一种收卷控制方法、设备、系统及计算机存储介质与流程

本申请涉及控制技术领域，具体涉及一种收卷控制方法、设备、系统及计算机存储介质。

背景技术：

收卷机广泛运用在纸卷、布卷、塑料卷以及金属卷材加工的生产线上，根据实际工艺要求设计得多样化，常见的有简易收卷机与液压收卷机，收卷机一般对卷内径、卷外径、卷材料厚度以及宽度都有严格要求。

在工业生产的诸多行业中经常会遇到卷绕控制问题，如在纸张、纺织品、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带以及金属线材等的生产过程中，带料或线材的开卷、卷取张力对产品的质量至关重要，若张力过大会造成加工材料的拉伸变形；若张力过小会使加工材料的层与层之间的应力变形，造成收卷不整齐，影响加工质量；为此要求进行恒张力控制，即在卷绕的过程中使产品承受最佳张力，且自始至终保持不变。

现有技术中经常会遇到卷绕控制问题，易出现堆边或者欠边的情况，降低生产效率，传统收卷采用机械制动，自动性、灵活性以及通用性差，且由于机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，传统收卷机使用寿命短；另外，现有收卷机通过开环控制张力，对张力控制达不到实际需求，控制稳定性差，收卷达不到排列均匀、收卷整齐的效果；且体积过大，占用较大的空间资源，成本相对较高。

技术实现要素：

本申请主要解决的问题是提供一种收卷控制方法、设备、系统及计算机存储介质，能够提高张力控制的精度，保证收卷质量。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种收卷控制方法，该收卷控制方法应用于收卷系统，收卷系统包括收卷电机，该方法包括：接收控制指令，并根据控制指令控制收卷电机运转；接收预设张力值，根据预设张力值与采集到的张力信号进行闭环调节，控制收卷电机，以使得收卷电机的转速或力矩在预设范围以内。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种收卷控制设备，该收卷控制设备包括互相连接的存储器和处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器执行时，用于实现上述的收卷控制方法。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种收卷系统，该收卷系统包括互相连接的收卷控制设备与收卷电机，收卷控制设备用于控制收卷电机运转，以使得收卷电机的转速或力矩在预设范围以内，其中，收卷控制设备为上述的收卷控制设备。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器执行时，用于实现上述的收卷控制方法。

通过上述方案，本申请的有益效果是：通过接收预设张力值与张力信号进行闭环控制，实现恒张力控制收卷电机，可提高张力控制的精度，能够实现全自动化电子收卷，电子收卷具有排列整齐、收卷均匀、自动化高以及操作方便的优势，避免出现张力过大导致的拉伸变形以及张力过小导致的应力变形，保证收卷质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的收卷控制方法一实施例的流程示意图；

图2是本申请提供的收卷控制方法另一实施例的流程示意图；

图3是图2所示的实施例中步骤25的流程示意图；

图4是本申请提供的收卷控制设备一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的收卷系统一实施例的结构示意图；

图6是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请提供的收卷控制方法一实施例的流程示意图，该收卷控制方法应用于收卷系统，该收卷系统包括收卷电机，该方法包括：

步骤11：接收控制指令，并根据控制指令控制收卷电机运转。

在上电后，可接收控制收卷电机运转的指令，该指令可为操作人员对收卷系统进行操作产生。

步骤12：接收预设张力值，根据预设张力值与采集到的张力信号进行闭环调节，控制收卷电机，以使得收卷电机的转速或力矩在预设范围以内。

张力控制法可分为直接张力控制法和间接张力控制法，直接张力控制法又称反馈控制法，其可分为两种：一种是利用传感器检测实际张力，将测量值作为反馈信号，构成张力闭环系统，即将测量的实际值与预设张力相比较，由偏差产生控制作用，使实际张力与预设张力相等；另一种则是利用活套建立张力，测量活套量，构成活套反馈控制系统，控制活套量恒定，以使得产品的张力恒定。

间接张力控制法又称补偿控制法，它通过对影响张力稳定的参数进行调节，补偿可能出现的张力变化，间接地保持张力稳定，即只设置预设张力值，无需检测器采集张力的实际值，不形成闭环控制，而是通过对电机的电流或励磁电流的控制来间接对张力进行恒定控制，从而使得电机的力矩保持不变，保证张力恒定。

本实施例采用直接张力控制法，在张力开环控制的基础上添加张力反馈调节，可接收操作人员设定的预设张力值，根据预设张力值与采样得到的模拟张力信号进行闭环调节，输出恒定的张力值，保证收卷电机的转速或力矩恒定。

本实施例在收卷电机的运行过程中通过接收预设张力值与张力信号进行闭环控制，相对于传统收卷张力控制而言，可大幅度提高张力控制的精度，能够实现全自动化电子收卷，保证收卷质量，具有排列整齐、收卷均匀、自动化高以及操作方便的优势，收卷电机跟随丝杆往复运动进行收卷操作，可大幅度降低收卷过程中出现的堆边或者欠边情况。

请参阅图2，图2是本申请提供的收卷控制方法另一实施例的流程示意图，该方法包括：

步骤21：接收收卷电机的参数，并进行存储。

该收卷电机的参数包括额定电压、额定电流、额定功率、额定频率或额定转速等控制参数，该收卷控制方法可应用于收卷系统，该收卷系统包括收卷电机、人机交互设备以及收卷控制设备，操作人员可向人机交互设备输入收卷电机的参数，人机交互设备将其转发给收卷控制设备，收卷控制设备将其保存，无需每次开机后都需操作人员来设置参数，同时可保证掉电后仍可使用，无需在掉电后再次设置。

步骤22：接收控制指令，并根据控制指令控制收卷电机运转。

可接收操作人员对人机交互设备进行操控而产生的控制指令，该控制指令包括运行指令、停机指令、故障复位指令或急停指令，在接收到运行指令后，可控制收卷电机运转。

步骤23：接收预设张力值，对张力信号进行采样，得到反馈张力值。

在收卷电机启动后，可接收操作人员通过人机交互设备设置的预设张力值，进行比例积分微分(pid，proportionintegraldifferential)闭环调节，具体如步骤23-26。

步骤24：计算预设张力值与反馈张力值之间的张力偏差。

该张力偏差为预设张力值与反馈张力值之间的差值，可根据张力偏差进行调整，使得输出的张力值逐渐逼近一固定张力值。

步骤25：根据张力偏差进行比例积分微分运算，输出恒定的张力值。

根据采样得到的反馈张力值与预设张力值之间的偏差、比例系数进行比例调节计算，然后根据比例系数、张力偏差以及积分时间进行积分调节计算，最后根据微分时间与比例系数进行微分调节计算，具体如图3所示：

步骤251：利用张力偏差与预设比例系数，计算出比例调节值。

将张力偏差frqpid.error与预设比例系数frqpid.kp相乘，得到比例调节值outp，即outp＝frqpid.kp*frqpid.error。

步骤252：利用预设比例系数、张力偏差以及积分时间，计算出积分调节值。

将预设比例系数frqpid.kp与张力偏差frqpid.error的乘积与积分时间frqpid.ti相除，得到积分调节值outi，即outi＝(frqpid.kp*frqpid.error)/frqpid.ti。

步骤253：利用预设比例系数与微分时间，计算出微分调节值。

将预设比例系数frqpid.kp与微分时间frqpid.td相乘，得到微分调节值outd，即outd＝frqpid.kp*frqpid.td。

步骤254：将比例调节值、积分调节值以及微分调节值叠加，并对叠加结果进行限幅处理，得到输出张力值。

pid输出值pidout的计算公式如下所示：

pidout＝outp+outi+outd

在得到pid输出值后，为了控制输出张力值的大小，可对pid输出值进行限制，当pid输出值大于上限值时以上限值为准，当pid输出值小于下限值时以下限值为准。

在一具体的实施例中，可设置第一预设张力阈值(上限值)与第二预设张力阈值(下限值)的大小，第一预设张力阈值大于第二预设张力阈值；判断叠加结果(pid输出值)是否大于第一预设张力阈值，若叠加结果大于第一预设张力阈值，则输出张力值为第一预设张力阈值；若叠加结果小于或等于第一预设张力阈值，则判断叠加结果是否小于第二预设张力阈值；若叠加结果小于第二预设张力阈值，则输出张力值为第二预设张力阈值；若叠加结果大于或等于第二预设张力阈值且小于或等于第一预设张力阈值，则输出张力值为叠加结果。

在限幅之后，可重复执行步骤24以及步骤251-254，直至输出张力值恒定。

步骤26：对当前反馈张力值与恒定的张力值进行平滑处理，以使得输出张力值在预设时间内由当前反馈张力值达到恒定的张力值。

在计算出输出张力值后，可进行平滑(如斜率线性变化)，实现稳定控制，使得输出的张力值从当前张力值变化到恒定的张力值具有一定的变化时间，防止张力突变；例如，当前张力值为80，恒定的张力值为100，张力值从80变化到100不是瞬间变成100，而是逐渐上升至100，可防止张力值突变引发的故障上报。

在一具体的实施例中，可利用当前收卷电机的角速度与线速度，实时计算出卷径，然后根据当前卷径调整收卷电机的转速或力矩。

进一步地，可将当前收卷电机的线速度v与角速度w相除，实时计算出卷径d，或者利用线速度v与转速n以及卷径d的关系，即v＝πdn，计算出卷径；在生产过程中卷径逐渐变大，收卷电机的输出力矩的大小随卷径变化而变化，卷径越大输出力矩越大，可实时根据计算出的卷径调整收卷电机的转速或力矩，实现稳定的控制；具体地，若收卷电机工作在速度控制模式，则调整转速；若收卷电机工作在力矩控制模式，则调整力矩。

步骤27：判断当前收卷长度是否达到预设长度。

为了判断卷盘是否收满，可实时监控当前收卷长度，然后比较当前收卷长度与预设长度之间的大小关系。

步骤28：若当前收卷长度达到预设长度，则向收卷电机发送停机指令，以控制收卷电机停机。

在收卷电机的运行过程中由于卷径不断变化从而收卷力矩随之变化，在当前收卷长度达到预设长度时，能够自动稳定停机，以便操作人员换盘。

步骤29：若当前收卷长度未达到预设长度，则控制收卷电机继续运转。

收卷电机可工作在力矩控制模式和速度控制模式，当收卷电机工作在力矩控制模式时输出力矩可根据卷径自动调整，当收卷电机工作在速度控制模式时运行频率可随卷径变化而变化，实现输出力矩或运行频率跟随卷径调整。

通过pid闭环控制对张力值进行调整，使得收卷电机接收到的张力值恒定，收卷过程中卷径实时变化，输出力矩跟随调整，从而实现稳定控制，控制效果好，工作效率高；可实现收卷全自动化，运行过程中通过接收预设张力值与反馈张力值进行pid计算，控制精度高；收卷电机全程稳定运行，可对张力值进行平滑，在出现突发性张力变化时不会出现失控或收卷错乱现象；且实现简单，灵活性强，易于操作人员操控。

请参阅图4，图4是本申请提供的收卷控制设备一实施例的结构示意图，收卷控制设备40包括互相连接的存储器41和处理器42，存储器41用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器42执行时，用于实现上述实施例中的收卷控制方法。

本实施例中的收卷控制设备40通过闭环调节可输出恒定的张力值，能够实时调整收卷电机的输出力矩，同时可解决堆边和欠边问题，且具有体积小、重量轻、成本低、控制稳定性高、灵活性强、使用寿命长、故障率低、易操作以及控制简单的优势。

请参阅图5，图5是本申请提供的收卷系统一实施例的结构示意图，收卷系统50包括互相连接的收卷控制设备51与收卷电机52，收卷控制设备51用于控制收卷电机52运转，以使得收卷电机52的转速或力矩在预设范围以内，收卷控制设备51为上述实施例中的收卷控制设备。

收卷系统50还可包括人机交互设备53，人机交互设备53与收卷控制设备51连接，其用于向收卷控制设备51发送预设张力值、控制指令或收卷电机52的参数，人机交互设备53与收卷控制设备51之间的通信方式可为无线通信。

本实施例通过对模拟张力信号进行采样得到反馈张力值，利用反馈张力值与预设张力值进行闭环调节，通过力矩控制或速度控制对收卷电机52进行控制，从而实现收卷，收卷过程中随着卷径不断变换收卷力矩自动调整，确保收卷的稳定性和精度，且能够实现全自动收卷。

请参阅图6，图6是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图，计算机存储介质60用于存储计算机程序61，计算机程序61在被处理器执行时，用于实现上述实施例中的收卷控制方法。

计算机存储介质60可以是服务端、u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。