一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明應(yīng)用于石墨烯膜層的連續(xù)生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地說是一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯作為一種新型的材料，有太多優(yōu)越性，應(yīng)用面很廣，太陽能電池、傳感器方面、納米電子學、高性能納電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其最大的應(yīng)用就在半導體領(lǐng)域。
[0003]不過目前連續(xù)生產(chǎn)石墨烯膜層的難點在于如何保證柔性帶狀材料(覆膜的基底)在卷繞的過程中的線速度恒定不變，因為帶狀材料是被纏繞在收放卷輪上，收放卷輪在旋轉(zhuǎn)過程中，其半徑是不斷在變化著的，這就給控制柔性帶狀材料的直線速度恒定不變帶來了困難，本發(fā)明正是解決了以上問題的控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，用于石墨烯連續(xù)化生產(chǎn)中被覆膜材料的連續(xù)卷繞控制。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，包括順序連接的PLC、第一卷繞變頻器、第一異步電機、第一收放卷輪，以及與PLC順序連接的第二卷繞變頻器、第二異步電機、第二收放卷輪；其特征在于:所述第一收放卷輪和第二收放卷輪之間依次連有第一張力傳感器、第一速度傳感器、第二速度傳感器、第二張力傳感器，均與PLC連接。
[0006]所述第一速度傳感器、第二速度傳感器對稱設(shè)置于中心線兩側(cè)，且與傳送材料的傳送帶位于同一平面。
[0007]所述第一張力傳感器、第二張力傳感器對稱設(shè)置于中心線兩側(cè)。
[0008]所述中心線垂直于第一收放卷輪和第二收放卷輪的軸心連線且相交于軸心連線的中點。
[0009]所述第一收放卷輪上的帶狀材料依次經(jīng)第一張力傳感器、第一速度傳感器、第二速度傳感器、第二張力傳感器后纏繞于第二收放卷輪上。
[0010]一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制方法，包括:
[0011]放卷時，PLC控制第一卷繞變頻器切換至轉(zhuǎn)矩模式；第一異步電機和第二異步電機啟動并分別以PLC給定的初始速度正向旋轉(zhuǎn)；
[0012]根據(jù)第一張力傳感器反饋至PLC的張力數(shù)據(jù)自動控制第一異步電機的轉(zhuǎn)矩；同時根據(jù)第二速度傳感器反饋的速度數(shù)據(jù)自動控制第二異步電機的轉(zhuǎn)速。
[0013]收卷時，PLC控制第二卷繞變頻器切換至速度模式；第一異步電機和第二異步電機啟動并分別以PLC給定的初始速度反向旋轉(zhuǎn)；
[0014]根據(jù)第二張力傳感器反饋至PLC的張力數(shù)據(jù)自動控制第一異步電機的轉(zhuǎn)矩；同時根據(jù)第一速度傳感器反饋的速度數(shù)據(jù)自動控制第二異步電機的轉(zhuǎn)速。
[0015]所述自動控制第一異步電機的轉(zhuǎn)矩是采用PID進行閉環(huán)控制。
[0016]所述自動控制第二異步電機的轉(zhuǎn)速是采用PID進行閉環(huán)控制
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0018]1、本發(fā)明利用PLC作為主控處理單元，保證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0019]2、本發(fā)明采用雙閉環(huán)PID控制方式，保證了控制精度。
[0020]3、本發(fā)明通過速度傳感器采集了速度信號，通過自動控制，實現(xiàn)了一側(cè)收放卷輪在半徑不斷增大時，卷繞在上面的柔性帶狀材料的速度恒定；通過張力傳感器采集了張力信號，通過自動控制，實現(xiàn)了另一側(cè)收放卷輪在半徑不斷減小時，卷繞在上面的柔性帶狀材料的張力恒定。兩種控制配合在一起，實現(xiàn)材料的線速度恒定。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)硬件連接示意圖；
[0022]其中，1、PLC，2、第一異步電機，3、第二異步電機，4、第一卷繞變頻器，5、第二卷繞變頻器，6、第一速度傳感器，7、第二速度傳感器，8、第一張力傳感器，9、第二張力傳感器，
10、第一收放卷輪，11、第二收放卷輪。
[0023]圖2是本發(fā)明的放卷控制流程圖。
[0024]圖3是本發(fā)明的收卷控制流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0026]本發(fā)明是一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，具體的說是控制完成柔性帶狀材料在兩個收放卷輪之間完成連續(xù)的卷繞動作，以保證柔性帶狀材料在兩個收放卷輪之間，以某一可調(diào)的恒定速度連續(xù)卷繞的動作。
[0027]如圖1所示，該控制系統(tǒng)由PLC(主處理單元)1、第一異步電機2、第二異步電機3、第一卷繞變頻器4、第二卷繞變頻器5、第一速度傳感器6、第二速度傳感器7、第一張力傳感器8、第二張力傳感器9組成。PLC與兩臺卷繞變頻器通過通訊進行數(shù)據(jù)交換，包括速度、轉(zhuǎn)矩參數(shù)的設(shè)定、異步電機的啟動和停止、卷徑設(shè)置和報警信息讀??；速度傳感器及張力傳感器將檢測到的信號反饋給PLC ;卷繞變頻器驅(qū)動異步電機，異步電機驅(qū)動收放卷輪。兩臺卷繞變頻器均自帶速度模式和轉(zhuǎn)矩模式的控制方式，根據(jù)卷繞柔性帶狀材料所需的速度和張力分別設(shè)定參考值，可以根據(jù)反饋的速度和張力信號自動控制相應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速。工作時，在速度和轉(zhuǎn)矩模式之間自動切換。
[0028]放卷控制:材料從左向右傳動時，第一收放卷輪10工作在閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，通過第一張力傳感器8反饋控制材料張力恒定；第二收放卷輪11工作在速度模式，通過第二速度傳感器7反饋，工作在PID閉環(huán)運行模式，使材料線速度恒定。
[0029]收卷控制:材料從右向左傳動時，第二收放卷輪11工作在閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，通過第二張力傳感器9反饋控制材料張力恒定；第一收放卷輪10工作在速度模式，通過第一速度傳感器6脈沖反饋，工作在PID閉環(huán)運行模式，使材料線速度恒定。
[0030]如圖2所示，當材料從第一收放卷輪10到第二收放卷輪11卷繞時，控制第一收放卷輪10的第一卷繞變頻器4工作在閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，通過第一張力傳感器8反饋的張力信號控制第一異步電機2旋轉(zhuǎn)時輸出的轉(zhuǎn)矩恒定；控制第二收放卷輪11的第二卷繞變頻器5工作在閉環(huán)速度模式，通過第二速度傳感器7反饋的速度信號控制第二異步電機3旋轉(zhuǎn)時輸出的速度恒定。
[0031]如圖3所示，當材料從第二收放卷輪11到第一收放卷輪10卷繞時，控制第一收放卷輪10的第一卷繞變頻器4工作在閉環(huán)速度模式，通過第一速度傳感器6反饋的速度信號控制第一異步電機2旋轉(zhuǎn)時輸出的速度恒定；控制第二收放卷輪11的第二卷繞變頻器5工作在閉環(huán)轉(zhuǎn)矩模式，通過第一張力傳感器8反饋的張力信號控制第二異步電機3旋轉(zhuǎn)時輸出的轉(zhuǎn)矩恒定；通過這種控制，保證了柔性帶狀材料卷繞的線速度恒定。實現(xiàn)了其在真空區(qū)鍍膜厚度的均勻。
【主權(quán)項】
1.一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，包括順序連接的PLC(I)、第一卷繞變頻器(4)、第一異步電機(2)、第一收放卷輪(10)，以及與PLC(I)順序連接的第二卷繞變頻器(5)、第二異步電機(3)、第二收放卷輪(11);其特征在于:所述第一收放卷輪(10)和第二收放卷輪(11)之間依次連有第一張力傳感器(8)、第一速度傳感器￠)、第二速度傳感器(7)、第二張力傳感器(9)，均與PLC(I)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一速度傳感器出)、第二速度傳感器(7)對稱設(shè)置于中心線兩側(cè)，且與傳送材料的傳送帶位于同一平面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一張力傳感器(8)、第二張力傳感器(9)對稱設(shè)置于中心線兩側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，其特征在于:所述中心線垂直于第一收放卷輪(10)和第二收放卷輪(11)的軸心連線且相交于軸心連線的中點。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第一收放卷輪(10)上的帶狀材料依次經(jīng)第一張力傳感器(8)、第一速度傳感器￠)、第二速度傳感器(7)、第二張力傳感器(9)后纏繞于第二收放卷輪(11)上。6.一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制方法，其特征在于: 放卷時，PLC(I)控制第一卷繞變頻器(4)切換至轉(zhuǎn)矩模式；第一異步電機(2)和第二異步電機(3)啟動并分別以PLC(I)給定的初始速度正向旋轉(zhuǎn)； 根據(jù)第一張力傳感器(8)反饋至PLC(I)的張力數(shù)據(jù)自動控制第一異步電機(2)的轉(zhuǎn)矩；同時根據(jù)第二速度傳感器(7)反饋的速度數(shù)據(jù)自動控制第二異步電機(3)的轉(zhuǎn)速。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制方法，其特征在于:收卷時，PLC(I)控制第二卷繞變頻器(5)切換至速度模式；第一異步電機(2)和第二異步電機(3)啟動并分別以PLC(I)給定的初始速度反向旋轉(zhuǎn)； 根據(jù)第二張力傳感器(9)反饋至PLC(I)的張力數(shù)據(jù)自動控制第一異步電機(2)的轉(zhuǎn)矩；同時根據(jù)第一速度傳感器(6)反饋的速度數(shù)據(jù)自動控制第二異步電機(3)的轉(zhuǎn)速。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制方法，其特征在于所述自動控制第一異步電機(2)的轉(zhuǎn)矩是采用PID進行閉環(huán)控制。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制方法，其特征在于所述自動控制第二異步電機(3)的轉(zhuǎn)速是采用PID進行閉環(huán)控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種柔性帶狀材料的連續(xù)卷繞控制系統(tǒng)，包括順序連接的PLC、第一卷繞變頻器、第一異步電機、第一收放卷輪，以及與PLC順序連接的第二卷繞變頻器、第二異步電機、第二收放卷輪；所述第一收放卷輪和第二收放卷輪之間依次連有第一張力傳感器、第一速度傳感器、第二速度傳感器、第二張力傳感器，均與PLC連接。本發(fā)明通過速度傳感器采集了速度信號，通過自動控制，實現(xiàn)了一側(cè)收放卷輪在半徑不斷增大時，卷繞在上面的柔性帶狀材料的速度恒定；通過張力傳感器采集了張力信號，通過自動控制，實現(xiàn)了另一側(cè)收放卷輪在半徑不斷減小時，卷繞在上面的柔性帶狀材料的張力恒定。兩種控制配合在一起，實現(xiàn)材料的線速度恒定。
【IPC分類】B65H26/04
【公開號】CN105584880
【申請?zhí)枴緾N201410635704
【發(fā)明人】洪克超, 胡廣元, 王學敏, 張亮, 賈笑囡, 李沛, 李士軍, 趙崇凌
【申請人】中國科學院沈陽科學儀器股份有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2014年11月12日