专利名称：基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置及控制方法
技术领域：
本发明属于一种高速旋转设备转子缠绕设备及控制方法，具体涉及一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置及控制方法。
背景技术：
对于高速旋转设备而言，其转子的强度很重要，而在转子的生产中，能否对转子进行准确的张力施加成为技术的关键，能否准确地施加张力对转子本身起着至关重要的作用。一般常规缠绕机缠绕没有大张力需求，不管是缠绕管道还是缠绕压力容器，最大张力只是控制在50N以下。而碳纤维专用缠绕机的特点就是宽丝束、大张力。张力的来源主要有两个方面一是系统张力，纤维走纱过程中与导轮的摩擦、纤维与导轮包角形成的摩擦力；二是主动张力，由磁粉制动器自动控制张力的增加。而碳纤维缠绕机缠绕要满足单股纱张力最大达到200N，最小也达到30N。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置及控制方法。本发明的技术方案是一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置，包括张力传感器的输出信号与PLC的输入端连接，PLC的输出端与板卡的输入端连接。板卡输出端分别与分压电路板和III号制动器电源的输入端连接，分压电路板的输出端分别与 I、II号制动器电源的输入端连接，I、II号制动器电源的输入端连接。I、II、III号制动器电源的输出端分别与I、II、III号制动器的输入端连接，板卡的输入、输出端分别与工控机的输出、输入端连接，工控机的输出端与显示器的输入端连接。一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置的控制方法，包括以下步骤首先初始化内部变量SI;对过程中所需的内部变量进行初始化，接着读取设置参数文件S2 ；将设置好的各参数读入到程序中，接着建立OPC通讯S3 ；将缠绕控制与张力控制间的预设控制参数和状态反馈数据建立OPC通讯，以上三步完成之后，初始化多功能卡S4 ；将多功能数据采集卡的相应参数进行初始化，如采样率和采样点数等，接着启动 AD采集启动定时器S5 ；使得多功能数据采集卡开始AD采集的操作，并运行定时器以较高频率不断触发定时例程，首先检查Al采集是否完成，即AD采集结束？ S6 ；未完成则退回到上一步，已完成则取得采集值，并触发下一次采集S7 ；
进行数据处S8;对采集到的数据进行数据处理，包含剔除脉冲峰值和数据平均两种数字滤波方法，然后读DI端口 S9 ；读取DI 口状态，与保存值比较看是否有变化，有变化则更新相应内部变量，即更新控制变量Sio ；接下来由当前张力设定值、实测值和控制参数等，以及上次控制输出值计算本次输出值，即计算控制输出值Sll ；并写入AO 口输出，即更新DA输出S12 ;同时检查是否已触发过程数据保存？ S13;若已触发则记录过程数据S14，若未触发则跳过S14 ；直接执行刷新显示数据、曲线S15 ;对现实数据和曲线进行实时刷新，读写OPC通讯变量S16。本发明的有益效果基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置可以满足碳纤维的环向及螺旋缠绕的定位精度及张力施加。张力施加平稳，在惯性、速度变化、纱团直径变化下自动补偿张力。张力机构在大丝束碳纤维施加张力过程中，避免了起毛、卷纱、断裂等缺陷。
图I是本发明的控制装置结构示意图2是本发明的张力控制方法程序图。
其中
II号制动器211号制动器
3111号制动器41号制动器电源
511号制动器电源6111号制动器电源
7张力传感器8分压电路板
9显示器10PLC
11板卡12工控机
具体实施例方式下面，结合附图和实施例对本发明的基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置及控制方法进行详细说明如图I所示，一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置，包括张力传感器7的输出信号与PLClO的输入端连接，PLClO的输出端与板卡11的输入端连接，板卡 11输出端分别与分压电路板8和III号制动器电源6的输入端连接。分压电路板8的输出端分别与Ι、Π号制动器电源4、5的输入端连接，1、11号制动器电源4、5的输入端连接， I、II、III号制动器电源4、5、6的输出端分别与I、II、III号制动器1、2、3的输入端连接。板卡11的输入、输出端分别与工控机12的输出、输入端连接,工控机12的输出端与显示器9的输入端连接。其中，板卡11即多功能数据采集卡，本发明采用的多功能数据采集卡，其主要技术指标如下16位分辨率，250kS/s采样速率，16路单端或8路差分模拟量输入，单极性/双极性输入范围，2路12位A0，输出范围O 5V/0 10V，16路DI。该多功能数据采集卡的各项指标均满足张力控制对精度、速度和信号接口数量的需求。如图2所示，在工控机中安装有张力控制软件，对信号进行显示处理，张力控制软件的控制方法，包括以下步骤首先初始化内部变量SI;对过程中所需的内部变量进行初始化，接着读取设置参数文件S2 ；将设置好的各参数读入到程序中，接着建立OPC通讯S3 ；将缠绕控制与张力控制间的预设控制参数和状态反馈数据建立OPC通讯，以上三步完成之后，初始化多功能卡S4 ；将多功能数据采集卡的相应参数进行初始化，如采样率和采样点数等,接着启动 AD采集启动定时器S5 ；使得多功能数据采集卡开始AD采集的操作，并运行定时器以较高频率不断触发定时例程，首先检查Al采集是否完成，即AD采集结束？ S6 ；未完成则退回到上一步，已完成则取得采集值，并触发下一次采集S7 ；进行数据处理S8 ；对采集到的数据进行数据处理，包含剔除脉冲峰值和数据平均两种数字滤波方法，然后读DI端口 S9 ；读取DI 口状态，与保存值比较看是否有变化，有变化则更新相应内部变量，即更新控制变量Sio ；接下来由当前张力设定值、实测值和控制参数等，以及上次控制输出值计算本次输出值，即计算控制输出值Sll ；并写入AO 口输出，即更新DA输出S12 ;同时检查是否已触发过程数据保存？ S13;若已触发则记录过程数据S14，若未触发则跳过S14 ；直接执行刷新显示数据、曲线S15 ；对现实数据和曲线进行实时刷新，读写OPC通讯变量S16 ；本发明的工作过程张力信号经多功能数据采集卡的A/D采集传入到多功能数据采集卡后，再由其D/ A部件转换后，分两路输出，一路输出给分压电路板，按比例将转换后的电压信号分别输出给I、II号制动器电源，I、II号制动器电源分别控制I、II号制动器，由这两个磁粉制动器的制动效果共同控制缠绕过程中的纱线的张力，多功能数据采集卡的另一路直接输出给 III号制动器电源，再由它控制III号制动器，由制动器的制动效果来控制纱箱中的纱线的张力。板卡将张力信号传入工控机经过上述控制流程处理，工控机也会实时将合适的张力要求值传给板卡，实现信息的双向传送，将信号显示在显示器上。在缠绕过程中，张力控制装置需要与缠绕控制装置进行实时通讯，以便相互配合， 具体通讯内容可归纳为3类
(i)实时控制命令信号，自缠绕控制至张力控制；(ii)预设控制参数，自缠绕控制至张力控制；(iii)状态反馈信号，自张力控制至缠绕控制。为简化系统硬件与软件结构，对3类通讯采用了 2种不同的实现方法。实时控制命令信号实时性要求高，采用硬件开关量信号，通过板卡即多功能数据采集卡DI 口实现通讯。预设控制参数和状态反馈数据实时性要求低，数量多且模拟量居多，采用内部OPC通 τΗ ο此外，在两部分控制装置间内部通讯中，实时控制命令信号自缠绕控制装置发出， 传送至张力控制部分多功能数据采集卡的DI端口。缠绕控制装置的输出电压为24V，而多功能数据采集卡DI/D0 口输入输出电压均为5V，因此设计了开关量信号电压转换电路。在运行过程中，张力传感器和信号线会受到附近电机和各种干扰源的电磁干扰， 从而在传感器正常输出信号上叠加各种瞬态干扰信号，因此必须采取相应抗干扰措施。除了在硬件方面实行强弱电分开和对信号线屏蔽保护外，软件方面也需要采取有效措施，通过数据处理方法消除仍然存在的硬件未能隔离的干扰信号。实际编程中采用了剔除脉冲峰值和数据平均两种数字滤波方法。以较高的采样率连续采集一组数据，可以认为采样期间被测量是恒定的，经过排序，去掉几个最大值和最小值，计算余下数据的平均值，作为真实的检测结果。这样既消除了高幅值的脉冲干扰，又降低了低幅值的随机干扰。过程中，程序还实现了输出调节幅度动态控制，刚开始张力控制首次施加张力时， 以及调整目标张力时，为尽快接近目标张力区域，程序开始大幅度调整控制输出值，而在达到目标张力附近开始常态反馈调节，维持预设张力值时，为避免输出过调，引起张力大幅波动，程序便开始进行小幅度输出调整。本发明可以满足碳纤维的环向及螺旋缠绕的定位精度及张力施加，张力施加平稳，在惯性、速度变化、纱团直径变化下自动补偿张力。张力机构在大丝束碳纤维施加张力过程中，避免了起毛、卷纱、断裂等缺陷。
权利要求
1.一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置，其特征在于包括张力传感器⑵的输出信号与PLC (10)的输入端连接，PLC (10)的输出端与板卡(11)的输入端连接， 板卡(11)输出端分别与分压电路板(8)和III号制动器电源￠)的输入端连接，分压电路板⑶的输出端分别与Ι、π号制动器电源(4、5)的输入端连接，1、11号制动器电源(4、5) 的输入端连接，I、II、III号制动器电源(4、5、6)的输出端分别与I、II、III号制动器(I、2、3)的输入端连接，板卡(11)的输入、输出端分别与工控机(12)的输出、输入端连接，工控机(12)的输出端与显示器(9)的输入端连接。
2.一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤首先初始化内部变量SI ；对过程中所需的内部变量进行初始化，接着读取设置参数文件S2 ；将设置好的各参数读入到程序中，接着建立OPC通讯S3 ；将缠绕控制与张力控制间的预设控制参数和状态反馈数据建立OPC 通讯，以上二步完成之后，初始化多功能卡S4 ；将多功能数据采集卡的相应参数进行初始化，如采样率和采样点数等，接着启动AD采集启动定时器S5 ；使得多功能数据采集卡开始AD采集的操作，并运行定时器以较高频率不断触发定时例程，首先检查Al采集是否完成，即AD采集结束？ S6;未完成则退回到上一步，已完成则取得采集值，并触发下一次采集S7 ；进行数据处理S8 ；对采集到的数据进行数据处理，包含剔除脉冲峰值和数据平均两种数字滤波方法，然后读DI端口 S9 ；读取DI 口状态，与保存值比较看是否有变化，有变化则更新相应内部变量，即更新控制变量SlO ；接下来由当前张力设定值、实测值和控制参数等，以及上次控制输出值计算本次输出值，即计算控制输出值Sll ；并写入AO 口输出，即更新DA输出S12 ；同时检查是否已触发过程数据保存？ S13;若已触发则记录过程数据S14，若未触发则跳过S14 ；直接执行刷新显示数据、曲线S15 ;对现实数据和曲线进行实时刷新，读写OPC通讯变量S16。
全文摘要
本发明公开了一种基于多功能数据采集卡的缠绕机大张力控制装置及控制方法，控制装置包括张力传感器、PLC、板卡、分压电路板、I、II、III号制动器电源、I、II、III号制动器、工控机和显示器等部件。控制方法包括初始化内部变量、读取设置参数文件、建立OPC通讯、初始化多功能卡、启动AD采集启动定时器、AD采集结束？触发下一次采集、数据处理、读DI端口、更新控制变量、计算控制输出值、更新DA输出、已触发过程数据保存记录过程数据，刷新显示数据、曲线和读写OPC通讯变量等步骤。本发明张力施加平稳，在惯性、速度变化、纱团直径变化下自动补偿张力。张力机构在大丝束碳纤维施加张力过程中，避免了起毛、卷纱、断裂等缺陷。
文档编号B65H59/36GK102583110SQ20121003793
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者丰晓雯, 宋涛, 李连祥, 高亚男 申请人:核工业理化工程研究院