塑料拉丝机收卷控制方法及收卷系统与流程

本发明涉及拉丝机领域，特别是涉及一种塑料拉丝机收卷控制方法及收卷系统。

背景技术：

塑料拉丝机是利用聚丙烯、高密度乙烯为原料，经加热，挤出、剖丝、拉伸形成扁丝经收卷后供圆织机编织。其收卷的效果直接决定了圆织机编织带的质量，而收卷的效果主要包括两部分：收线张力控制效果及收卷成型花纹效果。收线张力控制效果取决于对第一电机的控制，收卷成型花纹效果则取决于对排线机构的控制。

目前，塑料拉丝机厂家都是控制第一电机进行收线张力控制，排线机构通过齿轮与第一电机连接来实现对排线的控制，但是存在很多缺陷和不足。如机械容易磨损，排线机构与第一电机采用齿轮连接，在长期运行过程中，存在磨损现象，尤其塑料拉丝机一般线速度较高，磨损更为严重，一般需要定期更换齿轮。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种改善定期更换齿轮的塑料拉丝机收卷控制方法及收卷系统。

一种塑料拉丝机收卷控制方法，所述塑料拉丝机包括驱动收线卷轴收卷的第一电机、驱动螺旋往复丝杆完成收卷花纹成型的第二电机以及控制所述第一电机和第二电机运转的变频器，所述方法包括：

获取所述第一电机转过角度对应的第一脉冲数；

根据所述第一脉冲数和预设的传动比例计算出对应第二电机的第二脉冲数；

将所述第二脉冲数转换为对应第二电机的给定频率；

获取所述第二电机转过角度对应的第三脉冲数；

根据所述第一脉冲数和第三脉冲数的误差获取第二电机的调整频率；

将所述第二电机的给定频率和调整频率叠加运算获取第二电机的最终输出频率。

在其中一个实施例中，所述将所述第二脉冲数转换为对应第二电机的给定频率步骤前还包括：

对所述第二脉冲数进行滤波。

在其中一个实施例中，所述对所述第二脉冲数进行滤波包括：

采用公式pulsesetacc＝pulsesetfltrem*(pulsesetfltcnt-1)+pulseset2+pulseset2*(pulsesetfltcnt-1)/pulsesetfltcnt；

pulseset2＝pulsesetacc/pulsesetfltcnt；

pulsesetfltrem＝pulsesetacc-pulseset2*pulsesetfltcnt对第二脉冲数进行惯性滤波；其中，pulsesetacc为累加值，pulsesetfltcnt为滤波次数，pulsesetfltrem为滤波余数，pulseset2为第二脉冲数。

在其中一个实施例中，所述对所述第二脉冲数进行滤波包括：

对所述第二脉冲数进行滑动平均滤波。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取机械传动比r、第一电机极对数p、当前线速度信号v、当前收线卷轴卷径d；

采用公式f1＝rpv/60πd计算变频器主给定频率f1；

所述塑料拉丝机还包括张力获取装置，所述张力获取装置获取反馈张力值，根据预设张力值和所述反馈张力值的误差获取调节频率f2；

将所述主给定频率f1和调节频率f2叠加运算获取第一电机最终输出频率f；

再次获取当前线速度信号v，采用公式d＝rpv/60πf获取当前收线卷轴卷径d；

如果收卷工作未完成则返回计算变频器主给定频率的f1的步骤。

在其中一个实施例中，所述变频器获取上位机发送的第一控制信号，所述上位机包括本机操作设备和外部设备，所述变频器根据第一控制信号选择变频器与本机操作设备或外部设备通讯。

在其中一个实施例中，所述变频器包括第一数字信号处理器和第二数字信号处理器，所述第一数字信号处理器控制第一电机，所述第二数字信号处理器控制第二电机；

所述变频器获取上位机发送的第二控制信号，所述变频器根据第二控制信号选择第一数字信号处理器或第二数字信号处理器受控于上位机。

在其中一个实施例中，所述第二数字信号处理器受控于上位机时通过第一数字信号处理器与上位机通讯。

一种机塑料拉丝机收卷系统，包括：

第一电机，用于驱动收线卷轴收卷；

第二电机，用于驱动螺旋往复丝杆完成收卷花纹成型；

变频器，用于控制第一电机和第二电机运转；

用于控制第一电机和第二电机运转；用于获取所述第一电机转过角度对应的第一脉冲数；根据所述第一脉冲数和预设的传动比例计算出对应第二电机的第二脉冲数；将所述第二脉冲数转换为对应第二电机的给定频率；获取所述第二电机转过角度对应的第三脉冲数；根据所述第一脉冲数和第三脉冲数的误差获取第二电机的调整频率；将所述第二电机的给定频率和调整频率叠加运算获取第二电机的最终输出频率。

在其中一个实施例中，收卷系统还包括：

测速辊，用于获取拉丝当前线速度信号并将当前线速度发送给变频器；

张力获取单元，用于获取当前拉丝反馈张力值并将反馈张力值发送给变频器；

变频器还用于根据公式f1＝rpv/60πd获取变频器主给定频率f1；根据预设张力值和反馈张力值的误差获取调节频率f2；将主给定频率f1和调节频率f2叠加运算获取第一电机最终输出频率f；根据公式d＝rpv/60πf获取当前收线卷轴卷径d；其中，r为机械传动比，p为第一电机极对数，v为当前线速度信号，d为当前收线卷轴卷径。

上述塑料拉丝机收卷控制方法使用第一电机驱动收线卷轴收卷完成收线张力控制，第二电机驱动螺旋往复丝杆完成收卷花纹成型，收卷花纹成型不再通过齿轮连接第一电机驱动，而是使用单独的第二电机驱动。不再采用齿轮连接，而是两个电机分别驱动，不存在传统的齿轮磨损现象，尤其塑料拉丝机一般线速度较高，磨损更为严重，提高了设备的稳定性。根据不同材料和客户需要收出不同的花纹形状，传统采用齿轮连接则必须更换齿轮，如此就需要准备各种规格的齿轮，同时更换也非常麻烦，现在则只需使用变频器更改第二电机的驱动参数即可收出不同花纹形状，简化了操作，精简了设备，提高了效率。而且解决了齿轮连接的机械结构对系统线速度的限制，可以提高生产速度。

附图说明

图1为一实施例中塑料拉丝机收卷控制方法的流程图；

图2为一实施例中塑料拉丝机收卷控制方法的另一流程图；

图3为一实施例中塑料拉丝机收卷控制方法的又一流程图；

图4为一实施例中塑料拉丝机收卷系统的结构原理图；

图5为一实施例中塑料拉丝机收卷系统的通讯组网方式框图；

图6为一实施例中塑料拉丝机收卷系统的变频器示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为一种塑料拉丝机收卷控制方法的流程图。该塑料拉丝机包括驱动收线卷轴收卷的第一电机、驱动螺旋往复丝杆完成收卷花纹成型的第二电机以及控制第一电机和第二电机运转的变频器。该塑料拉丝机收卷控制方法包括：

步骤s110：获取所述第一电机转过角度对应的第一脉冲数。

先获取第一电机轴的编码器信号，并通过变频器内置的第一正交编码脉冲电路(qepquadratureencoderpulse)计数模块计数得到第一电机转过角度对应的第一脉冲数pulsesetl。

步骤s120：根据第一脉冲数和预设的传动比例计算出对应第二电机的第二脉冲数。

根据要求的花纹效果设置的第一电机与第二电机的传动比例转换计算出第一电机的第一脉冲数所对应的第二电机的脉冲数，转换后为第二电机的脉冲数pulseset2。

步骤s130：将所述第二脉冲数转换为对应第二电机的给定频率。

根据第二电机的脉冲数pulseset2转换为对应的第二电机给定频率wmsetl。

步骤s140：获取所述第二电机转过角度对应的第三脉冲数。

通过变频器内置的第二正交编码脉冲电路(qepquadratureencoderpulse)计数模块计数第二电机转过角度对应的第三脉冲数pulsefed。

步骤s150：根据所述第一脉冲数和第三脉冲数的误差获取第二电机的调整频率。

根据第一电机转过的脉冲数与第二电机转过的脉冲数的误差err＝pulseset

pulsefed，进行位置环计算处理，得到第二电机调整频率wmset2，以减小第二电机跟随第一电机的误差。

步骤s160：将所述第二电机的给定频率和调整频率叠加运算获取第二电机的最终输出频率。

步骤s130计算出的频率wmsetl和步骤s150计算出的频率wmset2叠加运算后得到控制第二电机的最终输出频率：

wmset＝wmset1+wmset2。

本实施例使用第一电机驱动收线卷轴收卷完成收线张力控制，第二电机驱动螺旋往复丝杆完成收卷花纹成型，收卷花纹成型不再通过齿轮连接第一电机驱动，而是使用单独的第二电机驱动。不再采用齿轮连接，而是两个电机分别驱动，不存在传统的齿轮磨损现象，尤其塑料拉丝机一般线速度较高，磨损更为严重。根据不同材料和客户需要收出不同的花纹形状，传统采用齿轮连接则必须更换齿轮，如此就需要准备各种规格的齿轮，同时更换也非常麻烦，现在则只需使用变频器更改第二电机的驱动参数即可收出不同花纹形状，简化了操作，精简了设备，提高了效率。而且解决了齿轮连接的机械结构对系统线速度的限制，可以提高生产速度。利用本实施例的方法控制第二电机的转速，实现全过程以一定比例同步跟随第一电机，使花纹的位置和形状稳定，并最终实现良好的收卷花纹成型效果。

在一个实施例中，步骤s120和步骤s130之间还有步骤s121：对第二脉冲数进行滤波。其中步骤s121包括步骤s1211和/或步骤s1212。

步骤s1211：采用公式pulsesetacc＝pulsesetfltrem*(pulsesetfltcnt-1)+pulseset2+pulseset2*(pulsesetfltcnt-1)/pulsesetfltcnt；

pulseset2＝pulsesetacc/pulsesetfltcnt；

pulsesetfltrem＝pulsesetacc-pulseset2*pulsesetfltcnt对第二脉冲数进行惯性滤波；其中，pulsesetacc为累加值，pulsesetfltcnt为滤波次数，pulsesetfltrem为滤波余数，pulseset2为第二脉冲数。

步骤s1212：对第二脉冲数进行滑动平均滤波。

其中步骤s1212可以对第二脉冲数仅进行滑动平均滤波，也可以在对第二脉冲数进行惯性滤波后进行滑动平均滤波，也可以在对第二脉冲数进行惯性滤波前进行滑动平均滤波。相应的，步骤s130获取的第二脉冲数为过滤后的第二脉冲数。

在一个实施例中，如图2所示，该塑料拉丝机收卷控制方法还包括：

步骤s210：根据设备参数获取机械传动比r和第一电机极对数p，接收系统当前线速度信号v和当前收线卷轴卷径d。当前线速度信号v根据塑料拉丝机的测速辊获取，也可以通过其他方式获取，如外部设备测试获取，当前收线卷轴卷径d可以通过保存的数据获取也可以现场测试获取。

步骤s220：采用公式f1＝rpv/60πd计算变频器主给定频率f1。

根据步骤s210获取的参数计算出变频器主给定频率f1。

步骤s230：塑料拉丝机还包括张力获取装置，所述张力获取装置获取反馈张力值，根据预设张力值和反馈张力值的误差获取调节频率f2。

根据设定张力值与反馈张力值的误差进行过程pid(pidregulating)调节，调节出的频率计为调节频率f2。

步骤s240：将主给定频率f1和调节频率f2叠加运算获取第一电机最终输出频率f。

根据步骤s220计算出的主给定频率f1和步骤s230计算出的调节频率f2叠加运算后，作为第一电机最终输出频率：f＝f1+f2。

步骤s250：再次获取当前线速度信号v，采用公式d＝rpv/60不f获取当前收线卷轴卷径d。

根据第一电机最终输出频率f及当前线速度v，采用公式d＝rpv/60πf计算出当前收线卷轴卷径d。

步骤s260：如果收卷工作未完成则返回步骤s220。如果收卷工作未完成则循环步骤s220-步骤s230-步骤s240-步骤s250，最终实现收线全过程恒定张力控制。使在收卷过程中不易会出现收卷线速度变化，进而张力变化，张力偏大则会造成在收卷过程中出现拉丝变细、拉断、皱折等问题。张力偏小则会造成收卷不紧实等不良现象。

在其中一个实施例中，如图5所示，上位机包括本机操作设备和外部设备，本机操作设备可以为操作面板，也可以为其他操作机构，外部设备可以是电脑、可编程逻辑控制器(plc)或触摸屏等设备。本机操作设备可以通过rs485与变频器通讯。也可以通过rs232、usb、iic等方式与变频器通讯。可以采用modbus通讯协议，也可以采用其他的通讯协议。外部设备可以通过rs2325与变频器通讯，也可以通过rs232、usb、iic、网络接口等方式与变频器通讯。本机操作设备和外部设备还可以通过无线方式与变频器通讯，无线方式可以为蓝牙、wifi、红外、声波等方式。

如图3所示，变频器获取上位机发送的第一控制信号，变频器根据第一控制信号选择变频器与本机操作设备或外部设备通讯。可以通过操作面板的接入端子状态判断上位机类型，当接入端子为高电平时，上位机为本机操作设备，当接入端子为低电平时，上位机为外部设备，接入端子可以为usb端子、rs485端子、rs232端子等，也可以直接通过数据线连接。也可以通过外部设备的输入信号判断上位机类型，当输入信号中包括连接信号时，上位机为外部设备，当输入信号中没有包括连接信号时，上位机为本机操作设备。

在一个实施例中，变频器包括第一数字信号处理器(dsp1)和第二数字信号处理器(dsp2)，其中第一数字信号处理器控制第一电机，所述第二数字信号处理器控制第二电机。变频器获取上位机发送的第二控制信号，变频器根据第二控制信号选择第一数字信号处理器或第二数字信号处理器受控于上位机。如果上位机为本机操作设备如操作面板，可以通过操作面板上的一个按键切换操作面板与第一数字信号处理器和第二数字信号处理器间的通讯，可以为按键无效时，第一数字信号处理器作为从站，操作面板与第一数字信号处理器通讯进而控制第一电机；按键有效时，第二数字信号处理器作为从站，操作面板与第二数字信号处理器通讯进而控制第一电机。方便控制第一电机和第二电机。上述按键可以用触摸屏、开关等替换。

在本实施例中，还可以第二数字信号处理器受控于上位机时通过第一数字信号处理器与上位机通讯。第一数字信号处理器作为中转站，操作面板与第二数字信号处理器通过第一数字信号处理器完成数据中转实现通讯，进而控制第一电机。可以优化变频器内部走线。

在一个实施例中，图3是变频器与上位机通讯方法的流程图，开始后，

步骤s310：获取操作面板接入端子的电平状态；如果为高电平，则执行步骤s320，如果为低电平，则执行步骤s410；

步骤s320：切换上位机为操作面板，通讯数据来自于操作面板；

步骤s330：获取操作面板上的某个按键的有效性；如果有效，则执行步骤s340，如果无效，则执行步骤350；

步骤s340：第一数字信号处理器作为中转站，中转操作面板与第二数字信号处理器间的通讯数据，操作面板控制第二电机，然后执行步骤s500；

步骤s350：第一数字信号处理器作为从站，操作面板与第一数字信号处理器通讯，控制第一电机，然后执行步骤s500；

步骤s410：切换外部设备为上位机，通讯数据来自于电脑主机、可编程逻辑控制器主机等设备；

步骤s420：解析通讯帧获取通讯地址；

步骤s430：查看通讯地址是否零，如果是，则执行步骤s470，如果不是，则执行步骤s440；

步骤s440：查看通讯地址与第一数字信号处理器设置的地址是否一致，如果是，则执行步骤s480，如果不是，则执行步骤s450；

步骤s450：查看通讯地址与第二数字信号处理器设置的地址是否一致，如果是，则执行步骤s460，如果不是，则执行步骤s490；

步骤s460：第一数字信号处理器为中转站，中转上位机与第二数字信号处理器间的通讯数据，控制第二电机，然后执行步骤s500；

步骤s470：广播数据帧，上位机同时控制第一电机和第二电机，然后执行步骤s500；

步骤s480：第一数字信号处理器作为从机，上位机与第一数字信号处理器通讯，控制第一电机，然后执行步骤s500；

步骤s490：第一数字信号处理器和第二数字信号处理器都不响应上位机通讯请求，然后执行步骤s500；

步骤s500：确定通讯两端设备结束。

在一个实施例中，如图4所示，一种塑料拉丝机收卷系统，包括：

第一电机31，用于驱动收线卷轴32收卷；

第二电机41，用于驱动螺旋往复丝杆42完成收卷花纹成型；

变频器20，用于控制第一电机31和第二电机41运转。

变频器20还用于获取所述第一电机31转过角度对应的第一脉冲数。先获取第一电机轴的编码器信号，并通过变频器20内置的第一正交编码脉冲电路(qepquadratureencoderpulse)计数模块计数得到第一电机转过角度对应的第一脉冲数pulsesetl。

然后根据所述第一脉冲数和预设的传动比例计算出对应第二电机41的第二脉冲数。根据要求的花纹效果设置的第一电机31与第二电机41的传动比例转换计算出第一电机31的脉冲数所对应的第二电机41的脉冲数，转换后为第二电机41的脉冲数pulseset2。

再然后将所述第二脉冲数转换为对应第二电机41的给定频率。根据第二电机41的脉冲数pulseset2转换为对应的第二电机41给定频率wmset1。

接着获取所述第二电机41转过角度对应的第三脉冲数。通过变频器内置的第二正交编码脉冲电路(qepquadratureencoderpulse)计数模块计数第二电机41转过角度对应的第三脉冲数pulsefed。

再接着根据所述第一脉冲数和第三脉冲数的误差获取第二电机41的调整频率。根据第一电机转过的脉冲数与第二电机转过的脉冲数的误差err＝pulseset

pulsefed，进行位置环计算处理，得到第二电机41的调整频率wmset2，以减小第二电机41跟随第一电机31的误差。

最后将所述第二电机41的给定频率和调整频率叠加运算获取第二电机41的最终输出频率。频率wmset1和频率wmset2叠加运算后得到控制第二电机41的最终输出频率：

wmset＝wmset1+wmset2。

在一个实施例中，塑料拉丝机收卷系统还包括：

测速辊52，用于获取拉丝当前线速度信号并将当前线速度发送给变频器；

张力获取单元51，用于获取当前拉丝反馈张力值并将反馈张力值发送给变频器；

变频器20还用于根据公式d＝rpv/60πf获取当前收线卷轴卷径d。其中，r为机械传动比，p为第一电机极对数，v为当前线速度信号。

然后根据公式f1＝rpv/60πd获取变频器主给定频率f1；其中，r为机械传动比，p为第一电机极对数，v为当前线速度信号、d为当前收线卷轴卷径。

接着根据预设张力值和反馈张力值的误差获取调节频率f2；根据设定张力值与反馈张力值的误差进行过程pid(pidregulating)调节，调节出的频率计为调节频率f2。

最后将主给定频率f1和调节频率f2叠加运算获取第一电机31最终输出频率f。根据主给定频率f1和调节频率f2叠加运算后，作为第一电机31最终输出频率：f＝f1+f2。

在本实施例中，塑料拉丝机收卷系统连接拉丝机出线部分10，收线卷轴32和螺旋往复丝杆42之间设有导线槽33，第一电机31还发送电源正常信号至变频器的pi引脚。塑料拉丝机收卷系统的张力获取单元51获取的反馈张力值发送至变频器的第二输入端ai2，张力获取单元可以是张力摆杆，也可以是张力传感器。测试锟获取的线速度信号发送至变频器的第一输入端a11。

在其中一个实施例中，变频器获取上位机发送的第一控制信号，变频器根据第一控制信号选择变频器与本机操作设备或外部设备通讯。可以通过操作面板的接入端子状态判断上位机类型，当接入端子为高电平时，上位机为本机操作设备，当接入端子为低电平时，上位机为外部设备。可以通过外部设备的输入信号判断上位机类型，当输入信号中包括连接信号时，上位机为外部设备，当输入信号中没有包括连接信号时，上位机为本机操作设备。

在一个实施例中，如图6所示，变频器20包括第一数字信号处理器(dsp1)21和第二数字信号处理器(dsp2)22，其中第一数字信号处理器21用于控制第一电机，第二数字信号处理器22用于控制第二电机。变频器获取上位机发送的第二控制信号，变频器根据第二控制信号选择第一数字信号处理器或第二数字信号处理器受控于上位机。如果上位机为本机操作设备如操作面板，可以通过操作面板上的一个按键切换操作面板与第一数字信号处理器和第二数字信号处理器间的通讯，可以为按键无效时，第一数字信号处理器作为从站，操作面板与第一数字信号处理器通讯进而控制第一电机；按键有效时，第二数字信号处理器作为从站，操作面板与第二数字信号处理器通讯进而控制第一电机。方便控制第一电机和第二电机。上述按键可以用触摸屏、开关等替换。

在本实施例中，还可以第二数字信号处理器受控于上位机时通过第一数字信号处理器与上位机通讯。第一数字信号处理器作为中转站，操作面板与第二数字信号处理器通过第一数字信号处理器完成数据中转实现通讯，进而控制第一电机。可以优化变频器内部走线。

在上述实施例中，变频器可以为一台变频器，内置第一数字信号处理器和第二数字信号处理器，实现第一数字信号处理器控制第一电机，第二数字信号处理器控制第二电机。也可以为两台变频器，分别包括第一数字信号处理器和第二数字信号处理器。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。