贝加莱 优化变位卷绕系统及其PCC 测控技术的研究

图i 一dK关系曲线图

　　优化变位卷绕方法把变卷绕比的等角卷绕转换成若干级等卷绕比的精密卷绕，每一级的卷绕比都经过优化选择。优化变位卷绕法将本来连续变化的卷绕比曲线变为由一系列优化选择的恒定卷绕比组成的折线，具有没有重叠、布丝均匀、丝圈稳定、排列紧密和速度波动小等特点。卷装的成形质量好、表观密度高，有利于大卷装的高速卷绕和高速退绕。图2 有是优化变位卷绕的i 一dK关系图。

图2 优化变位卷绕的i 一dK关系图

2优化变位卷绕的数学模型

　　在卷绕比中，最简分数部分X/MR，的分母MR表示一个卷绕周期中的丝层数量。MR愈大，可能出现重叠的时间间隔愈长，重叠的机会愈少。如MR = 5 ，则往复导丝5 次（形成5 个丝层），为一个卷绕周期。在圆柱形卷装端面上，MR值是一个卷绕周期内的折返点数。X表示同一个卷绕周期中相邻丝层的离散状况。
   
　　图3 为两种优化选择的丝圈折返点分布图例，它们的丝圈分布具有良好的离散性。为了提高卷装表观密度而又不出现重叠，绕丝间距需略大于绕在卷装上的长丝最大极限宽度，取绕间距S=k1W（其中：k1为表观密度影响系数；W为卷装上的长丝的最大极限宽度）。

图3 优化选用的丝圈折返点分布图

　　为了减少卷绕速度的波动量，因每分钟往复导丝次数变化引起的卷绕角 的变化应限制在微小的范围内。根据相对运动原理，在每一个卷绕周期内，每分钟往复导丝次数变化而导丝器多移或少移过一段距离，可以看作卷装多转或少转过的一段弧长，即有

　　其中：nR为一个卷绕周期的卷装整转数；nR/MR＝iR为发生重叠时的卷绕比。
　　由此可求得各个优化的卷绕比iN( N＝0 , 1 , 2 , … ，n）为

　　其中：SiR／( 2HM  S ) ＝△iR，即为避免重叠而保持一个绕丝间距S时，卷绕比中相对重叠卷绕比iR应增减的偏离值。由图2 可见，△iR随iR值的大小而有所不同。

　　往复导丝机构的导丝电机转速设定值nmG＝k2m （其中：k2为传动比，取决于往复导丝机构的具体结构），于是

　　式（4 ）即为实现优化变位卷绕的数学模型，结合图2 ，可作出如图4 所示的导丝电机转速设定值nmG随卷绕直径dK变化的关系曲线图。

图4 优化变位卷绕的nmG一dK关系曲线图

3  优化变位卷绕的PCC测控系统设计
 
3 . 1 优化变位卷绕的实现方法

　　图5 为实现优化变位卷绕的机电一体化测控方案。其中，执行机构所接受的指令为导丝电机转速的实际给出值nms，它以式（4 ）确定的nms 为主要依据，同时利用转速传感器检测出导丝电机实际转速nm，并与nms进行比较，将两者之间的本次偏差ei、上一次偏差ei-1、再上一次偏差ei-2通过比例积分微分（PD ）算法，对式（4 ）的nms进行辅助的调整和补充，使整个系统的静动态特性都有所改善。因此，导丝电机转速实时拄制时的实际给出值应为

　　其中：P为比例系数；I 为积分系数；D 为微分系数。

图5 优化变位卷绕系统的机电一体化测控方案

3 . 2 测控系统的硬件设计

　　在实施式（5 ）所要求的检测计算和控制任务时，可应用可编程计算机控制器（PCC ）和变频调速等测控技术进行如图6 所示的优化变位卷绕系统硬件设计。其中，PCC是整个测控系统的核心部分，它选用的是奥地利贝加莱工业自动化公司B&R 2000PCC系列中的B&R 2003PCC及其模块化扩展手段，主要由B&R2003PCC子系列中的CP474CPU主模块DI135 高速数字量输入模块、IF321 RS485 接口模块和IF311 RS232 接口模块等组成。

　　CP474CPU 主模块内含2003 的处理器、100kB 的SRAM 、512kB的Flash PROM 、用于CPU编程和下载程序的RS232 接口、用于联网设计的CAN 接口和4 个CP 插槽。它可固化系统程序，存储设定的卷绕速度为v，最小卷绕角分别为 ，W，k1 , k2 ，空管直径为d0，满筒直径dH和H 等生产现场工艺参数和机械参数，PD 调节的系数，中间变量等，完成有关计算等任务。插入CP474CPU主模块CP 插槽的DI135 模块，具有高速数字量输入的功能，可充分利用其内部4MHZ 高频脉冲信号高速计数器以及CP474 所特有的独立时间处理器单元（TPU）功能，通过数字滤波法实时检测nm，nK、和传动辊转速nT，从而有效地提高测速的精度。插入CP474CPU 主模块CP 插槽的IF321 模块，具有RS485 接口的功能，完成将实际应有的输出信号nmS送至导丝电机变频器FRENIC5000Gll 的RS485 接口，实现优化变位卷绕的过程控制，使导丝电机转速符合图4 所示的非线性目标函数。插入CP474CPU主模块CP 插槽的IF311 模块，具有RS232 接口的功能，用于连接HITECH PWS - 700TSTN 型触摸屏，以进行功能选择、参数设定和状态指示等有关键盘操作和信息显示。一旦完成设置任务，触摸屏亦可处于脱机状态。

3 . 3 测控系统的软件设计