技術(shù)頻道

      森蘭SB80B在薄膜卷繞機(jī)上的應(yīng)用

      工業(yè)上常見的薄膜卷繞主要包括布、紙張、塑料薄膜等。通過實(shí)地考察,可以發(fā)現(xiàn)薄膜卷繞機(jī)對于張力的精度要求比拉絲機(jī)高,而且卷徑的變化范圍很大,如果像拉絲機(jī)的設(shè)計(jì)方案一樣只采用PID修正從機(jī)轉(zhuǎn)速的話,PID修正量很大,PID參數(shù)不易調(diào)節(jié),控制性能不能保證。而且薄膜卷繞機(jī)與拉絲機(jī)有一個不同在于:薄膜卷繞機(jī)對于薄膜的張力要求是隨卷徑增大而不斷變化的,這樣就不能像拉絲機(jī)那樣使用固定的張力給定,即需要張力錐度控制,防止損傷卷軸或造成內(nèi)部褶皺。因此薄膜卷繞機(jī)的張力控制方案必然要比拉絲機(jī)的方案復(fù)雜。但是我們認(rèn)為,森蘭SB80B機(jī)器完全可以通過對現(xiàn)有功能進(jìn)行設(shè)置,充分利用算術(shù)單元和計(jì)數(shù)器等功能,實(shí)現(xiàn)薄膜卷繞所要求的張力控制。方案如下:
      由代表薄膜線速度的主機(jī)(加工機(jī))運(yùn)行頻率和卷繞薄膜的實(shí)時卷徑計(jì)算出相應(yīng)的從機(jī)(收卷機(jī))主給定頻率,以此作為前饋;同時用PID調(diào)節(jié)器控制薄膜的張力PID輸出,對給定頻率進(jìn)行不斷修正,將修正后的頻率作為收卷電機(jī)的給定頻率。這種前饋和反饋共用的復(fù)合控制方法控制精度很高,很多張力控制專用的變頻器都使用了這種方法。而森蘭SB80B可以通過可編程模塊來編程實(shí)現(xiàn)這種控制,使用方便,方法靈活。系統(tǒng)控制框圖如下:

      森蘭SB80B薄膜卷繞機(jī)張力控制系統(tǒng)圖


      注:圖中D0為初始卷徑百分比值,以最終卷徑為100%;
      T0為初始張力值,以張力傳感器最大張力為100%;
      K為張力錐度系數(shù),由用戶設(shè)定,范圍為0~100%;
      主機(jī)的模擬運(yùn)行頻率(代表線速度)由AI1輸入
      計(jì)圈信號使用光電開關(guān)由“計(jì)數(shù)器增”輸入。
      PID反饋值由張力傳感器向AI2輸入;
      外加卷徑復(fù)位信號對計(jì)數(shù)值進(jìn)行預(yù)置初值。
      下面分兩部分來說明這種組合方法。
      第一部分:收卷機(jī)給定頻率的計(jì)算。
      用戶需要知道三個值,分別是初始卷徑、最終卷徑和薄膜厚度。根據(jù)這三個值,計(jì)算出參數(shù)設(shè)置所需要的幾個數(shù)值,具體包括:
      1.初始卷徑百分比值D0=初始卷徑/最終卷徑。
      2.計(jì)數(shù)器設(shè)定值=最終卷徑/(薄膜厚度×2)。
      3.計(jì)數(shù)器預(yù)置值=初始卷徑/(薄膜厚度×2)。
      以下面的例子說明:
      假設(shè)薄膜的最終卷徑為1000mm,初始卷徑為100mm,薄膜厚度為0.05mm,則:
      D0=100/1000=10%;
      計(jì)數(shù)器設(shè)定值=1000/(0.05×2)=20000;
      計(jì)數(shù)器預(yù)置值=100/(0.05×2)=2000。
      此時計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值(以設(shè)定計(jì)數(shù)值為100%)就相當(dāng)于一個卷徑傳感器的輸出信號,即為實(shí)時的卷徑值D(以最終卷徑為100%)。計(jì)數(shù)器的掉電記憶實(shí)現(xiàn)了卷徑掉電記憶功能,計(jì)數(shù)器復(fù)位實(shí)現(xiàn)了卷徑復(fù)位到初始卷徑的功能。
      主機(jī)頻率為F0,從機(jī)頻率為F,當(dāng)前卷徑值為D(以最終卷徑為100%),則可以知道:
      F0×D0 = F×D;
      即可以算出F = F0×(D0/D);
      先通過算術(shù)單元3算出 D0/D的值;再通過算術(shù)單元2計(jì)算F0(即AI1)乘以算術(shù)單元3的輸出,即為F的值。此時算數(shù)單元2的結(jié)果即為收卷機(jī)的主給定頻率,所以將收卷機(jī)的頻率給定通道設(shè)成算術(shù)單元2給定。這樣就完成了收卷機(jī)主給定頻率的設(shè)定。
      第二部分:PID的給定計(jì)算。
      采用閉環(huán)張力控制的方法,PID的給定值應(yīng)該設(shè)定為用戶需要的張力值。但是,用戶需要的張力值并不是一個常數(shù),而是一個隨著卷徑變化而不斷變小的值,即張力有一個錐度。如下圖:

      張力錐度示意圖


      張力的錐度公式為:
      T = T0×[1-K×(1-D0/D)>
      = T0×(1- K)+T0×K×(D0/D)
      其中T為實(shí)際的理想張力(以張力傳感器最大張力值為100%);
      T0為初始張力值(以張力傳感器最大張力值為100%);
      K為張力錐度系數(shù),范圍為0~100%;
      D0為初始卷徑(以最終卷徑為100%);
      D為實(shí)時卷徑(以最終卷徑為100%)。
      其中T0×(1-K)和T0×K都是常量。
      于是由算術(shù)單元4算出T0×K×(D0/D)的值,其中D0/D為算數(shù)單元3的結(jié)果,T0×K為數(shù)字設(shè)定;再由算術(shù)單元1計(jì)算出T,即T0×(1- K)+T0×K×(D0/D),其中T0×K×(D0/D)為算術(shù)單元4的結(jié)果,T0×(1- K)為數(shù)字設(shè)定。
      此時,算術(shù)單元1的結(jié)果即為用戶需要的實(shí)時張力值,將PID的給定通道選擇為算術(shù)單元1給定。這就完成了PID給定通道的設(shè)定。
      至此,就完成了張力控制方案設(shè)計(jì)。此外,還要把控制需要的一些外部接線和參數(shù)設(shè)置做好;包括將主機(jī)的運(yùn)行中信號作為從機(jī)的起動信號,使從機(jī)跟隨主機(jī)運(yùn)行;根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)PID的相關(guān)參數(shù),達(dá)到最好的控制效果等。
      在出廠值上有變更的參數(shù)如下:


      現(xiàn)場運(yùn)行情況如下:當(dāng)主機(jī)開始起動后,從機(jī)接受起動信號開始起動,并根據(jù)卷徑的變化和張力傳感器的反饋不斷調(diào)整輸出頻率,使張力傳感器以基準(zhǔn)位置按張力錐度要求隨卷徑變化,卷繞電機(jī)一直穩(wěn)定運(yùn)行。減速過程中張力傳感器也沒有大的偏移,直至停機(jī)。(如果需要在停機(jī)時保持張力可以采用森蘭SB80B的零伺服功能。)整個過程中沒有變形或松弛現(xiàn)象發(fā)生。用戶還可以隨時查看當(dāng)前的卷徑值、設(shè)定張力值、實(shí)際張力值,實(shí)時監(jiān)控性能很高。
      森蘭SB80B在薄膜卷繞機(jī)上的應(yīng)用獲得了成功。由于森蘭SB80B強(qiáng)大的可編程功能模塊和方便的應(yīng)用方法,很容易完成了帶前饋速度計(jì)算和張力錐度的張力控制方案的設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝和現(xiàn)場調(diào)試的全部工作,取得了滿意的效果。可以看到森蘭SB80B無需專業(yè)功能模塊就可以成功地在一些要求很高的張力控制場合使用。


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