Page 51 - 《橡塑技术与装备》2019年16期（8月下半月塑料）

新技术与新产品 林德坡 等·中心收卷在农膜机上的控制技术

3.1 卷径计算
如图 4 所示，该功能块中，enable 是整个功能块
的开关 #holdDiameter 为保持当前卷径 ； SetDiameter
为复位当前卷径 ； diameterSetValue 为最小卷径位置
值； lineVelocity 为当前实际牵引速度 ； shaftSpEed
为当前电机的角速度 ； MinDia 为最小卷径值 ；
MaxDia 为最大卷径值 ； diameter 为计算输出当前实
际卷径，收卷过程中，角速度 w、线速度 v 和卷径 D
的关系如下 : v=D/2w ；该功能块的主要作用就是通过
角速度 w 和线速度 v 之间的关系，设定最大卷径和最
小卷径的参考值，得出设备当前运行中的实际卷径 ,
将其实际卷径传输至力矩计算模块中，得出当前控制
力矩值。

图 3 中心 + 表面收卷式收卷机机械结构图

2 中心收卷的控制原理
中心收卷主要是采用力矩模式张力闭环控制的
控制模式，通过变频器的力矩模式直接控制电机的输
出扭矩。在前端张力恒定的控制下，随着收卷卷径的
增大，输出扭矩也是随之增大的 ；收卷过程中，输出
力矩 T、张力 F、半径 R、直径 D 关系如下 ： T=FR ；
PLC 可以通过编码器获得电机的转速以及整机线速度
的关系，计算出当前膜卷的卷径。根据当前的张力设
定值和当前卷径给出力矩给定值，输出给变频器，控
制电机转矩，使电机输出符合工艺要求的当前的扭矩，
从而控制膜卷的收卷张力，使得前端张力保持恒定不
变 ；实际使用过程中，考虑制品性能及收卷工艺等要
求，通常都使用锥度张力控制，使收卷时不同卷径对
张力的要求不同，通常随着膜卷直径变化薄膜表面张
力按锥度要求衰减，由于受力矩控制精度的限制，普
通变频力矩控制方式下，直径变化范围不能太大，一
般在 5 以下 [2] 。
图 4 卷径计算功能模块图
3 中心收卷的控制程序设计
3.2 力矩计算
控 制 程 序 硬 件 结 构 由 西 门 子 S7-1215c CPU 和
如图 5 所示，该功能块中，enable 和 torqueOn
G120 系列变频器（240E-2 系列功率单元搭配 250S
都需要保持触发阶段，enable 是整个功能块的开关，
系列控制单元）组成 ；编程软件为西门子博图软件，
系统使用 PROFINET 现场总线网络，将变频器，HMI torqueOn 是力矩计算功能的开关 ； driverspeed 为当
前中心电机的角速度 ； diamActVal 为当前膜卷的实际
及 PLC 等连接在一起，实现实时控制与信息交换 . 程
卷径 ； tensionSetpoin 为中心锥度张力设定，density
序结构先通过 FB 功能块进行封装，在由 FC 功能块
为当前材料的密度 ； diamMin 为收卷参考最小卷径 ；
进行调用。程序结构主要分为卷径计算，力矩计算，
diamMax 为收卷参考最大卷径，width 为当前膜卷
PID 控制等组成。

年
2019 第 45 卷 ·29·