交流伺服张力控制系统.doc

交流伺服张力控制系统PLC技术交流伺服张力控制系统李纯绪(沈阳森泰电子技术有限公司,沈阳110044)摘要介绍伺服张力控制系统的选件,工作过程及应用情况.关键词伺服张力控制系统数控缠绕机1系统简介交流伺服张力控制系统是为数控气瓶缠绕机配套的线轴控制系统.数控缠绕机为4轴联动系统,能在各种气瓶上缠绕碳纤维(或玻璃纤维),其加工程序依缠绕花式工艺要求编制,由缠绕机数控系统完成.因缠绕工艺要求每层纤维有不同的张力,所以数控编程中有张力给定数据,数控系统在执行缠绕程序时,会随时将张力给定数据以8位BCD码形式传给张力控制系统,经译码形成张力控制的给定信号.数控缠绕机可同时加工3只同规格,同缠绕花式的气瓶,每只气瓶最多缠绕4根纤维,为此张力装置设计成12线轴的,每个线轴由一个独立的伺服闭环控制,12个伺服闭环共用一个张力给定信号.张力控制系统以PLC为控制核心:(1)完成张力信号BCD码译码,D/A转换,输出01OV模拟电压给压力调节阀.(2)张力反馈信号取自张力杆上光电编码器的A,B脉冲,A,B脉冲的相位和脉冲数经PLC运算输出脉冲十方向信号给伺服驱动器,调节系统张力.(3)输入点控制系统启动,完成自动取零点和延时伺服驱动器使能输出.(4)有手动零点设置.此张力系统运行时,线轴要做正,反旋转,既有放线也有收线,要求快速,稳定,故选用交流伺服电机来驱动;检测元件是非接触式光电编码器,比电位器更可靠.系统由PLC位置控制,交流伺服驱动器,交流伺服电机,光电编码器,低摩擦气缸,压力调节器组成.2控制系统选件张力控制系统采用3台OMRONCP1HPI,每台负责4路位置控制,其中1台选用模拟输出单元以输出张力给定的模拟电压.每台PLC有8个高速计数输入点,接4台编码器的A,B脉冲信号.伺服系统选用安川ZII系列的SGDM-10ADA伺服驱动器和SGMGH-09ACA61伺服电机.因为PLC的高速计数输入点只有8个,编码器如使用双端输出,2台编码器就占了8个高速输入点,故编码器选用集电极开路输出型,工作电压为DC24V的ZSF收稿日期:201103076.215-008CW一1024BZ312-24C.3控制系统工作过程PIc输入点接到启动信号,立刻输出10V模拟电压给压力调节器,10V电压对应压力调节器最高压力输出,从而给12个气缸加上最高压力.此时伺服电机没上使能,线轴可自由转动,气缸将张力杆推到极限位置(一15.),以这个位置为零点并将所有计数器清零;同时启动延时开始,5s后输出伺服使能,伺服电机按张力控制系统指令运行.这段过程就是取零点.低摩擦气缸,张力杆和编码器组成了张力控制系统反馈与给定的比较环节.张力杆的角度变化就是比较结果,其轴与编码器直连,摆动的角度经编码器转换成A,B脉冲信号后送到PLC的高速计数单元.张力杆的极限位置是15.,现场实际测得编码器在极限范围内转动的脉冲数是196个,给定与反馈比较的零点(O.)在96个脉冲处.张力杆从一15.向+15.转动时,A脉冲超前B脉冲9O.,计数器加计数;张力杆由十15.向一15.方向转动时,B脉冲超前A脉冲90.,计数器减计数.在PIC内设置96,与计数器的数比较,计数器的数小于96,线张力大于给定,PLC方向脉冲输出1,伺服电机正转放线;计数器的数大于96,线张力小于给定,PLC方向脉冲输出0,伺服电机反转收线.96与计数器的差值决定速度脉冲数,控制伺服电机的转速(设置伺服为脉冲+方向的控制方式),差值越大,电机转速越高.这样,位置控制的闭环系统就能保证张力杆在96个脉冲(0.)处左右运行.实际运行中,张力杆的摆幅不超过5.数控系统张力信号的8位BCD码,经PLC的译码程序和D/A转换,输出O10V模拟电压,电压值对应所要求的张力,此电压控制压缩空气的压力调节阀,使供给12个低摩擦气缸的压缩空气的压力随张力要求而变,从而实现纤维张力跟随数控缠绕机程序自动给定.当需要暂停时,只下使能信号,零点和张力信号不变.PIC不下电.计数单元就不清零(为处理暂时性工作,加有手动清零开关).缠绕机很少有12根线同时使用的情况,为此伺服驱动器的电源是分别控制的,通过面板开关可选择开,停任意一台伺服驱动器.要使CP1H具有4路位置控制能力,只有用集电极开电工技术2011I7期I33PI技术路型的编码器高速点才行;但是该编码器为单端输出形式,故抗干扰性不如差动输出型.为使系统运行稳定,可靠,设汁前在现场做r试验,编码器使用长度为15m电缆,而实际使用的电缆长度在1014m.为获得高速和高精度,通过位置控制闭环内的PIC可设置PID参数,本系统在调试时没用PID调节就已达到运行要求,所以省去了这个环节.本张力系统是多环自动控制系统,图l和图2是系统框图和机械结构图.给定是低摩擦汽缸的拉力,反馈是线的张力,张力臂完成二力的比较,编码器输出比较的结果,即位置信号.这个位置信号由A,B脉冲组成,作为计数脉冲送到计数单元.张力杆向张力小的方向转动,计数器加计数,反之计数器减计数,这是第一个比较环节;在第二个环节,计数器里的数与程序编制的张力杆中心的脉冲数比较,其结果做PID调节后由PIc输出控制信号到伺服驱动器;伺服驱动器还有第三个环节一一位置控制环(位置环内还有电流环),PIC的双脉冲输出是给定,反馈是伺服电机的编码器,这个环节要保证伺服电机准确地跟踪PIC送出的速度脉冲(Cw)和方向脉冲(CCW),实现伺服电机的位置控制,即控制张力杆在中心位置,从而保证张力恒定.图1系统框图线轴张力杆图2系统机械结构图系统PIc部分电路和伺服电机部分电路如图3和图4所示.4应用情况目前,本系统应用在缠绕机上的线速度约为lm/s.为检查系统的快速性,试车时曾快速拉近至10m/s,跟踪得较好,张力杆的波动幅度不大于5.另外,此案的最大优势在于系统工作稳定,可靠,3年没出现过任何占殳障.】一埘编码器手,lI.jBs-1DC24V董至重墨譬量萎量至罢i墨兰三至;f)MIt,r)N(pJHPJ善l;,D/AIi图3PLO部分电路图图4伺服驱动部分电路目前,正在应用的单片机+伺服电机(或步进电机)+电位器缠绕机张力控制系统,故障率高,主要是抗干扰性能差和电位器易损坏;工控机+伺服电机+力传感器控制系统的稳定性差,性能不好,调试困难.为此设计了伺服张力控制系统,在目前张力控制装置中还未见采用.这套控制系统采用的都是通用元器件,I】JC程序简单,易于维修,改造和制作,从系统结构看是比较好的张力控制系统.(上接第12页)和常规锁具的使用实现了过程层操作防误的强制闭锁功能.此方案已应用在部分智能变电站,效果良好,是目前完善的智能化变电站防误闭锁系统解决方案.参考文献1国家电网公司.国家电网公司防止电气误操作安全管理规定Ez.北京:中国电力出版社,20062DI/T687一d999微机型防止电气误操作装置通用技术条件Es341WWWl电工技术3DI/T860变电站通信网络和系统S4Q/GDW3832009智能变电站技术导则s5Q/GDW3