專利名稱：穩(wěn)定張力計算機自動控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于拉絲機收線張力的自動控制儀器，尤其涉及一種拉絲機收線張力進行在線監(jiān)測和反饋控制的自動控制裝置。
背景技術：
拉絲機是鋼簾線等制造業(yè)中的常用設備。現(xiàn)有技術中，拉絲機是通過力矩電機帶動完成牽引收線。現(xiàn)有技術的弊端是收線過程中張力不穩(wěn)定、易斷絲、易壓絲，嚴重的甚至會漲裂收線工字輪，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量和下道工序的正常生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種穩(wěn)定張力計算機自動控制裝置，它根據(jù)適時檢測到的拉絲機收線張力及時調(diào)節(jié)拉絲機電機，使拉絲機始終工作在張力穩(wěn)定的狀態(tài)。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的將拉絲機的老式力矩牽引電機和收線電機均以變頻電機取代，同時增加一張力檢測裝置、一主要由電源電路、單片機、A/D轉換器、D/A轉換器等組成的張力信號處理給定裝置，所述張力檢測裝置所檢測到的張力信號、反映牽引電機工作狀態(tài)的信號、反映拉絲機電機工作狀態(tài)的信號均以電流或電壓信號的形式一并輸入到張力信號處理給定裝置中，由其對上述信號進行處理，并輸出控制拉絲機收線電機轉速的信號到收線變頻器對拉絲機收線電機進行控制。從而根據(jù)實時張力動態(tài)調(diào)節(jié)拉絲機收線電機轉速，使拉絲機始終工作在收線張力較為穩(wěn)定的狀態(tài)。
具體地說，一種穩(wěn)定張力計算機自動控制裝置，包括拉絲機，其特征在于所述拉絲機的牽引電機和收線電機均為變頻電機，它還包括，牽引電機變頻器，它將反映牽引電機轉速的信號以電流或電壓信號的形式輸出；
收線電機變頻器，它將反映收線電機轉速的信號以電流或電壓信號的形式輸出；一張力檢測裝置，由一機械式張力檢測臂與張力傳感器等組成，通過傳感器將機械式張力檢測臂檢測到的反映收線張力大小的檢測臂位移信號轉換為電流或電壓信號輸出；一張力信號給定處理裝置，主要由電源電路1、電源電路2、單片機、A/D轉換器、D/A轉換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤等組成，所述A/D轉換器的三個模擬量輸入端分別與牽引電機變頻器輸出端、張力檢測裝置中傳感器的輸出端、拉絲機收線電機變頻器輸出端相連接，其模擬量輸出端與拉絲機電機變頻器輸入端相連接，其輸出端經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機中，該A/D轉換器還與電源電路2相連接，所述牽引電機變頻器輸出端、張力檢測裝置中傳感器的輸出端、拉絲機收線電機變頻器輸出端輸出的三個分別反映牽引電機轉速、收線張力大小、拉絲機電機轉速的模擬量信號依次經(jīng)A/D轉換器、光電隔離電路轉換為數(shù)字信號并輸入到單片機中；所述控制按鈕、顯示器、鍵盤均通過I/O接口與可編程序控制器PLC相連接，繼而通過與之相連接的通訊接口RS232轉換與單片機相連接，以將控制按鈕及鍵盤發(fā)出的信號輸入到單片機中，將單片機輸出的反映收線張力的信號輸出到顯示器；所述單片機與電源電路1相連接并由該電源電路提供電源，該單片機的輸出端依次經(jīng)光電隔離電路、D/A轉換器與收線電機變頻器的輸入端相連接，以將單片機輸出的用于控制收線電機工作的數(shù)字信號轉換為模擬量信號提供給收線電機變頻器。
下面結合原理框圖詳細分析本實用新型的工作過程變頻器10與收線變頻電機11相連接，同時其輸出端與A/D轉換器的模擬量輸入端相連接；變頻器16與收線變頻電機8相連接，同時其輸出端與A/D轉換器6的模擬量輸入端相連接；變頻器10、16的模擬量輸出分別與變頻電機11、8的轉速成正比；與A/D轉換器的模擬量輸入端相連接的還有張力傳感器9的信號輸出端，張力傳感器9與用于檢測張力的機械式張力檢測臂相連接并將反映收線張力大小的檢測臂位移信號轉換為電流或電壓信號輸出到A/D轉換器。
A/D轉換器6與電源電路2相連接并由該電源電路提供電源，其輸出端經(jīng)光電隔離電路4輸入到單片機4中，以將上述三個分別反映牽引電機轉速、收線張力大小、拉絲機電機轉速的模擬量信號轉換為數(shù)字信號并輸入到單片機中；在此，光電隔離電路4的作用是防干擾。
控制按鈕13、顯示器15、鍵盤14均通過I/O接口與可編程序控制器PLC12相連接，繼而通過與之相連接的通訊接口RS232轉換5與單片機3相連接，以將控制按鈕及鍵盤發(fā)出的控制信號、設置的值及計算程序輸入到單片機中，將單片機輸出的反映收線張力的信號輸出到顯示器。
單片機3與電源電路1相連接并由該電源電路提供電源，它根據(jù)由PLC12的指令對分別反映牽引電機轉速、拉絲機電機轉速的信號值進行計算獲得卷筒卷徑，并計算出同步匹配頻率指令。然后通過張力檢測裝置反饋的張力信號與張力設定值構成PID閉環(huán)，調(diào)整變頻器的頻率指令。并將該頻率信號輸出。
這里，卷筒卷徑計算公式如下D＝(I*V)/(Л*N)式中D＝所求卷徑I＝收線機械傳動比V＝線材線速度N＝電機轉速線速度和卷筒實時卷徑都獲得后，就可以計算出收線變頻器的同步匹配指令。公式如下F＝(V*P*I)/(Л*D)
式中F＝變頻器同步匹配指令V＝材料線速度P＝電機極對數(shù)I＝機械傳動比D＝卷筒卷徑當線材線速度偏低時，卷徑計算波動會比較大，所以在張力給定信號裝置內(nèi)部預設一個牽引變頻器的模擬量輸出門檻值，當模擬量輸出值小于門檻值時，卷徑計算不工作，此案可以保證低速時線材張力的穩(wěn)定。
D/A轉換器7與電源電路2相連接并由該電源電路提供電源，其輸入端經(jīng)光電隔離電路4與單片機3的輸出端相連接，其輸出端與收線電機變頻器10的輸入端相連接。上述單片機輸出的用于控制收線電機工作的頻率信號經(jīng)D/A轉換器轉換為模擬量信號提供給收線電機變頻器，從而適時調(diào)節(jié)收線電機轉速。通過控制電機轉速實現(xiàn)收線張力恒定。
本實用新型與軟件相配合，有效的解決了收線過程中張力不穩(wěn)定、易斷絲、易壓絲的問題，大大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量，保證了下道工序的正常生產(chǎn)。運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量高，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟效益。


圖1為本實用新型原理方框圖圖2為本實用新型實施例1的電路圖圖3為本實用新型實施例2的電路圖圖中C--電容 D--二極管 L--電感 P--光耦 R--電阻RW--可調(diào)電阻 TR--三極管 U--集成電路 X--晶振具體實施方式
本實用新型實施例1，參見附圖2，本實用新型實施例1包括拉絲機的牽引變頻電機、收線變頻電機、牽引電機變頻器、收線電機變頻器、由機械式張力檢測臂與張力傳感器等組成的張力檢測裝置、電源電路1、電源電路2、單片機、A/D轉換器、D/A轉換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤等組成，張力位移傳感器9(巴魯夫位移傳感器BAW 018-PB-1-K-03)及兩臺變頻器10、16的三路模擬量輸出經(jīng)模數(shù)變換后，經(jīng)高速光藕送到CPU，由CPU處理完成相應的動作過程，并利用數(shù)字PID完成對各種模擬量的調(diào)節(jié)，設定張力由設定顯示單元以通訊方式送到CPU，變頻器的運行頻率值由485口送到變頻器。
單片機3采用DS80C320，它具有與8051完全相同的封裝，同時提供的8051具有的所有的功能，如I/O口、定時/計數(shù)器、串行口等。除運行速度加快，它還另外提供1個全雙工串行接口，7個新的中斷，可編程看門狗定時器、掉電中斷和復位等；在此基礎上，DS80C320還增加了2個用于改善RAM數(shù)據(jù)存取的功能，即雙數(shù)據(jù)指針和可編程片外RAM存取周期擴展功能。
該實施例用1片靜態(tài)U12(RAM 62256)和一片U11(EPROM 27512)擴展64K外部程序存儲器和32K外部數(shù)據(jù)存儲器。P0口和P2口作為并行擴展總線口，P2口輸出高8位地址A8～A15，P0口輸出低8位地址A0～A7和傳送數(shù)據(jù)D0～D7，地址總線A0～A7的低8位由P0口送入地址鎖存器U9(74HC373)，利用DS80C320的地址鎖存信號ALE的下降沿將P0口輸出的地址鎖存?？刂瓶偩€有外部程序存儲器的讀選信號PSEN，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫信號RD(P3.7)和WR(P3.6)。
U10(X25045)作為看門狗定時器對微控制器提供獨立的保護系統(tǒng)。它提供了三種定時時間，可用編程選擇200ms，600ms和1.2s，在設定的時間內(nèi)如果沒有對X25045進行訪問，則看門狗以RESET信號做輸出響應，即變?yōu)楦唠娖剑訒r200ms以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖?。X25045還可以作為電壓監(jiān)控，上電時，電源電壓超過4.5V后，經(jīng)過200ms的穩(wěn)定時間后RESET信號由高電平變?yōu)榈碗娖健５綦姇r，電源電壓低于4.5V時，RESET信號立刻變?yōu)楦唠娖讲⒁恢北３值诫娫椿謴偷椒€(wěn)定為止。
系統(tǒng)中RS-232通訊接口接至設定顯示單元，RS-485通訊接口接至變頻器。
三路模擬量信號經(jīng)8選1模擬量開關4501，送至運放電路，再作ADC轉換。ADC轉換電路中用MAX187為串行輸出12位A/D轉換器，采用三條串行接口線。模擬量開關的選通信號由MAX595給出。
本實用新型實施例2，參見附圖3，同樣，它由牽引變頻電機、收線變頻電機、牽引電機變頻器、收線電機變頻器、由機械式張力檢測臂與張力傳感器等組成的張力檢測裝置、電源電路1、電源電路2、單片機、A/D轉換器、D/A轉換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤等組成，牽引電機變頻器、收線電機變頻器、張力傳感器分別與A/D轉換器的三個模擬量輸入端相連接，以將反映牽引電機、收線電機轉速的信號及反映收線張力大小信號經(jīng)A/D轉換器6轉換為數(shù)字信號并經(jīng)光電隔離電路4并輸入到單片機3中；控制按鈕13、顯示器15、鍵盤14均通過I/O接口與可編程序控制器PLC12相連接，繼而通過與之相連接的通訊接口RS232轉換5與單片機3相連接，以將控制按鈕及鍵盤發(fā)出的信號輸入到單片機中，將單片機3輸出的反映收線張力的信號輸出到顯示器15；單片機3收到三個分別反映牽引電機轉速、收線張力大小、拉絲機電機轉速的信號后按照控制按鈕13及鍵盤14發(fā)出的指令和設置的計算程序?qū)ζ溥M行處理，并將輸出的用于控制收線電機工作的數(shù)字信號經(jīng)與之相連接的光電隔離電路4、D/A轉換器7轉換為模擬量信號提供給收線電機變頻器10。從而根據(jù)對檢測到的拉絲機收線張力及時調(diào)節(jié)拉絲機電機轉速，使拉絲機始終工作在張力穩(wěn)定的狀態(tài)。
因變頻器、張力傳感器、可編程序控制器PLC等均為市場上公開有售的成品，圖3中僅給出了部分電路圖，并給出了相互間的連接關系，這對于本領域普通技術人員而言，毋需付出創(chuàng)造性勞動即可再現(xiàn)出。在此需要說明的是，其中，AD轉換6中的3路模擬量輸入Vi1～Vi3是經(jīng)過U2模擬量開關4051由S0、S1選通。再通過運放U3(OP07C)送入U7(MAX187)進行AD轉換。DA轉換7中U8的基準電壓Vref由可調(diào)電阻RW3得到。
權利要求1.一種穩(wěn)定張力計算機自動控制裝置，包括拉絲機，其特征在于所述拉絲機的牽引電機和收線電機均為變頻電機，它還包括，牽引電機變頻器；收線電機變頻器；張力檢測裝置，由一機械式張力檢測臂及與之相連的張力傳感器組成，所述傳感器輸出反映收線張力大小的電流或電壓信號；張力信號給定處理裝置，由電源電路1、電源電路2、單片機、A/D轉換器、D/A轉換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤組成，所述A/D轉換器的三個模擬量輸入端分別與牽引電機變頻器輸出端、張力檢測裝置中傳感器的輸出端、拉絲機收線電機變頻器輸出端相連接，其模擬量輸出端與拉絲機電機變頻器輸入端相連接，其輸出端經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機中，該A/D轉換器還與電源電路2相連接，所述牽引電機變頻器輸出端、張力檢測裝置中傳感器的輸出端、拉絲機收線電機變頻器輸出端均依次經(jīng)A/D轉換器、光電隔離電路分別與單片機相連接；所述控制按鈕、顯示器、鍵盤均通過I/O接口與可編程序控制器PLC相連接，繼而通過與之相連接的通訊接口與單片機相連接；所述單片機與電源電路1相連接并由該電源電路提供電源，該單片機的輸出端依次經(jīng)光電隔離電路、D/A轉換器與收線電機變頻器的輸入端相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種穩(wěn)定張力計算機自動控制裝置，屬于拉絲機收線張力進行在線監(jiān)測和反饋控制的自動控制裝置。它針對現(xiàn)有技術中收線張力不穩(wěn)定的缺點，將現(xiàn)有技術中拉絲機的老式力矩電機以變頻電機取代，同時增加一張力檢測裝置、與之相連的張力信號給定處理裝置，所述張力檢測裝置將檢測到的拉絲機收線張力信號傳輸給張力信號給定處理裝置，由其對上述信號進行處理，并輸出控制拉絲機電機轉速的信號到所連接的收線變頻器以對拉絲機電機進行及時調(diào)節(jié)，使拉絲機始終工作在張力穩(wěn)定的狀態(tài)。本實用新型運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量較高，解決了以前張力不穩(wěn)定、易斷絲、易壓絲的問題，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟效益。
文檔編號G05D15/01GK2738289SQ20042002578
公開日2005年11月2日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權日2004年3月26日
發(fā)明者李江, 張干猛 申請人:江蘇興達鋼簾線股份有限公司