CN211603961U

CN211603961U - 一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统

Info

Publication number: CN211603961U
Application number: CN202020672384.2U
Authority: CN
Inventors: 范振宇
Original assignee: HUNAN SHUIKOUSHAN NONFERROUS METALS GROUP CO Ltd
Current assignee: HUNAN SHUIKOUSHAN NONFERROUS METALS GROUP CO Ltd
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2030-04-28

Abstract

一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，包括水冷滚筒、卷绕滚筒、导向辊轮和调速机构，调速机构包括滑差电机、电机调速器、旋转编码器和PLC；旋转编码器安装在导向辊轮上并可与导向辊轮同步旋转；PLC包括PID控制模块，PID控制模块采用分段输出方式，即通过PID输出的线性曲线，分成了若干段小区间，区间大小及区间数量可以根据精度要求及实际调试结果进行变化。本实用新型的基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统结构简单，维修方便，操作简易，流程简化；采用分段输出的方法有很强的适用性，可以根据不同系统所要求的精度，整定分段函数参数；设备工作时，初始由人工抓取铅皮匀速向系统进给，给定了初速度，速度波动小。

Description

一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统

技术领域

本实用新型涉及铅冶炼技术领域，特别是一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统。

背景技术

铅的精炼大都采用电解精炼法，在大极板铅电解工艺流程中，要使用大量的阴极片，而阴极片是由薄铅片经加工制备而获得的。薄铅片（铅皮）经过卷绕形成成品铅卷。如图1所示，就是一种常见的铅卷制造设备的部分结构示意图，其主要包括水冷滚筒1、压紧辊轮2、导向辊轮4、压紧活动辊轮5和卷绕滚筒6，铅皮3先由水冷滚筒制备，然后在辊轮的配合下，在卷绕滚筒上卷绕；显然，该设备在工作时，要保证铅皮的水冷粘附速度与铅皮的卷绕速度相匹配，否则可能会因为两个滚筒速度不匹配，导致铅皮受到拉扯而断裂或铅皮失速而厚薄不均等质量问题。因此，对铅皮卷绕速度实现精准控制，是铅卷制造设备的重要技术核心之一，对铅卷的生产质量影响很大。

日本TDE公司生产的DM机的操作流程包括手动调整卷绕速度，观察水冷滚筒速度反馈，当速度达到预定的数值时，再进入自动模式；此种调速模式具体来说有以下缺点：1.操作繁琐；初始时采用手动调速模式，即由人工调整卷绕滚筒的旋转速度，当水冷滚筒达到特定的转速后才能切换为全自动调速模式，要求操作工人有一定的经验和操作技巧，2.通过监测水冷滚筒速度来反应铅皮的卷绕速度，监测结果相对滞后；而且水冷滚筒速度采用测速发电机反馈，其模拟量信号的抗干扰性差，速度波动较大，精度不高，速度跟随性能不稳定，故障率高；3.控制线路、反馈系统相对复杂，不利于查找故障和维修。另外，在现有技术中，用户经常采用PID控制法来控制滚筒转速，PID在PLC中已经有成熟的工艺模块，用户使用时候可以通过在线整定PID参数，从而得到一个相对稳定的数值；也可以根据调试经验进行试凑，但是传统PID控制对于滑差电机作为速度调节对象时存在两个问题：一是滑差电机速度与调速器输出的励磁电流成非线性关系，速度控制难度大；二是卷绕滚筒的卷绕线速度会随着铅卷厚度的增加而增大，电机转速随时间变化为非线性函数，要保持铅片行走速度恒定，需要不断调节电机转速。所以要实现铅卷匀速卷绕，简单的PID控制及全过程使用同一个P、I、D参数无法实现速度稳定调节。

因此，有必要对现有的卷绕控制系统进行改进，使卷绕控制系统能够实现操作方便、精度可控、且结构简单、成本低的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的是：克服现有技术的上述不足而提供一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，该系统具有投资成本低、开发简易、操作简单、精度可控的特点。

本实用新型的技术方案是：一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，包括水冷滚筒、卷绕滚筒、导向辊轮和调速机构，调速机构包括滑差电机、电机调速器、逻辑控制器（PLC）、旋转编码器；旋转编码器安装在导向辊轮上并可与导向辊轮同步旋转；PLC包括PID控制模块。

进一步的，控制系统还包括导布，导布安装在卷绕滚筒和导向辊轮上，导布用于引导铅皮在卷绕滚筒上卷绕。

进一步的，PID控制模块采用分段输出方式，即通过PID输出的线性曲线，分成了若干段小区间，区间大小及区间数量根据精度要求及实际调试结果进行变化；例如，根据手动调整卷绕滚筒速度经验，若保持铅片速度在18 m/min，且铅皮厚度达到(0.90±0.15)mm，电机调速电位器输出电压需要在（2,4）区间内。故采用传统PID 计算，并结合分区间分段输出的方法，把把PID输出值细分在若干个小区间范围内，PID响应的超调量、上升时间和调整时间均可减小，可消除铅皮卷绕短时间内失速后铅皮下垂，并出现时快时慢的波动现象；传送标定后的数值转化成0-10V的控制信号对滑差电机进行调速，见下式（1），为防止速度出现大超调，对输出y分成n段区间进行控制。

（1）

式中：y为PLC模拟量输出，取值范围为0-32000；x为铅卷累计长度，取值范围为0-450m。

进一步的，PID控制模块的分段输出方式中可设置重叠区间，减小分段切换时候的大波动，提高稳定性。

进一步的，电机调速器与一个调速电位器连接，输出一个数值给电机调速励磁线圈，然后结合滑差电机本体的测速发电机转速负反馈形成一个速度闭环控制系统。

进一步的，PLC与电机调速器连接，并给定一个数值输出给电机调速器，然后结合滑差电机本体的测速发电机转速负反馈形成一个速度内闭环控制，再通过旋转编码器计数脉冲负反馈给PLC形成外闭环控制，形成双闭环控制系统。

本实用新型的控制系统的操作方法包括如下步骤，第一步，启动控制水冷滚筒旋转的电机，使该电机的速度稳定在工艺要求的一个固定数值；第二步，人工抓取粘附在水冷滚筒上的铅皮经过导向辊轮，然后插入预先安装好的导布上，让铅皮的初速度带动卷绕滚筒运动；第三步，当铅皮头端进入卷绕滚筒后，立即切换为自动调速模式，铅皮开始自动卷绕。

进一步的，在操作方法的第二步中，初始由人工抓取铅皮经过导向辊轮向卷绕滚筒进给时采用匀速，给定了初速度，速度波动较小；初速度范围为0.1 - 0.3米每秒，这样的初速度使工人在操作时可以不急不燥，保证生产效率和质量。

进一步的，在操作方法的第二步中，当铅皮初速度带动卷绕滚筒开始运动时，与导向辊轮同轴安装的旋转编码器同步旋转，产生脉冲传入PLC，PLC开始计算初速度和铅皮长度，同时PID控制模块开始计算输出值。

进一步的，系统操作方法的第三步中，PLC可以根据铅皮长度判定自动调节分段区间并计算输出值，直到铅皮达到预计的长度，使铅皮卷绕过程中卷绕的线速度保持恒定。

进一步的，本实用新型中滑差电机及电机调速器可以采用变频电机及变频器替换，同样可以实现精准控制的目的。

本实用新型与现有技术相比具有如下特点：本实用新型的基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统结构简单，维修方便，操作简易，流程简化；采用分段输出的方法有很强的适用性，可以根据不同系统所要求的精度，整定分段函数参数；设备工作时，初始由人工抓取铅皮匀速向系统进给，给定了初速度，速度波动小，并且分段输出可设置重叠区域，分段限制，减小分段切换时候的大波动，具有精度高、可调的特点。

附图说明

图1 是一种常见的铅卷制造设备的部分结构示意图；

图2 是本实用新型铅皮卷绕速度控制原理图；

图3 是本实用新型中分段输出PID控制模块控制结构图；

图4 是实施例1使用时的流程图；

图中： 1-水冷滚筒，2-压紧辊轮，3-铅皮，4-导向辊轮，5-压紧活动辊轮，6-卷绕滚筒。

具体实施方式

以下结合附图对实用新型的详细结构作进一步描述。

实施例1

如图2-3，本实施例是一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，包括水冷滚筒1、卷绕滚筒6、导向辊轮4、导布和调速机构；导布安装在卷绕滚筒6上，导布用于引导铅皮3在卷绕滚筒6上卷绕；调速机构包括滑差电机、电机调速器、旋转编码器和PLC；电机调速器、旋转编码器均与PLC连接，电机调速器与电机连接；旋转编码器安装在导向辊轮4上并与导向辊轮4同步旋转。

本实施例采用YCT系列滑差电机为执行机构来控制铅皮卷绕滚筒，采用西门子S7-200 PLC，CPU 224XP AC/DC/RLYPLC为核心的运动控制器，采用欧姆龙E6C3-CWZ3EH型增量式旋转编码器采集脉冲方式计算速度，精度为500P/R，输出信号分为 A、B、Z相输出信号， A相脉冲输出给现场测长仪表， B相信号输出至 PLC高速计数器，使得一台编码器可以兼顾测长度和测速度两种功能；同时采用威伦触摸屏MT8104iH实时监控卷绕速度、卷绕长度。

本实施例中PLC 程序主要包含PID 分段控制主程序、初始化子程序和定时中断子程序，PID控制模块（即PID分段控制主程序）用于控制PID输出的线性曲线分成若干段小区间，区间大小及区间数量可以根据精度要求及实际调试结果进行变化，PID控制模块的分段输出方式中可设置重叠区域，减小分段切换时候的大波动，提高稳定性。

PLC与电机调速器电连接，并给定一个数值输出给电机调速器，然后结合滑差电机本体的测速发电机转速负反馈形成一个速度内闭环控制，再通过旋转编码器计数脉冲负反馈给PLC形成外闭环控制，最终形成双闭环控制系统。

参照附图4，本实施例操作步骤为：第一步，启动控制水冷滚筒1旋转的电机，使该电机的速度稳定在工艺要求的范围，第二步，人工抓取粘附在水冷滚筒1上的铅皮3经过导向辊轮4，然后插入预先安装好的导布上，让铅皮3的初速度带动卷绕滚筒6运动；第三步，当铅皮3头端进入卷绕滚筒6后，立即切换为自动调速模式，铅皮3开始自动卷绕，由控制系统控制铅皮恒线速度卷绕。

在操作方法的第二步中，人工抓取铅皮3经过导向辊轮4向卷绕滚筒6进给时采用匀速，初始的速度约为0.3米每秒，使工人在操作时可以不急不燥，保证生产效率和质量。

在操作方法的第二步中，当铅皮3以初速度带动卷绕滚筒6开始运动时，导向辊轮4同轴的旋转编码器同步旋转，产生脉冲传入PLC，PLC开始计算初速度和铅皮3长度，同时PID控制模块开始计算输出值。

系统操作方法的第三步中，PLC根据铅皮3长度判定自动调节分段区间的输出值，直到铅皮3达到预计的长度。

显然，以上仅为本实用新型的部分实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有前述各种技术特征的组合和变型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，对本实用新型的改进、变型、等同替换，或者将本实用新型的结构或方法用于其它领域以取得同样的效果，都属于本实用新型包括的保护范围。

Claims

1.一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，包括水冷滚筒、卷绕滚筒、导向辊轮和调速机构，其特征在于：调速机构包括滑差电机、电机调速器、旋转编码器和PLC；旋转编码器安装在导向辊轮上并与PLC连接,PLC包括PID控制模块，PID控制模块采用分段输出方式。

2.如权利要求1所述的一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，其特征在于：PID控制模块的分段输出方式中，通过PID输出的线性曲线，分成了若干段小区间，区间大小及区间数量根据精度要求及实际调试结果进行变化，目的在于增强PID控制模块对非线性函数的适应性。

3.如权利要求2所述的一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，其特征在于：所述电机调速器与调速电位器连接，并输出一个数值给电机调速励磁线圈，然后结合滑差电机本体的测速发电机转速负反馈形成一个速度闭环控制系统。

4.如权利要求2所述的一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，其特征在于：所述PLC与电机调速器连接，并给定一个数值输出给电机调速器，然后结合滑差电机本体的测速发电机转速负反馈形成一个速度内闭环控制，再通过旋转编码器计数脉冲负反馈给PLC形成外闭环控制，形成双闭环控制系统。

5.如权利要求3或4任一所述的一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，其特征在于：还包括导布，导布安装在卷绕滚筒上，导布用于引导铅皮在卷绕滚筒上卷绕。

6.如权利要求1所述的一种基于滑差电机的恒线速度卷绕的控制系统，其特征在于：所述PID控制模块的分段输出设置有重叠区域，减小分段切换时候的大波动，提高稳定性。