CN102664078A - 一种超导导体绞缆张力自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，包括绞线框架，所述绞线框架内通过转轴安装有放线盘，所述绞线框架的后方安装有导线轮，所述导线轮的后方安装有收线盘，所述收线盘与收线电机相连接，还包括与放线盘相连接的放线电机，张力传感器与所述导线轮相连接；所述张力传感器的信号接入控制柜内的控制电路中，所述收线电机的收线电机变频器和放线电机的放线电机变频器分别与所述控制电路相连接。该超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，可以对张力进行精确控制，使放线平稳，有效地解决了超导线材绞合中不能满足对张力值的精确控制问题，解决了超导线材绞合中易拉断、松散、不均匀等难题。

Description

一种超导导体绞缆张力自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种笼式绞线机放线盘的绞制张力控制系统，尤其涉及一种超导导体绞制张力自动控制系统。

背景技术

随着科技的发展，超导磁体技术得到了越来越多的应用，超导磁体的核心是CICC（Cable-In-Conduit-Conductors）超导导体，它具有良好的自支撑、较低的交流损耗、所需低温冷却介质少、运行安全可靠、性能高等特点，是目前国际上公认的受控热核聚变装置中的大型超导磁体等装置的首选导体。

CICC超导导体是一种多级管装电缆，共分五级绞合而成，导体的第一级子缆由若干根铜线和若干根超导线材按照一定的绞合节距绞合构成，然后将若干根子缆单元再按照一定的绞合节距绞合构成二级子缆，同理再构成三级、四级子缆，最终绞制成五级极缆。CICC超导导体由许多根极细的超导丝组成，绞合后的超导股线达1154根，每根超导股线直径仅为0.73±0.003mm。

CICC超导导体绞制过程中要求放线张力大小要合适并且一致，由于超导股线极细，绞制过程中如果放线张力太大，超导股线极易拉断；如果放线张力太小，绞制的绞缆易损散、不紧密。如果放线张力不一致，绞缆会产生蛇形、弯曲等现象。为防止上述不良现象，在绞缆过程中须对各级绞缆的放线张力值进行严格的控制。

普通电缆的绞缆对放线张力的要求不是非常严格，绞合设备的放线张力装置非常简单，张力的大小靠人工手动调节。传统的放线过程一般采用被动式的放线方式，对放线轮不施加放线张力，由收线轮的转动来带动放线轮，从而实现放线轮的放线过程。传统的收线过程则是采用被动式张力收线方式，收线轮依靠调节电位器的大小来控制变频器，变频器通过控制电机的转速从而实现收线轮的收线。这样，张力值的大小不能进行检测和自动控制。使用普通电缆的绞合设备进行CICC超导导体的绞缆，满足不了绞合的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以对绞缆张力进行自动控制的超导电缆导体绞缆张力自动控制系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，包括绞线框架，所述绞线框架内通过转轴安装有放线盘，所述绞线框架的后方安装有导线轮，所述导线轮的后方安装有收线盘，所述收线盘与收线电机相连接，还包括与放线盘相连接的放线电机，张力传感器与所述导线轮相连接；所述张力传感器的信号接入控制柜内的控制电路中，所述收线电机的收线电机变频器和放线电机的放线电机变频器分别与所述控制电路相连接。

所述控制电路包括PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器接收A/D模块的数字信号，所述A/D模块接收所述张力传感器的模拟信号；所述PLC可编程控制器将接收到的数字信号传递给上位机进行数据处理，所述上位机将处理后的信号输出反馈给所述PLC可编程控制器；所述PLC可编程控制器将反馈的数字信号经内部PID处理后分别传递给放线电机D/A模块和收线电机D/A模块；所述放线电机D/A模块将接收到的数字信号转换为模拟信号传递给所述放线电机变频器，所述放线电机变频器根据模拟信号的大小，控制所述放线电机的放线速度；所述收线电机D/A模块将接收到的数字信号转换为模拟信号传递给所述收线电机变频器，所述收线电机变频器根据模拟信号的大小控制所述收线电机的收线速度。

所述放线盘的中心轴与所述放线电机的中心轴相平行，通过皮带安装在同一个机体架上。

所述张力传感器的导线轮位于两个所述导线轮之间。

所述A/D模块接收的所述张力传感器的模拟信号为4～20mA电流信号，并将电流信号转换为数字信号。

所述PLC可编程控制器为西门子PLC-S7-300可编程控制器。

所述上位机为上位工控机。

采用本发明提供的超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，由于张力传感器可以检测到张力数据的变化，进而对张力进行精确控制，放线电机有效控制放线速度，使放线平稳，有效地解决了超导线材绞合中不能满足对张力值的精确控制问题，实现了超导线材绞合张力值按照设定值的大小对每根、股超导线进行时实检测及自动控制，解决了超导线材绞合中易拉断、松散、不均匀等难题。绞制的PF5超导缆通过了iter国际机构的检测，绞缆的各项性能完全满足技术规范的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的控制电路示意图。

图中，1-绞线框架，2-放线盘，3-导线轮，4-收线盘，5-收线电机，6-放线电机，7-张力传感器，8-A/D模块，9-PLC可编程控制器，10-上位机，11-放线电机D/A模块，12-放线电机变频器，13-收线电机D/A模块，14-收线电机变频器。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明提供的一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，包括绞线框架1，绞线框架1内通过转轴安装有放线盘2，绞线框架1的后方安装有导线轮3，导线轮3的后方安装有收线盘4，收线盘4与收线电机5相连接，还包括与放线盘2相连接的放线电机6，放线盘2的中心轴与放线电机6的中心轴相平行，它们通过皮带安装在同一个机体架上；张力传感器7与导线轮3相连接，张力传感器7的导线轮位于两个导线轮3之间，接收张力传感器7的张力变化。张力传感器7的信号接入控制柜内的控制电路中，收线电机变频器14和放线电机变频器12分别安装在控制柜的控制电路中，收线电机5和放线电机6分别通过电缆与收线电机变频器14和放线电机变频器12相连接。

如图2所示，控制电路包括西门子PLC-S7-300可编程控制器9，PLC可编程控制器9接收A/D模块8的数字信号，A/D模块8接收张力传感器7的4～20mA的模拟电流信号，A/D模块8将该模拟信号转换为数字信号输出给PLC可编程控制器9。PLC可编程控制器9将从A/D模块8接收的数字信号传递给上位机10，上位机10是上位工控机，上位机10将接收到的数字信后进行数据处理后，将输出信号反馈给PLC可编程控制器9。PLC可编程控制器9将从上位机10反馈的数字信号经内部PID处理后分别传递给放线电机D/A模块11和收线电机D/A模块13。放线电机D/A模块11将接收到的数字信号转换为模拟信号传递给放线电机变频器12，放线电机变频器12根据模拟信号的大小，控制放线电机6的放线速度。收线电机D/A模块13将接收到的数字信号转换为模拟信号传递给收线电机变频器14，收线电机变频器14根据模拟信号的大小控制收线电机5的收线速度。

如图1所示，绞线机包括三个机体架，绞线框架1、放线盘2和放线电机6装在同一个机体架上，两个导线轮3和张力传感器7安装在同一个机体架上，收线盘4和收线电机5安装在同一个机体架上。放线盘2的中心轴与放线电机6的中心轴相互平行，通过皮带安装在同一个机体架上，两根中心轴通过皮带进行传动连接，实现主动放线的目的。张力传感器7的导线轮位于两个导线轮3之间，接收张力传感器7的张力变化。

采用西门子PLC-S7-300可编程控制器及上位机作为绞缆、恒张力、逻辑数据采集处理控制核心，来控制绞缆生产过程中的放线和收线，通过对放线电机和收线电机的控制来实现绞合过程中数根超导线及股线的恒张力控制。

PLC可编程控制器9及上位机10的输入和输出都是数字量，采用扩展2×8路输入模块输出模进行A/D转换，采用2×8路输出模拟扩展输出模块进行D/A转换。

放线电机变频器12和收线电机变频器14分别将PLC可编程控制器9输入的调节量进行变频器处理，转化为0～50HZ的交流信号输出给放线电机6和收线电机5，通过控制放线电机6和收线电机5的转速来实现放线张力值大小的自动控制。

放线过程：放线过程采用主动式的恒张力放线，绞线的张力给定信号由上位机10设定输出，给定信号送入PLC可编程控制器9，PLC可编程控制器9将张力给定值与测量的线速度值进行比较，得到偏移量，采用PID控制法计算出所需的调节量，经放线电机D/A模块11转换为0～5伏的模拟信号，控制放线电机变频器12和放线电机6，使之达到最佳恒张力线速度。

收线过程：收线过程采用主动式恒张力收线，绞线的张力给定信号由上位机10设定输出，给定信号送入PLC可编程控制器9，PLC可编程控制器9将张力给定值与测量的线速度值进行比较，得到偏移量，采用PID控制算法计算出所需的调节量，经收线电机D/A模块13转换为0～5伏的模拟信号，控制收线电机变频器14和收线电机5，使之达到最佳恒张力线速度。 

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限本发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变型和改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，包括绞线框架（1），所述绞线框架（1）内通过转轴安装有放线盘（2），所述绞线框架（1）的后方安装有导线轮（3），所述导线轮（3）的后方安装有收线盘（4），所述收线盘（4）与收线电机（5）相连接，其特征在于，还包括与放线盘（2）相连接的放线电机（6），张力传感器（7）与所述导线轮（3）相连接；所述张力传感器（7）的信号接入控制柜内的控制电路中，所述收线电机（5） 的收线电机变频器（14）和放线电机（6）的放线电机变频器（12）分别与所述控制电路相连接。

2.根据权利要求1所述的一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，其特征在于，所述控制电路包括PLC可编程控制器（9），所述PLC可编程控制器（9）接收A/D模块（8）的数字信号，所述A/D模块（8）接收所述张力传感器（7）的模拟信号；所述PLC可编程控制器（9）将接收到的数字信号传递给上位机（10）进行数据处理，所述上位机（10）将处理后的信号输出反馈给所述PLC可编程控制器（9）；所述PLC可编程控制器（9）将反馈的数字信号经内部PID处理后分别传递给放线电机D/A模块（11）和收线电机D/A模块（13）；所述放线电机D/A模块（11）将接收到的数字信号转换为模拟信号传递给所述放线电机变频器（12），所述放线电机变频器（12）根据模拟信号的大小，控制所述放线电机（6）的放线速度；所述收线电机D/A模块（13）将接收到的数字信号转换为模拟信号传递给所述收线电机变频器（14），所述收线电机变频器（14）根据模拟信号的大小控制所述收线电机（5）的收线速度。

3.根据权利要求1所述的一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，其特征在于，所述放线盘（2）的中心轴与所述放线电机（6）的中心轴相平行，通过皮带安装在同一个机体架上。

4.根据权利要求1所述的一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，其特征在于，所述张力传感器（7）的导线轮位于两个所述导线轮（3）之间。

5.根据权利要求2所述的一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，其特征在于，所述A/D模块（8）接收的所述张力传感器（7）的模拟信号为4～20mA电流信号，并将电流信号转换为数字信号。

6.根据权利要求2所述的一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，其特征在于，所述PLC可编程控制器（9）为西门子PLC-S7-300可编程控制器。

7.根据权利要求2所述的一种超导电缆导体绞缆张力自动控制系统，其特征在于，所述上位机（10）为上位工控机。

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