自動糾偏控制系統設計

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面整齊，在卷材處理時需對偏移的卷材進行糾正操作。文章設計了一種自動糾偏控制系統，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。通過糾偏控制器驅動多個糾偏輥協同動作，保證物料直線運動。

關鍵詞：卷材處理；自動糾偏；控制系統

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

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

出現跑偏現象，會導致設備無法工作，甚至引發安全事故。跑偏對生產過程的穩定性有很大影響，造成產品質量下降達不到工藝要求。為保證生產過程的正常運行，需要在生產線中嵌入自動糾偏控制系統，可以說自動糾偏控制系統是帶材生產中的一個重要組成部分。

目前傳統的糾偏裝置仍采用紅外對管或激光管作為糾偏控制系統傳感器，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，只能依靠單點的光電檢測，控制單個糾偏輥進行橫向糾偏。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、準、快”的控制效果提供了良好的前提條件，項目設計的糾偏裝置可以根據物料整體的偏移情況進行分析，驅動多組糾偏輥進行協同糾偏，在控制精度和響應速度上都有較大的提高，下面介紹自動糾偏系統的設計方案。

1 自動糾偏控制系統的控制方案

采用攝像頭邊沿監測的方式，將位置偏差信號傳遞給糾偏控制器，向機械執行機構發出控制信號，通過電機驅動絲桿轉動帶動螺母糾偏輥，實現對物料偏移的糾正（如圖1）。

2 硬件整體設計與各系統單元組成

自動糾偏系統主要由傳感檢測單元、糾偏控制器和糾偏機械執行機構、人機交互模塊四部分構成。檢測單元進行糾偏信息采集，由控制器發出指令，機械執行機構動作糾偏。

嵌入式微處理器：系統采用高性能、高集成度、低成本、低功耗意法半導體公司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、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。該傳感器能夠準確檢測物料邊沿的位置，拾取邊沿位置的偏差信號。

人機交互模塊：配置獨立按鍵、搖桿按鍵、LCD1602等模塊，便于用戶選擇糾偏工作模式，以及觀察系統運行的各項參數。

電機及其驅動電路：驅動電機選用42型磁阻式步進電機。電機旋轉的角度正比于脈沖數；具有優秀的起停和反轉響應，可靠性較高。電機的響應由數字輸入脈沖確定。 步進電機驅動器選用TB6600電機驅動器，TB6600步進電機驅動器采用H橋雙極驅動，適用于機械控制，3D打印等高精度應用領域中。

3 軟件設計

對于物料糾偏的控制流程制定了如下設計，首先程序進行參數初始化，在控制過程中可以選擇手動或自動調節，出現緊急情況時，可以手動停止系統運行。自動調整時，由攝像頭檢測物料的整體偏離情況，給出偏移信號，控制多個糾偏輥協同糾偏，手動調整時，可以通過搖桿按鍵，控制物料的左右移動達到糾偏的效果（如圖2所示）。

4 總結

采用CCD攝像頭作為傳感器，能夠獲取物料整體的運行走勢，得到精確的偏差信號。同時精確豐富的測量信息也為“穩、準、快”的控制效果提供了良好的前提條件，項目設計的糾偏裝置可以根據物料整體的偏移情況進行分析，驅動多組糾偏輥進行協同糾偏，在控制精度和響應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。