一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明应用于石墨烯膜层的连续生产领域，具体地说是一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯作为一种新型的材料，有太多优越性，应用面很广，太阳能电池、传感器方面、纳米电子学、高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域具有广泛的应用。其最大的应用就在半导体领域。
[0003]不过目前连续生产石墨烯膜层的难点在于如何保证柔性带状材料(覆膜的基底)在卷绕的过程中的线速度恒定不变，因为带状材料是被缠绕在收放卷轮上，收放卷轮在旋转过程中，其半径是不断在变化着的，这就给控制柔性带状材料的直线速度恒定不变带来了困难，本发明正是解决了以上问题的控制系统。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，用于石墨烯连续化生产中被覆膜材料的连续卷绕控制。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，包括顺序连接的PLC、第一卷绕变频器、第一异步电机、第一收放卷轮，以及与PLC顺序连接的第二卷绕变频器、第二异步电机、第二收放卷轮；其特征在于:所述第一收放卷轮和第二收放卷轮之间依次连有第一张力传感器、第一速度传感器、第二速度传感器、第二张力传感器，均与PLC连接。
[0006]所述第一速度传感器、第二速度传感器对称设置于中心线两侧，且与传送材料的传送带位于同一平面。
[0007]所述第一张力传感器、第二张力传感器对称设置于中心线两侧。
[0008]所述中心线垂直于第一收放卷轮和第二收放卷轮的轴心连线且相交于轴心连线的中点。
[0009]所述第一收放卷轮上的带状材料依次经第一张力传感器、第一速度传感器、第二速度传感器、第二张力传感器后缠绕于第二收放卷轮上。
[0010]一种柔性带状材料的连续卷绕控制方法，包括:
[0011]放卷时，PLC控制第一卷绕变频器切换至转矩模式；第一异步电机和第二异步电机启动并分别以PLC给定的初始速度正向旋转；
[0012]根据第一张力传感器反馈至PLC的张力数据自动控制第一异步电机的转矩；同时根据第二速度传感器反馈的速度数据自动控制第二异步电机的转速。
[0013]收卷时，PLC控制第二卷绕变频器切换至速度模式；第一异步电机和第二异步电机启动并分别以PLC给定的初始速度反向旋转；
[0014]根据第二张力传感器反馈至PLC的张力数据自动控制第一异步电机的转矩；同时根据第一速度传感器反馈的速度数据自动控制第二异步电机的转速。
[0015]所述自动控制第一异步电机的转矩是采用PID进行闭环控制。
[0016]所述自动控制第二异步电机的转速是采用PID进行闭环控制
[0017]本发明具有以下有益效果及优点:
[0018]1、本发明利用PLC作为主控处理单元，保证了控制系统的稳定性。
[0019]2、本发明采用双闭环PID控制方式，保证了控制精度。
[0020]3、本发明通过速度传感器采集了速度信号，通过自动控制，实现了一侧收放卷轮在半径不断增大时，卷绕在上面的柔性带状材料的速度恒定；通过张力传感器采集了张力信号，通过自动控制，实现了另一侧收放卷轮在半径不断减小时，卷绕在上面的柔性带状材料的张力恒定。两种控制配合在一起，实现材料的线速度恒定。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的控制系统硬件连接示意图；
[0022]其中，1、PLC，2、第一异步电机，3、第二异步电机，4、第一卷绕变频器，5、第二卷绕变频器，6、第一速度传感器，7、第二速度传感器，8、第一张力传感器，9、第二张力传感器，
10、第一收放卷轮，11、第二收放卷轮。
[0023]图2是本发明的放卷控制流程图。
[0024]图3是本发明的收卷控制流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0026]本发明是一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，具体的说是控制完成柔性带状材料在两个收放卷轮之间完成连续的卷绕动作，以保证柔性带状材料在两个收放卷轮之间，以某一可调的恒定速度连续卷绕的动作。
[0027]如图1所示，该控制系统由PLC(主处理单元)1、第一异步电机2、第二异步电机3、第一卷绕变频器4、第二卷绕变频器5、第一速度传感器6、第二速度传感器7、第一张力传感器8、第二张力传感器9组成。PLC与两台卷绕变频器通过通讯进行数据交换，包括速度、转矩参数的设定、异步电机的启动和停止、卷径设置和报警信息读取；速度传感器及张力传感器将检测到的信号反馈给PLC ;卷绕变频器驱动异步电机，异步电机驱动收放卷轮。两台卷绕变频器均自带速度模式和转矩模式的控制方式，根据卷绕柔性带状材料所需的速度和张力分别设定参考值，可以根据反馈的速度和张力信号自动控制相应电机的转速。工作时，在速度和转矩模式之间自动切换。
[0028]放卷控制:材料从左向右传动时，第一收放卷轮10工作在闭环转矩模式，通过第一张力传感器8反馈控制材料张力恒定；第二收放卷轮11工作在速度模式，通过第二速度传感器7反馈，工作在PID闭环运行模式，使材料线速度恒定。
[0029]收卷控制:材料从右向左传动时，第二收放卷轮11工作在闭环转矩模式，通过第二张力传感器9反馈控制材料张力恒定；第一收放卷轮10工作在速度模式，通过第一速度传感器6脉冲反馈，工作在PID闭环运行模式，使材料线速度恒定。
[0030]如图2所示，当材料从第一收放卷轮10到第二收放卷轮11卷绕时，控制第一收放卷轮10的第一卷绕变频器4工作在闭环转矩模式，通过第一张力传感器8反馈的张力信号控制第一异步电机2旋转时输出的转矩恒定；控制第二收放卷轮11的第二卷绕变频器5工作在闭环速度模式，通过第二速度传感器7反馈的速度信号控制第二异步电机3旋转时输出的速度恒定。
[0031]如图3所示，当材料从第二收放卷轮11到第一收放卷轮10卷绕时，控制第一收放卷轮10的第一卷绕变频器4工作在闭环速度模式，通过第一速度传感器6反馈的速度信号控制第一异步电机2旋转时输出的速度恒定；控制第二收放卷轮11的第二卷绕变频器5工作在闭环转矩模式，通过第一张力传感器8反馈的张力信号控制第二异步电机3旋转时输出的转矩恒定；通过这种控制，保证了柔性带状材料卷绕的线速度恒定。实现了其在真空区镀膜厚度的均匀。
【主权项】
1.一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，包括顺序连接的PLC(I)、第一卷绕变频器(4)、第一异步电机(2)、第一收放卷轮(10)，以及与PLC(I)顺序连接的第二卷绕变频器(5)、第二异步电机(3)、第二收放卷轮(11);其特征在于:所述第一收放卷轮(10)和第二收放卷轮(11)之间依次连有第一张力传感器(8)、第一速度传感器￠)、第二速度传感器(7)、第二张力传感器(9)，均与PLC(I)连接。2.根据权利要求1所述的一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，其特征在于所述第一速度传感器出)、第二速度传感器(7)对称设置于中心线两侧，且与传送材料的传送带位于同一平面。3.根据权利要求1所述的一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，其特征在于所述第一张力传感器(8)、第二张力传感器(9)对称设置于中心线两侧。4.根据权利要求2或3所述的一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，其特征在于:所述中心线垂直于第一收放卷轮(10)和第二收放卷轮(11)的轴心连线且相交于轴心连线的中点。5.根据权利要求1所述的一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，其特征在于:所述第一收放卷轮(10)上的带状材料依次经第一张力传感器(8)、第一速度传感器￠)、第二速度传感器(7)、第二张力传感器(9)后缠绕于第二收放卷轮(11)上。6.一种柔性带状材料的连续卷绕控制方法，其特征在于: 放卷时，PLC(I)控制第一卷绕变频器(4)切换至转矩模式；第一异步电机(2)和第二异步电机(3)启动并分别以PLC(I)给定的初始速度正向旋转； 根据第一张力传感器(8)反馈至PLC(I)的张力数据自动控制第一异步电机(2)的转矩；同时根据第二速度传感器(7)反馈的速度数据自动控制第二异步电机(3)的转速。7.根据权利要求6所述的一种柔性带状材料的连续卷绕控制方法，其特征在于:收卷时，PLC(I)控制第二卷绕变频器(5)切换至速度模式；第一异步电机(2)和第二异步电机(3)启动并分别以PLC(I)给定的初始速度反向旋转； 根据第二张力传感器(9)反馈至PLC(I)的张力数据自动控制第一异步电机(2)的转矩；同时根据第一速度传感器(6)反馈的速度数据自动控制第二异步电机(3)的转速。8.根据权利要求6或7所述的一种柔性带状材料的连续卷绕控制方法，其特征在于所述自动控制第一异步电机(2)的转矩是采用PID进行闭环控制。9.根据权利要求6或7所述的一种柔性带状材料的连续卷绕控制方法，其特征在于所述自动控制第二异步电机(3)的转速是采用PID进行闭环控制。
【专利摘要】本发明涉及一种柔性带状材料的连续卷绕控制系统，包括顺序连接的PLC、第一卷绕变频器、第一异步电机、第一收放卷轮，以及与PLC顺序连接的第二卷绕变频器、第二异步电机、第二收放卷轮；所述第一收放卷轮和第二收放卷轮之间依次连有第一张力传感器、第一速度传感器、第二速度传感器、第二张力传感器，均与PLC连接。本发明通过速度传感器采集了速度信号，通过自动控制，实现了一侧收放卷轮在半径不断增大时，卷绕在上面的柔性带状材料的速度恒定；通过张力传感器采集了张力信号，通过自动控制，实现了另一侧收放卷轮在半径不断减小时，卷绕在上面的柔性带状材料的张力恒定。两种控制配合在一起，实现材料的线速度恒定。
【IPC分类】B65H26/04
【公开号】CN105584880
【申请号】CN201410635704
【发明人】洪克超, 胡广元, 王学敏, 张亮, 贾笑囡, 李沛, 李士军, 赵崇凌
【申请人】中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年11月12日