牵引钢丝绳清洗保养线多单元同步张力控制系统及方法

摘要

本发明具体公开了一种牵引钢丝绳清洗保养线多单元同步张力控制系统及方法，包括控制器、放线辊、收线辊、多个牵引辊，所述的放线辊、收线辊、牵引辊各自均连接一个电机，且所述的电机均与控制器相连，所述的牵引辊与牵引辊之间设有粗刷装置、水加热装置、高压水清洗装置、水吹干装置、断丝检测装置、拉力检测装置、油加热装置、油吹干装置。将张力控制、速度控制加入牵引钢丝绳清洗保养线控制系统中可以实现收线过程恒速度、恒张力从而使钢丝绳在绳盘上的排列张力均匀、整齐有序，对钢丝绳拉伸变形程度降到最低。

说明书

技术领域

本发明具体公开了一种牵引钢丝绳清洗保养线使用的多单元同步张力控制系统及 方法。

背景技术

钢丝绳作为起重、运输、提升及承载设备中的关键构件，在国民经济各个部门发挥 着极为重要的作用。由于钢丝绳复杂的绳股结构及恶劣的工作环境使其在使用中易于出 现磨损、锈蚀、疲劳、断丝等损伤，导致强度下降，造成安全隐患。运行中的钢丝绳一 旦断裂，会造成人员的伤亡和严重的经济损失。由于钢丝绳的损伤程度及承载能力直接 关系到人的生命和财产的安全，因此急需研发一种钢丝绳有效保养、检测设备，将钢丝 绳全部展开检测并保养起来。

国内主要有河南送变电公司、宁夏送变电公司、湖南电力公司和上海电力公司超高 压输变电公司对钢丝绳保养机进行了研究、开发和应用，从应用情况看，河南送变电公 司研发第一代保养机，保养时钢丝绳弯曲盘绕，受力较大，适用钢丝绳规格偏少，已经 逐渐淘汰，现在正在研制第二代保养机。但其保养机仅仅起到保养上油的作用，缺乏拉 力、断丝检测等功能。宁夏送变电公司在钢丝绳浸油槽的基础上进行了开发，增加电控、 保养油回收装置，取得了一定效果，但是在上油前没对钢丝绳进行除污处理，保养效果 较差，并且不具备拉力、断丝检测等功能。湖南电力公司在钢丝绳浸油前串接了钢丝绳 断丝检测装置，对钢丝绳断丝、磨损定量检测进行了研究，但是对钢丝绳的清污不彻底， 不具备拉力检测功能。上海电力公司超高压输变电公司提出并研制了钢丝绳保养过程的 全程检测，该设备使用功率大，牵引及张力部分均使用滚筒，使钢丝绳保养过程承受较 大拉力，不能较好地达到保养的目的，不具备断丝检测功能。

经过调研发现国内大多数电力公司都重点关注钢丝绳的浸油保养，而没有在浸油前 对钢丝绳进行较为彻底的清污，所以保养效果并不理想。另外，对钢丝绳受力检测方面， 目前国内对钢丝绳受力检测仍然停留在取段检测，不能进行随机检测，所以检测结果的 可信度并不高。

牵引钢丝绳保养线由放线、粗刷、水加热、高压清洗、水吹干、油加热、油吹干、 断丝检测、拉力检测、排线、收线模块组成，从放线到收线的整个过程有几十米的长度， 要保证钢丝绳保养在每个单元中都具有相同的线速度或恒张力是难以达到的。而张力的 变化不稳定会使钢丝绳线速度变化及钢丝绳的松紧程度不同,导致保养效果不好。比如前 方单元装置中钢丝绳的恒张力低于后方，就会使钢丝绳松弛下来，导致粗刷、清洗、断 丝检测效果不好，并且会使钢丝绳的层与层之间由于应力变形，造成收卷不整齐；相反， 如果前方单元钢丝绳的恒张力过多地大于后方，则又将使钢丝绳承受过大的张力，不仅 会造成钢丝绳伸长，影响质量，而且还会造成钢丝绳的拉伸变形甚至断裂。因此，分段 张力控制就成为钢丝绳保养与检测过程中非常关键的因素。每个单元的张力恒定是保证 钢丝绳保养的品质、效率及可靠性的必需条件。

发明内容

为了解决牵引钢丝绳清洗保养线中张力变化不稳定等缺点，本发明具体公开了一种 牵引钢丝绳清洗保养线使用的多单元张力控制系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种牵引钢丝绳清洗保养线张力控制系统，包括控制器、放线辊、收线辊、多个牵 引辊，所述的放线辊、收线辊、牵引辊各自均连接一个电机，且所述的电机均与控制器 相连，所述的牵引辊与牵引辊之间设有粗刷装置、水加热装置、高压水清洗装置、水吹 干装置、断丝检测装置、拉力检测装置、油加热装置、油吹干装置。

在所述的放线辊、收线辊的一侧均设有张力传感器，所述的张力传感器与控制器相 连。

所述的电机的输出端均各自连接一个编码器，所述的编码器与控制器相连，所述的 控制器控制变频器，所述的变频器控制电机的转速。

所述的牵引辊包括四个，从放线辊开始数起，第一牵引辊与第二牵引辊之间设有粗 刷装置、水加热装置、高压水清洗装置、水吹干装置，在第二牵引辊与第三牵引辊之间 设有断丝检测装置，在第三牵引辊和第四牵引辊之间设有拉力检测装置、油加热装置、 油吹干装置；且第一牵引辊由第一牵引电机控制，第二牵引辊由第二牵引电机控制，第 三牵引辊由第三牵引电机控制，第四牵引辊由第四牵引电机控制。

所述的控制器为PLC控制器。

一种牵引钢丝绳清洗保养线多单元张力控制方法包括：

（1）放线辊端的钢丝绳以恒张力F运动；

（2）第一牵引辊处的钢丝绳以恒速度V运动；

（3）第二牵引辊处的钢丝绳以恒速度V运动；

（4）第三牵引辊处的钢丝绳以恒速度V运动；

（5）第四牵引辊处的钢丝绳以恒速度V运动；

（6）收线辊处的钢丝绳以恒速度V、恒张力F运动。

所述的放线辊端的钢丝绳恒速度和恒张力的控制方法如下：

（1）设定第一牵引电机牵引辊的线速度V,并将该值发给控制器；

（2）设定张力值F，并将该值发给控制器；通过张力传感器获取当前张力值F₁， 并将该值发给控制器；

（3）为了到达恒张力的目的，使F1=F，根据公式F₁＝EA∫(v-v₁)dt/L₀可知，计算 出V1的大小，就能满足F1=F，其中E是钢丝绳的弹性模量，A为钢丝绳 的横截面积，L0是第一牵引辊与放线辊之间的距离；

（4）通过编码器采集到放线电机角速度ω，利用计算出来的线速度V1，根据公式 ，算出当前的直径值，根据公式算出需求的速度指令，得出 电机的控制速度。

所述的收线辊处的钢丝绳以恒速度V控制方法,如下：

（1）设定收线电机收线辊的线速度V，并将该值发送给控制器；

（2）利用编码器测得当前收线电机的转速和收线辊的层数，根据公式其中T是收线辊的当前层数，C为编码器当前的计数值，根据公式R＝T×2×d+R₀，其 中d是钢丝绳单层的厚度，R₀是收线辊的初始半径，则根据公式，通过调节 电机转速n使V=V₂，得到收线电机控制指令。

所述的收线辊处的钢丝绳以张力F控制方法,如下：

（1）设定张力值F，并将该值发送给控制器；

（2）采集第四牵引电机的牵引辊的线速度V₃，收线辊的线速度值设定值V，根据公 式F₂＝EA∫(v₃-v)dt/L₁知调节V₃，使张力当前值F₂=张力设定值F。

恒定速度V为25m/min。

在第一牵引辊、第二牵引辊、第三牵引辊、第四牵引辊中没有直径的变化，只要控 制好速度就可以保证保养效果，对粗刷装置采用速度控制，设定电机的速度为基准速度， 通过编码器采集电机转速，将信号传给PLC，PLC经过运算之后将控制量传送给变频器， 由变频器控制电机保持恒定速度运行。

本发明的有益效果是：

1.将张力控制、速度控制加入牵引钢丝绳清洗保养线控制系统中可以实现收线过程 恒速度、恒张力从而使钢丝绳在绳盘上的排列张力均匀、整齐有序，对钢丝绳拉伸变形 程度降到最低。

2.将速度、张力双闭环回路控制应用到控制系统中，保养效果得到提高。

3.在粗刷装置前加入牵引电机控制，可以保证粗刷过程中钢丝绳处于拉紧伸直状 态，可以提高粗刷效果。

4.放线过程中实现恒张力，可以使放线过程中张力均匀，对钢丝绳进行保护。

5.断丝检测装置后面加入牵引电机使在检测断丝过程中钢丝绳处于伸直状态，检测 结果稳定可靠。

附图说明

图1本发明的整体控制结构图；

图2本发明整体的工艺流程；

图中：1放线辊,2放线电机,3第一牵引辊,4第一牵引电机,5第二牵引辊,6第二 牵引电机,7第三牵引电机,8第三牵引辊,9第四牵引辊,10第四牵引电机,11收线辊,12 收线电机。

具体实施方式

下面结合附图对发明进行详细说明：

如图2所示。根据牵引钢丝绳保养线的工艺流程可知，自动化连续保养是牵引钢丝 绳保养线控制系统生产的主要特点。钢丝绳保养线在长度方面比较长，为了对钢丝绳进 行连续保养与检测，进行分段控制，各加工单元分别由独立的电动机传动。分为恒线速 度控制和恒张力控制。当各单元之间速度发生差异时，能及时调节自身的速度，自动保 持与邻近单元一致。

牵引钢丝绳保养线多单元同步控制系统包括放线张力控制系统，粗刷牵引速度控制 系统，水吹干和断丝检测速度控制系统，油吹干张力控制系统，收线速度控制系统。各 个单元的控制系统不仅要达到内部自调，还要实现各个单元的同步控制。

控制系统包括控制器PLC、放线辊1、收线辊11、多个牵引辊，所述的放线辊1、 收线辊11、牵引辊各自均连接一个电机，且所述的电机均与控制器PLC相连，所述的 牵引辊与牵引辊之间设有粗刷装置、水加热装置、高压水清洗装置、水吹干装置、断丝 检测装置、拉力检测装置、油加热装置、油吹干装置。在所述的放线辊1、收线辊11 的一侧均设有张力传感器，所述的张力传感器与控制器PLC相连。所述的电机输出端 均各自连接一个编码器，所述的编码器与控制器PLC相连，所述的控制器PLC控制变 频器，所述的变频器控制电机的转速。所述的牵引辊包括四个，从放线辊1开始数起， 第一牵引辊3与第二牵引辊5之间设有粗刷装置、水加热装置、高压水清洗装置、水吹 干装置，在第二牵引辊5与第三牵引辊8之间设有断丝检测装置，在第三牵引辊8和第 四牵引辊9之间设有拉力检测装置、油加热装置、油吹干装置；且第一牵引辊3由第一 牵引电机4控制，第二牵引辊5由第二牵引电机6控制，第三牵引辊8由第三牵引电机 7控制，第四牵引辊9由第四牵引电机10控制。

本发明的控制方法包括：（1）放线辊1端的钢丝绳以恒张力F运动；（2）第一牵引 辊3处的钢丝绳以恒速度V运动；（3）第二牵引辊5处的钢丝绳以恒速度V运动；（4） 第三牵引辊8处的钢丝绳以恒速度V运动；（5）第四牵引辊9处的钢丝绳以恒速度V运 动；（6）收线辊11处的钢丝绳以恒速度V、恒张力F运动。

放线辊1端的钢丝绳恒速度和恒张力的控制方法如下：

（1）设定第一牵引电机4牵引辊的线速度V,并将该值发给控制器PLC；

（2）利用编码器测得当前放线辊1的速度V₁，并将该值发给控制器PLC；

（3）设定张力值F，并将该值发给控制器PLC；通过张力传感器获取当前张力值F₁， 并将该值发给控制器PLC；

（3）为了到达恒张力的目的，使F1=F，根据公式F₁＝EA∫(v-v₁)dt/L₀可知，计算出 V1的大小，就能满足F1=F，其中E是钢丝绳的弹性模量，A为钢丝绳的横截面积，

（5）通过编码器采集到放线电机角速度ω，利用计算出来的线速度V1，根据公式 算出当前的直径值，根据公式算出需求的速度指令，得出 电机的控制速度。

收线辊处的钢丝绳以恒速度V控制方法,如下：

（1）设定收线电机收线辊的线速度V，并将该值发送给控制器PLC；

（2）利用编码器测得当前收线电机的转速和收线辊的层数，根据公式其中T是收线辊的当前层数，C为编码器当前的计数值，根据公式R＝T×2×d+R₀，其 中d是钢丝绳单层的厚度，R₀是收线辊的初始半径，则根据公式通过调节 电机转速n使V=V₂，得到收线电机控制指令。

收线辊处的钢丝绳以张力F控制方法如下：

（1）设定张力值F，并将该值发送给控制器PLC；

（2）采集第四牵引电机的牵引辊的线速度V₃，收线辊的线速度值设定值V，根据公 式F₂＝EA∫(v₃-v)dt/L₁知调节V₃，使张力当前值F₂=张力设定值F。

恒定速度V为25m/min。

在第一牵引辊3、第二牵引辊5、第三牵引辊6、第四牵引辊8中没有直径的变化， 只要控制好速度就可以保证保养效果，对粗刷装置采用速度控制，设定电机的速度为基 准速度，通过编码器采集电机转速，将信号传给PLC，PLC经过运算之后将控制量传送 给变频器，由变频器控制电机保持恒定速度运行。