出模块与电空变换器连接；主控制器模块一路通过电抗器与滤波器连接，主控制器模块另外一路依次与功率模块、牵引伺服驱动器、收卷伺服驱动器连接，牵引伺服驱动器与牵引伺服电机连接，收卷伺服驱动器与收卷伺服电机连接。

本发明采用的另一技术方案是，一种空芯式收卷电气控制方法，利用上所述的装置，

启动后，牵引伺服电机与收卷伺服电机同时加速，牵引伺服电机加速至260米/分钟，收卷伺服电机加速至267米/分钟，在收卷过程中，收卷伺服电机呈速度衰减模式，当收卷计长到9米后，牵引伺服电机与收卷伺服电机同时减速至10米/分钟，低速运转到10米后，裁刀裁切，将收卷材料一分为二，料头和料尾仍以10米/分钟的速度运行，当料头到达2级牵引辊下面时，收卷收完，摆臂迅速摆开，卷好的材料掉下至接料盘，摆臂迅速合上，接料盘上的料滚落至卷紧轴里，将外圈的料卷紧后进入下一道工序，收卷完成。

本发明的有益效果是，采用机械结构紧凑、稳定的电气控制系统、及精密的硬件系统结合可编程序控制器对空芯式收卷机的逻辑动作及计算方法进行整合，从根本上提高了收卷的速度，改变了以往1分钟6卷的收卷速度，提升至1分钟15卷，大大提高了生产效率，适应于速度为100米/分钟以上的压花机生产线。实现了自动化精准控制，操作简单，系统稳定、快速、准确，减少了废品率。

附图说明

图1是本发明空芯式收卷电气控制系统控制对象的机械结构示意图；

图2是本发明空芯式收卷电气控制方法所依赖的系统结构示意图。

图中，1.HMI，2.可编程序控制器，3.编码器，4.模拟量输入模块，5.摆辊电位器，6.模拟量输出模块，7.电空变换器，8.主控制器模块，9.电抗器，10.滤波器，11.功率模块，12.牵引伺服驱动器，13.牵引伺服电机，14.收卷伺服驱动器，15.收卷伺服电机，16.一级牵引组，17.裁刀组，18.二级牵引组，19.固定收卷部，20.摆动收卷组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明空芯式收卷电气控制系统，其控制对象的机械结构是，包括沿进料方向依次排列的一级牵引组16、裁刀组17、二级牵引组18、固定收卷部19和摆动收卷组20，它们之间相互配合协调运作。

参见图2，本发明空芯式收卷机电气控制系统实施例的控制框图是，包括可编程序控制器2，可编程序控制器2分别与HMI1、编码器3、模拟量输入模块4和主控制器模块8连接；模拟量输入模块4分别与摆辊电位器5和模拟量输出模块6连接，模拟量输出模块6与电空变换器7连接；主控制器模块8一路通过电抗器9与滤波器10连接，主控制器模块8另外一路依次与功率模块11、牵引伺服驱动器12、收卷伺服驱动器14连接，牵引伺服驱动器12与牵引伺服电机13连接，收卷伺服驱动器14与收卷伺服电机15连接。

牵引伺服电机13与一级牵引组16传动连接，收卷伺服电机15与固定收卷部19传动连接。可编程序控制器2预先通过程序的编写，对牵引伺服电机13和收卷伺服电机15进行速度控制。编码器3安装在上述机械结构中一级牵引组16牵引辊的轴头上，编码器3用于进行收卷长度检测，通常为10米1卷。摆辊电位器5与摆动收卷组20所带气缸相连接，摆辊电位器5用于进行收卷开度检测，以控制收卷锥度张力。

可编程序控制器2与编码器3连接，通过可编程序控制器2的高速计数通道对编码器3的数值进行采集，并将采集到的信号转换成计米长度输出。

模拟量输入模块4与摆辊电位器5连接，用于检测卷径大小的变化。

模拟量输出模块6与电空变换器7连接，用于设定锥度变化范围，随着卷径的大小变化，通过可编程序控制器2对收卷摆辊的气缸气压大小的控制来对收卷张力进行控制；

牵引伺服驱动器12与牵引伺服电机13连接，用于驱动牵引伺服电机，组成单独的闭环控制系统；

收卷伺服驱动器14与收卷伺服电机15连接，用于驱动收卷伺服电机，组成单独的闭环控制系统。

本发明空芯式收卷机电气控制系统，各个部件功能如下：

1）两个伺服驱动器采用西门子CU320控制单元，它是驱动系统的大脑，负责控制和协调整个驱动系统中的所有模块，完成各轴的电流环、速度环甚至位置环的控制，并且同一块CU320控制的各轴之间能相互交换数据，即任意一根轴能够读取控制单元上其他轴的数据，所以在无芯收卷控制系统里，对牵引伺服电机及收卷伺服电机两个轴应用了CU320的速度控制，简单可控。

2）两个伺服电机采用西门子1FK7061高动态伺服电机，是高度紧凑型的永磁同步电机，在机床，机器人和机械手，木材和玻璃的加工，包装和纺织机器上面都有很广泛的应用，它的优点为：极低的转子惯量，极高的动态响应；很强的过载能力；高保护等级；紧凑型设计；易安装、易拆卸。选用1FK7061伺服电机，额定转速为3000转/分，能够在0.5秒内迅速使电机从260米/分钟降到10米/分钟，为快速收卷提供了很好的时间环境。

3）可编程序控制器2选用西门子S7-1200，可以控制各种自动化应用，S7-1200设计紧凑，成本低廉且具有功能强大的指令集，这些特点使它成为控制各种应用的完美解决方案，S7-1200型号和基于Windows的编程工具提供了解决自动化问题时需要的灵活性。可靠性高，抗干扰能力强，反应速度快，超调量小，调节迅速，精度高，易学易用；

4）HMI（人机界面）采用了西门子KTP1000系列，具有IP54等级，可进行直观组态，移动式操作员控制与监视，甚至是无线方式，并具有全集成的安全功能，通过使用附加的全集成自动化组件来提高工程组态效率。

本发明空芯式收卷机电气控制方法，依赖于上述的装置，工作过程是：

启动前，手动穿好收卷材料至2级牵引压辊下面，合上1级牵引压辊、2级牵引压辊，打开吸风，给收卷材料一个适当的吸力，启动后，牵引伺服电机13与收卷伺服电机15同时加速，牵引伺服电机13加速至260米/分钟，收卷伺服电机15加速至267米/分钟，在收卷过程中，收卷伺服电机15呈速度衰减模式，以消除因卷径增大而导致的张力变大，当收卷计长到9米后，牵引伺服电机13与收卷伺服电机15同时减速至10米/分钟，低速运转到10米后，裁刀裁切，将收卷材料一分为二，料头和料尾仍以10米/分钟的速度运行，当料头到达2级牵引辊下面时，收卷收完，摆臂迅速摆开，卷好的材料掉下至接料盘，摆臂迅速合上，接料盘上的料滚落至卷紧轴里，将外圈的料卷紧后进入下一道工序，收卷完成；

然后，牵引伺服电机13重新加速至260米/分钟，收卷伺服电机15重新加速至267米/分钟，下一循环收卷工作开始。

本发明空芯式收卷机电气控制系统的控制过程，具体包括以下四个方面：对收卷伺服电机15的速度控制；对牵引伺服电机13的速度控制；对计米长度的计算；对电空变换器7的控制，以下分别描述：

1）对收卷伺服电机15的速度控制：启动后，给定收卷伺服电机15的主速度V1信号，随着收卷长度L1的变化，主速度逐步适应性的下降，参照以下公式：

当L2=L1+X1，收卷当前速度V2=V2-X2，

当L2=9米时，速度降为10米/分钟；以10米/分钟的速度运行直至收卷完成摆辊返回，收卷升速到V1主速度；

X1为收卷长度的递增量，预先设定；

X2为收卷速度的递减量，预先设定。

2）对牵引伺服电机13的速度控制：启动后，给定牵引伺服电机13的主速度V2（小于V1）信号，保持不变，当L2=9米时，速度降为10米/分钟；以10米/分钟的速度运行直至收卷完成摆辊返回，牵引升速到V2主速度；

从以上两条能够看出，V1与V2不同，且V1>V2，收卷起始速度高于牵引起始速度，以确保起卷的速度及起卷质量。

3）对计米长度L的计算：根据编码器读数N、编码器脉冲数S及版辊周长M进行推算，参照以下公式：

L=N÷S×M/1000。

4）对电空变换器7的控制，电空变换器7的当前张力T的计算方法是：设TX为结束张力；T1为起始张力，Q为电位器当前测量值，7740为卷径最大时摆辊的测量值，27648为模拟量输出转换为数字量的最大值，参照以下公式： $T=\frac{(\mathrm{TX}-T1)\×Q+T1\×7740}{7740}\×\frac{27648}{100},$ 即得。

Claims (7)

1.一种空芯式收卷电气控制系统，其特征在于：包括可编程序控制器(2)，可编程序控制器(2)分别与HMI(1)、编码器(3)、模拟量输入模块(4)和主控制器模块(8)连接；模拟量输入模块(4)分别与摆辊电位器(5)和模拟量输出模块(6)连接，模拟量输出模块(6)与电空变换器(7)连接；主控制器模块(8)一路通过电抗器(9)与滤波器(10)连接，主控制器模块(8)另外一路依次与功率模块(11)、牵引伺服驱动器(12)、收卷伺服驱动器(14)连接，牵引伺服驱动器(12)与牵引伺服电机(13)连接，收卷伺服驱动器(14)与收卷伺服电机(15)连接。

2.根据权利要求1所述的空芯式收卷电气控制系统，其特征在于：所述的牵引伺服电机(13)与一级牵引组(16)传动连接；收卷伺服电机(15)与固定收卷部(19)传动连接；编码器(3)安装在一级牵引组(16)牵引辊的轴头上，摆辊电位器(5)与摆动收卷组(20)所带气缸相连接。

3.一种空芯式收卷电气控制方法，利用权利要求1所述的空芯式收卷电气控制系统，其特征在于：

启动后，牵引伺服电机(13)与收卷伺服电机(15)同时加速，牵引伺服电机(13)加速至260米/分钟，收卷伺服电机(15)加速至267米/分钟，在收卷过程中，收卷伺服电机(15)呈速度衰减模式，当收卷计长到9米后，牵引伺服电机(13)与收卷伺服电机(15)同时减速至10米/分钟，低速运转到10米后，裁刀裁切，将收卷材料一分为二，料头和料尾仍以10米/分钟的速度运行，当料头到达2级牵引辊下面时，收卷收完，摆臂迅速摆开，卷好的材料掉下至接料盘，摆臂迅速合上，接料盘上的料滚落至卷紧轴里，将外圈的料卷紧后进入下一道工序，收卷完成。

4.根据权利要求3所述的空芯式收卷电气控制方法，其特征在于：对所述的收卷伺服电机(15)的速度控制是：

启动后，给定收卷伺服电机(15)的主速度V1信号，随着收卷长度L1的变化，X1为收卷长度的递增量，预先设定，X2为收卷速度的递减量，预先设定，主速度逐步适应性的下降，参照以下公式：

当L2＝L1+X1，收卷当前速度V2＝V2-X2，

当L2＝9米时，速度降为10米/分钟；以10米/分钟的速度运行直至收卷完成摆辊返回，收卷升速到V1主速度。

5.根据权利要求3所述的空芯式收卷电气控制方法，其特征在于：对所述的牵引伺服电机(13)的速度控制是：启动后，给定牵引伺服电机(13)的主速度V2信号，保持不变，当L2＝9米时，速度降为10米/分钟；以10米/分钟的速度运行直至收卷完成摆辊返回，牵引升速到V2主速度。

6.根据权利要求3所述的空芯式收卷电气控制方法，其特征在于：对所述的计米长度L的计算是：根据编码器读数N、编码器脉冲数S及版辊周长M进行推算，参照以下公式：L＝N÷S×M/1000。

7.根据权利要求3所述的空芯式收卷电气控制方法，其特征在于：对所述的电空变换器(7)的控制是：电空变换器7的当前张力T的计算方法是，设TX为结束张力；T1为起始张力，Q为电位器当前测量值，7740为卷径最大时摆辊的测量值，27648为模拟量输出转换为数字量的最大值，参照以下公式： $T=\frac{(TX-T1)\×Q+T1\×7740}{7740}\×\frac{27648}{100},$ 即得。