[发明专利]一种碳纤维恒线速主动供丝机的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维的成套制造设备领域，特别是指一种碳纤维恒线速主动供丝机的控制系统。

背景技术

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，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。

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，3、无法实现断丝报警停机；因为变频器采用的V/F控制方式，反应速度不够灵敏，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，无法实现断丝报警，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

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种碳纤维恒线速主动供丝机的控制系统，通过采用PLC控制系统，以保障供丝系统的恒张力，并实时检测、显示当前纤维长度，解决断丝报警问题。为实现上述目的，本发明提出的一种碳纤维恒线速主动供丝机的控制系统，采用如下技术方案，该系统包括：

触摸屏，用于显示参数信息和人机对话；

PLC控制器，用来给伺服驱动器发运动指令；

伺服驱动器，用来接收PLC控制器的命令后驱动伺服电机；

伺服电机，通过放丝机传动部分完成对放丝机的动作的控制；

断丝检测装置，检测纤维的断丝情况，在断丝时发出断丝信号；

测距装置，用于精确测量当前牵伸辊的直径，确保计算准确性。

放丝机牵伸辊，用于实现收放丝机的放丝动作；

蜂鸣器，用于断丝报警等；

其中的触摸屏设置的PLC控制器上，PLC控制器通过通信线与伺服驱动器连接，伺服驱动器通过通信线与伺服电机连接，伺服电机与断丝检测装置相连；断丝检测装置与放丝机牵伸辊相连；测距装置与PLC控制器相连，断丝检测装置还连接着蜂鸣器。

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，控制伺服电机的运转，以实现恒线速控制；

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；

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。

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。

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，通过断丝检测装置来解决断丝报警问题，若供丝过程中出现断丝情况，则断丝检测向PLC发出断丝信号，PLC停止脉冲输出，同时蜂鸣器响，提醒操作员出现了断丝情况。通过触摸屏来显示当前记长，设定各个参数，实现操作的可视性。