一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)包括PLC控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機、磁粉制動器、收絲機傳動部分、傳感器和收絲機主輥；其中的PLC控制器通過通信線與伺服驅(qū)動器連接，伺服驅(qū)動器通過通信線與伺服電機連接，伺服電機與磁粉制動器相連，磁粉制動器與收絲機傳動部分相連，收絲機傳動部分與收絲機主輥活動連接，通過信號線將磁粉制動器、傳感器與PLC控制器相連。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本系統(tǒng)通過PLC構(gòu)建算法來實現(xiàn)伺服電機的恒線速旋轉(zhuǎn)，保障恒張力，避免了碳纖維的因張力控制不恒定而引起的碳纖維絲的斷裂和碳纖維在輥上出現(xiàn)松動現(xiàn)象，以達到展纖的工藝要求，從而提高了對原絲質(zhì)量的控制水平，降低了碳纖維的生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳纖維的成套制造設備領(lǐng)域，特別是一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維(Carbon Fibre)是纖維狀的碳材料，及其化學組成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上。碳纖維及其復合材料具有高比強度，高比模量，耐高溫，耐腐蝕，耐疲勞，抗蠕變，導電，傳熱，和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，它們既可以作為結(jié)構(gòu)材料承載負荷，又可以作為功能材料發(fā)揮作用。碳纖維產(chǎn)品以其優(yōu)異的特殊性能已成為經(jīng)濟發(fā)展和國防事業(yè)的重要戰(zhàn)略物資，美、日等發(fā)達國家極為重視并大力發(fā)展，但由于我國碳纖維原絲質(zhì)量不過關(guān)一直影響碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量，美、日等國家又嚴格限制對我國出口碳纖維，從而極大制約了我國軍事及航天事業(yè)的發(fā)展，同時也限制了相關(guān)民用領(lǐng)域的開發(fā)。為打破制約我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵裝備及其相關(guān)配套技術(shù)，提高我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的整體研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)水平具有重要戰(zhàn)略意義。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前只有粘膠(纖維素)基纖維、瀝青纖維和聚丙烯腈(PAN)纖維三種原料制備碳纖維工藝實現(xiàn)了工業(yè)化。聚丙烯腈(PAN)基碳纖維的炭化收率比粘膠纖維高，可達45%以上，而且因為生產(chǎn)流程，溶劑回收，三廢處理等方面都比粘膠纖維簡單，成本低，原料來源豐富，加上聚丙烯腈基碳纖維的力學性能，尤其是抗拉強度，抗拉模量等為三種碳纖維之首。所以是目前應用領(lǐng)域最廣，產(chǎn)量也最大的一種碳纖維。PAN基碳纖維生產(chǎn)的流程圖如附圖1所示，可見其中的收絲設備是在整體工藝中是其不可或缺的部分。
[0003]我公司已經(jīng)研發(fā)的傳統(tǒng)的碳纖維收絲設備，采用的彈簧式恒張力收絲機的張力控制，該控制方式無法實現(xiàn)線性的恒張力，彈簧的控制依靠彈簧自身的拉力來進行張力的控制，不夠精確，彈簧的老化會再次降低控制的精度，采用的彈簧式恒張力收絲機張力控制為非線性且易導致碳纖維斷裂；因此，在原機型的基礎(chǔ)之上進行改進，開發(fā)一種新的控制系統(tǒng)解決上述技術(shù)問題在本領(lǐng)域內(nèi)具有重大的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)，通過采用PLC控制系統(tǒng)，以保障收絲系統(tǒng)的恒張力；為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案，該系統(tǒng)包括:
[0005]PLC控制器，用來給伺服驅(qū)動器發(fā)運動指令；
[0006]伺服驅(qū)動器，用來接收PLC控制器的命令后驅(qū)動伺服電機；
[0007]伺服電機；通過收絲機傳動部分完成收絲機的動作；
[0008]磁粉制動器；通過收絲機傳動部分將動力傳遞給收絲機主輥；
[0009]收絲機傳動部分，用于傳遞動力至收絲機主輥；
[0010]傳感器；用于傳遞反饋信號給PLC控制器，用于調(diào)節(jié)發(fā)給伺服驅(qū)動器的命令；
[0011]收絲機主輥；用于實現(xiàn)收絲機的收絲過程；
[0012]其中的PLC控制器通過通信線與伺服驅(qū)動器連接，伺服驅(qū)動器通過通信線與伺服電機連接，伺服電機與磁粉制動器相連；磁粉制動器與收絲機傳動部分相連；收絲機傳動部分與收絲機主輥活動連接，通過信號線將磁粉制動器、傳感器與PLC控制器相連。
[0013]對于本技術(shù)方案的進一步的改進，所述PLC控制器根據(jù)張力的變化規(guī)律所搭建的數(shù)學模型進行編程，控制伺服電機的運轉(zhuǎn)的啟停和轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)恒張力控制；
[0014]對于本技術(shù)方案的進一步的改進，所述PLC控制器上設有啟動按鈕以及停止按鈕；控制收絲機主輥的啟動和停止。
[0015]本發(fā)明的設備的工作原理主要在于:隨著輥上纖維的層數(shù)增加，表面的張力也隨之變化，而不是恒定的，那么為了實現(xiàn)恒張力的收絲，則需要找出張力的變化規(guī)律，構(gòu)建模型，控制收絲機主輥的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)表面恒張力的控制，具體采用伺服電機來控制，PLC構(gòu)建算法來實現(xiàn)伺服電機的恒線速旋轉(zhuǎn)，以達到表面恒張力的控制要求。
[0016]控制過程在于:PLC作為控制單元，給伺服驅(qū)動器發(fā)運動指令，伺服驅(qū)動器收到命令后發(fā)送給伺服電機，電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)收絲動作，伺服電機軸前段裝有磁粉制動器，磁粉制動器的工作原理是通過磁粉制動器的傳感器給PLC反饋信號，用于調(diào)節(jié)發(fā)給伺服驅(qū)動器的命令，來實現(xiàn)恒張力的收絲動作。
[0017]由以上本發(fā)明的實施方案可知，本發(fā)明所提出的碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢:
[0018]通過PLC構(gòu)建算法來實現(xiàn)伺服電機的恒線速旋轉(zhuǎn)，保障恒張力，避免了碳纖維的因張力控制不恒定而引起的碳纖維絲的斷裂和碳纖維在輥上出現(xiàn)松動現(xiàn)象，達到展纖的工藝要求，從而提高了對原絲質(zhì)量的控制水平，降低了生產(chǎn)成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為碳纖維的生產(chǎn)流程示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的碳纖維收絲機控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中:
[0021 ] 101-收絲機傳動部分；102-磁粉制動器；103-伺服電機；104-伺服驅(qū)動器；105-PLC控制器；106_傳感器；107_收絲機主輥。
【具體實施方式】
[0022]為了更好地了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下:
[0023]如圖2所示，本發(fā)明提出的一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案，該系統(tǒng)包括:
[0024]PLC控制器105，用來給伺服驅(qū)動器發(fā)運動指令；
[0025]伺服驅(qū)動器104，用來接收PLC控制器的命令后驅(qū)動伺服電機；
[0026]伺服電機103 ;通過收絲機傳動部分完成收絲動作；
[0027]磁粉制動器102 ;通過收絲機傳動部分將動力傳遞給收絲機主輥；
[0028]收絲機傳動部分101，用于傳遞動力給收絲機主輥；
[0029]傳感器106 ;用于傳遞反饋信號給PLC控制器，調(diào)節(jié)發(fā)給伺服驅(qū)動器的命令；
[0030]收絲機主輥107 ;用于實現(xiàn)收絲機的收絲過程；
[0031]其中的PLC控制器105通過通信線與伺服驅(qū)動器104連接，伺服驅(qū)動器104通過通信線與伺服電機103連接，伺服電機103與磁粉制動器102相連；磁粉制動器102與收絲機傳動部分101相連；收絲機傳動部分101與收絲機主輥107活動連接；通過信號線將磁粉制動器102、傳感器106與PLC控制器105相連。
[0032]其中的PLC控制器105根據(jù)張力的變化規(guī)律，來搭建數(shù)學模型控制伺服電機的運轉(zhuǎn)的啟停和轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)恒張力控制的目標；PLC控制器105上設有啟動按鈕以及停止按鈕。
[0033]本發(fā)明的系統(tǒng)的主要工作原理在于:隨著輥上纖維的層數(shù)增加，表面的張力也隨之變化，而不是恒定的，那么為了實現(xiàn)恒張力的收絲，則需要找出張力的變化規(guī)律，構(gòu)建模型，控制收絲機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)表面恒張力的控制；具體采用伺服電機103來控制，PLC構(gòu)建算法來實現(xiàn)伺服電機103的恒線速旋轉(zhuǎn)，以達到表面恒張力的控制要求。其控制過程在于:PLC控制器105作為控制單元，給伺服驅(qū)動器104發(fā)運動指令，伺服驅(qū)動器104收到命令后發(fā)送給伺服電機103，電機轉(zhuǎn)動，通過收絲機傳動部分101控制收絲機主輥107的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)收絲動作，伺服電機103軸前段裝有磁粉制動器102 ;傳感器106給PLC控制器105反饋信號，調(diào)節(jié)發(fā)給伺服驅(qū)動器104的命令，來實現(xiàn)恒張力的收絲動作。
[0034]在本發(fā)明的實施例中，收絲機傳動部分101連接的收絲機主輥107，從而達到控制收絲機主輥107的轉(zhuǎn)動的目的；當然，收絲機傳動部分101也可以是收絲機的其他任何機械部分，通過PLC的編程，可以完成收絲機的各項動作。
[0035]綜上所述，本發(fā)明提供的碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)的技術(shù)方案，能夠有效控制收絲機在收絲過程中的收絲張力，使其保持恒定，保證了設備的連續(xù)平穩(wěn)的運行，提高了其的工作質(zhì)量和效率。
[0036]本發(fā)明以實施例的方式揭露如上，不以任何形式對本發(fā)明構(gòu)成限制和限定，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求書為準，一切不超出本發(fā)明宗旨的顯而易見的修改、變換和替代方案均在本發(fā)明范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括: ？10控制器，用來給伺服驅(qū)動器發(fā)運動指令； 伺服驅(qū)動器，用來接收控制器的命令后驅(qū)動伺服電機； 伺服電機，通過收絲機傳動部分完成收絲機的動作； 磁粉制動器，通過收絲機傳動部分將動力傳遞給收絲機主輥； 收絲機傳動部分，用于傳遞動力至收絲機主輥； 傳感器，用于傳遞反饋信號給控制器，用于調(diào)節(jié)發(fā)給伺服驅(qū)動器的命令； 收絲機主輥，用于實現(xiàn)收絲機的收絲過程； 其中的控制器通過通信線與伺服驅(qū)動器連接，伺服驅(qū)動器通過通信線與伺服電機連接，伺服電機與磁粉制動器相連，磁粉制動器與收絲機傳動部分相連，收絲機傳動部分與收絲機主輥活動連接，通過信號線將磁粉制動器、傳感器與控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)，其特征在于:所述？仏控制器根據(jù)張力的變化規(guī)律所搭建的數(shù)學模型進行編程，以控制伺服電機的運轉(zhuǎn)的啟停和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒張力控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維收絲機恒張力控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的？仏控制器上設有啟動按鈕以及停止按鈕，控制收絲機主輥的啟動和停止。
【文檔編號】G05B19/18GK104460502SQ201410610567
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】祝龍云 申請人:鎮(zhèn)江奧立特機械制造有限公司