术语解释：
1.角位移传感器:该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器（LVDT）的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围绕出厂预置的零位移动±60（总共120）度。此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。转子的非接触式电磁耦合使产品具有无限的分辨率，即绝对测量精度可达到零点几度。
2.比例阀:是一种新型的液压控制装置。在普通压力阀、流量阀和方向阀上，用比例电磁铁替代原有的控制部分，按输入的电气信号连续地、按比例地对油流的压力、流量或方向进行远距离控制。比例阀一般都具有压力补偿性能，输出压力和流量可以不受负载变化的影响
3.调偏压轮：是一种经常使用在皮带调偏上的压轮，当压轮压着皮带运行时，会对皮带产生侧向力，使皮带侧向运动，达到皮带调偏目的；侧向力的大小与压轮的气压有关，气压越大，侧向力越大，气压越小，侧向力越小。
技术领域
本控制技术涉及一种带角位移传感器、比例减压阀和气动调偏压轮的皮带调偏控制方法。该控制方法使用于中密度纤维板和刨花板生产线的铺装成型长皮带上，可以检测和控制长皮带的跑偏。由于角位移传感器和比例阀都采用了连续模拟量控制，这样就有条件使皮带两侧调偏压轮始终有最低的压力压在皮带上，并通过控制调偏压轮压力的变化，来达到调偏目的。这种调偏方法有以下几个有优点：
提高了皮带调偏的控制精度，减少了铺装成型长皮带的跑偏率。
减少了压轮频繁下压造成皮带横向来回振荡，延长了皮带的使用寿命。
减少了皮带上板坯横向结构的破坏，提高了成品板的质量。
由于皮带控制精度的提高，确保板坯以最小偏离生产线中心线的位置进入压机，提高了压机压制板坯的质量，也间接减少了压机钢带跑偏的概率。
二、背景技术
中密度纤维板和刨花板生产线上铺装成型的长皮带原先采用的是开关量的调偏控制方法，即用开关量角位移传感器和开关量阀来控制，随着生产速度的不断提高，经常出现以下几种现象：
1.长皮带调偏精度差，调偏范围变大，很难达到完美的调偏效果，甚至经常跑偏报警，增加了停机时间，影响了生产的连续性，并有可能造成设备损坏的严重后果；另外由于长皮带的大范围跑偏，长皮带上的板坯也随之偏离中心线，使板坯以远离生产线中心线的位置进入压机，直接影响后面板坯的压制和成品板的质量，造成压机钢带的严重跑偏，甚至造成设备损坏。
2.由于开关量控制，调偏压轮频繁下压，使皮带横向来回振荡，容易破坏皮带上板坯的横向结构，降低了成品板的质量，另外皮带的使用寿命也较短。
因此，原有长皮带的开关量调偏方法已无法满足目前高速生产要求，急需有新的方法去替代，来满足生产和工艺的要求。
三、解决的技术问题
本控制技术涉及一种带角位移模拟量传感器、比例阀和调偏压轮的皮带调偏控制方法。该控制方法使用于中密度纤维板和刨花板生产线的铺装成型长皮带上，可以检测和控制皮带的跑偏。本控制方法解决了以下几个技术问题：
1.长皮带调偏精度差，调偏范围变大，影响后工段压机板坯压制的质量，易造成压机钢带的跑偏。
解决方法：原有的开关量角位移传感器改成模拟量传感器；普通开关阀改成模拟量控制的比例减压阀。由于都采用了连续模拟量控制，所以其控制精度得到了很高的提升，减少了长皮带的跑偏量和跑偏报警率，提高了后工段压机压制板坯的质量，减少了压机钢带的跑偏，更好地满足了生产工艺对生产高速性、连续性的要求，减少了设备的停机率，降低了生产成本。
跑偏量比较：
原先开关量控制---皮带跑偏左右范围超过±5mm,甚至达到±10mm.
目前模拟量控制---皮带跑偏左右范围在±5mm内。
2.由于开关量控制，调偏压轮频繁下压，使皮带横向来回振荡，容易破坏皮带上板坯的横向结构，降低了成品板的质量，另外皮带的使用寿命也较短。
解决方法：由于角位移传感器和比例阀都采用了连续模拟量控制，这样就有条件使皮带两侧调偏压轮始终有最低的压力压在皮带上，并通过控制调偏压轮压力的变化，来达到调偏目的。这种控制方法使皮带调偏更平稳，解决了由于开关量控制，调偏压轮频繁下压，使皮带横向来回振荡的问题，也降低了对皮带上板坯的横向结构的破坏，提高了成品板的质量，同时也延长了皮带的使用寿命。
四、技术方案
本控制技术方案（如下附图1所示）为：一种带角位移模拟量传感器（4）、比例减压阀（1）和皮带压轮（2）的皮带调偏控制方法，该角位移传感器（4）固定在长皮带(3)的一侧，并以一定的弹簧力始终压着皮带边缘，其目的是让角位移传感器随着皮带边缘一起移动。随着长皮带的运行，皮带会发生左右偏移，也会带动角位移传感器（4）的转动，并发出角位移信号到PLC。在PLC里，根据角位移信号，我们就可以计算出皮带的实际偏移量，通过P控制环可以得到一个调偏量，调偏量通过模拟量模块输出去控制减压比例阀（1），来调节皮带两侧的气动压轮（2）的压力，以此来达到纠正皮带跑偏的目的，同时还可以起到皮带极限保护功能。
其控制方法的改进点：
改进前（如下附图4）：角位移传感器采用4点开关量输出（1个右调偏启动点、1个左调偏启动点、1个右跑偏报警点、1个左跑偏报警点）。
调偏压轮气阀为普通开关阀，1个开关量控制点。
控制精度--±10mm。
改进后（如下附图5）：角位移传感器采用4-20毫安的模拟量输出信号。
调偏压轮阀采用4-20毫安的模拟量输入信号。
控制精度--±5mm。
由于角位移传感器和比例减压阀都采用了连续模拟量控制，所以其控制精度较高，极大地减小了皮带的调偏量，避免了皮带的来回强力振荡，达到了完美的调偏效果。另外由于角位移传感器和比例阀都采用了连续模拟量控制，这样就有条件使皮带两侧调偏压轮始终有最低的压力（本例为2pa）压在皮带上，并通过控制调偏压轮压力的变化，来达到调偏目的。这种控制方法使皮带调偏更平稳，解决了由于开关量控制，调偏压轮频繁下压，使皮带横向来回振荡的问题，也降低了对皮带上板坯的横向结构的破坏，提高了成品板的质量，同时也延长了皮带的使用寿命，更好地满足了生产工艺对生产连续性的要求。
五：控制装置实物附图说明
附图1：皮带调偏控制实物图
1：比例减压阀 2：气动调偏压轮 3: 铺装成型长皮带 4: 角位移传感器
六、控制方案的详细阐述
附图2：皮带调偏控制硬件说明图
附图3：皮带调偏控制示意图
附图4：原先开关量皮带压轮调偏控制轴示意图
附图5：目前模拟量皮带压轮调偏控制轴示意图
控制装置硬件结构(如上附图2)说明：
1．通过一根Profinet总线，连接PLC控制柜和从站箱，使它们能够进行数据通讯。
2．上位机和PLC之间通过以太网连接，进行数据交换。
3．角位移传感器连接到现场从站箱，检测皮带的偏移位置。
4． PLC控制柜中的CPU ，安装一台SIMATIC S1516。。
5．从站箱放置在相应设备附近，箱中安装一个ET200S的现场从站，其I/O输入输出模块连接操作箱上的按钮、现场的传感器和阀。
6．角位移传感器安置在皮带的一侧，通过屏蔽电缆与从站箱里的模拟量输入模块相连，用于测量皮带的跑偏位置，模拟量信号为4-20毫安，对应角位移传感器±60度。
7．左右气动减压比例阀安装在相应左右调偏压轮旁，分别通过屏蔽电缆与从站箱里的输出模块相连，用于控制左右压轮的气压（信号为4-20毫安，对应压力为0-6bar）。
控制装置原理(如上附图2、3)说明：
首先，在皮带运行前通过上位机上的零位校验按钮校验角位移传感器的零位值，使角位移的零位值与皮带的中心值相对应，这样皮带的偏移值就能通过角位移的实际角度值来反映出来。当长皮带在运行时，皮带跑偏侧移带着角位移传感器转动，传感器发出角度信号给PLC。PLC根据这个角度信号与零位作比较计算出一个偏移量，再通过P控制环得出一个调偏量（P值大小决定气压线的斜率），这个调偏量再加上最低压力偏置值（OFF-SET,本案例为2bar）得到一个最终调偏量值，由这个最终调偏量值去控制左右两侧减压比例阀，从而控制左右两侧的压轮压力，达到精确调偏的目的。
如上面附图5所示，角位移值输入与左右比例阀输出的函数关系如下：
当皮带右偏时，即X(角位移值)>0时
Y(左比例阀值)=offset+P*|X(角位移值)| { 0度<X(角位移值)<60 度 ;offset <Y(左比例阀值)<6bar}
Y(右比例阀值)=offset { offset <Y(右比例阀值)<6 bar }
当皮带左偏时，即X(角位移值)<0时
Y(右比例阀值)=offset+P*|X(角位移值)| { 0度<X(角位移值)<60 度 ;offset <Y(右比例阀值)<6 bar }
Y(左比例阀值)=offset { offset <Y(左比例阀值)<6 bar }
在上位机上，有3个与调偏有关的值可以看到，一个是皮带跑偏实际角度值，一个是左比例阀控制值，一个是右比例阀控制值，这三个值中任何一个值有问题时（如超出极限、传感器故障等），上位机上相应的值就会红色闪烁，表示存在调偏报警或故障。
此控制方法由于采用了连续模拟量控制，所以其控制精度较高，极大地减小了皮带的调偏量和跑偏报警率，提高了后工段压机压制板坯的质量，减少了压机钢带的跑偏，减少了设备的停机率。另外由于角位移传感器和比例阀都采用了连续模拟量控制，这样就有条件使调偏压轮始终有最低的压力压在皮带上，并通过控制调偏压轮压力的变化，来达到调偏目的。这种控制方法由于皮带两侧始终有压力压着，使皮带调偏更平稳，解决了由于开关量控制，调偏压轮频繁下压，使皮带横向来回振荡的问题，也降低了对皮带上板坯的横向结构的破坏程度，提高了成品板的质量，同时也延长了皮带的使用寿命，更好地满足了生产工艺对生产线高速连续的要求，降低了生产成本。
参考文献
1 : 许翏 ，王淑英 电器控制与PLC控制技术 机械工业出版社 2005.5.1
2：西门子编程软件 TIA PORTAL V14 西门子公司
论文作者:徐 津
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/27
标签：皮带论文; 偏压论文; 位移论文; 位移传感器论文; 模拟量论文; 压力论文; 比例阀论文; 《中国电气工程学报》2019年第4期论文;