一种适应旋转体内应用的恒张力放卷控制系统

摘要

本发明公开了一种旋转体内用原材料放卷恒张力控制系统，包括设置在旋转内的发电机、功率控制单元、机内运算单元、电源管理单元和蓄电池和设在外的机外运算单元，内外运算单元通过无线通讯交换数据后，功率控制单元通过改变发电机的输出的转矩，从而实现放线恒张力控制。本发明中在利用电源管理单元将发电机的电能升降稳压后为蓄电池充电，这样在发电机不发电时，恒张力放卷控制系统就可以通过蓄电池进行供电，从而根本上解决了旋转体内控制对象的供电问题，实现能量的合理利用，彻底解决设备启动初期或止前，张力控制及电源电压不稳定的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及钢丝绳生产技术领域，具体涉及一种适合成股、成绳设备旋转体内平台(小船)上应用的，原材料从工字轮导开时的放卷张力控制系统。

背景技术

在钢丝绳制品的生产过程中，张力控制尤为关键。尤其对于钢丝绳的捻股捻绳设备，单丝(股)张力大小的稳定性和各单丝(股)之间的张力的一致性，直接影响了产品的质量。

在钢丝绳生产过程中，捻股广泛采用管绞机，成绳设备广泛采用框篮式成绳机，设备通过管或弓的高速旋转成股成绳。成股的半成品是单丝，成绳的半成品是单股，半成品绕制在工字轮上，生产时将工字轮置于高速旋转管或弓的内部，被外部设备拖动拉出放卷导开。拉出放卷导开的张力是最重要的控制点，张力取决于设备施加于半成品卷绕工字轮上的阻力，传统方式采用机械摩擦制动形成，可靠性差，工字轮的大小，引起通条性张力不一致，同时，各工位的机械摩擦制动力难以一致，这些都将引起股绳产品的质量缺陷。

业内一直缺少一种可靠的单丝或者单股张力的控制方法，最大原因在于：控制对象位于高速旋转的管或弓的内部，而可用的控制手段都要用电源，电源难以进入。也有尝试用电刷和受电器进行电源传递的，但控制对象较多，而且彼此都隔离，电刷和受电器只能单独设置，因而数量较多，而且这种电源传递结构无法封闭，在钢丝绳生产过程中，产生的粉尘很容易附着在电刷和受电器之间，引起电刷和受电器很快磨损，甚至引起短路。同时，机械震动使受电过程中，电刷一直在上下运动，因而可靠性很低，故障率太高，从而无法得到真正应用。因此一种可靠的单丝或者单股张力的控制方法，这已经是行业难题，一直无法解决，一直是本行业存在的最大质量隐患。

专利号为2013103306404的发明专利“一种机械运动控制方法及装置”公开了一种基于电磁感应将机械运动的机械能转换为感应电能并存储输出或消耗，在存储输出或消耗该感应电能时，通过控制存储输出或消耗时的电流，进而控制机械的运动参量的方法，利用这种方法控制张力，在钢丝制品行业的其他非调整旋转内部控制对象的相关设备中，已经广泛应用，这种方法，因为本身只需要控制电源，电能需求很小，同时，这种方法将机械运动的机械能转换为感应电能，产生感应电能，合理利用，适当处理可以作为内部控制电源，因而利用这种方法，可能解决以上问题。

但是，当控制对象位于高速旋转的管或弓的内部时，发明专利2013103306404的机械运动控制方法虽然使自发电用于控制成为可能，但是，并没有解决作为执行器的发电机和运算单元不在同一个空间的矛盾，具体如下：

作为执行器的发电机,“转子与受控机械的运动端直接或间接连接，所述发电机的输出端与功率控制单元电连接。”同时,“运算单元用于根据机械运动的控制目标值和感应电的电参量反馈值，计算存储输出或消耗感应电的电流控制目标值，并输出到所述功率控制单元”

而且“所述运算单元包括用于输入机械运动控制目标值和控制指令的I/O端口或上位机、用于根据机械运动控制目标值计算感应电的电流控制目标值”可见，如果将该专利中的方法应用于控制对象位于高速旋转的管或弓的内部的情况下，发电机必需设置于高速旋转管或弓的内部,功率控制单元与之电连接；同时，运算单元计和功率控制单元存在电信号的连接；

而且，运算单元又需要接收控制目标值等等指令，这些信息主要来自于高速旋转的管或弓的外部，可见运算单元又必须和置于高速旋转的管或弓的外部的设备存在电信号的连接。

而如何合理分配各单元之间的空间设置,并建立高速旋转的管或弓内外之间的电的连接，使其适应于对高速旋转的管或弓内部控制对象的控制是一个难题。

另外,在发明专利2013103306404中,发电机发出的感应电能,其电压是变化的,随着控制对象的转速变化而不同,而如何处理好感应电能,并以此作为系统工作的控制电源,从而适应于对高速旋转的管或弓内部控制对象的控制,也是需要解决的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中高速旋转的钢丝绳的捻股捻绳设备中，适合成股、成绳设备旋转体内平台(小船)中，原材料从工字轮导开时的放卷时控制系统的取电困难的问题，提供一种适应旋转体内应用的恒张力放卷控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种适应旋转体内应用的恒张力放卷控制系统，包括设置在旋转体内的机内控制模块和设置在旋转体外的机外控制模块；

所述机内控制模块包括发电机、功率控制单元、机内运算单元、电源管理单元和蓄电池；

所述发电机为电磁发电机，包括定子和转子，定子缠绕有电磁感应线圈，转子设有电磁铁或励磁线圈；转子直接或间接与旋转体内的运动端连接，所述发电机的输出端分别与功率控制单元和电源管理单元电连接；

所述机内运算单元与功率控制单元电性连接，控制功率控制单元并获取发电机的参数，如发电机电压、转速等相关信息。

所述电源管理单元用于将发电机的感应电调制成所需要的直流电压，为机内运算单元和功率控制单元供电，并为蓄电池充电；

所述机外控制模块包括机外运算单元、I/O端口和HMI模块；所述机外运算单元用于获取设备运行信息，如管绞机或者框篮成绳机设备运行的启动停止、运行线速度，单元张力设定等信息，所述机外运算单元和所述机内运算单元通过无线通讯交换数据，数据共享，各司其职，实现对高速旋转的管或弓内部张力控制的控制和监视；所述机外运算单元与I/O端口和HMI模块通信连接，所述I/O端口与互联网或安装设备连接，所述安装设备用于输入钢丝的运行状态、张力控制要求和控制信号。

机外运算单元将运行信号和参数传输至机内运算单元，功率控制单元根据机内运算单元的指令调节消耗感应电时的电流大小，改变发电机的输出的转矩，再通过传动机构或机械连接方式，调节与放线方向相反的力，从而实现放线恒张力控制。

当检测到发电机转速过低或停止运行后一段时间内，蓄电池中的电能通过电源管理单元调制成所需要的直流电压供给各单元。

所述电源管理单元设置有自动升降压稳压模块，可以在较宽的输入范围内，输出稳定的直流电压。设备正常运行时，发电机产生的电能通过电源管理器向蓄电池充电，同时为设置在高速旋转的管或弓内部的机内运算单元和功率控制单元提供控制电源。设备运行速度极慢或者设备停机后一定的时间内，电源管理器控制下，通过蓄电池为设置在高速旋转的管或弓内部的机内运算单元和功率控制单元提供控制电源。

所述旋转体内的运动端为放线工字轮的转动轴，转动轴与发电机的转子直接机械连接或通过机械传动机构连接。

本发明的适应旋转体内应用的恒张力放卷控制系统对各单元的空间设置进行了合理分配，并建立了高速旋转的管或弓内外之间的无线信息传输连接，对感应电能进行管理分配，使其可以为各单元进行供电。从而解决了高速旋转旋转体内部缺乏可靠控制张力方法的行业难题，实现在高速旋转旋转体内部恒张力放线控制，张力控制的波动在设定值的±5％以内。

本发明中在利用电源管理单元将发电机的电能升降稳压后为蓄电池充电，这样在发电机不发电时，恒张力放卷控制系统就可以通过蓄电池进行供电，从而根本上解决了当控制对象位于高速旋转的管或弓的内部，控制系统取电困难，无法布线或者因电源传递结构无法封闭造成故障频发的技术难题，本发明通过在旋转体内设置与发电机相连的电源管理单元和蓄电池作为旋转体内控制系统的供电系统，实现能量的合理利用，彻底解决设备启动初期或停止前，张力控制及电源电压不稳定的问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的原理框图；

图2为实施例的结构示意图之一；

图3为实施例的结构示意图之一；

图4为实施例的结构示意图之一。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，一种适应旋转体内应用的恒张力放卷控制系统，包括设置在旋转体内的机内控制模块和设置在旋转体外的机外控制模块；

所述机内控制模块包括发电机、功率控制单元、机内运算单元、电源管理单元和蓄电池；

所述发电机为电磁发电机，包括定子和转子，定子缠绕有电磁感应线圈，转子设有电磁铁或励磁线圈；转子直接或间接与旋转体内的运动端连接，所述发电机的输出端分别与功率控制单元和电源管理单元电连接；

所述机内运算单元与功率控制单元电性连接，控制功率控制单元并获取发电机的参数；

所述电源管理单元用于将发电机的感应电调制成所需要的直流电压，为机内运算单元和功率控制单元供电，并为蓄电池充电；

所述机外控制模块包括机外运算单元，所述机外运算单元用于获取设备运行信息，所述机外运算单元和所述机内运算单元通过无线通讯交换数据；

机外运算单元将运行信号和参数传输至机内运算单元，功率控制单元根据机内运算单元的指令调节消耗感应电时的电流大小，改变发电机的输出的转矩，再通过传动机构或机械连接方式，调节与放线方向相反的力，从而实现放线恒张力控制。

当检测到发电机转速过低或停止运行后一段时间内，蓄电池中的电能通过电源管理单元调制成所需要的直流电压供给各单元。

所述电源管理单元设置有自动升降压稳压模块。

所述旋转体内的运动端为放线工字轮的转动轴，转动轴与发电机的转子直接机械连接或通过机械传动机构连接。

所述机外运算单元与I/O端口和HMI模块通信连接，所述I/O端口与互联网或安装设备连接，所述安装设备用于输入钢丝的运行状态、张力控制要求和控制信号。

图2为再高速旋转的旋转体内本发明的恒张力放线系统的具体布置情况，在图2中，在高速旋转的旋转体6内设置有固定小船7，旋转体6外设置有机外控制模块5,机内控制模块中的机内运算单元、功率控制单元和电源管理单元集成在一起组成张力控制装置10；张力控制装置10与蓄电池9一起固定在固定小船上。机外控制模块5通过无线通讯与张力控制装置10中的机内运算单元联通。

机内控制模块的发电机1通过传动机构8与放线工字轮3的旋转轴连接。

当设备启动时，机外控制模块5通过无线传输，将机外运算单元的运行信号、运行参数等信息传输至张力控制装置10，牵引轮拉动钢丝2，钢丝2从放线工字轮3上导开，放线工字轮3也开始被动地旋转，从而通过传动机构8带动发电机1旋转，发电机1旋转产生感应电。通过电源管理模块，将感应电调制成所需要的直流电压，为各单元提供电源或给蓄电池充电。同时还有一部分感应电通过功率控制单元消耗，功率控制单元根据张力控制装置10的指令调节消耗感应电时的电流大小，改变发电机(即张力控制系统执行器)输出的转矩，再通过传动机构/机械连接方式，调节与放线方向相反的力，从而实现放线恒张力控制。

消耗感应电时的电流大小，根据功率控制单元反馈给机内运算单元的发电机转速、电压，以及在机外运算单元预先设定，后通过无线方式传输给机内运算单元的设备运行参数、张力设定值计算得出。

当检测到发电机转速过低或停止运行后一段时间内，蓄电池中的电能通过电源管理单元调制成所需要的直流电压供给各单元。

机内安装部分：

由于实际运行过程中，旋转旋转体高速旋转，本系统机内部分各部件只能安装在固定小船上。通过机械传动机构将发电机和放线工字轮的轴连接在一起，张力控制装置及蓄电池固定在发电机附近且不易被断丝打到的位置。机内各部分通过电线连接。

机外安装部分：

机外控制模块安装在机外，与设备主机相连，负责接收、传输安装设备运行状态、张力控制要求、控制信号等。

图3为高速旋转的旋转体内恒张力放线系统的实施例之一，在图3中，发电机1与工字轮转动轴心4以同步带的方式进行连接，机内张力控制装置

为机内控制模块中的机内运算单元、功率控制单元和电源管理单元集成在一起，与蓄电池9一起固定在固定小船上。

图4为高速旋转的旋转体内恒张力放线系统的实施例之一，在图4中，发电机1与工字轮转动轴心4通过机械方式直接连接，张力控制装置10为机内控制模块中的机内运算单元、功率控制单元和电源管理单元集成在一起，与蓄电池9一起固定在固定小船上。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。