□羅繼軍

卷繞是造紙、紡織、印染等行業(yè)生產(chǎn)中把半成品和成品按一定規(guī)律繞成各種卷裝的工藝過程。卷繞的目的是便于制品的存儲、運(yùn)輸和喂給下道工序加工。有時(shí)為了改變卷裝容量、去除瑕疵和提高質(zhì)量，還要進(jìn)行再卷繞或復(fù)繞。為了獲得卷材邊緣平齊、卷筒密實(shí)的最佳卷繞效果，必須結(jié)合生產(chǎn)工藝和材料對張力控制的要求，選擇合理經(jīng)濟(jì)、適合產(chǎn)品的卷繞驅(qū)動(dòng)控制方式，保證卷繞過程張力穩(wěn)定可控。

一、控制系統(tǒng)

(一)方案確定。在方案制定上，控制方案要提高控制精度及材料適應(yīng)性。本著控制精度和操作人員使用方便的原則，本系統(tǒng)選擇觸摸屏控制。因?yàn)榘b系統(tǒng)力矩相對較小，所以采用直流電機(jī)即可，也可節(jié)省變頻器的投資。為了通信便利和減輕直流控制器的計(jì)算量，使得魯棒控制能夠滿足控制精度和實(shí)時(shí)性要求，選擇S7-322作為控制器。選擇其他硬件時(shí)，要選擇擁有國際標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)備，便于系統(tǒng)擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)控制要求選擇設(shè)備參數(shù)，經(jīng)多次市場調(diào)研，才確定了該控制方案。主要設(shè)備有觸摸屏(omron NS10)、PLC(西門子S7-322)、直流調(diào)速器(歐陸590)，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)編碼器(E6B2-CWZ6C)等元件。

(二)恒線速度原理。在該系統(tǒng)中為保證印刷的質(zhì)量，研究人員首先將放卷電機(jī)和收卷電機(jī)的運(yùn)行線速度根據(jù)生產(chǎn)的需要做了設(shè)定。那么S7-322根據(jù)設(shè)定的線速度(兩個(gè)電機(jī)相同)、放卷卷徑、收卷卷徑計(jì)算出兩個(gè)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速，并通過兩個(gè)直流調(diào)速器分別控制放卷、收卷電機(jī)按計(jì)算的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)檢測反饋至S7-322實(shí)際的轉(zhuǎn)速值。S7-322將轉(zhuǎn)速值經(jīng)程序換算為線速度與設(shè)定的線速度進(jìn)行比較。進(jìn)行基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID運(yùn)算，對放卷、收卷電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行再控制使兩電機(jī)的轉(zhuǎn)速精確地運(yùn)行在設(shè)定值附近。隨著兩個(gè)電機(jī)卷徑的不斷變化，兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之在變化，采樣到的轉(zhuǎn)速不斷和設(shè)定值比較，保證將兩個(gè)電機(jī)的線速度始終保持在設(shè)定值附近。

(三)線速度的設(shè)定。PLC采用西門子S7-322，可以完成復(fù)雜的算法程序編輯。觸摸屏采用電容式觸摸屏，既符合工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際，又能夠代表先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展方向，在觸摸屏上利用組態(tài)軟件建立了人機(jī)交互系統(tǒng)，簡單易懂易于操作。在控制系統(tǒng)中首先對上位機(jī)觸摸屏進(jìn)行運(yùn)行速度(線速度)設(shè)定，經(jīng)RS-232將該設(shè)定值傳遞到S7-322中。如圖1所示，在觸摸屏上通過組態(tài)軟件設(shè)置了“放卷卷徑”、“收卷卷徑”、“材料厚度”、“運(yùn)行速度”4項(xiàng)，它們的設(shè)定范圍分別為50～999 mm、50～999mm、0.01～0.1 mm、0～100m/s。

圖1 觸摸屏上設(shè)置的參數(shù)

將該4項(xiàng)設(shè)置后，第一階段為加速上升，該過程大約為2～3s。第二階段為恒線速卷繞。放卷卷徑隨著皮帶的運(yùn)行卷徑越來越小，轉(zhuǎn)速越來越快，收卷卷徑隨著皮帶的運(yùn)行卷徑越來越大，轉(zhuǎn)速越來越慢。第三階段為減速下降卷繞，該過程大約為4s，直到將放卷電機(jī)上的材料放完為止。

(四)自動(dòng)控制系統(tǒng)的形成。從觸摸屏開始，該系統(tǒng)的連接情況依次介紹如下:觸摸屏的COM1/2【RS-232】通訊端口9針D型公座管腳排列，這個(gè)端口用于連接S7-322，而且要注意通訊電纜的長度不要超過15米。S7-322模擬量輸出模塊SM332的MO、VO分別和放卷直流調(diào)速器590的T11、T13端子相連，S7-322模擬量輸出模塊SM332的M1、V1分別和收卷直流調(diào)速器590的T11、T13端子分別相連。放卷直流調(diào)速器590的T6、T8端子和S7-322模擬量輸入模塊SM331的C+、C-相連。收卷直流調(diào)速器590的T6、T8端子和S7-322模擬量輸入模塊SM331的A+、A-相連。

由于放、收卷直流電機(jī)上均安裝了旋轉(zhuǎn)編碼器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的測量與反饋，兩個(gè)轉(zhuǎn)速均送入S7-322的輸入口。在連接時(shí)放卷旋轉(zhuǎn)編碼器A、B相和S7-322的I0.0、I0.1相連，收卷旋轉(zhuǎn)編碼器A、B相和S7-322的I0.3、I0.4相連。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器均接24V直流電源而且Z相均懸空。

二、程序編寫

實(shí)際生產(chǎn)中，由于加工材料不同以及工藝的不同，需要對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改或保護(hù)，如每次上料的滾筒卷徑不盡相同，由于在加工過程中原材料的質(zhì)量不盡相同，有時(shí)卷徑需要實(shí)時(shí)調(diào)整，以保證較好的張力，但材料的厚度在一次加工中為固定值，運(yùn)行過程中始終不變。PLC的程序由于篇幅有限，具體程序不詳細(xì)介紹。

三、結(jié)語

在恒線速卷繞系統(tǒng)中，為適應(yīng)不同材料的要求，要設(shè)計(jì)不同的控制算法參數(shù)。將軟件和硬件系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試，調(diào)節(jié)控制參數(shù)達(dá)到最佳效果。在本系統(tǒng)中，選用了力矩為主控制參數(shù)的恒線速調(diào)速系統(tǒng)，采用魯棒控制方式。為了通信便利和減輕直流控制器的計(jì)算量，為使得魯棒控制能夠滿足控制精度和實(shí)時(shí)性要求，選擇S7-322作為控制器。軟件部分主要包括三部分，即觸摸屏界面設(shè)計(jì)、PLC程序的編寫、直流控制器的設(shè)置與調(diào)試。在設(shè)計(jì)時(shí)，觸摸屏界面設(shè)計(jì)時(shí)利用組態(tài)軟件進(jìn)行制做，數(shù)據(jù)通信時(shí)主要是通信協(xié)議的設(shè)置。該系統(tǒng)硬、軟件配合后達(dá)到較理想的效果，達(dá)到兩個(gè)電機(jī)線速度的恒定，從而保證企業(yè)高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)。

［1］風(fēng)檢修.兩種卷繞驅(qū)動(dòng)方式張力控制分析綜述［J］.變頻器世界，2011

［2］梁寒冰.基于模糊PID控制的吸塑機(jī)料筒溫控器的設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)控制與應(yīng)用，2010

［3］劉雁飛等.PLC系統(tǒng)中使用開關(guān)量輸入模塊檢測脈沖信號的限制條件［J］.PLC＆FA，2004

［4］黃翔等.基于永宏P(guān)LC的鋼卷稱重系統(tǒng)［J］.PLC＆FA，2008

［5］陳勝利，曾誼暉.基于ARM的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電一體化，2010

［6］汪曉光等.可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002