基于嵌入式微處理器的張力控制器

1 張力控制

包裝機(jī)械如分切機(jī)、印刷機(jī)、復(fù)合機(jī)等在收卷和放卷過程中，卷材張力隨卷材卷筒直徑變化而變化。張力的大小在實(shí)際應(yīng)用中還受其他因素影響，比如導(dǎo)輥的包角，靜平衡等因素。張力太小，卷材易松弛產(chǎn)生橫向飄移；張力太大則又會導(dǎo)致卷材表面起皺甚至斷裂。因而在收、放卷過程中，保證生產(chǎn)的質(zhì)量及效率，恒定的張力是很重要的[1][2]。

通常放卷軸采用被動方式,由下道工序的牽引輥將卷材從卷筒上拉出。為保持恒張力放卷,放卷筒常用磁粉制動器作為張力控制的執(zhí)行元件[3]。磁粉制動器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩的,具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩成線性關(guān)系[4]。

卷材張力測量也有多種形式，圖1是兩種常用的張力測量方法。圖1(a) 是利用稱重傳感器進(jìn)行張力測量，為稱重測量法。一般在受力輥的兩端設(shè)有兩個(gè)稱重傳感器。圖1(b)中為角位移測量法，通常利用電感式角位移傳感器間接進(jìn)行張力的測量。一般在受力輥的一側(cè)裝有電感角位移傳感器。采用稱重法，傳感器多為應(yīng)變片橋路信號輸出，后續(xù)電路要復(fù)雜一些；采用角位移測量法，傳感器信號常采用標(biāo)準(zhǔn)信號如DC4-20mA恒流或DC0-10V/0-5V輸出，后續(xù)電路較為簡單。

傳感器將檢測到的卷材張力信號送入張力控制器,經(jīng)放大、A/D變換后，將信號送入微處理器進(jìn)行處理,微處理器根據(jù)設(shè)定值和檢測值作比較運(yùn)算后，輸出恒流控制信號給磁粉制動器,控制磁粉制動器力矩的改變，進(jìn)而控制收放卷軸之間的卷材張力保持恒定, 形成閉環(huán)的張力控制系統(tǒng).

2 控制器硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)張力控制原理可知，若采用稱重法則需二路傳感器信號輸入和一路恒流控制信號輸出。控制系統(tǒng)既需要A/D轉(zhuǎn)換器, 也需要D/A轉(zhuǎn)換器。為簡化線路，降低成本，控制器選用了具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的嵌入式混合信號微處理芯片C8051F350，避免采用片外A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。

C8051F350MPU內(nèi)部含有一個(gè)全差分24位Sigma-Delta A/D, 具有在片校準(zhǔn)和抽取濾波器及內(nèi)部電壓基準(zhǔn)和8種增益設(shè)置等多項(xiàng)功能。而D/A則可利用C8051F350的可編程計(jì)數(shù)陣列(PCA)的脈寬調(diào)制(PWM)功能, 16位轉(zhuǎn)換精度，且便于光電隔離。

圖2 應(yīng)變片橋路傳感器接口電路

Fig.2 strain gauge sensor interface circuit