【正文】 C 采用地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線的方式來節(jié)省外部引線，所以必須在片外增加地址/數(shù)據(jù)分離電路，我選用鎖存器74ALS573 來實(shí)現(xiàn)此功能；復(fù)位電路我采用了 MAX708 芯片，它是一種微處理器電源監(jiān)控芯片，可同時(shí)輸出高電平有效和低電平有效的復(fù)位信號，復(fù)位信號可由 VCC 電壓、手動復(fù)位輸入、或由獨(dú)立的比較器觸發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了上電復(fù)位方式。由于選用的 80C196KC單片機(jī)片內(nèi)沒有用程序存儲器，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)加上了外接的 EPROM。圖 所示為 A/D 采用程序?qū)崿F(xiàn)流程圖。圖 為幾種不同參考電壓的電路接法： MAX197采用不同參考電壓時(shí)幾種典型外接圖(a) 采用內(nèi)部參考電壓，參考電壓值為 ；(b) 采用外部參考電壓，參考電壓值為 ；(c) 采用外部參考電壓，參考電壓值為 ；在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了內(nèi)部參考電壓，即采用了圖(a)所示電路，MAX197 與80C196KC 的連接圖如圖 所示：其中 CH0CH7 為采集輸入通道，目前僅用了其中的 4 個(gè)通道，另外的 4個(gè)通道在需要采集更多路的張力信號時(shí)使用。圖 為 MAX197 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，核心部分是一個(gè)采用逐次逼近方式的 DAC，前端包括一個(gè)用來切換模擬輸入通道的多路復(fù)用器以及輸入信號調(diào)理和過壓保護(hù)電路，其內(nèi)部還建有一個(gè) 。此外,分別提供內(nèi)部和外部時(shí)鐘模式、內(nèi)部參考電壓(=)和外部參考電壓模式、內(nèi)部和外部采集控制。片內(nèi)自帶采樣保持器，A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 6us，采樣速率可達(dá) 100ksps。5V，177。 A/D轉(zhuǎn)換MAX197 美國 MAXIM 推出的多輸入范圍、多通道 12 位高速并行 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。此光電耦合器將電壓傳送變?yōu)殡娏鱾魉?，為低阻器件，要感?yīng)出一定強(qiáng)度的電流信號，外部干擾源必須有相當(dāng)大的能量。該電路的主要作用是:隔斷光耦合器入出電路的電氣聯(lián)系。當(dāng)輸入回路有電流流動時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，激勵(lì)輸出端的光敏器件，從而產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電流。就其本身的工作方式而言，它是電流傳輸性的器件。 張力信號放大原理圖為了防止強(qiáng)電系統(tǒng)干擾和其它類型的外界干擾通過I/0控制回路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在控制計(jì)算機(jī)接口中，經(jīng)常采用光電隔離的輸入輸出電路，外部信號經(jīng)過光電耦合器和計(jì)算機(jī)發(fā)生聯(lián)系，即計(jì)算機(jī)和外部信號之間無直接的電氣聯(lián)系，而是以光的形式耦合。放大部分原理圖如圖 所示。OP07 是一種低失調(diào)低漂移運(yùn)放，其輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流也比較小，所以其運(yùn)放精度也相當(dāng)高，很適用于微弱信號精密放大。基于 80C196KC 的控制系統(tǒng)包括最小系統(tǒng)、信號放大、液晶顯示、RS48A/D 轉(zhuǎn)換、PWM 輸出、磁粉制動器驅(qū)動等部分，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖示： 80196KC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于張力傳感器送來的信號非常微弱，通常只有幾個(gè)毫伏，所以在將張力傳感器傳送來的張力信號送入采集模塊 MAX197 之前，必須要經(jīng)過信號放大環(huán)節(jié)。由于片內(nèi)自帶的 8/10 位 A/D 在 10 位精度時(shí)轉(zhuǎn)換一次所需的時(shí)間為 168 個(gè)機(jī)器周期，而且一次只能采樣一個(gè)通道，當(dāng)采用 16M 晶振時(shí)采樣一次耗時(shí) 21μs ，當(dāng)連續(xù)采樣 4 路張力信號時(shí)，耗時(shí)約 85μs ，顯然若 CPU 要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須在 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器啟動后的 21μs 時(shí)間之外，不能滿足張力控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)考慮系統(tǒng)控制精度的要求，設(shè)計(jì)時(shí)沒有采用片內(nèi)自帶的 A/D 轉(zhuǎn)換器，而是采用了 MAXIM 公司生產(chǎn)的一種性價(jià)比較高的快速 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器——MAX197。因?yàn)檫x擇的執(zhí)行器件是磁粉制動器和磁粉離合器，而它們的轉(zhuǎn)矩與勵(lì)磁電流在很大的范圍內(nèi)成線性關(guān)系，所以在控制卷材張力時(shí)，只需要控制磁粉制動器和磁粉離合器的勵(lì)磁電流，間接地控制了制動轉(zhuǎn)矩，從而也就控制了張力，實(shí)現(xiàn)起來非常簡單方便。第三章 張力控制器硬件設(shè)計(jì)在紙機(jī)行業(yè)，一般都是較為分散的控制系統(tǒng)，很多廠家使用的張力控制器都是日本三菱公司的產(chǎn)品，雖然功能很齊全，控制精度也很高，但是價(jià)格非常昂貴，而且很多功能在現(xiàn)場從來沒有得到使用，這樣雖然成本提高了，但是卻沒有得到充分利用，無形中浪費(fèi)了資源?；蛘卟捎貌煌慕M態(tài)，如用基于微處理器的控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，上位機(jī)采用集成能力更強(qiáng)的工控機(jī)或者PLC來統(tǒng)一調(diào)度，協(xié)調(diào)控制。 就張力控制系統(tǒng)而言，小型的分散的張力控制通常用微處理器來控制。綜合收卷放卷兩方面的討論，不難得出這樣的結(jié)論：放卷側(cè)的張力與收卷側(cè)的張力一樣，受到卷繞線速度和卷徑的影響，而且這種影響程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于張力對它們的反作用。類似的推導(dǎo)過程同樣可以得到： (214)其中，為放卷輥芯軸直徑，ρ為卷材密度，b 為卷材寬度。放卷側(cè)和收卷側(cè)一樣，放卷過程的這種情況在實(shí)際過程中由于受干擾也很難實(shí)現(xiàn)。為放卷輥的轉(zhuǎn)動慣量（,為放卷輥上卷材的轉(zhuǎn)動慣量，為放卷輥芯軸的轉(zhuǎn)動慣量），為阻尼系數(shù)。 為放卷卷徑?？梢姡啪聿糠值木聿膹埩κ侵鲃恿?。 放卷過程分析 放卷系統(tǒng)簡圖放卷過程同收卷過程一樣，啟動時(shí)必須使,這是張力產(chǎn)生的前提條件。由于線速度有平方項(xiàng)和導(dǎo)數(shù)項(xiàng)存在，所以線速度的較小變化必將引起卷材張力T 的較大變化，反過來，卷材張力T 有較小變化時(shí)，線速度的變化不是很明顯，即兩者之間的相互影響力是不一樣的。設(shè)薄膜厚度為σ，已卷薄膜長為L，由面積相等可得：可推出： 可以得到： (29)將(29)式代入(28)式中，即可得到張力T 的表達(dá)式： (210)對于薄膜這樣的卷材，由于其厚度一般很小，所以在卷繞過程中，卷徑的變化一般不會很快。對于動態(tài)力矩方程，可以看到影響力矩平衡的因素很多，如卷材質(zhì)量m ，實(shí)時(shí)卷徑，轉(zhuǎn)動慣量，阻尼系數(shù)，轉(zhuǎn)速等，所以有必要作進(jìn)一步的討論。由此可得到卷繞系統(tǒng)的靜態(tài)力矩平衡方程： （23）式(23)變化得到張力表達(dá)式： （24）所以在靜態(tài)時(shí)，只要控制好，使其跟隨卷徑的變化而變化，即可保證卷材張力T 為恒定，控制起來簡單方便。由于在卷繞過程中，收卷輥的轉(zhuǎn)動慣量隨時(shí)間的變化而變化，即是時(shí)間的函數(shù)，對于這種非線性的時(shí)變系統(tǒng)又增加了控制難度。為收卷輥的角速度。在收卷過程中，根據(jù)動態(tài)力矩平衡有： （22）其中：為作用在收卷輥上的等效拖動力矩。 收卷過程分析在收卷過程中，假定恒定，卷繞線速度,如果電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，則將隨卷徑的增大正比的增大，張力T 也成正比的增大，卷繞軸上的卷繞力矩將以更快的速率增大，這樣很容易引起卷繞過程中卷材的過度拉伸而導(dǎo)致卷材變形甚至斷裂?？刂茝埩?shí)際就是在控制線速度差，所以，從某種意義上說，張力控制系統(tǒng)實(shí)際上就是一種線速度跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)胡克定律，卷材內(nèi)的張力T 為： （21）式中：ε為卷材的彈性模量；σ為卷材的截面積；L為傳動點(diǎn)之間的距離；t為機(jī)器啟動時(shí)間。如果 ，則卷材將被拉伸，卷材張力變大；如果 ，則卷材將收縮，內(nèi)應(yīng)力變小，卷材變得松弛。 所示為一卷繞系統(tǒng)。利用速度檢測可以對機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)作出預(yù)測和補(bǔ)償。 收卷和放卷的控制結(jié)構(gòu)是類似的，以放卷為例。通常，卷繞機(jī)械的張力控制不止一個(gè)環(huán)節(jié)。紙漿在銅網(wǎng)上經(jīng)自然濾水，形成濕紙頁，經(jīng)壓榨部脫水后，連續(xù)經(jīng)過兩組烘缸干燥，最后經(jīng)壓光作為成品紙，上卷筒卷取，其工藝流程圖如下所示 由于紙機(jī)各分部傳送著生產(chǎn)過程中的紙張，根據(jù)造紙工藝的要求，各分部間要求達(dá)到線速度比例協(xié)調(diào)(相鄰兩個(gè)分部間的線速度比值應(yīng)保持恒定)，高精度地、可靠地保持這個(gè)比例系數(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要條件，任何原因破壞這種比例協(xié)調(diào)，就會降低產(chǎn)品質(zhì)量。第二章 紙機(jī)抄紙過程及動力分析紙機(jī)一般是由網(wǎng)部、壓榨部、前烘干部、施膠部、后烘干部、壓光部、卷曲部等分部組成，同時(shí)有許多輔助設(shè)備密切配套，這些輔助配套設(shè)備與紙機(jī)的正常運(yùn)行有許多聯(lián)鎖關(guān)系。第四章針對紙機(jī)張力控制策略系統(tǒng)的特點(diǎn)分析了普通PID控制的不足，提出了幾種改進(jìn)的PID控制策略。以及對紙機(jī)卷繞系統(tǒng)的收卷放卷兩部分進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析，并給出了這兩部分卷材張力的表達(dá)式，進(jìn)而分析了卷繞過程中影響張力控制的幾個(gè)主要因素。第一章緒論對張力控制系統(tǒng)進(jìn)行概述，對張力控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合，工作原理，常用控制方式等進(jìn)行了闡述，最后揭示了課題意義和研究內(nèi)容。（2）仔細(xì)閱讀了日本三菱公司 LE40MTAE 張力控制器的說明資料，了解了其大致功能，為后期設(shè)計(jì)張力控制板做好必要的準(zhǔn)備。所以，借鑒和吸取日本及歐美國家當(dāng)今最新型張力控制器的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前最新的研究成果，設(shè)計(jì)出在性能和可靠性方面滿足自己要求的張力控制器已成為必要。近年來，很多國內(nèi)企業(yè)逐漸參入到張力控制系統(tǒng)的研究中來，并且提出了很多問題和解決方案，市場上也漸漸出現(xiàn)了各種型號的國產(chǎn)張力控制器。當(dāng)前，我國造紙產(chǎn)品的檔次愈來愈高，新型的包裝材料的使用，印刷質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，企業(yè)對生產(chǎn)效率的高要求等，使得造紙包裝機(jī)械自動化程度愈來愈高。 論文研究的意義現(xiàn)在國內(nèi)很多造紙企業(yè)，特別是運(yùn)用高速造紙機(jī)的廠家，與其產(chǎn)品配套的張力控制器無論放卷、供料、收卷都是國外大公司研制的張力控制器，不但價(jià)格昂貴，而且在某些方面還不能很好地滿足實(shí)際要求。目前，國內(nèi)外均將液壓控制技術(shù)應(yīng)用于各類卷繞機(jī)構(gòu)上，尤其是在軋鋼等大功率生產(chǎn)線中占有重要地位，取得了良好的控制效果。 液壓控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際中。該裝置能夠用連接到控制閥的隨動臂來調(diào)節(jié)。交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，使交流電機(jī)能擔(dān)負(fù)起直流電機(jī)的調(diào)速功能，交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠，并具有節(jié)能效果，因此交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)迅速得到廣泛的應(yīng)用。加工物線速度控制只要利用一卷徑檢測裝置構(gòu)成速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流即可實(shí)現(xiàn)速度控制。在線速度恒定時(shí)，卷取輥的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)徑成反比，因此調(diào)節(jié)卷取輥的直流電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)加工物的速度控制；加工物的張力控制通過調(diào)節(jié)卷取輥所聯(lián)結(jié)的直流電機(jī)，產(chǎn)生一個(gè)與加工物傳送方向相反的制動力矩。長期以來，直流電動機(jī)在卷繞機(jī)構(gòu)傳動控制中占據(jù)相當(dāng)重要的地位，在變頻調(diào)速技術(shù)出現(xiàn)以前主要以直流電機(jī)傳動來實(shí)現(xiàn)卷繞機(jī)構(gòu)的速度調(diào)節(jié)和張力控制，在傳動控制方面有一定的優(yōu)越性。這在實(shí)際生產(chǎn)中常常帶來許多困難，即使采用擾動補(bǔ)償控制也是如此。稱為間接法；3. 復(fù)合控制，結(jié)合以上兩種方法。在實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)卷繞機(jī)構(gòu)的張力控制方式主要有3種：1. 采用張力傳感器直接測量加工物的張力，構(gòu)成張力閉環(huán)，或者直接檢測加工物的線速度，構(gòu)成線速度閉環(huán)?？刂破魇窍到y(tǒng)的控制核心，它將