CN102053604A - 一种管排锯机的自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管排锯机的自动控制系统及其控制方法，所述的系统包括可编程控制器PLC、伺服控制器、直流调速器、操作屏及低压电气器件，所述的可编程控制器PLC为整个profibus网络的主站，并通过profibus网络总线与从站进行连接；所述的从站包括直流调速器、伺服控制器、操作屏及ET200M分布式I/O系统模块，并通过ET200M分布式I/O系统模块连接到远程数字量I/O模块。所述的方法包括：读取数据、控制平衡缸、计算工进距离和设定切割参数四个步骤。本发明使控制程序变得简单也易于故障的排除，提高了切割效率。本发明通过判断伺服电机的给定速度来控制平衡缸的升降，从而使加工参数更加合理。

Description

一种管排锯机的自动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种伺服电机与液压平衡缸双驱动的管排锯机，特别涉及一种管排锯机的自动控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，国内使用的管排锯机通常采用伺服电机与平衡缸双驱动方式，但在伺服电机与平衡缸同步控制、工进位置设定和切割参数给定方面存在以下不足：

1、现有控制系统大多通过外部命令或自动命令对伺服电机和平衡缸同时作用来达到同步控制，这样会有多个命令在不同模式下对平衡缸进行控制，这给调试及日后故障排除带来不便。另外，由于管排锯在回参考点的过程中需要在参考点开关附近上下微动，显然用外部“回参考点”按钮开关控制平衡缸是不合适的。

2、现有控制系统都将工进位置设定为一个常数，即每次都切到固定位置，这样当管的半径或根数不同时会造成“少切”或“多切”，少切的后果是管切不透而多切的后果是降低了切割效率。

3、现有控制系统的锯切参数直接设定为主轴的转速和伺服电机的进给线速度，不符合机械加工工艺的要求。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种随动性好、加工参数更加合理的管排锯机的自动控制系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种管排锯机的自动控制系统，包括可编程控制器PLC、伺服控制器、直流调速器、操作屏及低压电气器件，所述的可编程控制器PLC为整个profibus网络的主站，并通过profibus网络总线与从站进行连接；所述的从站包括直流调速器、伺服控制器、操作屏及ET200M分布式I/O系统模块，并通过ET200M分布式I/O系统模块连接到远程数字量I/O模块；所述的直流调速器通过动力电缆控制主轴电机的转速，并通过连接在主轴电机上的编码器反馈其转速实际值，伺服控制器通过动力电缆控制电机的转速及行程，并通过西门子专用电缆DRIVE-CLIQ来反馈电机速度、位置和温度等信息。

一种管排锯机的自动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、读取数据

可编程控制器PLC通过profibus网络总线分别控制伺服电机的线速度、位置及主轴电机的转速，并读取伺服电机的实际线速度、位置及主轴电机的实际转速、电流；

B、控制平衡缸

可编程控制器PLC通过远程数字量I/O模块连接的中间继电器来控制平衡缸的上升和下降；

C、计算工进距离

将工进位置设为一个随加工钢管的根数和半径来改变的变量，设N为加工钢管数量，L为锯在参考点时锯片下沿到加工低面的距离，为一个可测量常数，则：

c＝R-r

b＝(N-1)×r

$a=\sqrt{c^2-b^2}=\sqrt{{(R-r)}^2-{(N-1)}^2{r}^2}$

x＝R-r-a

式中：R为锯片的半径、r为钢管的半径；

则工进位置

其中L_y为工进裕量，可根据实际情况调整，通常为20mm；

D、设定切割参数

切割参数设定为与锯片性能紧密相关的两个参数：锯片线速度v_c和每齿进给量v；通过计算得出主轴电机的转速n和伺服电机的进给线速度v_s：

设锯片转速

则

主轴电机的转速

伺服电机线速度

式中，K为主轴传动比，Z为锯片齿数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在伺服电机与平衡缸同步控制方面，伺服电机的控制方式不变，但平衡缸的控制不受外部或自动命令影响，而直接取决于伺服电机的给定速度，当给定速度大于允许最小伺服线速度v_smin时，平衡缸下降，同样当给定速度小于-v_smin时，平衡缸上升。这样平衡缸的控制只受一个因素的影响，使控制程序变得简单也易于故障的排除。

2、由于本发明对工进位置进行计算，并使工进位置就随钢管根数N和钢管半径r的变化而变化，在保证把管切断的情况下减少锯空走的距离，提高了切割效率。

3、由于本发明通过判断伺服电机的给定速度来控制平衡缸的升降；通过加工钢管的根数及半径来控制工进的距离；锯切时的参数设置变为进给量设定，其与锯片的切割性能紧密相关，从而使加工参数更加合理。

附图说明

本发明共有附图2幅，其中：

图1是本发明的组成结构示意图；

图2是本发明的工进距离计算图。

图中：1、可编程控制器PLC，2、远程数字量I/O模块，3、直流调速器，4、伺服控制器，5、主轴电机，6、伺服电机，7、平衡缸，8、操作屏。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种管排锯机的自动控制系统，包括可编程控制器PLC1、伺服控制器4、直流调速器3、操作屏8及低压电气器件，所述的可编程控制器PLC1为整个profibus网络的主站，并通过profibus网络总线与从站进行连接；所述的从站包括直流调速器3、伺服控制器4、操作屏8及ET200M分布式I/O系统模块，并通过ET200M分布式I/O系统模块连接到远程数字量I/O模块2；所述的直流调速器3通过动力电缆控制主轴电机5的转速，并通过连接在主轴电机5上的编码器反馈其转速实际值，伺服控制器4通过动力电缆控制电机的转速及行程，并通过西门子专用电缆DRIVE-CLIQ来反馈电机速度、位置和温度等信息。

一种管排锯机的自动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、读取数据

可编程控制器PLC1通过profibus网络总线分别控制伺服电机6的线速度、位置及主轴电机5的转速，并读取伺服电机6的实际线速度、位置及主轴电机5的实际转速、电流；

B、控制平衡缸7

可编程控制器PLC1通过远程数字量I/O模块2连接的中间继电器来控制平衡缸7的上升和下降；

C、计算工进距离

将工进位置设为一个随加工钢管的根数和半径来改变的变量，设N为加工钢管数量，L为锯在参考点时锯片下沿到加工低面的距离，为一个可测量常数，则：

c＝R-r

b＝(N-1)×r

$a=\sqrt{c^2-b^2}=\sqrt{{(R-r)}^2-{(N-1)}^2{r}^2}$

x＝R-r-a

式中：R为锯片的半径、r为钢管的半径；

则工进位置

其中L_y为工进裕量，可根据实际情况调整，通常为20mm；

D、设定切割参数

切割参数设定为与锯片性能紧密相关的两个参数：锯片线速度v_c和每齿进给量v；通过计算得出主轴电机5的转速n和伺服电机6的进给线速度v_s：

设锯片转速

则

主轴电机5的转速

伺服电机6线速度

式中，K为主轴传动比，Z为锯片齿数。

本发明的工作过程如下：首先根据实际加工情况在操作屏8上输入钢管的根数、钢管半径、切割线速度、每齿进给量、锯片半径和锯片齿数。按下自动运行，可编程控制器PLC1自动计算出切割时主轴电机5的转速、伺服电机6的线速度及工进距离。主轴启动、夹钳加紧，可编程控制器PLC1给定伺服电机6速度和工进位置，同时平衡缸7随之下降，进行切割。当达到工进距离后可编程控制器PLC1给定伺服电机6返回命令同时平衡缸7随之上升，直到返回参考点。

Claims (2)

1.一种管排锯机的自动控制系统，包括可编程控制器PLC(1)、伺服控制器(4)、直流调速器(3)、操作屏(8)及低压电气器件，其特征在于：所述的可编程控制器PLC(1)为整个profibus网络的主站，并通过profibus网络总线与从站进行连接；所述的从站包括直流调速器(3)、伺服控制器(4)、操作屏(8)及ET200M分布式I/O系统模块，并通过ET200M分布式I/O系统模块连接到远程数字量I/O模块(2)；所述的直流调速器(3)通过动力电缆控制主轴电机(5)的转速，并通过连接在主轴电机(5)上的编码器反馈其转速实际值，伺服控制器(4)通过动力电缆控制电机的转速及行程，并通过西门子专用电缆DRIVE-CLIQ来反馈电机速度、位置和温度等信息。

2.一种如权利要求1所述的管排锯机的自动控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、读取数据

可编程控制器PLC(1)通过profibus网络总线分别控制伺服电机(6)的线速度、位置及主轴电机(5)的转速，并读取伺服电机(6)的实际线速度、位置及主轴电机(5)的实际转速、电流；

B、控制平衡缸(7)

可编程控制器PLC(1)通过远程数字量I/O模块(2)连接的中间继电器来控制平衡缸(7)的上升和下降；

C、计算工进距离

将工进位置设为一个随加工钢管的根数和半径来改变的变量，设N为加工钢管数量，L为锯在参考点时锯片下沿到加工低面的距离，为一个可测量常数，则：

c＝R-r

b＝(N-1)×r

$a=\sqrt{c^2-b^2}=\sqrt{{(R-r)}^2-{(N-1)}^2{r}^2}$

x＝R-r-a

式中：R为锯片的半径、r为钢管的半径；

则工进位置

其中L_y为工进裕量，可根据实际情况调整，通常为20mm；

D、设定切割参数

切割参数设定为与锯片性能紧密相关的两个参数：锯片线速度v_c和每齿进给量v；通过计算得出主轴电机(5)的转速n和伺服电机(6)的进给线速度v_s：

设锯片转速

则

主轴电机(5)的转速

伺服电机(6)线速度

式中，K为主轴传动比，Z为锯片齿数。

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