CN1482055A - 卷绕装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷绕装置，详细地说，涉及一种用于卷绕钢丝或电缆等线状或带状的长条物体的卷绕装置，特别是在卷绕侧使用转矩电机的卷绕装置。一种卷绕电线(2)等长条物体的卷绕筒(8)等的卷绕装置，由所谓的转矩电机(7)驱动，通过调整轮(15)等张力检测装置检测出施加在长条物体上的张力。由CPU(11)等控制装置控制对转矩电机7的施加电压，以使该张力与目标值一致。

Description

卷绕装置

技术领域

本发明涉及一种卷绕装置，详细地说，涉及一种用于卷绕钢丝或电缆等线状或带状的长条物体的卷绕装置，特别是在卷绕侧使用转矩电机的卷绕装置。

背景技术

以往，作为用于卷绕钢丝或电缆等线状或带状的长条物体的卷绕装置，已知有图1所示的卷绕装置50。

在构成放线源的供线筒1上卷绕有许多电线2，通过由供给侧换流器装置3等的旋转电源装置驱动的感应电机(IM)4使该供线筒1旋转进行供线(通常向供给侧换流器装置3侧供给商用电源)。被放线供给的电线2经过中间的旋转滑轮5、6被卷绕到由转矩电机7驱动的卷绕筒8上。

在转矩电机7上，施加有滑线电阻调压器9的输出电压，以往是靠手动来调整该滑线电阻调压器9的输出电压的，以使卷绕时的张力保持一定(通常向滑线电阻调压器9供给商用电源)。

转矩电机7与通用的感应电机不同，不是将频率、电压控制成一定比率(V/f一定)以使速度变化的电机，而是一种具有大致固定的频率(例如50Hz、60Hz)，并且具有能通过使电压变化来调节所产生的力矩的特点的电机。

总之，在换流器等不普及的时代，通过使用这种转矩电机7，能够构成一种可通过人的手动操作来管理调整张力的构造简单的装置。

即，在卷绕装置50的情况下，如果不进行任何控制，施加在电线2上的张力如图2所示的“无控制时”的曲线那样，随着所经过的卷绕经过时间T而减少。这是由于卷绕在卷绕筒8上的电线量的增加而导致旋转力矩不足所至。

在这种状态下，由于张力减少而导致电线松弛，以往，要调整滑线电阻调节器9来增加对转矩电机7所施加的电压，使转矩恢复，使张力保持一定。

该手动调整时施加在电线2上的张力的变化由图2“手动时”的曲线表示。基本上将张力保持为接近一定值，但根据手动调整的时间和调整量，如同图表示仍有一些变动。

在这种以往的方法中，由于转矩电机7的力矩调整通过手动来进行，容易成为依赖经验及直觉的作业，具有手动操作的烦杂性。

此外，由于经常连续地操作装置，调整施加电压是有一定困难的，无论通过什么步骤的调整操作，也不能指望提高卷绕张力的精度。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种没有这种手动操作的烦杂性，并且没有手动操作状态下的张力误差的卷绕装置。

本发明为了解决上述问题，要点为，具有卷绕长条物体的卷绕装置；在所用电源频率固定的状态下，根据施加电压改变输出力矩以驱动前述卷绕装置的电机；检测施加于前述长条物体上的张力的张力检测装置；控制向前述电机施加的施加电压，以使前述检测的张力与目标值一致的控制装置。

此外，前述控制装置还可将由卷绕开始电压、卷绕结束电压、卷绕经过时间构成的基本特性曲线加以保持，并将根据该基本特性曲线的电压相加在对前述电机的施加电压中。

此外，前述控制装置还可具有判断前述检测出的张力是否在非敏感区内的判断装置，前述控制装置在判断出前述检测出的张力在非敏感区内时，使其维持此前计算的修正电压。

此外，前述控制装置还可具有变更积分增益的积分增益变更装置，该积分增益变更装置随着前述目标值与前述检测出的张力之间的偏差变大，使其将前述积分增益变更为较大值。

附图说明

图1为表示以往的卷绕装置的例50的框图。

图2为表示电线张力推移例的曲线图。

图3为表示实施例的卷绕装置的框图。

图4为表示实施例的换流器装置10等的框图。

图5为表示实施例的换流器装置10及取出其操作面板16的外观图。

图6为表示在CPU11中实现的功能的框图。

图7为表示调整轮(ダンサ—)修正的内容图。

图8为表示I增益变更例图。

图9为表示基本特性曲线20的例子图。

图10为表示转矩电机施加电压V3的推移例的曲线图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行说明。

图3为表示本发明一实施例的卷绕装置10的构成图。

图中，3为供给侧换流器装置，由商用电源供给电能。4为感应电机(IM)，由供给侧换流装置3的输出驱动，使供线筒1旋转。在供线筒1上卷绕有大量的电线2，从这里送出的电线2经过各旋转滑轮5、6卷绕在卷绕筒8上。

10为卷绕侧的换流器装置，也由商用电源供给电能。7为转矩电机，由卷绕侧换流器装置10的输出驱动，使卷绕筒8旋转。15为调整轮，设置在旋转滑轮5和6之间，检测施加在电线2上的张力，将其值(调整轮张力检测值)供给卷绕侧的换流器装置10。

图4表示的是卷绕侧换流器装置10的构成。

卷绕侧换流器装置10由CPU(中央处理装置)11、E2-PROM(电可擦可编程只读存储器)12、ROM(只读存储器)13、RAM(随机存取存储器)14、操作面板16、换流器部17构成。在图4中，还表示了由该换流器部17驱动的转矩电机7。

操作面板16由操作部18与显示部16构成，如图5所示，装设于卷绕侧换流器装置10的机体前面。操作部18具有运行和停止换流器部17的DRIVE(驱动)键21、数字键22、小数点键23、ENTER(执行、确定)键24、步进键25、PROGREAM(程序)键26、显示切换/CLEAR(清除)键27及停止键28。

显示部19具有程序段监视器31与8个指示灯(附有显示Ctrl、MPa、V、％、rpm、A、Hz各个的灯及运行模式显示灯32)。它们都由LED构成，程序段监视器31显示操作状态及参数编号、其设定值、换流器部17的状态等。

CPU11根据储存于ROM13中的程序及储存于E2-PROM12中的参数，使用RAM14控制换流器部17的输出电压V3，以使电线2的张力保持在目标值。

图6表示了实施该控制时的CPU11的功能构成。在该图中，33为比较器，提取成为张力目标值的调整轮目标位置指令与调整轮张力检测值的偏差Δy。

34为PI控制部，根据偏差Δy进行PI控制(比例、积分控制)，以输出修正电压V3。PI控制的详细情况在后面叙述。35为判断部，在调整轮张力检测值在图7的非敏感区时，向PI控制部34供给修正电压保持指令CH。36为I增益变更部，将与调整轮张力检测值的大小成比例增大的I增益值供给PI控制部34。这些判断部35、I增益变更部36的详细情况在后面叙述。

37为基本特性曲线运算部，输出图9所示的基本特性曲线电压V2(有关基本特性曲线20在后面叙述)。38为加法器，将上述修正电压V1和基本特性曲线电压V2相加，生成换流器部输出电压V3。39为限幅器，在前述换流器部输出电压V3超过商用电源电压的情况下，将换流器部输出电压V3限定在商用电源电压的范围内。由于商用电源电压随国家而不同(例如220V、230V、400V、460V)，使用操作面板16输人该国的商用电压。

以下，对由图6所示的构成所执行的控制进行进一步说明。

如图4所示，转矩电机7由卷绕侧换流器装置10驱动。为了进行张力的吸收与张力量的反馈控制，在旋转滑轮5与6之间设置调整轮(张力吸收检测装置)15，来自该调整轮15的张力检测值反馈到卷绕侧换流器装置10中。卷绕侧换流器装置10的输出频率是固定的，仅将输出电压V3作为可变量进行使转矩电机7的张力一定的控制。

在进行该张力一定的控制中，将调整轮修正与基本特性曲线加算的2个处理合并地进行。此外，也可根据装置情况仅进行调整轮修正。为了进行调整轮修正，如图7所示，将电线2的张力成为所希望值时的调整轮位置作为目标位置指令，预先登录(设定)在卷绕侧换流装置10中。

该登录通过从操作面板16输入该参数码Cd626和目标位置指令的值(电压)来进行(以下省略“参数码”一语)。输入的参数储存于E2-PROM12中。此外，还登录有图7所示的各参数，即控制的非敏感区高电平(Cd651)、其下水谁(Cd652)、最上位、最下位的调整轮高电平(Cd653)、调整轮低电平(Cd654)。

根据这些参数，图6所示的PI控制部34进行以下的PI控制。即，首先，在调整轮张力的检测值处于由非敏感区高电平、其低电平规定的非敏感区内时，判断部35向PI控制部34供给修正电压保持指令CH。由此，控制被停止(但保持积分运算)，防止调整轮15的摆动，实现动作的稳定。

在非敏感区以外的情况下，不从判断部35输出修正电压保持指令CH，PI控制部34根据预先设定的P增益、I增益(图7的Cd655～Cd658)进行PI控制，以产生修正电压V1。此外，在因电线2断线等张力检测值超过调整轮高电平的情况下，或低于调整轮低电平的情况下，判断部35向PI控制部34供给修正电压保持指令CH，以防止输出过大的修正电压。

在用PI控制进行的反馈控制中，为了消除调整轮张力检测值与调整轮目标位置指令的偏差Δy，通常计算出修正电压V1。该修正电压V1由

V1＝Vold+Δy(P增益+I增益)(式1)求得(Vold为上次算出的V1)。通过在加法器38中将该修正电压V1与基本特性曲线电压V2相加，对基本特性曲线电压V2施加修正，并作为换流器部输出电压V3输出。

可是，上述式1的P增益、I增益通常为一定值。在此，P增益为一定值，但对于I增益，如图8所示，可根据调整轮张力检测值的大小变化。

具体地为，在将可变积分增益电平Cd666设定为1V的情况下，调整轮张力检测值每增加1V，就从I增益变更部36对PI控制部34供给I增益倍率信息SI使其为×1倍、×2倍、×3倍、×4倍。I增益被设定在Cd657或Cd658中，但PI控制部34根据该I增益倍率的信息SI，将实际的I增益以该设定值的×1倍、×2倍、×3倍、×4倍的形式变更，算出与修正电压V1的积分控制有关的部分。

由此，可对瞬间的负荷变动或干扰进行高速响应。但是，根据装置的情况，也有不需要这种可变增益处理的情况。

还有一种处理如图9所示，将基本特性曲线20，即应向转矩电机7施加的理想的电压变化的特性曲线预先登录(存储)，随着经过的卷绕时间，能够自动地使换流器部输出电压V3上升。基本特性曲线20由卷绕经过时间T、卷绕开始电压Vs、卷绕结束电压Ve规定，在使用操作面板16将这些值预先设定时，基本特性曲线运算部37根据这些设定值进行运算，而与卷绕经过时间T相对应地输出基本特性曲线电压V2。

在进行该处理时，不等到偏差Δy的发生，与卷绕筒8直径的增加相吻合地增加换流器装置部输出电压V3。因此消除了控制的延迟，此外，由于修正电压V1较小，摆动现象也被抑制得较小。

再者，基本特性曲线20既可以函数方式存储而以计算求得，也可以以图表化方式存储。基本特性曲线的形式有各种。例如可为平方函数，也可为一次函数或二次函数。根据需要，基本特性曲线20最好为结构简单的(大致的)函数，对转矩电机7所加电压过于不足时，根据张力检测值通过修正保持。

在本实施例中，将这2个处理合并地进行，从而控制施加在转矩电机7上的电压V3(换流器部输出电压)以使张力经常保持一定。由此，施加在转矩电机7上的电压V3与随着所经过的卷绕经过时间T而增大的卷绕筒8的直径的大小相对应，如图10所示的曲线“控制时”那样增加。从而，加在电线2上的张力如图2所示的曲线“控制时”那样稳定地保持一定。

归纳上述内容的话，本实施例的将张力控制为一定的要点为，具有基本特性曲线20，将调整轮张力检测值反馈并进行PI控制，其特征为，作为控制上的输出要素，仅控制卷绕侧换流器装置10的输出电压V3、即对转矩电机7的施加电压来进行张力控制。卷绕侧换流器装置10的输出电压V3的频率大致固定为例如50Hz、60Hz，对其不进行控制。

再者，本发明并不限定于上述的实施例，例如可有以下的变型。

(1)在实施例中将调整轮修正与基本特性曲线电压加算是并用，但根据装置的要求精度等，也可仅使用调整轮修正。

(2)并不一定要进行调整轮修正的I增益可变处理，根据装置的要求精度等也可为固定增益。

根据本发明，由转矩电机驱动卷绕长条物体的卷绕装置，由张力检测装置检测出施加在上述长条物体上的张力。通过控制装置控制对转矩电机的施加电压，以使该张力与目标值一致。在此，转矩电机为一种即使不控制频率，也能够通过调整施加电压来调整力矩的容易操作的电机。从而，能够实现具有仅通过电压就能控制力矩的转矩电机的优点，同时又没有以往的手动操作的麻烦，且张力没有波动的卷绕装置。

此外，根据优选实施例，前述控制装置保持有由卷绕开始电压、卷绕结束电压、卷绕经过时间构成的基本特性曲线，将根据该基本特性曲线的电压相加在对前述电机施加的电压上。从而，不等到偏差的发生，与卷绕筒的直径的增加相对应，就增加换流器部的输出电压。结果，消除了控制的延迟，修正电压也较小。因此，摆动现象也被抑制得较小。

此外，根据其他优选实施例，前述控制装置中具有判断装置，通过该判断装置判断出检测出的张力在非敏感区内时，尽量维持此前计算的修正电压。从而，张力在位于非敏感区内的期间，转矩电机产生的力矩不变，防止了调整轮的摆动，实现了动作的稳定。

此外，根据其他优选实施例，在前述控制装置中具有变更积分增益的积分增益变更装置，随着目标值与检测出的张力之间的偏差变大，通过该积分增益变更装置，将前述积分增益变更为较大值。从而，能够对瞬间的负荷变动及干扰进行高速响应。

Claims (4)

1.一种卷绕装置，其特征为，具有卷绕长条物体的卷绕装置；在所加频率固定的状态下，根据施加电压改变输出力矩，以驱动所述卷绕装置的电机；检测施加在所述长条物体上的张力的张力检测装置；控制对所述电机的施加电压、使所述检测出的张力与目标值一定的控制装置。

2.按照权利要求1所述的卷绕装置，其特征为，所述控制装置保持有由卷绕开始电压、卷绕结束电压、卷绕经过时间构成的基本特性曲线，并将根据该基本特性曲线的电压相加在对所述电机的施加电压中。

3.按照权利要求1或2所述的卷绕装置，其特征为，所述控制装置具有判断所述检测出的张力是否在非敏感区内的判断装置，所述控制装置判断出所述检测出的张力在非敏感区内时，维持此前运算的修正电压。

4.按照权利要求1、2或3所述的卷绕装置，其特征为，所述控制装置具有变更积分增益的积分增益变更装置，该积分增益变更装置随着所述目标值与所述检测出的张力之间的偏差变大，将所述积分增益变更为较大值。

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