CN104528463A - 一种线缆收放长度精确测量方法及同步控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线缆收放长度精确测量方法及同步控制器，控制器实时采样外部跟随速度设定,并根据控制按键和选择开关来实现系统的自动、手动等逻辑控制,在显示单元显示收放的速度及控制状态等信息；然后通过所设计的卷绕半径测量装置实时获得线缆形成的卷绕半径信号；卷绕盘预设计的计数齿和接近开关形成卷绕圈数信号；上述两个信号由嵌入式控制器形成对应的数字量信号，应用三角形余弦定理和附加运算计算出线缆卷绕速度；计算出的线缆卷绕速度与外部设定的跟随速度进行PID运算,然后控制器通过的数字量信号和模拟量信号接口控制驱动器的输出,由驱动器控制电动机的运行速度,电动机再拖动线缆卷盘实现卷绕速度和外部给定速度的一致。

Description

一种线缆收放长度精确测量方法及同步控制器

技术领域

本发明涉及一种线缆收放长度精确测量方法及同步控制器。

背景技术

在线缆生产过程中或某些应急照明场合对线缆进行卷绕。有时需要对所卷绕的线缆进行长度的精确计量和卷绕速度控制。由于在线缆卷绕过程中，线缆卷盘上线缆所形成的半径是不断变化的，就使得卷绕长度难以准确测量。在应急照明场合使用移动装置对线缆进行卷绕，要求卷绕速度与移动装置的速度一致。上述的长度测量和与移动装置的同步卷绕仅靠人工很难得到较高的精度，因此需要一种自动化的装置。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种线缆收放长度精确测量方法及同步控制器，本发明能够实现线缆收放线长度的准确测量，保证线缆卷绕速度和所要求的速度一致。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种线缆收放长度精确测量同步控制器，包括电动机、驱动器、线缆卷盘、控制器和卷绕半径测量装置，其中，控制器连接卷绕半径测量装置，卷绕半径测量装置连接线缆卷盘，线缆卷盘的外沿设有均匀分布的多个计数齿，接近开关设置在线缆卷盘边缘，计量线缆卷盘旋转所经过的齿数，并将测得的信号传输给控制器，控制器连接驱动器，驱动器驱动电动机旋转，电动机带动线缆卷盘转动。

所述控制器设有显示模块，用于显示外部跟随设定速度、线缆卷盘速度和卷盘运行速度信号。

所述控制器设有输入模块。

优选的，所述输入模块为选择开关或控制按键。

所述控制器根据接收的卷绕半径测量装置实时测得的卷绕半径和旋转圈数来计算线缆的长度。

所述线缆卷盘设置于固定支架上，固定支架上设有以A、B、R为三条边的一个三角形，其中A边的下顶点线缆卷盘的圆心，且垂直于水平面，A边的长度a随卷绕线缆的情况来设定；B边的上顶点与A边的上顶点重合，B边的下顶点随线缆卷绕半径变化，B边长度为b，B边的长度b根据不同线缆卷绕情况进行调整，R就是线缆卷绕过程中随卷绕而实时变化的卷绕半径。

所述固定支架在A、B两条边所形成的顶点处设有角度测量装置，并将采集的角度信号传输给控制器。

优选的，所述角度测量装置为光电编码器或旋转变压器。

基于上述测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)控制器实时采样外部跟随速度设定，并根据输入模块来实现系统的自动、手动逻辑控制，在显示单元显示收放的速度及控制状态信息；

(2)通过卷绕半径测量装置实时获得线缆形成的卷绕半径信号，根据线缆卷盘预设的计数齿和接近开关形成卷绕圈数信号，两个信号由控制器形成对应的数字量信号，应用三角形余弦定理计算出线缆卷绕速度和总长度；

(3)计算出的线缆卷绕速度与外部设定的跟随速度进行PID运算，然后控制器通过的数字量信号和模拟量信号接口控制驱动器的输出，由驱动器控制电动机的运行速度，电动机再拖动线缆卷盘实现卷绕速度和外部给定速度的一致。

所述步骤(2)中，根据固定支架上以A、B、R为三条边的三角形，其中A边的下顶点线缆卷盘7的圆心，且垂直于水平面，长度a随卷绕线缆的情况来设定，B边的上顶点与A边的上顶点重合，B边的下顶点设计成能够随线缆卷绕半径变化，B边长度为b，B边的长度b根据不同线缆卷绕情况进行调整，R等于线缆卷绕过程中随卷绕而实时变化的卷绕半径；在A、B两条边所形成的顶点处安装角度测量装置实时测量A、B两条边夹角角度信号α，并将信号传递到控制器。

所述步骤(2)中，A、B、R为三条边构成的三角形，A、B边的边长a、b是已知的，R是随卷绕实时变化的，A、B的夹角α通过该装置来形成实时测量信号，并由控制器通过三角形余弦公式(1)和(2)计算出，公式(1)为三角形余弦定理，公式(2)为求半径R的公式(1)变形：

$\cos \mathrm{\α}=\frac{a^2+b^2-r^2}{2\mathrm{ab}}---\left(1\right)$

$r=\sqrt{a^2+b^2-2\mathrm{ab}\cos \mathrm{\α}}---\left(2\right)$

其中：α——A，B的夹角；

a——边A的长度；

b——边A的长度；

r——卷绕半径R的长度。

所述步骤(2)中，卷绕的圈数通过测量线缆卷盘的所通过的齿数n来确定，并通过以下公式计算卷绕的总长度：

$L=2\×\mathrm{\π}\×r\×\frac{n}{z}---\left(3\right)$

其中：L——线缆卷绕长度计算值；

π——圆周率；

r——卷绕半径R的长度；

n——计算时间间隔内线缆卷盘的所通过的齿数n；

z——线缆卷盘速度计数齿的个数。

本发明的有益效果为：

(1)卷绕半径测量装置实现了线缆收放线长度的准确测量；

(2)控制器根据控制按键和选择开关实现线缆卷绕的自动和手动控制；

(3)通过相关的运算和PID调节，能够使得线缆卷绕速度和所要求的速度一致。

附图说明

图1线缆收放长度精确测量方法及同步控制器系统框图。

图2卷绕半径测量装置及线缆卷盘位置测试示意图。

其中：1、跟随速度给定信号；2、控制按键或选择开关；3、嵌入式控制器；4、显示模块；5、驱动器；6、电动机；7、线缆卷盘；8、卷绕半径测量装置；9、接近开关。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

图1为线缆收放长度精确测量方法及同步控制器系统框图。整个系统包括控制按键或选择开关2，嵌入式控制器3、显示模块4，驱动器5、电动机6、线缆卷盘7、卷绕半径测量装置8，接近开关9等部分组成。嵌入式控制器3连接卷绕半径测量装置8，卷绕半径测量装置8连接线缆卷盘7，线缆卷盘7的外沿设有均匀分布的多个计数齿，接近开关9设置在线缆卷盘7边缘，计量线缆卷盘7旋转所经过的齿数，并将测得的信号传输给嵌入式控制器3，嵌入式控制器3连接驱动器5，驱动器5驱动电动机6旋转，电动机6带动线缆卷盘7转动。

整个系统的工作过程如下：首先控制器根据操作面板获取选择开关的位置和控制按键的状态来确定系统的自动或手动运行，再获取外部跟随速度设定和线缆卷盘7速度误差形成卷盘运行速度信号，并将这些信号按照不同要求在显示单元进行显示。第二步根据上述的逻辑状态和速度运算输出控制信号给驱动器，驱动器5来驱动电动机6，再由电动机6来拖动线缆卷盘7。线缆卷盘7的卷绕半径测量装置形成实时的卷绕半径信号传递给嵌入式控制器3。线缆卷盘7预设计的计数齿和接近开关形成线缆卷盘7位置信号，该信号进入嵌入式控制器3。控制器根据实时测得的卷绕半径和圈数来计算线缆的长度。

图2为卷绕半径测量装置及线缆卷盘速度测试示意图。在线缆线缆卷盘7的固定支架上设计以A、B、R为三条边的一个三角形，其中A边的下顶点线缆卷盘7的圆心，且垂直于水平面，长度a可以随卷绕线缆的情况来设定。B边的上顶点与A边的上顶点重合，B边的下顶点设计成能够随线缆卷绕半径变化，B边长度为b，B边的长度b可以根据不同线缆卷绕情况进行调整。R就是线缆卷绕过程中随卷绕而实时变化的卷绕半径。在A、B两条边所形成的顶点处安装旋转编码器或者旋转变压器等角度测量装置实时测量角度信号α，并将信号传递到控制器。在线缆卷盘7的周围设置计数齿，计数齿的个数z可以根据要求的精度和不同的线缆卷盘7来改变，通过接近开关实时测量线缆卷盘7所经过的齿数n，并将信号传递到控制器。

根据上述设计A、B、R为三条边构成的三角形，A、B边的边长a、b是已知的，R是随卷绕实时变化的。A，B的夹角α是可以通过该装置来形成实时测量信号，并由控制器通过三角形余弦公式(1)和(2)计算出。卷绕的圈数也可以通过测量线缆卷盘的所通过的齿数n来确定。卷绕的总长度可以通过公式(3)来实时精确计算。

公式(1)为三角形余弦定理，公式(2)为求半径R的公式(1)变形：

$\cos \mathrm{\α}=\frac{a^2+b^2-r^2}{2\mathrm{ab}}---\left(1\right)$

$r=\sqrt{a^2+b^2-2\mathrm{ab}\cos \mathrm{\α}}---\left(2\right)$

其中：α——A，B的夹角；

a——边A的长度；

b——边A的长度；

r——卷绕半径R的长度；

公式(3)为线缆卷绕长度的计算公式：

$L=2\×\mathrm{\π}\×r\×\frac{n}{z}---\left(3\right)$

其中：L——线缆卷绕长度计算值；

π——圆周率；

r——卷绕半径R的长度；

n——计算时间间隔内线缆卷盘的所通过的齿数n；

z——线缆卷盘速度计数齿的个数。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种线缆收放长度精确测量同步控制器，其特征是：包括电动机、驱动器、线缆卷盘、控制器和卷绕半径测量装置，其中，控制器连接卷绕半径测量装置，卷绕半径测量装置连接线缆卷盘，线缆卷盘的外沿设有均匀分布的多个计数齿，接近开关设置在线缆卷盘边缘，计量线缆卷盘旋转所经过的齿数，并将测得的信号传输给控制器，控制器连接驱动器，驱动器驱动电动机旋转，电动机带动线缆卷盘转动。

2.如权利要求1所述的一种线缆收放长度精确测量同步控制器，其特征是：所述控制器根据接收的卷绕半径测量装置实时测得的卷绕半径和旋转圈数来计算线缆的长度。

3.如权利要求1所述的一种线缆收放长度精确测量同步控制器，其特征是：所述线缆卷盘设置于固定支架上，固定支架上设有以、B、R为三条边的一个三角形，其中A边的下顶点线缆卷盘的圆心，且垂直于水平面，A边的长度a随卷绕线缆的情况来设定；B边的上顶点与A边的上顶点重合，B边的下顶点随线缆卷绕半径变化，B边长度为b，B边的长度b根据不同线缆卷绕情况进行调整，R就是线缆卷绕过程中随卷绕而实时变化的卷绕半径。

4.如权利要求3所述的一种线缆收放长度精确测量同步控制器，其特征是：所述固定支架在A、B两条边所形成的顶点处设有角度测量装置，并将采集的角度信号传输给控制器。

5.如权利要求4所述的一种线缆收放长度精确测量同步控制器，其特征是：所述角度测量装置为光电编码器或旋转变压器。

6.基于权利要求1-5中任一项所述的测量同步控制器的测量方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)控制器实时采样外部跟随速度设定，并根据输入模块来实现系统的自动、手动逻辑控制，在显示单元显示收放的速度及控制状态信息；

(2)通过卷绕半径测量装置实时获得线缆形成的卷绕半径信号，根据线缆卷盘预设的计数齿和接近开关形成卷绕圈数信号，两个信号由控制器形成对应的数字量信号，应用三角形余弦定理计算出线缆卷绕速度和总长度；

(3)计算出的线缆卷绕速度与外部设定的跟随速度进行PID运算，然后控制器通过的数字量信号和模拟量信号接口控制驱动器的输出，由驱动器控制电动机的运行速度，电动机再拖动线缆卷盘实现卷绕速度和外部给定速度的一致。

7.如权利要求6所述的测量方法，其特征是：所述步骤(2)中，根据固定支架上以A、B、R为三条边的三角形，其中A边的下顶点线缆卷盘7的圆心，且垂直于水平面，长度a随卷绕线缆的情况来设定，B边的上顶点与A边的上顶点重合，B边的下顶点设计成能够随线缆卷绕半径变化，B边长度为b，B边的长度b根据不同线缆卷绕情况进行调整，R等于线缆卷绕过程中随卷绕而实时变化的卷绕半径；在A、B两条边所形成的顶点处安装角度测量装置实时测量A、B两条边夹角角度信号α，并将信号传递到控制器。

8.如权利要求7所述的测量方法，其特征是：所述步骤(2)中，A、B、R为三条边构成的三角形，A、B边的边长a、b是已知的，R是随卷绕实时变化的，A、B的夹角α通过该装置来形成实时测量信号，并由控制器通过三角形余弦公式(1)和(2)计算出，公式(1)为三角形余弦定理，公式(2)为求半径R的公式(1)变形：

$\cos \mathrm{\α}=\frac{a^2+b^2-r^2}{2\mathrm{ab}}---\left(1\right)$

$r=\sqrt{a^2+b^2-2\mathrm{ab}\cos \mathrm{\α}}---\left(2\right)$

其中：α——A，B的夹角；

a——边A的长度；

b——边A的长度；

r——卷绕半径R的长度。

9.如权利要求6所述的测量方法，其特征是：所述步骤(2)中，卷绕的圈数通过测量线缆卷盘的所通过的齿数n来确定，并通过以下公式计算卷绕的总长度：

$L=2\×\mathrm{\π}\×r\×\frac{n}{z}---\left(3\right)$

其中：L——线缆卷绕长度计算值；

π——圆周率；

r——卷绕半径R的长度；

n——计算时间间隔内线缆卷盘的所通过的齿数n；

z——线缆卷盘速度计数齿的个数。