自動糾偏控制系統(tǒng)設(shè)計

張棣 趙建新 梅夢瑤 侯甲童

摘 要：卷材在工藝過程中要始終保持側(cè)面整齊，在卷材處理時需對偏移的卷材進(jìn)行糾正操作。文章設(shè)計了一種自動糾偏控制系統(tǒng)，在物料卷繞過程中，由攝像頭捕獲拾取物料邊沿位置的偏差信號。通過糾偏控制器驅(qū)動多個糾偏輥協(xié)同動作，保證物料直線運(yùn)動。

關(guān)鍵詞：卷材處理；自動糾偏；控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.137

在塑料、橡膠、印刷和鋼鐵等行業(yè)帶狀物品的卷取、放卷過程中，帶材在機(jī)組向前運(yùn)動時，由于前道工序收卷不齊或本機(jī)組中的導(dǎo)向輥偏差和振動以及帶材質(zhì)量分布不均，帶材張力失調(diào)等原因而造成的帶材邊緣或縱向標(biāo)志線與機(jī)組中心線不平行，或偏離希望的位置，這種現(xiàn)象稱為橫向跑偏。橫向跑偏致使帶材多呈“S”形向前運(yùn)動。

出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，會導(dǎo)致設(shè)備無法工作，甚至引發(fā)安全事故。跑偏對生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性有很大影響，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降達(dá)不到工藝要求。為保證生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行，需要在生產(chǎn)線中嵌入自動糾偏控制系統(tǒng)，可以說自動糾偏控制系統(tǒng)是帶材生產(chǎn)中的一個重要組成部分。

目前傳統(tǒng)的糾偏裝置仍采用紅外對管或激光管作為糾偏控制系統(tǒng)傳感器，能夠采集到的位置信息很少，既無法得到精確的位置偏差信號，也無法檢測到物料整體的“S”形走勢，只能依靠單點(diǎn)的光電檢測，控制單個糾偏輥進(jìn)行橫向糾偏。無法得到理想的控制效果。采用CCD攝像頭作為傳感器，能夠獲取物料整體的運(yùn)行走勢，得到精確的偏差信號。同時精確豐富的測量信息也為“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的控制效果提供了良好的前提條件，項目設(shè)計的糾偏裝置可以根據(jù)物料整體的偏移情況進(jìn)行分析，驅(qū)動多組糾偏輥進(jìn)行協(xié)同糾偏，在控制精度和響應(yīng)速度上都有較大的提高，下面介紹自動糾偏系統(tǒng)的設(shè)計方案。

1 自動糾偏控制系統(tǒng)的控制方案

采用攝像頭邊沿監(jiān)測的方式，將位置偏差信號傳遞給糾偏控制器，向機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，通過電機(jī)驅(qū)動絲桿轉(zhuǎn)動帶動螺母糾偏輥，實(shí)現(xiàn)對物料偏移的糾正（如圖1）。

2 硬件整體設(shè)計與各系統(tǒng)單元組成

自動糾偏系統(tǒng)主要由傳感檢測單元、糾偏控制器和糾偏機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、人機(jī)交互模塊四部分構(gòu)成。檢測單元進(jìn)行糾偏信息采集，由控制器發(fā)出指令，機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作糾偏。

嵌入式微處理器：系統(tǒng)采用高性能、高集成度、低成本、低功耗意法半導(dǎo)體公司32位微控制器STM32F103ZET6。

傳感器檢測單元：選用線性CCD攝像頭，具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器能夠準(zhǔn)確檢測物料邊沿的位置，拾取邊沿位置的偏差信號。

人機(jī)交互模塊：配置獨(dú)立按鍵、搖桿按鍵、LCD1602等模塊，便于用戶選擇糾偏工作模式，以及觀察系統(tǒng)運(yùn)行的各項參數(shù)。

電機(jī)及其驅(qū)動電路：驅(qū)動電機(jī)選用42型磁阻式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；具有優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)，可靠性較高。電機(jī)的響應(yīng)由數(shù)字輸入脈沖確定。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器選用TB6600電機(jī)驅(qū)動器，TB6600步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器采用H橋雙極驅(qū)動，適用于機(jī)械控制，3D打印等高精度應(yīng)用領(lǐng)域中。

3 軟件設(shè)計

對于物料糾偏的控制流程制定了如下設(shè)計，首先程序進(jìn)行參數(shù)初始化，在控制過程中可以選擇手動或自動調(diào)節(jié)，出現(xiàn)緊急情況時，可以手動停止系統(tǒng)運(yùn)行。自動調(diào)整時，由攝像頭檢測物料的整體偏離情況，給出偏移信號，控制多個糾偏輥協(xié)同糾偏，手動調(diào)整時，可以通過搖桿按鍵，控制物料的左右移動達(dá)到糾偏的效果（如圖2所示）。

4 總結(jié)

采用CCD攝像頭作為傳感器，能夠獲取物料整體的運(yùn)行走勢，得到精確的偏差信號。同時精確豐富的測量信息也為“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的控制效果提供了良好的前提條件，項目設(shè)計的糾偏裝置可以根據(jù)物料整體的偏移情況進(jìn)行分析，驅(qū)動多組糾偏輥進(jìn)行協(xié)同糾偏，在控制精度和響應(yīng)速度上都有較大的提高。

作者簡介：張棣（1997-），女，黑龍江人，本科，研究方向：電力電子與電力傳動。