自动纠偏控制系统设计

张棣 赵建新 梅梦瑶 侯甲童

摘 要：卷材在工艺过程中要始终保持侧面整齐，在卷材处理时需对偏移的卷材进行纠正操作。文章设计了一种自动纠偏控制系统，在物料卷绕过程中，由摄像头捕获拾取物料边沿位置的偏差信号。通过纠偏控制器驱动多个纠偏辊协同动作，保证物料直线运动。

关键词：卷材处理；自动纠偏；控制系统

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

在塑料、橡胶、印刷和钢铁等行业带状物品的卷取、放卷过程中，带材在机组向前运动时，由于前道工序收卷不齐或本机组中的导向辊偏差和振动以及带材质量分布不均，带材张力失调等原因而造成的带材边缘或纵向标志线与机组中心线不平行，或偏离希望的位置，这种现象称为横向跑偏。横向跑偏致使带材多呈“S”形向前运动。

出现跑偏现象，会导致设备无法工作，甚至引发安全事故。跑偏对生产过程的稳定性有很大影响，造成产品质量下降达不到工艺要求。为保证生产过程的正常运行，需要在生产线中嵌入自动纠偏控制系统，可以说自动纠偏控制系统是带材生产中的一个重要组成部分。

目前传统的纠偏装置仍采用红外对管或激光管作为纠偏控制系统传感器，能够采集到的位置信息很少，既无法得到精确的位置偏差信号，也无法检测到物料整体的“S”形走势，只能依靠单点的光电检测，控制单个纠偏辊进行横向纠偏。无法得到理想的控制效果。采用CCD摄像头作为传感器，能够获取物料整体的运行走势，得到精确的偏差信号。同时精确丰富的测量信息也为“稳、准、快”的控制效果提供了良好的前提条件，项目设计的纠偏装置可以根据物料整体的偏移情况进行分析，驱动多组纠偏辊进行协同纠偏，在控制精度和响应速度上都有较大的提高，下面介绍自动纠偏系统的设计方案。

1 自动纠偏控制系统的控制方案

采用摄像头边沿监测的方式，将位置偏差信号传递给纠偏控制器，向机械执行机构发出控制信号，通过电机驱动丝杆转动带动螺母纠偏辊，实现对物料偏移的纠正（如图1）。

2 硬件整体设计与各系统单元组成

自动纠偏系统主要由传感检测单元、纠偏控制器和纠偏机械执行机构、人机交互模块四部分构成。检测单元进行纠偏信息采集，由控制器发出指令，机械执行机构动作纠偏。

嵌入式微处理器：系统采用高性能、高集成度、低成本、低功耗意法半导体公司32位微控制器STM32F103ZET6。

传感器检测单元：选用线性CCD攝像头，具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。该传感器能够准确检测物料边沿的位置，拾取边沿位置的偏差信号。

人机交互模块：配置独立按键、摇杆按键、LCD1602等模块，便于用户选择纠偏工作模式，以及观察系统运行的各项参数。

电机及其驱动电路：驱动电机选用42型磁阻式步进电机。电机旋转的角度正比于脉冲数；具有优秀的起停和反转响应，可靠性较高。电机的响应由数字输入脉冲确定。 步进电机驱动器选用TB6600电机驱动器，TB6600步进电机驱动器采用H桥双极驱动，适用于机械控制，3D打印等高精度应用领域中。

3 软件设计

对于物料纠偏的控制流程制定了如下设计，首先程序进行参数初始化，在控制过程中可以选择手动或自动调节，出现紧急情况时，可以手动停止系统运行。自动调整时，由摄像头检测物料的整体偏离情况，给出偏移信号，控制多个纠偏辊协同纠偏，手动调整时，可以通过摇杆按键，控制物料的左右移动达到纠偏的效果（如图2所示）。

4 总结

采用CCD摄像头作为传感器，能够获取物料整体的运行走势，得到精确的偏差信号。同时精确丰富的测量信息也为“稳、准、快”的控制效果提供了良好的前提条件，项目设计的纠偏装置可以根据物料整体的偏移情况进行分析，驱动多组纠偏辊进行协同纠偏，在控制精度和响应速度上都有较大的提高。

作者简介：张棣（1997-），女，黑龙江人，本科，研究方向：电力电子与电力传动。