一种热牵伸辊温度智能控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种温度控制技术，尤其是涉及一种热牵伸辊温度控制系统。


背景技术：

2.目前，我国在长丝纺丝中，主要靠热牵伸辊将丝拉伸、定性，长丝在染色过程中，产品的色差、伸缩性指标的指定都与辊体温度关系密切，所以控制辊体温度的精度、保持辊体表面温度的均匀性是至关重要的。此外，在长丝fdy的生产过程中，热辊温度控制的准确与否，直接关系到纺丝产品的质量。所以，温度控制非常重要，它直接影响后续工艺与产品性能质量。热牵伸辊温度智能控制系统主要由高速电机、加热器、温度传感器、旋转变送器、主控制器、人机界面/显示屏等组成。在工作过程中，辊体需要通过高速运转以完成对产品的拉伸、定性，此过程中需保持辊体表面温度均匀稳定。辊体通过轴承固定在电机转子轴上，辊体和电机之间的空隙位置用来安装加热线圈，加热线圈在工作过程中处于静止状态。加热器产生强烈的磁场，在受热过程中，由于加热器的磁场分布是不均匀的，一般通过在辊体上采用匀热技术，并通过控制器控制加热的功率，从而满足热辊表面温度均匀性和稳定性的要求，以获得合格的纺丝产品。整套温度控制系统结构复杂，尤其是旋转变送器部分，由固定盘、转子骨架、转子线圈、转子控制板、定子骨架、定子线圈定子控制板、定子后盖组成，因转子是在高速环境中工作，对动平衡精度、加工精度都要求比较严格。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术不足，提出一种热牵伸辊温度智能控制系统，数据检测准确，数据传输方式可靠，该系统较以往的温控系统温度调节过程更快、更准，温度保持力更强。
4.本实用新型采用的技术方案：
5.本实用新型热牵伸辊温度智能系统由温度采集模块与温度控制模块两部分构成，温控器主控板对由旋转变送器采集上来的热辊表面实时温度数据进行分析处理，并驱动加热电源模块（可控硅晶闸管scr）输出合适的电源功率。
6.1、温度采集模块：主要由“旋转变送器”实现，所述的旋转变送器由定子和转子构成。温度采集模块结构示意图如图1所示。
7.旋转变送器转子固定于同步电机轴上，其随电机高速旋转，电磁环境复杂，而转子正常工作时需外部提供电能并向外部可靠发送温度及速度检测数据，故可靠的供电方式及数据传输方式至关重要。
8.1.1转子获取电能
9.本实用新型热牵伸辊温度智能控制系统由旋转变送器定子通过非接触电能传输方式向转子供电。其电能传输结构采用图2所示的非接触式供电电能传输结构。
10.旋转变送器定子上集成有初级变换和分离变压器原边线圈，旋转变送器转子上集成有次级变换和副边线圈。为了便于安装和量产，线圈采用pcb线路板布线的方式，覆铜成
螺旋状分布在一个pcb平面上。初级变换的振荡源采用高频有源晶振，并经开关电路、串联谐振电路使得原边线圈激发出交变磁场。转子上的副边线圈感应出交变电动势，该电动势提供给次级变换电路。次级变换包含整流、滤波、限幅、稳压等部分，以更进一步为转子提供稳定电源。高频化有助于使用高度集成的元器件实现小体积电路，同时减小了成本。
11.1.2转子采样热辊表面温度
12.高速旋转的热辊表面温度通过温度传感器将温度数据反馈至旋转变送器转子上集成的温度采样电路的方式获取。
13.温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式，接触式传感器在测量过程中与被测物体直接接触，这类传感器比较多，常见的有热电偶、热电阻、热敏电阻等。非接触式在测量过程中不与被测物体发生直接接触，通常利用热辐射等来进行测量，这种传感器可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。常见的有红外测温传感、光电比色高温计等。本装置采用铂电阻（pt100）温度传感器。
14.铂电阻温度传感器利用金属铂自身电阻随温度变化而改变的特性来测量温度，具有测温范围大，性能稳定，重复性好等特点。
15.随电机高速旋转的转子工作于高电磁环境中（电机磁场与加热器磁场），转子上集成的温度采样电路通过高性能的元器件与稳定的电路设计，最大化消除高频与工频的干扰。
16.随铂电阻变化而变化的电流信号反馈至转子温度采样电路，串联电阻后，转换为电压信号，再经滤波、放大和模数转换，最终转换为可供单片机处理的数字量。
17.热辊表面温度采样电路如图3所示。使用2路温度采样通道，对比采样温度结果更精确。
18.1.3转子采样温度回传
19.转子需将采样到的温度数据回传至定子，而随同步电机高速运转的旋转变送器转子不能通过有线的方式进行回传，若采用电刷，则面对可靠性差、安装不便的问题，所以转子的数据回传，只能通过无线的方式传输。与传统的有线传输技术相比，无线传输器件可以在不破坏表面的情况下安装。无线传输的方式有无线电、红外等方式。无线电方式下，数据以电磁波作为媒介传输；无线红外方式下，数据以红外光作为媒介传输。
20.旋转变送器的转子由非接触式电能传输技术供电，而供电部分的分离变压器通以高频交流电以实现励磁。为了避免无线电传输和电源变压器磁场由于耦合而产生干扰，故本装置采用红外无线传输的方式进行温度数据回传。
21.1.4本装置温度采集模块较同类产品优势
22.1）先进的旋转变送器非接触测温方式。采用感应耦合电能传输技术为旋转部件非接触供电，在旋转部件上利用红外回传采集温度数据，解决旋转部件数据传输和抗干扰问题；
23.2）在基于两路pt100比较测温的基础上，同步利用磁环测量热辊电机速度，实现温度与转速的同步测量。电路设计有测量热牵伸辊电机转速电路，功能更全面；
24.3）本技术的应用，就是在温度到达设定温度的情况下，在外界环境条件不突变的情况下，能够保持一定的功率维持温度在很小的幅值内浮动，节能省电。
25.2、温度控制模块
26.旋转变送器定子与温控器主控板通过有线的方式连接，定子负责向转子线圈供电及接收转子回传的温度数据，并回传至温控器主控板，主控板基于优化的pid算法计算出合适的驱动电压信号，进而驱动加热电源模块。图4为温度控制模块构成。
27.温控器输出驱动控制信号为：0
‑
5vdc，加热电源模块接收到此驱动信号后，其内部电路控制晶闸管导通角，经斩波后，向热辊电加热器提供电压可控的供电电源，进而控制加热功率。温控系统既有输入，又有输出，功能更强大。
28.实用新型有益效果：
29.1、本实用新型热牵伸辊智能温控系统，较以往温控系统温度调节过程更快，温度保持力更强。可实现最高工艺温度250℃，最高车速8000m/min下的长期稳定运行。该系统既可单机本地运行，又可联网远程运行。
30.2、本实用新型热牵伸辊智能温控系统，便于安装和量产，线圈采用pcb线路板布线的方式，覆铜成螺旋状分布在一个pcb平面上。初级变换的振荡源采用高频有源晶振，并经开关电路、串联谐振电路使得原边线圈激发出交变磁场。
31.3、本实用新型热牵伸辊智能温控系统，高频化有助于使用高度集成的元器件实现小体积电路，同时减小了成本。使用2路温度采样通道，对比采样温度结果更精确。
附图说明
32.图1为温度采集模块结构示意图
33.图 2为非接触式供电电能传输结构图；
34.图 3为热辊表面温度采样电路示意图；
35.图4为温度控制模块组成方框图。
具体实施方式
36.参见图1
‑
4，本实用新型一种热牵伸辊温度智能控制系统，由温度采集模块与温度控制模块两部分构成，温度控制模块通过对温度采集模块发送的热辊表面实时温度数据进行分析处理，驱动加热电源模块输出合适的电源功率，所述温度采集模块主要通过旋转变送器实现，所述的旋转变送器由定子和转子构成，旋转变送器转子固定于同步电机轴上；所述转子上设有温度检测及红外数据发射电路以及测速的多极磁环，所述定子上设有红外数据接收以及霍尔测速电路；所述温度检测的红外数据发射电路（转子上）与定子上的红外数据接收电路匹配，转子上测速的多极磁环与定子上的霍尔测速电路配合；温度检测的红外数据接收电路以及霍尔测速电路的信号经电平转换后接入温度控制模块。
37.旋转变送器定子与温度控制模块的温控器/主控板通过有线的方式连接，定子负责向转子线圈供电及接收转子回传的温度数据，并回传至温控器；温控器输出驱动控制信号给加热电源模块，加热电源模块接收到此驱动信号后，控制晶闸管导通角，经斩波，整流后，向热辊电加热器提供电压可控的供电电源，进而控制加热功率。
38.温控主控板是整套温度智能控制系统的控制大脑，负责解析来自旋转变送器的温度数据、电机转速数据及来自人机界面下发的各类指令，控制温度控制模块调节输出电压。
39.旋转变送器定子板由旋转变送器定子控制板和定子线圈板2块板组成，定子线圈
板用于向随电机同步旋转的转子板供电；定子控制板用于：接收来自旋转变送器转子板的红外温度信号，自身的霍尔元件捕捉电机转速信号，将红外温度信号和电机转速信号送至驱动芯片升压后远传至温控主控板。
40.旋转变送器转子板由旋转变送器转子控制板和转子线圈板2块板组成，转子线圈板用于接收来自定子线圈板的无线电磁波供电信号，转子线圈板内嵌磁性金属，以配合霍尔元件捕捉电机转速信号；转子控制板用于：通过其传感器检测电路检测辊体温度，将辊体温度数据经加密处理后通过红外三极管数据发射管将数据发出。
41.人机界面使用性能稳定的第三方屏幕：昆仑通泰；屏幕负责：热辊辊体表面温度显示，工艺温度设定，辊体表面温度偏差补偿等功能。
42.本实用新型热牵伸辊温度智能控制系统，数据检测准确，数据传输方式可靠，该系统较以往的温控系统温度调节过程更快、更准，温度保持力更强。