基于PLC的張力控制系統(tǒng)的開發(fā)

任勝樂*，陸華，王永章，富宏亞
機(jī)械工程學(xué)系，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱150001，中國(guó)
收稿2006年5月22日，定稿2006年11月22日

摘要
纖維纏繞張力是直接影響纏繞產(chǎn)品的復(fù)合材料成型技術(shù)的重要因素，而張力控制是纖維纏繞技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了一種以可編程邏輯控制器為控制核心，交流電（AC）伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件，半徑跟蹤設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)張力控制系統(tǒng)。對(duì)該張力控制系統(tǒng)的機(jī)制進(jìn)行了分析和建立了數(shù)值模型。對(duì)滾筒半徑補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)有較高的控制精度和控制速度。

該復(fù)合材料的纏繞纖維成分具有重量輕，高強(qiáng)度，高耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，并已廣泛運(yùn)用在航空航天工業(yè)。許多研究表明，不適當(dāng)或不穩(wěn)定的張力導(dǎo)致了纖維傷口成分20％-30％的強(qiáng)度損失。在繞制的時(shí)候，一個(gè)理想的張力控制系統(tǒng)應(yīng)提供穩(wěn)定的和可調(diào)節(jié)的張力。
迄今為止，隨著卷繞機(jī)的發(fā)展，張力控制器經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，即機(jī)械張力控制器，電器張力控制器和計(jì)算機(jī)張力控制器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和較高性價(jià)比的微處理器的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)張力控制器投入使用。微處理器成為了控制系統(tǒng)的核心，從而減少了電子控制系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電路的數(shù)目，提高了可靠性并且能夠應(yīng)用先進(jìn)的控制方法。因此，這種類型的控制器被廣泛使用。
該張力控制技術(shù)正變得成熟，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家規(guī)范性也正在得到改善。不過，中國(guó)的纖維纏繞工業(yè)啟步晚，仍然落后于西方國(guó)家。
機(jī)械張力控制器占具了國(guó)產(chǎn)應(yīng)用張力器的主要部分，但是它低精度和反應(yīng)遲緩，不能滿足張力的需求。因此，本文提出了一種基于PLC的張力控制系統(tǒng)。

1.系統(tǒng)方案的設(shè)置
1.1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
一個(gè)卷繞張力控制系統(tǒng)一般包括三個(gè)主要部分，即放卷部分，加工部分和絡(luò)筒機(jī)部分，它可能還包括測(cè)量和控制部件，輔助運(yùn)輸設(shè)備和負(fù)載電池。絡(luò)筒機(jī)類型和放卷機(jī)類型有可能是兩種驅(qū)動(dòng)器類型，即表面或中心驅(qū)動(dòng)器。表面驅(qū)動(dòng)意味著滾筒或皮帶是在蜿蜒的材料表面并且驅(qū)動(dòng)力是通過摩擦產(chǎn)生的。中心驅(qū)動(dòng)將在卷軸的中心軸上面設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。那里的線速度和纖維纏繞張力隨卷軸的半徑變化而變化，導(dǎo)致所謂的“滾動(dòng)厚”。“滾動(dòng)厚”的現(xiàn)象使張力控制非常復(fù)雜，但是由于它廣泛的適用性，所以中心的驅(qū)動(dòng)模式被廣泛應(yīng)用，。