成型机是同步带生产中的重要设备。同步带
的生产工艺过程为:先令排线卷筒作低速运转并
人工在排线卷简表面绕贴一层橡胶(即包胶操
作);而后排线卷简作高速运转并由排线控制机构
根据当前的排线卷简速度和设定的排线间距,在
橡胶层上进行间距均匀且张力稳定的排线;排线
结束后,排线卷筒再作低速运转,在已经排线的原
橡胶层上人工再次包胶。由于不同产品的线绳根
数(单根或双根)、线绳直径和线绳间距均不相同，
要求排线控制系统的排线间距可调范围大、排线
均匀,因此,基于张力-速度协调控制的高性能排
线技术成为同步带成型机的核心技术。
目前国内不少厂家生产同步带的成型机仍采
用单台异步电动机传动、机械式同步排线,即机械
式齿轮换档的方法进行排线间距调整。这种方式.
可调范围小、操作不便且适应面较窄。国外引进
及类似的国产成型机控制系统的执行机构多为直
流电机[-5],在同步带生产过程中实施包胶操作
时,电机处于频繁启/制动和正/反转状态,且生产
环境湿度高、粉尘多,使直流电机故障率较高。
本课题组于2001年研制了同步带成型机控
制系统,曾先后推出RLM2001-A和RLM2001-B
系统[6],这些系统因造价低且运行稳定而获得用
户的好评,适用于中小型生产厂。这些系统中的
主电机均采用固定转速或变极式的双速开环运行
方式,因而成本较低。但由于多数乡镇企业的电
网电压波动很大,影响了卷简速度的稳定,对整机
的应用也造成一定的影响。另外,由于主电机的
启/制动过程不受控制,动态过程对排线控制也有
一定扰动。为提高同步带成型机的性能,在原有
技术的基础上,采用张力-速度协调控制系统进行
了改进设计,本文做简单介绍。
1系统组成
麦高迪MEGADYNE同步带成型机的张力-速度协调控制系统结
构如图1所示。该系统的排线卷简速度采用闭环
式变频调速控制,以保证主电机M1速度的稳定.
与运行精度,并可对升/降速及正/反转的动态运
行进行灵活控制,以提高排线性能和张力-速度协
调控制性能;PG为安装在主电机M1轴上的光电
编码器;控制与驱动机构主要由步进电机细分驱
动器和排线控制器等组成，可对两线绳的放卷张
力控制器进行使能控制与动态速度补偿控制,进
而提高整机的张力-速度协调控制性能;步进电机
M2通过滚珠丝杠带动导线轮上的绕线头进行横
向排线运动;左限位和右限位霍尔接近开关用于
排线的起点和终点的检测控制,此外还在两霍尔
接近开关的外侧各安装--个机械行程开关进行安
全保护;该系统在排双线时,放卷简1和2的纤维
线绳在导引辊处汇合,两线绳的放卷张力控制系.
统可保证汇合前线绳张力的相对稳定。该系统的
功能主要有:线速度设定;线速度的动态升/降规律
及升/降时间选择(如选择线性或S型等)。线绳张
力设定;排线间距设定;排线方向设定;排线模具卷
简直径设定;排线模具卷简宽度设定:自动/手动选
择;当前线速度显示:当前各线绳张力显示:各单元
运行状态显示i加工周期结束或其它报警等。
2硬件结构
具有张力-速度协调功能的排线控制器硬件
结构如图2所示。其核心是单片机W77E58,人
机界面由基于SPI申行总线可支持8个LED数
码管和多个功能健的ZLG7289芯片为主组成,用
于运行参数和运行状态的显示及系统主要操作:
光电隔离输人通道由6N136与施密特触发器组
成,低通滤波输出通道由RC电路与运放跟随器
组成,MC1413芯片起拓展驱动能力的作用。图
2所示的控制器集中了对主机运行速度的设定和
控制及基于S型动态升/降速曲线的计算，输出的
是模拟量电压信号。步进电机的排线控制信号主
要为运行脉冲信号.运行方向信号和工作/暂停信
号等。两线绳放卷张力系统间协调控制主要包
括:通过单片机数字量接口与MC1413芯片对张
力控制器进行使能控制,通过RS232串口对张力
控制器进行张力设定与检测的通信,这两种控制
均可在控制器上进行数字显示,还可与监控级计
算机进行基于RS232接口的通信。
3张力-速度协调 控制
3.1排线速度 与主电机卷筒线速度的关系
设排线卷筒直径为D,排线线距为1,卷简线
速度与排线速度分别为功和功.主电机MI转速
控制电压为U,卷简转速为用,滚珠丝杠螺距为
围2张力速度协调控制系统排成控制器硬件结构
m步进电机的运行频率为f:.脉冲当量为8.则.
动一πDm;
让- lun/πD
J: = lov/60rD8
3.2主电机速度 的升/降规律及升/降时间
(1)线性升/降速
分析表明，主机的动态升/降連以线性规律进
行,速度突变值较大时。两线绳的放卷张力控制系
统将产生很大的扰动.特别是在频繁变速的情况
下.很难实现恒张力控制,同步带性能也会受到很
大的影响。因此,为适应類繁变速的情况,需采用.
S型升/降述。
(2)5型升/降速
基于非线性余弦规律的s型升/降速的一般
算法为:
速度上升时
v(t)■
据+
. A0
-(1-cos") 0≤l≤1,
lu +Ow” t≥1, .
4,=ts
Au"
速度下降时
u+
Aw
-(1-cos平) 0≤i≤1
v(t) =
2
据+00i° 1≥t
自=tN
00"
式中心一当前 速度给定值:
ou,"一升 速时将要调整的值(Ov" >0);
On'一降速时将要 调整的值(Oui" <0),
t,-.上升时间:
ta一上升时间额定值:
1--下降时间;
te-下降时间 额定值:
vi.-速度 ***大设定值。
b--线绳放 卷简寬度;
(3)额定升/降速时间
μ--滚动摩擦因数;
升/降速时间越短,对放卷张力的影响越大，
J--磁粉制动器的惯量;
反之,则对放卷张力影响越小,但会延长加工周期
Jo- -放卷轴转轴惯量;
并进而影响生产效率。因此,应综合考虑，在优化
g-重力加速度。
设计线绳放卷张力系统的抗干扰能力前提下尽量
由公式可知,线绳放卷张力受线速度变化率
缩短升/降速时间,以达到缩短排线加工周期、提
与线速度.线绳卷直径变化的影响较大。为实现
商生产率的目的。
平稳的张力-速度协调控制，主要采取以下措施:
(4)排线加工周期(t, )与降速时刻(4)
(1)采用S型升/降速,以降低速度变化率;
t. = l/功
(2)在张力控制器中对速度变化率和速度等
& =t.-t
进行前馈补偿控制;
3.3 放卷张力与主电机线速度的协调控制
(3)张力控制器的调节参数对线绳卷半径具
线绳放卷张力控制系统结构如图3所示。
有模糊自整定功能,半径值可由放卷轴转速与主
电机线速度的信号求取;
线蠲放卷
(4)设定主机暂停时对线绳放卷张力控制器
输出力矩的锁定功能。
4结语
使用基于张力速度协调控制系统后,同步带
主电机测速
成型机具有自动化程度高、各子系统间自动协调
霍尔开关
能力强.运行不受电网电压波动的影响、张力控制
精度高、排线均匀等特点,由于该系统还增加了故
mu
张力控制器
7接排线控制器
障诊断与保护功能.如线绳放卷即将断料的报騖
及相应的自动保护动作等,大大提高了同步带成
圈3线绳放卷张力控制系统示意
放卷张力(F)与主电机线速度(v)间的协调
型机运行的可靠性。
控制关系如下式所示:
参考文献:
F=克(T。+k +ko +k,R2)
[1]张惠敏引进西亳的v帶成型.切割打麋机介绍[J].特种橡
胶制品.1994,15(4)134-41.
k一[5+J+融(R*-警门
[2]曾宪奎.多功能V带成型机结构及性能特点[].橡胶工业，
1996,43(4) 1244-246.
kp=
le -要(3R' +层)]
[3]刘安祥新型传动带橡胶同步齿型带结构特点及制造工艺及
设备[J].橡胶技术与装备,000.264)+20-23.
k; = xboug
[4]张传智橡胶同步带的损坏形式及改进槽施[J].橡胶工业，
式中R一- 线绳卷半径;
1996.43(3) 182-184.
Ro--线绳卷 轴轴芯半径;
[5]曾充重,朱国有设备工艺因素对v带性能的影响[J].橡胶
工业199,46(10) +615-618.
T.---磁粉制动器输出的制动力矩;
[6]杨娅君,陈德传,周晓辉.传动带成型机排线控制系统[].橡
0--线绳线密 度;
胶工业,2003,50(6).370-372.
h-- -线绳直径;