一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括采集裝置、上位機、控制器、高壓發(fā)生器、供風機、排風扇、熱噴槍、蠕動泵模塊和電機模組，所述采集裝置接上位機，控制器分別接上位機、高壓發(fā)生器、供風機、排風扇、熱噴槍、蠕動泵模塊和電機模組。將本發(fā)明應用于國內(nèi)醫(yī)院的納米纖維醫(yī)用手術(shù)線的生產(chǎn)及相關(guān)裝備制造中，改變國內(nèi)高性能手術(shù)線全部依賴進口的現(xiàn)狀，逐漸淘汰低端不可降解手術(shù)紗線，減輕手術(shù)病人痛苦。針對目前醫(yī)用紡紗技術(shù)中效率低、工藝復雜等問題，通過對噴射出的納米纖維進行運動軌跡建模，精確控制納米纖維的整個收集過程，實現(xiàn)醫(yī)用納米纖維收集的高效率、均勻化。
【專利說明】一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)及方法
[0001]
【技術(shù)領域】
[0002]本發(fā)明涉及醫(yī)用紗線設備控制領域，更具體地，涉及一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0003]目前國內(nèi)外連續(xù)電紡納米纖維的收集方式很單一，即都采用非織造成網(wǎng)的形式收集，但是由于紡絲過程中射流存在著一種不穩(wěn)定的“鞭動”狀態(tài)，使得接收裝置上纖維的排列往往是雜亂無章的，最終得到的納米纖維類似于一張網(wǎng)，對此納米纖維的利用需要進行第二道工序，效率低下。以上問題的關(guān)鍵是難以對電紡納米纖維的運動軌跡進行控制，且未采用任何裝置對制備納米纖維的軌跡進行優(yōu)化處理，嚴重限制了連續(xù)電紡納米纖維的發(fā)展前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對目前醫(yī)用紡紗技術(shù)中效率低、工藝復雜等問題，本發(fā)明提出一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通過對噴射出的納米纖維進行運動軌跡建模，精確控制納米纖維的整個 收集過程，實現(xiàn)醫(yī)用納米纖維收集的高效率、均勻化。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，包括采集裝置、上位機、控制器、高壓發(fā)生器、供風機、排風扇、熱噴槍、蠕動泵模塊和電機模組，所述采集裝置接上位機，控制器分別接上位機、高壓發(fā)生器、供風機、排風扇、熱噴槍、蠕動泵模塊和電機模組。
[0006]更進一步的，控制系統(tǒng)還包括溶液氣流模塊，所述控制器通過控制溶液氣流模塊啟動供風機、排風扇、熱噴槍和蠕動泵模塊。
[0007]更進一步的，所述采集裝置為攝像頭、溫度傳感器和采集卡，所述攝像頭與溫度傳感器通過采集卡與上位機連接。
[0008]更進一步的，所述控制器為ARM控制器。
[0009]更進一步的，所述電機模組包括直線電機模組和旋轉(zhuǎn)電機模組；
所述直線電機模組包括驅(qū)動板、直線電機和限位開關(guān)，所述ARM控制器通過驅(qū)動板驅(qū)動直線電機，ARM控制器接限位開關(guān)；
所述旋轉(zhuǎn)電機模組包括變頻器和旋轉(zhuǎn)電機，所述ARM控制器通過變頻器接旋轉(zhuǎn)電機。
[0010]更進一步的，所述直線電機模組中的驅(qū)動板、直線電機和限位開關(guān)分別為3驅(qū)動板、3直線電機和3限位開關(guān)；所述旋轉(zhuǎn)電機模組中的變頻器和旋轉(zhuǎn)電機分別為6變頻器和6旋轉(zhuǎn)電機。
[0011]更進一步的，所述控制系統(tǒng)還包括DA轉(zhuǎn)化模塊，所述ARM控制器通過DA轉(zhuǎn)化模塊接旋轉(zhuǎn)電機模組的變頻器。[0012]更進一步的，所述蠕動泵模塊包括蠕動泵和泵驅(qū)動板，所述ARM控制器通過泵驅(qū)動板驅(qū)動螺動泵。
[0013]更進一步的，所述控制系統(tǒng)還包括晶閘管、光耦，ARM控制器通過溶液氣流模塊控制晶閘管、光耦從而控制熱噴槍的工作。
[0014]本發(fā)明還提出一種應用于連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)的控制方法，包括:
開機邏輯順序:
511.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊啟動供風機和排風扇，打開視頻監(jiān)控；
512.供風機和排風扇啟動一分鐘后，上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊開啟熱噴槍；
513.溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度達到設定值，經(jīng)過ARM控制器反饋給上位機，上位機發(fā)送電機模組數(shù)據(jù)包至ARM控制器；
5131.ARM發(fā)指令啟動直線電機模組，根據(jù)數(shù)據(jù)包電機參數(shù)調(diào)整紗線收集輥間距和紗線收集裝置高度；
5132.ARM發(fā)指令啟動旋轉(zhuǎn)電機模組，根據(jù)數(shù)據(jù)包電機參數(shù)完成紗線收集輥電機變頻調(diào)
速；
514.ARM發(fā)指令給溶液氣流模塊啟動蠕動泵，待溶液池溶液穩(wěn)定在設定液位時，然后啟動高壓發(fā)生器，給溶液通上兩萬伏高壓；
關(guān)機邏輯順序:
521.上位機發(fā)指令給ARM控制器，關(guān)斷高壓發(fā)生器；
522.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊停止蠕動泵工作；
523.上位機收到蠕動泵的停止反饋信號，發(fā)指令給旋轉(zhuǎn)電機模塊停止電機運轉(zhuǎn)，然后發(fā)指令給直線電機模塊，根據(jù)限位開關(guān)反饋信號，三個直線電機返回到開機時位置；
524.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊停止熱噴槍工作，五分鐘后停止供風機工作，最后停止排風扇工作，關(guān)閉視頻監(jiān)控。
[0015]其中步驟S14、S21中的高壓發(fā)生器的啟閉是通過螺旋纖維發(fā)生器控制電機工作，從而控制高壓發(fā)生器的啟閉。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明通過對噴射出的納米纖維進行運動軌跡建模，精確控制納米纖維的整個收集過程，實現(xiàn)醫(yī)用納米纖維收集的高效率、均勻化。
[0017]本發(fā)明從分析聚合物區(qū)域同時生產(chǎn)多根納米纖維所需電液動力和電場分布入手，研究納米纖維紡織過程中電液動力和電場分布技術(shù)，開發(fā)出一套醫(yī)用紗線收集和成紗控制系統(tǒng)，直接用于納米殼聚糖纖維和醫(yī)用紗線的纖維材料加工。
[0018]采用本發(fā)明的系統(tǒng)及方法生產(chǎn)出的手術(shù)紗線性能超越國外同類產(chǎn)品，改變國內(nèi)高性能手術(shù)線全部依賴進口的現(xiàn)狀，逐漸淘汰低端不可降解手術(shù)紗線，減輕手術(shù)病人痛苦。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為靜電紡絲中納米纖維下落過程模型示意圖以及纖維受力分析圖。
[0020]圖2為連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0021]【具體實施方式】[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。
[0023]實施例一
如圖2所示，一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，包括采集裝置、上位機、ARM控制器、高壓發(fā)生器、供風機、排風扇、熱噴槍、溶液氣流模塊、蠕動泵模塊、DA轉(zhuǎn)化模塊和電機模組，所述采集裝置接上位機，ARM控制器分別接上位機、高壓發(fā)生器和電機模組，ARM控制器通過控制溶液氣流模塊啟動供風機、排風扇、熱噴槍和蠕動泵模塊。
[0024]其中采集裝置為攝像頭、溫度傳感器和采集卡，所述攝像頭與溫度傳感器通過采集卡與上位機連接。電機模組包括直線電機模組和旋轉(zhuǎn)電機模組，直線電機模組包括3組驅(qū)動板、3組直線電機和3組限位開關(guān)，ARM控制器通過驅(qū)動板驅(qū)動直線電機，ARM控制器接限位開關(guān)；旋轉(zhuǎn)電機模組包括6變頻器和6組旋轉(zhuǎn)電機，ARM控制器通過變頻器接旋轉(zhuǎn)電機，ARM控制器通過DA轉(zhuǎn)化模塊接旋轉(zhuǎn)電機模組的變頻器。蠕動泵模塊包括蠕動泵和泵驅(qū)動板，ARM控制器通過泵驅(qū)動板驅(qū)動蠕動泵。ARM控制器通過溶液氣流模塊控制晶閘管、光耦從而控制2個熱噴槍的工作狀態(tài)。
[0025]本實施例采用交流高壓電源發(fā)生器，周期改變的空間電場可以控制紡絲射流在空間通過的路徑，并且得到取向的納米纖維陣列。將濃度為20%的聚合物溶液裝于流體裝置里面通過氣壓裝置將管內(nèi)聚合物溶液緩慢的擠出孔外，在管的外壁上形成個個聚合物液滴。當將高壓電源上的電壓升高到約為2萬伏的時候，在電場力與液滴表面張力的共同作用下，管外壁上會產(chǎn)生很多束射流即納米纖維。紡絲液在推進裝置的控制下以恒定的供料速率向噴絲口輸送，噴絲口接正高壓發(fā)生裝置。接收裝置，其由兩平行放置的接地飛輪構(gòu)成。紡絲過程中，兩飛輪保持相同的轉(zhuǎn)速。在飛輪的上方有一根與負高壓發(fā)生器相連的電極，其在紡絲過程中起到集中電場控制纖維飛行方向和密度的作用。
[0026]實施例二
一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)【具體實施方式】包括以下步驟:
分析靜電紡絲中納米纖維下落過程以及纖維受力數(shù)學模型，建立每種規(guī)格紗線生產(chǎn)的相關(guān)電機、溫度和高壓電場參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，圖1為靜電紡絲中納米纖維下落過程模型示意圖以及纖維受力分析圖。
[0027]開機邏輯順序:
Sll.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊啟動供風機和排風扇，打開視頻監(jiān)控；圖2為連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0028]S12.供風機和排風扇啟動一分鐘后，上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊開啟熱噴槍；
513.溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度達到設定值，經(jīng)過ARM控制器反饋給上位機，上位機發(fā)送電機模組數(shù)據(jù)包至ARM控制器。
[0029]S131.ARM發(fā)指令啟動直線電機模組，根據(jù)數(shù)據(jù)包電機參數(shù)調(diào)整紗線收集輥間距和紗線收集裝置高度；
S132.ARM發(fā)指令啟動旋轉(zhuǎn)電機模組，根據(jù)數(shù)據(jù)包電機參數(shù)完成紗線收集輥電機變頻調(diào)
速；
514.ARM發(fā)指令給溶液氣流模塊啟動蠕動泵，待溶液池溶液穩(wěn)定在設定液位時，然后啟動高壓發(fā)生器，給溶液通上兩萬伏高壓；
關(guān)機邏輯順序: S21.上位機發(fā)指令給ARM控制器，關(guān)斷高壓發(fā)生器，停止螺旋纖維發(fā)生器控制電機工作。
[0030]S22.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊停止蠕動泵工作；
523.上位機收到蠕動泵的停止反饋信號，發(fā)指令給旋轉(zhuǎn)電機模塊停止電機運轉(zhuǎn)，然后發(fā)指令給直線電機模塊，根據(jù)限位開關(guān)反饋信號，三個直線電機返回到開機時位置；
524.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊停止熱噴槍工作，五分鐘后停止供風機工作，最后停止排風扇工作，關(guān)閉視頻監(jiān)控。
[0031]以上所述的本發(fā)明的實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神原則之內(nèi)所作出的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，包括采集裝置、上位機、控制器、高壓發(fā)生器、供風機、排風扇、熱噴槍、蠕動泵模塊和電機模組，所述采集裝置接上位機，控制器分別接上位機、高壓發(fā)生器、供風機、排風扇、熱噴槍、蠕動泵模塊和電機模組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，控制系統(tǒng)還包括溶液氣流模塊，所述控制器通過控制溶液氣流模塊啟動供風機、排風扇、熱噴槍和蠕動泵模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采集裝置為攝像頭、溫度傳感器和采集卡，所述攝像頭與溫度傳感器通過采集卡與上位機連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器為ARM控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機模組包括直線電機模組和旋轉(zhuǎn)電機模組； 所述直線電機模組包括驅(qū)動板、直線電機和限位開關(guān)，所述ARM控制器通過驅(qū)動板驅(qū)動直線電機，ARM控制器接限位開關(guān)； 所述旋轉(zhuǎn)電機模組包括變頻器和旋轉(zhuǎn)電機，所述ARM控制器通過變頻器接旋轉(zhuǎn)電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，所述直線電機模組中的驅(qū)動板、直線電機和限位開關(guān)分別為3驅(qū)動板、3直線電機和3限位開關(guān)；所述旋轉(zhuǎn)電機模組中的變頻器和旋轉(zhuǎn)電機分別為6變頻器和6旋轉(zhuǎn)電機。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括DA轉(zhuǎn)化模塊，所 述ARM控制器通過DA轉(zhuǎn)化模塊接旋轉(zhuǎn)電機模組的變頻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)，其特征在于，所述蠕動泵模塊包括螺動泵和泵驅(qū)動板，所述ARM控制器通過泵驅(qū)動板驅(qū)動螺動泵。
9.一種應用于權(quán)利要求1至8所述連續(xù)納米纖維醫(yī)用紗線設備控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括: 開機邏輯順序: S11.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊啟動供風機和排風扇，打開視頻監(jiān)控； S12.供風機和排風扇啟動一分鐘后，上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊開啟熱噴槍； S13.溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度達到設定值，經(jīng)過ARM控制器反饋給上位機，上位機發(fā)送電機模組數(shù)據(jù)包至ARM控制器； S131.ARM發(fā)指令啟動直線電機模組，根據(jù)數(shù)據(jù)包電機參數(shù)調(diào)整紗線收集輥間距和紗線收集裝置高度； S132.ARM發(fā)指令啟動旋轉(zhuǎn)電機模組，根據(jù)數(shù)據(jù)包電機參數(shù)完成紗線收集輥電機變頻調(diào)速； S14.ARM發(fā)指令給溶液氣流模塊啟動蠕動泵，待溶液池溶液穩(wěn)定在設定液位時，然后啟動高壓發(fā)生器，給溶液通上兩萬伏高壓； 關(guān)機邏輯順序: S21.上位機發(fā)指令給ARM控制器，關(guān)斷高壓發(fā)生器； S22.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊停止蠕動泵工作；S23.上位機收到蠕動泵的停止反饋信號，發(fā)指令給旋轉(zhuǎn)電機模塊停止電機運轉(zhuǎn)，然后發(fā)指令給直線電機模塊，根據(jù)限位開關(guān)反饋信號，三個直線電機返回到開機時位置；S24.上位機發(fā)指令給溶液氣流模塊停止熱噴槍工作，五分鐘后停止供風機工作，最后停止排風扇工 作，關(guān)閉視頻監(jiān)控。
【文檔編號】G05B19/418GK103760835SQ201310448091
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】程良倫, 李斌, 黃帥, 陳翅剛, 朱緯, 孫志敬, 鐘華 申請人:廣東工業(yè)大學