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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410608809.2 (22)申请日 2014.11.03 G05B 19/05(2006.01) (71)申请人 镇江奥立特机械制造有限公司 地址 212021 江苏省镇江市润州区蒋乔工业 园区江苏煤炭地质勘探 5 队（老大院 内） (72)发明人 祝龙云 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人 陈伟 (54) 发明名称 一种主动供丝机的闭环控制系统 (57) 摘要 本发明提供的一种主动供丝机的闭环控制系 统包括触摸屏、PLC 控制器、伺服驱动器、伺服电 机、张力检测装置、测距装置、放。
2、丝机牵伸辊和纤 维丝切割器 ；其中的触摸屏设置的 PLC 控制器上， PLC 控制器通过通信线与多组伺服驱动器连接， 伺服驱动器通过通信线与伺服电机连接，伺服电 机一与放丝机牵伸辊相连 ；张力检测装置与 PLC 控制器相连，伺服电机二与纤维丝切割器相连，测 距装置与 PLC 控制器相连 ；本发明的优势在于能 够有效控制收丝机在放丝过程中的放丝张力，使 其保持恒定，并实现监控纤维的长度、实现断丝等 功能 ；提高了装置的工作质量和效率。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 1044604。
3、87 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104460487 A 1/1 页 2 1.一种主动供丝机的闭环控制系统，其特征在于系统包括 ： 触摸屏 (101)，用于显示参数信息和人机对话 ； PLC 控制器 (102)，用来给伺服驱动器发运动指令 ； 伺服驱动器一 (103)，用来接收 PLC 控制器的命令后驱动伺服电机一 (104) ； 伺服电机一 (104)，通过机械的传动部分完成对目标动作的控制 ； 张力检测装置 (105)，检测纤维丝所受的张力情况，发出张力信息 ； 放丝机牵伸辊 (106)，用于实现放丝机的放丝动作 ； 测距装置 (107)，用于精确测量当前牵伸辊的直。
4、径，确保计算纤维丝长度的准确性 ； 纤维丝切割器 (108)，用于切断纤维丝 ； 伺服电机二 (109)，通过机械的传动部分完成对目标动作的控制 ； 伺服驱动器二 (110)，用来接收 PLC 控制器的命令后驱动伺服电机二 (109) ； 其中的触摸屏 (101) 设置的 PLC 控制器 (102) 上，PLC 控制器 (102) 通过通信线与多 个伺服驱动器连接，多个伺服驱动器通过通信线分别与多个伺服电机连接，其中的伺服电 机一 (104) 与放丝机牵伸辊 (106) 相连 ；张力检测装置 (105) 与 PLC 控制器 (102) 相连，伺 服电机二 (109) 与纤维丝切割器 (108)。
5、 相连，测距装置 (107) 与 PLC 控制器 (102) 相连。 2.根据权利要求 1 所述的主动供丝机的闭环控制系统，其特征在于 ：所述 PLC 控制器 (102) 根据张力的变化规律所搭建的数学模型所编程程序，通过伺服驱动器一 (103) 控制 伺服电机一 (104) 的运转，以实现放丝机牵伸辊 (106) 恒线速控制。 3.根据权利要求 1 所述的主动供丝机的闭环控制系统，其特征在于 ：所述 PLC 控制器 (102) 上设有启动按钮以及停止按钮 ；手动控制放丝机牵伸辊 (106) 的启动和停止。 4.根据权利要求 1 所述的主动供丝机的闭环控制系统，其特征在于 ：所述测距装置 (1。
6、07) 采用超声波测距传感器。 权 利 要 求 书CN 104460487 A 1/4 页 3 一种主动供丝机的闭环控制系统 技术领域 0001 本发明涉及碳纤维的成套制造设备领域，特别是指一种主动供丝机的闭环控制系 统。 背景技术 0002 碳纤维 (Carbon Fibre) 是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的 90以上。碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变， 导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可 以作为功能材料发挥作用。碳纤维产品以其优异的特殊性能已成为经济发展和国防事业的 重要战略物资，美、日。
7、等发达国家极为重视并大力发展，但由于我国碳纤维原丝质量不过关 一直影响碳纤维产品的质量，美、日等国家又严格限制对我国出口碳纤维，从而极大制约了 我国军事及航天事业的发展，同时也限制了相关民用领域的开发。为打破制约我国碳纤维 产业发展的关键技术、关键装备及其相关配套技术，提高我国碳纤维产业的整体研发、生产 技术水平具有重要战略意义。经过多年的发展，目前只有粘胶 ( 纤维素 ) 基纤维、沥青纤维 和聚丙烯腈 (PAN) 纤维三种原料制备碳纤维工艺实现了工业化。聚丙烯腈 (PAN) 基碳纤维 的炭化收率比粘胶纤维高，可达 45以上，而且因为生产流程，溶剂回收，三废处理等方面 都比粘胶纤维简单，成本低。
8、，原料来源丰富，加上聚丙烯腈基碳纤维的力学性能，尤其是抗 拉强度，抗拉模量等为三种碳纤维之首。所以是目前应用领域最广，产量也最大的一种碳纤 维。PAN基碳纤维生产的流程图如附图1所示，可见其中的供丝设备是在整体工艺中是其不 可或缺的部分。 0003 我公司已经研发成功的传统的碳纤维供丝设备，如专利号为 ZL200910035388.8 的专利设备“一种碳纤维供丝机”，该设备虽然经过优化改进 ；但是仍然缺乏对供丝装置的 整体的控制系统，传统供丝机依靠变频器加交流异步电机完成主要动作，这样会造成以下 几个缺陷 ：1、张力不均衡，2、无法监控纤维的长度 ；因为变频器采用的 V/F 控制方式，反应 速。
9、度不够灵敏，可能导致张力不均匀 ；因为没有记长器件，无法实现记长值得实时显示 ；设 备采用的被动供丝技术，无法实现张力的自动控制，进行碳纤维丝的自动切断动作 ；还需要 专人看守，浪费人力资源。因此，在原机型的基础之上进行改进，开发一种新的控制系统解 决上述技术问题在本领域内具有重大的意义。 发明内容 0004 针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种主动供丝机的闭环控制系统， 通过采用 PLC 闭环控制系统，以保障供丝系统的恒张力控制，并实时检测、显示当前纤维长 度，解决碳纤维丝的自动切断控制问题。为实现上述目的，本发明提出的一种主动供丝机的 闭环控制系统，采用如下技术方案，该系统包括 ：。
10、 0005 触摸屏，用于显示参数信息和人机对话 ； 0006 PLC 控制器，用来给伺服驱动器发运动指令 ； 说 明 书CN 104460487 A 2/4 页 4 0007 伺服驱动器，用来接收 PLC 控制器的命令后驱动伺服电机 ； 0008 伺服电机，通过机械的传动部分完成对目标动作的控制 ； 0009 张力检测装置，检测纤维丝所受的张力情况，发出张力信息 ； 0010 测距装置，用于精确测量当前牵伸辊的直径，确保计算纤维丝长度的准确性 ； 0011 放丝机牵伸辊，用于实现放丝机的放丝动作 ； 0012 纤维丝切割器，用于切断纤维丝 ； 0013 其中的触摸屏设置的 PLC 控制器上，P。
11、LC 控制器通过通信线与多组伺服驱动器连 接，伺服驱动器通过通信线与伺服电机连接，伺服电机一与放丝机牵伸辊相连 ；张力检测装 置与 PLC 控制器相连，伺服电机二与纤维丝切割器相连，测距装置与 PLC 控制器相连。 0014 对于本技术方案的进一步的改进，所述 PLC 控制器根据张力的变化规律所搭建的 数学模型所编程程序，控制伺服电机一的运转，以实现恒线速控制 ； 0015 对于本技术方案的进一步的改进，所述 PLC 控制器上设有启动按钮以及停止按 钮 ；手动控制放丝机牵伸辊的启动和停止 ； 0016 对于本技术方案的进一步的改进，所述测距装置采用超声波测距传感器。 0017 本发明的设备的工。
12、作原理主要在于 ：随着辊上纤维的层数增加，表面的张力也随 之变化，而不是恒定的，那么为了实现恒张力的放丝，则需要找出张力的变化规律，构建模 型，控制牵伸辊的转速，实现表面恒张力的控制，具体采用伺服电机来控制，PLC 构建算法来 实现伺服电机的恒线速旋转，以达到表面恒张力的控制要求 ；另外，PLC 根据纤维丝张力检 测装置的张力信息对伺服电机的转速微调，以达到控制张力的目的 ；当根据测距装置计算 的检测的纤维丝的长度达到设定的放丝长度时，另外的伺服电机控制纤维丝切割器动作切 断纤维丝，完成主动放丝过程 ；控制过程在于 PLC 作为控制单元，PLC 向伺服驱动器发送指 令脉冲，伺服驱动器接收到指令。
13、脉冲后驱动伺服电机旋转来对目标进行控制过程。 0018 由以上本发明的实施方案可知，本发明所提出的主动供丝机的闭环控制系统，与 现有的技术相比，具有以下优势 ： 0019 1. 通过触摸屏可以实时监控纤维长度，供丝转速，当前剩余量等参数 ； 0020 2. 通过 PLC 建立数学模型，PLC 控制伺服，实现恒张力控制，达到恒张力的控制要 求，降低断丝的几率，节省时间 ； 0021 3. 通过超声波测距传感器精确测量当前直径，确保计算纤维丝长度的准确性，实 现自动切断丝过程，节省人工。 附图说明 0022 图 1 为碳纤维的生产流程示意图 ； 0023 图 2 为本发明的主动供丝机的闭环控制系统。
14、的内部结构示意图，其中 ： 0024 101- 触摸屏 ；102-PLC 控制器 ；103- 伺服驱动器一 ；104- 伺服电机一 ；105- 张 力检测装置 ；106- 放丝机牵伸辊 ；107- 测距装置 ；108- 纤维丝切割器 ；109- 伺服电机二 ； 110- 伺服驱动器二 ； 具体实施方式 0025 为了更好地了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明，如图 2 说 明 书CN 104460487 A 3/4 页 5 所示，本发明提出的一种主动供丝机的闭环控制系统，采用如下技术方案，该系统包括 ： 0026 触摸屏 101，用于显示参数信息和人机对话 ； 0027 PL。
15、C 控制器 102，用来给伺服驱动器发运动指令 ； 0028 伺服驱动器一 103，用来接收 PLC 控制器的命令后驱动伺服电机一 104 ； 0029 伺服电机一 104，通过机械的传动部分完成对目标动作的控制 ； 0030 张力检测装置 105，检测纤维丝所受的张力情况，发出张力信息 ； 0031 放丝机牵伸辊 106，用于实现放丝机的放丝动作 ； 0032 测距装置 107，用于精确测量当前牵伸辊的直径，确保计算纤维丝长度的准确性 ； 0033 纤维丝切割器 108，用于切断纤维丝 ； 0034 伺服电机二 109，通过机械的传动部分完成对目标动作的控制 ； 0035 伺服驱动器二 11。
16、0，用来接收 PLC 控制器的命令后驱动伺服电机二 109 ； 0036 其中的触摸屏101设置的PLC控制器102上，PLC控制器102通过通信线与多个伺 服驱动器连接，多个伺服驱动器通过通信线分别与多个伺服电机连接，其中的伺服电机一 104 与放丝机牵伸辊 106 相连 ；张力检测装置 105 与 PLC 控制器 102 相连，伺服电机二 109 与纤维丝切割器 108 相连，测距装置 107 与 PLC 控制器 102 相连。 0037 对于本技术方案的进一步的改进，所述 PLC 控制器 102 根据张力的变化规律所搭 建的数学模型所编程程序，通过伺服驱动器一103控制伺服电机一104的。
17、运转，以实现放丝 机牵伸辊 106 恒线速控制 ； 0038 对于本技术方案的进一步的改进，所述 PLC 控制器 102 上设有启动按钮以及停止 按钮 ；手动控制放丝机牵伸辊 106 的启动和停止 ； 0039 对于本技术方案的进一步的改进，所述测距装置 107 采用超声波测距传感器。 0040 本发明的设备的工作原理主要在于 ：随着辊上纤维的层数增加，表面的张力也随 之变化，而不是恒定的，那么为了实现恒张力的放丝，则需要找出张力的变化规律，构建模 型，控制牵伸辊的转速，实现表面恒张力的控制，具体采用伺服电机来控制，PLC 构建算法来 实现伺服电机的恒线速旋转，以达到表面恒张力的控制要求 ；另。
18、外，PLC 根据纤维丝张力检 测装置的张力信息对伺服电机的转速微调，以达到精确控制张力的目的 ；本系统根据测距 装置计算的检测的纤维丝的长度达到设定的放丝长度时，另一组的伺服电机控制纤维丝切 割器准时切断纤维丝，保证每辊放丝的长度按设定的要求，完成主动放丝过程 ；控制过程在 于 PLC 作为控制单元，PLC 向伺服驱动器发送指令脉冲，伺服驱动器接收到指令脉冲后驱动 伺服电机旋转来对目标进行控制过程。 0041 综上所述，本系统如果不考虑外部因素，采用全闭环控制比半闭环控制可能会提 高基础的控制精度。但如果不能很好的解决机器发热、环境污染、温升、振动、安装等因素， 会出现全闭环不如半闭环的现象。。
19、短时间内可能会有效果，但时间一长，灰尘、温度变化对 检测装置的影响，将严重影响测量反馈数据，从而失去作用 ；因此，对检测装置必须做好环 境的防护工作 ；本发明提供的主动供丝机的闭环控制系统的技术方案，能够有效控制收丝 机在放丝过程中的放丝张力，使其保持恒定，保证了设备的连续平稳的运行，解决了张力不 均衡、无法监控纤维的长度、无法实现自动切断丝等技术问题 ；提高了其的工作质量和效 率。 0042 本发明以实施例的方式揭露如上，不以任何形式对本发明构成限制和限定，本发 说 明 书CN 104460487 A 4/4 页 6 明的范围以权利要求书为准，一切不超出本发明宗旨的显而易见的修改、变换和替代方案 均在本发明范围内。 说 明 书CN 104460487 A 1/2 页 7 图1 说 明 书 附 图CN 104460487 A 2/2 页 8 图2 说 明 书 附 图CN 104460487 A 。