CN111392481A - 一种浮辊式张力控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮辊式张力控制器，包括与放料装置和收料装置连接的张力控制装置，所述放料装置包括料轴、料轴电机和传动辊，所述收料装置包括收料轴、收料轴电机和从动轮，所述张力控制装置包括设置在支架上的传感器，所述传感器与张力摆臂的一端连接，张力摆臂的另一端设置有摆辊，传感器上的信号和张力摆臂位置线性映射，所述传感器、料轴电机和收料轴电机分别与控制装置连接，所述控制装置具有两组分别控制料轴电机和收料轴电机转速的PID参数，所述浮辊式张力控制器还包括检测卷径大小的卷径检测装置。

Description

一种浮辊式张力控制器
技术领域
本发明涉及张力控制***领域，特别涉及一种浮辊式张力控制器。
背景技术
在生产电容的过程中，卷绕机需要将作为绝缘介质的薄膜和作为电极的薄膜卷绕，形成芯子。卷绕张力对产品的质量至关重要，要求进行恒张力控制，即在卷绕的过程中张力自始至终保持不变，包括机器的加速、减速和匀速。若张力过大，会造成加工材料的拉伸变形：张力过小，会使卷取的材料与层的应力变形，造成收卷不整齐，影响加工质量。
一般的张力控制器通过设定要求控制的张力值，将张力传感器的信号作为张力反馈值，通过比较得出偏差后，输入到PID等控制器进行处理，输出给***执行机构去控制，达到偏差小，***响应快的目的，例如中国专利授权公告号CN209065140U公开的一种收放料浮动辊张力控制的装置。
但是现有技术存在的缺陷：放料轴在料满状态和料空状态下质量相差数倍，这样放卷装置的转动惯量相差很大，单一的PID参数控制往往会出现料满或者料空状态下调好了，但是换了不同的料以后很容易造成拉伸变形和收卷不齐的现象，将直接影响了收卷质量，进而影响对应产品的生产质量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种浮辊式张力控制器，可应用于全自动电容卷绕机的张力控制***，提高产品的品质，解决料轴在满料和空料的情况下卷径相差很大的情况下一般的张力控制器存在控制差的问题，达到工作全过程良好的控制效果。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种浮辊式张力控制器，包括与放料装置和收料装置连接的张力控制装置，所述放料装置包括料轴、料轴电机和传动辊，所述收料装置包括收料轴、收料轴电机和从动轮，所述张力控制装置包括设置在支架上的传感器，所述传感器与张力摆臂的一端连接，张力摆臂的另一端设置有摆辊，传感器上的信号和张力摆臂位置线性映射，所述传感器、料轴电机和收料轴电机分别与控制装置连接，所述控制装置具有两组分别控制料轴电机和收料轴电机转速的PID参数，所述浮辊式张力控制器还包括检测卷径大小的卷径检测装置。
在本发明的一个优选实施例中，所述传感器为电位器式传感器。
在本发明的一个优选实施例中，所述摆辊具有正常工作工位、零位标定工位和满量程标定工位。
在本发明的一个优选实施例中，所述零位标定工位和满量程标定工位上设置有机械限位机构。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制装置包括信号调理电路、CPU模块、减法电路、料轴伺服电机驱动器、TTL/RS485转换模块、PLC模块、收料轴伺服电机驱动器、控制面板，所述PLC模块与CPU模块利用TTL/RS485转换模块连接，所述控制面板通过ModBus协议和PLC模块、CPU模块通信，所述传感器通过信号调理电路与CPU模块中的ADC模块连接，所述卷径检测装置与CPU模块的IO口连接，所述CPU模块中的DAC模块通过减法电路与所述料轴伺服电机驱动器连接，所述CPU模块的输出端与料轴伺服电机驱动器连接，所述料轴伺服电机驱动器与料轴电机连接，所述PLC模块与所述收料轴伺服电机驱动器连接，所述收料轴伺服电机驱动器与收料轴电机连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述卷径检测装置包括设置在料轴侧部的光电开关。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：使用双组PID参数，针对料轴在满料和空料的情况下或卷径相差很大的情况下自适应适配计算，在卷材卷绕的过程稳定输出张力，保证收卷质量，进而提高电容产品的生产质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的摆辊在零位标定工位时的结构示意图。
图2是本发明的摆辊在正常工作工位时的结构示意图。
图3是本发明的摆辊在满量程标定工位时的结构示意图。
图4是本发明的张力控制装置的硬件结构框图。
图5是本发明的卷径检测装置的检测原理图。
图6是本发明的***主流程图。
图7是本发明的ADC中断服务程序流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1至图3所示的一种浮辊式张力控制器，包括与放料装置100和收料装置200连接的张力控制装置300，放料装置100包括料轴110、料轴电机120和传动辊130。收料装置200包括收料轴210、收料轴电机220和从动轮230。
张力控制装置300包括设置在支架310上的传感器320，传感器320与张力摆臂331的一端连接，张力摆臂331的另一端设置有摆辊332，传感器320上的信号和张力摆臂331位置线性映射，传感器320优选为电位器式传感器。传感器320、料轴电机120和收料轴电机220分别与控制装置340连接，控制装置340具有两组分别控制料轴电机120和收料轴电机220转速的PID参数，浮辊式张力控制器还包括检测卷径大小的卷径检测装置400。
本实施例中，摆辊332具有正常工作工位2、零位标定工位1和满量程标定工位3。气缸与张力摆臂331连接，由于气缸的推力，张力摆辊停在零位标定工位1，这个时候需要对张力控制器进行零位标定，如图1所示；摆动张力摆臂331使得摆辊332到最大位置满量程标定工位3，该处设置有机械限位机构，如图3所示，这个时候，在张力控制器的面板上作为满量程标定，通过零位标定和满量程标定，消除安装和使用过程中产生的偏差。正常工作的时候，张力摆臂331在张力控制器的作用下，控制料轴电机120使得摆辊332停在正常工作工位2，保持恒定的张力，如图2所示。
本实施例中，结合图4所示，控制装置340包括信号调理电路341、CPU模块342、减法电路343、料轴伺服电机驱动器344、TTL/RS485转换模块345、PLC模块346、收料轴伺服电机驱动器347、控制面板348。PLC模块346与CPU模块342利用TTL/RS485转换模块345连接，控制面板348通过ModBus协议和PLC模块346、CPU模块342通信。传感器320通过信号调理电路341与CPU模块342中的ADC模块349a连接，卷径检测装置400与CPU模块342的IO口连接，CPU模块342中的DAC模块349b通过减法电路343与料轴伺服电机驱动器344连接，CPU模块342的输出端与料轴伺服电机驱动器344连接，料轴伺服电机驱动器344与料轴电机120连接，PLC模块346与收料轴伺服电机驱动器347连接，收料轴伺服电机驱动器347与收料轴电机220连接。
控制面板348设置收料轴210的启动加速时间、运行转速、停止减速时间，同时控制收料轴电机220的启停；控制面板348同时也通过ModBus协议设置张力控制器的两组PID参数、零位/满量程标定、张力输出设置、张力传感器的数字滤波设置、张力控制器的启停等。
传感器320的信号经过信号调理电路341的滤波和放大进入张力控制器CPU模块342的ADC模块349a进行进一步的数字滤波；大小卷径信号是通过卷径检测装置400获得的IO信号，表示当前的卷径等级，结合图5所示，卷径检测装置400包括设置在料轴110侧部的光电开关，张力控制器并不需要一个很精确的卷径信息，本发明仅用光电开关区分大小卷，通过光电开关，在大卷径的时候，光电开关被薄膜材料挡住，接收端收到的信号是0，当料轴消耗以后变成小卷，接收端收到的信号是1；张力控制CPU模块342经过PID运算以后得出来的控制信号经过一个减法电路343，由0V到5V信号变成-2.5V到+2.5V信号；-2.5V到+2.5V信号接到料轴伺服电机驱动器344的输入脚，通过电压的大小控制料轴电机120的转速，通过电压的极性控制电机的转向(电机的反向旋转用于料轴的电动模式的收料)。
PLC模块346接收控制面板348的命令和设置，通过RS232和收料轴伺服电机驱动器347的通信口相连，按照设定的启动加速时间、停止减速时间、运行速度工作。
结合图6所示，硬件启动以后首先初始化硬件，包含ADC、DAC、UART，NVRAM等硬件设备；从NVRAM读取配置参数，因为电容卷绕需要多个张力控制器同时工作，根据板子的拨码开关设置本机的地址；初始化PID参数，启动ADC定时采样，定时采集电位器式传感器的信号；检查是否有控制面板的命令，控制面板有标定、PID设置、目标张力控制等，收到命令以后进行相应的处理。
张力控制采用速度模式，当实时张力大于设定张力时，输出电压值增大，料轴的转速提高，这个时候张力变小；当实时张力小于设定张力时，输出电压值变小，料轴的转速降低，***张力相应增大，从而循环运行，实现自动控制。
结合图7所示，张力PID的处理在ADC中断程序服务程序中进行。中断服务程序对电位器式传感器的信号进行滑动滤波；通过光电开关获得当前的大小卷信号，根据卷径大小载入不同的PID参数；根据当前PID输出趋势判断当前的状态，可以是加速、减速和匀速阶段，根据不同的阶段做不同的PID参数修正值；对张力的误差值作为误差信号，进行增量式PID计算，输出0到5V的电压，进入***的减法电路变成-2.5V到+2.5V的电压，送入到伺服电压控制器，最终达到偏差小、***响应快的目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种浮辊式张力控制器，包括与放料装置和收料装置连接的张力控制装置，所述放料装置包括料轴、料轴电机和传动辊，所述收料装置包括收料轴、收料轴电机和从动轮，其特征在于，所述张力控制装置包括设置在支架上的传感器，所述传感器与张力摆臂的一端连接，张力摆臂的另一端设置有摆辊，传感器上的信号和张力摆臂位置线性映射，所述传感器、料轴电机和收料轴电机分别与控制装置连接，所述控制装置具有两组分别控制料轴电机和收料轴电机转速的PID参数，所述浮辊式张力控制器还包括检测卷径大小的卷径检测装置。
2.如权利要求1所述的一种浮辊式张力控制器，其特征在于，所述传感器为电位器式传感器。
3.如权利要求1所述的一种浮辊式张力控制器，其特征在于，所述摆辊具有正常工作工位、零位标定工位和满量程标定工位。
4.如权利要求3所述的一种浮辊式张力控制器，其特征在于，所述零位标定工位和满量程标定工位上设置有机械限位机构。
5.如权利要求1所述的一种浮辊式张力控制器，其特征在于，所述控制装置包括信号调理电路、CPU模块、减法电路、料轴伺服电机驱动器、TTL/RS485转换模块、PLC模块、收料轴伺服电机驱动器、控制面板，所述PLC模块与CPU模块利用TTL/RS485转换模块连接，所述控制面板通过ModBus协议和PLC模块、CPU模块通信，所述传感器通过信号调理电路与CPU模块中的ADC模块连接，所述卷径检测装置与CPU模块的IO口连接，所述CPU模块中的DAC模块通过减法电路与所述料轴伺服电机驱动器连接，所述CPU模块的输出端与料轴伺服电机驱动器连接，所述料轴伺服电机驱动器与料轴电机连接，所述PLC模块与所述收料轴伺服电机驱动器连接，所述收料轴伺服电机驱动器与收料轴电机连接。
6.如权利要求1所述的一种浮辊式张力控制器，其特征在于，所述卷径检测装置包括设置在料轴侧部的光电开关。
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