基於單片機的卷取機張力控制系統設計
2021-01-09 電子產品世界
引言
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/170800.htm張力控制，通俗地講，就是要控制卷取物體時保持物體相互拉長或者繃緊的力。張力應用於最廣泛的造紙、纖維、塑料薄膜、電線、印刷品、磁帶等輕工業中，帶材或線材的收放卷張力對產品的質量起著至關重要的作用。在收卷和放卷的過程中，為保證生產的質量及效率，保持恆定的張力是很重要的。
1 張力控制系統的簡介及基本原理
在冶金、造紙、紡織等行業中，在加工過程中或者是加工完成之後，最後的一道工序一般就是將加工物卷繞成筒狀。在這一過程中，卷繞的好壞將是決定產品質量的關鍵，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，不利於搬運和運輸，因而為了達到使卷繞緊湊，保證產品的質量，都要求在卷繞過程中，在織物上建立一定的張力，並保持張力為一恆定值，能夠實現這一功能的系統，就叫做張力控制系統。目前應用的張力控制系統，根據其測量控制的原理結構主要有三種：間接法張力控制系統;直接法張力控制系統;兼有間接法和直接法的複合張力控制系統。
從控制方式上分類，張力控制一般可以分為手動、半自動、全自動三類;卷徑控制方式可自動檢測卷徑從而對張力的執行機構進行調整、補償，實現張力的恆定。卷徑控制方式屬於半自動控制方式，其突出特點就是省去了價格相對昂貴的張力傳感器，安裝簡單，而且能很方便的獲得錐度張力控制，特別適用於冶金、印刷、包裝、造紙、印染等行業的分切及收卷機器設備。圖1為收放卷的原理圖。
圖1中，R0為放捲軸半徑;Rx為放卷材料半徑;R1為收卷驅動軸半徑;V為卷材運行的線速度。
當捲軸轉速恆定時，張力產生的轉矩F·Rx與磁粉制動器產生的制動力矩相等。因此如維持F恆定不變，則只需檢測放捲軸與驅動主軸的轉動角速度，計算出Rx，通過控制磁粉制動器的制動電流，便可以實現放捲軸的恆張力控制。其中，脈衝信號是通過安裝於旋轉軸上的接近開關或者是旋轉編碼器獲得(本設計採用接近開關)，單片機通過計數這一脈衝信號的頻率就可以準確的計算出需要檢測軸的角速度，由於兩滾動軸上線速度的相等，因此可以求得：
式中：ω1為收卷驅動軸的角速度;ω0為放捲軸的角速度;K為磁粉制動器的特性係數。
2 接近開關的應用
接近開關屬於一種有開關量輸出的位置傳感器，根據工作原理的不同分為電容式和電感式。接近開關的基本原理框圖如圖2所示。
在該設計中，採用電感式接近開關來實現對系統放捲軸和主軸旋轉角速度的精確測量。兩個接近開關對放捲軸和收卷驅動軸角速度的檢測，用於產生脈衝方波信號，經過光電隔離開關轉化為單片機可以讀取的電平脈衝信號。
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