專利名稱：一種卷繞張力控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種卷繞控制技術(shù)，具體涉及一種卷繞張力控制裝置。
背景技術(shù)：
在電池、紡機、紡織、皮革、造紙、冶金、薄膜、包裝等領域，都涉及到使用卷繞控制裝置，其卷繞張力控制水平的高低是整個設備運行穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關鍵所在。對于卷繞張力控制這一核心技術(shù)問題，一直是工業(yè)自動化控制領域中的難點、弱點。目前主要有兩種控制方案:一種是PLC加ADC模塊以及DAC模塊的方案，另一種是采用獨立的張力控制器的方案。隨著用戶對加工產(chǎn)品品質(zhì)要求的不斷提高，新的檢測手段的出現(xiàn)，原有以PLC為控制平臺做PID控制的方式在經(jīng)驗積累和編程設計效率上已現(xiàn)不足，無法滿足用戶對產(chǎn)品工藝高質(zhì)量的要求。由此可見，提供一種高效率、高精度、低成本的卷繞張力控制裝置是本領域亟需解決的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有卷繞控制裝置的控制方案在效率、精度等方面無法滿足現(xiàn)有產(chǎn)品工藝高質(zhì)量的要求的問題。而提供一種高效率、高精度的卷繞張力控制裝置，來解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:一種卷繞張力控制裝置，該裝置包括ARM處理器、模糊PID算法芯片、通信端口電路，四路模擬量輸入口電路、四路模擬量輸出口電路、六路IO 口輸入點電路、四路IO 口輸出點電路、三路超高速計數(shù)器電路；所述ARM處理器分別控制連接模糊PID算法芯片、通信端口電路，四路模擬量輸入口電路、四路模擬量輸出口電路、六路IO 口輸入點電路、四路IO 口輸出點電路以及三路超高速計數(shù)器電路。進一步的，所述通信端口電路包括RS485端口、RS232端口、CAN_BUS端口以及USB端口，并通過這些通訊端口直接與PLC、HM1、PC機等聯(lián)機通訊。進一步的，所述模糊PID算法芯片包括PID算法電路、錐度計算電路、卷徑計算電路、雙軸切換電路、記憶輸出電路、點動控制電路、帶兩點DAC輸出電路以及實時調(diào)試電路。根據(jù)上述方案得到的本實用新型具有以下優(yōu)點:(I)運用靈活，可以與各主流品牌的可編程控制器PLC、觸摸屏HM1、工控機PC等組網(wǎng)通信，相當于PLC的一個擴展模塊,安裝結(jié)構(gòu)為卡槽結(jié)構(gòu),安裝方便。(2 )接口豐富，集成了四路模擬量輸入口(ADC)，四路模擬量輸出口( DAC)，六路IO輸入點、四路IO輸出點以及三路超高速計數(shù)器?？梢詮浹a一般PLC相關模塊少、增加模塊費用高的缺點。(3)高性能的全速張力控制。在系統(tǒng)控制的全速范圍內(nèi)，加、減速過程都具有相同的張力控制性能。(4)張力控制能力強，采用高性能的32路ARM處理器內(nèi)核，結(jié)合模糊PID算法，可以在各種復雜情況下保持張力穩(wěn)定。(5)高抗干擾性，各個端口，如ADC、DAC、RS485、IO端口等都采用隔離電路設計，具有很強的抗干擾性。(6)高能豐富,具有卷徑計算、錐度控制、雙軸換卷等功能。(7)使用方便，能夠最大限度的降低技術(shù)人員的設計工作強度，適用面廣。(8)性價比高，可以大幅提高技術(shù)人員的工作效率，可以靈活組合使用，擴展方便，與PLC、HMI組合使用性價比非常高。(9)適用性強，不但能使用在一般圓形內(nèi)芯的卷繞場合，也能滿足諸如動力電池等異形卷芯的卷繞要求，解決了目前普遍存在的異形卷繞張力無法保證一致性的情況。(10)可以通過配套開發(fā)的PC機專用調(diào)試軟件，在線實時監(jiān)測張力PID的運行、計算狀態(tài)，修改PID參數(shù)，觀察PID的控制效果。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進一步說明本實用新型。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的接口框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。參見
圖1，本實用新型提供的卷繞張力控制裝置100，該裝置包括ARM處理器101、模糊PID算法芯片102、通信端口電路103，四路模擬量輸入口電路104 (ADC)、四路模擬量輸出口電路105 (DAC)、六路IO 口輸入點電路106、四路IO 口輸出點電路107、三路超高速計數(shù)器電路108。ARM處理器101作為整個裝置的數(shù)據(jù)處理中心，其可采用高性能的32位ARM處理器，并且ARM處理器分別控制模糊PID算法芯片102、通信端口電路103，四路模擬量輸入口電路104、四路模擬量輸出口電路105、六路IO 口輸入點電路106、四路IO 口輸出點電路107、三路超高速計數(shù)器電路108。本實用新型通過這些通訊端口直接與PLC、HM1、PC機等聯(lián)機通訊。同時，可以通過配套開發(fā)的PC機專用調(diào)試軟件，在線實時監(jiān)測張力PID的運行、計算狀態(tài)，修改PID參數(shù)，觀察PID的控制效果?；谏鲜龇桨福緦嵱眯滦偷木唧w實施如下:參見圖2，通信端口電路103包括RS485端口、RS232端口、CAN-BUS端口以及USB端口。RS485端口:帶電氣隔離，可與所有的帶RS485接口的器件相連，可通過相應的開關來設置通信速率。RS232端口:帶電氣隔離，可與所有帶RS232端口的器件相連，可通過相應的開關來設置通信速率，可作為調(diào)試端口。CAN-BUS端口，帶電氣隔離，可與所有帶CAN-BUS接口的器件相連，可通過相應的開關來設置通信速率。USB端口，可用于PC通信和調(diào)試接口。三路超高速計數(shù)器電路108作為正交編碼器接口，共有6個接線端子:A+/A_、B+/B_、C+/C_o其中A+/A-端口，為高速計數(shù)口 1，可作為主軸脈沖輸入，也可作為正交編碼器A向輸入信號。B+/B-端口，為高速計數(shù)口 2，可作為卷軸脈沖輸入，也可作為正交編碼器B向輸入信號。C+/C-端口，為高速計數(shù)口 2，可作為正交編碼器C向輸入信號。六路IO 口輸入點電路106具有8個接線端子:S10、SIU SI2、SI3、SI4、SI5、IN-COMl、IN-C0M2。S10,作為運行接口，0-停機，1-運行。SIl,作為點動。SI2，用于正反轉(zhuǎn)控制。SI3，用于A/B軸切換接口。SI4，用于主軸脈沖計數(shù)。S15,用于卷軸脈沖計數(shù)。IN-COMl，作為IO輸入公共端I。IN-C0M2，作為IO輸入公共端2。四路IO 口輸出點電路107，共有6個接線端子:S00、SO1、S0C0M0, S010、SOlUSOCOMl。其中，SOO，用作卷軸PFM脈沖速度輸出。SOl，用作卷軸PFM脈沖方向輸出。SOCOMOJtS S00、SOl 的輸出公共端。S010，作為過張力報警輸出。SOl I，作為欠張力報警輸出。SOCOMlJtS S010、SOll 的輸出公共端。四路模擬量輸入口電路104 (ADC)共有8個端子，每一路對應一個獨立公共端:A10+、AinO-com、All+、Ainl-com、AI2+、Ain2_com、AI3+、Ain3-com。其中AIO+和AIO-作為卷軸張力模擬量輸入端。AIl+和AIl-作為主軸速率模擬量輸入端。AI2+和AI2-作為卷徑大小百分模擬量比輸入端。Al3+和Al3-作為張力設置模擬量輸入端。四路模擬量輸出口電路105 (DAC)共有8個端子，每一路對應一個獨立公共端:A00, A00C0M, A01、A01C0M、A02、A02C0M、A03、A03C0M。其中，A00和A00C0M作為A軸張力控制輸出端。AOl和A01C0M作為B軸張力控制輸出端。[0063]A02和A02C0M作為牽引軸I的輸出端。A03和A03C0M作為牽引軸2的輸出端。對于上述模糊PID算法芯片，其主要包括PID算法電路、錐度計算電路、卷徑計算電路、雙軸切換電路、記憶輸出電路、點動控制電路、帶兩點DAC輸出電路以及實時調(diào)試電路。PID算法電路，用于實現(xiàn)自動控制一路放卷、收卷或者牽收張力。針對卷繞張力控制過程的特點，本PID算法模塊在常規(guī)的PID算法基礎上，結(jié)合模糊控制、人工智能等思想做了大量有針對性的改進，能大幅度提高張力控制的性能。由于影響張力的因素主要有兩個:牽引速度的變化，以及卷徑的變化，為此本PID算法模塊針對線速度與卷徑對張力的作用以及其各自的特點，特別有針對性的算法。其中速度V的影響分為兩個部分，一是啟動、停機以及升降速過程中的影響，這部分要求PID算法響應要快，PID輸出能及時跟蹤主速度；另一個是均速過程中主速度的波動，這部分要求PID要穩(wěn)定，減小震蕩。而卷徑變化與速度變化的特性不同，卷徑的是周期性的累加或累減，其對張力的影響更緩慢，但作用更大。本PID算法模塊針對不同的卷徑值設置有不同的PID系數(shù)，使其能夠適應大卷徑變化比的應用場合。由此，本實例中PID算法模塊具有如下特點:1、啟動、停機以及升降速過程中PID算法響應快；2、PID輸出能及時跟蹤主速度；3、在均速時過程中保持主速度的穩(wěn)定，PID輸出穩(wěn)定，震蕩??；4、模糊控制、人工智能的結(jié)合使PID運算更貼合實際使用狀況。錐度計算電路，用于實現(xiàn)設置收卷時的錐度，錐度由直線錐度、曲線錐度、分段自學習等設置功能。卷徑計算電路，用于卷徑的計算，具體可利用厚度累加法、機械齒輪比值法等。雙軸切換電路，用于實現(xiàn)收放卷的A/B雙軸自動切換，并保持張力穩(wěn)定。記憶輸出電路，可實現(xiàn)停機/啟動時保持張力穩(wěn)定。點動控制電路,實現(xiàn)點動功能。帶兩點DAC輸出電路，用于兩牽引輥的控制，相當于PLC的兩個DAC輸出點。本模塊內(nèi)含異形卷芯數(shù)學模型。在動力電池等異形卷繞領域，其卷芯并不是標準的圓形體，而是不等半徑的橢圓型、正六邊型、方型等異形體。這種異形卷芯的線速度與角速度不成比例，單純的PID控制一般無法現(xiàn)實張力模塊具有獨特的特種卷芯收放卷功能。本模塊通過建立與卷芯形狀相應的數(shù)學模型，根據(jù)不同的卷芯夾角可計算出不同的角速度來保證線速度的一致性。PLC實時調(diào)試監(jiān)控軟件，用于與PC機聯(lián)機調(diào)試，實時觀測張力內(nèi)部的運行狀況以及相應的PID算法電路的計算狀況。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種卷繞張力控制裝置，其特征在于，所述裝置包括ARM處理器、模糊PID算法芯片、通信端口電路，四路模擬量輸入口電路、四路模擬量輸出口電路、六路IO 口輸入點電路、四路IO 口輸出點電路、三路超高速計數(shù)器電路，所述ARM處理器分別控制連接模糊PID算法芯片、通信端口電路，四路模擬量輸入口電路、四路模擬量輸出口電路、六路IO 口輸入點電路、四路IO 口輸出點電路以及三路超高速計數(shù)器電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種卷繞張力控制裝置，其特征在于，所述通信端口電路包括 RS485 端 口、RS232 端 口、CAN-BUS 端 口 以及 USB 端 口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種卷繞張力控制裝置，其特征在于，所述模糊PID算法芯片包括PID算法電路、錐度計算電路、卷徑計算電路、雙軸切換電路、記憶輸出電路、點動控制電路、帶兩點DAC輸出電路以及實時調(diào)試電路。
專利摘要本實用新型公開了一種卷繞張力控制裝置，其包括ARM處理器、模糊PID算法芯片、通信端口電路，四路模擬量輸入口電路、四路模擬量輸出口電路、六路IO口輸入點電路、四路IO口輸出點電路、三路超高速計數(shù)器電路，所述ARM處理器分別控制連接模糊PID算法芯片、通信端口電路，四路模擬量輸入口電路、四路模擬量輸出口電路、六路IO口輸入點電路、四路IO口輸出點電路以及三路超高速計數(shù)器電路。本實用新型性價比高，可以大幅提高技術(shù)人員的工作效率，可以靈活組合使用，擴展方便，與PLC、HMI組合使用性價比非常高。
文檔編號B65H26/04GK202953600SQ20122056908
公開日2013年5月29日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者高恭嫻, 邱毅, 胡志文, 陸林海, 蘇建平 申請人:上海海泰克系統(tǒng)工程有限公司, 高恭嫻