基于PLC的卷取张力控制与高精度排丝系统的设计
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基于PLC的卷取张力控制与高精度排丝系统的设计,基于,plc,卷取,张力,控制,节制,高精度,系统,设计
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编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 基于 卷取张力控制与高 精度排丝系统的设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923157 学生姓名： 张娴菁 指导教师： 潘国锋 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2012 年 5 月 25 日 锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于 卷取张力控制与高精度排丝系统的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923157 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 基于 取张力的控制与高精度排丝系统的设计 2、专题 二、 课题来源及选题依据 本课题源自金属制品生产线的卷取过程控制，电气传动采用先进的交流变频调速器，实现卷径恒值张力控制；高精度伺服电机与速度传感器实现高精度排丝控制； 辑时序控制与 机界面触摸屏实现参数修正与监控 。 排 丝机系统在以纺织和纺纱的工厂里应用已经较为广泛和普遍了，研究的比较早，现在排丝机也广泛的应用于塑料、金属、印刷等行业。在这些行业中，发现排布的那些材料比较细，而且没有张力，把他们进行高精度的排丝是有一定的困难的，因此需要一个高精度排丝系统来解决这种问题。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 设计卷绕系统完成焊丝的成形； 设机排丝系统完成排丝器的往复运动； 设计控制系统的电路完成实际运用中的接线 ； 设计 形图完成编程输入，进行自动控制； 设计仿真图完成稳定性的证明。 四、接受任务学生： 机械 94 班 姓名 张娴菁 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 排丝系统是焊丝生产的关键系统之一，其控制的好坏直接影响到焊丝的质量。目前的排丝机多采用零角度排丝，可靠性低。 本文根据现有的排丝设备及现有的制备条件，从方便性及实用性的角度出发设计一套符合自身条件的自动排丝系统。整个系统由西门子系列编程序控制器作为控制核心。改造以后，可以实现整个制备过程及排丝的自动化控制。 本 文首先介绍了排丝机机械结构的组成和工作原理。其次，为实现焊丝的自动排丝，设计了硬件控制系统和软件控制系统。硬件由模拟量采集模块来处理张力传感器输入的张力信号，由可编程序控制器对模拟量模块的信号操作和计算，模拟量输出传给变频器，变频器可以实现对电机速度的控制，以实现焊丝的高精度排丝。并且能使排丝伺服系统能够适应各种变化而不断的修正控制器的参数，控制速度环跟随理想模型，从而使位置环输出达到理想效果，从而实现高精度排丝。 最后，对整个系统的软件进行设计并搭建仿真模型，通过仿真研究表明在系统具有不确定因素的情况下， 本文设计的解决方案对于改善系统的性能具有较明显的效果，整个系统设计完成。 关键词 ：可编程控制；卷取；张力控制；排丝 is of is or of is In to of a is is to 7as it of of In it of to of is is LC to of of In s so of to of is V 目录 摘要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 究背景 . 1 究意义和目的 . 2 文研究内容 . 3 2 排丝机的总体控制方案设计 . 5 丝机的机械结构及运动分析 . 5 取控制要求 . 6 丝控制要求 . 7 丝机控制系统的方案 . 7 取张力控制方案 . 7 丝控制方案 . 10 结 . 14 3 排丝机控制系统设计 . 15 件设计 . 15 件的选择 . 15 !未定义书签。 基于 取张力控制与高精度排丝系统的设计 1 1 绪论 究背景 从 20 世纪 20 年代阿姆科巴 特勒体积所产生的热连轧机的热轧钢卷，金属带材生产有一个全新的领域。然而，人们似乎已经不太关心卷取技术，直到客户的外观和钢材表面质量要求时，卷取技术被列入研究工程师的范围。这是因为缠绕技术的生产过程中作为直接影响产品质量的最后一步。从历史上看，卷取技术原因，已经高达 10的不良率。为了解决这个问题卷取技术，所有的国家都花费了大量的财力和物力，进行技术攻关和技术创新。但是，卷绕过程中造成的缺陷，一般不能很好地解释的原因，一个原因是缺乏的直接检测和分析装置，它是唯一的方式来进行分析的绕制过程中的张力。 目前大多数 采用 排丝 机作为 焊丝排丝 设备。为了使 排丝 机取得良好的 排丝 效果，一般在 排丝 过程中采用一定的 排丝 张力。我们知道，如果一条纸带没有 拉紧 ，是 无法 卷紧的。假设 张力过小， 那么被卷的纸条 的边缘将 会变得 不齐，纸 条会被卷的 有的紧，有的松 ；假设 张力过大， 那么纸条机 容易 被 拉断。对 焊丝 的卷取， 同样存在着 问题，并且 有着它的 特殊性。过 度 的张力会产生拉 丝 ，严重时将造成钢 丝 断裂 ； 过小的张力会 引起焊丝 的不均，降低 焊丝 的等级。因此，卷取机的 卷取 张力控制是整个系统的心脏。 在 20 世纪 80 年代以前，卷取张力控制系统以模拟 设备 为主，系统的精度一直 比较 低 。进入 90 年代 以 后， 伴随着 机电制造技术、电力电子技术、计算机技术、检测技术的发展，使得 专用张力控制设备 也 有了 飞跃 的发展。目前，卷取机张力控制设备的 发展已日趋成熟 ，并逐渐 逐由 一个 专用的张力控制 装置取代 了以模拟器件为主的张力控制 装置 。 其主要产品有 表 的张力控制系统 ， 网络 司的卷材张力控制系统，日本三菱公司的张力控制系统，德国西门子公司的张力控制板系列 和 相应 的 变频器系列 ； 张力控制板则从 目前最新的 备等。 过去的 20 年里 ，随着与国外技术交流日益密切，国内 卷取张力控制设备 (器件 )基本上 保持与国外想通的步伐 。代表产品有上海佐林电器有限公司生产的 列产品 ;有海安前卫机电厂生产的 列张力控制系统 ;南京航空航天大学开发的 列高性能微机控制变频器以及华为公司生产的 列张力控制专用变频器等。 相对而言 ， 外资 张力控制系统设备不仅对于卷取过程中张力有严格精确的控制，而且对于初始建立张力、抛尾过程张力都有较好的控制，并且具有友好的人机界面， 功能齐全 ，如缓冲 区开始防松 功能、自动 /手动控制、模式 选择 、控制参数的保存和调用、自诊断模式、多种通 信 接口等。国外各 个公司的张力控制设备一般都是系列产品， 可以 提供多种方案选择 ， 以满足不同用户的不同 排丝 工艺需求。 从国外 引进的 张力控制设备的状况可以看出，张力控制设备的 趋势是朝着 向功能多样化、产品系列化方向发展 的 ，机械、液压、电气、计算机控制 作为 一体。随着这些 特殊的张力 卷取 控制设备的出现，使 得 卷取机的张力控制过程更加方便、快捷，同时也为 控制卷曲的形状提供了更大的便利。 无锡太湖学院学士学位论文 2 自我 国加入 世界贸易组织， 使得 国内 排丝 机行业面临巨大的竞争压力 。 随时 关注 国际上 排丝 机发展的新动向 ，改变 国内 排丝 机行业的竞争压力 ，已变得迫不及待。 本课题就 是在这样一个背景下 ， 充分利用计算机技术 、 信息技术 、 激光技术 、 液压技术 ， 研制高柔性 、高集成 、 高可靠性 、 高速 、 高效 、 节能 环保、工作 自动化 、 连续化 、 智能化的新型 排丝 机械 ， 用来 适应 那种性能高 、 功能多 、 批量小 、 品种繁多 、技术含量较高 的 产品 生产的要求 。 本课题主要研究了 焊丝 在 一定的形式 下 将焊丝排列 到筒管上 的系统过程。从而 设计了一 台新型 焊丝排丝机 。 主要功能是实现 焊丝 在 排丝 机上按照一定的 角度 ， 逐层 、 紧密排列成螺旋线形的圆柱形卷装筒子 ， 工艺上要求 排丝系统在排线的同时 应满足 一定的 参数 ：硬件 设计 的参数，软件设计的参数， 来回运动行 程 的变化要求 ， 并且要 具有 一定的 速度调节性能 ， 整机实现全自动化 。充 分利用 制 系统设计的方法 ， 研制了 一 台 基于 动控制 功能的 排丝机 ， 为新型 排丝 机械从机械式到 基于 动控制 功能 式 的转变提供了一定的参考价值 。 近几年我国 排丝机 行业发展速度 持续增长 ， 由于排丝机 行业生产技术不断提高以及下游市场需求不断 增大 ， 排丝机 行业在国内和国际市场上发展形势都 十分可观 。虽然受金融危机影响使得 排丝机 行业近两年发展速度 逐渐变慢 ，但随着我国 整体 经济的 飞快 发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国 排丝机 行业 又一次迎来了好的发展 机遇 。进入 2010 年我国 排丝机 行业面临新的发展形势，由于 新兴 企业 的持续 增多，上游原材料价格 不断 上涨，使得整个 行业利润 变低 ， 从而造成 我国 排丝机 行业市场 的 竞争也 更加 激烈。面对这一 情况 ，生产制造排丝机的 企业 应当要 积极 面对 对， 加强 培养创新能力，不断提高自身生产技术，努力 加强企业竞争优势， 在这 同时 生产排丝机的 企业还 应该 把握 整个 行业的市场 运作形势 ，不断 加强 学习 此 行业 的 最新生产技术， 清楚此 行业国家政策法规走向， 正确了解 同行竞争对手的发展动态，只有 这样 才能 让 企业 清楚明白此 行业的发展动态 和 自身在 该 行业中所处地位，并制定正确的 发展策略 使得自己的 企业在残酷的市场竞争中取得领先优势。 究意义和目的 排丝机及其应用技术的研究，是随着近年来焊丝、光纤运用中高效率、高精度的工艺要求而提出的，从而逐渐被纳入工程师的研究领域的。 卷取排丝是焊丝生产的最后一道工序，在此工序中伴随着焊丝复杂的变形以及卷取张力的波动，这些全都直接影响产品的质量。在卷取排丝过程中保持张力的恒定，对提高焊丝排布的精度有着重要的意义。在焊丝生产中，随着高精度排丝工艺研究的不断深入，保持恒定的张力、保持张力横向均布被列为高精度排丝的技术手段。而在排丝设备的研究 中，是恒张力技术研究的切入点。所以，从卷取排丝设备出发，研究如何在排丝过程中保持张力的恒定以及排丝的精度，对提高焊丝生产的综合精度有着十分重要的意义。 排丝系统是现代工业中，特别是冶金、造纸、纺织等各行业中广泛应用的控制系统之一。卷取张力是否恒定直接影响到产品的质量问题。 在 排丝 过程中，卷取张力的产生是由于 焊丝 在张力辊出口 输送 的速度 和 卷取的速度不同而造成的，即 速度之差 产生了张力。卷取 轴 在顺着运行方 向 对 焊丝 有一个作用力 (这是由 卷取电机的转矩 所 提供 )，而张力辊在带丝 运行 时 对 带丝 有一个反作用力，二者 之力 合成 而 产生了 张力。为了 保证 张力的恒定，就基于 取张力控制与高精度排丝系统的设计 3 要使 两者之间的 作用力的差保持 一定 。 排线卷取张力 机张力控制系统的控制性能， 它的 优劣程度 依赖于 调节能力 ，体现在 下三个方面 :第一，在主机 的加速和减速 阶段，如何控制卷取机使其跟随主机速度的变化，克服加 速 减速 而形成了 动态力矩对张力的影响， 可以避免 张力的振荡 ;第二，在主机 的 稳定速度 阶段，如何 才能 克服 轧辊直径 的变化带来的张力波动 ;第三， 如何解决辊直径等工艺参数的变化所造成的不断变化的系统模型参数 的 问题，。 目前 ， 国内的很多生产线都是通过控制速度来 控制卷取张力的恒定的 。 为了达到 通过控制 排丝 速度 来控制带钢张力的目的， 我们 必须 了解排丝 速度 和 张力之间的关系。在 许 多教科书和 相关 文献中，提供张力模型是 根据 两点之间速度差的积分 进行说明的 。这对于实际卷取张力系统 是不适合的 。 由于 在实际系统中， 如果 张力对象 是 为积分环节， 那么 系统中将 会有 两个纯积分环节， 该系统的结构就不稳定 ，显然 并不符合实际情况 。 在实际过程中， 卷取张力与速度之间的传递函数应当是一个惯性环节， 决定卷取张力的有 卷取速度、张力设定值和其它工艺参数。 目前国内同类设备多是垂直层绕（焊丝与收线轴垂直），设备容易受到干扰，经常停车，张力不均匀。由于滞后角控制的 自动排线系统可以提高排线的精度和性能。 编程控制器通过对角度进行闭环控制，使焊丝以不变的滞后角度 在卷轴上进行高速层绕。 检测到的角度值和设定值进行比较，两者之间的偏差使得 出脉冲信号给伺服电机驱动直线单元运动，从而使得偏差趋于零，以实现焊丝以恒定的滞后角进行层绕。通过人机界面完成数据的输入和实时监测。设计实现了在换向区外的正常速度跟踪，换向开关启动后立刻快速追赶到同步速度的跟踪，焊丝到达卷轴边缘后再次形成新的滞后跟踪的自动排线系统的控制，满足排线系统自动平稳排线的要求。 此外 ，国内卷绕排 丝机械多使用力矩电机来驱动卷绕主轴，排丝机构与主轴通过复杂的机械齿轮连接在一起，依靠齿轮或者电磁离合器的动作来实现换向和往复排线的工艺要求。由于排线的时候左右换向的过程是非常快，传统手工调整方法是难以满足需求的。这种机械耦合模式结构复杂，装配精度高，并且通过产品的需要来调整机械参数。并且存在着换向时机械磨损厉害、噪声大和排丝精度低等一系列的缺点，这一系列的缺点严重制约了产品质量和生产效率的提高。 为提高产品的加工精度和各种规格的适应性，简化复杂的机械机构和传统的设备，将卷绕主轴的绕线传动与排线轴的往复传动的 机械连接进行彻底解耦。卷绕主轴使用感应式交流异步电动机进行驱动，排线机构用高精度交流伺服电机进行驱动，两只电机的速度设置成主 从工作方式，即排线电机跟随着卷绕电机运行，并且两者始终保持转速同步。 文研究内容 本课题的研究内容是基于 过大量的调研和分析 吸取各类 排丝 设备的优点，针对用户需求，设计 一款基于 制 的 排丝 系统 ，从而 达到维护成本 、 提高 焊丝 生产质量与生产能力的目的 。 焊丝 的 排丝 是生产中的重要环节 ， 排丝 系统性能的优劣直接关系到产品的产量和品质 。 焊丝 排线 过程中最关键的技术就是对 控制部分的设计， 不能准确控制 排丝 过程 会造成 焊丝质量 的下降 、 后续工序的难以进无锡太湖学院学士学位论文 4 行 。 由于焊丝在进行施焊时需要均匀的放丝，均匀的阻力，稳定的电弧的特殊要求，所以对排丝机的工艺及排丝精度有很高的要求。它要求焊丝高精度排丝，排列整齐，且要保持恒定的卷取张力。 根据上述工艺控制要求，研制出的排丝机工艺控制应包括以下内容： 1)放线变频调速控制的设计要求张力保持恒定以及线速度的自适应； 2)排线器左右运动是要求伺服驱动走动平稳，跟踪和定位的精度高； 3)角度自适应控制的要求和主机的 互动及精确； 4)排线设备移动定位和自动换相； 5)固定长度的光电检测精度，自动平稳停止； 6)人机界面系统操作十分方便。 基于 取张力控制与高精度排丝系统的设计 5 2 排丝机的总体控制方案设计 层绕机排线要求排线机构适应各种焊丝公差，运动要精准可靠，排线机构的好坏对绕卷过程中的实际的效率和工人劳动强度有着很大的影响。本章将对排 丝机构进行详细分析。 丝机的 机械结构及运动分析 线缆卷绕机由放线机构、绕线机构和排线机构三部分所组成。在 排 线过程中只要保持绕线电动机和排线电动机保持恒定的转速 比就可以实现等螺距卷绕。其中绕线排线机构如图 2 1) 放线机构包括放线轴和速度测定轴。放线轴由变频器驱动的电动机带动以给定的线速度进行放线，旋转编码器安装在速度测定轴上，将反馈脉冲输入到 速脉冲输入端，作为速度反馈以实现恒定的放线速度。 2) 在绕线机构中，绕线轴由变频器驱动的电动机带动旋转完成绕线工作，并采用张力传感器进行反馈，实现对张力的闭环控制。 3) 在排线机构中，排线轴由伺服驱动器驱动伺服电动机带动作为从轴，在卷绕过程中跟随绕线主轴速度旋转，带动精密直线螺杆旋转，通过控制伺服电动机的正 反转使螺杆上的排线螺叉做正反向往复运动实现排线动作 。 伺服电机左换向开关右换向开关张力检测放线速度检测放线机构排线机构绕线机构图 绕排丝机构 在整个机构中运行中，需要机械装置、传感器、执行器、计算机控制系统来共同完成。 1) 机械装置 机 构 是零件组成的 、 能够传递运动并完成某些有效工作的装置 。 机械由输入部分 、 转换部分 、 传动部分 、 输出部分以及安装固定部分等组成 。本课题中 的机构部分主要由 排丝机构 ， 卷取机构 ， 张力调节装置三大部分组成 。 用到同步带 轮来带动主从齿轮运转进行卷无锡太湖学院学士学位论文 6 绕焊丝，导轨丝杠进行来回直线运动，滚动轴承由电机带 动不停的旋转进行绕丝 。 在排丝器的两侧装有两个限位开关，当排丝器碰到限位开关后自动反向运动。 2) 执行器 执行器包括以电 、 气压和油压等作为动力源的各种元器件 ，实现驱动功能和能量转换功能 。 本设计 以三相交流异步电动机 作为主轴旋转的主要动力，以伺服电机带动导轨丝杠来回往复的运动进行排丝，在整个排丝运动中，要保持焊丝的张力恒定以及排丝机速度的恒定，因此，在执行器机构中加入两台交流变频器。 3) 传感器 传感器是从被测对象中提取信息的器件 ， 用于检测机电系统工作时所要监视和控制的物理量 实现检测功能 。本 设 计中选用了光电编码器，保证在排丝的过程中，排丝的滞后角保持不变。以及选用了张力传感器，保持排丝过程中的张力恒定。并且在绕线和放线的机构上装有速度传感器以带动主轴转速的稳定，使得排丝均匀。 4) 计算机 根据控制论中关于系统的定义 ：“ 系统是由相互制约的各个部分组织成的具有一定功能的整体 ” ，相互制约的各个部分必须在控制论的指导下 ， 由控制器 (即计算机 )实 现协调 与匹配 ， 使整体处于最优工况 ， 实现一定的 控制 功能 。 本设计中通过 控制面板传递信息实现自动控制。 焊丝排丝机在启动之前，为了确保焊丝在工字轴上紧密 的缠绕，在储丝单元的浮动辊上放置配重块，以保持恒定的线张力。排丝机启动后，收线系统和放线系统同时启动运行，放线系统采用的是主动放线，此时浮动辊将从最低料位处开始慢慢向上进行浮动，由位置传感器装置检测浮动辊的位置来反映收放线速度的匹配度，通过分析就可以获得浮动辊的最佳位置，那么取定这个位置可以使收放线速度的匹配度达到最佳。在整个运行的过程中，如果浮动辊位置偏离了这个平衡位置系统，将按照恒张力控制算法来调节电机的收放线，浮动辊位置的偏差值与收放线电机的补偿值存在着一定的线性关系，当料位偏低时，系统将通过逆变器的 控制来降低放线电机速度；当料位偏高时，加快放线电机的速度，使的放线速度匹和收线速度相匹配，直到浮动辊平衡在最佳去顶位置，以此保持焊丝张力的恒定。 排丝的过程中焊丝的张力得一直保持恒定。收线开始后，主轴电机开始旋转，排线器和所绕焊丝就会形成一定的滞后角，测控单元 据主轴转速计算并控制伺服电机的运动，伺服电机按相应的速度驱动直线单元排线，如果主轴电机转速一定伺服电转速过快，排线滞后角变大，排线间距将会增大；如果伺服电机转速过低，排线滞后 角 变小，就会出现叠丝。此外根据收线工字轴的宽度设置左右极限开关和左右换 向开关，在极限开关与换向开关之间为换向区。在进入每层的左右换向区时导轨丝杠要快走一段距离，以补偿先前的滞后角，在到达焊丝盘壁边缘时，在盘壁反弹力的作下后开始回绕，这样一个完整的绕线进程结束。根据绕线长重复多个绕线进程，到结束。 取控制要求 1） 在放线时 ,要保证放线装置的电机工作在制动状态，并且要保证放线速度要与收卷速度保持一致 。 基于 取张力控制与高精度排丝系统的设计 7 2） 在卷取过程中，由于 轧辊 直径 是不断增大的，为了使得卷取张力保持恒定，也就是保持卷取线速度的恒定，相应地要降低卷取电机的速度好和卷筒的转速，以实现速度的精确控制。 3） 卷取装置 在加减速过程中 ,由于机械惯量的存在 ,为保证张力控制精度 ,需对放卷电机转矩进行动态补偿 ,补偿量的大小与加减速度变化量、当前卷径有关 ,也为时变参数。 丝控制要求 1) 运行方式。 在设计时，排丝机具有两种工作方式，分别是自动和手动两种工作方式。在自动工作方式下，系统按照预先设定的参数进行线缆卷绕工作 ； 在手动工作方式下，也可以完成放线、排线和卷线的工作，但是这种工作方式主要用于设备的调试和检修。 2) 协调一致。在自动方式下，排线轴速度和绕线轴速度要按照要求进行协调同步控制， 要求在主轴启动之后才能启动排线 器的电机。保证 绕线轴速度与放线轴速度应进行配合以实现卷绕过程中的张力恒定。 使得在排线过程中，不会因为伺服电机的转速过快或过小导致层绕被迫中断，从而保证了排线的质量。 3) 实时显示。线缆参数，放线速度，卷绕圈数，故障报警等信息都要在触摸屏上显示。 保证出现特殊情况时能及时接受到信息，工作人员能及时进行设备的调试和检修。 4) 数据保存。为防止断电等意外情况下卷绕失败，当前工作参数等要实时保存，这样断电再次通电时能继续未完成的任务。 不需要重新进行参数设置，提高生产效率和质量。 5) 紧急停止。当出现紧急情况时， 按下急停按钮所有机构全部停止运行。 丝机控制系统的方案 取张力控制方案 卷绕装置具有恒功率负载的特点，卷绕过程中要求丝束张力保持恒定，即丝卷线速度保持不变，因为卷绕张力及其稳定性不但影响丝束的物理性质和不匀率，而且还影响卷绕成形的质量，如果卷绕张力过高，会使丝卷成形不良，丝卷端面不整齐，有凸边，螺旋边等，并且由于丝卷卷取张力过高，造成后序工序退卷困难，如果卷绕张力过低，会导致丝卷卷绕密度小，易脱圈，所以卷绕张力在生产中是一个必须控制的参数量，在正常生产当中，卷绕张力根据产品不同，其 卷绕张力的最佳取值也不一样，一般取值在 在卷绕中，张力的产生是由于放线和绕线的速度差引起线缆形变产生的 。设放线的速度 1v ，绕线速度 2v ，张力为 f ，材料的弹性系数为 根据胡克定律有： 0 )21(（ 通过上式可以看出，对张力的控制可以间接通过控制电动机速度来 控制 。在此系统中，应当 保持放线速度 的 恒定，故只要调节绕线速度就可以实现对张力的控制，当张力过小时，增加绕线速度，当张力过大时，减小绕线速度，这样便可以使线缆拉力维持在稳定的范围内。为了实现张力保持不变，引入压力式张力传感器将张力量转变为电信号 ，反馈给 进行 算，计算结果作为绕线变频器速度的给定量，控制绕线电动机的转速，实现对无锡太湖学院学士学位论文 8 张力的控制 。 在卷绕系统中，是通过交流异步电动机来控制主轴不停的进行旋转，并通过变频器的调节使得主轴保持高速稳定的持续旋转。在启动时，使用鼠笼式异步电动机直接启动方法。在实际中鼠笼式异步电动机能否直接启动，主要依据电源及生产机械对电动机启动的要求。 在有独立变压器供电的情况下，若电动机启动频繁，则电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动；若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的 30%时允许直接启动 。 卷绕机运行时，筒管 被卷绕主轴驱动器带动运行 ，摩擦辊以一定的压力贴着筒管被动旋转，摩擦辊的半径为 轴的半径为 轴的角速度为 1，摩擦辊的角速度为 2 摩擦辊和主轴做相切运动，如果接触面之间的打滑现象 被忽略 ， 则 摩擦辊 和所述 的 主轴的 线速度 是 相同 的 ，有下 面等 式成立： 1 1 2 2 线 速 度( 由于摩擦辊的半径 擦辊的角速度 和 线速度 的结果的出可以 通过 计算每个单位时间的 光电编码器 的 反馈脉冲个数 的测得。 因为 主轴的连续卷绕 ，摩擦辊 的直径 也相应 的 变大 了 ，为了 确保 恒定的线速度， 就要保证 实时 的 调整主轴的转速，在系统中就是实时调整输出到主轴马达的变频速度，也就是调 节 频率的大小； 一旦卷筒直径 增大， 那么就要把输出 频率调小 。 根据式 (线速度为主轴角速度 与 半径的乘积，而 角速度 22 ，所以可得出： 1 1 2 2 2=2R R n R 线 速 度(式中： n 为主轴转速 。 在卷取部分 正常运行时，线速度 被 要求 保持 恒定，所以从式 (可以看出来，筒径和主轴转速的频率正好是反比的关系，它们之间的关系如图 (示 。 筒径主轴转速r 2r 1n 2n 1 图 轴与筒径关系图 在图 ，筒管初始的半径为 1r(对应此时的主轴频率为2n)，满卷 时的半径为2r（ 对基于 取张力控制与高精度排丝系统的设计 9 应此时的频率为 由于1前就确定 的。 算出1卷绕所需线速度为 2 2 122r n r n = 21126 0 ( 1 ) 6 0 ( 1 )22f s f Z P ( 式中：1P 为异步电机极对数， 1 21 2 0 (1 )v P 线(2 11 2 0 (1 )v P 线(则当筒径为 需的主轴变频频率应为： 1 2 0 (1 )v P 线(式中： 分， 径 (r)单位为米 。 式 (式 (确定了主轴变频转 速的上下限的数值 。 当卷筒半径从 轴所需的工作频率由式 (时计算出来，通过 信，传送到主轴变频器去控制转速 。 图 示的控制系统中，主调节器为张力调节器， 主调节器接受 张力 定值信号； 速度调节器为主轴转动时线速度的恒定 ， 电流调节器是保证电机的稳定 。 两条副回路只是在卷取过程中起粗调作用，而主回路才是对卷取张力的细调。 当 张力 高于 或低于设定值时， 其调节器发生调节信号，校正 卷取 系统的给定值 。不断纠正张力 ， 保持卷取时张力的恒定。 张力调节器速度调节器电流调节器整流装置速度传感器张力传感器- 取张力控制系统方案 无锡太湖学院学士学位论文 10 丝 控制方案 排线由伺服电动机带动实现。为实现等螺距卷绕，只要保证绕线轴转速和横向排线运动速度比值保持恒定即可。即实现在绕线轴每旋转一周的同时，排线移动一个线缆直径的距离。 排线轴伺服驱动器
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