本發(fā)明涉及繞卷實(shí)驗(yàn)，特別涉及一種自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)卷繞系統(tǒng)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備難以全面模擬實(shí)際生產(chǎn)中的卷繞過(guò)程，學(xué)生和技術(shù)人員難以獲得實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

2、現(xiàn)有的繞卷實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要由以下幾種結(jié)構(gòu)構(gòu)成：（1）伺服電機(jī)控制：伺服電機(jī)用于精確控制卷繞機(jī)的運(yùn)動(dòng)，包括材料的繞線速度和位置控制；（2）氣動(dòng)張力控制：通過(guò)氣動(dòng)裝置調(diào)節(jié)線材的張力，利用氣壓變化控制張力大小；（3）程序控制：卷繞機(jī)的控制系統(tǒng)通常通過(guò)預(yù)編程的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。操作人員可以根據(jù)需求編寫(xiě)或調(diào)整控制程序，以適應(yīng)不同類(lèi)型的線圈和卷繞工藝。

3、現(xiàn)有繞卷實(shí)訓(xùn)平臺(tái)存在以下問(wèn)題：（1）維護(hù)費(fèi)用高：定期的維護(hù)和維修需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和專(zhuān)用工具，增加了運(yùn)營(yíng)成本。（2）操作復(fù)雜：設(shè)備的操作和設(shè)置需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)，用戶需要經(jīng)過(guò)培訓(xùn)才能熟練使用。（3）學(xué)習(xí)曲線陡峭：用戶需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力來(lái)熟悉和掌握設(shè)備的操作。（4）界面設(shè)計(jì)不友好：部分設(shè)備的用戶界面設(shè)計(jì)不夠直觀，影響操作效率。所以目前市面還沒(méi)有一款類(lèi)似整合高端工藝算法的教學(xué)儀器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，旨在提供整合高端工藝算法的教學(xué)儀器。

2、本發(fā)明提供一種自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)包括：

3、自動(dòng)供料單元，包括放卷端和收卷端，進(jìn)行紙帶的自動(dòng)上下料和輸送以模擬實(shí)際操作中的卷繞；

4、卷繞驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)紙帶的輸送，并調(diào)節(jié)控制紙帶輸送的速度；

5、導(dǎo)向單元，調(diào)節(jié)控制紙帶輸送的角度；

6、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)卷繞過(guò)程中包括的關(guān)鍵參數(shù)，關(guān)鍵參數(shù)包括張力值、紙帶偏移值、色標(biāo)位置值；

7、張力控制單元，結(jié)合監(jiān)測(cè)到的張力值，采用控制算法對(duì)計(jì)算出卷繞過(guò)程的張力值，并依據(jù)該張力值對(duì)紙帶的張力進(jìn)行控制；

8、卷徑計(jì)算單元，結(jié)合紙帶輸送速度、張力值，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整卷繞參數(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)卷徑進(jìn)行計(jì)算；

9、智能控制單元，基于plc和計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)卷繞過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述自動(dòng)供料單元包括放卷輥筒、收卷輥筒、收放卷變頻器、收放卷電機(jī)，所述放卷輥筒通過(guò)收放卷變頻器與收放卷電機(jī)連接構(gòu)成放卷端，所述收卷輥筒通過(guò)收放卷變頻器與收放卷電機(jī)連接構(gòu)成收卷端，所述紙帶的兩端分別纏繞在放卷輥筒和收卷輥筒上，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制收放卷電機(jī)。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述卷繞驅(qū)動(dòng)單元包括牽引輪、牽引輥筒、牽引電機(jī)，所述牽引輪和牽引輥筒貼合連接，所述紙帶經(jīng)過(guò)牽引輪和牽引輥筒之間，所述牽引電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)牽引輪，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制牽引電機(jī)。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述張力控制單元包括張力調(diào)節(jié)輥筒、擺桿、擺桿電機(jī)，所述紙帶卷繞在張力調(diào)節(jié)輥筒上，所述擺桿的一端連接張力調(diào)節(jié)輥筒，所述擺桿的另一端連接擺桿電機(jī)，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制擺桿電機(jī)。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元包括角度傳感器，所述張力控制單元還包括比例閥，所述角度傳感器設(shè)置在擺桿上，所述角度傳感器給plc發(fā)送模擬量，所述plc根據(jù)模擬量和所設(shè)定張力值，進(jìn)行pid控制比例閥以通過(guò)擺桿電機(jī)調(diào)整擺桿的角度。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述張力控制單元中，通過(guò)采用控制算法對(duì)計(jì)算出卷繞過(guò)程張力值的過(guò)程包括：

15、a1.初始階段使用pid控制：在系統(tǒng)啟動(dòng)或參數(shù)初始不確定的情況下，使用pid控制器進(jìn)行張力控制；

16、a2.數(shù)據(jù)采集與模型訓(xùn)練：在pid控制過(guò)程中，采集系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括輸入、輸出和控制信號(hào)，通過(guò)生成模擬數(shù)據(jù)或使用實(shí)際采集的數(shù)據(jù)，獲取誤差、積分、微分值以及對(duì)應(yīng)的最佳pid參數(shù)，將數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，根據(jù)訓(xùn)練集數(shù)據(jù)得出最優(yōu)參數(shù)，輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型中進(jìn)行訓(xùn)練；

17、a3.模型優(yōu)化與調(diào)整：訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型用來(lái)優(yōu)化pid控制器的參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)，計(jì)算確定pid控制器的三個(gè)參數(shù)：比例（p）、積分（i）、微分（d）；

18、a4.在線切換與自適應(yīng)控制：在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)的結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整pid控制器的參數(shù)，或者切換到機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行控制。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元還包括色標(biāo)傳感器，所述色標(biāo)傳感器連接plc，所述色標(biāo)傳感器采集紙帶線速度定時(shí)的布爾信號(hào)，每次對(duì)材料進(jìn)行裁切之前進(jìn)行色標(biāo)抓取并以此為基準(zhǔn)參考確定裁切的位置。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)向單元還包括糾偏儀、糾偏傳感器，所述糾偏儀連接plc，所述糾偏傳感器連接計(jì)算機(jī)并反饋紙帶的偏移方向和偏移量，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)偏移方向和偏移量通過(guò)plc控制糾偏儀調(diào)正紙帶的位置。

21、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，卷徑計(jì)算單元中，結(jié)合紙帶輸送速度、張力值，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整卷繞參數(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)卷徑進(jìn)行計(jì)算的具體過(guò)程包括：

22、b1.數(shù)據(jù)收集：

23、傳感器數(shù)據(jù)：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)收集有關(guān)卷繞過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)，包括張力值、速度；

24、歷史數(shù)據(jù)：分析歷史操作數(shù)據(jù)，以了解不同參數(shù)對(duì)卷繞質(zhì)量的影響；

25、b2.數(shù)據(jù)分析：

26、預(yù)處理：對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和歸一化預(yù)處理，去除噪音和異常值；

27、特征提?。簭臄?shù)據(jù)中提取出關(guān)鍵特征，包括卷繞張力變化、速度波動(dòng)；

28、b3.優(yōu)化算法：

29、建模：建立物理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，得到卷徑隨時(shí)間和卷繞參數(shù)變化的關(guān)系；

30、優(yōu)化方法：使用梯度下降法尋找最優(yōu)的卷繞參數(shù)設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)包括最小化張力波動(dòng)、最大化生產(chǎn)效率的目標(biāo)；

31、b4.實(shí)時(shí)調(diào)整：

32、控制系統(tǒng)：設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)，基于當(dāng)前的卷徑和預(yù)期目標(biāo)，實(shí)時(shí)調(diào)整包括張力和速度的卷繞參數(shù)；

33、預(yù)測(cè)模型：利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)未來(lái)的卷徑變化，并提前調(diào)整參數(shù)；

34、b5.實(shí)時(shí)卷徑計(jì)算:

35、算法設(shè)計(jì)：通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算算法，基于卷繞材料的性質(zhì)和當(dāng)前操作參數(shù)動(dòng)態(tài)計(jì)算當(dāng)前的卷徑；

36、反饋機(jī)制：結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)模型結(jié)果，調(diào)整控制策略，確保卷徑在預(yù)期范圍內(nèi)。

37、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括裁切調(diào)整單元，所述裁切調(diào)整單元包括橫向擺臂、擺臂電機(jī)，所述橫向擺臂連接裁切工位的輥筒，所述擺臂電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)橫向擺臂，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制擺臂電機(jī)，所述橫向擺臂的擺動(dòng)速度與所述卷繞驅(qū)動(dòng)單元的速度同步。

38、本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)計(jì)算機(jī)和plc控制整個(gè)紙帶的上下料、輸送、張力調(diào)節(jié)等，配備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)獲取紙帶過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)，并采用pid控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)紙帶張力、速度和位置的精確控制，滿足自動(dòng)化繞卷電氣布局與教儀控制程序的教學(xué)需求。

技術(shù)特征：

1.一種自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述自動(dòng)供料單元包括放卷輥筒、收卷輥筒、收放卷變頻器、收放卷電機(jī)，所述放卷輥筒通過(guò)收放卷變頻器與收放卷電機(jī)連接構(gòu)成放卷端，所述收卷輥筒通過(guò)收放卷變頻器與收放卷電機(jī)連接構(gòu)成收卷端，所述紙帶的兩端分別纏繞在放卷輥筒和收卷輥筒上，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制收放卷電機(jī)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述卷繞驅(qū)動(dòng)單元包括牽引輪、牽引輥筒、牽引電機(jī)，所述牽引輪和牽引輥筒貼合連接，所述紙帶經(jīng)過(guò)牽引輪和牽引輥筒之間，所述牽引電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)牽引輪，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制牽引電機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述張力控制單元包括張力調(diào)節(jié)輥筒、擺桿、擺桿電機(jī)，所述紙帶卷繞在張力調(diào)節(jié)輥筒上，所述擺桿的一端連接張力調(diào)節(jié)輥筒，所述擺桿的另一端連接擺桿電機(jī)，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制擺桿電機(jī)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元包括角度傳感器，所述張力控制單元還包括比例閥，所述角度傳感器設(shè)置在擺桿上，所述角度傳感器給plc發(fā)送模擬量，所述plc根據(jù)模擬量和所設(shè)定張力值，進(jìn)行pid控制比例閥以通過(guò)擺桿電機(jī)調(diào)整擺桿的角度。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述張力控制單元中，通過(guò)采用控制算法對(duì)計(jì)算出卷繞過(guò)程張力值的過(guò)程包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元還包括色標(biāo)傳感器，所述色標(biāo)傳感器連接plc，所述色標(biāo)傳感器采集紙帶線速度定時(shí)的布爾信號(hào)，每次對(duì)材料進(jìn)行裁切之前進(jìn)行色標(biāo)抓取并以此為基準(zhǔn)參考確定裁切的位置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)向單元還包括糾偏儀、糾偏傳感器，所述糾偏儀連接plc，所述糾偏傳感器連接計(jì)算機(jī)并反饋紙帶的偏移方向和偏移量，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)偏移方向和偏移量通過(guò)plc控制糾偏儀調(diào)正紙帶的位置。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，卷徑計(jì)算單元中，結(jié)合紙帶輸送速度、張力值，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整卷繞參數(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)卷徑進(jìn)行計(jì)算的具體過(guò)程包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括裁切調(diào)整單元，所述裁切調(diào)整單元包括橫向擺臂、擺臂電機(jī)，所述橫向擺臂連接裁切工位的輥筒，所述擺臂電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)橫向擺臂，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)plc控制擺臂電機(jī)，所述橫向擺臂的擺動(dòng)速度與所述卷繞驅(qū)動(dòng)單元的速度同步。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及繞卷實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動(dòng)化繞卷實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。其包括：自動(dòng)供料單元，包括放卷端和收卷端，進(jìn)行紙帶的自動(dòng)上下料和輸送以模擬實(shí)際操作中的卷繞；卷繞驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)紙帶的輸送，并調(diào)節(jié)控制紙帶輸送的速度；導(dǎo)向單元，調(diào)節(jié)控制紙帶輸送的角度；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)卷繞過(guò)程中包括的關(guān)鍵參數(shù)；張力控制單元，結(jié)合監(jiān)測(cè)到的張力值，采用控制算法對(duì)計(jì)算出卷繞過(guò)程的張力值，并依據(jù)該張力值對(duì)紙帶的張力進(jìn)行控制；卷徑計(jì)算單元，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整卷繞參數(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)卷徑進(jìn)行計(jì)算；智能控制單元，基于PLC和計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)卷繞過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制。本發(fā)明能滿足自動(dòng)化繞卷電氣布局與教儀控制程序的教學(xué)需求。

技術(shù)研發(fā)人員：賴周藝,夏林中,王暉,王子旸,龔建軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23