专利名称：稳定张力计算机自动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于拉丝机收线张力的自动控制仪器，尤其涉及一种拉丝机收线张力进行在线监测和反馈控制的自动控制装置。
背景技术：
拉丝机是钢帘线等制造业中的常用设备。现有技术中，拉丝机是通过力矩电机带动完成牵引收线。现有技术的弊端是收线过程中张力不稳定、易断丝、易压丝，严重的甚至会涨裂收线工字轮，严重影响产品质量和下道工序的正常生产。
发明内容本实用新型旨在克服现有技术的不足，提供一种稳定张力计算机自动控制装置，它根据适时检测到的拉丝机收线张力及时调节拉丝机电机，使拉丝机始终工作在张力稳定的状态。
本实用新型是这样实现的将拉丝机的老式力矩牵引电机和收线电机均以变频电机取代，同时增加一张力检测装置、一主要由电源电路、单片机、A/D转换器、D/A转换器等组成的张力信号处理给定装置，所述张力检测装置所检测到的张力信号、反映牵引电机工作状态的信号、反映拉丝机电机工作状态的信号均以电流或电压信号的形式一并输入到张力信号处理给定装置中，由其对上述信号进行处理，并输出控制拉丝机收线电机转速的信号到收线变频器对拉丝机收线电机进行控制。从而根据实时张力动态调节拉丝机收线电机转速，使拉丝机始终工作在收线张力较为稳定的状态。
具体地说，一种稳定张力计算机自动控制装置，包括拉丝机，其特征在于所述拉丝机的牵引电机和收线电机均为变频电机，它还包括，牵引电机变频器，它将反映牵引电机转速的信号以电流或电压信号的形式输出；
收线电机变频器，它将反映收线电机转速的信号以电流或电压信号的形式输出；一张力检测装置，由一机械式张力检测臂与张力传感器等组成，通过传感器将机械式张力检测臂检测到的反映收线张力大小的检测臂位移信号转换为电流或电压信号输出；一张力信号给定处理装置，主要由电源电路1、电源电路2、单片机、A/D转换器、D/A转换器、光电隔离电路、可编程序控制器PLC、通讯接口、控制按钮、显示器、键盘等组成，所述A/D转换器的三个模拟量输入端分别与牵引电机变频器输出端、张力检测装置中传感器的输出端、拉丝机收线电机变频器输出端相连接，其模拟量输出端与拉丝机电机变频器输入端相连接，其输出端经光电隔离电路输入到单片机中，该A/D转换器还与电源电路2相连接，所述牵引电机变频器输出端、张力检测装置中传感器的输出端、拉丝机收线电机变频器输出端输出的三个分别反映牵引电机转速、收线张力大小、拉丝机电机转速的模拟量信号依次经A/D转换器、光电隔离电路转换为数字信号并输入到单片机中；所述控制按钮、显示器、键盘均通过I/O接口与可编程序控制器PLC相连接，继而通过与之相连接的通讯接口RS232转换与单片机相连接，以将控制按钮及键盘发出的信号输入到单片机中，将单片机输出的反映收线张力的信号输出到显示器；所述单片机与电源电路1相连接并由该电源电路提供电源，该单片机的输出端依次经光电隔离电路、D/A转换器与收线电机变频器的输入端相连接，以将单片机输出的用于控制收线电机工作的数字信号转换为模拟量信号提供给收线电机变频器。
下面结合原理框图详细分析本实用新型的工作过程变频器10与收线变频电机11相连接，同时其输出端与A/D转换器的模拟量输入端相连接；变频器16与收线变频电机8相连接，同时其输出端与A/D转换器6的模拟量输入端相连接；变频器10、16的模拟量输出分别与变频电机11、8的转速成正比；与A/D转换器的模拟量输入端相连接的还有张力传感器9的信号输出端，张力传感器9与用于检测张力的机械式张力检测臂相连接并将反映收线张力大小的检测臂位移信号转换为电流或电压信号输出到A/D转换器。
A/D转换器6与电源电路2相连接并由该电源电路提供电源，其输出端经光电隔离电路4输入到单片机4中，以将上述三个分别反映牵引电机转速、收线张力大小、拉丝机电机转速的模拟量信号转换为数字信号并输入到单片机中；在此，光电隔离电路4的作用是防干扰。
控制按钮13、显示器15、键盘14均通过I/O接口与可编程序控制器PLC12相连接，继而通过与之相连接的通讯接口RS232转换5与单片机3相连接，以将控制按钮及键盘发出的控制信号、设置的值及计算程序输入到单片机中，将单片机输出的反映收线张力的信号输出到显示器。
单片机3与电源电路1相连接并由该电源电路提供电源，它根据由PLC12的指令对分别反映牵引电机转速、拉丝机电机转速的信号值进行计算获得卷筒卷径，并计算出同步匹配频率指令。然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。并将该频率信号输出。
这里，卷筒卷径计算公式如下D＝(I*V)/(Л*N)式中D＝所求卷径I＝收线机械传动比V＝线材线速度N＝电机转速线速度和卷筒实时卷径都获得后，就可以计算出收线变频器的同步匹配指令。公式如下F＝(V*P*I)/(Л*D)
式中F＝变频器同步匹配指令V＝材料线速度P＝电机极对数I＝机械传动比D＝卷筒卷径当线材线速度偏低时，卷径计算波动会比较大，所以在张力给定信号装置内部预设一个牵引变频器的模拟量输出门槛值，当模拟量输出值小于门槛值时，卷径计算不工作，此案可以保证低速时线材张力的稳定。
D/A转换器7与电源电路2相连接并由该电源电路提供电源，其输入端经光电隔离电路4与单片机3的输出端相连接，其输出端与收线电机变频器10的输入端相连接。上述单片机输出的用于控制收线电机工作的频率信号经D/A转换器转换为模拟量信号提供给收线电机变频器，从而适时调节收线电机转速。通过控制电机转速实现收线张力恒定。
本实用新型与软件相配合，有效的解决了收线过程中张力不稳定、易断丝、易压丝的问题，大大地提高了产品质量，保证了下道工序的正常生产。运行稳定，产品质量高，产生了较高的经济效益。
图1为本实用新型原理方框图图2为本实用新型实施例1的电路图图3为本实用新型实施例2的电路图图中C--电容 D--二极管 L--电感 P--光耦 R--电阻RW--可调电阻 TR--三极管 U--集成电路 X--晶振具体实施方式
本实用新型实施例1，参见附图2，本实用新型实施例1包括拉丝机的牵引变频电机、收线变频电机、牵引电机变频器、收线电机变频器、由机械式张力检测臂与张力传感器等组成的张力检测装置、电源电路1、电源电路2、单片机、A/D转换器、D/A转换器、光电隔离电路、可编程序控制器PLC、通讯接口、控制按钮、显示器、键盘等组成，张力位移传感器9(巴鲁夫位移传感器BAW 018-PB-1-K-03)及两台变频器10、16的三路模拟量输出经模数变换后，经高速光藕送到CPU，由CPU处理完成相应的动作过程，并利用数字PID完成对各种模拟量的调节，设定张力由设定显示单元以通讯方式送到CPU，变频器的运行频率值由485口送到变频器。
单片机3采用DS80C320，它具有与8051完全相同的封装，同时提供的8051具有的所有的功能，如I/O口、定时/计数器、串行口等。除运行速度加快，它还另外提供1个全双工串行接口，7个新的中断，可编程看门狗定时器、掉电中断和复位等；在此基础上，DS80C320还增加了2个用于改善RAM数据存取的功能，即双数据指针和可编程片外RAM存取周期扩展功能。
该实施例用1片静态U12(RAM 62256)和一片U11(EPROM 27512)扩展64K外部程序存储器和32K外部数据存储器。P0口和P2口作为并行扩展总线口，P2口输出高8位地址A8～A15，P0口输出低8位地址A0～A7和传送数据D0～D7，地址总线A0～A7的低8位由P0口送入地址锁存器U9(74HC373)，利用DS80C320的地址锁存信号ALE的下降沿将P0口输出的地址锁存。控制总线有外部程序存储器的读选信号PSEN，外部数据存储器的读写信号RD(P3.7)和WR(P3.6)。
U10(X25045)作为看门狗定时器对微控制器提供独立的保护系统。它提供了三种定时时间，可用编程选择200ms，600ms和1.2s，在设定的时间内如果没有对X25045进行访问，则看门狗以RESET信号做输出响应，即变为高电平，延时200ms以后RESET由高电平变为低电平。X25045还可以作为电压监控，上电时，电源电压超过4.5V后，经过200ms的稳定时间后RESET信号由高电平变为低电平。掉电时，电源电压低于4.5V时，RESET信号立刻变为高电平并一直保持到电源恢复到稳定为止。
系统中RS-232通讯接口接至设定显示单元，RS-485通讯接口接至变频器。
三路模拟量信号经8选1模拟量开关4501，送至运放电路，再作ADC转换。ADC转换电路中用MAX187为串行输出12位A/D转换器，采用三条串行接口线。模拟量开关的选通信号由MAX595给出。
本实用新型实施例2，参见附图3，同样，它由牵引变频电机、收线变频电机、牵引电机变频器、收线电机变频器、由机械式张力检测臂与张力传感器等组成的张力检测装置、电源电路1、电源电路2、单片机、A/D转换器、D/A转换器、光电隔离电路、可编程序控制器PLC、通讯接口、控制按钮、显示器、键盘等组成，牵引电机变频器、收线电机变频器、张力传感器分别与A/D转换器的三个模拟量输入端相连接，以将反映牵引电机、收线电机转速的信号及反映收线张力大小信号经A/D转换器6转换为数字信号并经光电隔离电路4并输入到单片机3中；控制按钮13、显示器15、键盘14均通过I/O接口与可编程序控制器PLC12相连接，继而通过与之相连接的通讯接口RS232转换5与单片机3相连接，以将控制按钮及键盘发出的信号输入到单片机中，将单片机3输出的反映收线张力的信号输出到显示器15；单片机3收到三个分别反映牵引电机转速、收线张力大小、拉丝机电机转速的信号后按照控制按钮13及键盘14发出的指令和设置的计算程序对其进行处理，并将输出的用于控制收线电机工作的数字信号经与之相连接的光电隔离电路4、D/A转换器7转换为模拟量信号提供给收线电机变频器10。从而根据对检测到的拉丝机收线张力及时调节拉丝机电机转速，使拉丝机始终工作在张力稳定的状态。
因变频器、张力传感器、可编程序控制器PLC等均为市场上公开有售的成品，图3中仅给出了部分电路图，并给出了相互间的连接关系，这对于本领域普通技术人员而言，毋需付出创造性劳动即可再现出。在此需要说明的是，其中，AD转换6中的3路模拟量输入Vi1～Vi3是经过U2模拟量开关4051由S0、S1选通。再通过运放U3(OP07C)送入U7(MAX187)进行AD转换。DA转换7中U8的基准电压Vref由可调电阻RW3得到。
权利要求1.一种稳定张力计算机自动控制装置，包括拉丝机，其特征在于所述拉丝机的牵引电机和收线电机均为变频电机，它还包括，牵引电机变频器；收线电机变频器；张力检测装置，由一机械式张力检测臂及与之相连的张力传感器组成，所述传感器输出反映收线张力大小的电流或电压信号；张力信号给定处理装置，由电源电路1、电源电路2、单片机、A/D转换器、D/A转换器、光电隔离电路、可编程序控制器PLC、通讯接口、控制按钮、显示器、键盘组成，所述A/D转换器的三个模拟量输入端分别与牵引电机变频器输出端、张力检测装置中传感器的输出端、拉丝机收线电机变频器输出端相连接，其模拟量输出端与拉丝机电机变频器输入端相连接，其输出端经光电隔离电路输入到单片机中，该A/D转换器还与电源电路2相连接，所述牵引电机变频器输出端、张力检测装置中传感器的输出端、拉丝机收线电机变频器输出端均依次经A/D转换器、光电隔离电路分别与单片机相连接；所述控制按钮、显示器、键盘均通过I/O接口与可编程序控制器PLC相连接，继而通过与之相连接的通讯接口与单片机相连接；所述单片机与电源电路1相连接并由该电源电路提供电源，该单片机的输出端依次经光电隔离电路、D/A转换器与收线电机变频器的输入端相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种稳定张力计算机自动控制装置，属于拉丝机收线张力进行在线监测和反馈控制的自动控制装置。它针对现有技术中收线张力不稳定的缺点，将现有技术中拉丝机的老式力矩电机以变频电机取代，同时增加一张力检测装置、与之相连的张力信号给定处理装置，所述张力检测装置将检测到的拉丝机收线张力信号传输给张力信号给定处理装置，由其对上述信号进行处理，并输出控制拉丝机电机转速的信号到所连接的收线变频器以对拉丝机电机进行及时调节，使拉丝机始终工作在张力稳定的状态。本实用新型运行稳定，产品质量较高，解决了以前张力不稳定、易断丝、易压丝的问题，产生了较高的经济效益。
文档编号G05D15/01GK2738289SQ20042002578
公开日2005年11月2日 申请日期2004年3月26日 优先权日2004年3月26日
发明者李江, 张干猛 申请人:江苏兴达钢帘线股份有限公司