一种多轴伺服张力控制装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多轴伺服张力控制装置及其控制方法，属于自动控制技术领域。包括PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、磁粉制动器/离合器、纠偏机构、减速机、张力传感器、随动辊、张力辊、接近开关和限位开关在一个以太网下实现精确控制；PLC控制器内部包括控制器CPU、数字量输入模块、数字量输出模块、远程I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；本发明专利技术可以实现张力的自动控制，并且张力的控制效果精度更加提高，同时控制系统的结构和功能更加完善。

A multi axis servo tension control device and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种多轴伺服张力控制装置及其控制方法
本专利技术属于自动控制
，特别涉及一种多轴伺服张力控制装置及其控制方法。
技术介绍
多轴伺服张力控制对于建材、钢铁、金属加工、电线电缆行业、漆包线行业、镀锡丝、造纸业、纺织业和印染业等行业的生产效率来说是非常重要的。现有的张力控制装置通常是将原材料加工卷绕成筒状，在生产过程中，卷绕的效果将直接决定商品的成品率和存放寿命。卷绕的太紧，容易使商品变形乃至拉断；卷绕的太松又容易使商品不紧凑，不利于转移及包装。为使卷绕的原材料紧凑、寿命更长、商品质量更高，都需要在卷绕过程中，在原材料上施加一定的张力，并保持张力值为恒定值，这样就能使卷绕出的产品厚度均匀，从而保证产品质量更高。在卷绕或者拉伸的生产制造过程中，张力出现波动很容易使生产线处于不稳定的状态。不稳定的生产线会使生产出的产品质量降低，容易出现边缘不齐或断裂的情况。因此，在整个卷绕或者拉伸的工艺流程中，控制张力的稳定对于产品的质量具有很重要的作用。整条生产线是由张力控制贯穿始终，张力都需要实时反馈调节，微小的张力波动都会影响产品的效果，最终影响产品的质量。
技术实现思路
本专利技术采用的技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多轴伺服张力控制装置，包括PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、磁粉制动器/离合器、纠偏机构、减速机、张力传感器、随动辊、张力辊、接近开关和限位开关在一个以太网下实现精确控制；PLC控制器内部包括控制器CPU、数字量输入模块、数字量输出模块、远程I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；接近开关、限位开关、激光传感器、纠偏传感器的数字量信号输入到数字量输入模块，张力传感器的模拟量输入信号输送到模拟量输入模块，模拟量输入模块将输入来的信号通过远程I/O模块输送到交换机，控制器CPU通过交换机来读取模拟量输入信号，同时数字量输入模块将现场的数字输入量信号送到控制器CPU；根据输入的数字量输入信号、模拟量输入信号，控制器CPU运行内部控制程序产生数字量输出信号、模拟量输出信号、伺服驱动输出信号；输出信号是用来控制现场设备的运行，其中数字量输出信号经过数字量输出模块送到现场的各个硬件设备，硬件设备包括报警灯、纠偏驱动器；模拟量输出信号经过交换机和远程I/O模块送到模拟量输出模块，然后送到现场的各个硬件设备，硬件设备包括磁粉制动器、纠偏驱动器；伺服驱动器输出信号通过交换机送到伺服电机，控制电机的运行。进一步地，张力控制采用的是闭环控制，通过张力传感器检测卷纸所受的张力，实时的调节放卷部分的电磁力矩，来实现对卷纸恒定张力的控制，收卷部分的线速度与放卷部分的线速度一致。进一步地，PLC的数字量输入有11个，分别有2个接近开关、1个自动/检测开关、4个限位开关、1个激光传感器和2个光电纠偏传感器；数字量输出有一个断纸报警灯，它的作用是当卷纸断裂时，报警灯会闪烁，同时，复卷机的急停按钮会被按下，以防对设备造成影响；模拟量I/O点的端口分别有1个张力传感器的输入、2个磁粉制动器输出和2个纠偏驱动器输出；进一步地，PLC数字量采用24V直流电源供电，利用其本身集成的EtherNet/IP网络接口经交换机与PC机通信，PLC数字量模块与控制器CPU直接连接，通过右侧扩展插槽接口直接与数字量输入模块1769-IQ16和数字量输出模块1769-OB16连接；PLC模拟量模块是通过远程I/O模块（FlexI/O）1794-AENT通过右侧的扩展插槽口与模拟量输入1794-IE8、模拟量输出1794-OE4相连接，远程I/O模块与PLC通过网线连接到交换机，从而实现信息的高速传输。进一步地，多轴复卷机的纠偏控制采用的是逻辑控制，控制器通过输出稳定的电压，令纠偏机构以恒定的速度运行，光电纠偏传感器通过检测卷纸边缘是否挡住光电眼来反馈给控制器一个数字量信号，控制器通过反馈的信号来调节电机的正反转，从而实现卷纸的纠偏控制。进一步地，一种多轴伺服张力控制装置的控制方法，包括（1）电磁力矩张力控制算法以复卷机的张力传感器辊为对象，调节张力的原理为：张力的设定值与张力的实际反馈值进行比较，偏差值经PID控制器调节后作为力矩补偿值，通过调整磁粉制动器的电磁力矩来实现调节张力的作用；PID控制器采用PID算法：式（1-2）中为张力的设定值，为张力传感器的反馈值，为张力偏差值，为电磁力矩的调节量，，和分别为PID控制器的比例系数，积分系数和微分系数；（2）多轴复卷机速度控制算法采用PI控制算法，通过线速度的设定值与编码器反馈的速度实际值进行比较，将速度差值经PI控制器调节后作为电压补偿值，通过调节电机的转速来实现恒定线速度运行的目的，PI控制器采用PI控制算法：式（3-4）中为电压的补偿值，为速度设定值，为编码器反馈的速度值，为速度偏差值，为PI控制器的比例系数，为PI控制器的积分系数本专利技术的有益效果本专利技术的有益效果是本专利技术可以实现张力的自动控制，并且张力的控制效果精度更加提高，同时控制系统的结构和功能更加完善。附图图1为网络拓扑结构；图2为模块对应的IP地址和槽号表格；图3为基于力矩的张力控制结构图；图4为基于速度控制的结构图；图5为纠偏控制算法的流程图；图6为开关按钮外部接线图；图7为控制柜内部接线图；图8为PLC数字量输入点表格；图9为PLC数字量输出点表格；图10为PLC模拟量输入点表格；图11为PLC模拟量输出点表格；图12为PLC数字量模块外部接线图；图13为PLC模拟量模块外部接线图；图14为速度控制程序流程图；图15为张力控制程序流程图；图16为纠偏控制流程图；图17为轴径复位程序流程图；为了进一步说明本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细地描述，但不能将它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例：本专利技术提供一种多轴伺服张力控制装置，包括PLC控制器、伺服驱动器（执行机构）、伺服电机、磁粉制动器/离合器、纠偏机构、减速机、张力传感器、随动辊、张力辊、接近开关和限位开关在一个以太网（EtherNet/IP）下实现精确控制；PLC控制器内部包括控制器CPU、数字量输入模块、数字量输出模块、远程I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；接近开关、限位开关、激光传感器、纠偏传感器的数字量信号输入到数字量输入模块，张力传感器的模拟量输入信号输送到模拟量输入模块，模拟量输入模块将输入来的信号通过远程I/O模块输送到交换机，控制器CPU通过交换机来读取模拟量输入信号，同时数字量输入模块将现场的数字输入量信号送到控制器CPU；根据输入的数字量输入信号、模拟量输入信号，控制器CPU运行内部控制程序产生数字量输出信号、模拟量输出信号、伺服驱动输出信号；输出信号是用来控制现场设备的运行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多轴伺服张力控制装置，其特征在于：包括PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、磁粉制动器/离合器、纠偏机构、减速机、张力传感器、随动辊、张力辊、接近开关和限位开关在一个以太网下实现精确控制；PLC控制器内部包括控制器CPU、数字量输入模块、数字量输出模块、远程I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；/n接近开关、限位开关、激光传感器、纠偏传感器的数字量信号输入到数字量输入模块，张力传感器的模拟量输入信号输送到模拟量输入模块，模拟量输入模块将输入来的信号通过远程I/O模块输送到交换机，控制器CPU通过交换机来读取模拟量输入信号，同时数字量输入模块将现场的数字输入量信号送到控制器CPU；/n根据输入的数字量输入信号、模拟量输入信号，控制器CPU运行内部控制程序产生数字量输出信号、模拟量输出信号、伺服驱动输出信号；输出信号是用来控制现场设备的运行，/n其中数字量输出信号经过数字量输出模块送到现场的各个硬件设备，硬件设备包括报警灯、纠偏驱动器；模拟量输出信号经过交换机和远程I/O模块送到模拟量输出模块，然后送到现场的各个硬件设备，硬件设备包括磁粉制动器、纠偏驱动器；/n伺服驱动器输出信号通过交换机送到伺服电机，控制电机的运行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多轴伺服张力控制装置，其特征在于：包括PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、磁粉制动器/离合器、纠偏机构、减速机、张力传感器、随动辊、张力辊、接近开关和限位开关在一个以太网下实现精确控制；PLC控制器内部包括控制器CPU、数字量输入模块、数字量输出模块、远程I/O模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；
接近开关、限位开关、激光传感器、纠偏传感器的数字量信号输入到数字量输入模块，张力传感器的模拟量输入信号输送到模拟量输入模块，模拟量输入模块将输入来的信号通过远程I/O模块输送到交换机，控制器CPU通过交换机来读取模拟量输入信号，同时数字量输入模块将现场的数字输入量信号送到控制器CPU；
根据输入的数字量输入信号、模拟量输入信号，控制器CPU运行内部控制程序产生数字量输出信号、模拟量输出信号、伺服驱动输出信号；输出信号是用来控制现场设备的运行，
其中数字量输出信号经过数字量输出模块送到现场的各个硬件设备，硬件设备包括报警灯、纠偏驱动器；模拟量输出信号经过交换机和远程I/O模块送到模拟量输出模块，然后送到现场的各个硬件设备，硬件设备包括磁粉制动器、纠偏驱动器；
伺服驱动器输出信号通过交换机送到伺服电机，控制电机的运行。


2.根据权利要求1所述的一种多轴伺服张力控制装置，其特征在于：张力控制采用的是闭环控制，通过张力传感器检测卷纸所受的张力，实时的调节放卷部分的电磁力矩，来实现对卷纸恒定张力的控制，收卷部分的线速度与放卷部分的线速度一致。


3.根据权利要求1所述的一种多轴伺服张力控制装置，其特征在于：PLC的数字量输入有11个，分别有2个接近开关、1个自动/检测开关、4个限位开关、1个激光传感器和2个光电纠偏传感器；
数字量输出有一个断纸报警灯，它的作用是当卷纸断裂时，报警灯会闪烁，同时，复卷机的急停按钮会被按下，以防对设备造成影响；
模拟量I/O点的端口分别有1个张力传感器的输入、2个磁粉制动器输出和2个纠偏驱动器输出。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：白锐，王贺彬，刘英磊，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21