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1、第5卷第2期顺德职业技术学院学报Vol.5No.22007年6月JournalofShundePolytechnicJune2007科技与应用PLC在恒张力控制系统中的应用王鸿博(顺德职业技术学院机电工程系,广东佛山528333)摘要:介绍了PLC在恒张力控制系统中的应用,通过分析系统的硬件及软件设计,给出了一种实用的PLC控制方案。关键词:PLC;恒张力控制中图分类号:TP23文献标志码:A文章编号:1672-6138(2007)02-0020-03张力控制技术应用于多种场合,控制方法也有很多种。本文提出一种以松下FP0PLC为控制核心,以转速检测为反馈测定张力,以电磁粉末制动器为执行
2、元件的张力控制模型;给出张力的算法以及张力控制系统硬件、软件的构成。该控制系统目前已经应用于包装、印刷、造纸、纺织、电线电缆生产等行业。1PLC恒张力控制硬件系统1.1PLC恒张力系统模型及特点PLC控制的自动恒张力控制系统实际模型如图1所示(以放卷工艺为例)。系统的输入量是以霍尔传感器为检测元件的信号1和信号2,属于数字量可直接输入PLC;信号1检测过辊处转速,信号2检测放卷轴处转速。系统的输出是经PLC处理运算由PWM控制指令发出占空比可变的脉冲信号,此脉冲信号经由系统内部电压放大元件输出控制电磁粉末制动器工作。由于系统采用抗干扰功能强,响应速度快的PLC控制装置,信号的采样采用全数
3、字装置,从而根除了由于设备传动,配合公差,振荡所产生的干扰因素,克服了使用普通传感器检测信号波动造成控制的失真现象。图2PLC恒张力控制器硬件示意图1.2PLC张力控制系统硬件组成PLC张力控制系统硬件示意图如图2所示。脉冲进行计数,最高计数频率可达10KHZ。还具有输(1)控制装置:以松下FP0C32T为核心的控制装出脉宽调制波的功能,由F170(PWM)指令完成,该置,该型号PLC具有高速脉冲计数功能,可对两路输入指令可在指定的输出端输出幅值、频率不变,占空比变收稿日期:2007-03-11作者简介:王鸿博(1973-),男,陕西华阴人,讲师,硕士,研究方向:机电控制。20第2期王鸿
4、博:PLC在恒张力控制系统中的应用化的信号[1]。张力信号检测及控制算法均由PLC完成。在图为过轮半径,R为放卷轴半径,R3中,R10x(2)执行装置:直流24V,电流0~3A的电磁粉为放卷的带材半径,V为带运行的线速度。根据电磁粉末制动器,形成阻力矩用于形成张力。电磁粉制动器末制动器工作原理可知,磁粉制动器产生的制动力矩是是一种性能优越的自动控制元件,它以磁粉为工作介与励磁电流的大小成正比的[4],即:质,以激磁电流为控制手段,达到控制制动或传递转M=KI(1)矩的目的[2]。激磁电流与转矩基本成线性关系,通过调其中M:制动力矩;K:电磁力矩因数;I:励磁电流。节激磁电流可以控制力矩的
5、大小。在系统稳定运行的情况下,忽略由摩擦、转动惯量(3)检测装置:检测放卷轴转速以及检测过辊转速等因素引起的转矩,可得到放卷轴产生的张力力矩与电的电感式霍尔传感器,其输出开关量信号,可直接输入磁粉末制动器的制动力矩相等,即:到控制装置。传感器1、2分别经PLC高速计数输入端M=T(2)口X0和X1输入至PLC内部。T=FRx(3)(4)PWM电压驱动装置:电磁粉末制动器是由T:张力力矩;F:张力;Rx:带材放卷时实际半径。PLC的PWM方式实现电流的调节,由于电磁粉末制动由式(1)、(2)、(3)可得出:器是感性负载,所以经PLC输出的PWM信号经电压驱KI=FRx(4)动装置要进行放大
6、。从式(4)可以看出:(5)按钮:按钮1定义为手动张力递增按钮,按钮(1)要使张力F恒定,必须使电磁粉末制动器的2定义为手动张力递减按钮,按钮3为系统暂停,用于励磁电流与带材的半径Rx呈线性变化。控制系统短暂停止功能。(2)若保持带材张力恒定,只要得知带材实际半(6)输出显示:由PIC16C57单片机完成动态数据径,即可通过控制电磁粉末制动器的励磁电流实现张力显示4位LED数码管显示。F恒定。(3)放卷轴半径Rx随时间而变化,但根据恒张力2PLC恒张力控制系统软件分析控制特点,要保持张力恒定,必须使得带材的线速度V张力控制程序算法的主要特点是如何实时检测运恒定如图3所示。因此,过轮处带材
7、线速度V1等于放动过程带材的实际张力变化,通过PLC控制装置及时修卷轴带材线速度V2。根据线速度计算办法V=2πRN/60,正和控制执行装置从而保持带材运动过程中张力的恒其中R为半径,N为转速,则下列等式成立:定。下面给出PLC恒张力控制系统软件的数学模型和程2π×R1×N1/60=2π×Rx×Nx/60(5)序流程。由式(5)可得:2.1恒张力控制数学模型Rx=R1×N1/Nx(6)下面以放卷为例给出张力控制数学模型,张力形成R1
