CN106144769A - 一种减少复绕折角的设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是光纤在绕制设备优化研制领域，具体涉及一种减少复绕折角的设备及其控制方法。包括复绕机、控制和显示器；所述复绕机包括放线端部分、收线端部分和导轮连接单元；所述复绕机左侧设置有收放线端部分，复绕机右侧设置有放线端部分，放线端部分与收线端部分之间设置有导轮连接单元；放线端部分包括放线盘、放线盘夹紧装置、放线端步进电机、放线丝杆、放线架、放线丝杆传动电机；导轮连接单元包括放线导轮、光纤夹紧轮、收线导轮；收线端部分包括收线盘、收线端步进电机、收线丝杆、收线丝杆传动步进电机、舞蹈轮、舞蹈轮电位器、张力轮、光纤夹紧轮、收线盘夹头、收线盘支架。

Description

一种减少复绕折角的设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及的是光纤在绕制设备优化研制领域，具体涉及一种减少复绕折角的设备及其控制方法。

背景技术

复绕机在光纤制造领域应用非常广泛。在需要复绕设备的制造业中，折角率的高低对工艺参数，产品质量的好坏有着很大的影响，但由于复绕设备的工艺复杂、参数多变、运行惯性大、因此如何控制好复绕机的运行对复绕折角参数的高低起着重要的作用。

复绕折角产生的原因主要为排线不好，跳纤，张力异常，导轮不灵活等。

现有技术中一般采用PID控制来调节复绕排线。PID控制有比例、积分和微分三种控制方式，每一种控制方式都有其独特的控制特点。比例控制是一种最基本的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，具有反映速度快、控制及时的特点，但不能消除系统的稳态误差。积分控制的输出与输入误差信号的积分成正比关系，可以消除系统的稳态误差，积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大，从而推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到稳态误差为零，但是积分控制存在滞后特点，不能快速的对误差进行有效的控制调节。微分控制的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系，自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，其原因是由于存在有较大惯性组件或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。这时系统需要引入微分作用，来预测误差变化的趋势，避免被控量的严重超调。

复绕张力异常也会导致复绕折角率的上升，如何较好的控制复绕的张力，也是较为关键的。张力影响光缆的性能，如温度、应力、折射、散射等，只有实现光纤张力的稳定，才能实现光纤的参数稳定。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种减少复绕折角的设备及其控制方法，是一种有效的、精密的排线方式，以及更精准的张力恒定控制模式。本发明通过设备改造，减少复绕光纤的折角率，提高设备的性能。

光纤在复绕过程中所受的张力会引起光纤的附加损耗，并且光纤表面在长时间受到较大张力作用时会发生断裂，为保护光纤不受损害，并把损耗限制在一定范围内，本复绕机设有收线张力控制。光纤复绕过程中张力的变化由舞蹈轮的偏转位置反映出来。当舞蹈轮位置发生偏转时，与舞蹈轮联动的电位器检验出这一变化，并以电压形式反馈给单片机AT89C51，单片机经过 PID（比例－积分－微分）运算后，输出控制电压信号，以控制主轴收线电机改变转速，使舞蹈轮始终处于水平位置，收线张力保持恒定。

一种减少复绕折角的设备及其控制方法是采取以下技术方案实现：

一种减少复绕折角的设备包括复绕机、控制和显示器，所述复绕机包括放线端部分、收线端部分和导轮连接单元；

所述复绕机左侧设置有收放线端部分，复绕机右侧设置有放线端部分，放线端部分与收线端部分之间设置有导轮连接单元。

放线端部分包括放线盘、放线盘夹紧装置、放线端步进电机、放线丝杆、放线架和放线丝杆传动电机。放线丝杆安装在放线端部分机架上部，放线丝杆传动电机安装在放线端部分机架一侧，放线丝杆传动电机与放线丝杆相连，放线架安装在放线丝杆上，放线丝杆传动电机通过丝杆带动放线架移动，带动放线盘转动，从而进行放线。放线盘夹紧装置具有放线盘夹头、放线盘支架，放线盘支架安装在复绕机架右侧，放线盘支架安装有放线盘夹头，放线盘装在放线盘夹头上，放线步进电机安装在放线盘支架一侧，放线端步进电机传动放线盘夹头控制放线盘转动放线速度。

导轮连接单元安装在复绕机架中部，导轮连接单元包括放线导轮、光纤夹紧牵引轮、收线导轮。

收线端部分包括收线盘、收线端步进电机、收线丝杆、收线丝杆传动步进电机、舞蹈轮、舞蹈轮电位器、张力轮、光纤夹紧轮、收线盘夹头和收线盘支架。收线丝杆安装在收线端部分机架上部，收线丝杆端部装有收线丝杆传动步进步进电机，收线端步进电机安装在收线端部分机架一侧，收线端通过收线端步进电机的转动带动收线盘进行收线，舞蹈轮安装在收线端步进电机与收线丝杆中间，通过舞蹈轮的动作反馈给舞蹈轮电位器，舞蹈轮电位器反馈信号给收线端步进电机，从而达到控制收放线速度一致。收线端步进电机采用三相六拍步进电机。

收线端步进电机安装在收线端部分左侧，通过收线丝杆的左右移动经过收线架来控制排线，张力轮放置于光纤夹紧轮中间，张力轮装有张力传感器，用于张力的精确控制。光纤夹紧轮装有传动电机，用于光纤牵引传动、夹紧。

所述的控制和显示器包括步进电机接口电路、张力检测电路、单片机控制三相六拍步进电机电机以及张力电路、速度传感器、转速检测电路、工控机。

采用C51单片机控制步进器来控制步进电机，由于单片机的驱动电流一般都比较小，不能直接驱动电机工作，所以单片机的I/O口输出必须接驱动电路，即功率驱动，才得以控制步进电机正常工作。C51单片机具体控制如下：

开始启动时点击处于停止转动状态，用键盘按键控制键盘锁、步数、正转、反转。用80c51作为总控制芯片。ULN2003用于步进电机的驱动控制。

位置编码器用于检测步进步进电机的转速和位置，反馈给C51单片机，控制电机的运转速度。

张力检测电路中，使用的张力传感器型号NS-WL1拉压力传感器，用于张力的检测，并反馈给C51单片机，用于速度的控制。

设备工作时所需的各种工作参数需用键盘向工控机输入，设备运行时的各种工作状态也需要同时显示在工控机的显示屏上，因此工控机成为设备运行的管理者，但由于排线过程的实时性要求很强，以及工作状态采样速率的限制，工控机的速度无法达到要求，为此设置了下位机，单片微处理器做现场处理，完成排线动作并记录设备运行状态送给上位机处理，下位机控制采用AT89C51单片机模块，模块采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。（如附图4所示）用此单片机控制，能够实现张力的温定控制，对减少复绕折角有很大的帮助。

为提高排线精度以及准确处理排线过程中的各种状态，我们使用了步进步进电机进行排线控制，步进步进电机具有走步精确的优点，而这一点对提高排线精度特别重要，为获取收线轮的转速信息，在收线端步进电机的主轴上有编码器，编码器原理为一码盘，均匀开有孔位，在孔位两侧安装透射光耦，当收线端步进电机旋转时，码盘上的孔位通过光耦时产生脉冲，将这一脉冲送入中央处理单元的定时器内，通过计算脉冲间隔及脉冲宽度，便可获知收线端光纤盘的转动速度，同理可获取步进电机的转速信息，当收线轮转动时，通过计算获知收线轮的转动速度，并根据设定的排线间距计算出步进电机应有的旋转速度，控制步进脉冲发生器产生所需脉冲，使步进电机按指定速度旋转，通过丝杆带动收线架平移，完成排线动作。（此单片机系统主要控制收线端排线）。

步进电机接口电路主要控制步进电机的旋转角度和运转速度，以此来实现对占空比的控制，达到对怠速的控制。步进电机接口电路经六角倒相器（74LS04）倒相后输出负脉冲，经通用光电耦合器（4N25）隔离倒相后输出正脉冲，驱动复合管打开，将绕组底边接地使电流流经绕组。

张力检测电路采用张力传感器，型号为NS-WL1拉压力传感器，采用S型剪切结构，具有测量精度高、安装容易，使用方便的特点。传感器的工作电压为DC24V，采用模拟量输出信号，0-5V输出对应的量程为0-5KG，在使用前，需对传感器进行调零，调满负荷进行标定。在使用过程中，外部施加的作用力不得大于传感器的量程。（张力检测电路用于收线端控制）

一种减少复绕折角的设备的控制方法，是采取以下步骤：

（1）排线控制

在复绕机的工作系统中，使用三相六拍步进电机来完成绕线的向前、向后移动和跳段等功能。在程序的配合下，通过丝杠把角度变成位移，便能实现绕线的精确定位，从而达到精密排线的最终目的。

步进电动机是一种将电的脉冲信号转换成相应的角位移和线位移的机电元件，通俗地讲，就是外加一个脉冲信号于这种电动机时，它就运行一步，它实质上是一种多相或单相同步电动机。单相步进电动机由单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动，例如用于驱动机械式电子手表的指针。多相步进电动机由多相方波脉冲驱动，用途很广。步进电机一般都是指多相步进电动机，使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转变为多相脉冲信号，再经功率放大后分别送入电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度。正常运行情况下，步进电动机转过的总角度与脉冲数成正比，连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量输入，所以特别适合微机控制。

排线的起始位置对复绕排线的影响也很大，有时要求排线的起点不在收线盘的边缘，而是距边缘某一指定距离，此时要进行初始位置控制。由键盘输入初始位置数据，单片机计算排线轮应旋转的角度，转换为需要的步进脉冲的数目，控制步进脉冲发生器产生相应数目的脉冲，驱动步进电机旋转一定角度。通过丝杠带动收线轮移动到指定的距离，完成初始位置设置。

主轴转速的不稳定，一方面造成光纤张力的不稳定，另一方面造成排线螺距的不均匀，这些都会使产品质量受到极大影响。现通过单片机形成主轴转速闭环控制回路。改变设备主轴转速开环控制为闭环控制，以获得优良的电机输出特性和良好的输出转速稳定性。

在光纤手动绕制过程中，需对光纤的初始位置或是光纤在绕制过程中出现的层叠现象进行调整。正常自动运行过程中单片机控制步进电机，驱动步进电机旋转一定角度。通过丝杠带动收线轮移动实现光纤稳定、紧密绕制。

收线盘上的排线，是以步进电机拖动滚珠丝杠来进行的。而步进电机的速度取决于外部所发方波脉冲的频率。本系统由 单片机来实现方波脉冲，其频率的大小与收线电机的角速度（wt）、排线间距（P）、丝杠升角（hp）及步进电机的步距角（θb）有关，计算公式为 f= 360×hp×wt/2π×θb ×P。具体的操作：在筛选过程中，发现排线不好，在筛选机操作台上，有“左侧调整”,“右侧调整” 键，其中“左侧调整”控制筛选小盘左端排线，“右侧调整”控制筛选小盘右端排线，如当光纤左端排线偏低时，则调节“左侧调整”键向“+”方向，如果调节成功，则“UNWEDSING”指示灯显示绿色，如当光纤左端排线偏高时，则调节“左侧调整”键向“-”方向，右端排线方法与之一致。

收线盘步进电机接口电路如图 2，主功率器件选用 VMOS管功率模块。由于 VMOS为压控器件，容易受外界干扰，使栅极和射极的电压超过阀值电压而造成器件误导通，有可能使上、下桥臂的同侧管同时导通，造成短路。为此，在栅极和射极之间并接两只反向串联的稳压管 DZ3和 DZ4。V2、V4、V5、V6选用 VMOS器件，R、 C、D构成过压保护，RZ为过流保护检测电阻，为了改善驱动信号前后沿的陡度，并防止振荡，在栅极设立电阻 R2。四只功率管的驱动电路由 TI公司生产的专用驱动模块 TPS2813完成。

VMOS管功率模块，专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块，内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式结构。

VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽MOS场效应 管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。

（2）张力控制

张力控制过程：光纤张力的变化由舞蹈轮的偏转位置反映出来。当复绕过程中张力发生变化时，舞蹈轮偏转，与舞蹈轮联动的电位器把舞蹈轮偏转角度的变化转换成电压的形式，电压信号经过信号的调理放大、A/D 转换后，送给单片机 89C51，单片机将这一张力信号与设定值比较，得出差值，通过程序对这一差值信号进行 PID 运算，输出控制电压，控制收线主轴电机改变转速，使舞蹈轮始终处于水平位置，从而达到控制张力的目的。

舞蹈轮电位计选用OMRON/欧姆龙品牌电位计，额定功率：1（W），分辨率：12（%），零位电阻：10k（Ω），绝缘电阻：100（MΩ）。

复绕机张力传感器需每日进行比对校准，立即进行校准，复绕机张力传感器对比：复绕机张力传感器需每日进行比对校准，每天进行点检后立即进行校准，在相关表格上记录结果。用1Kg砝码进行校对。进行张力比对校准时砝码稍微离地（5cm左右）即可。生产过程中若张力轮被撞击，则立刻进行张力比对，确认正常后才可进继续生产。比对结果保持在一个较小的误差之内，正常，继续生产。比对结果超出上述范围内，则需要及时调节。比对结果相差较大的时候，需对设备进行调节。

一种减少复绕折角的设备的控制方法，综述如下：在光纤夹紧轮的作用下，放线端光纤盘转动完成被动放线，光纤夹紧轮牵引光纤经舞蹈轮向收线端光纤盘供线，在收线过程中舞蹈轮保持平衡使光纤所受张力与设定值一致，同时在收线端光纤盘旋转过程中收线端步进电机排线与收线端光纤盘同步转动，经收线丝杆传动步进电机传动收线丝杆带动收线架水平移动，在收线端光纤盘上排线，排线过程中通过检测收线丝杆传动步进电机排线的旋转角度获知排线宽度，在达到指定宽度时使收线丝杆传动步进电机反向旋转，实现自动换向，该设备所有参数的设置及工作状态的显示用工控机完成，实时数据的处理用微处理器完成。

一种减少复绕折角的设备及其控制方法优点：

在复绕机的工作系统中，使用三相六拍步进电机来完成绕线的向前、向后移动和跳段等功能。在程序的配合下，通过丝杠把角度变成位移，便能实现绕线的精确定位，从而达到精密排线的最终目的，通过调节排线，能够使折角有所改善。

张力控制，通过张力的恒定控制，使得光纤排线的松紧度能够恒定。从而复绕折角也得到了改善。

附图说明

以下将结合附图对本发明作一步说明：

图1是一种复绕机整体设备结构示意图。

图2是一种减少复绕折角的设备的单片机控制步进电机接口电路图（此电路用在收线端排线步进电机中）。

图3是一种减少复绕折角的设备的控制和显示器结构框图。

图4是一种减少复绕折角的设备的单片机驱动三相步进电机示意图。

图5是一种减少复绕折角的设备的收线端排线控制流程图。

图中：

1、放线端，2、导轮连接单元，3、收线端，4、舞蹈轮，5、收线端光纤盘，6、放线端光纤盘，7、舞蹈轮电位计，8、工控机(控制电脑），9、收线盘支架，10、收线盘夹头， 11、收线端步进电机（收线盘排线三相六拍步进电机），12、放线丝杆传动电机，13、放线步进电机，14、放线导轮，15、光纤夹紧轮，16、收线丝杆，17、收线架 ，18、放线丝杆，19、放线架，20、复绕机机架，21、收线丝杆传动步进电机，22、收线导轮，23、放线盘支架，24、放线盘夹头，25、放线端部分机架，26、收线端部分机架，27、张力轮。

具体实施方式

参照附图1-5，一种减少复绕折角的设备，所述设备包括复绕机、控制和显示器8，所述复绕机包括放线端部分、收线端部分和导轮连接单元；

所述复绕机左侧设置有收放线端部分3，复绕机右侧设置有放线端部分1，放线端部分1与收线端部分之间设置有导轮连接单元3。

放线端部分1包括放线盘6、放线盘夹紧装置，放线端步进电机13、放线丝杆18、放线架19、放线丝杆传动电机12。放线丝杆18安装在放线端部分机架25上部，放线丝杆传动电机12安装在放线端部分机架25一侧，放线丝杆传动电机12与放线丝杆18相连，放线架19安装在放线丝杆18上，放线丝杆传动电机12通过丝杆带动放线架19移动，带动放线盘6转动，从而进行放线。放线盘夹紧装置具有放线盘夹头24、放线盘支架23，放线盘支架23安装在复绕机架右侧，放线盘支架23安装有放线盘夹头24，放线盘6装在放线盘夹头24上，放线步进电机13安装在放线盘支架23一侧，放线端步进电机13传动放线盘夹头24控制放线盘6转动放线速度。

导轮连接单元2安装在复绕机架20中部，导轮连接单元2包括放线导轮14、光纤夹紧轮15、收线导轮22。

收线端部分3包括收线盘5、收线端步进电机11、收线丝杆16、收线丝杆传动步进电机21、舞蹈轮4、舞蹈轮电位器7、张力轮27、光纤夹紧轮15、收线盘夹头10、收线盘支架9。收线丝杆16安装在收线端部分机架26上部，收线丝杆16端部装有收线丝杆传动步进电机21，收线端步进电机11安装在收线端部分机架26一侧，收线端通过收线端步进电机11的转动带动收线盘5进行收线，舞蹈轮4安装在收线端步进电机11与收线丝杆16中间，通过舞蹈轮4的动作反馈给舞蹈轮电位器7，舞蹈轮电位器7反馈信号给收线端步进电机11，从而达到控制收放线速度一致。收线端步进电机11采用三相六拍步进电机。

收线端步进电机11安装在收线端部分3左侧，收线丝杆传动步进电机21传动收线丝杆16通过收线丝杆16的左右移动经过收线架17来控制排线，张力轮27放置于光纤夹紧轮15中间，张力轮27装有张力传感器，用于张力的精确控制。

光纤夹紧轮15装有传动电机，用于光纤牵引传动、夹紧。

所述的收线端步进电机和收线丝杆传动步进电机采用三相六拍步进电机。

所述的控制和显示器包括步进电机接口电路、张力检测电路、单片机控制三相六拍步进电机电机以及张力电路、速度传感器、转速检测电路、工控机8。（如附图3）。

所述的一种减少复绕折角的设备，采用单片机驱动三相六拍电机，单片机的I/O口输出必须接驱动电路，即功率驱动，才得以控制电机正常工作；

开始启动时点击处于停止转动状态，用键盘按键控制键盘锁、步数、正转、反转，采用单片机作为总控制芯片，驱动芯片用于步进电机的驱动控制。

采用C51单片机驱动步进器来控制步进拍电机，由于单片机的驱动电流一般都比较小，不能直接驱动电机工作，所以单片机的I/O口输出必须接驱动电路，才能通过步进器控制电机正常工作。C51单片机具体控制框图如下附图4所示：

开始启动时点击处于停止转动状态，用键盘按键控制键盘锁、步数、正转、反转。用80c51作为总控制芯片。ULN2003用于步进电机的驱动控制。其中在键盘控制时用键盘扫描程序 。

速度传感器用于检测步进电机的转速，反馈给C51单片机，控制电机的运转速度。

张力检测电路中，使用的张力传感器型号NS-WL1拉压力传感器，用于张力的检测，并反馈给C51单片机，用于速度的控制

设备工作时所需的各种工作参数需用键盘向工控机输入，设备运行时的各种工作状态也需要同时显示在工控机的显示屏上，因此工控机成为设备运行的管理者，但由于排线过程的实时性要求很强，以及工作状态采样速率的限制，工控机的速度无法达到要求，为此设置了下位机，单片微处理器做现场处理，完成排线动作并记录设备运行状态送给上位机处理，下位机控制采用AT89C51单片机模块，模块采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。（如附图4所示）用此单片机控制，能够实现张力的温定控制，对减少复绕折角有很大的帮助。

为提高排线精度以及准确处理排线过程中的各种状态，我们使用了步进电机进行排线控制（如附图5所示），步进电机具有走步精确的优点，而这一点对提高排线精度特别重要，为获取收线轮的转速信息，在收线端步进电机的主轴上安装有编码器，编码器为一码盘，均匀开有孔位，在孔位两侧安装透射光耦，当收线端步进电机旋转时，码盘上的孔位通过光耦时产生脉冲，将这一脉冲送入中央处理单元的定时器内，通过计算脉冲间隔及脉冲宽度，便可获知收线端光纤盘5的转动速度，同理可获取步进电机的转速信息，当收线轮转动时，通过计算获知收线轮的转动速度，并根据设定的排线间距计算出步进电机应有的旋转速度，控制步进脉冲发生器产生所需脉冲，使步进电机按指定速度旋转，通过丝杆带动收线架17平移，完成排线动作。（此单片机系统主要控制附图1收线端3排线）。

步进电机接口电路主要控制步进电机的旋转角度和运转速度，以此来实现对占空比的控制，达到对怠速的控制。步进电机接口电路经六角倒相器（74LS04）倒相后输出负脉冲，经通用光电耦合器（4N25）隔离倒相后输出正脉冲，驱动复合管打开，将绕组底边接地使电流流经绕组。

张力检测电路采用张力传感器，型号为NS-WL1拉压力传感器，采用S型剪切结构，具有测量精度高、安装容易，使用方便的特点。传感器的工作电压为DC24V，采用模拟量输出信号，0-5V输出对应的量程为0-5KG，在使用前，需对传感器进行调零，调满负荷进行标定。在使用过程中，外部施加的作用力不得大于传感器的量程。（张检测电路制主要用于收线端3控制）

收线盘步进电机接口电路如附图 2，主功率器件选用 VMOS管功率模块。由于 VMOS为压控器件，容易受外界干扰，使栅极和射极的电压超过阀值电压而造成器件误导通，有可能使上、下桥臂的同侧管同时导通，造成短路。为此，在栅极和射极之间并接两只反向串联的稳压管 DZ3和 DZ4。V2、V4、V5、V6选用 VMOS器件，R、 C、D构成过压保护，RZ为过流保护检测电阻，为了改善驱动信号前后沿的陡度，并防止振荡，在栅极设立电阻 R2。四只功率管的驱动电路由 TI公司生产的专用驱动模块 TPS2813完成。

VMOS管功率模块，专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块，内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式结构。

VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽MOS场效应 管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。

一种减少复绕折角的设备的控制方法，是采取以下步骤：

（1）排线控制

在复绕机的工作系统中，使用步进电机来完成绕线的向前、向后移动和跳段等功能。在程序的配合下，通过丝杆把角度变成位移，便能实现绕线的精确定位，从而达到精密排线的最终目的。

步进电动机的为控制是一种将电的脉冲信号转换成相应的角位移和线位移的驱动元件，通俗地讲，就是外加一个脉冲信号于这种电动机时，它就运行一步，它实质上是一种多相或单相同步电动机。步进电动机由单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动，例如用于驱动机械式电子手表的指针。多相步进电动机由多相方波脉冲驱动，用途很广。步进电机一般都是指多相步进电动机，使用多相步进电机时，单相电脉冲信号可通过转换器转变为多相脉冲信号，经过功率放大器控制电机各相绕组，每输入一个脉冲，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度，正常运行情况下，步进电动机转过的总角度与脉冲数成正比，连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量输入，所以特别适合微机控制。

排线的起始位置对复绕排线的影响也很大，有时要求排线的起点不在收线盘的边缘，而是距边缘某一指定距离，此时要进行初始位置控制。由键盘输入初始位置数据，单片机计算排线轮应旋转的角度，转换为需要的步进脉冲的数目，控制步进脉冲发生器产生相应数目的脉冲，驱动步进电机旋转一定角度。通过丝杠带动收线轮移动到指定的距离，完成初始位置设置。

主轴转速的不稳定，一方面造成光纤张力的不稳定，另一方面造成排线螺距的不均匀，这些都会使产品质量受到极大影响。现通过单片机形成主轴转速闭环控制回路。改变设备主轴转速开环控制为闭环控制，以获得优良的电机输出特性和良好的输出转速稳定性。

在光纤手动绕制过程中，需对光纤的初始位置或是光纤在绕制过程中出现的层叠现象进行调整。正常自动运行过程中单片机控制步进电机，驱动步进电机旋转一定角度。通过丝杠带动收线轮移动实现光纤稳定、紧密绕制。

收线盘上的排线，是以步进电机拖动滚珠丝杠来进行的。而步进电机的速度取决于外部所发方波脉冲的频率。本系统由 单片机来实现方波脉冲，其频率的大小与收线电机的角速度（wt）、排线间距（P）、丝杠升角（hp）及步进电机的步距角（θb）有关，计算公式为 f= 360×hp×wt/2π×θb ×P。具体的操作：在筛选过程中，发现排线不好，在筛选机操作台上，有“左侧调整”,“右侧调整” 键，其中“左侧调整”控制筛选小盘左端排线，“右侧调整”控制筛选小盘右端排线，如当光纤左端排线偏低时，则调节“左侧调整”键向“+”方向，如果调节成功，则“UNWEDSING”指示灯显示绿色，如当光纤左端排线偏高时，则调节“左侧调整”键向“-”方向，右端排线方法与之一致。

收线盘步进电机接口电路如附图 2，主功率器件选用 VMOS管功率模块。由于VMOS为压控器件，容易受外界干扰，使栅极和射极的电压超过阀值电压而造成器件误导通，有可能使上、下桥臂的同侧管同时导通，造成短路。为此，在栅极和射极之间并接两只反向串联的稳压管 DZ3和 DZ4。V2、V4、V5、V6选用 VMOS器件，R、 C、D构成过压保护，RZ为过流保护检测电阻，为了改善驱动信号前后沿的陡度，并防止振荡，在栅极设立电阻 R2。四只功率管的驱动电路由 TI公司生产的专用驱动模块 TPS2813完成。

VMOS管功率模块，专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块，内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式结构。

VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽MOS场效应 管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。

（2）张力控制

张力控制过程：光纤张力的变化由舞蹈轮的偏转位置反映出来。当复绕过程中张力发生变化时，舞蹈轮偏转，与舞蹈轮联动的电位器把舞蹈轮偏转角度的变化转换成电压的形式，电压信号经过信号的调理放大、A/D 转换后，送给单片机 89C51，单片机将这一张力信号与设定值比较，得出差值，通过程序对这一差值信号进行 PID 运算，输出控制电压，控制收线主轴电机改变转速，使舞蹈轮始终处于水平位置，从而达到控制张力的目的。

舞蹈轮电位计选用OMRON/欧姆龙品牌电位计，额定功率：1（W），分辨率：12（%），零位电阻：10k（Ω），绝缘电阻：100（MΩ）。

复绕机张力传感器需每日进行比对校准，立即进行校准，复绕机张力传感器对比：复绕机张力传感器需每日进行比对校准，每天进行点检后立即进行校准，在相关表格上记录结果。用1Kg砝码进行校对。进行张力比对校准时砝码稍微离地（5cm左右）即可。生产过程中若张力轮被撞击，则立刻进行张力比对，确认正常后才可进继续生产。比对结果保持在一个较小的误差之内，正常，继续生产。比对结果超出上述范围内，则需要及时调节。比对结果相差较大的时候，需对设备进行调节。

一种减少复绕折角的设备的控制方法，综述如下：在光纤夹紧轮15的作用下，放线端光纤盘6转动完成被动放线，光纤夹紧轮牵引光纤经舞蹈轮向收线端光纤盘5供线，在收线过程中舞蹈轮保持平衡使光纤所受张力与设定值一致，同时在收线端光纤盘5旋转过程中收线端步进电机排线与收线端光纤盘5同步转动，经收线丝杆传动步进电机21传动收线丝杆16带动收线架水平移动，在收线端光纤盘5上排线，排线过程中通过检测收线丝杆传动步进电机21排线的旋转角度获知排线宽度，在达到指定宽度时使收线丝杆传动步进电机21反向旋转，实现自动换向，该设备所有参数的设置及工作状态的显示用工控机完成实时数据的处理用微处理器完成。

Claims (10)

1.一种减少复绕折角的设备，其特征在于：包括复绕机、控制和显示器；所述复绕机包括放线端部分、收线端部分和导轮连接单元；

所述复绕机左侧设置有收放线端部分，复绕机右侧设置有放线端部分，放线端部分与收线端部分之间设置有导轮连接单元；

放线端部分包括放线盘、放线盘夹紧装置、放线端步进电机、放线丝杆、放线架、放线丝杆传动电机；放线丝杆安装在放线端部分机架上部，放线丝杆传动电机安装在放线端部分机架一侧，放线丝杆传动电机与放线丝杆相连，放线架安装在放线丝杆上，放线丝杆传动电机通过丝杆带动放线架移动，带动放线盘转动，从而进行放线；

放线盘夹紧装置具有放线盘夹头、放线盘支架，放线盘支架安装在复绕机架右侧，放线盘支架安装有放线盘夹头，放线盘装在放线盘夹头上，放线步进电机安装在放线盘支架一侧，放线端步进电机传动放线盘夹头，带动放线盘转动放线，能控制放线盘放线速度；

导轮连接单元安装在复绕机架中部，导轮连接单元包括放线导轮、光纤夹紧牵引轮、收线导轮；

收线端部分包括收线盘、收线端步进电机、收线丝杆、收线丝杆传动步进电机、舞蹈轮、舞蹈轮电位器、张力轮、光纤夹紧轮、收线盘夹头、收线盘支架；收线丝杆安装在收线端部分机架上部，收线丝杆端部装有收线丝杆传动步进电机，收线端步进电机安装在收线端部分机架一侧，收线端通过收线端步进电机的转动带动收线盘进行收线，舞蹈轮安装在收线端步进电机与收线丝杆中间，通过舞蹈轮的动作反馈给舞蹈轮电位器，舞蹈轮电位器反馈信号给收线端步进电机，从而达到控制收放线速度一致；

通过收线丝杆的左右移动经过收线架来控制排线，张力轮放置于光纤夹紧轮中间，张力轮装有张力传感器，用于张力的精确控制，光纤夹紧轮装有传动电机，用于光纤牵引传动、夹紧；

所述的控制和显示器包括步进电机接口电路、张力检测电路、单片机控制三相六拍步进电机电路、张力电路、速度传感器、转速检测电路和工控机。

2.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：

采用单片机驱动三相六拍电机，单片机的I/O口输出接驱动电路，即功率驱动，才得以控制电机正常工作；

开始启动时点击处于停止转动状态，用键盘按键控制键盘锁、步数、正转、反转，采用单片机作为总控制芯片，驱动芯片用于步进电机的驱动控制。

3.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：

速度传感器用于检测步进电机的转速，反馈给单片机，控制电机的运转速度。

4.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：

张力检测电路采用张力传感器，型号为NS-WL1拉压力传感器，用于张力的检测，并反馈给单片机，用于速度的控制。

5.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：

设备工作时所需的各种工作参数需用键盘向工控机输入，设备运行时的各种工作状态也需要同时显示在工控机的显示屏上，因此工控机成为设备运行的管理者，但由于排线过程的实时性要求很强，以及工作状态采样速率的限制，工控机的速度无法达到要求，为此设置了下位机，单片微处理器做现场处理，完成排线动作并记录设备运行状态送给上位机处理，下位机控制采用AT89C51单片机模块，能够实现张力的稳定控制，对减少复绕折角有很大的帮助。

6.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：

所述的收线端步进电机和收线丝杆传动步进电机采用三相六拍步进电机。

7.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：

在收线端步进电机的主轴上设一码盘，均匀开有孔位，在孔位两侧安装透射光耦，当收线端步进电机旋转时，码盘上的孔位通过光耦时产生脉冲，将这一脉冲送入中央处理单元的定时器内，通过计算脉冲间隔及脉冲宽度，便可获知收线端光纤盘的转动速度，同理可获取步进电机的转速信息，当收线轮转动时，通过计算获知收线轮的转动速度，并根据设定的排线间距计算出步进电机应有的旋转速度，控制步进脉冲发生器产生所需脉冲，使步进电机按指定速度旋转，通过丝杆带动收线架平移，完成排线动作。

8.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：

步进电机接口电路控制步进电机的旋转角度和运转速度，步进电机接口电路经六角倒相器倒相后输出负脉冲，经通用光电耦合器隔离倒相后输出正脉冲，驱动复合管打开，将绕组底边接地使电流流经绕组。

9.根据权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备，其特征在于：收线盘步进电机接口电路中主功率器件选用 VMOS管功率模块。

10.权利要求1所述的一种减少复绕折角的设备的控制方法，其特征在于：

在光纤夹紧轮的作用下，放线端光纤盘转动完成被动放线，光纤夹紧轮牵引光纤经舞蹈轮向收线端光纤盘供线，在收线过程中舞蹈轮保持平衡使光纤所受张力与设定值一致，同时在收线端光纤盘旋转过程中收线端步进电机排线与收线端光纤盘同步转动，经收线丝杆传动步进电机传动收线丝杆带动收线架水平移动，在收线端光纤盘上排线，排线过程中通过检测收线丝杆传动步进电机排线的旋转角度获知排线宽度，在达到指定宽度时使收线丝杆传动步进电机反向旋转，实现自动换向，该设备所有参数的设置及工作状态的显示用工控机完成实时数据的处理用微处理器完成。