专利名称：玻璃纤维大卷装拉丝机电气控制仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制或调节系统，特别涉及玻璃纤维大卷装拉丝机的电气控制设备。
连续拉制玻璃纤维的生产工艺过程是将玻璃球放入白金坩蜗里，该坩埚底部装有一块“漏板”，“漏板”上开几百个直径约1毫米的圆形漏孔(孔多少视品种不同而有所不同)，将坩埚及漏板加热到1200℃左右，熔融的玻璃液从漏孔中流出，集束成一股后缠绕在高速旋转的拉丝机车头的圆筒上。显然，成形的玻璃纤维的直径与拉线机圆筒的线速度有关。
拉丝机有二只车头(分别编号为1号车头和2号车头)，一只处在运转位置，称为运转车头，玻璃纤维就缠绕在运转车头的圆筒上，另一只处在准备位置，称为准备车头。二只车头各由一只交流电机驱动，卷绕到一定时间后，二只车头互换位置，即装有已缠满玻璃纤维圆筒的原在运转位置的车头，现在换到准备位置，令其迅速制动，在换向过程中玻璃纤维被切断。安装有空圆筒的原在准备位置的车头，现在换到运转位置，被集束的玻璃纤维接着缠绕在其空圆筒上，从而完成了一个生产周期。
处在运转位置的车头圆筒，随着卷绕时间增加，圆筒直径越来越大，若不采取措施圆筒外圈的线速度越来越大，随之，玻璃纤维直径就会越来越细，从而影响玻璃纤维产品的质量，因而必须采取补偿措施，使圆筒直径增加的同时相应降低运转车头的转速，从而保证玻璃纤维直径不变。
由上所述，为了使拉丝机能连续、高质量的卷绕玻璃纤维，必须有一个控制装置，用于控制二个车头的转速及切换。1986年，上海耀华玻璃厂从美国欧文思·康宁玻璃纤维公司进口了5台玻璃纤维拉丝机，该拉丝机的控制部分框图如
图1所示。
参见
图1，拉丝机控制部分(1)包括微机(2)，第一变频源(3)，第二变频源(4)和转速信号探测装置(5)。转速信号探测装置(5)把运转车头(6)的转速转换成电信号传输给微机(2)，微机(2)通过第一变频源(3)和第二变频源(4)分别控制拉丝机的运转车头(6)和准备车头(7)的转速，微机(2)还控制拉丝机的排线机构(8)和换向机构(9)以使拉丝机在预定时间排线和换向。排线机构由二只交流电机带动，能旋转和前后往返，用于在运转车头转速达到额定转速时，把玻璃纤维整齐排列在其圆筒上。换向机构用于在运转车头的圆筒缠满玻璃纤维后使运转车头和准备车头互换位置。由一台中心微机(10)控制多台拉丝机的控制部分，例如，通过中心微机(10)与各台拉丝机控制部分微机(2)的通讯改变拉丝机的运行参数，CRT(11)用于显示中心微机(10)的操作指令及预置参数。
该拉丝机动作过程如下当拉丝机启动后，运转车头(6)旋转，转速为300转／分，以让操作工人将玻璃纤维绕在车头圆筒上，5秒钟后，微机(2)通过第一变频源(3)使运转车头增速，由于变频源有软起动性能，为了使起动电流不致过大，运转车头转速达到额定转速大约需要14秒钟，一旦测得的实际转速等于预置的额定转速，则微机(2)控制排线机构(8)动作，拉丝作业开始，从这时刻起，运转车头转速以预定速率下降，以补偿圆筒因卷绕直径增大引起的线速度增加，保持成形的玻璃纤维的直径不变。当达到预定时间后，准备车头预起动使准备车头在切换到运转位置前转速接近该时刻运转车头的转速，以有利于在换向中玻璃纤维割断。准备车头预起动30秒后，微机(2)控制换向机构(9)动作，使运转车头和准备车头互换位置，在它们各自到位后，微机(2)控制第一变频源(3)使运转车头加速到额定转速且控制第二变频源(4)使准备车头迅速制动，从而完成一个动作周期。拉丝机不断重复上述过程从而完成连续拉制玻璃纤维的工作。
上述一个周期作业时间为20分钟，运转车头额定转速为3600转／分，排线开始后运转车头下降速率为0.5转／秒，因而换向开始时运转车头转速为3000转／分。
上述现有技术存在如下不足首先是控制复杂，维修困难，使用不方便。现有技术中采用一台中心微机控制多台拉丝机微机(2)，工作中不能随意显示每台拉丝机的运行参数及改变每台拉丝机的预置参数，中心微机的操作要求操作工人具有一定的微机知识，而且由于变频源的模拟控制信号和排线机构、换向机构的开关控制信号均由微机(2)控制，一旦发生故障很难维修，常常需要换掉整台微机。
其次，现有技术使用微机系统和二台变频源，价格昂贵，不利于在玻璃纤维行业的推广使用。
本实用新型的目的是提供一种结构简单，操作方便，价格低廉的玻璃纤维大卷装拉丝机控制仪。
本实用新型通过对现有技术的改进而实现。本实用新型所述的控制仪包括，用于把运转车头转速变成电信号的转速信号探测装置，用于改变运转车头转速的第一变速装置，向第一变速装置输出频率设定信号的第一控制装置，以二种预定速度改变准备车头转速的第二变速装置及控制拉丝机动作顺序的第二控制装置。所述的控制仪还可包括输入预置参数和操作命令的输入装置和显示拉丝机工作状态的输出装置。
由于在本实用新型所述的控制仪中，模拟信号和开关信号分别由第一控制装置和第二控制装置控制，因而维修方便；再者，每台拉丝机通过输入装置和输出装置可以各自预置运行参数和显示工作状态，因而操作极为方便；另外，用于准备车头预起动和制动的第二变速装置不使用昂贵的变频源，因而控制仪的成本大幅度降低。
图1是现有技术的拉丝机控制部分框图。
图2是本实用新型所述控制仪的框图图3是图2所示第一控制装置，转速信号探测装置和部分输入、输出装置框图。
图4是图2所示第一控制装置工作流程图。
图5是图2所示第二控制装置和部分输入、输出装置框图。
图6是图2所示第二控制装置的工作流程图。
图7是控制仪的结构及面板示意图。
现参照附图叙述本实用新型的最佳实施例，本实用新型的上述种种优点在叙述中将变得更为清楚。
参见图2，(20)是本实用新型所述的拉丝机电气控制仪。转速信号探测装置(5)把拉丝机运转车头(6)的转速变成相应的电信号输给第一控制装置(21)，第一控制装置(21)包括转速控制单元(21－1)和转速异常判别单元(21－2)，它依据转速信号探测装置(5)的输出信号、预置的运转车头额定转速和排线操作期间减速速率，测量运转车头(6)的转速并输出模拟信号至第一变速装置(23)，第一变速装置(23)依据第一控制装置(21)的信号改变运转车头(6)的转速，第一控制装置(21)向第二控制装置(22)输出运转车头的转速信息，第二控制装置(22)通过输出开关信号控制拉丝机的动作顺序，该控制装置控制拉丝机排线机构(8)的排线动作、换向机构(9)的换向动作、控制第一变速装置(23)与运转车头(6)的连接以及第二变速装置(24)与准备车头(7)的连接，第二控制装置(22)还向第一控制装置(21)提供开关信号。第二变速装置(24)包括预加速单元(24－1)和制动单元(24－2)，用于以两种预定转速改变准备车头(7)的转速。控制仪还可包括用于向第一控制装置(21)预置工作参数和向第二控制装置(22)输入操作命令的输入装置(28)及用于显示拉丝机工作状态的输出装置(29)。
第一变速装置(23)例如采用日本三菱公司产的BBP－K系列的变频源，输出功率为7.5千瓦，其频率设定信号是0－5伏，根据拉丝机的工艺要求，采用0－120Hz的频率范围。由于准备车头预起动时运转车头转速为3000转／分，而交流电机接工频电流转速约为2950转／分，故第二变速装置(24)的预加速单元(24－1)是向准备车头提供工频电源的单元，而制动单元(24－2)是向准备车头提供制动力矩的单元，例如，制动单元(24－2)是直流能耗制动单元。用工频电源预起动和用直流能耗制动准备车头，就可以替代一台变频源从而大幅度降低设备的成本。
图3是图2所示的第一控制装置，转速信号探测装置和部分输入、输出装置框图。
参见图3，运转车头的转速由转速信号探测装置(5)的磁电式速度传感器(31)变成正弦信号，该信号经过过零检测和整形电路(32)整形成窄脉冲，然后经光耦管电路(33)和第一控制装置(21)的门电路(44)输出至第一控制装置(21)的CPU(34)的INT端申请中断，CPU采用单片机8039，外设复位按键(未图示)，INT端作为速度脉冲和输入装置(28)的预置参数按键单元(28－1)的共用输入中断口，而由程序判别优先级别。P1.0端作为运行启动端，拉丝机起动时，由第二控制装置送来的开关信号经触发器单元(43)送一低电平至P1.0端，指示拉丝机运行启动。P1.1端为换向信号端，当第二控制装置控制换向机构开始换向和换向结束时，由第二控制装置送来开关信号，经触发器单元(43)使P1.1端分别由低电平变成高电平或由高电平变为低电平，通过检测该端的脉冲下降沿得知换向结束。P2.0－P2.3为高位地址线，DB0－DB7为数据线和低八位地址线，低八位地址线经八D锁存器(35)与高位地址线公共用于对EPROM(36)选址，EPROM采用4K存储量的2732芯片，第一控制装置的流程存于EPROM中，显然也可以用ROM代替EPROM。CPU(34)经双缓冲电路(40)和D／A转换电路(41)向第一变速装置输出频率设定信号，D／A转换电路例如采用12位的7521芯位，由于数据总线只有8根，故需分二次输出，第一次低8位送入双缓冲电路(40)的触发器中，第二次高4位送入双缓冲电路(40)的另一组触发器中并与第一次的低8位一起进入D／A转换电路(41)，双缓冲电路(40)例如采用8D触发器273芯片构成。CPU(34)经接口单元(37)和段驱动电路(38)、位驱动电路(39)向输出装置(29)的数码管显示器(29－1)输出待显示信息，数码管显示器(29－1)采用8只7段数码管接成共阴极形式，用于在预置时显示预置参数，在运行时显示运行车头的实际转速和卷绕时间。接口单元(37)采用可编程的键盘、显示接口芯片8279。输入装置(28)的预置参数按键单元(28－1)K1－K5经8279芯片的RL0－RL3和RL5端向CPU(34)预置运行参数K1、K5分别为数字上升和数字下降键，K2，K3，K4用于选择预置参数，使之分别表示允许转速偏差，额定转速和排线期间的减速速率。CPU的P1.4－P1.6端经继电器驱动单元(42)输出开关信号至第二控制装置，分别作为速度偏差报警、超20秒报警和排线开始信号。这二个报警信号的含义将在工作流程中予以说明。
图4是第一控制装置工作流程图，参见图4，开机后流程开始，执行50步，对CPU8039和可编程键盘、显示接口芯片8279初始化，设定工作状态，显示器(29－1)清零，经D／A转换电路(41)送出的变频源频率设定信号为0.51步，CPU开中断，52步判别是否按过按键，若按过则执行79步，通过预置参数按键单元(28－1)输入预置参数运转车头额定转速(例如3600转／分)，排线期间运转车头转速的减速速率(例如0.5转／秒)和转速的允许偏差(例如20转／分)。输入预置参数后，执行53步。若52步判断没按过按键则直接执行53步，此时工作参数取上次预置的参数。53步，进入启动等待状态，如果没有启动信号则流程循环，一旦拉丝机启动，则第二控制装置送出开关信号，CPU(34)的P1.0端检测到低电平，则流程进入54步。54步，计时。55步，CPU从D／A转换电路(41)。向变频源输出300转／分的低速频率设定信号，56步，输入由转速信号探测装置(5)输出的转速信号并计算运转车头实际转速。57步，显示实际转速和卷绕时间，每秒显示一次。58步，判别卷绕时间是否到5秒(t1)，如不到5秒，则流程返回55，继续输出低速信号，如时间已到5秒，则59步，向变频源输出频定转速信号。60，61步分别测量转速并显示转速和时间。62步判别运转车头实际转速是否达到额定转速，如没有达到，则63步，判别卷绕时间是否达到20秒(t2)，如没有达到20秒，则流程返回54步仍输出额定转速信号，如已到20秒但转速仍没达到额定转速则64步，判定出现故障1.65步，从P1.5端经继电器驱动单元(42)向第二控制装置(22)输出开关信号，由第二控制装置(22)作故障处理关机并使故障灯亮，由于变频源有软启动性能，故从送入额定转速信号至它输出与额定转速对应的频率约需14秒，但如该时间太长则说明系统存在故障。若62步判定实际转速已等于额定转速，则66步，清时钟信号，因为从转速等于额定转速开始正式出产品，故这段时间重新计算以便显示正式拉丝作业的工作时间。67步，经继电器驱动单元(42)向第二控制装置(22)输出排线开始的开关信号。68步测转速。69步，显示转速及卷绕时间。70步，向变频源输出期望转速信号，期望转速＝额定转速－减速速率×卷绕时间，这是为了补偿圆筒因绕了玻璃纤维而引起的外圈线速度增加。71步，求转速偏差，转速偏差＝︱实际转速－期望转速︱。72步，判别转速偏差是否小于或等于预置的允许偏差，若判别结果转速偏差超过允许偏差，则73步，判定为故障2即速度偏差报警，同样，执行65步，把该报警信号经继电器驱动单元(42)送第二控制装置，由它作出关机及报警显示的处理。若72步判别结果是转速偏差不超出允许偏差，则74步，继续判别转速偏差是否小于或等于1转／分，若转速偏差大于1转／分，则75步，修正转速信号，即向变频源送出一个新的转速信号该信号使转速偏差减小，若原转速偏差已小于或等于1转／分，则不进行该项修正。76步，判别是否换向，这里的换向开始及下面要判别的换向结束信号，都是由第二控制装置送来的开关信号，该信号经触发器单元(43)变成脉冲跳变，CPU(34)通过检测P1.1端的脉冲沿得到换向开始与换向结束信息。若换向没有开始则流程 执行68步，即继续排线操作，向变频源送出期望转速信号，若换向已开始则表示排线操作结束，则77步，判别换向是否结束，若没有结束则流程循环直至换向结束，一旦换向结束则流程返回59步，向变频源送出额定转速信号，因为新换到运转位置的车头转速接近预起动转速而低于额定转速，故需将车头加速至额定转速。由上述流程可知，控制仪在操作期间，显示器不断显示实际转速和卷绕时间，对操作者带来很大方便。
图5是第二控制装置和部分输入、输出装置框图，参见图5，第二控制装置(22)包括可编程序控制器(22－1)和继电器，接触器单元(22－2)，可编程控制器例如采用日本三菱产的F1－40MR，采用可编程控制器是由于它价格低，使用方便，抗干扰性强，显然也可以采用单片机或其它微机系统，考虑到F1－40MR输出触点容量小所以增加了中间继电器、接触器单元(22－2)。可编程序控制器(22－1)输入继电器与输入装置(28)的操作命令按键单元(28－2)相连X400接手动／自动切换按键K11，该按键选择可编程控制器自动执行流程还是手动运行；X401接车头起动按键K12，按下该按键，并且手动／自动按键处于“自动”状态，则流程控制拉丝机车头进入变频调速运行；X402接车头手动按键K13，按该按键在“手动”状态拉丝机运转车头进入工频运行，再按一下该按键，则车头停止，该按键在拉丝机调试时使用；X403接车头停止按键，K14，在“自动”状态按下该按键，拉丝机停止运行；X404按1号车头限位开关触点L1；X405接2号车头限位开关触点L2，当车头进入运行位置时该车头的限位开关吸合，通过检测L1和L2的状态，可以判别哪个车头处于运行位置；X406接换向按键K15，按该按键在“手动”或“自动”状态都能使两车头互换位置，但在车头运行过程中，按该按键不起作用；X407接第一控制装置的继电器驱动单元(42)的相应于排线开关信号的继电器触点L3；X500、X501分别接第一控制装置的继电器驱动单元(42)相应于速度偏差报警信号和超20秒报警信号的继电器触点，X500，X501还分别接速度偏差指示灯D10和超20秒指示灯D11(未图示)；X502接故障复位按键K16，当报警信号作故障处理停车后，按该按键进行复位，可编程控制器才能重新起动；“RUN”按控制仪运行按键K17，按下该按键，可编程控制器处于运行状态。按键K11－K17全部位于控制仪面板上并构成输入装置(28)的操作命令按键单元(28－2)。
可编程控制器输出继电器Y431经继电器组合1 J控制1 号车头与变频源的连接及1号车头运行指示灯D1；Y432经继电器组合2 J控制2号车头与变频源的连接及2号车头运行指示灯D4；Y433经继电器组合3 J控制1号车头与工频电源的连接及1号车头预起动指示灯D2；Y434经继电器组合4 J控制2号车头与工频电源的连接及2号车头预起动指示灯D5；Y435经继电器组合5 J控制1号车头与直流能耗装置的连接及1号车头制动指示灯D3；Y436经继电器组合6J控制2号车头与直流能耗装置的连接及2号车头制动指示灯D6；Y437经继电器组合7 J控制拉丝机换向机构(9)的换向电动机通电及换向指示灯D7；Y530经继电器组合8 J控制拉丝机排线机构(8)的排线电动机通电及排线指示灯D9；Y532经继电器组合9 J控制换向预告指示灯D8，该指示灯在换向前点亮指示即将换向，D1－D11(参见图7)均在面板上并组成输出装置(29)的指示单元。
图6是第二控制装置工作流程图，参见图6，通电后，按控制仪运行按键K17，则可编程序控制器处于运行状态，执行80步，判定K11按键是否处于自动状态，若不是则执行81步，进入“手动”状态，该状态用于调试拉丝机，通过操作车头手动按键K13使拉丝机车头起、停，若判定处于“自动”状态，则82步，通过检测二个车头限位开关接点L1及L2是否处于一个闭合一个断开来判定二车头是否到位，若二车头没到位，则83步，作故障处理，停机。若82步判定二车头已到位，则84步，通过检测L1或L2哪一个接点闭合而得知哪个车头处于运行位置。85步，通过检测车头起动按键K12的状态，判别是否命令车头起动，若没按K12则流程循环，否则执行86步，判断车头停止按键K14的状态，若命令车头停止则执行84步，若没有命令车头停止则执行87步，变频源接运行车头，运行车头由第一控制装置的控制逐渐加速并点亮运行指示灯。88步，通过检测排线信号接点L3的状态判断是否达到额定转速，若没有达到额定转速则流程返回87步，否则执行89步，接通排线机构的排线电动机开始排线操作。90步，可编程序控制器内定时器开始计时。91步，判定排线是否到达预定时间，该时间大约为19分30秒，若预定时间没到，则流程返回89步继续排线，若预定时间到则执行92步，点亮换向预告灯。93步，准备车头接工频电源预起动同时预起动灯亮。94步可编程控制器的定时器与计数器使预起动灯闪亮。95步判断预起动时间是否到，该时间约为30秒，排线时间与预起动时间均在流程中预置，若预起动时间没到则流程返回93步继续预起动，若预起动时间到则96步接通换向机构的换向电动机，开始换向。97步，通过检测限位开关接点L1和L2的状态判断换向是否结束，若换向没结束则流程返回96步继续换向，若换向结束则执行98步，准备车头接制动源制动并点亮制动指示灯，然后流程返回87步，运转车头接变频源开始下一工作周期。
图7是控制仪结构和面板示意图，参见图7，第一控制装置(21)的电路板安装在控制仪上部，可编程序控制器(22－1)位于控制仪中部，变频源(23)位于控制仪中、下部。继电器、接触器单元(22－2)和直流能耗装置(27)分别位于控制仪底部两侧。
(29－1)为数码管显示器，左边数码管显示转速，右边数码管显示卷绕时间(分、秒)，K7为第一控制装置电源开关，K3是额定转速预置选择键，K4是减速速率预置选择键，K2是允许偏差预置选择键，K1是预置数字上升键，K5是预置数字下降键，K6是复位键，K8是第二控制装置电源开关，K11是手动／自动切换键，K12是车头起动键，K13是车头手动键，K14是车头停止键，K15是换向键，K16是故障复位键，K17是控制仪运行键，D1－D3分别是1号车头运行、预起动和制动指示灯，D4－D6分别是2号车头运行、预起动和制动指示灯，D7－D9分别是换向指示灯、换向预告指示灯和排线指示灯，D10是速度偏差报警指示灯，D11是超20秒报警指示灯。
权利要求1.一种包含运转车头(6)和准备车头(7)的玻璃纤维大卷装拉丝机的电气控制仪包括，转速信号检测装置(5)，用于改变所述运转车头(6)的转速、包括变频电源的第一变速装置(23)，向第一变速装置输出频率设定信号的第一控制装置(21)，控制拉丝机动作顺序的第二控制装置(22)，其特征在于，还包括，以两种预定转速改变所述准备车头(7)转速的第二变速装置(24)。
2.如权利要求1所述的控制仪，其特征在于，所述的第二变速装置(24)包括预加速单元(24－1)和制动单元(24－2)。
3.如权利要求2所述的控制仪，其特征在于，所述的预加速单元(24－1)是向所述准备车头(7)提供工频电源的装置。
4.如权利要求2所述的控制仪，其特征在于，所述的制动单元(24－2)是直流能耗制动装置。
5.如权利要求1至4所述的控制仪，其特征在于，所述的第一控制装置包括单片机，所述的第二控制装置包括可编程序控制器。
6.如权利要求1所述的控制仪，其特征在于，还包括用于预置拉丝机运行参数和操作命令的输入装置(28)和用于显示拉丝机工作状态的输出装置(29)。
专利摘要一种玻璃纤维大卷装拉丝机的电气控制仪，是对美国欧文思·康宁玻璃纤维公司产品的改进，由于把模拟量和开关量分别进行处理并省却了一台变频电源，且可方便地预置运行参数和随时显示拉丝机工作状态，因而具有价格低廉，操作方便，维修简单等优点。
文档编号C03B37/00GK2066024SQ89209238
公开日1990年11月21日 申请日期1989年6月27日 优先权日1989年6月27日
发明者谢金康 申请人:上海耀华玻璃厂