專利名稱：一種超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于超導(dǎo)儲能磁體以及MRI主磁體制造設(shè)備，特別涉及超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置 的數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常餅式超導(dǎo)磁體的制造過程包括超導(dǎo)帶材性能測試，超導(dǎo)帶材絕緣繞包，繞包絕緣測試， 超導(dǎo)雙餅的繞制，超導(dǎo)雙餅的性能測試，超導(dǎo)雙餅組裝成為磁體，磁體的性能測試等過程。對 于超導(dǎo)電力設(shè)備中的超導(dǎo)儲能裝置(如，1MJ/0.5MVA超導(dǎo)儲能裝置)，因為需要掛網(wǎng)運行，所 以需要考慮磁體與金屬杜瓦容器之間的耐壓等級(如，10kV耐壓等級)；因為超導(dǎo)儲能磁體為脈 沖磁體，并且在勵磁和釋能的過程中由于電感作用而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，所以需要考慮雙餅間的耐 壓等級，單餅間的耐壓等級，以及單餅匝間的耐壓等級(如，2kV耐壓等級)；因為儲能磁體的 電磁力很大(如，單根高溫超導(dǎo)帶材上的拉力為I10 170N)，所以需要考慮磁體的穩(wěn)定性和機 械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將磁體進行環(huán)氧浸漬固化可以顯著地增強磁體穩(wěn)定性和機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
同樣，在采用導(dǎo)冷作為冷卻方式的螺線管式MRI主磁體中，也需要將磁體進行環(huán)氧浸漬固 化。其原因如下，首先，MRI對于磁場的強度、均勻性和穩(wěn)定性有嚴格要求， 一般要求質(zhì)子成 像的磁場場強在0.1 2.0T之間，磁場的不均勻度要求達到10"4 10—6，磁場穩(wěn)定度一般要求1 2 小時之內(nèi)，磁場漂移小于5ppm，在1 8小時之內(nèi)，磁場漂移小于10ppm，將磁體進行環(huán)氧浸漬 固化可以有效地增強磁體磁場強度的均勻性和穩(wěn)定性。其次，通過摻有A1N的環(huán)氧浸漬固化之后， 可以有效地提高磁體的熱導(dǎo)率，進而對于提高MRI主磁體的熱穩(wěn)定性起到積極的作用。
基于以上因素，超導(dǎo)儲能磁體和MRI主磁體都需要進行環(huán)氧浸漬固化。對于不需要固化的 超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)帶材采用聚酰亞胺薄膜作為繞包絕緣是個很好的方案，其原因是聚酰亞胺薄膜 具有很好的絕緣性能(體電阻率為10"acm,擊穿強度〉300V/ym)，很好的機械強度(23。C溫 度下拉伸強度250MPa)以及很小的熱膨脹系數(shù)(8ppmTC)。
中國專利200510032515.0 "—種聚酰亞胺薄膜超導(dǎo)帶材絕緣結(jié)構(gòu)制作方法及裝置"，其絕緣 材料采用的是自粘性聚酰亞胺薄膜帶，其工藝過程為超導(dǎo)帶直線運動先通過自粘性聚酰亞胺 薄膜帶，使得超導(dǎo)帶延縱向粘貼上自粘性聚酰亞胺薄膜，然后再通過一個包括上模和下模的包 絕緣裝置，包絕緣裝置的作用是使得超導(dǎo)帶和自粘性聚酰亞胺薄膜粘接的更為緊密和牢固。最 后，通過收線盤接收粘貼好自粘性聚酰亞胺薄膜的超導(dǎo)帶。
因為聚酰亞胺對于環(huán)氧樹脂的浸潤性很低以及其熱導(dǎo)率很低，所以聚酰亞胺不適用于超導(dǎo) 儲能磁體以及導(dǎo)冷MRI主磁體中的帶材絕緣。因為涂膠層會阻止環(huán)氧樹脂固化在高溫超導(dǎo)帶材 上，而固化不好的超導(dǎo)磁體不能很好的解決超導(dǎo)儲能磁體中的電磁力問題以及MRI主磁體中的 磁場均勻性和穩(wěn)定性問題，所以自粘性的絕緣帶也不適用于儲能磁體中的帶材絕緣。因此，專 利中所述的方法及裝置不適用于超導(dǎo)儲能磁體以及MRI主磁體中的帶材絕緣的繞包。在超導(dǎo)儲 能磁體和MRI主磁體中的帶材絕緣采用的是不帶有涂膠層的玻纖布。玻纖布的特點是具有良好 的環(huán)氧樹脂浸潤性和相對較差的機械強度(如，EW40無堿玻纖布常溫下斷裂強度為 20kg/25mm)。因此，采用玻纖布作為超導(dǎo)帶材的繞包絕緣要求在繞包超導(dǎo)帶材的過程中，玻纖 布上承受的拉力應(yīng)小于玻纖布的拉伸斷裂強度，玻纖布的拉伸斷裂強度一般為0.8kg/mm，所以 繞包時玻纖布上的拉力應(yīng)小于這個值，以使得絕緣不會由于玻纖布的拉破而受到破壞。
此外，考慮到磁體的繞制工藝，需要精確地控制繞包絕緣后帶材的厚度，其容許誤差小于 0.05mm。并根據(jù)不同的要求，實現(xiàn)搭接包、1/4疊包、半疊包等不同的工藝，同時要求相鄰的絕 緣間的距離誤差小于0.5mm。要求繞包絕緣時引起的超導(dǎo)帶材的上下振動，不會影響到超導(dǎo)帶材 的性能(如，拉伸強度小于Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材的臨界應(yīng)力230MPa、拉伸強度小于MgB2超導(dǎo) 帶材的臨界應(yīng)力465MPa)?？紤]到需要繞包的超導(dǎo)帶材量比較大，要求繞包的速度要盡量的快。
綜上所述，考慮到超導(dǎo)儲能磁體和MRI主磁體對超導(dǎo)帶材的絕緣繞包提出的特殊要求，需 要有一種裝置能夠使一種許用應(yīng)力比較小的絕緣帶(如，玻纖布)按照絕緣繞包的工藝要求(如， 搭接包、1/4疊包、半疊包等等)安全地(如，拉伸強度小于Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材的臨界應(yīng)力 230MPa、拉伸強度小于MgB2超導(dǎo)帶材的臨界應(yīng)力465MPa)繞包在超導(dǎo)帶材(如，Bi-2223高溫 超導(dǎo)帶材、MgB2超導(dǎo)帶材)上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種高溫超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)， 本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)控制其機床主體裝置，使得一種許用應(yīng)力比較小的絕緣帶(如，玻纖布) 按照絕緣繞包的工藝要求(如，搭接包、1/4疊包、半疊包等等)安全地(如，拉伸強度小于Bi-2223 高溫超導(dǎo)帶材的臨界應(yīng)力230MPa、拉伸強度小于MgB2超導(dǎo)帶材的臨界應(yīng)力465MPa)繞包在超 導(dǎo)帶材(如Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材、MgB2超導(dǎo)帶材)上。
超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置由機械裝置和數(shù)控系統(tǒng)兩部分組成。本發(fā)明超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置 的數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和測量反饋系統(tǒng)。
數(shù)控裝置是本發(fā)明超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)的核心。數(shù)控裝置主要由輸入裝置、 信息處理裝置和輸出裝置三個基本部分構(gòu)成。超導(dǎo)帶材進行絕緣繞包的全過程都由計算機控制， 使得整個數(shù)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進行工作。輸入裝置接收操作人員根據(jù)超導(dǎo)帶材絕緣繞包要求向計算 機中輸入的信息，計算機將輸入裝置傳送的信息編譯成中央處理器能夠識別的信息，通過通訊 接口傳送給中央處理器，信息處理裝置按照控制程序的規(guī)定，存儲并進行信息處理后，通過輸 出裝置發(fā)出位置和速度指令到伺服系統(tǒng)。輸出裝置與伺服系統(tǒng)相聯(lián)。輸出裝置根據(jù)中央處理器 的命令接收輸出脈沖，并把脈沖送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)過功率放大，驅(qū)動伺服系統(tǒng)，從而控制機械 裝置按照規(guī)定要求運動。數(shù)控裝置通過測量反饋系統(tǒng)，接收超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的收線盤上 超導(dǎo)帶材的半徑，伺服電機速度傳感器反饋的絕緣帶材繞線盤的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材的 直線位移運動速度等實時參數(shù)傳送到計算機中，計算機中實時顯示這些數(shù)據(jù)，并計算出已繞包 的超導(dǎo)帶材的長度，絕緣帶材繞線盤上剩余的長度。這樣，就得到了繞包后的超導(dǎo)帶材的總長 度，并且通過絕緣帶材的剩余長度，可以在剩余長度變?yōu)榱阒?，由?shù)控裝置發(fā)出一個控制信 號，使超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置停機，避免出現(xiàn)由于最后一匝絕緣帶粘接在絕緣帶材繞線盤上， 引起超導(dǎo)帶材上的一個相對較大的拉力這一問題。
伺服系統(tǒng)是本發(fā)明超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動 裝置和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、濾波 整形處理后，轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機構(gòu)的直線位移和角位移運動。兩臺交流伺服電機作為交流伺服系統(tǒng) 中的執(zhí)行機構(gòu)，分別控制絕緣帶材繞線盤的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材的直線位移運動速度。 其中伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為三閉環(huán)控制電流閉環(huán)，速度閉環(huán)與位置閉環(huán)。三閉環(huán)控制確保了交流 伺服電機能夠平滑旋轉(zhuǎn)和穩(wěn)定工作，并具有良好的低速剛度和高動態(tài)性能。交流伺服電機與轉(zhuǎn) 軸直接相連，使其具有良好的低速運行平穩(wěn)性。交流伺服電機具有相對小的轉(zhuǎn)子慣量，加上IPM 故障檢測機制，使得伺服系統(tǒng)具有良好的快速反應(yīng)性能，能夠準確而靈敏地跟蹤數(shù)控裝置發(fā)出 的數(shù)字指令信號，并忠實地執(zhí)行來自數(shù)控裝置的指令，進而提高了系統(tǒng)的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài) 跟蹤精度。此外，通過調(diào)整絕緣帶材繞線盤的旋轉(zhuǎn)速度來控制繞包過程中超導(dǎo)帶材上的拉力， 使得拉力所引起的超導(dǎo)帶材的上下振動不會影響到超導(dǎo)帶材的性能(如，拉伸強度小于Bi-2223 高溫超導(dǎo)帶材的臨界應(yīng)力230MPa、拉伸強度小于MgB2超導(dǎo)帶材的臨界應(yīng)力465MPa)。在考慮拉 力不會影響到超導(dǎo)帶材性能的基礎(chǔ)上，調(diào)整絕緣帶材繞線盤的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材的直 線位移運動速度，使得繞包的速度要盡可能的快，以達到提高絕緣繞包效率，節(jié)省絕緣繞包時 間的目的。
測量反饋系統(tǒng)將交流伺服電機的當前運行值檢測出來并反饋到數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反 饋回來的當前運行值和指令值進行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達到設(shè)定值所需的指令。其中，通 過一種位置反饋裝置，實時檢測收線盤上變化的繞包后超導(dǎo)帶材的半徑，來確保相鄰絕緣間的 距離誤差在一個容許誤差值域內(nèi)(如0.5mm)，測量反饋裝置中的線絕緣檢測裝置可以在線的檢 測絕緣繞包的故障，可以避免由于玻纖布的局部的損壞帶來的絕緣問題。
計算機能夠根據(jù)交流伺服電機上的電流、速度和位置傳感器的反饋值來實時的顯示當前兩 臺伺服電機的運動狀態(tài)，并根據(jù)控制算法計算出超導(dǎo)帶材繞包過一匝之后，下一匝伺服電機的 速度，加速度等參數(shù)，并把這些參數(shù)發(fā)送給數(shù)控裝置，來控制調(diào)整伺服電動機下一匝時的運動， 同時當前伺服電動機的運動參數(shù)以及繞包情況等相關(guān)數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫中，這樣，可以在意外 掉電的情況下，通過輸入掉電前伺服電動機的運動參數(shù)以及繞包情況相關(guān)數(shù)據(jù)，就可以在下一 次上電后繼續(xù)繞包超導(dǎo)帶材。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。 圖l為本發(fā)明絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)的原理框圖2為超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置示意圖，圖中l(wèi)控制柜，2交流伺服電機A， 3在線絕緣檢測裝 置，4交流伺服電機B， 5絕緣帶材繞線盤，6超導(dǎo)帶材清潔裝置，7超導(dǎo)帶材，8焊接平臺，9力矩 電機，IO收線盤；
圖3為圖1中數(shù)控裝置的硬件組成框圖4為圖l中數(shù)控裝置的軟f^部分的程序流程圖
圖5為圖4中中斷服務(wù)程序部分的程序流程圖
圖6為圖1中伺服驅(qū)動器的硬件組成框圖7為本發(fā)明的超導(dǎo)帶材絕緣繞包過程控制軟件的程序流程圖； 圖8為在線絕緣檢測裝置的電路圖；
具體實施例方式
超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置由機械裝置和數(shù)控系統(tǒng)兩部分組成。如圖2所示，超導(dǎo)帶材繞線盤 安裝在力矩電機9的主軸上，超導(dǎo)帶材7通過牽引帶固定在交流伺服電機2主軸上的繞線盤上，通 過數(shù)控系統(tǒng)的控制，絕緣帶材繞線盤5圍繞著超導(dǎo)帶材7轉(zhuǎn)動，絕緣帶材繞線盤5上的玻纖布繞包 在超導(dǎo)帶材7上。調(diào)整超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的絕緣帶材繞線盤5的旋轉(zhuǎn)速度和超導(dǎo)帶材7的直線 位移運動速度，來控制繞包過程中超導(dǎo)帶材7上的拉力和玻纖布上的的拉力，使得拉力所引起的 超導(dǎo)帶材的上下振動不會影響到超導(dǎo)帶材的性能，且拉力不會破壞玻纖布絕緣。在考慮拉力不 會影響到超導(dǎo)帶材性能以及不會破壞玻纖布絕緣的基礎(chǔ)上，調(diào)整絕緣帶材繞線盤5的角位移運動 速度和超導(dǎo)帶材7的直線位移運動速度，加快繞包速度。
超導(dǎo)帶材7在絕緣繞包前經(jīng)過超導(dǎo)帶材清潔裝置6除去其表面的灰塵、金屬屑等雜質(zhì)，以提 高絕緣繞包質(zhì)量。如需要多根超導(dǎo)帶材焊接后繞包，可以在焊接平臺8上焊接處理完畢后進行繞 包。繞包后可以通過在線絕緣檢測裝置3來實現(xiàn)絕緣的在線檢測，如果出現(xiàn)玻纖布破損，在線絕 緣檢測裝置3報警，以提醒操作人員，并使系統(tǒng)停止運行。超導(dǎo)帶材7進行絕緣繞包的過程都由
計算機的程序合理組織，使得整個數(shù)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進行工作。進而實現(xiàn)超導(dǎo)帶材安全、精確地 進行絕緣繞包。
圖l為本發(fā)明絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)的原理框圖，數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和 測量反饋系統(tǒng)組成。其中，數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)中的伺服驅(qū)動器放置在控制柜l中。數(shù)控裝置主 要由輸入裝置、信息處理裝置和輸出裝置三部分構(gòu)成。數(shù)控裝置中的輸入裝置接收操作人員根 據(jù)超導(dǎo)帶材絕緣繞包要求向計算機中輸入的信息，計算機將輸入裝置傳送的信息編譯成中央處 理器能夠識別的信息，并通過通訊接口傳送給中央處理器，數(shù)控裝置中的信息處理裝置按照控 制程序的規(guī)定，存儲并進行信息處理后，通過數(shù)控裝置中的輸出裝置發(fā)出位置和速度指令到伺 服系統(tǒng)。其中，伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器和交流伺服電機。其中數(shù)控裝置和伺服驅(qū)動器協(xié)同作 用來控制執(zhí)行機構(gòu)交流伺服電機的運動。輸出裝置與伺服系統(tǒng)相聯(lián)。輸出裝置根據(jù)中央處理器 的命令接收輸出脈沖，并把脈沖送到伺服系統(tǒng)，驅(qū)動伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)把來自數(shù)控裝置的指 令信息，經(jīng)過功率放大、濾波整形處理后，轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機構(gòu)的直線位移和角位移運動。其中， 通過測量反饋系統(tǒng)，數(shù)控裝置接收超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置收線盤10上超導(dǎo)帶材的半徑，交流伺 服電機速度傳感器反饋的絕緣帶材繞線盤5的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材的直線位移運動速度 等實時參數(shù)傳送到計算機中，計算機中實時顯示這些數(shù)據(jù)，并計算和顯示出已繞包的超導(dǎo)帶材 的長度，絕緣帶材繞線盤上剩余的長度等數(shù)據(jù)。測量反饋系統(tǒng)將交流伺服電機的當前運行值、 交流伺服電機的轉(zhuǎn)速和電流檢測出來，并反饋到數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置根據(jù)當前的這些信息來 指示交流伺服電機下一步的運動。
圖3為數(shù)控裝置的硬件組成框圖。數(shù)控裝置中的輸入裝置為計算機，信息處理裝置包括中央 處理器和存儲器，輸出裝置為運動控制接口。其中中央處理器是數(shù)控裝置的核心部分，中央處 理器主要由DSP (如Ti公司的TMS320LF2407芯片)、FPGA (如Altera公司的Stratix III FPGA)和 SRAM (如Samsung公司的K7D321874C)組成。中央處理器所用到的和所生成的數(shù)據(jù)可以存儲 在存儲器中，存儲器可以選擇Flash EPROM， Battery-backed RAM, Flash Memory Stick中的一個 或者幾個，各部分之間的信號傳輸通過輸入和輸出管腳來實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的流入和流出。交流伺服 電機的控制算法在DSP中實時快速加以實現(xiàn)，實現(xiàn)控制算法的邏輯部分，SRAM暫時保存處理數(shù) 據(jù)過程中數(shù)據(jù)。中央處理器通過通訊接口與計算機進行實時數(shù)據(jù)交換，通過運動控制接口與伺 服驅(qū)動器和測量反饋系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)交換。存儲器部分存儲程序和數(shù)據(jù)。
圖4為數(shù)控裝置的軟件部分的程序流程圖。初始化程序之后，主程序?qū)崟r捕獲中斷服務(wù)程序， 在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)交流伺服電機的控制算法。
圖5為圖4中的中斷服務(wù)程序部分的程序流程圖?？刂扑惴ㄖ饕ㄟ^PARK變換和2/3變換來 實現(xiàn)交流伺服電機的SVPWM控制，圖5和廚6中的程序都在DSP中計算實現(xiàn)，軟件部分計算的結(jié) 果為生成的PWM信號，PWM信號通過輸出管腳輸出到伺服驅(qū)動器的IPM模塊中，驅(qū)動開關(guān)器件 的通斷。
圖6為圖1中伺服驅(qū)動器的硬件組成框圖，工頻交流輸入經(jīng)過三相整流橋輸入端(如西門子 公司的三相整流橋模塊)之后在輸出端變?yōu)橹绷?，然后直流流入IPM (如三菱公司的IPM模塊 PM10CSJ060)逆變橋的輸入端并在其輸出端轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?，之后交流通過接線端輸入并驅(qū)動執(zhí)行 機構(gòu)交流伺服電機，其中數(shù)控裝置產(chǎn)生的PWM通過接口輸入驅(qū)動輸入到IPM逆變橋以實現(xiàn)交流 伺服電機的SVPWM控制，IPM逆變橋中采用了IPM故障檢測機制。
圖7為本發(fā)明的超導(dǎo)帶材絕緣繞包過程數(shù)控系統(tǒng)的控制流程圖，首先計算機接收操作人員根 據(jù)超導(dǎo)帶材絕緣繞包工藝要求輸入的繞包參數(shù)。接下來程序進行初始化，初始化包括設(shè)定超導(dǎo) 帶材直線位移運動交流伺服電機和絕緣帶材角位移運動交流伺服電機的速度，加速時的加速度 以及減速時的加速度，設(shè)定位置傳感器的參數(shù)。然后進入到主程序，循環(huán)檢測轉(zhuǎn)速傳感器反饋 數(shù)據(jù)是否有變化，當轉(zhuǎn)速傳感器反饋數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，如電機的轉(zhuǎn)速大于或者小于設(shè)定值時， 則調(diào)用子程序，子程序首先讀取轉(zhuǎn)速傳感器的反饋數(shù)據(jù)，然后根據(jù)當前交流伺服電機的運動數(shù) 據(jù)以及轉(zhuǎn)速傳感器的反饋數(shù)據(jù)，計算出下一步交流伺服電機的運動參數(shù)，并傳送給數(shù)控裝置。 轉(zhuǎn)速傳感器反饋數(shù)據(jù)無變化時，主程序?qū)⒁恢毖h(huán)檢測下去。交流伺服電機當前的運動數(shù)據(jù)， 轉(zhuǎn)速傳感器的反饋數(shù)據(jù)以及超導(dǎo)帶材繞包的長度和絕緣帶材剩余的長度這些繞包參數(shù)實時地在 計算機中動態(tài)顯示。
圖8為在線絕緣檢測裝置的電路圖，其中左側(cè)為實際的電路連接圖，右側(cè)為電路原理圖，二 者在電路的實現(xiàn)功能上完全等效。左圖中左側(cè)的金屬輪與超導(dǎo)帶材相接觸，右側(cè)的金屬輪與繞 包后的超導(dǎo)帶材相接觸，兩個金屬輪隨著超導(dǎo)帶材向右箭頭的方向水平運動且逆時針轉(zhuǎn)動，兩 個金屬環(huán)中心的軸承上引出導(dǎo)線，與電源、蜂鳴器和采樣電阻串聯(lián)。當出現(xiàn)絕緣帶材有破損的 時候，即相當于右圖中開關(guān)K合上，蜂鳴器會通過聲音報警，同時采樣電阻上會產(chǎn)生一個采樣電 壓，采樣電壓傳送到數(shù)控裝置，主控裝置使整個系統(tǒng)停止運行，這樣就實現(xiàn)了超導(dǎo)帶材絕緣繞 包的在線絕緣檢測的功能。
以lMJ/0.5MVA高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)中的磁體所用Bi—2223高溫超導(dǎo)帶材的絕緣繞包為例，來 說明本發(fā)明的工作過程以及控制算法的實現(xiàn)。Bi—2223高溫超導(dǎo)帶材的寬度和厚度分別為4.8mm 和0.32mm，絕緣材料選為EW40無堿玻纖布，其寬度為8mm。繞包工藝要求是，第一層絕緣為 搭接包，第二層絕緣為半疊包，相鄰絕緣間的距離誤差小于0.5mm，繞包過程不能使得超導(dǎo)帶材 發(fā)生超導(dǎo)性能的退化。在搭接包的絕緣繞包開始前，操作人員在計算機輸入繞包類型為搭接包， 超導(dǎo)帶材的類型為Bi-2223超導(dǎo)帶材，尺寸為寬4.8mm,厚0.32mm，絕緣類型為EW40無堿玻纖 布，其寬度為8mm等信息。計算機把上述信息對應(yīng)到交流伺服電機4的初始角速度為2rad/s，交
流伺服電機2的初始角速度為1/120 rad/s。在此需要說明，這個數(shù)據(jù)是在前期超導(dǎo)帶材絕緣繞包 裝置的調(diào)試中獲取的，這兩個速度對應(yīng)著繞包絕緣的過程中產(chǎn)生的拉力在Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材 的臨界應(yīng)力以及EW40無堿玻纖布常溫斷裂強度以下，且由兩個交流伺服電機所產(chǎn)生的超導(dǎo)帶材 的直線位移和角位移運動所合成的效果為搭接包絕緣繞包。
兩個交流伺服電機2、 4的轉(zhuǎn)速可通過實驗的方法確定。兩個交流伺服電機2、 4驅(qū)動的直線 位移和角位移運動合成的效果須滿足在不可逆應(yīng)變值較低的超導(dǎo)帶材(如，臨界應(yīng)力為230MPa 的Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材、臨界應(yīng)力為465MPa的MgB2超導(dǎo)帶材)上繞包工藝的要求，如搭接包、 1/4疊包、半疊包等不同的工藝，以便安全、精確地繞包機械強度較低的絕緣材料，如，常溫下 斷裂強度為20kg/25mm的EW40無堿玻纖布。把上述交流伺服電機轉(zhuǎn)速和超導(dǎo)蒂材、繞包工藝要 求、繞包材料之間的這種對應(yīng)關(guān)系作為一個對應(yīng)表，操作人員可以通過輸入超導(dǎo)帶材、繞包工 藝要求、繞包材料這些信息，然后數(shù)控系統(tǒng)可以通過其相對應(yīng)的交流伺服電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)超導(dǎo) 帶材的絕緣繞包。
然后計算機將這些信息編譯成中央處理器能夠識別的信息，并通過通訊接口傳送給中央處 理器，信息處理裝置按照控制程序的規(guī)定，存儲并進行信息處理后，通過輸出裝置發(fā)出位置和 速度指令到伺服系統(tǒng)。經(jīng)過功率放大，驅(qū)動伺服系統(tǒng)，從而控制機械裝置按照規(guī)定要求運動。 數(shù)控裝置通過測量反饋系統(tǒng)，接收超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)的收線盤K)上超導(dǎo)帶材的 半徑，伺服電機速度傳感器反饋的絕緣帶材繞線盤的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材的直線位移運 動速度等實時參數(shù)傳送到計算機中，計算機中實時顯示這些數(shù)據(jù)，并計算出已繞包的超導(dǎo)帶材
的長度，絕緣帶材繞線盤上剩余的長度。這樣，就得到了繞包后的超導(dǎo)帶材的總長度，并且通 過絕緣帶材的剩余長度，可以在剩余長度變?yōu)榱阒?，由?shù)控裝置發(fā)出一個控制信號，使超導(dǎo) 帶材絕緣繞包裝置停機，避免出現(xiàn)由于最后一匝絕緣帶粘接在絕緣帶材繞線盤上，引起超導(dǎo)帶 材上的一個相對較大的拉力這一問題。測量反饋系統(tǒng)將交流伺服電機的轉(zhuǎn)速和電流檢測出來并 反饋到數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置根據(jù)當前的這些信息來指示交流伺服電機下一歩的運動。在線絕 緣檢測裝置3實時在線檢測絕緣有無破損，如果出現(xiàn)絕緣破損，則繞包停止，進行修復(fù)以后再繼 續(xù)繞包。同樣，在第二層的半疊包過程中，過程也是如此，其對應(yīng)的交流伺服電機4的初始角速 度為4rad/s，交流伺服電機2的初始角速度為1/60rad/s。
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在不可逆應(yīng)變值較低的超導(dǎo)帶材(如，臨界應(yīng)力為230MPa的Bi-2223高溫超 導(dǎo)帶材、臨界應(yīng)力為465MPa的MgB2超導(dǎo)帶材)上根據(jù)繞包工藝的要求(搭接包、1/4疊包、半 疊包等不同的工藝)安全、精確地繞包機械強度較低的絕緣材料(如，常溫下斷裂強度為 20kg/25mm的EW40無堿玻纖布)，相鄰絕緣間的距離誤差小于0.5mm，通過對采用本發(fā)明進行絕 緣繞包過的超導(dǎo)帶材進行性能測試，沒有發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性能的退化，本發(fā)明的繞包速度為每小時60m
(搭接包繞包工藝時)。應(yīng)用本發(fā)明已經(jīng)成功的繞包了準備掛網(wǎng)運行的超導(dǎo)電力設(shè)備一一 lMJ/0.5MVA高溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)中的磁體所用Bi—2223高溫超導(dǎo)帶材的絕緣，并且磁體雙餅間的 耐壓等級，單餅間的耐壓等級，以及單餅匝間的耐壓等級己經(jīng)通過了絕緣實驗測試。同時本發(fā) 明還可以用于MRI主磁體中所用的MgB2超導(dǎo)帶材的絕緣繞包。超導(dǎo)帶材的生產(chǎn)廠家以及使用廠 家均可以利用本發(fā)明進行超導(dǎo)帶材的絕緣繞包。
權(quán)利要求
1、一種超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于該數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和測量反饋系統(tǒng)；數(shù)控裝置主要由輸入裝置、信息處理裝置和輸出裝置構(gòu)成，輸出裝置與伺服系統(tǒng)相聯(lián)；伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器和交流伺服電機；數(shù)控裝置中的輸入裝置計算機接收超導(dǎo)帶材絕緣繞包要求信息，編譯成中央處理器能夠識別的信息后，傳送至信息處理裝置；信息處理裝置存儲并進行信息處理后，通過輸出裝置發(fā)出位置和速度指令到伺服系統(tǒng)；輸出裝置根據(jù)中央處理器的命令接收輸出脈沖，并把脈沖送到伺服系統(tǒng)，驅(qū)動伺服系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)把來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)過功率放大、濾波整形處理后，轉(zhuǎn)換為交流伺服電機的直線位移和角位移運動，控制絕緣帶材繞線盤(5)的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材的直線位移運動速度；測量反饋系統(tǒng)接收超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置收線盤(10)上超導(dǎo)帶材的半徑，交流伺服電機速度傳感器反饋的絕緣帶材繞線盤的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材(7)的直線位移運動速度等實時參數(shù)，傳送到計算機中，計算機中實時顯示這些數(shù)據(jù)，并計算和顯示已繞包的超導(dǎo)帶材的長度，絕緣帶材繞線盤上剩余的長度等數(shù)據(jù)；測量反饋系統(tǒng)檢測交流伺服電機的當前運行值、交流伺服電機的轉(zhuǎn)速和電流，反饋到數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置根據(jù)當前的這些信息指示交流伺服電機下一步的運動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于調(diào)整超導(dǎo)帶材絕 緣繞包裝置的絕緣帶材繞線盤(5)的旋轉(zhuǎn)速度和超導(dǎo)帶材(7)的直線位移運動來控制繞包過 程中超導(dǎo)帶材(7)上的拉力和玻纖布上的的拉力，使得拉力所引起的超導(dǎo)帶材的上下振動不會 影響到超導(dǎo)帶材的性能，且拉力不會破壞玻纖布絕緣；在考慮拉力不會影響到超導(dǎo)帶材性能以 及不會破壞玻纖布絕緣的基礎(chǔ)上，調(diào)整絕緣帶材繞線盤(5)的角位移運動速度和超導(dǎo)帶材(7) 的直線位移運動速度，加快繞包速度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于兩個交流伺 服電機(2、 4)驅(qū)動的直線位移和角位移運動合成的效果須滿足在不可逆應(yīng)變值較低的超導(dǎo)帶 材上繞包的工藝要求。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于超導(dǎo)帶材的類型 為Bi-2223超導(dǎo)帶材，尺寸為寬4.8mm，厚0.32mm，絕緣類型為EW40無堿玻纖布，玻纖布寬 度為8rmn的參數(shù)條件下，交流伺服電機B (4)的初始角速度為2rad/s，交流伺服電機A (2) 的初始角速度為1/120 rad/s。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于測量反饋系統(tǒng)的 在線絕緣檢測裝置的一個金屬輪與超導(dǎo)帶材相接觸，另一個金屬輪與繞包后的超導(dǎo)帶材相接觸， 兩個金屬輪隨著超導(dǎo)帶材(7)運動方向水平運動且逆時針轉(zhuǎn)動，二個金屬環(huán)中心的軸承上引出 導(dǎo)線，與電源、蜂鳴器和采樣電阻串聯(lián)；當出現(xiàn)絕緣帶材有破損的時候，蜂鳴器報警，同時采 樣電阻上會產(chǎn)生一個采樣電壓，采樣電壓傳送到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置使整個系統(tǒng)停止運行。
全文摘要
一種超導(dǎo)帶材絕緣繞包裝置的數(shù)控系統(tǒng)，包括數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和測量反饋系統(tǒng)。數(shù)控裝置接收超導(dǎo)帶材絕緣繞包要求信息，編譯信息并發(fā)送給數(shù)控裝置的中央處理器，存儲并進行信息處理，通過輸出裝置發(fā)出位置和速度指令到伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)把來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、濾波整形處理后，轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機構(gòu)的直線位移和角位移運動。測量反饋系統(tǒng)檢測交流伺服電機的當前運行值，反饋到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對反饋回來的當前運行值和指令值進行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達到設(shè)定值所需的指令。本發(fā)明可實現(xiàn)在不可逆應(yīng)變值較低的超導(dǎo)帶材(如，臨界應(yīng)力為230MPa的Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材、臨界應(yīng)力為465MPa的MgB₂超導(dǎo)帶材)上安全、精確地繞包機械強度較低的絕緣材料。
文檔編號G05B19/18GK101169641SQ20071017878
公開日2008年4月30日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者東 張, 張豐元, 張京業(yè), 戴少濤, 王子凱 申請人:中國科學(xué)院電工研究所