【導(dǎo)讀】so-called“scrollthick”[8].Thephenomenonof“scrollthick”makesthetension

　　

【正文】 電子控制系統(tǒng) ,大大簡化了系統(tǒng) ,有可能應(yīng)用先進的控制方法改善了其可靠性。 因此 ,這種類型的控制器 得到了廣泛的應(yīng)用 [67]。 張力控制技術(shù)正在走向成熟，在一些發(fā)達國家其規(guī)格也正在提高。然而，中國的 彎曲光纖 產(chǎn)業(yè)起步較晚，仍然落后于西方國家。 精度低、反應(yīng)慢 機械 張力器件 ，主要面向國內(nèi)的運用張力器的市場，不能滿足張力要求。因此，本 文反映了 基于 plc的張力控制系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案 一個 彎曲 張力控制系統(tǒng)大體上由三部分組成，即 放卷 機、 處理器 和 卷取 機，也包括測量與控制部分，輔助運輸裝置和測力傳感器。 放卷機和卷取 機是兩種驅(qū)動類 型之一，表面驅(qū)動 模式 或者 中心 驅(qū)動 模式 。表面驅(qū)動 模式 指一個卷軸或者帶子 開始于彎曲材料的表面，驅(qū)動力通過摩擦產(chǎn)生。 中間 驅(qū)動 模式 是卷軸桿上的 中心軸的滾動 ，纏繞纖維的線速度和張力隨著卷軸的半徑變化而變化，這導(dǎo)致了所謂的“ 滾動厚 ”。這種現(xiàn)象使張力控制非常復(fù)雜，但是 中間 驅(qū)動 模式 因其廣泛應(yīng)用性而被廣泛應(yīng)用。 這個系統(tǒng)采用中心驅(qū)動的方案和外拉 纖維配置。因為交流數(shù)字伺服電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和纖維張力以及卷軸半徑成比例，所以輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)該隨著卷軸半徑減小到要求的恒定纖維張力。 一種測量半徑的裝置和取樣的半徑變 化可以測量卷軸半徑的變化，通過模擬數(shù)字整流器，卷軸半徑變化被發(fā)送給 PLC。 通過讀取張力的期望值，預(yù)算法則可以計算出半徑和張力。系統(tǒng)發(fā)布了速度指令和轉(zhuǎn)矩限制指令，并把它們轉(zhuǎn)換成能控制伺服驅(qū)動的輸出模擬電壓信號。 伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)控制著轉(zhuǎn)速和控制纖維張力的輸出轉(zhuǎn)矩。脈沖編碼器和霍爾開關(guān)可以測量伺服 電動機 的速度和轉(zhuǎn)矩，并把速度和轉(zhuǎn)矩反饋給構(gòu)成閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)的 PLC系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)的原理如圖 1所示。 系統(tǒng)中的主要成分包括 （ 1）一個日本松下可編程控制器 （ 2）一個日本松下 空調(diào) 交流數(shù)字伺服驅(qū)動和伺服 電動機 （ 3）一個測量半 徑的裝置和旋轉(zhuǎn)電位計 數(shù)學模型 在纖維纏繞中對張力的有效控制是必 要 的。由于模型和彎曲形狀的多樣性，張力線速度難以保持不變，變分原理也相當復(fù)雜。因此，在機械分析被控對象時，我們應(yīng)該考慮張力速度的影響。 通過 PLC和計算機的串行通信，在人機接口處，可以制定 PLC的功能模塊如控制系統(tǒng)的控制核心以及所需的張力。 PLC的功能模塊可以計算出輸出半徑、轉(zhuǎn)矩和速率反饋、預(yù)算法則的規(guī)律和系統(tǒng)的輸出?？紤]退繞機時，動態(tài)扭矩的平衡方程式可以表示如下 M (t ) = J (t )ω? (t ) + J? (t )ω (t ) +TR(t ) + Mf + M0 （ 1） 此處 T 是紗線張力， R(t)是實時 滾動 半徑， M(t)是交流伺服電動機的 粘滯摩擦力矩 ， J(t)是卷軸的旋轉(zhuǎn)慣性， 以及 M0 是 干摩擦力矩 。 如公式（ 1）所示，實時 滾動半徑、力矩 、 角 速度和卷軸的旋轉(zhuǎn)慣性是 正常的，因此系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多變量的時域變化系統(tǒng)。 我們可以用經(jīng)典控制理論計算出正確的簡單的轉(zhuǎn)矩平衡方程式，基于以下法則： （ 1） 干摩擦力矩 和 粘滯 摩擦 力矩 是十分小的，以至于可以被忽略。 （ 2）關(guān)于張力 J? (t )ω (t )的影響可以被忽略，因為瞬間的慣性改變 微乎其微。 （ 3）通過利用可測量半徑裝置，我們可以實時測量卷軸半徑的大小。公式（ 1）可以簡化成： TR(t) = M(t) + J (t )ω? (t ) (2) 因此，卷軸直徑的變更和其角速度是決定紗線張力大小的主要影響因素。 3 卷軸大小的補償 卷軸半徑大小的變化可能引起卷軸瞬間的狀態(tài)改變，即公式（ 2）中 TR(t )的變化。 半徑滾動變化結(jié)束后， 另一端連接通過對電位計 齒輪 的 放大結(jié)構(gòu) ,轉(zhuǎn)變成一個變化主軸半徑變化的電壓 ,如圖 2。 4 軟件 開發(fā) 系統(tǒng) 這個軟件的開發(fā) 充分 利用 FP0C10RS 的能力 ,由數(shù)字化 I/O模塊、硬件和軟件，計算機的 軟件資源 組成。具有較高計算精度的數(shù)字化或數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換取決于位的數(shù)字轉(zhuǎn)換器和模擬的轉(zhuǎn)換器。 FP0A80 和 FP0A04V 都是 12位， 當輸出輸入范圍 10V + 10 伏特 時分辨率是 1/40000 次 ,而 FP0 是 16 位 ,所以 這樣控制系統(tǒng)的分辨率可以放心。每個 基本指令 的運算速度是 s /步驟 ,因此 500 步驟程序 只需要 。 FP0A80 和 FP0A40V 的轉(zhuǎn)換速度 都是 1 ms /通道 ,因此 這個系統(tǒng)的 控制 速度 可以放心。 PLC 的梯形圖適用于整個控制程序。然而 ,輸入 參數(shù)是 不真實 和 直觀的 ,展出的實時性張力和滾動半徑 也是如此 。為了解決這個問題 ,控制程序的開發(fā)主機上的操作界面可以輸入執(zhí)行的參數(shù)和顯示實時張力 、 速度與滾動半徑。這個程序的可編程序控制器 接口支持所有 開放 式的 MEWTOCOL 協(xié)議。上層計算機發(fā)送一個命令給可編程序控制器作為一種 ASCLL 字符串。然后PLC自動返回基于這個命令的回應(yīng)。 系統(tǒng)的輸入是電壓反饋，伺服電機的轉(zhuǎn)矩反饋和速度反饋。 系統(tǒng)的輸出 有伺服電機力矩和交流電壓 。該軟件的控制流張力控制系統(tǒng) 如圖 3所示 。 5 仿真和實驗結(jié)果 實驗對張力控制真正的彎曲狀態(tài)、真正的工作環(huán) 境試驗的可行性和控制精度進行了模擬。當張力值設(shè)置為 10 N，仿真和實驗條件下的張力曲線可以獲得幾乎 恒 定的 張力 ,如圖 4和圖 5分別顯示 。 當張力改變時，為了知道交流伺服電機的工作狀態(tài)，如圖 6 的變化曲線所示，張力改變的范圍是 5N 到 10N，在仿真和實驗條件下如圖 7 所示，波動響應(yīng)相當下，響應(yīng)時間小于 。 率 的分析 靜態(tài)差異 率是評估系統(tǒng)的性能非常重要的指標。 公式可以如下表示： 此處 Δ T = Tmax ?Tmin， Tmax是 張力 最大值 ， Tmin是 張力 最小值 ， Tm是張力均值，張力的靜態(tài)差異率分析如表 1所示。 表一 張力靜態(tài)差異率的分析 波動比 的分析 張力波動率是否符合是一個 評價張力控制系統(tǒng)的設(shè)計的績效 的關(guān)鍵指標 。制定一個初始化后 ,計算張力補償，輸出該值 。然后 ,測量實際的張力 大小 并找出 最大值和最小值 。 6 結(jié)論 仿真和實驗結(jié)果表明這個系統(tǒng)是可行的。 本系統(tǒng)以 可編程序控制器 (PLC)為核心 ,數(shù)字伺服電機為執(zhí)行元件，一個半徑補償設(shè)備進行半徑補償 ，仿真和實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)是可行的 。系統(tǒng)的特點包括 : （ 1）松下 FP 系列 PLC 和功能模塊作為控制核心。小容積，高誠信，高可靠性，良好的控制能力和低成本使 系統(tǒng) 方便 ， 可靠性高以及精度高 。 （ 2）不需要繞紗裝置， 因為伺服電機可以 提供同樣的功能 。 （ 3）模塊化的設(shè)計促進 工程 擴建和二次開發(fā)客戶的需求。 （ 4）松下 FPWIN_GR 軟件的較好 編程環(huán)境 包括在線編程的能力和 參數(shù)。 程序員可以改變對線的 控制， 并看到實時效果 。