一种纠偏控制系统的制作方法

本实用新型涉及检测控制技术领域，具体是一种纠偏控制系统。

背景技术：

纠偏控制系统适用于对卷材跑偏进行纠正的场合，纠偏控制系统主要由纠偏控制器、纠偏传感器和纠偏执行器三大部分组成。纠偏传感器检测识别当前物料位置状态信息并传送给纠偏控制器，纠偏控制器根据纠偏传感器传送来的物料位置状态信息去控制纠偏执行器推动物料或纠偏架的动作，从而实时纠正物料的当前位置，完成纠偏控制。纠偏控制系统主要应用于印刷包装机，吹膜机、涂布机、复合机、分切机等设备的放料、中间或收料的纠偏作业，涉及到的卷材类型包括塑料、线缆、纸张、纺布等多种类型的材料。

现有的纠偏控制系统还普遍存在一些问题，具体包括：第一、纠偏控制系统多采用直流电机或交流异步电机作为驱动系统，一些对纠偏精度和速度要求高的机器上，则会采用能够精密控制的伺服电机，但伺服电机的成本一直居高不下，对一些普通设备而言成本太高；第二、纠偏传感器类型通常分为红外光电传感器、超声波传感器等和ccd传感器三种，现有纠偏控制系统大多数针对的纠偏传感器比较单一，大多数只针对红外光电传感器和超声波传感器；第三、现有纠偏控制系统核心的处理器大多数依然是以老旧的8051单片机为主，当有响应速度要求非常快的需求时，现有的控制器往往都无法满足要求；第四、现有大多数纠偏控制系统通讯方式单一，多采用rs485方式进行通讯。第五、随着产品要求更加严格，对纠偏控制器在纠偏精度、纠偏速度、适应性和人机操作界面等方面也提出了更严格的标准，而现有的纠偏控制系统功能比较单一，尚无法满足上述要求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种纠偏控制系统，具备多种纠偏传感器的接入、具备多种通讯方式、具备按键和触摸屏作为人机界面输入装置，实现高精度纠偏，用以对带材的跑偏进行纠正。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种纠偏控制系统，包括纠偏控制器、系统电源、纠偏传感器、纠偏执行器、上位机；

纠偏控制器用于将所述纠偏传感器检测的当前距离值与预设的标准距离值进行比较，控制纠偏执行器运转来改变导向辊的传送轨迹，所述纠偏控制器由主控mcu处理器、传感器信号采集模块、直流无刷电机驱动模块、通讯模块、lcd显示模块、led显示模块、电压采样模块、操作输入模块、编码器输入模块、外部输入控制信号模块、报警信号输出模块组成；

系统电源与纠偏控制器连接，系统电源为纠偏控制系统各个部件提供电源；

纠偏传感器用于采集带材在导向辊上传送时，带材标准线与预设固定点之间的当前距离值；

纠偏执行器用于改变导向辊的传送轨迹，所述纠偏执行器由直流无刷电机和电机所连接的机械执行机构组成，机械执行机构可以分为直线驱动式和中间导向框架式。

进一步的，所述纠偏传感器包括红外传感器、光电传感器、超声波传感器和ccd传感器，红外传感器、光电传感器、超声波传感器和ccd传感器中的1个或多个同时工作。

进一步的，所述主控mcu处理器型号为stm32f4xx序列arm处理器。

进一步的，所述传感器信号采集模块为多路高精度a/d采样模块，采集纠偏传感器传送来的多路0～5v电压信号。

进一步的，直流无刷电机驱动模块包含电机驱动输出模块、霍尔传感器信号采集模块、电流采集模块，纠偏控制器负责对直流无刷电机运行控制，通过输出pwm信号驱动电机运转。

进一步的，lcd显示模块为lcd图形液晶显示器，lcd显示模块负责显示纠偏控制器运行的各种参数值、运行状态及机械行程位置；lcd显示模块显示纠偏控制器运行的当前工作状态，包括电源指示灯、auto自动模式指示灯、manual手动模式指示灯、left向左指示灯、right向右指示灯、材料偏移中心量指示灯、alm报警指示灯。

进一步的，操作输入模块包括按键输入模块和触摸屏输入模块，其中按键输入模块包括auto自动切换键、man手动切换键、-递减键(left)、+递增键(right)、detect材料校准键、cent回中心点键、set确定键、esc取消键，纠偏控制器实时采集操作输入模块信息。

进一步的，编码器输入模块采集外部编码器所反馈的纠偏电机执行机构位置数据信号。

进一步的，外部输入控制信号模块与主控mcu处理器连接，外部输入控制信号包括mc1运行准备信号、mc2强制向左动作控制信号、mc3强制向右动作控制信号。

进一步的，报警信号输出模块包括ttl信号输出和继电器干节点信号输出，报警信号输出类型如下：

纠偏执行器运行到左/右极限行程位置、检测到缺料、供电电压过低、电机运行电流过大、电机出错。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型具备多种纠偏传感器的接入、具备多种通讯方式、具备按键和触摸屏作为人机界面输入装置，实现高精度纠偏，用以对带材的跑偏进行纠正；本实用新型采用无刷直流电机来作为纠偏执行机构，自动行程测量，无需机械行程开关，使系统的效率大为提高，免去以前直流电机需要经常维护的麻烦。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型结构框图。

图2为本实用新型纠偏控制器结构框图。

图3为本实用新型传感器信号采集模块结构框图。

图4为本实用新型纠偏执行器结构框图。

图5为本实用新型通讯模块结构框图。

图6为本实用新型操作输入模块结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图6所示，本实用新型实施例提供一种纠偏控制系统，主要由纠偏控制器101、系统电源102、纠偏传感器103、纠偏执行器104、上位机105组成。纠偏控制器101分别与系统电源102、纠偏传感器103和纠偏执行器104、上位机105连接。

所述纠偏控制器101用于将所述纠偏传感器检测的当前距离值与预设的标准距离值进行比较；判断所述当前距离值与标准距离值的差值是否位于预设的差值范围内，当超过范围值，则判定带材发生了偏移，依据差值通过pid运算生成相关控制信号，去控制纠偏执行器104运转来改变导向辊的传送轨迹，实现对带材进行纠偏。

如图1所示，系统电源102与纠偏控制器101连接，系统电源102为纠偏控制系统各个部件提供电源。纠偏传感器103与纠偏控制器101连接，所述的纠偏传感器103用于采集带材在导向辊上传送时，带材标准线与预设固定点之间的当前距离值。所述的纠偏传感器103包括红外传感器301、光电传感器302、超声波传感器303和ccd传感器304。所述的纠偏传感器103可以选择1个或多个传感器同时工作，可以实现对线、对边、对中等检测纠偏工作方式。

红外线传感器301和光电传感器302可以用来检测纸张、不透明薄膜、金属片等，但透明的薄膜不可以用红外光电线来检测；超声波传感器303可以检测透明薄膜的偏移，可用于对中/对边纠偏过程；ccd传感器304是利用光电转换原理，可以对卷材上的图案线条进行识别对正，精度高但成本也较高，可用于对线/对边纠偏过程。

纠偏执行器104与纠偏控制器101连接，所述的纠偏执行器104用于改变所述导向辊的传送轨迹，所述的纠偏执行器104由直流无刷电机和电机所连接的机械执行机构组成，机械执行机构可以分为直线驱动式401和中间导向框架式402，所述的纠偏执行器无需机械行程开关。

上位机105与纠偏控制器101连接，所述的上位机105为计算机或plc，上位机105通过协议与纠偏控制器101通讯，可以实时更改系统的参数值以及查询纠偏控制系统的工作状态值。

纠偏控制器101由主控mcu处理器201、传感器信号采集模块202、直流无刷电机驱动模块203、通讯模块204、lcd显示模块205、led显示模块206、电压采样模块207、操作输入模块208、编码器输入模块209、外部输入控制信号模块210、报警信号输出模块211组成。

主控mcu处理器201与传感器信号采集模块202、直流无刷电机驱动模块203、通讯模块204、lcd显示模块205、led显示模块206、电压采样模块207、操作输入模块208、编码器输入模块209、外部输入控制信号模块210、报警信号输出模块211连接，所述的主控mcu处理器型号为stm32f4xx序列arm处理器，属于控制器的中央处理器。

传感器信号采集模块202与主控mcu处理器201连接，所述的传感器信号采集模块202为多路高精度a/d采样模块，通过采集纠偏传感器103传送来的多路0～5v电压信号，来判别卷料在检测器检测范围内的实时位置，计算出材料跑偏距离，经内部pid运算处理后输出电机驱动信号，带动纠偏执行器104的运行，使材料跑偏得到纠正。

直流无刷电机驱动模块203与主控mcu处理器201连接，所述的直流无刷电机驱动模块203包含电机驱动输出模块、霍尔传感器信号采集模块、电流采集模块组成。纠偏控制器101负责对直流无刷电机运行控制，其模块中包括输出pwm信号驱动电机运转，利用快速外部中断来采集霍尔传感器信号来实现电子换相并实现闭环调速，同时实时采集电机运行的电流参数实现限流保护功能。

通讯模块204与主控mcu处理器201、上位机105连接，所述的通讯模块204包含rs485通信模块501、can通讯模块502和tcp/ip通信模块503，所述的通讯模块204兼容modbus通讯协议，可方便与上位机105联网使用，通过协议可以实时更改系统的参数值以及查询系统的工作状态值，同时可以多台纠偏系统控制器101联网使用，每台纠偏控制器101可分别设置通讯地址及波特率，组成工作组联网。

lcd显示模块205与主控mcu处理器201连接，所述的lcd显示模块205为lcd图形液晶显示器，lcd显示模块205负责显示纠偏控制器101运行的各种参数值、运行状态及机械行程位置，从而可以实时观测纠偏系统运行的变化。led显示模块206与主控mcu处理器201连接，负责显示纠偏控制器101运行的当前工作状态，包括电源指示灯、auto自动模式指示灯、manual手动模式指示灯、left向左指示灯、right向右指示灯、材料偏移中心量指示灯、alm报警指示灯，从而可以实时观测纠偏系统运行的变化趋势。

电压采样模块207与主控mcu处理器201连接，电压采样模块207实时采集控制器输入的电压信号，以实现限压的功能，实现对纠偏控制系统的保护功能，以免误动作。

操作输入模块208与主控mcu处理器201连接，所述的操作输入模块208包括按键输入模块601和触摸屏输入模块602，其中按键输入模块601包括auto自动切换键、man手动切换键、-递减键(left)、+递增键(right)、detect材料校准键、cent回中心点键、set确定键、esc取消键，纠偏控制器101实时采集操作输入模块信息，其中触摸屏输入模块602为代替按键输入模块601，操作输入模块可二选其一，用于改变纠偏控制器101的工作模式以及参数值。编码器输入模块209与主控mcu处理器201连接，所述的编码器输入模块209采集外部编码器所反馈的纠偏电机执行机构位置数据信号，此模块作为一个系统一个备用选项功能。

外部输入控制信号模块210与主控mcu处理器201连接，所述的外部输入控制信号包括：mc1运行准备信号、mc2强制向左动作控制信号、mc3强制向右动作控制信号。

报警信号输出模块211与主控mcu处理器201连接，所述的报警信号输出模块211包括：ttl信号输出和继电器干节点信号输出。报警信号输出类型如下：纠偏执行器运行到左/右极限行程位置、检测到缺料、供电电压过低、电机运行电流过大、电机出错等，这两种报警信号类型输出可以连接外部多种报警类型装置。同时，在出现报警信号时，纠偏控制系统会停止工作，等报警信号消除后，纠偏控制系统恢复至正常运行状态。

通过上面的部件功能阐述说明，本发明所提供纠偏控制系统特点如下：系统是一种高精度纠偏控制系统，纠偏控制器采用多种操作输入方式，可采用按键模式输入信息，也可选用触摸屏作为输入信息；采用直流无刷电机推动滚珠丝杠结构方式，机械执行机构可以分为直线驱动式和中间导向框架式；系统采用自动行程测量，无需机械限位开关；系统采用无超调pid算法，精度高，反应敏捷，误差小；系统支持多种纠偏传感器、传感器根据使用场合多样选择，系统支持对卷材的跟边、跟线以及对中三种工作模式；系统具备自动/手动/回中三种模式，并可实时切换；系统具有限流、限压保护功能，检测缺料，产生故障现场时输出报警信号；系统可接收外部信号来实现系统的强制动作；纠偏控制器具备多种通讯方式联网，兼容标准modbus通信协议，可方便与pc/plc系统联网使用；系统广泛应用于印刷包装机，吹膜机、涂布机、复合机、分切机等设备的放料、中间或收料的纠偏作业，涉及到的卷材类型包括塑料、线缆、纸张、纺布等多种类型的材料。

本发明所提供纠偏控制系统工作原理如下：纠偏控制器通过接收前端纠偏传感器的检测信号，来判别卷料在检测器检测范围内的实时位置，计算出材料跑偏距离，经内部pid运算处理后输出电机驱动信号，带动纠偏执行器运行，使材料跑偏得到纠正。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。