CN111304942A - 一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统及控制方法，包括；无线信号收发模块，用于传输检测信号以及发送控制指令；张力检测模块，用于检测股绳的张力数据，并输出检测信号；张力控制装置，用于控制被控对象，无极调节放线轮的转速，进而实现控制相应股绳的张力；PC端，显示每股绳的张力检测结果，并对每股绳的检测信号进行处理，并生成相应的控制指令。本发明旨在解决传统筐篮式合绳机股绳张力检测与控制技术中存在着无法实时检测股绳张力，进而无法准确调整股绳张力的问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢丝绳生产技术领域，特别涉及一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统及控制方法。
背景技术
钢丝绳捻制过程中，股绳张力检测与控制一直是该行业的核心技术，钢丝绳捻制过程中每股绳的张力恒定既可以达到每根股绳在使用中受力一致，进而提高钢丝绳使用寿命，又可以改善钢丝绳表面平直度，避免走浪、起棱等质量问题。每股绳的张力检测是其张力控制的前提，张力检测传感器的检测精度和磁粉控制器的控制精度直接影响筐篮式合绳机张力检测与控制系统的可靠性。
筐篮式合绳机股绳张力检测有两种测量方式方式，分别是：直接测量和间接测量，间接测量方式是在被控对象的同轴部位安装阻尼轮，阻尼带安装在阻尼轮上，通过人工、液压、气动等手段检测阻尼带的拉力从而间接测量各股绳张力。中国专利公开号101469523A，公开保持钢丝绳捻制时各股绳张力均衡的方法和装置，属于间接测量方式，通过检测阻尼装置的油缸压力来计算股绳张力，由于阻尼带摩擦系数不可测量，同时具有时变特性，这种间接测量方式误差较大。
直接测量方式包括非接触式电磁检测和接触式压力检测，《机床与液压》2011.9.(39)基于加窗FFT的钢丝绳张力检测股波信号处理，公开了电磁检测方式通过测量钢丝绳股峰间距变化即两个电磁检测传感器相位差计算各股绳张力变化，在实际生产中，由于外部因素的干扰，电磁检测传感器所检测每根股绳的股峰间距变化是微小的，因而会导致信号检测和处理的误差会导致很大的张力检测误差。接触式测量方式，《制造业自动化》2004.4.(26)基于钢丝绳张力在线自动检测技术，公开了将张力检测传感器安装在预变形器的前后，安装空间受限，不利于工程应用。同时执行器距离检测位置较远，存在较大的检测纯滞后，影响张力控制性能。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统及控制方法，旨在解决传统筐篮式合绳机股绳张力检测与控制技术中所存在的无法实时检测股绳张力和精确调整股绳张力的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统，包括；
张力检测模块，用于检测股绳的张力数据，并输出检测信号；
无线信号收发模块，用于传输检测信号以及发送控制指令；
张力控制装置，用于控制被控对象，无极调节放线轮的转速，进而实现控制相应股绳的张力；
PC端，显示每股绳的张力检测结果，并对每股绳的检测信号进行处理，并生成相应的控制指令。
所述的张力检测装置用于实时检测股绳的张力，并将检测出的张力信号通过无线信号发射装置发射，由无线信号收发装置接收张力信号后进而传输至PC端进行处理，经PC端处理后输出控制指令，无线信号收发装置将接收到的控制指令发射至无线信号接收装置进而传输至张力控制装置，张力控制装置包括磁粉阻尼器和磁粉控制器，磁粉控制器接收到控制指令后输出励磁线圈电流Im，通过电流Im控制磁粉阻尼器输出所需阻力矩M，在通过阻力矩M调整被控对象的转速进而调整股绳的张力。
所述的张力检测装置是安装在框篮出口滑轮部位的张力检测传感器，股绳经过滑轮并形成包角θ，θ＜170°，股绳张力T通过滑轮销轴传递到张力测量传感器；
股绳张力测量值T为：T＝F×cosα,α＝180°-θ； 式(1)
式(1)中F是张力检测传感器的测量值。
所述该张力检测装置包括张力信号放大器，该张力信号放大器用于对张力测量传感器的张力信号进行放大，将放大后的张力信号传输至无线发送模块进而传输到PC端。
所述的PC端包括控制单元、通讯单元、生产指令单元以及报警单元，当通讯单元接收到张力检测信号后传输到控制单元，控制单元把所获取到的张力检测值按照顺序依次在屏幕上显示，操作人员看到每股绳的张力检测值后依照生产工艺，选择生产工艺指令，生产工艺指令生成一固定张力值传输到控制单元，控制单元在接收到生产工艺指令的张力值和每股绳的实时张力检测值后，两者之差就是每股绳的张力偏差，把每股绳的张力偏差依据PID算法进行依次处理，计算出相应股绳的控制指令，每股绳的控制指令通过通讯单元传输到无线信号收发模块，进而发送到相应的无线信号接受装置，当控制单元接收到每股绳的张力检测值后，若是出现异常张力检测值则调用报警单元，会出现灯光和声音两种报警方式。
所述的该系统张力检测波动＜±10N。
一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统的控制方法，包括以下步骤；
S01：采用多个张力检测装置检测每股绳的张力数据，并输出相应的张力信号；
S02：采用无线发射模块传输该股绳张力数据；
S03：无线收发模块接收每个无线发射模块传输过来的张力检测数据，并直接传输到PC端；
S04：PC端接收每个张力检测数据，并结合生产工艺要求对每个张力检测数据进行处理生成相应的控制指令，并直接传输到无线收发模块；
S05：无线收发模块对所有控制指令依序的发送给相对应的无线接收模块，无线接收模块接收到控制指令后直接传输到磁粉控制器；
S06：磁粉控制器依据接收到的控制指令输出相应的励磁电流；
S07：磁粉阻尼器依据励磁电流的大小输出相应的阻力矩；
S08：被控对象受阻力矩控制，进而改变自身的放线速度，最终实现张力控制的目标。
本发明的有益效果：
本发明通过无线收发模块接受有序的每股绳张力检测信号，根据生产工艺要求的同时结合PID控制算法，相应生成并输出多个控制信号，多个张力控制装置根据控制信号相应调整自身的励磁电流改变输出相应阻力矩达到改变股绳的目标。工作人员只需要通过PC端选择性添加生产工艺，在现实生产中直接在PC端选择生产工艺，PC端便可根据生产工艺调取相应控制程序，并调出相应控显示屏来显示每股绳张力检测结果，PC端的控制器根据接收的张力检测值，生成控制信号，控制张力检测装置的工作状态；并且无需对各个张力控制装置单独进行调速操作简单方便，普通技工也能简单操作，解决了筐篮式合绳机股绳张力无法实时检测且控制精度不高的问题。
附图说明
图1筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统的控制原理图。
图2筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统的流程框图。
图3股绳运动过程受力模型。
图4无线信号收发装置、PC端、无线信号发射装置及无线信号接受装置之间的通讯流程图。
图5磁粉阻尼器原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图2为本发明实施例的一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统的模块化结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
本发明实施例提供了一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制装置，包括无线通讯模块(无线接收模块、无线发射模块、无线收发模块)，PC端，张力检测模块以及张力控制模块。
其中无线通讯模块用来传输张力检测信号以及控制指令。
本发明实施例提供的筐篮式合绳机股绳张力检测与控制装置包括多个无线接收模块，多个张力控制装置，多个张力检测装置，多个无线发射模块它们是一一对应连接。每个无线接收传输张力控制信号，该控制信号可以实现对张力控制装置中磁粉控制器输出的励磁电流实现可控可调，进而改变磁粉阻尼器的输出阻力矩，而达到改变被控对象的转速实现其张力控制。
每个张力检测装置用于检测该股绳的张力数据，通过其对应无线发射装置发送检测到的张力信号，张力信号由无线信号收发模块接收后进而传输至PC端。
如图1所示：PC端在接收到每个股绳张力检测结果后，首先把每股绳的张力数据在显示频上显示出来，让工作人员能够直观的看到检测结果，然后依据生产工艺工作人员下发相应的控制指令，当控制模块接收到相关控制指令后，控制模块根据PID控制算法依次处理每股绳的张力检测数据进而依次输出相应的控制指令。
具体的，PC端包括PID控制单元、通讯单元、生产指令单元以及报警单元。PC端通过与无线收发装置直连，接收到无线发送模块传输每股绳的张力检测数据，PID控制单元用于处理收到的多组张力检测数据。根据张力检测数据和生产工艺相应计算出各个张力控制装置的励磁电流，并生成相应的控制信号。
如图3所示：所述的张力检测装置是安装在框篮出口滑轮部位的张力检测传感器，股线经过滑轮并形成包角θ，θ＜170°，股线张力通过滑轮销轴传递到张力测量传感器；
张力测量值T为：T＝F×cosα,α＝180°-θ； 式(1)
式(1)中F是张力检测传感器的测量值。
图4为图2所示的一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统中各个装置之间通讯连接图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
PC端直连无线收发模块，张力检测模块直连无线发射模块，张力控制装置直连无线接收模块。张力检测装置和无线发射模块进行连接，用于传输每股绳的张力检测数据，PC端和无线信号收发装置进行连接，用于输出控制信号。张力检测装置和无线信号接收莫夸进行连接，用来接收控制信号，以使得对应的磁粉阻尼器根据控制信号对运行输出阻力矩进行调节。
筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统控制方法，包括如下步骤：
S01：采用多个张力检测装置检测每股绳的张力数据，并输出相应的张力信号；
S02：采用无线发射模块传输该股绳张力数据；
S03：无线收发模块接收每个无线发射模块传输过来的张力检测数据，并直接传输到PC端；
S04：PC端接收每个张力检测数据，并结合生产工艺要求对每个张力检测数据进行处理生成相应的控制指令，并直接传输到无线收发模块；
S05：无线收发模块对所有控制指令依序的发送给相对应的无线接收模块，无线接收模块接收到控制指令后直接传输到磁粉控制器；
S06：磁粉控制器依据接收到的控制指令输出相应的励磁电流；
S07：磁粉阻尼器依据励磁电流的大小输出相应的阻力矩；
S08：被控对象受阻力矩控制，进而改变自身的放线速度，最终实现张力控制的目标。(如图5所示)
综上所述，本发明实施例提供了一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统，多个无线发送模块传输自身的张力检测数据，多个张力检测模块检测每股绳的张力数据并输出张力数据，多个张力控制装置根据控制信号相应调整自身的输出阻力矩，无线接收模块接收股绳张力检测数据并传输到PC端，张力检测数据在PC端的显示屏显示的同时控制模块依据生产工艺对其进行数据处理并生成控制信号，再由无线收发模块发送给相应的无线接收模块，张力检测装置接收到控制指令后进行相应的调节。
Claims (7)
1.一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统，其特征在于，包括；
无线信号收发模块，用于传输检测信号以及发送控制指令；
张力检测模块，用于检测股绳的张力数据，并输出检测信号；
张力控制装置，用于控制被控对象，无极调节放线轮的转速，进而实现控制相应股绳的张力；
PC端，显示每股绳的张力检测结果，并对每股绳的检测信号进行处理，并生成相应的控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统，其特征在于，所述的张力检测装置用于实时检测股绳的张力，并将检测出的张力通过无线信号发射装置传输无线信号收发装置进而由PC端进行处理，经PC端处理后输出控制指令，无线信号收发装置将控制指令传输给无线信号接收装置，进而将控制指令传输给张力控制装置，张力控制装置包括磁粉阻尼器和磁粉控制器，磁粉控制器接收到控制指令后输出励磁线圈电流Im，电流Im可以控制磁粉阻尼器输出所需阻力矩M，在通过阻力矩M调整被控对象的转速进而调整股绳的张力。
3.根据权利要求1所述的一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统，其特征在于，所述的张力检测装置是安装在框篮出口滑轮部位的张力检测传感器，股线经过滑轮并形成包角θ，θ＜170°，股线张力通过滑轮销轴传递到张力测量传感器；
张力测量值T为：T＝F×cosα,α＝180°-θ； 式(1)
式(1)中F是张力检测传感器的测量值。
4.根据权利要求1所述的一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统，其特征在于，所述该张力检测装置包括张力信号放大器，该张力信号放大器用于对张力测量传感器的检测信号进行放大，将放大后的张力信号输入给无线发送模块进而传输到PC端。
5.根据权利要求1所述的一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统，其特征在于，所述的该系统张力检测波动＜±10N。
6.一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统的控制方法，包括以下步骤；
S01：采用多个张力检测装置检测每股绳的张力数据，并输出相应的张力信号；
S02：采用无线发射模块传输该股绳张力数据；
S03：无线收发模块接收每个无线发射模块传输过来的张力检测数据，并直接传输到PC端；
S04：PC端接收每个张力检测数据，并结合生产工艺要求对每个张力检测数据进行处理生成相应的控制指令，并直接传输到无线收发模块；
S05：无线收发模块对所有控制指令依序的发送给相对应的无线接收模块，无线接收模块接收到控制指令后直接传输到磁粉控制器；
S06：磁粉控制器依据接收到的控制指令输出给磁粉阻尼器相应的励磁电流；
S07：磁粉阻尼器依据励磁电流输出相应的阻力矩；
S08：被控对象受阻力矩影响，改变自身的转速，进而改变自身的放线速度，最终实现张力控制的目标。
7.根据权利要求6所述的一种筐篮式合绳机股绳张力检测与控制系统的控制方法，其特征在于，所述的PC端包括控制单元、通讯单元、生产指令单元以及报警单元；当通讯单元接收到张力检测信号后传输到控制单元，控制单元把所获取到的张力检测值按照顺序依次显示在显示屏上，操作人员看到每股绳的张力检测值后依照生产工艺，选择生产工艺指令，生产工艺指令生成一固定张力值传输到控制单元，控制单元在接收到生产工艺指令的张力值和每股绳的实时张力检测值后，两者之差就是每股绳的张力偏差，把每股绳的张力偏差依据PID算法进行依次处理，计算出相应股绳的控制指令，每股绳的控制指令通过通讯单元传输到无线信号收发模块，进而发送到相应的无线信号接受装置，当控制单元接收到每股绳的张力检测值后，若是出现异常张力检测值则调用报警单元，会出现灯光和声音两种报警方式。
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