一種稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器的製造方法
2023-09-11 17:54:50 2
一種稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，該執行器的稀釋水閥門與減速箱的輸出軸下端通過聯軸器連接；步進電機採用雙輸出軸結構，其前輸出軸端安裝在減速箱的輸入端；減速箱包括兩對傳動副，一對是由大齒輪和小齒輪組成的直齒輪傳動副，另一對是由蝸杆和蝸輪組成的蝸杆蝸輪傳動副；蝸輪安裝在減速箱的輸出軸上，在減速箱的箱體上設置限位釘，在蝸輪上設置90度機械限位槽，下機械限位對應稀釋水閥門的0度位置，上機械限位對應稀釋水閥門的90度位置。本實用新型的智能執行器可精確控制稀釋水閥加入的稀釋水量，稀釋水最小的控制間距小於60mm，保證紙張局部橫幅定量的精確控制，提高紙張產品質量。
【專利說明】一種稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器【技術領域】
[0001]本實用新型涉及製漿造紙【技術領域】，特別是涉及一種用於造紙機中通過稀釋水調節局部漿料濃度來控制紙頁橫向定量分布的流漿箱的稀釋水閥門執行器，具體涉及基於CAN總線的稀釋水智能執行器，適應高速造紙機對紙張橫幅定量的控制要求。
【背景技術】
[0002]對於紙張橫幅定量的控制，上世紀九十年代中後期，美國Beloit、德國Voith等公司推出了稀釋水控制紙張橫幅定量的流漿箱，在流漿箱的漿料橫幅上，分成若干個分區，在不同分區上分別加入稀釋水，調節分區的漿料濃度，從而改變該分區的絕幹定量，達到降低紙張橫幅定量差的目的。這種方法極大的克服了老式唇口機械微調裝置調節精度差、相鄰調節點相互影響較大的缺點，使紙頁橫幅定量差減少到1%以下，而且調節速度更快、反應時間更短。
[0003]傳統的調節流漿箱稀釋水添加量的方法有人工現場調節和氣動或電動調節兩種方法。
[0004]人工現場調節方法是根據操作人員的經驗，人為手動調節對應分區的稀釋水閥門，改變對應分區的稀釋水量，從而改變對應分區的絕幹定量。人工現場調節的方法存在以下不足:調節定量的實時性差，滯後時間長，受操作人員經驗影響因素較大，只能作為一種粗略的調節橫幅定量手段。
[0005]氣動或電動調節方法採用一般氣動或電動調節閥來改變分區的稀釋水。這種氣動或電動調節閥基本都是通過4 - 20mA的模擬量來調節閥門的開度，而且閥門開度一般不是閉環控制，或採用模擬量檢測閥門的位置來實現閥門開度的閉環控制，無法精確控制稀釋水閥門的開度，控制精度低。由於一臺流漿箱通常有幾十到上百個稀釋水閥門，採用這種非總線控制的閥門，接線多，故障率高，抗幹擾差，無法滿足高速造紙機對紙張橫幅定量的控制要求。
[0006]國際上生產流眾箱的稀釋水智能執行器廠家有Honywell公司、Metso公司、Voith公司等，精度和性能較好，但價格昂貴，在國內只有少數進口高檔造紙機使用。
實用新型內容
[0007]為了克服現有技術的不足，解決進口智能執行器價格昂貴問題，本實用新型提供一種精度高、穩定性好、功能性強的稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器。
[0008]本實用新型的目的通過如下技術方案實現:
[0009]一種稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，主要由CAN總線控制器、步進電機、稀釋水閥門位置傳感器、減速箱和稀釋水閥門；稀釋水閥門與減速箱的輸出軸下端通過聯軸器連接；稀釋水閥門位置指示器與減速箱的輸出軸上端連接；步進電機採用雙輸出軸結構，其前輸出軸端安裝在減速箱的輸入端；稀釋水閥門位置傳感器安裝在步進電機的後輸出軸；CAN總線控制器與步進電機 和稀釋水閥門位置傳感器連接；減速箱包括兩對傳動副，一對是由大齒輪和小齒輪組成的直齒輪傳動副，另一對是由蝸杆和蝸輪組成的蝸杆蝸輪傳動副；蝸輪安裝在減速箱的輸出軸上，在減速箱的箱體上設置限位釘，在蝸輪上設置90度機械限位槽，下機械限位對應稀釋水閥門的O度位置，上機械限位對應稀釋水閥門的90度位置。
[0010]優選地，所述智能執行器還包括稀釋水閥門位置指示器，稀釋水閥門位置指示器與減速箱的輸出軸上端連接。
[0011]所述稀釋水閥門位置傳感器採用光學編碼器。
[0012]所述CAN總線控制器、步進電機、稀釋水閥門位置傳感器、減速箱都安裝在外殼裡。
[0013]所述CAN總線控制器與步進電機和稀釋水閥門位置傳感器通過電纜連接。
[0014]所述執行器最大寬度小於等於59mm。
[0015]所述的CAN總線控制器的執行器自動間隙補償模塊、CAN總線通訊模塊、參數存儲模塊、閥門位置斷電記憶模塊、閥門自動校正模塊、故障報警自診斷模塊、步進電機驅動模塊和閥門位置閉環反饋模塊分別與DSP微處理器連接；所述步進電機驅動模塊根據DSP微處理器給定的指令驅動步進電機轉動；所述閥門位置閉環反饋模塊與光學編碼器用電纜連接，閥門位置閉環反饋模塊接收稀釋水閥門位置傳感器的數據，將數據送到DSP微處理器，進行閥門位置閉環反饋控制；所述的參數存儲模塊用於存儲執行器的控制參數和步進電機、稀釋水閥門位置傳感器、減速箱的特性參數；所述的自動間隙補償模塊對執行器的反向轉動間隙誤差進行自動補償；所述的閥門自動校正模塊自動檢測減速箱的下機械限位，標定稀釋水閥門在此位置為O度；自動檢測減速箱的上機械限位，標定稀釋水閥門在此位置為90度；所述的閥門位置斷電記憶模塊在執行器斷電瞬間將稀釋水閥門的實際位置數據保存，在執行器重新上電時將保存的稀釋水閥門位置數據恢復；所述的CAN總線通訊模塊接收紙張橫幅定量控制系統的給定稀釋水閥門開度數據，將稀釋水閥門的實際開度位置數據和執行器的報警數據傳送到紙張橫幅定量控制系統；所述的故障報警自診斷模塊實時監測CAN總線控制器的各模塊運行參數，當參數達到預設定的報警值時，將該報警數據通過CAN總線通訊模塊傳送到紙張橫幅定量控制系統進行故障處理。
[0016]相對於現有技術，本實用新型具有如下優點和有益效果:
[0017]本實用新型的智能執行器採用全數位化控制，步進電機驅動，閥門位置閉環反饋，執行器自動間隙補償，可精確控制稀釋水閥加入的稀釋水量，而且稀釋水最小的控制間距小於60_，保證紙張局部橫幅定量的精確控制，有效改善紙張橫向全局定量差，提高紙張產品質量；本實用新型的智能執行器還具有稀釋水閥門位置斷電記憶功能和稀釋水閥門自動校正功能，節省大量的人力和時間，同時方便組成CAN總線網絡，提高控制系統的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器的結構立面示意圖。
[0019]圖2為圖1的A-A剖面圖。
[0020]圖3為圖1的CAN總線控制器3功能模塊示意圖。
[0021]圖4為智能執行器控制工作流程圖。【具體實施方式】
[0022]為進一步理解本實用新型，下面結合附圖對本實用新型作進一步描述，需要說明的是，【具體實施方式】並不對本實用新型要求保護的範圍構成限制。
[0023]如圖1所示，一種稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，主要由CAN總線控制器3、步進電機4、稀釋水閥門位置傳感器5、減速箱6、稀釋水閥門7、稀釋水閥門位置指示器1、外殼2組成。稀釋水閥門7與減速箱6的輸出軸下端通過聯軸器連接；稀釋水閥門位置指示I與減速箱6的輸出軸上端連接；步進電機4採用雙輸出軸結構，其前輸出軸端安裝在減速箱6的輸入端；稀釋水閥門位置傳感器5安裝在步進電機4的後輸出軸；CAN總線控制器
3、步進電機4、稀釋水閥門位置傳感器5、減速箱6、稀釋水閥門位置指示器I都安裝在外殼2裡面；CAN總線控制器3與步進電機4和稀釋水閥門位置傳感器5通過電纜連接；CAN總線控制器3控制步進電機4轉動,步進電機4帶動減速箱6轉動,減速箱6輸出軸帶動稀釋水閥門7轉動。稀釋水閥門位置指示器I與減速箱6的輸出軸上端連接，在執行器上面可顯示當前稀釋水閥門的位置，方便操作人員現場檢查。
[0024]圖2示出了智能執行器的剖面圖，如圖2所示，智能執行器最大寬度小於等於59mm ;減速箱6包括兩對傳動副，一對是由大齒輪8和小齒輪9組成的直齒輪傳動副，另一對是由蝸杆10和蝸輪11組成的蝸杆蝸輪傳動副；蝸輪11安裝在減速箱6的輸出軸上，減速箱6的輸出具有自鎖功能；在減速箱6的箱體14上設置限位釘13，在蝸輪11上設置90度機械限位槽12，下機械限位對應稀釋水閥門7的O度位置，上機械限位對應稀釋水閥門7的90度位置。
[0025]圖3示出了 CAN總線控制器3功能模塊示意圖，如圖3所示，CAN總線控制器3的功能模塊包括DSP微處理器15、執行器自動間隙補償模塊16、CAN總線通訊模塊17、參數存儲模塊18、閥門位置斷電記憶模塊19、閥門自動校正模塊20、故障報警自診斷模塊21、步進電機驅動模塊22和閥門位置閉環反饋模塊23 ；DSP微處理器15是控制器的核心，執行器自動間隙補償模塊16、CAN總線通訊模塊17、參數存儲模塊18、閥門位置斷電記憶模塊19、閥門自動校正模塊20、故障報警自診斷模塊21、步進電機驅動模塊22和閥門位置閉環反饋模塊23分別與DSP微處理器15連接；步進電機驅動模塊22還與步進電機4連接，根據DSP微處理器15給定的指令驅動步進電機4轉動；稀釋水閥門位置傳感器5採用光學編碼器，光學編碼器安裝在步進電機4的後輸出軸，用於檢測步進電機4的實際轉動位置，從而檢測稀釋水閥門7的實際開度位置，並作為稀釋水閥門7開度位置的閉環控制反饋的數據源；光學編碼器用電纜與閥門位置閉環反饋模塊23連接，閥門位置閉環反饋模塊23接收稀釋水閥門位置傳感器5的數據，將數據送到DSP微處理器15，進行閥門位置閉環反饋控制；由於執行器中的減速箱5存在反向傳動間隙，步進電機4驅動減速箱5從正向轉到反向轉動時，減速箱5的輸出軸沒有立即轉動，直到步進電機4轉動了間隙距離後減速箱5的輸出軸才真正轉動，影響傳動精度。為了消除反向傳動間隙對執行器輸出定位的影響，通過人工檢測執行器的反向轉動間隙誤差值，將該值輸入到CAN總線控制器3的參數存儲模塊18裡存儲，當執行器從正向轉到反向轉動時，執行器自動間隙補償模塊16自動將執行器需要反向轉動的目標值與存儲在參數存儲模塊18的反向轉動間隙誤差值相加，並將相加值作為執行器反向轉動新目標值，CAN總線控制器3就控制步進電機4按新目標值轉動，由於步進電機4多轉動了間隙誤差值，執行器就真正轉動到用戶需要的目標值，實現執行器反向間隙自動補償；閥門自動校正模塊20能自動檢測減速箱6的機械限位，在減速箱的蝸輪11上設置有90度的限位槽12，限位釘13 —端固定在減速箱6的箱體14上，另一端安裝在限位槽12裡；當步進電機正轉帶動蝸輪11轉動時，蝸輪11的限位槽12的下限位撞到限位釘13，蝸輪11停止轉動，步進電機4也被動停止轉動，安裝在步進電機4的稀釋水閥門位置傳感器5就沒有數據輸出，閥門自動校正模塊20檢測到稀釋水閥門位置傳感器5數據停止，標定稀釋水閥門7在此位置的開度為O度，同時向DSP微處理器15發出指令控制步進電機4停止。同樣當步進電機反轉帶動蝸輪11轉動時，自動檢測蝸輪11的限位槽12的上限位，標定稀釋水閥門7在此位置的開度為90度；閥門位置斷電記憶模塊19設置有大容量電容器，在執行器斷電瞬間，大容量電容器存儲的電量可保持控制器5短時間工作，在這期間，閥門位置斷電記憶模塊19將稀釋水閥門位置傳感器5的當前數據保存，也就保存了稀釋水閥門7的實際開度位置數據，在執行器重新上電進行初始化時將保存的數據恢復；紙張橫幅定量控制系統24是用於造紙生產過程中在線控制紙張橫幅定量，保證紙張橫向定量分布均勻一致，主要包括紙張橫幅定量在線測量的掃描架設備、橫幅定量控制軟體和執行機構控制接口。執行器的CAN總線通訊模塊17與紙張橫幅定量控制系統24的執行機構控制接口進行通訊，紙張橫幅定量控制系統24根據掃描架在線測量的紙張橫幅定量數據，計算各個分區稀釋水的加入量，得到各分區稀釋水閥的開度數據，並將稀釋水閥開度數據通過控制系統的接口傳送到執行器的CAN總線通訊模塊17，控制各個分區稀釋水閥門7的開度，達到紙張橫幅定量控制系統24要求的稀釋水加入量，從而調節相應分區漿料濃度，從而實現紙張橫幅定量的均勻一致。當稀釋水閥到達要求的開度後，當前的稀釋水閥門位置傳感器5的數據和執行器的報警數據通過CAN總線通訊模塊17傳送到紙張橫幅定量控制系統24，進行紙張橫幅定量控制系統的閉環控制。參數存儲模塊18用於存儲執行器的控制參數和步進電機4、稀釋水閥門位置傳感器5、減速箱6的特性參數，在執行器初始化時讀取，並提供給其它模塊調用。故障報警自診斷模塊21實時監測CAN總線控制器3的各模塊運行參數，當參數達到預設定的報警值時，將該報警數據通過CAN總線通訊模塊17傳送到紙張橫幅定量控制系統24進行故障處理。智能執行器由於具有CAN總線通訊模塊17，可組成CAN總線網絡，一個CAN總線網絡可連接I個至100個智能執行器，執行器通過CAN總線網絡與紙張橫幅定量控制系統24通訊。
[0026]本實用新型的智能執行器控制工作流程，如圖4所示，包括正常控制流程、自動間隙補償流程、閥門自動校正流程和閥門位置斷電記憶流程。執行器上電開機和初始化，讀出控制參數。接收CAN總線數據命令，判斷是否進行閥門自動校正還是進入正常控制流程。
[0027]正常控制流程:CAN總線接收橫幅定量控制系統送來的稀釋水閥開度數據，判斷執行器是正轉還是反轉。如果是正轉，根據正轉目標值驅動步進電機轉動，如果是反轉，將執行器反向轉動目標值與執行器反向轉動間隙誤差值相加，得到執行器反向轉動新目標值，根據反向轉動新目標值驅動步進電機轉動。在步進電機在轉動過程中根據光學編碼器數據閉環反饋控制，並判斷光學編碼器輸出數據是否正常，如不正常，則發出報警信號，如正常，根據光學編碼器輸出的數據判斷執行器轉動到位後，步進電機停止運動，CAN總線發送當前光學編碼器數據和報警數據到橫幅定量控制系統。
[0028]閥門自動校正流程:
[0029]執行器接收到命令驅動步進電機轉動，帶動減速箱蝸輪轉動，光學編碼器數據輸出，判斷數據輸出停止後，如果步進電機是正轉，表示蝸輪限位槽的下限位撞到限位釘，並標定稀釋水閥在此位置的開度為O度，如果步進電機是反轉，表示蝸輪限位槽的上限位撞到限位釘，標定稀釋水閥門在此位置的開度為90度，步進電機停止。
[0030]本實用新型的智能執行器安裝在流漿箱上，在流漿箱的布漿橫幅上，分成若干個分區，一個分區安裝一個智能執行器，改變對應分區的稀釋水加入量。執行器的最大寬度為59mm，所以在流漿箱的橫幅上以59mm的間隔距離橫向排列安裝執行器，稀釋水加入間距為59mm0
[0031]本實用新型的智能執行器採用全數位化控制，步進電機驅動，稀釋水閥門位置閉環反饋，執行器自動間隙補償，可精確控制稀釋水閥門加入的稀釋水量，而且控制稀釋水加入的最小的間距小於60mm，保證紙張局部橫幅定量的精確控制，有效改善紙張的橫向全局定量差，提高紙張產品質量；本實用新型的智能執行器具有稀釋水閥門位置斷電記憶功能和稀釋水閥門自動校正功能，節省大量的人力和時間，同時方便組成CAN總線網絡，提高控制系統的可靠性。
【權利要求】
1.一種稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，其特徵在於，主要由CAN總線控制器、步進電機、稀釋水閥門位置傳感器、減速箱和稀釋水閥門；稀釋水閥門與減速箱的輸出軸下端通過聯軸器連接；稀釋水閥門位置指示器與減速箱的輸出軸上端連接；步進電機採用雙輸出軸結構，其前輸出軸端安裝在減速箱的輸入端；稀釋水閥門位置傳感器安裝在步進電機的後輸出軸；CAN總線控制器與步進電機和稀釋水閥門位置傳感器連接；減速箱包括兩對傳動副，一對是由大齒輪和小齒輪組成的直齒輪傳動副，另一對是由蝸杆和蝸輪組成的蝸杆蝸輪傳動副；蝸輪安裝在減速箱的輸出軸上，在減速箱的箱體上設置限位釘，在蝸輪上設置90度機械限位槽，下機械限位對應稀釋水閥門的O度位置，上機械限位對應稀釋水閥門的90度位置。
2.根據權利要求1所述的稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，其特徵在於:所述智能執行器還包括稀釋水閥門位置指示器，稀釋水閥門位置指示器與減速箱的輸出軸上端連接。
3.根據權利要求1所述的稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，其特徵在於:所述稀釋水閥門位置傳感器採用光學編碼器。
4.根據權利要求1所述的稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，其特徵在於:所述CAN總線控制器、步進電機、稀釋水閥門位置傳感器、減速箱都安裝在外殼裡。
5.根據權利要求1所述的稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，其特徵在於:所述CAN總線控制器與步進電機和稀釋水閥門位置傳感器通過電纜連接。
6.根據權利要求1所述的稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，其特徵在於:所述執行器最大寬度小於等於59mm。
7.根據權利要求1所述的稀釋水控制紙張橫幅定量的智能執行器，其特徵在於:所述的CAN總線控制器的執行器自動間隙補償模塊、CAN總線通訊模塊、參數存儲模塊、閥門位置斷電記憶模塊、閥門自動校正模塊、故障報警自診斷模塊、步進電機驅動模塊和閥門位置閉環反饋模塊分別與DSP微處理器連接；所述步進電機驅動模塊根據DSP微處理器給定的指令驅動步進電機轉動；所述閥門位置閉環反饋模塊與光學編碼器用電纜連接，閥門位置閉環反饋模塊接收稀釋水閥門位置傳感器的數據，將數據送到DSP微處理器，進行閥門位置閉環反饋控制；所述的參數存儲模塊用於存儲執行器的控制參數和步進電機、稀釋水閥門位置傳感器、減速箱的特性參數；所述的自動間隙補償模塊對執行器的反向轉動間隙誤差進行自動補償；所述的閥門自動校正模塊自動檢測減速箱的下機械限位，標定稀釋水閥門在此位置為O度；自動檢測減速箱的上機械限位，標定稀釋水閥門在此位置為90度；所述的閥門位置斷電記憶模塊在執行器斷電瞬間將稀釋水閥門的實際位置數據保存，在執行器重新上電時將保存的稀釋水閥門位置數據恢復；所述的CAN總線通訊模塊接收紙張橫幅定量控制系統的給定稀釋水閥門開度數據，將稀釋水閥門的實際開度位置數據和執行器的報警數據傳送到紙張橫幅定量控制系統；所述的故障報警自診斷模塊實時監測CAN總線控制器的各模塊運行參數，當參數達到預設定的報警值時，將該報警數據通過CAN總線通訊模塊傳送到紙張橫幅定量控制系統進行故障處理。
【文檔編號】D21F1/04GK203683986SQ201420017408
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】馮鬱成, 陳克復 申請人:華南理工大學