一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)包括觸摸屏、PLC控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機、斷絲檢測裝置、測距裝置、放絲機牽伸輥和蜂鳴器；其中的觸摸屏設(shè)置的PLC控制器上，PLC控制器通過通信線與伺服驅(qū)動器連接，伺服驅(qū)動器通過通信線與伺服電機連接，伺服電機與斷絲檢測裝置相連；斷絲檢測裝置與放絲機牽伸輥相連；測距裝置與PLC控制器相連，斷絲檢測裝置還連接著蜂鳴器；本發(fā)明的優(yōu)勢在于能夠有效控制收絲機在放絲過程中的放絲張力，使其保持恒定，并實現(xiàn)監(jiān)控纖維的長度、實現(xiàn)斷絲報警停機等功能；提高了裝置的工作質(zhì)量和效率。
【專利說明】一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳纖維的成套制造設(shè)備領(lǐng)域，特別是指一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維(Carbon Fibre)是纖維狀的碳材料，及其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上。碳纖維及其復(fù)合材料具有高比強度，高比模量，耐高溫，耐腐蝕，耐疲勞，抗蠕變，導(dǎo)電，傳熱，和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，它們既可以作為結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷，又可以作為功能材料發(fā)揮作用。碳纖維產(chǎn)品以其優(yōu)異的特殊性能已成為經(jīng)濟發(fā)展和國防事業(yè)的重要戰(zhàn)略物資，美、日等發(fā)達(dá)國家極為重視并大力發(fā)展，但由于我國碳纖維原絲質(zhì)量不過關(guān)一直影響碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量，美、日等國家又嚴(yán)格限制對我國出口碳纖維，從而極大制約了我國軍事及航天事業(yè)的發(fā)展，同時也限制了相關(guān)民用領(lǐng)域的開發(fā)。為打破制約我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵裝備及其相關(guān)配套技術(shù)，提高我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的整體研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)水平具有重要戰(zhàn)略意義。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前只有粘膠(纖維素)基纖維、浙青纖維和聚丙烯腈(PAN)纖維三種原料制備碳纖維工藝實現(xiàn)了工業(yè)化。聚丙烯腈(PAN)基碳纖維的炭化收率比粘膠纖維高，可達(dá)45 %以上，而且因為生產(chǎn)流程，溶劑回收，三廢處理等方面都比粘膠纖維簡單，成本低，原料來源豐富，加上聚丙烯腈基碳纖維的力學(xué)性能，尤其是抗拉強度，抗拉模量等為三種碳纖維之首。所以是目前應(yīng)用領(lǐng)域最廣，產(chǎn)量也最大的一種碳纖維。PAN基碳纖維生產(chǎn)的流程圖如附圖1所示，可見其中的供絲設(shè)備是在整體工藝中是其不可或缺的部分。
[0003]我公司已經(jīng)研發(fā)成功的傳統(tǒng)的碳纖維供絲設(shè)備，如專利號為ZL200910035388.8的專利設(shè)備“一種碳纖維供絲機”，該設(shè)備雖然經(jīng)過優(yōu)化改進；但是仍然缺乏對供絲裝置的整體的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)供絲機依靠變頻器加交流異步電機完成主要動作，這樣會造成以下幾個缺陷:1、張力不均衡，2、無法監(jiān)控纖維的長度，3、無法實現(xiàn)斷絲報警停機；因為變頻器采用的V/F控制方式，反應(yīng)速度不夠靈敏，可能導(dǎo)致張力不均勻；因為沒有記長器件，無法實現(xiàn)記長值得實時顯示；設(shè)備采用的被動供絲技術(shù)，無法實現(xiàn)斷絲報警，需要專人看守，浪費人力資源。因此，在原機型的基礎(chǔ)之上進行改進，開發(fā)一種新的控制系統(tǒng)解決上述技術(shù)問題在本領(lǐng)域內(nèi)具有重大的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，通過采用PLC控制系統(tǒng)，以保障供絲系統(tǒng)的恒張力，并實時檢測、顯示當(dāng)前纖維長度，解決斷絲報警問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案，該系統(tǒng)包括:
[0005]觸摸屏，用于顯示參數(shù)信息和人機對話；
[0006]PLC控制器，用來給伺服驅(qū)動器發(fā)運動指令；
[0007]伺服驅(qū)動器，用來接收PLC控制器的命令后驅(qū)動伺服電機；
[0008]伺服電機，通過放絲機傳動部分完成對放絲機的動作的控制；
[0009]斷絲檢測裝置，檢測纖維的斷絲情況，在斷絲時發(fā)出斷絲信號；
[0010]測距裝置，用于精確測量當(dāng)前牽伸輥的直徑，確保計算準(zhǔn)確性。
[0011]放絲機牽伸輥，用于實現(xiàn)收放絲機的放絲動作；
[0012]蜂鳴器，用于斷絲報警等；
[0013]其中的觸摸屏設(shè)置的PLC控制器上，PLC控制器通過通信線與伺服驅(qū)動器連接，伺服驅(qū)動器通過通信線與伺服電機連接，伺服電機與斷絲檢測裝置相連；斷絲檢測裝置與放絲機牽伸輥相連；測距裝置與PLC控制器相連，斷絲檢測裝置還連接著蜂鳴器。
[0014]對于本技術(shù)方案的進一步的改進，所述PLC控制器根據(jù)張力的變化規(guī)律所搭建的數(shù)學(xué)模型所編程程序，控制伺服電機的運轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)恒線速控制；
[0015]對于本技術(shù)方案的進一步的改進，所述PLC控制器上設(shè)有啟動按鈕以及停止按鈕；手動控制放絲機牽伸棍的啟動和停止；
[0016]對于本技術(shù)方案的進一步的改進，所述測距裝置采用超聲波測距傳感器。
[0017]本發(fā)明的設(shè)備的工作原理主要在于:隨著輥上纖維的層數(shù)增加，表面的張力也隨之變化，而不是恒定的，那么為了實現(xiàn)恒張力的放絲，則需要找出張力的變化規(guī)律，構(gòu)建模型，控制牽伸輥的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)表面恒張力的控制，具體采用伺服電機來控制，PLC構(gòu)建算法來實現(xiàn)伺服電機的恒線速旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到表面恒張力的控制要求。
[0018]控制過程在于PLC作為控制單元，PLC向伺服驅(qū)動器發(fā)送指令脈沖，伺服驅(qū)動器接收到指令脈沖后驅(qū)動伺服電機旋轉(zhuǎn)，通過斷絲檢測裝置來解決斷絲報警問題，若供絲過程中出現(xiàn)斷絲情況，則斷絲檢測向PLC發(fā)出斷絲信號，PLC停止脈沖輸出，同時蜂鳴器響，提醒操作員出現(xiàn)了斷絲情況。通過觸摸屏來顯示當(dāng)前記長，設(shè)定各個參數(shù)，實現(xiàn)操作的可視性。
[0019]由以上本發(fā)明的實施方案可知，本發(fā)明所提出的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢:
[0020]1.通過觸摸屏可以實時監(jiān)控纖維長度，供絲轉(zhuǎn)速，當(dāng)前剩余量等參數(shù)；
[0021]2.通過PLC建立數(shù)學(xué)模型，PLC控制伺服，實現(xiàn)恒線速控制，達(dá)到恒張力的控制要求，降低斷絲的幾率，節(jié)省時間；
[0022]3.通過超聲波測距傳感器精確測量當(dāng)前直徑，確保計算準(zhǔn)確性；
[0023]4.通過斷絲傳感器的應(yīng)用，實現(xiàn)斷絲報警，可以提醒操作人員進行檢查，節(jié)省人工。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為碳纖維的生產(chǎn)流程示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中:
[0026]1-觸摸屏；2_測距裝置；3_斷絲檢測裝置；4_放絲機牽伸輥；5_蜂鳴器；6_伺服電機；7_伺服驅(qū)動器；8-PLC控制器。
[0027]圖3為本發(fā)明的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)中PLC控制器實現(xiàn)恒線速供絲的數(shù)學(xué)算法的示意圖。

【具體實施方式】
[0028]為了更好地了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明，如圖2所示，本發(fā)明提出的一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案，該系統(tǒng)包括:
[0029]觸摸屏I，用于顯示參數(shù)信息和人機對話；
[0030]PLC控制器8，用來給伺服驅(qū)動器7發(fā)運動指令；
[0031]伺服驅(qū)動器7，用來接收PLC控制器8的命令后驅(qū)動伺服電機6 ;
[0032]伺服電機6，通過放絲機牽伸輥4完成對放絲機的動作的控制；
[0033]斷絲檢測裝置3，檢測纖維的斷絲情況，在斷絲時發(fā)出斷絲信號；
[0034]測距裝置2，用于精確測量當(dāng)前牽伸輥的直徑，確保計算準(zhǔn)確性。
[0035]放絲機牽伸輥4，用于實現(xiàn)收放絲機的放絲動作；
[0036]蜂鳴器5，用于斷絲報警等；
[0037]其中的觸摸屏I設(shè)置的PLC控制器8上，PLC控制器8通過通信線與伺服驅(qū)動器7連接，伺服驅(qū)動器7通過通信線與伺服電機6連接，伺服電機6與斷絲檢測裝置3相連；斷絲檢測裝置3與放絲機牽伸輥4相連；測距裝置2與PLC控制器8相連，斷絲檢測裝置3還連接著蜂鳴器5。
[0038]進一步的優(yōu)化，所述PLC控制器8根據(jù)張力的變化規(guī)律所搭建數(shù)學(xué)模型所編的程序，控制伺服電機6的運轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)恒線速控制；所述PLC控制器8上設(shè)有啟動按鈕以及停止按鈕；手動控制放絲機牽伸輥4的啟動和停止；所述測距裝置2采用超聲波測距傳感器；
[0039]本發(fā)明的設(shè)備的工作原理主要在于:隨著輥上纖維的層數(shù)增加，表面的張力也隨之變化，而不是恒定的，那么為了實現(xiàn)恒張力的放絲，則需要找出張力的變化規(guī)律，構(gòu)建模型，控制牽伸輥的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)表面恒張力的控制，具體采用伺服電機來控制，PLC構(gòu)建算法來實現(xiàn)伺服電機的恒線速旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到表面恒張力的控制要求?？刂七^程在于PLC作為控制單元，PLC向伺服驅(qū)動器發(fā)送指令脈沖，伺服驅(qū)動器接收到指令脈沖后驅(qū)動伺服電機旋轉(zhuǎn)，通過斷絲檢測裝置來解決斷絲報警問題，若供絲過程中出現(xiàn)斷絲情況，則斷絲檢測向PLC發(fā)出斷絲信號，PLC停止脈沖輸出，同時蜂鳴器響，提醒操作員出現(xiàn)了斷絲情況。通過觸摸屏來顯示當(dāng)前記長，設(shè)定各個參數(shù)，實現(xiàn)操作的可視性。
[0040]圖3為本發(fā)明的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)中PLC控制器實現(xiàn)恒線速供絲的數(shù)學(xué)算法的示意圖；PLC構(gòu)建算法來實現(xiàn)伺服電機的恒線速旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到纖維表面恒張力的控制要求。
[0041]綜上所述，本發(fā)明提供的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)的技術(shù)方案，能夠有效控制收絲機在放絲過程中的放絲張力，使其保持恒定，保證了設(shè)備的連續(xù)平穩(wěn)的運行，解決了張力不均衡、無法監(jiān)控纖維的長度、無法實現(xiàn)斷絲報警停機等技術(shù)問題；提高了其的工作質(zhì)量和效率。
[0042]本發(fā)明以實施例的方式揭露如上，不以任何形式對本發(fā)明構(gòu)成限制和限定，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，一切不超出本發(fā)明宗旨的顯而易見的修改、變換和替代方案均在本發(fā)明范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括: 觸摸屏，用于顯示參數(shù)信息和人機對話； PLC控制器，用來給伺服驅(qū)動器發(fā)運動指令； 伺服驅(qū)動器，用來接收PLC控制器的命令后驅(qū)動伺服電機； 伺服電機，通過放絲機傳動部分完成對放絲機的動作的控制； 斷絲檢測裝置，檢測纖維的斷絲情況，在斷絲時發(fā)出斷絲信號； 測距裝置，用于精確測量當(dāng)前牽伸輥的直徑，確保計算準(zhǔn)確性； 放絲機牽伸輥，用于實現(xiàn)收放絲機的放絲動作； 蜂鳴器，用于斷絲報警等； 其中的觸摸屏設(shè)置的PLC控制器上，PLC控制器通過通信線與伺服驅(qū)動器連接，伺服驅(qū)動器通過通信線與伺服電機連接，伺服電機與斷絲檢測裝置相連；斷絲檢測裝置與放絲機牽伸輥相連；測距裝置與PLC控制器相連，斷絲檢測裝置還連接著蜂鳴器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器根據(jù)張力的變化規(guī)律所搭建的數(shù)學(xué)模型所編程程序，控制伺服電機的運轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)恒線速控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器上設(shè)有啟動按鈕以及停止按鈕；手動控制放絲機牽伸輥的啟動和停止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維恒線速主動供絲機的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述測距裝置采用超聲波測距傳感器。
【文檔編號】G05B19/05GK104298168SQ201410608008
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】祝龍云, 冒益海, 楊彩芳 申請人:鎮(zhèn)江奧立特機械制造有限公司