CN114229626B - 一种喷涂装备的管线智能收放装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷涂装备的管线智能收放装置，包括三相异步电动机、矢量变频器、张力传感器、编码器、PLC控制器、管线卷筒、往复排缆装置、回转接头、电滑环和线缆，三相异步电动机驱动管线卷筒，往复排揽装置包括排揽丝杠、丝杠螺母和导向装置，导向装置包括导向光杠、导向套和导向轮，导向套滑动安装在导向光杆上，导向套与丝杠螺母连接，导向套上设有导向轮，线缆缠绕在管线卷筒上，其出揽端从导向套和导向轮之间穿出。本发明通过矢量变频器、PLC控制器以及三相异步电机实现对管线卷筒转速的无级调速和变向，同时通过往复排揽装置实现了线缆的有序排放，降低了线缆的磨损，防止线缆内部的供料管和供电线在转动时缠绕。

Description

一种喷涂装备的管线智能收放装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及管线收放领域，特别涉及一种面向船舶外板喷涂装备的管线智能收放装置及其控制方法。

背景技术

随着科技的进步及人类社会的发展，管线物资运输在人类生产生活中扮演着十分重要的角色。借助管线能够实现远距离导电、供水、供气等一系列物料运输。在施工时，经常出现需使用水管放水、用电缆接电等情况。尤其在船舶无人机喷涂场景中，无人机距离油漆、电源较远时，使用的管线较长。现有的管线收放工作环境中，需要人工进行管线收放，费时费力、成本较高，无法同时收放多个管线且管线的规划性较差，易发生缠绕、打结等状况。一些场合采用电动管线收放装置，效率有一定提升但仍未能够实现完全自动化，需要人工操控，收放管线时仍然容易发生管线缠绕问题。近年来伴随管线收放技术及人工智能算法的提升，人工智能与管道收放技术研究也在不断深入。

专利申请号“201822077185.2”气控管线收放机，设计了一种由气压传动提供驱动力进行垂直放线的管线收放机器。这种气压管线收放机器，气体的密闭性难以得到保证，气压大小难以精确控制进而导致收放线速度难以精确控制，且需频繁拆卸滚筒与滚动轴，拆装繁琐。

专利申请号“202010608030.6”绕线空间可调的管线收放装置及系统，设计了一种能够适应不同规模管线收纳需求且具有自动收放管线功能的管线收放机器，但该发明体积较大，结构复杂，加工工艺复杂，并且无法很好地解决管线缠绕问题。

专利申请号“202110327228.1”随动式管线收放装置设计了一种能够同时收放多个管线，随管线或电缆的角度变化而随机移动的收放线装置，有效解决了管线卡死问题。但该发明未能实现无级变速，适用场景十分受限。

专利申请号“201820883430.6”系留无人机收放线装置设计了一种无人机在飞行过程中线缆始终与无人机相连，且处于拉直状态的系留无人机收放线装置。但该发明未能实现收放线与无人机完全自动化配合，无法同时供电供料。

发明内容

本发明目的是为了解决上述问题，而提供一种面向船舶外板喷涂装备的管线智能收放装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种喷涂装备的管线智能收放装置，包括三相异步电动机、矢量变频器、张力传感器、编码器、PLC控制器、管线卷筒、往复排缆装置、回转接头、电滑环和线缆，所述三相异步电动机驱动所述管线卷筒，所述三相异步电机与所述矢量变频器连接并受其控制，所述往复排揽装置包括排揽丝杠、丝杠螺母和导向装置，所述导向装置包括导向光杠、导向套和导向轮，所述排揽丝杠、所述导向光杠与所述管线卷筒相平行地安装在所述管线卷筒的出揽侧，所述排揽丝杠由所述管线卷筒驱动，所述导向套滑动安装在所述导向光杆上，所述导向套与所述丝杠螺母连接，所述导向套上设有所述导向轮，所述线缆包括用于供料的供料管和用于供电的供电线，所述线缆缠绕在所述管线卷筒上，其出揽端从所述导向套和所述导向轮之间穿出，所述回转接头和所述电滑环安装在所述管线卷筒的两端，所述回转接头和所述电滑环与所述线缆连接，所述编码器用于检测所述管线卷筒的转速，所述张力传感器用于检测所述线缆的张力，所述压力传感器和所述编码器与所述PLC控制器连接，所述PLC控制器与所述矢量变频器连接。

进一步，还包括同步带，所述三相异步电机输出轴和所述管线卷筒的中心轴上均安装有同步带轮，所述同步带轮上设有所述同步带。

进一步，还包括链条，所述管线卷筒的中心轴和所述排揽丝杠上安装有链轮，所述链轮上安装有所述链条，所述管线卷筒通过所述链条驱动所述排揽丝杠。

进一步，所述编码器安装在所述排揽丝杠的一端，所述编码器通过检测所述排揽丝杠的转速间接检测所述管线卷筒的转速。

进一步，所述张力传感器采用轴销式拉压力传感器，设置在所述导向轮的中心轴上，通过检测所述线缆对所述导向轮的压力，从而检测所述线缆的张力。

进一步，所述线缆采用不锈钢软管，其出揽端与喷涂装备连接，其内部设有所述供料管和所述供电线。

本发明还提供上述面向船舶外板喷涂装备的管线智能收放装置的控制方法，包括：

第一步、所述编码器将检测到的所述管线卷筒的转速信息以及所述张力传感器将检测到的所述线缆的张力信息，传递给所述PLC控制器；

第二步、所述矢量变频器通过建立所述三相异步电机的空间矢量图，采用磁场定向的方法将定子电流分解为与磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的压力分量，并分别对磁通和力矩进行控制，从而对所述三相异步电机实现无级调速和变向，所述PLC控制器根据接收到的信息通过所述矢量变频器对所述三相异步电机的转速和旋向进行控制，从而控制所述管线卷筒的转速和旋向，实现对所述线缆的收放；

第三步、所述管线卷筒旋转时，所述往复排揽装置的所述排揽丝杠在所述管线卷筒带动下转动，进而驱动所述丝杠螺母移动，通过所述导向装置对所述线缆进行排揽。

所述排揽丝杠采用往复丝杠，当所述丝杠螺母从一端运动到另一端时，会自动返回，实现所述线缆的有序排列，所述排揽装置限制了所述线缆的随意摆动并减少了所述线缆收放时的磨损。

本发明具有的特点和有益效果：

本发明通过矢量变频器、PLC控制器以及三相异步电机实现对管线卷筒转速的无级调速和变向，同时通过往复排揽装置实现了线缆的有序排放，降低了线缆的磨损，防止线缆内部的供料管和供电线在转动时缠绕。

附图说明

图1是本发明实施例结构示意图一；

图2是本发明实施例结构示意图二；

图中：1为三相异步电动机；2矢量变频器为；3为张力传感器；4为编码器；5为PLC控制器；6为管线卷筒；7为同步带；8为往复排缆装置；9为回转接头；10为电滑环；11为线缆；12为排揽丝杠；13为丝杠螺母；14为导向装置；15为导向光杠；16为导向套；17为导向轮；18为链条。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施对本发明提供的技术方案做进一步的详细说明。

如图1和2所示，一种喷涂装备的管线智能收放装置，包括三相异步电动机1、矢量变频器2、张力传感器3、编码器4、PLC控制器5、管线卷筒6、往复排缆装置8、回转接头9、电滑环10和线缆11，所述三相异步电动机1驱动所述管线卷筒6，所述三相异步电机1与所述矢量变频器2连接并受其控制，所述往复排揽装置8包括排揽丝杠12、丝杠螺母13和导向装置14，所述导向装置14包括导向光杠15、导向套16和导向轮17，所述排揽丝杠12、所述导向光杠15与所述管线卷筒6相平行地安装在所述管线卷筒6的出揽侧，所述排揽丝杠12由所述管线卷筒6驱动，所述导向套15滑动安装在所述导向光杆15上，所述导向套16与所述丝杠螺母13连接，所述导向套16上设有所述导向轮17，所述线缆11包括用于供料的供料管和用于供电的供电线，所述线缆11缠绕在所述管线卷筒6上，其出揽端从所述导向套16和所述导向轮17之间穿出，所述回转接头9和所述电滑环10安装在所述管线卷筒6的两端，所述回转接头9和所述电滑环10与所述线缆11连接，所述编码器4用于检测所述管线卷筒6的转速，所述张力传感器3用于检测所述线缆11的张力，所述压力传感器3和所述编码器4与所述PLC控制器5连接，所述PLC控制器5与所述矢量变频器2连接。

所述排揽丝杠12采用往复丝杠，当所述丝杠螺母13从一端运动到另一端时，会自动返回，实现所述线缆11的有序排列，所述排揽装置8限制了所述线缆11的随意摆动并减少了所述线缆11收放时的磨损。

还包括同步带7，所述三相异步电机1输出轴和所述管线卷筒6的中心轴上均安装有同步带轮，所述同步带轮上设有所述同步带7。

还包括链条18，所述管线卷筒6的中心轴和所述排揽丝杠12上安装有链轮，所述链轮上安装有所述链条18，所述管线卷筒6通过所述链条18驱动所述排揽丝杠12。

所述编码器4安装在所述排揽丝杠12的一端，所述编码器4通过检测所述排揽丝杠12的转速间接检测所述管线卷筒6的转速。

所述张力传感器3采用轴销式拉压力传感器，设置在所述导向轮17的中心轴上，通过检测所述线缆11对所述导向轮17的压力，从而检测所述线缆11的张力。

所述线缆11采用不锈钢软管，其出揽端与喷涂装备连接，其内部设有所述供料管和所述供电线。实现供电线缆和供料管线的统一

控制方法

上述喷涂装备的管线智能收放装置的控制方法，包括：

第一步、所述编码器4将检测到的所述管线卷筒6的转速信息以及所述张力传感器3将检测到的所述线缆11的张力信息，传递给所述PLC控制器5；

第二步、所述矢量变频器2通过建立所述三相异步电机1的空间矢量图，采用磁场定向的方法将定子电流分解为与磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的压力分量，并分别对磁通和力矩进行控制，从而对所述三相异步电机1实现无级调速和变向，所述PLC控制器5根据接收到的信息通过所述矢量变频器2对所述三相异步电机1的转速和旋向进行控制，从而控制所述管线卷筒6的转速和旋向，实现对所述线缆11的收放；

第三步、所述管线卷筒6旋转时，所述往复排揽装置8的所述排揽丝杠12在所述管线卷筒6带动下转动，进而驱动所述丝杠螺母13移动，通过所述导向装置14对所述线缆11进行排揽。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种喷涂装备的管线智能收放装置，包括三相异步电动机（1）、矢量变频器（2）、张力传感器（3）、编码器（4）、PLC控制器（5）、管线卷筒（6）、往复排缆装置（8）、回转接头（9）、电滑环（10）和线缆（11），其特征在于：所述三相异步电动机（1）驱动所述管线卷筒（6），所述三相异步电动机（1）与所述矢量变频器（2）连接并受其控制，所述往复排缆装置（8）包括排缆丝杠（12）、丝杠螺母（13）和导向装置（14），所述导向装置（14）包括导向光杆（15）、导向套（16）和导向轮（17），所述排缆丝杠（12）、所述导向光杆（15）与所述管线卷筒（6）三者互相平行地安装，所述排缆丝杠（12）由所述管线卷筒（6）驱动，所述导向套（16）滑动安装在所述导向光杆（15）上，所述导向套（16）与所述丝杠螺母（13）连接，所述导向套（16）上设有所述导向轮（17），所述线缆（11）包括用于供料的供料管和用于供电的供电线，所述线缆（11）缠绕在所述管线卷筒（6）上，所述线缆（11）的出缆端从所述导向套（16）和所述导向轮（17）之间穿出，所述回转接头（9）和所述电滑环（10）安装在所述管线卷筒（6）的两端，所述回转接头（9）和所述电滑环（10）与所述线缆（11）连接，所述编码器（4）用于检测所述管线卷筒（6）的转速，所述张力传感器（3）用于检测所述线缆（11）的张力，所述张力传感器（3）和所述编码器（4）与所述PLC控制器（5）连接，所述PLC控制器（5）与所述矢量变频器（2）连接；

还包括同步带（7），所述三相异步电动机（1）输出轴和所述管线卷筒（6）的中心轴上均安装有同步带轮，所述同步带轮上设有所述同步带（7）；

还包括链条（18），所述管线卷筒（6）的中心轴和所述排缆丝杠（12）上安装有链轮，所述链轮上安装有所述链条（18），所述管线卷筒（6）通过所述链条（18）驱动所述排缆丝杠（12）；

所述编码器（4）安装在所述排缆丝杠（12）的一端，所述编码器（4）通过检测所述排缆丝杠（12）的转速间接检测所述管线卷筒（6）的转速。

2.根据权利要求1所述的一种喷涂装备的管线智能收放装置，其特征在于：所述张力传感器（3）采用轴销式拉压力传感器，设置在所述导向轮（17）的中心轴上，通过检测所述线缆（11）对所述导向轮（17）的压力，从而检测所述线缆（11）的张力。

3.根据权利要求1所述的一种喷涂装备的管线智能收放装置，其特征在于：所述线缆（11）采用不锈钢软管，所述线缆（11）的出缆端与喷涂装备连接，所述线缆（11）的内部设有所述供料管和所述供电线。

4.一种根据权利要求1至3任意一项所述的一种喷涂装备的管线智能收放装置的控制方法，其特征在于具体步骤是：

第一步、所述编码器（4）将检测到的所述管线卷筒（6）的转速信息以及所述张力传感器（3）将检测到的所述线缆（11）的张力信息，传递给所述PLC控制器（5）；

第二步、所述矢量变频器（2）通过建立所述三相异步电动机（1）的空间矢量图，采用磁场定向的方法将定子电流分解为与磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的压力分量，并分别对磁通和力矩进行控制，从而对所述三相异步电动机（1）实现无级调速和变向，所述PLC控制器（5）根据接收到的信息通过所述矢量变频器（2）对所述三相异步电动机（1）的转速和旋向进行控制，从而控制所述管线卷筒（6）的转速和旋向，实现对所述线缆（11）的收放；

第三步、所述管线卷筒（6）旋转时，所述往复排缆装置（8）的所述排缆丝杠（12）在所述管线卷筒（6）带动下转动，进而驱动所述丝杠螺母（13）移动，通过所述导向装置（14）对所述线缆（11）进行排缆。