CN202953600U

CN202953600U - 一种卷绕张力控制装置

Info

Publication number: CN202953600U
Application number: CN 201220569083
Authority: CN
Inventors: 高恭娴; 邱毅; 胡志文; 陆林海; 苏建平
Original assignee: SHANGHAI HITECH SYSTEM WORKS CO Ltd
Current assignee: Shanghai Qiande Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2022-10-31

Abstract

本实用新型公开了一种卷绕张力控制装置，其包括ARM处理器、模糊PID算法芯片、通信端口电路，四路模拟量输入口电路、四路模拟量输出口电路、六路IO口输入点电路、四路IO口输出点电路、三路超高速计数器电路，所述ARM处理器分别控制连接模糊PID算法芯片、通信端口电路，四路模拟量输入口电路、四路模拟量输出口电路、六路IO口输入点电路、四路IO口输出点电路以及三路超高速计数器电路。本实用新型性价比高，可以大幅提高技术人员的工作效率，可以灵活组合使用，扩展方便，与PLC、HMI组合使用性价比非常高。

Description

一种卷绕张力控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种卷绕控制技术，具体涉及一种卷绕张力控制装置。

背景技术

在电池、纺机、纺织、皮革、造纸、冶金、薄膜、包装等领域，都涉及到使用卷绕控制装置，其卷绕张力控制水平的高低是整个设备运行稳定性和产品质量好坏的关键所在。

对于卷绕张力控制这一核心技术问题，一直是工业自动化控制领域中的难点、弱点。目前主要有两种控制方案：一种是PLC加ADC模块以及DAC模块的方案，另一种是采用独立的张力控制器的方案。

随着用户对加工产品品质要求的不断提高，新的检测手段的出现，原有以PLC为控制平台做PID控制的方式在经验积累和编程设计效率上已现不足，无法满足用户对产品工艺高质量的要求。

由此可见，提供一种高效率、高精度、低成本的卷绕张力控制装置是本领域亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有卷绕控制装置的控制方案在效率、精度等方面无法满足现有产品工艺高质量的要求的问题。而提供一种高效率、高精度的卷绕张力控制装置，来解决现有技术的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种卷绕张力控制装置，该装置包括ARM处理器、模糊PID算法芯片、通信端口电路，四路模拟量输入口电路、四路模拟量输出口电路、六路IO口输入点电路、四路IO口输出点电路、三路超高速计数器电路；所述ARM处理器分别控制连接模糊PID算法芯片、通信端口电路，四路模拟量输入口电路、四路模拟量输出口电路、六路IO口输入点电路、四路IO口输出点电路以及三路超高速计数器电路。

进一步的，所述通信端口电路包括RS485端口、RS232端口、CAN-BUS端口以及USB端口，并通过这些通讯端口直接与PLC、HMI、PC机等联机通讯。

进一步的，所述模糊PID算法芯片包括PID算法电路、锥度计算电路、卷径计算电路、双轴切换电路、记忆输出电路、点动控制电路、带两点DAC输出电路以及实时调试电路。

根据上述方案得到的本实用新型具有以下优点：

（1）运用灵活，可以与各主流品牌的可编程控制器PLC、触摸屏HMI、工控机PC等组网通信，相当于PLC的一个扩展模块，安装结构为卡槽结构，安装方便。

（2）接口丰富，集成了四路模拟量输入口（ADC），四路模拟量输出口（DAC），六路IO输入点、四路IO输出点以及三路超高速计数器。可以弥补一般PLC相关模块少、增加模块费用高的缺点。

（3）高性能的全速张力控制。在系统控制的全速范围内，加、减速过程都具有相同的张力控制性能。

（4）张力控制能力强，采用高性能的32路ARM处理器内核，结合模糊PID算法，可以在各种复杂情况下保持张力稳定。

（5）高抗干扰性，各个端口，如ADC、DAC、RS485、IO端口等都采用隔离电路设计，具有很强的抗干扰性。

（6）高能丰富，具有卷径计算、锥度控制、双轴换卷等功能。

（7）使用方便，能够最大限度的降低技术人员的设计工作强度，适用面广。

（8）性价比高，可以大幅提高技术人员的工作效率，可以灵活组合使用，扩展方便，与PLC、HMI组合使用性价比非常高。

（9）适用性强，不但能使用在一般圆形内芯的卷绕场合，也能满足诸如动力电池等异形卷芯的卷绕要求，解决了目前普遍存在的异形卷绕张力无法保证一致性的情况。

（10）可以通过配套开发的PC机专用调试软件，在线实时监测张力PID的运行、计算状态，修改PID参数，观察PID的控制效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的接口框图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1，本实用新型提供的卷绕张力控制装置100，该装置包括ARM处理器101、模糊PID算法芯片102、通信端口电路103，四路模拟量输入口电路104（ADC）、四路模拟量输出口电路105（DAC）、六路IO口输入点电路106、四路IO口输出点电路107、三路超高速计数器电路108。

ARM处理器101作为整个装置的数据处理中心，其可采用高性能的32位ARM处理器，并且ARM处理器分别控制模糊PID算法芯片102、通信端口电路103，四路模拟量输入口电路104、四路模拟量输出口电路105、六路IO口输入点电路106、四路IO口输出点电路107、三路超高速计数器电路108。本实用新型通过这些通讯端口直接与PLC、HMI、PC机等联机通讯。

同时，可以通过配套开发的PC机专用调试软件，在线实时监测张力PID的运行、计算状态，修改PID参数，观察PID的控制效果。

基于上述方案，本实用新型的具体实施如下：

参见图2，通信端口电路103包括RS485端口、RS232端口、CAN-BUS端口以及USB端口。

RS485端口：带电气隔离，可与所有的带RS485接口的器件相连，可通过相应的开关来设置通信速率。

RS232端口：带电气隔离，可与所有带RS232端口的器件相连，可通过相应的开关来设置通信速率，可作为调试端口。

CAN-BUS端口，带电气隔离，可与所有带CAN-BUS接口的器件相连，可通过相应的开关来设置通信速率。

USB端口，可用于PC通信和调试接口。

三路超高速计数器电路108作为正交编码器接口，共有6个接线端子：A+/A-、B+/B-、C+/C-。

其中A+/A-端口，为高速计数口1，可作为主轴脉冲输入，也可作为正交编码器A向输入信号。

B+/B-端口，为高速计数口2，可作为卷轴脉冲输入，也可作为正交编码器B向输入信号。

C+/C-端口，为高速计数口2，可作为正交编码器C向输入信号。

六路IO口输入点电路106具有8个接线端子：SI0、SI1、SI2、SI3、SI4、SI5、IN-COM1、IN-COM2。

SI0，作为运行接口，0-停机，1-运行。

SI1，作为点动。

SI2，用于正反转控制。

SI3，用于A/B轴切换接口。

SI4，用于主轴脉冲计数。

SI5，用于卷轴脉冲计数。

IN-COM1，作为IO输入公共端1。

IN-COM2，作为IO输入公共端2。

四路IO口输出点电路107，共有6个接线端子：SO0、SO1、SOCOM0、SO10、SO11、SOCOM1。

其中，SO0，用作卷轴PFM脉冲速度输出。

SO1，用作卷轴PFM脉冲方向输出。

SOCOM0，作为SO0、SO1的输出公共端。

SO10，作为过张力报警输出。

SO11，作为欠张力报警输出。

SOCOM1，作为SO10、SO11的输出公共端。

四路模拟量输入口电路104（ADC）共有8个端子，每一路对应一个独立公共端：AI0+、Ain0-com、AI1+、Ain1-com、AI2+、Ain2-com、AI3+、Ain3-com。

其中AI0+和AI0-作为卷轴张力模拟量输入端。

AI1+和AI1-作为主轴速率模拟量输入端。

AI2+和AI2-作为卷径大小百分模拟量比输入端。

AI3+和AI3-作为张力设置模拟量输入端。

四路模拟量输出口电路105（DAC）共有8个端子，每一路对应一个独立公共端：AO0、AO0COM、AO1、AO1COM、AO2、AO2COM、AO3、AO3COM。

其中，AO0和AO0COM作为A轴张力控制输出端。

AO1和AO1COM作为B轴张力控制输出端。

AO2和AO2COM作为牵引轴1的输出端。

AO3和AO3COM作为牵引轴2的输出端。

对于上述模糊PID算法芯片，其主要包括PID算法电路、锥度计算电路、卷径计算电路、双轴切换电路、记忆输出电路、点动控制电路、带两点DAC输出电路以及实时调试电路。

PID算法电路，用于实现自动控制一路放卷、收卷或者牵收张力。

针对卷绕张力控制过程的特点，本PID算法模块在常规的PID算法基础上，结合模糊控制、人工智能等思想做了大量有针对性的改进，能大幅度提高张力控制的性能。由于影响张力的因素主要有两个：牵引速度的变化，以及卷径的变化，为此本PID算法模块针对线速度与卷径对张力的作用以及其各自的特点，特别有针对性的算法。

其中速度V的影响分为两个部分，一是启动、停机以及升降速过程中的影响，这部分要求PID算法响应要快，PID输出能及时跟踪主速度；另一个是均速过程中主速度的波动，这部分要求PID要稳定，减小震荡。

而卷径变化与速度变化的特性不同，卷径的是周期性的累加或累减，其对张力的影响更缓慢，但作用更大。本PID算法模块针对不同的卷径值设置有不同的PID系数，使其能够适应大卷径变化比的应用场合。

由此，本实例中PID算法模块具有如下特点：

1、启动、停机以及升降速过程中PID算法响应快；

2、PID输出能及时跟踪主速度；

3、在均速时过程中保持主速度的稳定，PID输出稳定，震荡小；

4、模糊控制、人工智能的结合使PID运算更贴合实际使用状况。

锥度计算电路，用于实现设置收卷时的锥度，锥度由直线锥度、曲线锥度、分段自学习等设置功能。

卷径计算电路，用于卷径的计算，具体可利用厚度累加法、机械齿轮比值法等。

双轴切换电路，用于实现收放卷的A/B双轴自动切换，并保持张力稳定。

记忆输出电路，可实现停机/启动时保持张力稳定。

点动控制电路，实现点动功能。

带两点DAC输出电路，用于两牵引辊的控制，相当于PLC的两个DAC输出点。

本模块内含异形卷芯数学模型。在动力电池等异形卷绕领域，其卷芯并不是标准的圆形体，而是不等半径的椭圆型、正六边型、方型等异形体。这种异形卷芯的线速度与角速度不成比例，单纯的PID控制一般无法现实张力模块具有独特的特种卷芯收放卷功能。本模块通过建立与卷芯形状相应的数学模型，根据不同的卷芯夹角可计算出不同的角速度来保证线速度的一致性。

PLC实时调试监控软件，用于与PC机联机调试，实时观测张力内部的运行状况以及相应的PID算法电路的计算状况。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种卷绕张力控制装置，其特征在于，所述装置包括ARM处理器、模糊PID算法芯片、通信端口电路，四路模拟量输入口电路、四路模拟量输出口电路、六路IO口输入点电路、四路IO口输出点电路、三路超高速计数器电路，所述ARM处理器分别控制连接模糊PID算法芯片、通信端口电路，四路模拟量输入口电路、四路模拟量输出口电路、六路IO口输入点电路、四路IO口输出点电路以及三路超高速计数器电路。

2.根据权利要求1所述的一种卷绕张力控制装置，其特征在于，所述通信端口电路包括RS485端口、RS232端口、CAN-BUS端口以及USB端口。

3.根据权利要求1所述的一种卷绕张力控制装置，其特征在于，所述模糊PID算法芯片包括PID算法电路、锥度计算电路、卷径计算电路、双轴切换电路、记忆输出电路、点动控制电路、带两点DAC输出电路以及实时调试电路。