卷徑計算系統程序設計

趙 琦，秦玉成

（桂林電器科學研究院有限公司，廣西桂林 541000）

卷徑計算系統程序設計

趙 琦，秦玉成

（桂林電器科學研究院有限公司，廣西桂林 541000）

卷徑計算塊的原理來自于公式：D=1 000*V/Nπ。生產線運行過程中，運用卷徑計算塊得出實時的卷徑數據來決定收卷軸當前的基礎速度，以便控制收卷速度和生產線速度同步。

卷徑計算塊；速度；減速比；物品厚度

1 原理概述

1.1 程序塊說明

EN：卷徑計算使能信號，用于判斷是否進行卷徑計算。在生產線運行過程中，在某些特定條件下是不需要或者不能進行卷徑計算的。

Vset：生產線線速度，往往取自線速度比較穩定而且跟卷取物品速度較匹配的值。

Nact：收卷軸電機實時轉速。

Igeer：減速比，該減速比是由電機軸到收卷卷芯的速比。

Dmax：生產線最大卷徑，用于限制卷徑最大值。

Dcore：卷芯直徑，該值為收卷軸的初始卷徑，限制最小卷徑值。

Vmax：生產線最大速度，用于計算最大的卷徑變化時間。

d：收卷物品厚度，卷徑變化量的原始依據。

RST：復位信號，當需要復位卷徑時觸發該信號。

COM_T：卷徑變化用的定時器。

Dact：由實時速度值和電機轉速值得出的瞬時卷徑。

Dsave：卷徑實際值。在單位時間內幾個瞬時卷徑值得出的卷徑實際值。

1.2 卷徑計算的原理

卷徑計算、卷徑補償功能

對電動機必要的轉矩＝①張力轉矩＋②加減速轉矩＋③機械損失轉矩

①張力轉矩＝F×D/2

②加減數轉矩＝J×（dVrot/dt）（J∝D）

③機械損失轉矩＝實地測量

1.3 計算卷徑的三種方法

1.3.1 速度計算法

通過系統當前線速度和變頻器輸出頻率計算卷徑。

其公式如下：D=（i×V）/（π×n）D所求卷徑I機械傳動比n電機轉速V線速度當系統運行速度較低時，材料線速度和變頻器輸出頻率都較低，較小的檢測誤差就會使卷徑計算產生較大的誤差，所以要設定一個最低線速度，當材料線速度低于此值時卷徑計算停止，卷徑當前值保持不變。此值應設為正常工作線速度以下。多數應用場合下的變頻器都使用這種方法進行卷徑計算。

1.3.2 厚度積分法

根據材料厚度按卷筒旋轉圈數進行卷徑累加或遞減，對于線材還需設定每層的圈數。“度積分法”的公式，即根據材料厚度按卷筒旋轉圈數進行卷徑累加或遞減，對于線材還需設定每層的圈數的公式。這種方法計算要求輸入材料厚度，若厚度是固定不變的，可以在變頻器中設定。若厚度是需要經常變化的，需要通過人機界面HMI或智能儀表將厚度信號傳送到PLC，由PLC或儀表進行運算后再傳送給變頻器。這種計算方法可以獲得比較精確的卷徑。

1.3.3 模擬量輸入

當選用外部卷徑傳感器時，卷徑信號通過模擬輸入口輸入給變頻器。由于卷徑傳感器的性能、價格、使用環境等原因，在國內鮮有使用。

2 程序塊說明

在程序中采用速度計算法。

母卷的直徑由收卷機西門子的PLC在程序中計算，程序每100ms運行一次。公式如下：

D=（Dm-De）* k+DDe式中：D直徑；Dm直徑測量值；De估計的直徑；k系數（0.03）。其中直徑測量值按如下公式得到：Dm=Vl*Dmin/Vw 式中：Vl生產線速度；Vw收卷卷芯速度；Dmin 最小半徑，即卷芯直徑，450mm。

直徑估計值按如下公式計算：

De=D’+ΔD；ΔD=2*ΔR=2*Vtdo*δ/（D’ *π*ρ* 600）式中：D’上次程序運行周期計算得到的直徑；ΔD本程序運行周期直徑的增量；ΔR本程序運行周期半徑的增量；Vtdo TDO車速；δ當前厚度；ρ收卷密度。

收卷密度的計算公式：ρ=Sf/（Sm-Sc）=l*δ/[（D2-Dmin2）π/4]* 100%式中：ρ收卷密度；Sf薄膜的縱向端面面積；Sm母卷的端面面積；Sc輥芯面積。

只有當線速度大于1m并且卷芯運行卷徑計算才使能。通過卷芯直徑×18.849 54÷最大帶速計算出采樣間隔時間。把時間值轉換為浮點型。用變頻器通過總線送回來的電機轉速除以電機到卷芯之間的減速比，得到卷芯的實際的轉速，用生產線運行的線速度除以卷芯轉速，再除以圓周率，就得到瞬時當前收卷軸實際卷徑。每隔一轉計算一次當前瞬時卷徑，每次取最后5次瞬時半徑平均值作為當前卷徑實際值。

3 結束語

經過實際測試，通過PLC程序計算的卷徑誤差很小，在實際生產中有很好的應用價值。通過自己編寫程序來計算卷徑有很大的自由度，可以在實際觀察中進一步完善程序，而且可以對不同的產品和設備量身定做適合的程序，這樣就可以滿足不同的環境要求。

[1]童朝南，紀智，彭開香，等.卷曲張力控制新方法[J].北京科技大學學報，2002，（24）.

[2]賈前鳳，高新宇，瞬時卷徑計算及PLC應用[J].一重技術，2002，（03）：44-45.

Program Design of Coil Diameter Calculation System

Zhao Qi，Qin Yu-cheng

The principle of the coil diameter calculation block is derived from the formula：D=1000*V/Nπ。Operation of production line，using the volume diameter calculation block，the real-time volume data is obtained to determine the current base speed of the reel，in order to control the rolling speed and the speed of production line.

Coil diameter calculation block；Speed；Reduction ratio；Item thickness

TP273.5

B

1003–6490（2016）04–0252–01

2016–04–02

趙琦（1987—），男，山東濱州人，助理工程師，主要從事設計研發工作。