CN101859122A - 一种绳锯机电气自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种金刚石串珠绳锯机，控制系统包括人机界面、PLC控制中心、串珠绳驱动系统、行走控制系统，机头翻转系统，液压系统，机头横移系统，导向轮伸缩系统，串珠绳张力检测调控系统。人机界面通过RS485通讯给PLC控制中心各种控制指令，PLC控制中心分析处理后对行走系统、主机系统、机头翻转系统和液压控制系统实现控制，通过液压控制系统来控制机头横移系统和导向轮伸缩系统，通过张力检测调控系统来检测调整金刚石串珠绳的张力。所述的人机界面与PLC控制中心实现数据交接，集中动态的显示设备各部分的运行状态、实时数据及各种故障报警信号等内容，大大增强了设备的实用性和可靠性，减少了故障率，提高了工作效率。

Description

一种绳锯机电气自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种绳锯机的电气控制系统，尤其是通过人机界面来实现控制的绳锯机的电气控制系统。

背景技术

目前，国内外的绳锯机控制系统中使用的按钮、旋钮，大多数是采用常规电气元件来控制实现的。通过常规的开关按钮或旋钮发出控制指令，交由PLC控制中心分析处理后，发出执行指令，使执行单元动作-变频器驱动电机运转。在这个控制系统中，控制台由于采用的是常规电气元件，安装布线复杂，且控制台到机台的控制电缆芯数多，给操作带来不便；同时这些元件在矿山环境工作日久后，会出现器件老化、触头氧化、接触不良，接插件安装不便等情况，带来各种故障问题，影响工作进度等。

利用绳锯机来进行石材锯切时，保持绳子合适的松紧状态是尤为重要的，目前的绳锯机中，金刚石串珠绳的张力的控制是依靠主机转速和进给速度的匹配来实现的，随着锯切面积的变化，需要人工调整进给速度来保证绳子的张紧状态。这样需要操作人员时刻监视着机器的工作状态，实时做出调整，否则如果串珠绳张紧度过高，易出现拉断串珠绳的问题；张紧度过低，则可能出现串珠滑落的现象，严重影响锯切效率。

锯切石材用的金刚石串珠绳，如果连接接头压接不牢容易在使用过程中断开，另外在串珠绳的使用寿命末期也容易出现断绳。在断绳的瞬间，如果不及时停止主飞轮或者操作者发现断绳再去停机(中间必然有一个时间差)，串珠绳易被电机输出轴或周围其他部件绞缠，造成串珠绳和设备的损害，同时可能甩出串珠绳造成人员的伤害。

导向轮的自动调节，导向轮起到调整大飞轮包角的作用，在目前的绳锯机中，导向轮的调节需要人工在锯切之前调整，费时费力。

现有的绳锯机一般都有故障报警提示，操作控制台上装有显示面板，当发生设备过载、串珠绳断开等故障时，显示面板会出现相应的故障代码，需要操作人员根据故障代码查找说明书找出对应的故障信息内容，然后排除故障，非常不方便。

发明内容

本发明针对以上在现场出现的问题，首先我们引入了工业人机界面(Industrial Human-machine Interface，简称HMI)，

HMI触摸屏式人机界面，实时动态显示工作状态：主机电流，串珠绳线速率，行走频率等实时信息，这样使设备易于监控、操作、使用。

下面将对该种绳锯机的电气原理加以简述：

①人机界面：该系统由触摸屏的人机界面(HMI)完成各项操作指令下达和各种反馈数据、参数信息的收集显示功能。在本系统中设计了三幅人机界面，其中界面1和界面2的画面不同，但所采用的操作指令按键是相同的，即由19个“点动按键”、2个“可自锁按键”(即点击一次为“通”，再点击一次为“断”依次循环)，及两个软件模拟电位器(用于“串珠绳”线速度调控和机台行走速度的输出频率调控)；另设有10个用于显示反馈信息的箭头标识；3个模拟量显示框和仪表图(可显示机台串珠绳的线速度、主电机工作电流、行走输出频率)和导向轮调控油缸伸缩情况的数字显示窗口，及一条故障信息提示报警条。HMI所展示的鲜明、形象、直观的动态效果，通过操控显示单元即可观察到机台的实际工作状况，易于实时监控。

通过这一改进可大大减少控制电缆的芯数(采用触摸屏后一共只需六条控制线)，大大提高系统的稳定可靠性，因为通常意义上的常规电器控制存在许多硬件接触点，而每一个硬件接触点在较为恶劣的矿山环境中使用，都或多或少存在使用日久后可能发生接触不良的故障隐患，而影响生产进度。但如使用触摸屏后就不存在这一问题了，因为HMI所使用的按键、电位器所发出的操作指令都以数字的形式通过RS485/RS232通讯线与PLC互换数据，其反应速度、可靠性、安全性及抗干扰能力都是常规电器所不能比拟的，且现代高品质触摸屏上的软件按键的使用次数不少于100万次，这将大大提高产品的经久耐用性且防水、防尘……

②PLC控制中心：该系统由台达DVP-12SA主机加一块DVP-16SP数字输入/输出模块和一块DVP-08SN数字输出模块及二块DVP-06XA混合模拟量模块组成，通过输入、输出单元向机台各受控单元发出有关操作指令和收集各项反馈信息数据，经CPU分析、运算处理后发出相应的指令信号，是整个电控系统的指挥中枢控制平台，其反应速度、可靠性与稳定性都是无可指责的。

③串珠绳驱动系统：由PLC输出的速度给定值(0——10V)输入主机变频器的模拟量输入端口，经变频器开环矢量控制方式输出主电机所需的转速可控的频率信号；变频器的另一组多功能选择信号也由PLC的指挥中心发出相应的操作指令决定电机的工作状态，同时系统也将变频器的故障报警信息反馈给PLC采取相应的保护措施，且主电机的所有综合保护功能(如过载、过压、欠压、缺相、加减速过电压、过电流……)都由变频器承担。主电机通过飞轮轴套与大飞轮直接联结，通过大飞轮的轮径、转速控制来调控串珠绳的线速度。

④行走控制系统：由PLC输出的主频给定值(0——10V设定值)，辅频给定值(4——20mA目标反馈值)输入至行走变频器的模拟量输入1、输入2端口，经变频器内置的PID方式矢量控制形式驱动行走电机，控制行走电机的运行频率，使之行驶速度与串珠绳最佳的张紧状态相一致，自动跟踪、检测并全程自动调整机台的行走速度，使金刚石串珠绳始终处于最佳的锯切状态。

⑤机头翻转系统：该系统由PLC输出的运转指令操控翻转减速机组按工况要求旋转至工作位置(0°——350°)，该系统还设有翻转限位保护功能，防止电缆一直沿同一方向旋转而绞坏，该翻转限位信号由接近开关反馈至PLC时，系统会先报警而后反向旋转3秒钟便自动脱离传感器检测位置并停机待命，以备下次工作能继续进行。同时该系统还设有电子式过载保护装置，用于保护翻转电机不至于过载烧毁。

⑥液压系统：该系统主要为机头横移油缸和导向飞轮油缸提供动力源并在系统内还设有带上、下限压力检测的双电接点压力表，用于控制液压马达的启动和停止。该液压电机的初始指令由横移(左移或右移)及导向飞轮的油缸的“+”按键确定，只要点动某个按键即启动运转，而后的自动启动、停止则由双电接点压力表控制。

⑦机头横移系统：该系统由液压站(其中一路油管提供横移油缸的动力源)、电磁阀(控制油路通断)、伸缩油缸(执行横移动作机构)、磁性开关(用于横移限位检测)、等部件组成，其左移或右移完全听命于PLC的程控指令。

⑧导向轮伸缩系统：该系统由小飞轮、伸缩油缸、电磁阀组成。按下HMI调整大飞轮包角控制键上的“+”或“-”按键，即可控制导向油缸伸、缩状态，从而实现对大飞轮包角的调控，同时也起到调整金刚石串珠绳张力的辅助调控作用。

⑨金刚石串珠绳张力检测调控系统：该系统主要由传感器、张力调控飞轮组成，主要靠控制机台后退的运行速度来调整金刚石串珠绳的松紧度，使之张力大小处于最佳的锯切状态(不松不紧适度恰到好处)，同时起辅助调控作用的导向飞轮组合装置也可起些适当的调整作用，构成整个核心部件的检测、受控体。同时当发生串珠绳断开时，传感器检测到绳子张力变化情况，报告PLC控制中心，及时停机。

⑩故障报警：主要用于提醒操作者注意，当故障出现时通过声光报警器的警示，查看HMI上的故障报警提示信息及时查明故障原因，迅速排除故障。

采用上述自动控制系统后可使机器性能更加卓越、稳定、可靠，减少了故障率，也更便于维修、保养。

附图说明

图1本发明绳锯机的电气控制系统结构简图；

图2本发明绳锯机的电气控制原理结构框图。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的说明，本实施例可以让本领域的专业人员更容易理解本发明，但不以此实施例限制本发明。

如图1所示，本发明为绳锯机的一种电气控制系统，主要包括人机界面1，PLC控制中心2，串珠绳驱动系统3，行走控制系统4，机头翻转系统5，液压系统6，机头横移系统7，导向轮伸缩系统8，串珠绳张力检测调控系统9，故障报警10组成。人机界面1通过RS485通讯给PLC控制中心2各种控制指令，PLC控制中心2分析处理后对行走控制系统4、串珠绳驱动系统3、机头翻转系统5和液压系统6实现控制，通过液压系统6来控制机头横移系统7和导向轮伸缩系统8.通过张力检测调控系统9检测调整串珠绳的张力。

如图2所示，所述的人机界面1是采用施耐德彩色触摸屏，它通过RS485/RS232与PLC控制中心2进行数据交换，发出操作指令，并把电流数值、飞轮速度、进给速度等工作信息及故障报警信息等情况，实时动态的显示出来，即可观察到机台的实际工作状况，易于实时监控。

所述的串珠绳驱动系统3包括主电机变频器31、中间继电器32主电机33和大飞轮34组成，由大飞轮34驱动串珠绳的运行。PLC控制中心2通过中间继电器32隔离缓冲后给主机变频器31各种控制指令，同时还通过其混合模拟量模块直接给主电机变频器31给定串珠绳的速度信号，主电机变频器31驱动主电机33(三相异步电机)，主电机33再驱动大飞轮34旋转，并带动串珠绳运行。主电机变频器31在把主电机电流反馈信号和发生的各种故障报警信号反馈给PLC控制中心2，做出相应处理后，信息(主电流信息、报警故障信息)反馈给彩色触摸屏显示出来，同时声光报警器10发出声光报警提示。

所述的行走控制系统4包括行走变频器41、中间继电器42、行走电机43、减速机44、行走机构45构成。PLC控制中心2通过中间继电器42隔离缓冲后给行走变频器41各种控制指令，同时还通过其混合模拟量模块直接给定行走变频器41主频及辅频速度信号。行走变频器41驱动行走电机43运行，再通过减速机44和行走机构45带动绳锯机的行走。同时行走变频器41的频率输出信号反馈的PLC控制中心2。

所述的机头反转系统5包括中间继电器51、驱动机构(接触器)52、异步电机53、电子式热继电器54和接近开关55构成。PLC控制中心2发出翻转指令，通过中间继电器51的隔离缓冲保护，使驱动机构(接触器)52吸合，异步电机53运行，通过翻转机构带动绳锯机机头翻转；当遇到异常阻碍时，电子式热继电器54报警并报告PLC控制中心2，PLC控制中心2发出指令停止动作；接近开关55保证机头在0-360°内翻转，而不会因同方向的循环翻转而使机内线路缠绕损坏。

所述的液压系统6包括中间继电器61、接触器62、液压站驱动电机63、液压站64和上下限双电接点压力表65构成。液压站64主要是为后续的机头横移系统7和导向轮伸缩系统8提供动力源。

所述的机头横移系统7包括1#电磁阀71、2#电磁阀72、横移油缸73、1#磁性开关74和2#磁性开关75构成。1#电磁阀71、2#电磁阀72的通断均受控于PLC控制中心2，通过1#电磁阀71和2#电磁阀72的通断控制横移油缸73的左移、右移；横移油缸73的限位由磁性开关74和2#磁性开关75来实现，产生的信号交由PLC控制中心2。

所述的导向轮伸缩系统8包括3#电磁阀81、4#电磁阀82、导向轮油缸83构成。3#电磁阀81、4#电磁阀82的通断均受控于PLC控制中心2，通过3#电磁阀81、4#电磁阀82的通断来控制导向轮油缸83的伸缩，从而达到张紧串珠绳的目的。

所述的串珠绳张力检测调控系统9包括受控对象91、调整飞轮92和传感器93构成。其中受控对象91在表中指金刚石串珠绳，导向轮伸缩系统8和行走控制系统4作用于金刚石串珠绳，金刚石串珠绳将张力变化情况通过调整飞轮92传递给传感器93，传感器93经过信号转换后再传给PLC控制中心2.

Claims (4)

1.一种金刚石串珠绳锯机，其特征在于：控制系统包括人机界面、PLC控制中心、串珠绳驱动系统、行走控制系统，机头翻转系统，液压系统，机头横移系统，导向轮伸缩系统，串珠绳张力检测调控系统。人机界面通过RS485通讯给PLC控制中心各种控制指令，PLC控制中心分析处理后对行走系统、主机系统、机头翻转系统和液压控制系统实现控制，通过液压控制系统来控制机头横移系统和导向轮伸缩系统，通过张力检测调控系统来检测调整金刚石串珠绳的张力。所述的人机界面与PLC控制中心实现数据交换，用于控制操作和显示数据、状态及各种故障报警信号等内容。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石串珠绳锯机，其特征在于：辅助导向轮采用液压油缸控制。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石串珠绳锯机，其特征在于：显示装置采用HMI人机界面。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石串珠绳锯机，其特征在于：利用传感器直接检测调控串珠绳的张力。

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