CN104925561A - 一种基于单片机的卷取机张力控制系统 - Google Patents

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过琳
张晨欣
孙远烈
张伟
许晓晓
黄志远
费洁
沈静芬
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Abstract

本发明公开了一种基于单片机的卷取机张力控制系统,包含微控制器模块、卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路、功率调整电路、磁粉控制器，所述卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率调整电路连接磁粉控制器，所述微控制器模块通过功率调整电路控制磁粉制动器的制动电流实现卷取机的恒张力控制。

Description

一种基于单片机的卷取机张力控制系统
技术领域
本发明涉及一种张力控制系统，尤其涉及一种基于单片机的卷取机张力控制系统，属于张力控制领域。
背景技术
张力控制，通俗地讲，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。
在冶金、造纸、纺织等行业中，在加工过程中或者是加工完成之后，最后的一道工序一般就是将加工物卷绕成筒状。在这一过程中，卷绕的好坏将是决定产品质量的关键，卷的太紧，容易使织物变形，拉断，卷的太松又容易使卷取不紧凑，不利于搬运和运输，因而为了达到使卷绕紧凑，保证产品的质量，都要求在卷绕过程中，在织物上建立一定的张力，并保持张力为一恒定值，能够实现这一功能的系统，就叫做张力控制系统。目前应用的张力控制系统，根据其测量控制的原理结构主要有三种：间接法张力控制系统；直接法张力控制系统；兼有间接法和直接法的复合张力控制系统。
从控制方式上分类，张力控制一般可以分为手动、半自动、全自动三类；卷径控制方式可自动检测卷径从而对张力的执行机构进行调整、补偿，实现张力的恒定。卷径控制方式属于半自动控制方式，其突出特点就是省去了价格相对昂贵的张力传感器，安装简单，而且能很方便的获得锥度张力控制，特别适用于冶金、印刷、包装、造纸、印染等行业的分切及收卷机器设备。
例如申请号为“201310193026.8”的一种张力控制装置，用在卷对卷滚压设备中以控制收卷的张力，所述卷对卷滚压设备包括收卷轴，所述张力控制装置包括：厚度测量单元，位于所述收卷轴上以用来测量所述收卷轴上的卷材厚度；处理单元，根据所述厚度测量单元测量的厚度计算收卷的张力值；以及控制单元，接收所述处理单元输出的张力值以控制所述收卷轴的张力。张力控制装置可以控制收卷轴上的张力根据卷材的厚度的不同而相应变化，从而防止收卷过程中卷材表面擦伤。
又如申请号为“201410600667.5”的一种张力控制装置，由驱动部、张力控制部和输出导辊组成，驱动部具有驱动辊、压送辊、压送辊驱动部件和驱动辊驱动部件，驱动辊与驱动辊驱动部件连接，压送辊与压送辊驱动部件连接，驱动辊与压送辊配合，张力控制部包括块部件、感应部件、摆杆、调节导辊、调节部件，摆杆转动式安装在调节部件上，感应部件固定在摆杆上，摆杆一端固定调节导辊，摆杆另一端固定块部件，被输送材料绕经输出导辊、调节导辊并连接至驱动辊、压送辊之间，绕在调节导辊两侧的被输送材料之间的夹角小于180度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于单片机的卷取机张力控制系统，能够通过控制磁粉制动器的制动电流，便可以实现放卷轴的恒张力控制。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于单片机的卷取机张力控制系统,包含微控制器模块、卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路、功率调整电路、磁粉控制器，所述卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率调整电路连接磁粉控制器，所述微控制器模块根据I＝[(R1·ω2)/ω1]·F/K得出磁粉制动器的制动电流，其中，I为磁粉制动器的制动电流，R1为收卷驱动轴半径，ω1为卷取机角速度，ω2为放卷机角速度，F为卷取机张力，K为磁粉制动器的特性系数，进而通过功率调整电路控制磁粉制动器的制动电流实现卷取机的恒张力控制。
作为本发明一种基于单片机的卷取机张力控制系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。
作为本发明一种基于单片机的卷取机张力控制系统的进一步优选方案，该系统采用数码管实时显示磁粉制动器的制动电流。
作为本发明一种基于单片机的卷取机张力控制系统的进一步优选方案，所述功率调整电路为PWM功率放大电路。
作为本发明一种基于单片机的卷取机张力控制系统的进一步优选方案，所述卷取机角速度检测电路采用可充电蓄电池供电。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明结构简单、易于实现、测量精度高；
2、本发明具有良好的抗干扰性能，能够较好地完成控制效果，运行稳定可靠；
3、本发明通过控制磁粉制动器的制动电流，便可以实现放卷轴的恒张力控制。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种基于单片机的卷取机张力控制系统,包含微控制器模块、卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路、功率调整电路、磁粉控制器，所述卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率调整电路连接磁粉控制器，所述微控制器模块根据I＝[(R1·ω2)/ω1]·F/K得出磁粉制动器的制动电流，其中，I为磁粉制动器的制动电流，R1为收卷驱动轴半径，ω1为卷取机角速度，ω2为放卷机角速度，F为卷取机张力，K为磁粉制动器的特性系数，进而通过功率调整电路控制磁粉制动器的制动电流实现卷取机的恒张力控制。
其中，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，该系统采用数码管实时显示磁粉制动器的制动电流，所述功率调整电路为PWM功率放大电路，所述卷取机角速度检测电路采用可充电蓄电池供电。
当卷轴转速恒定时，张力产生的转矩与磁粉制动器产生的制动力矩相等。因此如维持张力恒定不变，则只需检测放卷轴与驱动主轴的转动角速度，通过控制磁粉制动器的制动电流，便可以实现放卷轴的恒张力控制。其中，脉冲信号是通过安装于旋转轴上的接近开关或者是旋转编码器获得，单片机通过计数这一脉冲信号的频率就可以准确的计算出需要检测轴的角速度。
AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8V即可工作；AVR单片机保密性能好。
磁粉制动器的转矩曲线可以分为三个部分：非线性段、线性段和饱和段。磁粉制动器具有良好的恒转矩特性，并且磁粉制动器输出转矩与磁粉线圈激励电流优良的线性关系，只要线性调节激励电流，便能实现对现场张力的动态控制，并且磁粉制动器在转速很低的情况下性能也十分稳定。磁粉制动器在卷取张力控制系统的应用，实际张力的大小通过电流直接调节，改变了其他调节装置的手工操作过程，使得操作简单、准确。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于单片机的卷取机张力控制系统,其特征在于：包含微控制器模块、卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路、功率调整电路、磁粉控制器，所述卷取机角速度检测电路、放卷机角速度检测电路连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率调整电路连接磁粉控制器，所述微控制器模块根据I＝[(R1·ω2)/ω1]·F/K得出磁粉制动器的制动电流，其中，I为磁粉制动器的制动电流，R1为收卷驱动轴半径，ω1为卷取机角速度，ω2为放卷机角速度，F为卷取机张力，K为磁粉制动器的特性系数，进而通过功率调整电路控制磁粉制动器的制动电流实现卷取机的恒张力控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的卷取机张力控制系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的卷取机张力控制系统，其特征在于：该系统采用数码管实时显示磁粉制动器的制动电流。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的卷取机张力控制系统，其特征在于：所述功率调整电路为PWM功率放大电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的卷取机张力控制系统，其特征在于：所述卷取机角速度检测电路采用可充电蓄电池供电。
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