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摘 要：目前使用的特种构件卷绕机控制系统精度偏低，本文中该系统能以较高精度保证收放卷速度的同步，从而使张力保持动态平衡，实现了对张力波动的有效控制。采用旋转编码器，根据芯模的角位置输出相应的控制信号，使卷绕轴的角速度按特殊规律变化，从而使卷绕部分对带材张力的扰动降至最小，减小了退绕张力控制系统的负担。利用PLC控制技术稳定了带材张力，该系统具有快速响应和稳定性的特点，收到良好效果。
关键词：卷绕速度退绕张力PLC控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)05(a)-0099-01
1 引言
卷绕机由卷绕部分和退绕部分组成。对于通常的圆形截面的卷绕控制系统,在每一层的卷绕过程中,卷绕线速度是不变的。但是对于非圆截面的芯模,比如长比为30的矩形截面芯模,在每一层的卷绕过程中,卷绕线速度在不断的变化,其最高速度是最低速度的30倍,卷绕线速度的这种大起大落,势必造成处于卷绕部分和退绕部分之间的带材张力剧烈变化,严重的影响产品的质量。因此,其控制系统部分怎样提高设备运行性能,是产品质量的关键和难点之一,为解决该问题,我们采用了当前应用广泛、可靠性高、功能强的现代电气控制技术——可编程序控制器技术。下面就采用C200H型PLC解决该控制系统的方案做以介绍。
2 控制系统组成
特种构件卷绕机控制系统由卷绕速度控制系统、带材退绕张力控制系统以及带材温度控制系统组成,系统示意图如图1所示。
2.1 卷绕部分
卷绕部分有卷绕芯模、减速器、AC伺服电动机、AC伺服驱动器、编码器PG1及PLC等组成。以矩形芯模为例,在矩形芯模旋转卷绕过程中,其卷绕点处的线速度随芯模角位置的变化而变化,设矩形芯模的长宽比为30,则相应的最高线速度与最低线速度之比亦为30,此外,在矩形芯模的四个顶点处,卷绕点发生了跳变,这也是对带材张力的扰动。如不采取特殊控制算法,线速度的大幅度变化和卷绕点的跳变将导致带材张力的大幅度波动,严重的影响产品质量。为了解决上述问题,采用旋转编码器,根据芯模的角位置输出相应的控制信号,使卷绕轴的角速度按特殊规律变化,从而使卷绕部分对带材张力的扰动降至最小,减小了退绕张力控制系统的负担,稳定了带材张力。除了以上介绍的层内调节外,还进行逐层调节,芯模每卷绕一层带材,微调一次控制器输出信号以便进一步稳定带材张力。
2.2 退绕部分
退绕部分由退绕轴、旋转编码器PG2、电磁粉末制动器、张力传感器、张力变送器、张力控制器和PLC组成。在带材张力设定后,要求在退绕过程中使带材张力稳定,在动态过程中张力波动不超过±2N 。在带材退绕过程中,张力控制器对带材张力进行闭环控制。为了进一步改善控制质量,由PLC协调卷绕部分和退绕部分,根据卷绕芯模的角位置和卷绕、退绕层数,实时地将补偿信号叠加在张力控制器的控制信号上。
3 控制系统部分
PLC控制系统采用日本OMRON公司的C200HE—CPU42(CPU单元)、PA204 (电源单元)、AD003(模拟量输入单元)、DA003(模拟量输出单元)、CT021(高速计数单元)、ID212(晶体管输入单元)、OC225(继电器输出单元)、底板、编程器、OP36L触摸屏及CX—P支持软件等构成系统。T021是特殊I／O单元,可对两路脉冲进行计数,计数范围为-8388608～+8388607。前面板的两个开关分别用于设置单元号和工作模式。控制系统中,卷绕部分编码器PG1的脉冲器PG1脉冲送往计数器1,当前值在IR122中,退绕部分编码器PG2的脉冲送往计数器2,当前值在IR123中(如图1)。
根据控制要求,在张力辊处安装了张力传感器,检测带材的张力,并由张力变送器送到模拟量输入单元C200H-AD003传入PLC进行处理。交流伺服驱动器和张力控制器的输入信号,由PLC的模拟量输出单元C200HDA003输出,而所有的开关量输入和输出信号分别由晶体管输入单元ID212接收和继电器输出单元OC225输出。触摸屏可方便的進行数据设定、运行操作,并可显示运行状态及工作情况。
4 结语
该系统具有快速响应和稳定性的特点,能以较高精度保证收放卷速度的同步,从而使张力保持动态平衡,实现了对速度波动的有效控制。可见利用PLC技术提高了特种构件卷绕机设备运行性能,大大提升了产品质量。
关键词：卷绕速度退绕张力PLC控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)05(a)-0099-01
1 引言
卷绕机由卷绕部分和退绕部分组成。对于通常的圆形截面的卷绕控制系统,在每一层的卷绕过程中,卷绕线速度是不变的。但是对于非圆截面的芯模,比如长比为30的矩形截面芯模,在每一层的卷绕过程中,卷绕线速度在不断的变化,其最高速度是最低速度的30倍,卷绕线速度的这种大起大落,势必造成处于卷绕部分和退绕部分之间的带材张力剧烈变化,严重的影响产品的质量。因此,其控制系统部分怎样提高设备运行性能,是产品质量的关键和难点之一,为解决该问题,我们采用了当前应用广泛、可靠性高、功能强的现代电气控制技术——可编程序控制器技术。下面就采用C200H型PLC解决该控制系统的方案做以介绍。
2 控制系统组成
特种构件卷绕机控制系统由卷绕速度控制系统、带材退绕张力控制系统以及带材温度控制系统组成,系统示意图如图1所示。
2.1 卷绕部分
卷绕部分有卷绕芯模、减速器、AC伺服电动机、AC伺服驱动器、编码器PG1及PLC等组成。以矩形芯模为例,在矩形芯模旋转卷绕过程中,其卷绕点处的线速度随芯模角位置的变化而变化,设矩形芯模的长宽比为30,则相应的最高线速度与最低线速度之比亦为30,此外,在矩形芯模的四个顶点处,卷绕点发生了跳变,这也是对带材张力的扰动。如不采取特殊控制算法,线速度的大幅度变化和卷绕点的跳变将导致带材张力的大幅度波动,严重的影响产品质量。为了解决上述问题,采用旋转编码器,根据芯模的角位置输出相应的控制信号,使卷绕轴的角速度按特殊规律变化,从而使卷绕部分对带材张力的扰动降至最小,减小了退绕张力控制系统的负担,稳定了带材张力。除了以上介绍的层内调节外,还进行逐层调节,芯模每卷绕一层带材,微调一次控制器输出信号以便进一步稳定带材张力。
2.2 退绕部分
退绕部分由退绕轴、旋转编码器PG2、电磁粉末制动器、张力传感器、张力变送器、张力控制器和PLC组成。在带材张力设定后,要求在退绕过程中使带材张力稳定,在动态过程中张力波动不超过±2N 。在带材退绕过程中,张力控制器对带材张力进行闭环控制。为了进一步改善控制质量,由PLC协调卷绕部分和退绕部分,根据卷绕芯模的角位置和卷绕、退绕层数,实时地将补偿信号叠加在张力控制器的控制信号上。
3 控制系统部分
PLC控制系统采用日本OMRON公司的C200HE—CPU42(CPU单元)、PA204 (电源单元)、AD003(模拟量输入单元)、DA003(模拟量输出单元)、CT021(高速计数单元)、ID212(晶体管输入单元)、OC225(继电器输出单元)、底板、编程器、OP36L触摸屏及CX—P支持软件等构成系统。T021是特殊I／O单元,可对两路脉冲进行计数,计数范围为-8388608～+8388607。前面板的两个开关分别用于设置单元号和工作模式。控制系统中,卷绕部分编码器PG1的脉冲器PG1脉冲送往计数器1,当前值在IR122中,退绕部分编码器PG2的脉冲送往计数器2,当前值在IR123中(如图1)。
根据控制要求,在张力辊处安装了张力传感器,检测带材的张力,并由张力变送器送到模拟量输入单元C200H-AD003传入PLC进行处理。交流伺服驱动器和张力控制器的输入信号,由PLC的模拟量输出单元C200HDA003输出,而所有的开关量输入和输出信号分别由晶体管输入单元ID212接收和继电器输出单元OC225输出。触摸屏可方便的進行数据设定、运行操作,并可显示运行状态及工作情况。
4 结语
该系统具有快速响应和稳定性的特点,能以较高精度保证收放卷速度的同步,从而使张力保持动态平衡,实现了对速度波动的有效控制。可见利用PLC技术提高了特种构件卷绕机设备运行性能,大大提升了产品质量。