交流伺服张力控制系统

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1、交流伺服张力控制系统气瓶数控缠绕机，在各种气瓶上缠绕玻璃纤维或碳纤维，共十二个线轴，可同时缠绕三只气瓶。其工艺要求每层缠绕的纤维有不同的张力，在每层开始时，数控系统发出8位BCD码的张力信号，直到下一层，再发新的张力信号。张力最大时线轴扭矩8Nm。此张力系统在运行时不只是放线，因缠绕方案的不同，线轴有时要收线，既放线轴要正反转运行。张力检测不采用电位器。此系统与传统的张力系统不同，线轴要正、反转运行；检测元件要非接触式的。为此想到了使用数控系统的交流伺服控制。我们采用了PLC位置控制+交流伺服驱动+交流伺服电机+

2、编码器的方案。一.控制系统选件前后做了二套，使用了不同的PLC，成本和性能相差较大。1.采用OMRONCJ1模块式PLC，共用了6块高速计数单元，2块模拟输出单元，2块数字输入、输出单元；伺服系统选用安川ΣⅠ的SGDB08A伺服驱动器和SGMG08K伺服电机；编码器选用瑞普E50S-360-24。采购价格约12万.2.采用OMRONCP1H四路位置控制PLC，共用了三台，其中一台选用带模拟输出单元，用来做张力控制的模拟电压输出；伺服系统选用安川ΣⅡ的SGDM-10ADA伺服驱动器和SGMGH-09ACA61伺服电

3、机；编码器选用瑞普ZSF6.215-008CW-1024BZ3-12-24C，采购价格约8万。7二.控制系统工作过程1.第一套系统的高速计数单元，每个单元可接差动输出的编码器二台，故选常用的A+、A-、B+、B-、Z+、Z-的差动输出型24V编码器；驱动器采用速度控制方式，转速由0-10V模拟电压控制。驱动器设置为5V为零转，5-10V正转，5-0V反转。张力信号取自一绕轴转动的张力臂，其轴与编码器直连，张力臂摆动的角度，经编码器转换成脉冲信号送到计数单元。现场从计数单元中读出，张力臂在摆动极限内的脉冲数是46，

4、那么中心点就是13个脉冲，编程以0V对应0脉冲，以5V对应13个脉冲，10V对应46个脉冲。也可以设置模拟电压为±5V输出，以13个脉冲对应0V，设置驱动器与之配合。在编码器脉冲信号转换为模拟电压输出之间还有PID环节，PID的参数需在调试现场设置，根据实际情况，反复几次设定。以快速性好还稳定（不出现振荡）为宜。张力给定由调整低摩擦汽缸压缩空气的压力实现。数控系统张力信号的8位BCD码，经PLC的译码程序和D/A转换，输出0-10V模拟电压，电压值对应所要求的张力，此电压控制压缩空气的压力调节阀，从而实现张力自动

5、给定。系统上电，模拟单元输出10V电压，汽缸加上最高压力，将12路张力臂全部推到张力最小的极限位置，同时对计数单元清零，这一过程是为取零点。经一段延时（5秒），PLC输出驱动器的使能信号和由BCD码给定的张力信号，加到低摩擦汽缸的压力自动调整到7张力设定值；伺服电机开始收线旋转，线收紧到设定张力，同时将张力臂拉到中间位置，系统开始进入PID自动调节的工作程序。当需要暂停时，只下使能信号，零点和张力信号不变。系统不下电，计数单元就不清零（为处理暂时工作，加有手动清零开关）。2.第二套方案使用了OMRON的CP1H可

6、编程控制器，每台CP1H可做四路独立的位置控制，12路共用了三台。为输出压力调节器的模拟电压，其中一台PLC选用了带模拟单元的，另二台不带模拟单元。CP1H在做四路位置控制时，只能用集电极开路型的编码器，这种编码器抗干扰不如差动输出型的。使用前在现场试验，15米电缆没有问题，而实际使用的电缆长度在10-14米之间。与第一套不同的是这个编码器分辨率高，张力臂摆幅范围内的脉冲数是196个。第二套方案的另一个不同点，是PLC输出到驱动器的不是模拟电压，而是脉冲+方向的形式。这样，PLC少了12路D/A单元，驱动器也减少

7、了A/D转换环节，系统的品质应该是更好了。从实际调试和运行情况看，也确实是这样。这套张力系统是多环自动控制系统，给定是低摩擦汽缸的拉力，反馈是线的拉力，张力臂完成二力的比较，由编码器输出比较的结果，既位置信号。这个位置信号是由A、B脉冲组成，做为计数脉冲送到计数单元。张力臂向张力大的方向转动，计数器加计数，向相反方向转动，计数器减计数，这是第一个比较环节。在第二个环节，计数器里的数，与程序编制的摆臂中心的脉冲数比较，其结果做PID调节后7，由PLC输出控制信号到伺服驱动器。在伺服驱动器还有第三个环节——位置控制环

8、，PLC的双脉冲输出是给定，反馈是伺服电机的编码器，这个环节要保证伺服电机准确的跟踪PLC送出的速度脉冲（CW）和方向脉冲（CCW），实现伺服电机的位置控制，既控制张力臂在中心位置，从而保证张力恒定。三.应用情况目前应用在缠绕机上的线速度还很低，约1米/秒。为检查系统的快速性，试车时曾快速拉动近10米/秒，跟踪的较好，摆臂波动幅度不大。此方案可用于各种张力系统，应用范围是