CN104495472B - 机外大卷装收卷控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机外大卷装收卷控制系统，包括带有中心电机的收卷辊、带有主辊电机的收卷主辊、带有辅辊电机的收卷辅辊、用于提升收卷辊的提升机构、用于控制提升机构的第一PID控制器、用于检测织物张力的张力传感器、设置在收卷主辊以及收卷辅辊上的压力传感器、第二PID控制器以及同时与第一PID控制器、压力传感器信号连接的PCC控制器，所述压力传感器用于检测收卷主辊与收卷辊之间的压力以及收卷辅辊与收卷辊之间的压力，本发明在收卷过程中适时调整收卷辊、收卷主辊、收卷辅辊压力以及织物张力的大小，保证了织物收卷完成后的质量，避免了织物起皱变形、门幅收缩的现象。

Description

机外大卷装收卷控制系统

技术领域

本发明涉及纺织机械控制领域，特别是机外大卷装收卷控制系统。

背景技术

机外大卷装设备应用非常广泛，不但适用于各种类型的织机，而且能针对不同的织物类型，包括各类工业用布、玻璃纤维、碳纤维。汽车用布等。

现有的机外大卷装收卷装置在收卷过程中，随着卷径的增大，收卷辊被动上升，导致织物的自身重量始终全部压在摩擦辊上，当织物的自重达到一定重量时，会使布面起皱变形，增加了摩擦辊和收卷辊的负荷。

张力在收卷过程中也同样重要，布面的张力直接影响到布的质量好坏，张力过大会导致布面变形、门幅收缩，张力太小会导致布面起皱、不美观，现有的机外大卷装收卷装置对张力的控制、调整效果不理想，导致织物收卷质量不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够防止收卷时织物表面起皱变形、能对收卷过程有效调整的机外大卷装收卷控制系统。

实现本发明目的的技术方案如下：

机外大卷装收卷控制系统，包括带有中心电机的收卷辊、带有主辊电机的收卷主辊、带有辅辊电机的收卷辅辊、用于提升收卷辊的提升机构、用于控制提升机构的第一PID控制器、用于检测织物张力的张力传感器、设置在收卷主辊以及收卷辅辊上的压力传感器、第二PID控制器以及同时与第一PID控制器、压力传感器信号连接的PCC控制器，所述压力传感器用于检测收卷主辊与收卷辊之间的压力以及收卷辅辊与收卷辊之间的压力，

通过PCC控制器预设织物厚度以及初始压力，通过提升机构控制收卷辊的升降并使收卷辊与收卷主辊以及收卷辅辊压紧至收卷辊与收卷主辊、收卷辅辊之间的压力等于预设的初始压力，中心电机带动收卷辊转动，主辊电机与辅辊电机分别带动收卷主辊与收卷辅辊转动，使收卷辊与收卷主辊、收卷辅辊转动配合并开始收卷工作，收卷辊完成第一圈收卷后，提升机构以设定的织物厚度作为提升量提升收卷辊，压力传感器将检测到的压力转化为信号传递给PCC控制器，PCC控制器将受到的压力值与预设的压力值作比较，根据两个压力值的偏差，以预设的织物厚度做参考，由第一PID控制器控制提升机构在下一圈提升收卷辊的提升量，若PCC控制器收到的压力值大于预设的压力值，则提升量大于预设的织物厚度，反之则提升量小于预设的织物厚度，

张力传感器将检测到织物的张力转化为模拟量信号经过移动均值滤波传输给第二PID控制器，第二PID控制器将接收到的实时张力值与设定的张力值进行比较，若张力值具有偏差，第二PID控制器则根据收卷辊卷径来调整收卷辊、收卷主辊、收卷辅辊的转动扭矩，将实时张力值调整到设定值。

优选的，为了使收卷辊的提升量更加接近真实的织物厚度，从第十一圈开始，PCC控制器重新计算织物厚度的真实值，PCC控制器计算之前每圈收卷提升机构的提升量的平均值并将此平均值作为织物厚度的真实值，这个真实值替换预设的织物厚度，第十一圈开始以新的织物厚度做参考，提升机构提升收卷辊的提升量均匀分配在完成一圈收卷的时间。

进一步的，为了增加系统的稳定性，PCC控制器每三圈计算一次织物厚度的真实值。

进一步的，所述收卷辊的卷径由控制器根据以下方式计算得出：

收卷辊转动一圈会产生一个脉冲信号给控制器，在收卷辊转动的一圈内，用作对收卷辊收卷织物长度进行计米的计米编码器所产生的脉冲数为P；计米编码器自身转动的单圈脉冲数为P1，与计米编码器同轴相连的计米压辊周长为C，则收卷辊的卷径D1＝C×(P/P1)/π。

进一步的，所述收卷辊的卷径由控制器根据以下方式计算得出：

在初始状态时，收卷辊圆心到收卷主辊圆心和收卷辅辊圆心的距离相等，收卷主辊圆心到收卷主辊与收卷辅辊之间中心点的距离记作L，收卷主辊的半径记作R，收卷辊的初始卷径记作r1,收卷辊圆心到收卷主辊与收卷辅辊之间中心点的距离记作a，由勾股定理可得：

提升机构将收卷辊的提升高度记作y1、y2、……yn，可得出提升后对应收卷辊的卷径r2、r3、……rn，

$\begin{array}{c}r2=\sqrt{{(a+y1)}^2+L^2}-R,\\ r3=\sqrt{{(a+y2)}^2+L^2}-R,\\ \mathrm{......}\\ rn=\sqrt{{(a+yn)}^2+L^2}-R,\end{array}$

收卷辊的卷径

优选的，所述张力传感器为0-300kg，对应0-10V的模拟电压的张力传感器。

进一步的，所述提升机构包括提升电机和由提升电机提升的用于支承收卷辊的支架。

采用上述结构后，本发明在收卷过程中可以随着收卷辊与收卷主辊、收卷辅辊的压力的变大而提升收卷辊，使收卷辊保持在预先设置的适宜的压力之下，张力传感器对收卷过程中的织物进行实时检测，并将检测的实时张力值传输给控制器，与设置在第二PID控制器中的张力值进行比较，若实时张力值与设定张力值之间具有偏差，第二PID控制器根据收卷辊卷径来调整收卷辊、收卷主辊、收卷辅辊的转动扭矩，将实时张力值调整到设定值，在收卷辊的收卷过程中，收卷的卷径由小到大变化，为了保证恒张力或稍微变小的张力，要求主辊电机的输出转距也由小到大变化，同时在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿，即启动的瞬间、加速、减速、停车时进行不同的转距补偿，在不同卷径时进行不同的转距补偿，这样就不会出现张力忽大忽小，能使得收卷的整个过程很稳定，本发明在收卷过程中适时调整收卷辊、收卷主辊、收卷辅辊的压力以及织物张力的大小，保证了织物收卷完成后的质量，避免了织物起皱变形、门幅收缩的现象。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的收卷示意图；

图2为本发明控制系统的原理框图；

图3为本发明中卷径计算示意图。

图中：1为中心电机，2为收卷辊，3为主辊电机，4为收卷主辊，5为辅辊电机，6为收卷辅辊，7为第一PID控制器，8为张力传感器，9为压力传感器，10为第二PID控制器，11为PCC控制器，12为提升机构。

具体实施方式

由图1和图2可知本发明机外大卷装收卷控制系统包括带有中心电机1的收卷辊2、带有主辊电机3的收卷主辊4、带有辅辊电机5的收卷辅辊6、用于提升收卷辊2的提升机构12、用于控制提升机构12的第一PID控制器7、用于检测织物张力的张力传感器8、设置在收卷主辊4以及收卷辅辊6上的压力传感器9、第二PID控制器10以及同时与第一PID控制器7、压力传感器9信号连接的PCC控制器11，所述压力传感器9用于检测收卷主辊4与收卷辊2之间的压力以及收卷辅辊6与收卷辊2之间的压力，

通过PCC控制器预设织物厚度以及初始压力，通过提升机构控制收卷辊的升降并使收卷辊与收卷主辊以及收卷辅辊压紧至收卷辊与收卷主辊、收卷辅辊之间的压力等于预设的初始压力，中心电机带动收卷辊转动，主辊电机与辅辊电机分别带动收卷主辊与收卷辅辊转动，使收卷辊与收卷主辊、收卷辅辊转动配合并开始收卷工作，收卷辊完成第一圈收卷后，提升机构以设定的织物厚度作为提升量提升收卷辊，压力传感器将检测到的压力转化为信号传递给PCC控制器，PCC控制器将受到的压力值与预设的压力值作比较，根据两个压力值的偏差，以预设的织物厚度做参考，由第一PID控制器控制提升机构在下一圈提升收卷辊的提升量，若PCC控制器收到的压力值大于预设的压力值，则提升量大于预设的织物厚度，反之则提升量小于预设的织物厚度，

张力传感器将检测到织物的张力转化为模拟量信号经过移动均值滤波传输给第二PID控制器，第二PID控制器将接收到的实时张力值与设定的张力值进行比较，若张力值具有偏差，第二PID控制器则根据收卷辊卷径来调整收卷辊、收卷主辊、收卷辅辊的转动扭矩，将实时张力值调整到设定值。

优选的，为了使收卷辊的提升量更加接近真实的织物厚度，从第十一圈开始，PCC控制器重新计算织物厚度的真实值，PCC控制器计算之前每圈收卷提升机构的提升量的平均值并将此平均值作为织物厚度的真实值，这个真实值替换预设的织物厚度，第十一圈开始以新的织物厚度做参考，提升机构提升收卷辊的提升量均匀分配在完成一圈收卷的时间。

进一步的，为了增加系统的稳定性，PCC控制器每三圈计算一次织物厚度的真实值。

所述提升机构12包括提升电机和由提升电机提升的用于支承收卷辊的支架。

收卷时，中心电机需要根据齿轮比和卷径来执行输出多大的扭矩和速度，齿轮比是已知的，卷径是有小到大实时变化的，系统中必须实现卷径的实时更新功能，这样，中心电机的扭矩和速度才能配合张力变化作出正确的调整。本发明中采用两种方法获取卷径大小，第二PID控制器对两个结果处理后，取两种结果的平均值作为瞬时卷径的有效值，中心电机根据瞬时卷径和齿轮比，执行相应的扭矩和速度。

所述收卷辊的卷径由控制器根据以下方式计算得出：

收卷辊转动一圈会产生一个脉冲信号给控制器，在收卷辊转动的一圈内，用作对收卷辊收卷织物长度进行计米的计米编码器所产生的脉冲数为P；计米编码器自身转动的单圈脉冲数为P1，与计米编码器同轴相连的计米压辊周长为C，则收卷辊的卷径D1＝C×(P/P1)/π。

参照图3，所述收卷辊的卷径可以由控制器根据以下另一种方式计算得出：

在初始状态时，收卷辊圆心到收卷主辊圆心和收卷辅辊圆心的距离相等，收卷主辊圆心到收卷主辊与收卷辅辊之间中心点的距离记作L，收卷主辊的半径记作R，收卷辊的初始卷径记作r1,收卷辊圆心到收卷主辊与收卷辅辊之间中心点的距离记作a，由勾股定理可得：

提升机构将收卷辊的提升高度记作y1、y2、……yn，可得出提升后对应收卷辊的卷径r2、r3、……rn，

$\begin{array}{c}r2=\sqrt{{(a+y1)}^2+L^2}-R,\\ r3=\sqrt{{(a+y2)}^2+L^2}-R,\\ \mathrm{......}\\ rn=\sqrt{{(a+yn)}^2+L^2}-R,\end{array}$

收卷辊的卷径

为了保证计算出的收卷辊卷径的精准，可以通过控制器计算出D1、D2的平均数，即卷径D＝(D1+D2)/2。

优选的，所述张力传感器为0-300kg，对应0-10V的模拟电压的张力传感器。

下面结合具体数据对本发明中两种计算方式进行验证说明：

根据第一种算法，收卷辊在中心电机的带动下转动一圈计米编码器所产生的脉冲数P＝3792，即收卷辊转动一圈而收卷织物长度产生的脉冲数；计米编码器自身转动一圈产生的脉冲数P1＝1024，与计米编码器同轴转动的计米压辊周长C＝191.7mm；则此时收卷辊的卷径D1＝C×(P/P1)/π＝191.7×(3792/1024)/3.1415＝225.9mm。

根据第二种算法，a＝140mm、yn＝60mm、L＝200mm、R＝170mm，

$r=\sqrt{{(140+60)}^2+{200}^2}-170=112.8,D2=2\×r=225.6mm.$

根据两种算法得出最终卷径D＝(D1+D2)/2＝(225.9+225.6)/2＝225.75。

本发明中由控制单元控制器、执行单元中心电机、主摩擦主辊电机、辅摩擦辅辊电机和反馈单元张力传感器组成张力控制系统，对张力控制实行闭环矢量控制。收卷过程中，收卷的卷径由小到大变化，为了保证恒张力或稍微变小的张力，要求电机的输出转距也由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿，即启动的瞬间、加速、减速、停车时进行不同的转距补偿，在不同卷经时进行不同的转距补偿，这样就不会出现张力忽大忽小，能使得收卷的整个过程很稳定。

本发明的张力控制系统不同于靠一般前后速度差形成的张力系统，而是通过张力传感器对张力的PID调节，张力传感器0-300kg对应0-10V的模拟电压，系统模拟量输入模块实时获取张力的大小，控制器把获取的张力经过移动均值滤波与系统中的预设值进行比较，如发现有偏差，控制器通过高速的EthernetPower Link总线通信，中心收卷、主摩擦收卷、辅摩擦收卷根据偏差相互协调动作，中心收卷根据收卷辊卷径和齿轮比、主摩擦收卷和辅摩擦收卷和根据齿轮比和收卷主辊以及收卷辅辊直径输出相应的扭矩，快速实时的把张力调整到预定值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.机外大卷装收卷控制系统，其特征在于：包括带有中心电机的收卷辊、带有主辊电机的收卷主辊、带有辅辊电机的收卷辅辊、用于提升收卷辊的提升机构、用于控制提升机构的第一PID控制器、用于检测织物张力的张力传感器、设置在收卷主辊以及收卷辅辊上的压力传感器、第二PID控制器以及同时与第一PID控制器、压力传感器信号连接的PCC控制器，所述压力传感器用于检测收卷主辊与收卷辊之间的压力以及收卷辅辊与收卷辊之间的压力，

通过PCC控制器预设织物厚度以及初始压力，通过提升机构控制收卷辊的升降并使收卷辊与收卷主辊以及收卷辅辊压紧至收卷辊与收卷主辊、收卷辅辊之间的压力等于预设的初始压力，中心电机带动收卷辊转动，主辊电机与辅辊电机分别带动收卷主辊与收卷辅辊转动，使收卷辊与收卷主辊、收卷辅辊转动配合并开始收卷工作，收卷辊完成第一圈收卷后，提升机构以设定的织物厚度作为提升量提升收卷辊，压力传感器将检测到的压力转化为信号传递给PCC控制器，PCC控制器将受到的压力值与预设的压力值作比较，根据两个压力值的偏差，以预设的织物厚度做参考，由第一PID控制器控制提升机构在下一圈提升收卷辊的提升量，若PCC控制器收到的压力值大于预设的压力值，则提升量大于预设的织物厚度，反之则提升量小于预设的织物厚度，

张力传感器将检测到织物的张力转化为模拟量信号经过移动均值滤波传输给第二PID控制器，第二PID控制器将接收到的实时张力值与设定的张力值进行比较，若张力值具有偏差，第二PID控制器则根据收卷辊卷径来调整收卷辊、收卷主辊、收卷辅辊的转动扭矩，将实时张力值调整到设定值。

2.根据权利要求1所述的机外大卷装收卷控制系统，其特征在于：从第十一圈开始，PCC控制器重新计算织物厚度的真实值，PCC控制器计算之前每圈收卷提升机构的提升量的平均值并将此平均值作为织物厚度的真实值，这个真实值替换预设的织物厚度，第十一圈开始以新的织物厚度做参考，提升机构提升收卷辊的提升量均匀分配在完成一圈收卷的时间。

3.根据权利要求2所述的机外大卷装收卷控制系统，其特征在于：PCC控制器每三圈计算一次织物厚度的真实值。

4.根据权利要求1所述的机外大卷装收卷控制系统，其特征在于：所述收卷辊的卷径由控制器根据以下方式计算得出：

收卷辊转动一圈会产生一个脉冲信号给控制器，在收卷辊转动的一圈内，用作对收卷辊收卷织物长度进行计米的计米编码器所产生的脉冲数为P；计米编码器自身转动的单圈脉冲数为P1，与计米编码器同轴相连的计米压辊周长为C，则收卷辊的卷径D1＝C×(P/P1)/π。

5.根据权利要求1或4所述的机外大卷装收卷控制系统，其特征在于：所述收卷辊的卷径由控制器根据以下方式计算得出：

在初始状态时，收卷辊圆心到收卷主辊圆心和收卷辅辊圆心的距离相等，收卷主辊圆心到收卷主辊与收卷辅辊之间中心点的距离记作L，收卷主辊的半径记作R，收卷辊的初始卷径记作r1,收卷辊圆心到收卷主辊与收卷辅辊之间中心点的距离记作a，由勾股定理可得：

提升机构将收卷辊的提升高度记作y1、y2、……yn，可得出提升后对应收卷辊的卷径r2、r3、……rn，

$\begin{array}{c}r2=\sqrt{{(a+y1)}^2+L^2}-R,\\ r3=\sqrt{{(a+y2)}^2+L^2}-R,\\ \mathrm{......}\\ rn=\sqrt{{(a+yn)}^2+L^2}-R,\end{array}$

收卷辊的卷径

6.根据权利要求1所述的机外大卷装收卷控制系统，其特征在于：所述张力传感器为0-300kg，对应0-10V的模拟电压的张力传感器。

7.根据权利要求1或2或3任意一项所述的机外大卷装收卷控制系统，其特征在于：所述提升机构包括提升电机和由提升电机提升的用于支承收卷辊的支架。