本文介紹復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)組成和控制原理，著重闡述lenze9326伺服控制器集成CAN總線系統(tǒng)及變轉(zhuǎn)矩錐度張力控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)策略。 1 引言 在玻璃纖維濕法薄氈生產(chǎn)中，復(fù)卷機(jī)是生產(chǎn)過(guò)程中的后道工序，它主要用于對(duì)氈卷的外觀質(zhì)量進(jìn)行抽查和檢驗(yàn)，剔除原氈卷中質(zhì)量不合格或有缺陷的部分；對(duì)于生產(chǎn)中端面不齊的氈卷進(jìn)行復(fù)卷。由于薄氈生產(chǎn)中，氈的幅面是定寬的，為此需要經(jīng)過(guò)復(fù)卷機(jī)根據(jù)用戶的要求進(jìn)行分切成不同規(guī)格的氈卷，同時(shí)還可以進(jìn)行產(chǎn)品加熱對(duì)接，提供小卷拼成大卷的機(jī)會(huì)，以滿足客戶的要求。 2 復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng) 復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)由牽引輥恒速控制系統(tǒng)、收卷張力控制系統(tǒng)、開(kāi)卷控制系統(tǒng)和PLC與控制臺(tái)組成，其控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。 2.1 牽引輥恒速控制系統(tǒng) 牽引輥恒速傳動(dòng)控制系統(tǒng)由一對(duì)被覆蓋橡膠或粘貼有砂紙的牽引輥、伺服控制器FC1（EVS9326-ES）、牽引變頻電動(dòng)機(jī)M1、牽引減速機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver）、速度電位器R1等組成。牽引輥的線速度是復(fù)卷機(jī)主令速度即車速，要求設(shè)定后保持恒定。牽引輥和氈材之間不能打滑，牽引輥應(yīng)有足夠的牽引力，以保證其對(duì)薄氈施加足夠牽引力和克服縱向分切刀、計(jì)量輪（起逆轉(zhuǎn)作用）的反向力矩。在牽引輥直徑、減速機(jī)減速比確定后，牽引電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)速就與牽引輥線速度成固定的比例關(guān)系。 2.2 收卷軸張力控制系統(tǒng) 收卷軸張力控制系統(tǒng)由收卷軸、伺服控制器FC2（EVS9326-ES）、收卷電動(dòng)機(jī)M2、減速機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver）、張力設(shè)定電位器R2及錐度設(shè)定電位器R3等組成。根據(jù)產(chǎn)品工藝要求，本系統(tǒng)采用間接張力控制以錐度（漸減）張力卷繞，不需要使用張力傳感器，在控制器外部不再需要進(jìn)行計(jì)算。只要設(shè)定好產(chǎn)品的收卷張力、錐度及卷繞速度就可以達(dá)到滿意的卷繞效果。 2.3 開(kāi)卷控制系統(tǒng) 開(kāi)卷控制系統(tǒng)由開(kāi)卷軸、伺服控制器FC3（EVS9323-ES）、開(kāi)卷電機(jī)M3、減速機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver）、氣動(dòng)剎車（brake）裝置和聯(lián)軸（coupling）機(jī)構(gòu)等組成。開(kāi)卷過(guò)程采用氣動(dòng)剎車方式給開(kāi)卷軸施加負(fù)荷，從使氈幅上產(chǎn)生張力，保證開(kāi)卷恒張力。該系統(tǒng)裝有“返回/向前”開(kāi)關(guān)，以滿足復(fù)卷機(jī)向前卷繞或者返回卷繞功能。剎車和聯(lián)軸效果通過(guò)調(diào)整壓縮空氣壓力大小得以滿足，一般壓力為2bar左右，當(dāng)卷繞方向改變時(shí)，剎車和聯(lián)軸各自開(kāi)關(guān)應(yīng)放在正確的位置。 向前卷繞時(shí)：brake on, coupling off 返回卷繞時(shí)：brake off, coupling on 2.4 PLC和控制臺(tái) 本系統(tǒng)由S7-313 PLC控制，通過(guò)控制臺(tái)設(shè)定卷繞張力、錐度（張力系數(shù)）和卷繞速度以保證滿意的卷繞效果。卷繞控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)在控制器內(nèi)部完成，PLC僅作復(fù)卷過(guò)程的邏輯控制。其機(jī)后端有電動(dòng)自動(dòng)糾偏裝置，以保證卷材邊緣整齊，控制柜上的計(jì)長(zhǎng)控制器可以設(shè)定卷長(zhǎng)，機(jī)組還裝有驗(yàn)布燈和產(chǎn)品加熱對(duì)接裝置。 3 收卷控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn) 3.1 系統(tǒng)總線CANbus控制 本系統(tǒng)中牽引輥伺服控制器FC1和卷繞軸伺服控制器FC2型號(hào)均為EVS9326-ES，該控制器集成CAN總線接口X4，X4 GND為CAN總線參考電位；CAN LO為CAN總線I/O低電位端;CAN HI為CAN總線I/O高電位端。采用專用雙絞屏蔽電纜將兩臺(tái)9326控制器的X4端子對(duì)應(yīng)依次連接，并在控制器FC1和FC2的X4之LO和HI端子各接入120Ω終端電阻。為了實(shí)現(xiàn)控制器FC1和FC2間信號(hào)傳輸，需要對(duì)控制器FC1和FC2進(jìn)行參數(shù)設(shè)置： CAN總線地址設(shè)置：CAN總線地址由C0350決定。 控制器FC1、FC2 CAN總線地址分別為1和2。 CAN-IN2/OUT2地址設(shè)置： FC1: Main Drive C0350/000 CAN address = 1 C0354/003 IN2 addr2 =257 C0354/004 OUT2 addr2 =258 FC2: Winder Drive C0350/000 CAN address = 2 C0354/003 IN2 addr2 =258 C0354/004 OUT2 addr2 =257 由此可知：控制器FC1的CAN輸入是控制器FC2的CAN輸出，控制器FC1的CAN輸出是控制器FC2的CAN輸入；同樣，控制器FC2的CAN輸入是控制器FC1的CAN輸出，控制器FC2的CAN輸出是控制器FC1的CAN輸入?？刂破鱂C1+FC2 CAN總線信號(hào)圖如圖2所示。 事件觸發(fā)的循環(huán)過(guò)程數(shù)據(jù)信道CAN-IN2、CAN-OUT2是9326伺服控制器的內(nèi)部功能塊，CAN-IN2在一定條件下可以接收來(lái)自另一控制器CAN-OUT2發(fā)出的數(shù)據(jù)，收發(fā)均為8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，其中1、2、3、4字節(jié)可用于32位二進(jìn)制信號(hào)或兩個(gè)準(zhǔn)模擬信號(hào)或一個(gè)32位雙字相位信號(hào)。此處FC2的輸入CAN-IN2是FC1的輸出CAN-OUT2，F(xiàn)C2：CAN-IN2.W1為牽引輥速度，CAN-IN2.W2為卷徑比，CAN-IN2.W3為卷繞直徑，CAN-IN2.W4為轉(zhuǎn)矩定額值補(bǔ)償。FC1的輸入CAN-IN2是FC2的輸出CAN-OUT2，F(xiàn)C1：CAN-IN2.W1為卷繞轉(zhuǎn)速，CAN-IN2.W2為卷繞力矩定額值，CAN-IN2.W3為卷繞直徑補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)圖2功能塊信號(hào)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理從而實(shí)現(xiàn)復(fù)卷過(guò)程變轉(zhuǎn)矩錐度張力控制。 圖2中，控制器FC1的速度給定信號(hào)X6/1、2來(lái)自于控制操作臺(tái)面板上的速度電位器，可根據(jù)產(chǎn)品要求通過(guò)速度電位器任意設(shè)定?？刂破鱂C2的張力設(shè)定信號(hào)和錐度設(shè)定信號(hào)也分別來(lái)自控制操作臺(tái)面板各自的電位器。該信號(hào)是一個(gè)十進(jìn)制表示的準(zhǔn)模擬信號(hào)，單位為“%”，如機(jī)器速度是用以100m/min為100%進(jìn)行折算的百分?jǐn)?shù)，并根據(jù)信號(hào)流圖運(yùn)算的需要冠以負(fù)號(hào)，如-60%即表示速度為60m/min。 3.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理 對(duì)主驅(qū)動(dòng)伺服控制器（FC1：main drive）而言，內(nèi)部電機(jī)控制功能塊MCTRL的輸出信號(hào)MCTRL-PHI-ACT為電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速（rpm），CAN-IN2.W1為卷繞驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（rpm），兩者分別作為算術(shù)塊ARIT1的輸入端IN1和IN2，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后得到卷繞直徑： 對(duì)卷繞驅(qū)動(dòng)伺服控制器（FC2:winder drive）而言，CAN-IN2.W2為卷繞直徑比y，y=卷繞轉(zhuǎn)速 / d[sub]min[/sub] 1，它是算術(shù)塊ARIT1的輸入端IN1，ARIT1輸入端IN2為錐度（HW），經(jīng)過(guò)算術(shù)運(yùn)算后得a= HW×y；再經(jīng)過(guò)ADD1加法運(yùn)算結(jié)果為a + 1。收卷控制器轉(zhuǎn)矩指令M=M[sub]0[/sub]（a+1） M=M[sub]0[/sub]（HW×y+1） =M[sub]0[/sub][HW×（d / d[sub]min[/sub]-1）+1] =M[sub]0[/sub]•HW •d / d[sub]min[/sub]+M[sub]0[/sub]•（1 HW） ……① 而收卷轉(zhuǎn)矩過(guò)程值M = F•d ……② 由關(guān)系式①②得知:收卷控制器張力指令 F= M[sub]0[/sub]•HW•1 / d[sub]min[/sub]+M[sub]0[/sub]•（1 HW）/d = F[sub]0[/sub]•HW + F[sub]0[/sub]•（1 HW）d/d[sub]min[/sub]…… ③ 其中：M[sub]0[/sub]= F[sub]0[/sub]•d[sub]min[/sub] M[sub]0[/sub]:起始轉(zhuǎn)矩 M：轉(zhuǎn)矩過(guò)程值 HW:錐度 d[sub]min[/sub]：最小卷徑 d：實(shí)際卷徑 F[sub]0[/sub]：設(shè)定張力F：張力過(guò)程值 收卷控制過(guò)程按照上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行變轉(zhuǎn)矩錐度張力控制。 4 卷繞特性分析 對(duì)復(fù)卷機(jī)而言，要保證復(fù)卷后氈卷達(dá)到理想的復(fù)卷效果，其中收卷過(guò)程張力控制尤為重要，張力控制的好壞直接影響產(chǎn)品復(fù)卷質(zhì)量。多數(shù)情況下，要求收卷過(guò)程中張力保持恒定。但是，對(duì)于玻璃纖維濕法薄氈而言，要求卷繞過(guò)程中內(nèi)緊外松，即采用漸減（錐度）張力控制，要求從空軸到滿軸卷繞過(guò)程中，氈幅張力隨著卷繞直徑增大而逐漸減小，其錐度值要符合工藝要求。 變轉(zhuǎn)矩錐度張力控制模式的轉(zhuǎn)矩-直徑曲線和張力-直徑曲線如圖3所示。 從曲線圖可以看出，該卷繞控制為變轉(zhuǎn)矩變張力控制，也就是說(shuō)隨著直徑的增大和錐度設(shè)定的不同，轉(zhuǎn)矩都在增大，而張力變化卻不同。 當(dāng)錐度系數(shù)HW =100% 恒張力卷繞。 當(dāng)錐度系數(shù)HW ≤100% 錐度張力（漸減張力）卷繞。 當(dāng)錐度系數(shù)HW >100% 遞增張力卷繞。 當(dāng)錐度系數(shù)HW設(shè)定后，卷繞轉(zhuǎn)矩是沿著不同錐度值的直線遞增，而卷繞過(guò)程張力的變化過(guò)程是曲線遞減或遞增。例如當(dāng)錐度系數(shù)HW設(shè)定100%，張力衰減意味著超過(guò)直徑時(shí)張力不下降即恒張力；當(dāng)錐度系數(shù)HW設(shè)定70%，卷繞到最大直徑時(shí)，最終卷繞張力比設(shè)定張力下降30%，也就是到達(dá)最大直徑時(shí)的保留張力是設(shè)定張力的70%；HW設(shè)定 0% 時(shí)最大直徑時(shí)卷繞張力降低為0；當(dāng)錐度系數(shù)HW設(shè)定130%時(shí)，張力遞增變化。 另外伺服控制器內(nèi)部設(shè)有轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能以消除了半徑變化引起的對(duì)張力的干擾。 5 結(jié)束語(yǔ) 復(fù)卷機(jī)的主要傳動(dòng)點(diǎn)是收卷輥和牽引輥，如何保證薄氈連續(xù)并滿足復(fù)卷后氈卷的內(nèi)緊外松的要求。需要根據(jù)氈卷直徑和轉(zhuǎn)矩、張力控制曲線自動(dòng)調(diào)整卷繞控制過(guò)程以達(dá)到紙卷“內(nèi)緊外松”的工藝要求。本系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，功能完備，具有相應(yīng)快，穩(wěn)定性好，故障率低，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，其控制原理和實(shí)現(xiàn)方法可廣泛的應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集