作者：工業(yè)平板電腦|手持終端解決方案提供商 來(lái)源：www.chentaijichuan-bangkok.com 發(fā)布時(shí)間：2014-08-06 15:25 瀏覽量：
研華工控機在電力鋼繩絞車(chē)張力速度控制系統中的應用案例介紹：張力控制系統廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，在電纜、印染、紡織、軋鋼、造紙等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，張力控制系統已成為不可缺少的重要環(huán)節。在造紙，紡織，印染和化纖生產(chǎn)中，其加工物都是帶狀，而且全部卷繞成圓筒形，為了使鋼絲繩不斷的傳送，既不能堆疊又不能被拉斷，卷繞緊密，整齊，在卷繞過(guò)程中，要求建立適宜的張力并保持恒定，這就需要張力控制系統。集中討論鋼絲繩主動(dòng)釋放機構的張力控制�！ �
1 原 理 主動(dòng)釋放機構鋼絲繩恒張力的傳動(dòng)控制，主要考慮滾輪的轉速因素，即滾輪收鋼絲繩時(shí)的轉速隨卷筒直徑增大而逐漸減少，以保證鋼絲繩的恒線(xiàn)速通過(guò)。另一因素是釋放鋼絲繩還應以張力要求形成適當的制動(dòng)力矩�！�
鋼絲繩主動(dòng)釋放機構張力控制裝置整體可分為三部分：1張力/速度檢測裝置2控制裝置3執行機構。執行機構是對鋼絲繩產(chǎn)生摩擦牽引力的一對馬達驅動(dòng)的滾輪�？刂破魇窍到y的核心，它將速度，張力等傳感器采集來(lái)的信號進(jìn)行處理，與控制指標對比，根據控制性能要求進(jìn)行數據處理，再將調整信號發(fā)出，通過(guò)放大環(huán)節來(lái)控制執行機構運動(dòng)，調整張力和速度，完成控制過(guò)程。
圖1 卷繞機構張力控制系統示意圖
2 總體方案 系統的速度和張力是由兩個(gè)閉環(huán)來(lái)控制的，張力的控制由卷筒，兩個(gè)比例溢流閥與張力傳感器，壓力傳感器和工控機構成力一電反饋閉環(huán)控制系統。速度主要是由卷筒，比例方向閥與速度傳感器和工控機構成另一個(gè)閉環(huán)控制系統。同時(shí)兩個(gè)閉環(huán)相互嵌套相互影響，如圖2所示。
圖2 鋼絲繩張力控制系統框圖 本系統中的控制核心是工控機，它負責接受操作命令，采集速度與張力信號，處理檢測信號，發(fā)出控制指令，自動(dòng)調節張力與速度，輸出系統運行狀態(tài)信息�！ ≌麄�(gè)液壓系統由一個(gè)單獨的專(zhuān)用液壓油源系統供油，提供給系統穩定的動(dòng)力源，保證壓力與流量的穩定，同時(shí)限制張力的限值防止意外發(fā)生�！ 恳龣C構是系統主要的執行裝置，包括牽引和排繩，牽引負責主動(dòng)收放鋼絲繩，調節輸出扭矩進(jìn)而控制張力大小。排繩絞車(chē)負責將鋼絲繩均勻(且可隨要求在運轉中改變間距)地排在容繩卷筒上，系統的張力就由牽引馬達來(lái)調整，當系統流量一定時(shí)，扭矩的大小通過(guò)控制馬達進(jìn)出油口兩只溢流閥的壓差來(lái)調節，馬達的轉速由比例方向閥來(lái)控制�！ 埩刂葡到y的檢測部分包括4個(gè)壓力傳感器。一個(gè)張力傳感器和3個(gè)轉速傳感器，4個(gè)接近開(kāi)關(guān)，信號數據采集卡以及顯示器件�！ �
3 張力控制原理 系統張力控制是在速度穩定在一定范圍內實(shí)現的，工控機首先通過(guò)調節比例方向閥將卷筒以一定的轉速適當提升，比例控制閥起開(kāi)關(guān)閥作用下一步的張力由溢流閥來(lái)調節。根據要求，工控機發(fā)出控制信號，通過(guò)D/A轉換轉換成電壓信號，并經(jīng)過(guò)放大輸出控制電流驅動(dòng)比例溢流閥運動(dòng)，輸出系統所要求的壓力差，驅動(dòng)牽引馬達轉動(dòng)，液壓馬達驅動(dòng)卷筒轉動(dòng)，拖動(dòng)鋼絲繩，鋼絲繩繞過(guò)滾輪，終作用到被測系統上。導輥的轉軸可以沿鋼絲繩張力方向水平移動(dòng)，鋼絲繩的張力轉化為作用在導輥上的壓力，經(jīng)過(guò)連接在轉軸上的張力傳感器檢測，將張力信號反饋到工控機。工控機對要求的張力值與實(shí)際值的差值進(jìn)行比較，輸出經(jīng)運算處理后的控制電壓信號，調節溢流閥，此時(shí)進(jìn)油口溢流閥不動(dòng)，進(jìn)油壓力保持恒定，調整出油口背壓即溢流閥的開(kāi)口大小，改變馬達兩端壓差，從而調整馬達輸出的扭矩，改變鋼絲繩所受的張力值，完成控制�！ 恳g車(chē)具體執行操作時(shí)分為兩種情況，一種是收鋼絲繩，一種是放鋼絲繩。收繩時(shí)，牽引馬達進(jìn)油口壓力大于出油口壓力，此時(shí)如果張力過(guò)大，則抬高背壓，減小馬達兩端壓差，降低輸出扭矩，減小張力。如果張力小于要求值，則降低背壓，增大馬達兩端壓差，增大輸出扭矩，張力上升�！ ‘斀g車(chē)放繩時(shí)，卷筒變成負載，阻礙主動(dòng)釋放滾輪的釋放作用，此時(shí)卷筒馬達相當于泵的作用，與收繩時(shí)剛好相反，出油口壓力大于進(jìn)油口壓力。釋放鋼絲繩過(guò)程中如果張力過(guò)大，則牽引馬達出油口背壓降低，減小壓差，負載減小，張力減小;如果張力小于要求值，則卷筒馬達出油口壓力升高，增大壓差，負載增加，張力增加�！ �
4 速度控制原理 在張力控制系統中，比例方向閥起到流量閥的作用，用來(lái)控制卷筒初始轉速的提升。速度控制是通過(guò)調整比例方向閥開(kāi)口來(lái)實(shí)現的。由工控機發(fā)出指令設定卷筒初始速度，通過(guò)D/A轉換發(fā)出模擬電壓信號，經(jīng)過(guò)放大輸出電流驅動(dòng)比例方向閥運動(dòng)，輸出要求的流量，驅動(dòng)牽引馬達轉動(dòng)，安裝在馬達上的轉速傳感器將速度信號反饋回到工控機。工控機將要求轉速與實(shí)際值的差值進(jìn)行比較處理，通過(guò)PID控制算法調整輸出調整后的電壓控制信號，調整方向閥開(kāi)口大小，改變馬達流量，從而調整馬達轉速，完成閉環(huán)控制�！ 〕藸恳R達張力和轉速要控制外，為了將鋼絲繩均勻地卷繞在卷筒上，還要控制排纜馬達的轉速，即排繩輪的速度和位移。排繩輪在滾珠絲杠上隨絲杠的移動(dòng)而移動(dòng)。通過(guò)檢測牽引馬達的轉速，可以確定排繩馬達所需的轉速，即卷筒每轉一圈，排繩輪移動(dòng)鋼絲繩直徑的距離，根據此關(guān)系，工控機通過(guò)檢測牽引馬達轉速與圈數，調整比例方向閥控制排繩馬達轉速，排繩馬達轉速傳感器再將脈沖數反饋給工控機，工控機比較要求位移，轉速與實(shí)際值的差值，進(jìn)行補償運算，輸出調整信號控制排繩馬達轉速，即完成對排繩輪速度，位移的閉環(huán)控制�！ 榱吮ＷC安全，在滾動(dòng)絲杠兩端各有兩個(gè)位置檢測開(kāi)關(guān)，一個(gè)為接觸式，一個(gè)為磁感應式，防止因某一個(gè)失效而使排繩輪沖過(guò)終點(diǎn)，終排繩失效，損害設備，如圖3所示。
圖3 排繩機構示意圖
5 結 論 鋼絲繩絞車(chē)張力，收放鋼絲繩速度控制是許多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中的一個(gè)重要組成環(huán)節，對提高鋼絲繩絞車(chē)質(zhì)量，增強系統控制安全等方面也起著(zhù)至關(guān)重要的作用。對張力控制理論分析對今后的電液比例/伺服張力控制系統的設計及研究具有指導意義。
