基于單片機(jī)的卷取機(jī)張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

張力控制，通俗地講，就是要控制卷取物體時(shí)保持物體相互拉長(zhǎng)或者繃緊的力。張力應(yīng)用于最廣泛的造紙、纖維、塑料薄膜、電線、印刷品、磁帶等輕工業(yè)中，帶材或線材的收放卷張力對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。在收卷和放卷的過(guò)程中，為保證生產(chǎn)的質(zhì)量及效率，保持恒定的張力是很重要的。

1 張力控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介及基本原理

在冶金、造紙、紡織等行業(yè)中，在加工過(guò)程中或者是加工完成之后，最后的一道工序一般就是將加工物卷繞成筒狀。在這一過(guò)程中，卷繞的好壞將是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，卷的太緊，容易使織物變形，拉斷，卷的太松又容易使卷取不緊湊，不利于搬運(yùn)和運(yùn)輸，因而為了達(dá)到使卷繞緊湊，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，都要求在卷繞過(guò)程中，在織物上建立一定的張力，并保持張力為一恒定值，能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能的系統(tǒng)，就叫做張力控制系統(tǒng)。目前應(yīng)用的張力控制系統(tǒng)，根據(jù)其測(cè)量控制的原理結(jié)構(gòu)主要有三種：間接法張力控制系統(tǒng);直接法張力控制系統(tǒng);兼有間接法和直接法的復(fù)合張力控制系統(tǒng)。

從控制方式上分類，張力控制一般可以分為手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三類;卷徑控制方式可自動(dòng)檢測(cè)卷徑從而對(duì)張力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)張力的恒定。卷徑控制方式屬于半自動(dòng)控制方式，其突出特點(diǎn)就是省去了價(jià)格相對(duì)昂貴的張力傳感器，安裝簡(jiǎn)單，而且能很方便的獲得錐度張力控制，特別適用于冶金、印刷、包裝、造紙、印染等行業(yè)的分切及收卷機(jī)器設(shè)備。圖1為收放卷的原理圖。

圖1中，R0為放卷軸半徑;Rx為放卷材料半徑;R1為收卷驅(qū)動(dòng)軸半徑;V為卷材運(yùn)行的線速度。

當(dāng)卷軸轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，張力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩F·Rx與磁粉制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩相等。因此如維持F恒定不變，則只需檢測(cè)放卷軸與驅(qū)動(dòng)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，計(jì)算出Rx，通過(guò)控制磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)電流，便可以實(shí)現(xiàn)放卷軸的恒張力控制。其中，脈沖信號(hào)是通過(guò)安裝于旋轉(zhuǎn)軸上的接近開(kāi)關(guān)或者是旋轉(zhuǎn)編碼器獲得(本設(shè)計(jì)采用接近開(kāi)關(guān))，單片機(jī)通過(guò)計(jì)數(shù)這一脈沖信號(hào)的頻率就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出需要檢測(cè)軸的角速度，由于兩滾動(dòng)軸上線速度的相等，因此可以求得：

式中：ω1為收卷驅(qū)動(dòng)軸的角速度;ω0為放卷軸的角速度;K為磁粉制動(dòng)器的特性系數(shù)。

2 接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用

接近開(kāi)關(guān)屬于一種有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，根據(jù)工作原理的不同分為電容式和電感式。接近開(kāi)關(guān)的基本原理框圖如圖2所示。

在該設(shè)計(jì)中，采用電感式接近開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)放卷軸和主軸旋轉(zhuǎn)角速度的精確測(cè)量。兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)對(duì)放卷軸和收卷驅(qū)動(dòng)軸角速度的檢測(cè)，用于產(chǎn)生脈沖方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電隔離開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以讀取的電平脈沖信號(hào)。