本文介紹復卷機控制系統組成和控制原理，著重闡述lenze9326伺服控制器集成CAN總線系統及變轉矩錐度張力控制系統的實現策略。 1 引言 在玻璃纖維濕法薄氈生產中，復卷機是生產過程中的后道工序，它主要用于對氈卷的外觀質量進行抽查和檢驗，剔除原氈卷中質量不合格或有缺陷的部分；對于生產中端面不齊的氈卷進行復卷。由于薄氈生產中，氈的幅面是定寬的，為此需要經過復卷機根據用戶的要求進行分切成不同規格的氈卷，同時還可以進行產品加熱對接，提供小卷拼成大卷的機會，以滿足客戶的要求。 2 復卷機控制系統 復卷機控制系統由牽引輥恒速控制系統、收卷張力控制系統、開卷控制系統和PLC與控制臺組成，其控制系統示意圖如圖1所示。 2.1 牽引輥恒速控制系統 牽引輥恒速傳動控制系統由一對被覆蓋橡膠或粘貼有砂紙的牽引輥、伺服控制器FC1（EVS9326-ES）、牽引變頻電動機M1、牽引減速機、旋轉變壓器（Resolver）、速度電位器R1等組成。牽引輥的線速度是復卷機主令速度即車速，要求設定后保持恒定。牽引輥和氈材之間不能打滑，牽引輥應有足夠的牽引力，以保證其對薄氈施加足夠牽引力和克服縱向分切刀、計量輪（起逆轉作用）的反向力矩。在牽引輥直徑、減速機減速比確定后，牽引電動機M1的轉速就與牽引輥線速度成固定的比例關系。 2.2 收卷軸張力控制系統 收卷軸張力控制系統由收卷軸、伺服控制器FC2（EVS9326-ES）、收卷電動機M2、減速機、旋轉變壓器（Resolver）、張力設定電位器R2及錐度設定電位器R3等組成。根據產品工藝要求，本系統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行計算。只要設定好產品的收卷張力、錐度及卷繞速度就可以達到滿意的卷繞效果。 2.3 開卷控制系統 開卷控制系統由開卷軸、伺服控制器FC3（EVS9323-ES）、開卷電機M3、減速機、旋轉變壓器（Resolver）、氣動剎車（brake）裝置和聯軸（coupling）機構等組成。開卷過程采用氣動剎車方式給開卷軸施加負荷，從使氈幅上產生張力，保證開卷恒張力。該系統裝有“返回/向前”開關，以滿足復卷機向前卷繞或者返回卷繞功能。剎車和聯軸效果通過調整壓縮空氣壓力大小得以滿足，一般壓力為2bar左右，當卷繞方向改變時，剎車和聯軸各自開關應放在正確的位置。 向前卷繞時：brake on, coupling off 返回卷繞時：brake off, coupling on 2.4 PLC和控制臺 本系統由S7-313 PLC控制，通過控制臺設定卷繞張力、錐度（張力系數）和卷繞速度以保證滿意的卷繞效果。卷繞控制過程的實現在控制器內部完成，PLC僅作復卷過程的邏輯控制。其機后端有電動自動糾偏裝置，以保證卷材邊緣整齊，控制柜上的計長控制器可以設定卷長，機組還裝有驗布燈和產品加熱對接裝置。 3 收卷控制過程的實現 3.1 系統總線CANbus控制 本系統中牽引輥伺服控制器FC1和卷繞軸伺服控制器FC2型號均為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9326控制器的X4端子對應依次連接，并在控制器FC1和FC2的X4之LO和HI端子各接入120Ω終端電阻。為了實現控制器FC1和FC2間信號傳輸，需要對控制器FC1和FC2進行參數設置： CAN總線地址設置：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。控制器FC1+FC2 CAN總線信號圖如圖2所示。 事件觸發的循環過程數據信道CAN-IN2、CAN-OUT2是9326伺服控制器的內部功能塊，CAN-IN2在一定條件下可以接收來自另一控制器CAN-OUT2發出的數據，收發均為8個字節數據，其中1、2、3、4字節可用于32位二進制信號或兩個準模擬信號或一個32位雙字相位信號。此處FC2的輸入CAN-IN2是FC1的輸出CAN-OUT2，FC2：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為轉矩定額值補償。FC1的輸入CAN-IN2是FC2的輸出CAN-OUT2，FC1：CAN-IN2.W1為卷繞轉速，CAN-IN2.W2為卷繞力矩定額值，CAN-IN2.W3為卷繞直徑補償。經過圖2功能塊信號轉換和數據處理從而實現復卷過程變轉矩錐度張力控制。 圖2中，控制器FC1的速度給定信號X6/1、2來自于控制操作臺面板上的速度電位器，可根據產品要求通過速度電位器任意設定。控制器FC2的張力設定信號和錐度設定信號也分別來自控制操作臺面板各自的電位器。該信號是一個十進制表示的準模擬信號，單位為“%”，如機器速度是用以100m/min為100%進行折算的百分數，并根據信號流圖運算的需要冠以負號，如-60%即表示速度為60m/min。 3.2 信號轉換和數據處理 對主驅動伺服控制器（FC1：main drive）而言，內部電機控制功能塊MCTRL的輸出信號MCTRL-PHI-ACT為電機的實際轉速（rpm），CAN-IN2.W1為卷繞驅動電機的轉速（rpm），兩者分別作為算術塊ARIT1的輸入端IN1和IN2，經過運算后得到卷繞直徑： 對卷繞驅動伺服控制器（FC2:winder drive）而言，CAN-IN2.W2為卷繞直徑比y，y=卷繞轉速 / d[sub]min[/sub] 1，它是算術塊ARIT1的輸入端IN1，ARIT1輸入端IN2為錐度（HW），經過算術運算后得a= HW×y；再經過ADD1加法運算結果為a + 1。收卷控制器轉矩指令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 而收卷轉矩過程值M = F•d ……② 由關系式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]:起始轉矩 M：轉矩過程值 HW:錐度 d[sub]min[/sub]：最小卷徑 d：實際卷徑 F[sub]0[/sub]：設定張力F：張力過程值 收卷控制過程按照上述數學模型進行變轉矩錐度張力控制。 4 卷繞特性分析 對復卷機而言，要保證復卷后氈卷達到理想的復卷效果，其中收卷過程張力控制尤為重要，張力控制的好壞直接影響產品復卷質量。多數情況下，要求收卷過程中張力保持恒定。但是，對于玻璃纖維濕法薄氈而言，要求卷繞過程中內緊外松，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。 變轉矩錐度張力控制模式的轉矩-直徑曲線和張力-直徑曲線如圖3所示。 從曲線圖可以看出，該卷繞控制為變轉矩變張力控制，也就是說隨著直徑的增大和錐度設定的不同，轉矩都在增大，而張力變化卻不同。 當錐度系數HW =100% 恒張力卷繞。 當錐度系數HW ≤100% 錐度張力（漸減張力）卷繞。 當錐度系數HW >100% 遞增張力卷繞。 當錐度系數HW設定后，卷繞轉矩是沿著不同錐度值的直線遞增，而卷繞過程張力的變化過程是曲線遞減或遞增。例如當錐度系數HW設定100%，張力衰減意味著超過直徑時張力不下降即恒張力；當錐度系數HW設定70%，卷繞到最大直徑時，最終卷繞張力比設定張力下降30%，也就是到達最大直徑時的保留張力是設定張力的70%；HW設定 0% 時最大直徑時卷繞張力降低為0；當錐度系數HW設定130%時，張力遞增變化。 另外伺服控制器內部設有轉矩補償功能以消除了半徑變化引起的對張力的干擾。 5 結束語 復卷機的主要傳動點是收卷輥和牽引輥，如何保證薄氈連續并滿足復卷后氈卷的內緊外松的要求。需要根據氈卷直徑和轉矩、張力控制曲線自動調整卷繞控制過程以達到紙卷“內緊外松”的工藝要求。本系統配置簡單，功能完備，具有相應快，穩定性好，故障率低，運行可靠，維護簡便等優點，其控制原理和實現方法可廣泛的應用于相關行業。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集