控制装置、包括该控制装置的磁力吊具及天车的制作方法

1.本发明涉及钢材加工领域，具体涉及一种能够根据工件的打包参数来选择对应的消磁模型并根据所选择的消磁模型对经磁力吊具的吊装操作的工件中的剩磁进行震荡消磁的控制装置、包括该控制装置的磁力吊具及天车。


背景技术：

2.在冶金生产行业中广泛使用电磁铁作为搬运吊装工具，相对于人工吊装其作业效率高、安全可靠。但是在吊运过程中会使吊运钢材发生磁化，从而产生剩磁。这对普通建筑用钢材并不会产生太大影响，但是对于特种钢钢材，吊运后产生的剩磁会对钢材后端加工生产工序产生不良影响，例如，在进行焊接时会发生电弧偏吹、焊位偏离等现象，导致焊接难度加大，另外，钢材上的剩磁会吸附铁屑和磁粉，影响钢材表面的粗糙度，进而在进行切割时影响刀具寿命。因此，目前特种钢生产过程依旧采用人工吊运的方式，作业效率低，安全性差。
3.为了提高作业效率，需要一种能够对剩磁进行快速有效的消磁的磁力吊具设备。


技术实现要素：

4.技术问题本发明的目的在于，提供一种控制装置，其能够根据要进行吊装操作的工件的打包参数来选择对应的消磁模型并使磁力吊具的电磁吸盘根据该消磁模型对工件中的剩磁进行消磁。
5.本发明的另一目的在于，提供一种磁力吊具，其能够根据与工件的打包参数对应的消磁模型对工件中的剩磁进行消磁。
6.本发明的另一目的在于，提供一种天车，其包括所述磁力吊具。
7.技术方案作为一个实施方式，本发明提供一种控制装置，用于控制磁力吊具的电磁吸盘产生吸附磁场以进行工件的吊装操作或产生消磁磁场以进行所述工件的消磁操作，其包括：工件管理器，存储有工件的打包参数；消磁模型数据库，存储有与所述打包参数对应的用于产生所述消磁磁场的消磁模型；磁场调节器，控制流经电磁线圈的励磁电流来调节所述电磁吸盘产生的所述吸附磁场并控制流经所述电磁线圈的消磁电流来调节所述消磁磁场；以及中央控制器，与所述工件管理器、所述消磁模型数据库以及所述磁场调节器连接并控制所述磁场调节器，其中，所述中央控制器从所述工件管理器中调取要进行所述吊装操作的工件的打包参数并从所述消磁模型数据库中调取与该打包参数对应的消磁模型，根据所述打包参数控制所述磁场调节器对吸附磁场的调节并根据与所述打包参数对应的消磁模型控制所述磁场调节器按照该消磁模型中的消磁电流变化曲线调节所述消磁磁场。
8.在一些实施方式中，所述消磁模型存储有与消磁电流变化曲线对应的磁衰度和变磁量，所述中央控制器控制所述磁场调节器按照与所述打包参数对应的磁衰度和变磁量调
节所述消磁磁场。
9.在一些实施方式中，所述打包参数包括选自钢种、长度、壁厚、直径以及打捆方式中的至少一种。
10.在一些实施方式中，所述消磁模型的消磁电流变化曲线的消磁电流的起始流动方向与所述励磁电流的流动方向相反并且流动方向在与所述起始流动方向相同的第一流动方向和与所述起始流动方向相反的第二流动方向之间交替改变，所述消磁电流变化曲线以所述消磁电流在所述第一流动方向上的一次流动和与该流动相邻的在所述第二流动方向上的一次流动为一个变化周期，在一个所述变化周期内，所述消磁电流在所述第一流动方向上的电流强度与在所述第二流动方向上的电流强度相同，相邻的两个所述变化周期的所述消磁电流的电流强度之间存在规定的衰减比。
11.在一些实施方式中，在一个所述变化周期内，所述消磁电流在所述第一流动方向上的电流强度和在所述第二流动方向上的电流强度在从零递增至最大值之后递减至零。
12.作为一个实施方式，本发明提供一种磁力吊具，其包括：上述的控制装置；以及电磁吸盘，受所述控制装置的控制而操作。
13.作为一个实施方式，本发明提供一种天车，其包括：上述的磁力吊具；以及天车控制器，控制所述天车的移动以及所述磁力吊具的升降。
14.有益效果本发明的控制装置能够根据要进行吊装操作的工件的打包参数来选择对应的消磁模型并使磁力吊具的电磁吸盘根据该消磁模型对工件中的剩磁进行消磁。
15.本发明的一种磁力吊具能够根据与工件的打包参数对应的消磁模型对工件中的剩磁进行消磁。
16.本发明的一种天车包括所述磁力吊具，能够根据与工件的打包参数对应的消磁模型对工件中的剩磁进行消磁。
附图说明
17.图1是本发明的一个实施方式的磁力吊具的示意图。
18.图2是本发明的一个实施方式的磁力吊具的电磁吸盘的示意图。
19.图3是本发明的一个实施方式的消磁模型的消磁电流变化曲线的曲线图。
20.图4是示出本发明的一个实施方式的根据消磁模型进行消磁操作的工件中的剩磁的强度变化的曲线图。
21.图5是本发明的实施例1的消磁结果的曲线图。
22.图6是本发明的实施例2的消磁结果的曲线图。
23.附图标记1：磁力吊具；2：电磁吸盘；21：铁芯；22：电磁线圈；23：磁系回路；3：控制装置；
31：工件管理器；32：消磁模型数据库；33：磁场调节器；34：中央控制器。
具体实施方式
24.下面，结合发明的一个或多个实施方式的附图，对发明的一个或多个实施方式中进行详细说明，显然，这一或这些实施方式仅仅是发明的一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于发明的实施方式，本领域技术人员在无需创造性劳动加以变形所获得的所有其他实施方式，也属于发明所保护的范围。
25.在下列实施方式中使用的术语仅仅是为了说明或解释特定实施方式的目的，而并非旨在对发明的保护范围构成限制。另外，发明中所使用的单数表达形式，例如“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”等旨在包括例如“一个或多个”之类的复数形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在发明的实施方式中，使用“一个或多个”、“至少一个”、“一个以上”等术语时，旨在包括一个、两个以及至少三个的情形。
26.另外，在发明的说明书中使用“在一个实施方式中”、“在一些实施方式中”、“一个或多个实施方式中”等术语进行说明时，旨在发明的一个以上的实施方式中可以包括结合该实施方式进行说明的特定技术特征。因此，在本说明书的不同之处出现的“在一个实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个或多个实施方式”中不一定是指同一个实施方式，而是既可以指相同的实施方式，也可以指不同的实施方式，除非这些实施方式所说明的特定技术特征不能单独使用或不能结合。
27.另外，在发明中，当一个要素描述为“包括”、“包含”、“具有”另一个要素时，旨在进行开放式限定，即，该一个要素除包括该另一个要素外，还可以包括其他要素。而当一个要素描述为“仅包括”、“仅包含”、“仅具有”另一个要素或“由另一个要素组成”时，旨在进行封闭式限定，即，该一个要素不包括除该另一个要素外的其他要素。但需要注意的是，为了说明多个要素之间的形成关系而使用一个要素“由另一个要素形成”这一术语时，该术语并非旨在进行封闭式限定，应认为该另一个要素形成该一个要素的一部分，该一个要素可以包含除该另一个要素以外的其他要素。
28.应该理解的是，在本文中使用“第一”、“第二”等顺序性术语来说明各个要素时，这些顺序性术语仅在区分一个要素与另一个要素，而不应该“第一”、“第二”等术语含有表示主次关系、先后关系等含义。在不脱离发明的范围内，第一要素可以标注为第二要素，第二要素也可以标注为第一要素。
29.在发明中，对两个以上的要素的位置关系进行说明时若使用“在
……
上”、“在
……
下”、“在
……
之间”等术语，则表示该两个以上的要素之间还可以设置另外的一个或多个其他要素，除非使用“刚好”、“紧邻地”等术语。
30.以下，参照附图对发明的一个或多个实施方式进行详细说明，以便本领域技术人员清楚、完整地理解发明。当对公知的结构或特征的描述会不必要地导致发明的主旨变模糊时，将省略对这些公知的结构或特征的说明。
31.图1是本发明的一个实施方式的磁力吊具的示意图。图2是本发明的一个实施方式
的磁力吊具的电磁吸盘的示意图。
32.磁力吊具1包括电磁吸盘2和控制装置3。电磁吸盘2用于产生磁场以对工件进行吊装操作和消磁操作，控制装置3控制电磁吸盘2所产生的磁场。
33.电磁吸盘2例如包括铁芯21、电磁线圈22、磁系回路23、导磁面板（未示出）以及支架（未示出）等，其中，铁芯21和电磁线圈22共同组成作为电磁吸盘2的主要部分的的电磁铁。当电磁线圈22中流通例如励磁电流时，电磁吸盘2产生吸附磁场，此时，可对由铁磁性材料制成的工件（例如，钢管、钢板等钢材）进行吊装操作；当电磁线圈22中流通后述的消磁电流时，电磁吸盘2产生后述的消磁磁场，此时，可对工件进行消磁操作。磁系回路23环绕铁芯21和电磁线圈22设置，起到传输铁芯21和电磁线圈22产生的磁场的磁力线的作用，以防止电磁吸盘2发生漏磁现象。
34.铁芯21和磁系回路23例如可由软铁（例如，dt4）或硅钢等容易磁化又容易退磁的材料制成，从而当需要产生磁场时迅速磁化，而当不需要磁场时迅速退磁。铁芯21、电磁线圈22、磁系回路23、导磁面板以及支架等的形状及设置方式可由本领域技术人员根据实际需要进行选择，本发明不限于此。
35.控制装置3例如可以是可编程自动化控制器（pac）或远程终端单元（rtu），可控制电磁吸盘2产生吸附磁场以吸附工件从而对工件进行吊装操作，吸附磁场可以是常规的用于吸附工件的磁场，该磁场的产生或消失可通过常规的电力吊具的操作方式实现（例如，使电磁吸盘2的电磁线圈22中流通预定的励磁电流），本发明对此不做过多赘述。
36.另一方面，控制装置3可控制电磁吸盘2产生消磁磁场以消除经吊装操作的工件中的剩磁。为此，控制装置3可包括工件管理器31、消磁模型数据库32、磁场调节器33以及中央控制器34。
37.工件管理器31中存储有工件的打包参数，打包参数例如包括选自钢种、长度、壁厚、直径以及打捆方式中的至少一种。另外，工件管理器31还可提供对应不同打包参数的工件的库存量、出库量、入库量、库存周转率、安全库存等库存信息，以提供库存管理的建议，从而避免发生因某一工件补货过量导致库存积压、库存周转率低下以及未及时补货等多种问题，保障生产加工操作的正常进行。
38.消磁模型数据库32中存储有多个消磁模型，这些消磁模型分别与不同打包参数对应，即，对于每个打包参数至少有一个适宜的消磁模型，以对不同打包参数的工件进行精准的消磁操作。这些消磁模型可以从外部直接导入到消磁模型数据库32中。当消磁模型数据库32中没有与要进行消磁操作的工件的打包参数对应的消磁模型时，也可人工标定消磁模型，并且人工标定的消磁模型也可被存储到消磁模型数据库32中，从而丰富消磁模型数据库32中的内容。
39.磁场调节器33调节电磁吸盘2产生的吸附磁场以及消磁磁场。具体地，当需要对工件进行吊装操作时，磁场调节器33接收来自后述的中央控制器34的指令，控制电磁吸盘2的电磁线圈22中流通预定的励磁电流，以使电磁吸盘2产生吸附磁场，以对工件进行吊装操作；当需要对工件进行消磁操作时，磁场调节器33接收来自后述的中央控制器34的指令，按照中央控制器34所选定的打包参数所对应的消磁模型使电磁吸盘2的电磁线圈22中流通所述消磁模型的消磁电流变化曲线的消磁电流，使得电磁吸盘2产生消磁磁场，以对工件进行消磁操作；当完成对工件的所有的操作之后，切断电磁线圈22中的电流，消除电磁吸盘2所
产生的磁场，以准备对下一个工件进行吊装操作。
40.中央控制器34与工件管理器31、消磁模型数据库32以及磁场调节器33连接并控制磁场调节器33。
41.具体而言，中央控制器34从工件管理器31中调取要进行吊装操作的工件的打包参数并从消磁模型数据库32中调取与该打包参数对应的消磁模型，根据打包参数控制磁场调节器33对吸附磁场的调节并根据与打包参数对应的消磁模型控制磁场调节器33按照该消磁模型中的消磁电流变化曲线调节消磁磁场。
42.下面，对消磁模型以及当需要人工标定消磁模型时如何得到消磁模型的过程进行详细说明。
43.首先，对消磁模型进行详细说明。
44.图3是本发明的一个实施方式的消磁模型的消磁电流变化曲线的曲线图。图4是示出本发明的一个实施方式的根据消磁模型进行消磁操作的工件中的剩磁的强度变化的曲线图。
45.如图3所示，消磁模型的消磁电流变化曲线的消磁电流的起始流动方向与励磁电流的流动方向相反并且流动方向在与起始流动方向相同的第一流动方向和与起始流动方向相反的第二流动方向之间交替改变，消磁电流变化曲线以消磁电流在第一流动方向上的一次流动和与该流动相邻的在第二流动方向上的一次流动为一个变化周期，在一个变化周期内，消磁电流在第一流动方向上的电流强度与在第二流动方向上的电流强度相同，相邻的两个变化周期的消磁电流的电流强度之间存在规定的衰减比。根据这种消磁模型，磁力吊具1的电磁吸盘2能够产生磁场方向与接受消磁操作的工件中的剩磁的方向相反且根据消磁电流的电流方向的改变而改变并且磁场强度根据消磁电流的电流强度的衰减而衰减的消磁磁场，从而对工件以震荡消磁的方式进行稳定的消磁操作。
46.另外，在一个变化周期内，消磁电流在第一流动方向上的电流强度和在第二流动方向上的电流强度在从零递增至最大值之后递减至零，优选为从零单调递增至最大值之后单调递减至零，而不存在额外的较大的波动。因此，磁力吊具1的电磁吸盘2能够产生磁场方向和磁场强度按照规定的周期平滑稳定地改变的磁场，从而对工件进行更加稳定的消磁操作。
47.结合图3可知，消磁模型的消磁电流变化曲线例如可以是消磁电流的起始流动方向与吊装操作中所使用的励磁电流的流动方向（例如，正向）相反并且在负向（例如，与起始流动方向相同的第一流动方向）与正向（例如，与起始流动方向相反的第二流动方向）之间周期性地交替震荡地改变且震荡的振幅逐渐减小的平滑的曲线，每一变化周期中有一个波峰（例如，消磁电流在第一流动方向上的一次流动）和波谷（例如，消磁电流在第二流动方向上的一次流动）且两者振幅相同，并且随着震荡的持续，振幅以规定的比例和速度递减。具体地，消磁模型的特征参数包括磁衰度和变磁量（t）。磁衰度表示消磁模型的消磁电流变化曲线中的某一变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值与该变化周期的前一变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值之比以及第一个变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值与吊装操作中所使用的励磁电流的强度之比。例如，当磁衰度为80%时，第一个变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值为励磁电流的强度的80%，第二个变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值为第一个变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值的80%，
第三个变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值为第二个变化周期中的消磁电流的电流强度的最大值的80%，以此类推。另外，变磁量表示每一变化周期的时间（单位为秒）。
48.磁场调节器33能够根据消磁模型使磁力吊具1的电磁吸盘2产生相应的消磁磁场，即，消磁磁场的起始磁场方向与吸附磁场的磁场方向相反并且消磁磁场的磁场方向在与消磁磁场的起始磁场方向相同的第一磁场方向与消磁磁场的起始磁场方向相反的第二磁场方向之间周期性地平滑地交替改变，磁场强度在磁场方向的每个改变周期中有一个在第一磁场方向上的最大值和一个在第二磁场方向上的最大值且两者大小相同，并且随着磁场方向的改变的持续，磁场强度以规定的比例（即，磁衰度）和速度（即，变磁量，t）递减。根据铁磁性材料的磁滞曲线可知，外部磁场的磁场强度与基于该外部磁场产生的铁磁性材料的磁场强度是非线性的，而通过根据上述的磁衰度和变磁量生成的消磁模型的消磁电流变化曲线能够产生适宜的消磁磁场，以使工件中的剩磁以合理的比例和速度震荡衰减。
49.如图4所示，作为一个实施方式，图4中示出的工件中的剩磁为100高斯，而通过根据这种消磁模型产生的消磁磁场能够使工件中的剩磁平滑地改变并最终降低为30高斯以下。当工件中的剩磁的强度为30高斯以下时，能够避免进行焊接时发生电弧偏吹、焊位偏离等或吸附铁屑和磁粉等现象，因此，可认为消磁成功。当该值大于30高斯，仍会发生在进行焊接时发生电弧偏吹、焊位偏离等或吸附铁屑和磁粉等现象，不满足消磁要求，因此，认为消磁未成功。虽然图4中示出的工件中的剩磁为100高斯，但这仅为一个示例，本发明不限于此。
50.接下来，对当需要人工标定消磁模型时得到消磁模型的实施例进行详细说明。
51.图5是本发明的实施例1的消磁结果的曲线图。图6是本发明的实施例2的消磁结果的曲线图。
52.根据上文说明内容，打包参数例如包括选自钢种、长度、壁厚、直径以及打捆方式中的至少一种。可根据消磁模型数据库32中已经存储的与待标定消磁模型的工件的打包参数相似的打包参数（尤其是钢种、壁厚、直径）所对应的消磁模型，以该消磁模型的磁衰度和变磁量为基准设定一定范围，并从该范围的磁衰度和变磁量中测试出适应于待标定消磁模型的工件的消磁模型。该过程详见实施例1至实施例2。
53.实施例1假设待标定消磁模型的工件为钢管，并且其打包参数如表1所示。
54.表1：根据消磁模型数据库32中已经存储的与待标定消磁模型的工件的打包参数相似的打包参数对应的消磁模型的特征参数，例如，磁衰度为80%且变磁量为5秒，将磁衰度设定为80%，将变磁量分别设定为1秒、2秒、3秒、4秒、5秒、6秒、7秒，并分别进行测试，并将其结果如表2和图5所示（剩磁值的正负号表示剩磁方向为正向或负向）。
55.表2：
由此可见，在实施例1的条件下，当将变磁量设定为3秒时，经消磁操作的剩磁的强度为16高斯，低于30高斯，满足消磁要求，消磁成功。从而能够得到适宜具有表1中所示的打包参数的钢材的消磁模型的磁衰度和变磁量分别可以是80%和3秒，并由此得到适宜的消磁模型。
56.实施例2除了将变磁量设定为5秒，将磁衰度分别设定为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%以外，以与实施例1相同的方式进行测试，并将其结果如表3和图6所示（剩磁值的正负号表示剩磁方向为正向或负向）。
57.表3：由此可见，在实施例2的条件下，当将磁衰度设定为60%时，经消磁操作的剩磁的强度为10高斯，低于30高斯，满足消磁要求，消磁成功。从而能够得到适宜具有表1中所示的打包参数的钢材的消磁模型的磁衰度和变磁量分别可以是60%和5秒，并由此得到适宜的消磁模型。
58.通过实施例1和实施例2分别测试得到了两个满足消磁要求的消磁模型，本领域技术人员可根据实际需求而自由地选用，本发明不限于此。也可将磁衰度设定为70%或90%等
其他的值并将变磁量分别设定为多个不同的值以进行测试，或将变磁量设定为4秒或6秒等其他的值并将磁衰度分别设定为多个不同的值以进行测试，从而测试在该条件下是否存在满足消磁要求的消磁模型。另外，在实施例1和实施例2的测试过程中，也可得到消磁操作所消耗的时间和消磁模型的消磁电流变化曲线所震荡的次数，在两个消磁模型均满足消磁要求的情况下，可选用所消耗的时间更短的那一条，以提高消磁操作的效率。
59.在本发明的一个或一些实施方式中，还提供一种磁力吊具1，其包括上述的控制装置3；以及电磁吸盘2，受控制装置3的控制而操作。对与上述的说明内容重复的部分进行省略。
60.在本发明的一个或一些实施方式中，还提供一种天车，其包括上述的磁力吊具1；以及天车控制器（未示出），控制天车的移动以及磁力吊具1的升降。天车控制器可集成在上述的控制装置3中，也可单独设置，天车控制器例如可以是可编程逻辑控制器（plc），只要能够实现对于天车的控制即可，本发明不限于此。天车只要是本领域常规使用的用于吊装钢材等由铁磁性材料制成的工件的的设备即可，本发明不限于此。
61.下面，通过实施例3，对本发明的一个实施方式的包括吊装操作和消磁操作的整体的操作进行说明。
62.实施例3控制装置3启动，中央控制器34从工件管理器31中调取要进行吊装操作的工件的打包参数，从消磁模型数据库32中调取与该打包参数对应的消磁模型。与此同时，天车受天车控制器的控制，移动到要进行吊装操作的工件所在的区域，并将安装在天车上的磁力吊具1下放到该工件的上方并与该工件缓缓接触。然后，磁场调节器33受中央控制器34的控制，使电磁吸盘2的电磁线圈22中流通励磁电流，使得电磁吸盘2产生吸附磁场以吸附该工件，从而开始进行吊装操作。天车将吸附了该工件的磁力吊具1提升并移动到目的地，到达目的地后将磁力吊具1下放并使其缓缓着陆。磁场调节器33受中央控制器34的控制，切断电磁吸盘2的电磁线圈22中的电流，使得吸附磁场消失，从而将该工件释放，至此完成吊装操作。
63.接下来，开始对该工件进行消磁操作。当中央控制器34从消磁模型数据库32中调取到了与该工件的打包参数对应的消磁模型时（即，当消磁模型数据库32中存储有与要进行消磁操作的工件的打包参数对应的消磁模型时），磁场调节器33受中央控制器34的控制，根据该消磁模型，使电磁吸盘2的电磁线圈22中流通消磁电流并产生消磁磁场，以对上述经吊装操作的工件进行消磁操作，以使其中的剩磁的强度减小为30高斯以下。当中央控制器34未从消磁模型数据库32中调取到了与该工件的打包参数对应的消磁模型时（即，当消磁模型数据库32中没有与要进行消磁操作的工件的打包参数对应的消磁模型时），从外部接收通过如实施例1和实施例2中所述的方法得到的消磁模型，并将其存储为与该工件的打包参数对应的消磁模型，再根据该消磁模型，使电磁吸盘2的电磁线圈22中流通消磁电流并产生消磁磁场，以对经吊装操作的该工件进行消磁操作，以使其中的剩磁的强度减小为30高斯以下。由此完成消磁操作。
64.此后，天车将磁力吊具1提升并以上述方式对下一个工件进行同样的吊装操作和消磁操作，如此反复，对此不再赘述。
65.以上对发明的实施方式进行了说明，但是这仅用于帮助全面地理解发明，发明不
限于此，本领域技术人员能够由这些记载进行多种修改及变形。因此，发明的技术思想不限于上述的实施方式，所附的权利要求以及其等同或等价的变形均属于发明的范畴。