CN105911894A - 一种智能螺栓紧固器的控制装置及其控制方法 - Google Patents
一种智能螺栓紧固器的控制装置及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种智能螺栓紧固器的控制装置及其控制方法，装置包括电机、检测传感器、无线通信模块、手持控制模块和无线控制模块，其中：手持控制模块包括电机控制器和电机显示器，无线控制模块包括无线控制器和遥控显示器，所述电机连接检测传感器和电机控制器，电机控制器连接电机显示器，电机控制器通过无线通信模块连接无线控制器，无线控制器还连接遥控显示器；将螺栓紧固器的控制细分为手持控制模块作业和远程操控无线控制模块作业两种方法。可以根据现场的不同情况，例如空间大小、操作角度大小、施工高度等，选择合适的控制方法，达到最优的控制效果。
Description
技术领域
本发明属于电力检修技术领域，特别涉及一种智能螺栓紧固器的控制装置及其控制方法。
背景技术
在电力检修工作中，作业人员经常需要在高空进行螺栓紧固工作，此时螺栓紧固的力度大多依靠作业人员经验判断，这种传统的螺栓紧固方法不仅危险性较高，螺栓紧固的质量也难以得到保证。基于对作业人员安全的考虑，同时进一步提高螺栓紧固的精确程度，当前的工作方法不再适用。
发明内容
发明目的：本发明提供一种智能螺栓紧固器的控制装置及其控制方法，实现螺栓紧固的智能控制和实时获取螺栓紧固的扭矩值的功能。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种智能螺栓紧固器的控制装置，包括电机、检测传感器、无线通信模块、手持控制模块和无线控制模块，其中：手持控制模块包括电机控制器和电机显示器，无线控制模块包括无线控制器和遥控显示器，所述电机连接检测传感器和电机控制器，电机控制器连接电机显示器，电机控制器通过无线通信模块连接无线控制器，无线控制器还连接遥控显示器；
所述检测传感器包括扭矩检测传感器、转速检测传感器和角度检测传感器；
所述无线通信模块包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，其中：第一无线通信模块包括命令接收模块、扭矩发送模块、角度发送模块和转速发送模块，第二模块包括命令发送模块、扭矩接收模块、角度接收模块和转速接收模块。
所述扭矩检测传感器、转速检测传感器和角度检测传感器均至少为一个。
所述电机显示器和遥控显示器均包含有扭矩显示模块、角度显示模块和转速显示模块。
所述电机显示器安装于电机控制器上，所述遥控显示器安装于无线控制器上。
每一个扭矩检测传感器匹配一个扭矩发送模块、一个扭矩接收模块、一个电机显示器内的扭矩显示模块和一个遥控显示器内的扭矩显示模块；
每一个角度检测传感器匹配一个角度发送模块、一个角度接收模块、一个电机显示器内的角度显示模块和一个遥控显示器内的角度显示模块；
每一个转速检测传感器匹配一个转速发送模块、一个转速接收模块、一个电机显示器内的转速显示模块和一个遥控显示器内的转速显示模块。
所述第一无线通信模块连接电机控制器，第二无线通信模块连接无线控制器；且第一无线通信模块和第二无线通信模块之间无线通信。
一种智能螺栓紧固器的控制方法，包括直接采用手持控制模块作业和远程操控无线控制模块作业，其中：直接采用手持控制模块作业时，检测传感器将检测到的扭矩值、转速值和角度值的信息传递给电机控制器，并将以上信息直接显示在电机显示器上，电机控制器通过扭矩值和转速值双重反馈，自动调节当前输出的PWM波，保持电机的稳定运行；工作人员手持着手持控制模块，通过电机控制器上的扳机控制改变PWM波的输出，保持电机的稳定运行；扭矩检测传感器实时采集当前的扭矩值，扭矩显示模块显示当前的扭矩值，帮助工作人员判定停止工作的时间；
远程操控无线控制模块时，无线控制器与电机控制器之间通过无线通信模块进行通讯，检测传感器将检测到的扭矩值、转速值和角度值经电机控制器，再无线传递给无线控制器，最终将扭矩值、转速值和角度值显示在遥控显示器上；电机控制器接收到遥控显示器的工作命令后，角度检测传感器开始工作，检测当前螺栓紧固器与螺栓之间的角度值信息，确认工作角度无误后，发送角度值信息到遥控显示器，等待正式工作命令；遥控显示器预设需要的扭矩值和转速值并发送给电机控制器，电机控制器接收到信息后启动电机开始工作；扭矩检测传感器、转速检测传感器开始工作，实时采集当前的扭矩值和转速值，由电机控制器进行判断，反馈转速控制需要修改的参数，调节输出的PWM波，保持电机匀速工作；同时，不断检测扭矩值并与预设值相比较，达到预设值后自动停止工作。
转速检测传感器设定转速最大值与最小值；当转速小于设定的最小值时，判定电机堵转，螺栓无法继续紧固，停止电机工作；当转速大于设定的最大值时，判定螺栓损坏，无法继续紧固，停止电机工作。
扭矩检测传感器和转速检测传感器将检测到的实时信息通过无线传输的方式发送到遥控显示器上，工作人员可即时观察当前的工作状态，当发生未受控制的情况时，能够及时中断电机控制器的工作。
开始工作后，首先初始化扭矩值、转速值和角度值，然后开始预工作，角度检测传感器检测当前待紧固螺栓的角度值是否符合要求，当角度值不符合要求，则返回预工作，当角度值符合要求，开始正式工作，输出需要的PWM波，转速检测传感器检测实时检测转速是否稳定，转速不稳定，则调整输出的PWM波，转速稳定时，扭矩检测传感器检测实时检测扭矩值是否达到预设扭矩值，扭矩值未达到时，返回输出PWM波，扭矩值达到时，工作结束。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
将螺栓紧固器的控制细分为手持控制模块作业和远程操控无线控制模块作业两种方法。可以根据现场的不同情况，例如空间大小、操作角度大小、施工高度等，选择合适的控制方法，达到最优的控制效果。
当操作人员手持控制模块进行作业时，扭矩检测传感器实时采集当前的扭矩值，扭矩显示模块显示当前的扭矩值，可以辅助操作人员判定停止工作的时间，不再像传统的螺栓紧固器那样，完全依赖操作人员的感觉、经验进行判断，提高螺栓紧固工作的准确性。
当操作人员远程操控无线模块进行作业时，只要预设好需要的扭矩值，其他工作完全交给已架构好的硬件平台来实现，能够最大限度的保障螺栓紧固的精确，不会出现未拧紧或扭矩过大拧坏螺栓的情况；同时，操作人员远离工作电机，避免了可能出现的高空或带电作业危险。
检测装置包括角度、扭矩、转速、三种检测传感器，角度传感器检测工作角度，保证螺栓不会拧歪，传统的螺栓紧固器只能依靠操作人员的感觉。扭矩、转速检测传感器与电机控制器形成双闭环反馈，从两方面出发实时修正操作产生的误差，速度快、准确率高，是单闭环控制器无法比拟的。
附图说明
图1是本发明无线控制模块的结构示意框图；
图2是本发明手持控制模块的结构示意框图；
图3是本发明的工作流程框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-3所示，一种智能螺栓紧固器的控制装置，包括电机、检测传感器、无线通信模块、手持控制模块和无线控制模块，其中：手持控制模块包括电机控制器和电机显示器，无线控制模块包括无线控制器和遥控显示器，所述电机连接检测传感器和电机控制器，电机控制器连接电机显示器，电机控制器通过无线通信模块连接无线控制器，无线控制器还连接遥控显示器；
所述检测传感器包括扭矩检测传感器、转速检测传感器和角度检测传感器；
所述无线通信模块包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，其中：第一无线通信模块包括命令接收模块、扭矩发送模块、角度发送模块和转速发送模块，第二模块包括命令发送模块、扭矩接收模块、角度接收模块和转速接收模块。
所述扭矩检测传感器、转速检测传感器和角度检测传感器均至少为一个。
所述电机显示器和遥控显示器均包含有扭矩显示模块、角度显示模块和转速显示模块。
所述电机显示器安装于电机控制器上，所述遥控显示器安装于无线控制器上。
每一个扭矩检测传感器匹配一个扭矩发送模块、一个扭矩接收模块、一个电机显示器内的扭矩显示模块和一个遥控显示器内的扭矩显示模块；
每一个角度检测传感器匹配一个角度发送模块、一个角度接收模块、一个电机显示器内的角度显示模块和一个遥控显示器内的角度显示模块；
每一个转速检测传感器匹配一个转速发送模块、一个转速接收模块、一个电机显示器内的转速显示模块和一个遥控显示器内的转速显示模块。
所述第一无线通信模块连接电机控制器，第二无线通信模块连接无线控制器；且第一无线通信模块和第二无线通信模块之间无线通信。
一种智能螺栓紧固器的控制方法，包括直接采用手持控制模块作业和远程操控无线控制模块作业，其中：直接采用手持控制模块作业时，检测传感器将检测到的扭矩值、转速值和角度值的信息传递给电机控制器，并将以上信息直接显示在电机显示器上，电机控制器通过扭矩值和转速值双重反馈，自动调节当前输出的PWM波，保持电机的稳定运行；工作人员手持着手持控制模块，通过电机控制器上的扳机控制改变PWM波的输出，保持电机的稳定运行；扭矩检测传感器实时采集当前的扭矩值，扭矩显示模块显示当前的扭矩值，帮助工作人员判定停止工作的时间；
远程操控无线控制模块时，无线控制器与电机控制器之间通过无线通信模块进行通讯，检测传感器将检测到的扭矩值、转速值和角度值经电机控制器，再无线传递给无线控制器，最终将扭矩值、转速值和角度值显示在遥控显示器上；电机控制器接收到遥控显示器的工作命令后，角度检测传感器开始工作，检测当前螺栓紧固器与螺栓之间的角度值信息，确认工作角度无误后，发送角度值信息到遥控显示器，等待正式工作命令；遥控显示器预设需要的扭矩值和转速值并发送给电机控制器，电机控制器接收到信息后启动电机开始工作；扭矩检测传感器、转速检测传感器开始工作，实时采集当前的扭矩值和转速值，由电机控制器进行判断，反馈转速控制需要修改的参数，调节输出的PWM波，保持电机匀速工作；同时，不断检测扭矩值并与预设值相比较，达到预设值后自动停止工作。
转速检测传感器设定转速最大值与最小值，最大值为30转/秒，最小值为5转/秒；当转速小于设定的最小值时，判定电机堵转，螺栓无法继续紧固，停止电机工作；当转速大于设定的最大值时，判定螺栓损坏，无法继续紧固，停止电机工作。
扭矩检测传感器和转速检测传感器将检测到的实时信息通过无线传输的方式发送到遥控显示器上，工作人员可即时观察当前的工作状态，当发生未受控制的情况时，能够及时中断电机控制器的工作。
开始工作后，首先初始化扭矩值、转速值和角度值，然后开始预工作，角度检测传感器检测当前待紧固螺栓的角度值是否符合要求，若偏差大于10度（强行启动容易造成螺栓滑丝），则电机不启动，当角度值符合要求，开始正式工作，输出需要的PWM波，转速检测传感器检测实时检测转速是否稳定，当转速波动在1转/秒以上时，判定为转速不稳定，则调整输出的PWM波；当转速稳定时，扭矩检测传感器检测实时检测扭矩值是否达到预设扭矩值(偏差0.1Nm)，扭矩值未达到时，返回输出PWM波，扭矩值达到时，工作结束。
实施例：预设扭矩值20Nm，转速检测传感器设定转速最大值30转/秒与最小值5转/秒。开始工作，首先判断角度值偏差是否在10度以内，若符合要求则开始工作，输出一路占空比60%、频率30K的PWM波，此时转速检测传感器检测实时检测转速是否稳定，转速不稳定时，通过误差修改输出PWM波的占空比来稳定转速，扭矩检测传感器检测实时检测扭矩值是否达到预设扭矩值(偏差0.1Nm) ，当达到预设值时，电机停止工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能螺栓紧固器的控制装置，其特征在于：包括电机、检测传感器、无线通信模块、手持控制模块和无线控制模块，其中：手持控制模块包括电机控制器和电机显示器，无线控制模块包括无线控制器和遥控显示器，所述电机连接检测传感器和电机控制器，电机控制器连接电机显示器，电机控制器通过无线通信模块连接无线控制器，无线控制器还连接遥控显示器；
所述检测传感器包括扭矩检测传感器、转速检测传感器和角度检测传感器；
所述无线通信模块包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，其中：第一无线通信模块包括命令接收模块、扭矩发送模块、角度发送模块和转速发送模块，第二模块包括命令发送模块、扭矩接收模块、角度接收模块和转速接收模块。
2.根据权利要求1所述的智能螺栓紧固器的控制装置，其特征在于：所述扭矩检测传感器、转速检测传感器和角度检测传感器均至少为一个。
3.根据权利要求1所述的智能螺栓紧固器的控制装置，其特征在于：所述电机显示器和遥控显示器均包含有扭矩显示模块、角度显示模块和转速显示模块。
4.根据权利要求1所述的智能螺栓紧固器的控制装置，其特征在于：所述电机显示器安装于电机控制器上，所述遥控显示器安装于无线控制器上。
5.根据权利要求1所述的智能螺栓紧固器的控制装置，其特征在于：每一个扭矩检测传感器匹配一个扭矩发送模块、一个扭矩接收模块、一个电机显示器内的扭矩显示模块和一个遥控显示器内的扭矩显示模块；
每一个角度检测传感器匹配一个角度发送模块、一个角度接收模块、一个电机显示器内的角度显示模块和一个遥控显示器内的角度显示模块；
每一个转速检测传感器匹配一个转速发送模块、一个转速接收模块、一个电机显示器内的转速显示模块和一个遥控显示器内的转速显示模块。
6.根据权利要求1所述的智能螺栓紧固器的控制装置，其特征在于：所述第一无线通信模块连接电机控制器，第二无线通信模块连接无线控制器；且第一无线通信模块和第二无线通信模块之间无线通信。
7.根据权利要求1-6任一所述的智能螺栓紧固器的控制方法，其特征在于：包括直接采用手持控制模块作业和远程操控无线控制模块作业，其中：直接采用手持控制模块作业时，检测传感器将检测到的扭矩值、转速值和角度值传递给电机控制器，并将扭矩值、转速值和角度值直接显示在电机显示器上，电机控制器通过扭矩值和转速值双重反馈，自动调节当前输出的PWM波，保持电机的稳定运行；工作人员手持着手持控制模块，通过电机控制器上的扳机控制改变PWM波的输出，保持电机的稳定运行；扭矩检测传感器实时采集当前的扭矩值，扭矩显示模块显示当前的扭矩值，帮助工作人员判定停止工作的时间；
远程操控无线控制模块时，无线控制器与电机控制器之间通过无线通信模块进行通讯，检测传感器将检测到的扭矩值、转速值和角度值经电机控制器，再无线传递给无线控制器，最终将扭矩值、转速值和角度值显示在遥控显示器上；电机控制器接收到遥控显示器的工作命令后，角度检测传感器开始工作，检测当前螺栓紧固器与螺栓之间的角度值信息，确认工作角度无误后，发送角度值信息到遥控显示器，等待正式工作命令；遥控显示器预设需要的扭矩值和转速值并发送给电机控制器，电机控制器接收到信息后启动电机开始工作；扭矩检测传感器、转速检测传感器开始工作，实时采集当前的扭矩值和转速值，由电机控制器进行判断，反馈转速控制需要修改的参数，调节输出的PWM波，保持电机匀速工作；同时，不断检测扭矩值并与预设值相比较，达到预设值后自动停止工作。
8.根据权利要求7所述的智能螺栓紧固器的控制方法，其特征在于：转速检测传感器设定转速最大值与最小值；当转速小于设定的最小值时，判定电机堵转，螺栓无法继续紧固，停止电机工作；当转速大于设定的最大值时，判定螺栓损坏，无法继续紧固，停止电机工作。
9.根据权利要求7所述的智能螺栓紧固器的控制方法，其特征在于：扭矩检测传感器和转速检测传感器将检测到的实时信息通过无线传输的方式发送到遥控显示器上，工作人员可即时观察当前的工作状态，当发生未受控制的情况时，能够及时中断电机控制器的工作。
10.根据权利要求7所述的智能螺栓紧固器的控制方法，其特征在于：开始工作后，首先初始化扭矩值、转速值和角度值，然后开始预工作，角度检测传感器检测当前待紧固螺栓的角度值是否符合要求，当角度值不符合要求，则返回预工作，当角度值符合要求，开始正式工作，输出需要的PWM波，转速检测传感器检测实时检测转速是否稳定，转速不稳定，则调整输出的PWM波，转速稳定时，扭矩检测传感器检测实时检测扭矩值是否达到预设扭矩值，扭矩值未达到时，返回输出PWM波，扭矩值达到时，工作结束。
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