卷扬自动排绳控制系统及自动排绳控制方法与流程

本发明涉及一种卷扬排绳系统，尤其涉及一种卷扬自动排绳控制系统及自动排绳控制方法。

背景技术：

图1示出了现有技术中的排绳机构的结构示意图。请参照图1，钢丝绳通过定滑轮100引导缠绕到卷扬卷筒200中，由于定滑轮100与卷扬卷筒200的相对距离受限而无法进一步延长，目前，当钢丝绳缠绕到卷筒200两端时，由于入绳角太大（现有的排绳机构的入绳角通常在6.0°以上），钢丝绳无法在卷筒200两端整齐且紧密排列，会造成排绳出现乱绳、陷绳、绕绳不到位等问题，严重情况下，会大大缩短钢丝绳的使用寿命，甚至会影响卷扬设备的作业安全。

技术实现要素：

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种卷扬自动排绳控制系统，该系统可对钢丝绳在缠绕到卷扬卷筒过程中进行自动排绳控制，以确保钢丝绳的入绳角始终维持在合理角度范围内，进而确保钢丝绳在卷筒上排绳整齐，避免出现乱绳、陷绳、绕绳不到位情况。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是，提供一种卷扬自动排绳控制系统，用于对钢丝绳在缠绕到卷扬卷筒过程中进行自动排绳控制，该卷扬自动排绳控制系统包括：

一卷扬排绳机构，所述卷扬排绳机构设置于一定滑轮与所述卷扬卷筒之间，所述定滑轮用于将所述钢丝绳引导缠绕到所述卷扬的所述卷筒上，所述卷扬排绳机构用于将所述钢丝绳以设定的入绳角度缠绕到所述卷筒上；

卷扬排绳机构自动控制系统，通信连接所述卷扬排绳机构，用于自动控制所述卷扬排绳机构将所述钢丝绳以设定的所述入绳角度缠绕到所述卷筒上。

作为本发明的一种优选方案，所述卷扬排绳机构包括入绳角调整控制部件、传动部件和入绳角调整部件，所述入绳角调整控制部件通过所述传动部件连接所述入绳角调整部件，

所述入绳角调整控制部件包括：

伺服电机驱动器，用于接收所述卷扬排绳机构自动控制系统发送的伺服电机驱动控制信号并驱动一伺服电机工作；

所述伺服电机，连接所述伺服电机驱动器，用于根据所述伺服电机驱动器发送的驱动信号输出不同的工作功率；

减速机，连接所述伺服电机，用于降低所述伺服电机的转速，以提高所述伺服电机的输出扭矩；

所述传动部件包括：

一传动杆，所述传动杆的一端固定设置在一排绳支架的第一侧面位置上；

一主皮带轮，所述主皮带轮固定设置在所述传动杆上的第一指定位置处，所述主皮带轮连接所述减速机，由所述减速机带动所述主皮带轮旋转；

一副皮带轮，所述副皮带轮固定设置在所述传动杆上的第二指定位置处，所述副皮带轮连接一设于所述排绳支架中的一丝杆；

传动皮带，所述主皮带轮和所述副皮带轮通过所述传动皮带相互连接，所述主皮带轮通过所述传动皮带带动所述副皮带轮旋转；

所述入绳角调整部件包括：

所述排绳支架，于所述排绳支架中设置有一可绕其自身作旋转运动的所述丝杆；

一导绳动滑轮，所述导绳动滑轮设置在所述丝杆上，用于将于所述定滑轮处引出的所述钢丝绳引导并缠绕至所述卷筒上，所述导绳动滑轮可跟随所述丝杆的自旋转运动在所述丝杆上作水平往复运动。

作为本发明的一种优选方案，所述伺服电机驱动器的具体型号为veichi公司sd700。

作为本发明的一种优选方案，所述伺服电机的具体型号为veichi公司vm7-l06a-r4030-d1。

作为本发明的一种优选方案，所述减速机的具体型号为px60n010sa。

作为本发明的一种优选方案，所述卷扬排绳机构自动控制系统中具体包括：

一编码器，所述编码器用于采集所述钢丝绳在所述卷筒中的缠绕圈数信息并存储；

一位移传感器，设于所述排绳支架的第二侧面位置上，用于检测并生成所述导绳动滑轮在所述丝杆上的实时运动位置信息；

一plc控制器，分别通信连接所述编码器、所述位移传感器和所述伺服电机驱动器，用于根据所述编码器采集到的所述钢丝绳在所述卷筒上的所述缠绕圈数信息计算出所述钢丝绳在所述卷筒上的实时缠绕位置，

并用于获取所述位移传感器检测到的所述导绳动滑轮在所述丝杆上的所述实时运动位置信息；

所述plc控制器还用于根据所述钢丝绳在所述卷筒上的所述实时缠绕位置信息和所述导绳动滑轮在所述丝杆上的所述实时运动位置信息，作出针对所述导绳动滑轮的运动调整控制策略，并根据所述运动调整控制策略生成相应的伺服电机驱动控制信号，并将所述伺服电机驱动控制信号发送给所述伺服电机驱动器；

所述伺服电机驱动器根据接收到的所述伺服电机驱动控制信号驱动伺服电机输出相应的所述工作功率；

所述伺服电机根据所述伺服电机驱动器发送的驱动信号驱动所述导绳动滑轮实时调整运动速度和/或运动方向，以控制所述导绳动滑轮按照所述钢丝绳在所述卷筒上的缠绕速度和缠绕方向在所述丝杆上同步作水平往复运动。

作为本发明的一种优选方案，所述plc控制器内部具体包括：

缠绕圈数信息获取单元，用于于所述编码器中获取所述钢丝绳在所述卷筒上的所述缠绕圈数信息；

导绳动滑轮运动位置信息获取单元，用于于所述位移传感器中获取所述导绳动滑轮在所述丝杆上的所述实时运动位置信息；

钢丝绳缠绕位置计算单元，连接所述缠绕圈数信息获取单元，用于根据获取的所述缠绕圈数信息，计算得到所述钢丝绳在所述卷筒上的所述实时缠绕位置信息；

导绳动滑轮运动控制策略分析单元，分别连接所述导绳动滑轮运动位置信息获取单元和所述钢丝绳缠绕位置计算单元，用于根据所述钢丝绳在所述卷筒上的所述实时缠绕位置信息和所述导绳动滑轮在所述丝杆上的所述实时运动位置信息，作出针对所述导绳动滑轮的所述运动调整控制策略；

伺服电机驱动控制信号生成单元，连接所述导绳动滑轮运动控制策略分析单元，用于根据所述运动调整控制策略生成相应的所述伺服电机驱动控制信号；

伺服电机驱动控制信号发送单元，连接所述伺服电机驱动控制信号生成单元，用于将所述伺服电机驱动控制信号发送给所述伺服电机驱动器。

作为本发明的一种优选方案，所述位移传感器为拉线位移传感器。

作为本发明的一种优选方案，所述plc控制器的具体型号为epec3724。

本发明还提供了一种卷扬自动排绳控制方法，通过应用所述卷扬自动排绳控制系统实现，具体包括如下步骤：

步骤s1，所述plc控制器于所述编码器处获取所述钢丝绳在所述卷筒上的所述缠绕圈数信息，并于所述位移传感器处获取所述导绳动滑轮在所述丝杆上的所述实时运动位置信息；

步骤s2，所述plc控制器根据获取的所述钢丝绳的所述缠绕圈数信息计算出所述钢丝绳在所述卷筒上的所述实时缠绕位置，并根据获取的所述导绳动滑轮在丝杆上的实时运动位置信息，作出针对所述导绳动滑轮的所述运动调整控制策略，并根据所述运动调整控制策略生成相应的伺服电机驱动控制信号，并将所述伺服电机驱动控制信号发送给所述伺服电机驱动器；

步骤s3，所述伺服电机驱动器根据接收到的所述伺服电机驱动控制信号驱动所述伺服电机输出相对应的工作功率；

步骤s4，所述伺服电机根据所述伺服电机驱动器发送的驱动信号驱动所述导绳动滑轮实时调整运动速度和/或运动方向，以控制所述导绳动滑轮按照所述钢丝绳在所述卷筒上的缠绕速度和缠绕方向在所述丝杆上同步作水平往复运动。

本发明通过在定滑轮和卷扬卷筒之间增设新研发的卷扬排绳机构，并通过一套卷扬排绳机构自动控制系统控制卷扬排绳机构将钢丝绳以设定的入绳角度缠绕到卷筒上，可确保钢丝绳在卷筒上排绳整齐且紧密，可避免出现绕绳、陷绳等钢丝绳缠绕不到位的情况发生，进而提高了钢丝绳的使用寿命，确保了卷扬设备的作业安全。

附图说明

图1是现有技术中的排绳机构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的卷扬自动排绳控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的卷扬自动排绳控制系统中的卷扬排绳机构的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的卷扬自动排绳控制系统中的卷扬排绳机构自动控制系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的卷扬排绳机构自动控制系统中的plc控制器的内部结构示意图；

图6是钢丝绳在卷扬卷筒上的实时缠绕位置与钢丝绳在卷筒上的缠绕圈数的函数关系图；

图7是应用本发明实施例提供的卷扬自动排绳控制系统实现对卷扬自动排绳控制的方法步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

请参照图2，本实施例提供的一种卷扬自动排绳控制系统，用于对钢丝绳在缠绕到卷扬卷筒过程中进行自动排绳控制，该卷扬自动排绳控制系统包括：

一卷扬排绳机构30，卷扬排绳机构30设置于一定滑轮10与卷扬卷筒20之间，定滑轮10用于将钢丝绳引导缠绕到卷扬卷筒20上，卷扬排绳机构30用于将钢丝绳以设定的入绳角度缠绕到卷筒20上；

卷扬排绳机构自动控制系统，通信连接卷扬排绳机构30，用于自动控制卷扬排绳机构30将钢丝绳以设定的入绳角度缠绕到卷扬卷筒20上。

请具体参照图3，卷扬排绳机构30包括入绳角调整控制部件、传动部件和入绳角调整部件，入绳角调整控制部件通过传动部件连接入绳角调整部件，

入绳角调整控制部件具体包括：

伺服电机驱动器301，用于接收卷扬排绳机构自动控制系统发送的伺服电机驱动控制信号并驱动一伺服电机302工作；

伺服电机302，连接伺服电机驱动器301，用于根据伺服电机驱动器301发送的驱动信号输出不同的工作功率；

减速机303，连接伺服电机302，用于降低伺服电机302的转速，以提高伺服电机302的输出扭矩；

传动部件包括：

一传动杆304，传动杆304的一端固定设置在一排绳支架305的第一侧面位置3051上；

一主皮带轮306，主皮带轮306固定设置在传动杆304上的第一指定位置处，主皮带轮306连接减速机303，由减速机303带动主皮带轮306旋转；

一副皮带轮307，副皮带轮307固定设置在传动杆304的第二指定位置处，副皮带轮307连接一设于排绳支架305中的一丝杆3052；

传动皮带308，主皮带轮306和副皮带轮307通过传动皮带308相互连接，主皮带轮305通过传动皮带308带动副皮带轮307旋转；

入绳角调整部件包括：

排绳支架305，于排绳支架305中设置有一可绕其自身作旋转运动的丝杆3052；

一导绳动滑轮309，导绳动滑轮309设置在丝杆3052上，用于将于定滑轮10处引出的钢丝绳引导并缠绕至卷扬卷筒20上，导绳动滑轮309可跟随丝杆3052的自旋转运动在丝杆3052上作水平往复运动。

上述技术方案中，丝杆3052优选为梯形螺纹硬丝杆htsg9870002。

伺服电机驱动器301优选为型号为veichi公司sd700的电机驱动器。

伺服电机302优选为型号为veichi公司vm7-l06a-r4030-d1的伺服电机。

减速机303优选为型号为px60n010sa的减速机。

请具体参照图4和图3，卷扬自动排绳控制系统中的卷扬排绳机构自动控制系统中具体包括：

一编码器1，编码器1用于采集钢丝绳在卷筒20中的缠绕圈数信息；编码器1采集钢丝绳缠绕圈数的方法为现有技术，在此不做阐述。

一位移传感器2，优选设于排绳支架305的第二侧面位置3053上，用于检测导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置；

一plc控制器3，分别通信连接编码器1、位移传感器2和伺服电机驱动器301，用于根据编码器1采集到的钢丝绳在卷筒20上的缠绕圈数信息计算出钢丝绳在卷筒20上的实时缠绕位置，

并用于获取位移传感器2检测到的导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置信息；

plc控制器3还用于根据钢丝绳在卷筒20上的实时缠绕位置信息和导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置信息，作出关联于导绳动滑轮309的运动控制策略，并根据该运动控制策略生成相应的伺服电机驱动控制信号，并将伺服电机驱动控制信号发送给伺服电机驱动器301；

伺服电机驱动器301根据接收到的伺服电机驱动控制信号驱动伺服电机302输出相应的工作功率；

伺服电机302则根据伺服电机驱动器301发送的驱动信号驱动导绳动滑轮309调整运动速度和/或运动方向，以控制导绳动滑轮309按照钢丝绳在卷筒20上的缠绕速度和缠绕方向同步作水平往复运动。

请具体参照图5，plc控制器3内部包括：

缠绕圈数信息获取单元31，用于于编码器1中获取钢丝绳在卷筒20上的缠绕圈数信息；

导绳动滑轮运动位置信息获取单元32，用于于位移传感器2中获取导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置信息；

钢丝绳缠绕位置计算单元33，连接缠绕圈数信息获取单元31，用于根据获取的所述缠绕圈数信息，计算得到钢丝绳在卷筒20上的实时缠绕位置信息；

导绳动滑轮运动控制策略分析单元34，分别连接导绳动滑轮运动位置信息获取单元32和钢丝绳缠绕位置计算单元33，用于根据钢丝绳在卷筒20上的实时缠绕位置信息和导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置信息，作出针对导绳动滑轮309的运动调整控制策略；

伺服电机驱动控制信号生成单元35，连接导绳动滑轮运动控制策略分析单元34，用于根据分析的运动调整控制策略生成相应的伺服电机驱动控制信号；

伺服电机驱动控制信号发送单元36，连接伺服电机驱动控制信号生成单元35，用于将伺服电机驱动控制信号发送给伺服电机驱动器301。

上述技术方案中，编码器1优选为绝对式多圈编码器，更优选地，绝对式多圈编码器的具体型号为posital公司的ocd-caa1b-1216-b15s-prm。

位移传感器2优选为拉线位移传感器，更优选地，拉线位移传感器的具体型号为rlw50-00500-3a1-4p-u，

plc控制器3优选为型号为epec3724的控制器。

本实施例提供的卷扬自动排绳控制系统控制钢丝绳以设定的入绳角排绳于卷扬卷筒上的方法详述如下：

首先将钢丝绳的一端从卷扬外侧穿入并缠绕到卷筒20上（记录此时钢丝绳在卷筒20上的缠绕位置为钢丝绳缠绕的初始位置），然后将编码器1的计数置0。当钢丝绳在卷筒20上继续缠绕时，编码器1开始对钢丝绳的缠绕圈数进行计数。

请参照图6，若设定卷筒20长为l，钢丝绳缠绕在卷筒20上的单层圈数为c。从图6可知，钢丝绳在卷扬卷筒20上的实时缠绕位置与钢丝绳在卷筒上的缠绕圈数具有一定的函数关系。plc控制器3可以根据预设的函数公式，根据编码器1采集到的钢丝绳在卷筒20上的缠绕圈数计算得到钢丝绳在卷筒20上的实时缠绕位置。

与此同时，plc控制器3根据拉线位移传感器传送的导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置信息，判断导绳动滑轮309的运动速度和运动方向是否与钢丝绳在卷筒20上的缠绕速度和缠绕方向一致，并根据判断结果作出针对导绳动滑轮309的运动调整控制策略，然后根据该运动调整控制策略生成相应的伺服电机驱动控制信号，并将该伺服电机驱动控制信号发送给伺服电机驱动器301。伺服电机驱动器301则根据接收到的伺服电机驱动控制信号驱动伺服电机302输出相应的工作功率。

最后，伺服电机302根据伺服电机驱动器301发送的驱动信号驱动导绳动滑轮309调整运动速度和/或运动方向，以控制导绳动滑轮309按照钢丝绳在卷筒20上的缠绕速度和缠绕方向同步作水平往复运动，以确保钢丝绳的入绳角度始终维持在一设定的角度范围内。

优选地，该入绳角度为0°。

本发明还提供了一种卷扬自动排绳控制方法，通过应用上述的卷扬自动排绳控制系统实现，请参照图7和图4，具体包括如下步骤：

步骤s1，plc控制器3于编码器1处获取钢丝绳在卷筒20上的缠绕圈数信息，并于位移传感器2处获取导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置信息；

步骤s2，plc控制器3根据获取的钢丝绳的缠绕圈数信息计算出钢丝绳在卷筒20上的实时缠绕位置，并根据获取的导绳动滑轮309在丝杆3052上的实时运动位置信息，作出针对导绳动滑轮309的运动调整控制策略，并根据该运动调整控制策略生成相应的伺服电机驱动控制信号，并将伺服电机驱动控制信号发送给伺服电机驱动器301；

步骤s3，伺服电机驱动器301根据接收到的伺服电机驱动控制信号驱动伺服电机302输出相对应的工作功率；

步骤s4，伺服电机302根据伺服电机驱动器301发送的驱动信号驱动导绳动滑轮309实时调整运动速度和/或运动方向，以控制导绳动滑轮309按照钢丝绳在卷筒20上的缠绕速度和缠绕方向在丝杆3052上同步作水平往复运动。

上述步骤s1中的所述plc控制器3优选为型号为epec3724的控制器。丝杆3052为丝杆3052优选为梯形螺纹硬丝杆htsg9870002。编码器1优选为绝对式多圈编码器，更优选地，绝对式多圈编码器的具体型号为posital公司的ocd-caa1b-1216-b15s-prm。位移传感器2优选为拉线位移传感器，更优选地，拉线位移传感器的具体型号为rlw50-00500-3a1-4p-u。

步骤s2中的伺服电机驱动器301优选为型号为veichi公司sd700的伺服电机驱动器。

步骤s3中的伺服电机302优选为型号为veichi公司vm7-l06a-r4030-d1的伺服电机。

综上，本发明通过在定滑轮和卷扬卷筒之间增设新研发的卷扬排绳机构，并通过一套卷扬排绳机构自动控制系统控制卷扬排绳机构将钢丝绳以设定的入绳角度缠绕到卷筒上，可确保钢丝绳在卷筒上排绳整齐且紧密，可避免出现绕绳、陷绳等钢丝绳缠绕不到位的情况发生，进而提高了钢丝绳的使用寿命，确保了卷扬设备的作业安全。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。