CN109534045A - 一种基于转动惯量的卷径计算方法及收放卷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于转动惯量的卷径计算方法及收放卷装置，包括收卷组件、放卷组件和传动组件组成收放卷装置，采用卷径计算公式得到卷径半径，根据转动惯量大小进行卷径计算，由主传动变频器采用本发明提出的上述卷径计算方法，实现控制传动轴转速，该方法不需要改变收放卷装置的结构或增加控制模块；在不增加硬件成本的情况下，能够满足低速时的卷径计算需求。结构简单，成本低，计算结果精确。

Description

一种基于转动惯量的卷径计算方法及收放卷装置
技术领域
本发明属于生产线上卷径确定技术领域；具体涉及一种基于转动惯量的卷径计算方法及收放卷装置。
背景技术
在工业生产中，很多行业都需要生产线上确定卷径技术，进行精确的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品的质量。诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、光纤电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶和冶金等行业都被广泛应用。
在生产机组生产操作中如何确定收放卷的卷径是一个重要问题。常见的卷径计算方法为根据线速度计算卷径的方法。
线速度计算法是通过***运行线速度和电机运行角速度以及***传动比计算卷径，当线速度较低时，卷径计算将有较大的误差，所以需要设定一个最低线速度，当线速度低于此值时卷径计算停止，卷径值将保持。
线速度卷径计算法方法在启动过程以及低速运行时，***稍有波动就会严重影响当前卷径的准确性，造成***控制精度不高，降低了产品质量。
厚度积分法：根据材料的厚度按卷筒旋转圈数进行卷径累加，对于线材还需设定每层的圈数。计圈的方法可选用外部计圈信号通过多功能端子输入。需要附加一个记圈设备，增加成本。
卷径检测传感器检测：用作当选用外部卷径传感器时。模拟输入的满值对应最大卷径的设定。但是使用成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于转动惯量的卷径计算方法及收放卷装置，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于转动惯量的卷径计算方法，利用以下卷径计算公式得到卷径半径：
其中ρ为材料密度，g为重力加速度，L为收卷宽度，r0为收卷空卷半径，Te为电动机电磁转矩，TL为负载阻转矩；
其中J为***转动惯量，w为角速度，t为时间。
进一步的，所述***转动惯量J表示为：其中m为卷材的质量。
进一步的，其特征在于，所述***转动惯量J表示为：
进一步的，所述***转动惯量J表示为：
一种收放卷装置，包括收卷组件、放卷组件和传动组件；
收卷组件包括完成卷绕材料的收卷盘和用于控制收卷盘转动方向以及提供材料收卷所需张力的收卷变频器；
放卷组件包括提供材料的放卷盘和用于控制放卷盘转速和方向的放卷变频器；
传动组件包括用于放卷组件和收卷组件提供动力的传动轴，控制传动轴转速的主传动变频器；
所述主传动变频器运行如权利要求1-4任意一项所述的卷径计算方法，计算得到收卷盘的收卷卷径。
进一步的，所述主传动变频器上设定卷材的密度、收卷盘的收卷宽度；主传动变频器获取传动轴的电动机电磁转矩。
进一步的，所述收卷变频器获取收卷盘的***转动惯量、角速度、负载阻转矩和收卷盘的收卷空卷半径，并且将上述参数发送给主传动变频器。
进一步的，所述放卷变频器获取放卷盘的***转动惯量、角速度、负载阻转矩和放卷盘的放卷空卷半径，并且将上述参数发送给主传动变频器。
进一步的，所述收卷组件上还设置有检测收卷张力的张力检测装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种基于转动惯量的卷径计算方法，采用卷径计算公式得到卷径半径，根据转动惯量大小进行卷径计算，该方法不需要改变收放卷装置的结构或增加控制模块；在不增加硬件成本的情况下，能够满足低速时的卷径计算需求。结构简单，成本低，计算结果精确。
本发明提供的收放卷装置，包括收卷组件、放卷组件和传动组件组成收放卷装置，由主传动变频器采用本发明提出的上述卷径计算方法，实现控制传动轴转速，在不增加硬件成本的前提下，能够实现在低速状态下的卷径计算需求。
附图说明
图1为发明中收放卷装置的结构示意图；
图2为本发明中收卷或放卷的转动惯量分析图。
图中：1为收卷盘；2为收卷变频器；3为张力检测装置；4为传动轴；5为主传动变频器；6为方卷盘；7为放卷变频器；8为摆杆；9为电位器；r为料卷半径；r0为收卷盘或放卷盘空卷半径。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提供了一种基于转动惯量的卷径计算方法，该方法中卷径的计算公式为：
在该方法的一实施过程中，采用交流异步电机作为执行单元，该执行单元实现收卷或放卷过程中的张力控制；实现收卷盘或方卷盘动力驱动的电机，其拖动控制***满足如下基本运动方程式：
其中Te为电动机电磁转矩，TL为负载阻转矩，J为***转动惯量，为w角速度，d为微分运算；
在该方法的一实施过程中，收卷的转动惯量计算过程为：设卷径材料的密度为ρ，重量加速度为g，卷径材料的宽度为L，收卷的卷径为r，收卷盘的空卷半径为r0，如图2所示，计算推到出转动惯量Jr，得到计算公式：
在该方法的实施过程中，放卷的转动惯量计算过程为与上述收卷的转动惯量计算过程相同；
在该方法的一实施过程中，通过结合上述两个计算公式，最终得到卷径计算公式为：
该方法的一个应用实例为：按照本发明提供的卷径计算方法用于计算收卷或放卷过程中收卷盘或方卷盘的卷径，根据本发明提供的卷径计算方法编写能够实现上述计算过程的程序，通过控制器控制并实现该计算过程。
本发明还提供了一种收放卷装置，其一实施方式为，如图2所示，包括收卷组件、放卷组件和传动组件，其中传动组件设置在收卷组件和放卷组件中间，且沿着传动组件的传动方向设置收卷组件，沿着与传动组件的传动方向相反的方向设置放卷组件。
优选的，收卷组件包括收卷盘1，收卷盘1和转动组件之间设置有张力检测装置3；其中收卷盘1还连接收卷变频器2；
优选的，传动组件包括传动轴4，传动轴4通过电机带动并实现转动，传动轴4用于向收卷组件和放卷组件提供驱动力，传动轴4连接主传动变频器5；
优选的，放卷组件包括方卷盘6，放卷盘6连接放卷变频器7；方卷盘6与传动组件之间连接有摆杆8和电位器9；其中摆杆8连接放卷变频器；在进行闭环转速控制时，通过PID控制转速达到传动组件的电机的转速，从而提高控制精度；
本发明提供收放卷装置的实施例中，收卷变频器用于控制收卷盘的转动方向以及提供收卷材料收放时需要的张力；收卷盘用于卷绕材料，在收卷的过程中卷径慢慢变大，导致收卷盘上的收卷材料的重量也在增加，要想维持***材料上的张力不变，收卷变频器就得提供相应的动力，即收卷变频器根据收卷盘上的惯量大小提供相应的输出转矩，所以收卷变频器的输出转矩正比于收卷盘的惯量大小，同理，放卷过程与之相反。张力检测装置，用于检测收放卷过程中张力的大小，在进行闭环转矩控制时，通过检测收放卷材料上的张力大小，调节输出转矩大小，提高该装置的控制精度。主传动变频器用于提供***计算卷径的参数；主传动轴用于提供牵引力，电位器和摆杆，在进行闭环转速控制时通过PID控制转速达到传动组件的电机的转速，提高控制精度。放卷变频器用于控制放卷盘的转速和方向。放卷盘用于提供放卷材料。

Claims (9)

1.一种基于转动惯量的卷径计算方法，其特征在于，利用以下卷径计算公式得到卷径半径：
其中ρ为材料密度，g为重力加速度，L为收卷宽度，r0为收卷空卷半径，Te为电动机电磁转矩，TL为负载阻转矩；
其中J为***转动惯量，w为角速度，t为时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于转动惯量的卷径计算方法，其特征在于，所述***转动惯量J表示为：其中m为卷材的质量。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种基于转动惯量的卷径计算方法，其特征在于，所述***转动惯量J表示为：
4.根据权利要求3所述的一种基于转动惯量的卷径计算方法，其特征在于，所述***转动惯量J表示为：
5.一种收放卷装置，其特征在于，包括收卷组件、放卷组件和传动组件；
收卷组件包括完成卷绕材料的收卷盘和用于控制收卷盘转动方向以及提供材料收卷所需张力的收卷变频器；
放卷组件包括提供材料的放卷盘和用于控制放卷盘转速和方向的放卷变频器；
传动组件包括用于放卷组件和收卷组件提供动力的传动轴，控制传动轴转速的主传动变频器；
所述主传动变频器运行如权利要求1-4任意一项所述的卷径计算方法，计算得到收卷盘的收卷卷径。
6.根据权利要求5所述的收放卷装置，其特征在于，所述主传动变频器上设定卷材的密度、收卷盘的收卷宽度；主传动变频器获取传动轴的电动机电磁转矩。
7.根据权利要求5或6任意一项所述的收放卷装置，其特征在于，所述收卷变频器获取收卷盘的***转动惯量、角速度、负载阻转矩和收卷盘的收卷空卷半径，并且将上述参数发送给主传动变频器。
8.根据权利要求5或6任意一项所述的收放卷装置，其特征在于，所述放卷变频器获取放卷盘的***转动惯量、角速度、负载阻转矩和放卷盘的放卷空卷半径，并且将上述参数发送给主传动变频器。
9.根据权利要求5所述的收放卷装置，其特征在于，所述收卷组件上还设置有检测收卷张力的张力检测装置。
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