CN102063086B - 带锯床恒功率锯切控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带锯床恒功率锯切控制装置。现有的控制装置无法根据锯切负载的变化而调整锯切进给速度。本发明包括进给位移传感器、张紧位移传感器、控制电路和比例换向阀。进给位移传感器设置在带锯床的进给液压缸内，张紧位移传感器设置在带锯床的张紧液压缸内，进给位移传感器的信号输出端、张紧位移传感器的的信号输出端分别与控制电路中的A/D采样模块连接，控制电路的信号输出端与比例换向阀的信号输入端连接。本发明实现了对带锯条受到锯切负载的非接触检测，并且能够实现锯切过程带锯条所受锯切负载的实时反馈，实用性和可靠性都比直接检测好。

Description

带锯床恒功率锯切控制装置

技术领域

本发明属于控制技术领域，涉及一种带锯床恒功率锯切控制装置。

背景技术

带锯床作为锯床的一种，是一种通过带锯条作为工具，广泛应用于锯切黑色金属、有色金属，非金属材料场合的机床。带锯床的系统组成有：床身和立柱部分、锯架和据带传动部分、张紧部分、导向部分、工件夹紧部分、液压传动系统、电气控制系统、润滑和冷却系统。带锯床的锯切进给系统由液压传动系统控制和电气控制系统组成。液压传动系统是由泵、阀、油缸、油箱、管路等元辅件组成的液压回路，电气控制系统是由电气箱、控制箱、接线盒、行程开关、电磁铁等组成的控制回路。带锯床的锯切进给是由液压传动系统在电气传动系统的控制下完成的，进给参数事先由操作人员根据锯切材料设定，液压传动系统在进给参数下进行工作。

现有带锯床的锯切进给控制方法主要有恒速进给和变速进给。恒速进给依靠带锯床自身重力或是对液压传动系统给定信号实现。其中存在的不足在于没有考虑到锯切负载的突变，变速进给能够根据锯切负载的变化调整进给速度。带锯床锯切进给控制装置有液压开环控制装置，带锯条两点支反力反馈装置。液压开环控制装置只考虑到了满足进给要求，没有考虑到在进给过程中锯切负载的可变性。带锯条两点支反力反馈装置通过检测带锯条上受到的锯切负载来进行带锯床进给控制，支反力反馈装置由于需要和带锯条在高速运行中时刻保持接触，时间长了就会产生磨损，影响检测精度。专利公开号为CN86200216专利所涉及的为具有恒进给力机构的带锯床，它通过一个具有恒压的液压油缸和带锯床锯架啮合工作，对工件提供基本不变的锯切压力，该方法没有检测锯切负载的大小，并且机械结构复杂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种带锯床恒功率锯切控制装置。该装置通过带锯条张紧液压缸的位移检测，实现锯切过程带锯条所受锯切负载的实时反馈；通过具有PID控制算法的锯切进给控制器，根据实际锯切负载反馈和设定锯切负载相比较的结果，调节锯切进给速度的比例阀流量，从而实现锯切过程的锯切负载(恒功率)恒定控制。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

带锯床恒功率锯切控制装置包括进给位移传感器、张紧位移传感器、控制电路和比例换向阀。

进给位移传感器设置在带锯床的进给液压缸内，张紧位移传感器设置在带锯床的张紧液压缸内，进给位移传感器的信号输出端、张紧位移传感器的的信号输出端分别与控制电路中的A/D采样模块连接，控制电路的信号输出端与比例换向阀的信号输入端连接。

所述的进给位移传感器采用磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器的测杆伸入进给液压缸的活塞杆内并与进给活塞杆活动连接；进给活塞杆的尾部设置有第一磁环，所述的第一磁环、进给活塞杆和测杆同轴设置。

所述的张紧位移传感器采用磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器的测杆伸入张紧液压缸的活塞杆内并与张紧活塞杆活动连接；张紧活塞杆的尾部设置有第二磁环，所述的第二磁环、张紧活塞杆和测杆同轴设置。

所述的控制电路包括A/D采样模块、控制模块、D/A转换模块。A/D采样模块自带A/D采样电源，A/D采样模块的输出端与控制模块的I/O口信号连接；控制模块的I/O口、控制端与D/A转换模块信号连接；D/A转换模块的输出端作为控制电路的信号输出端；控制电路还包括显示模块。

所述的比例换向阀的第一油路控制端、第二油路控制端分别与进给液压缸的两个油路进出口连接；比例换向阀的进油口分为两路，一路经单向阀、油泵、过滤器与油源连通，另一路经溢流阀后与油源连通；比例换向阀的回油口直接与油源连通。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果：相比较直接检测带锯条受到的锯切负载，本发明通过带锯条张紧液压缸的位移检测，实现了对带锯条受到锯切负载的非接触检测，并且能够实现锯切过程带锯条所受锯切负载的实时反馈，实用性和可靠性都比直接检测更加好。本发明根据实际锯切负载反馈和设定锯切负载相比较的结果，通过具有PID控制算法的锯切进给控制器的计算，调节锯切进给速度的比例阀流量，从而实现锯切过程的锯切负载(恒功率)恒定控制，最明显的好处就是延长了提高了带锯条的寿命。

附图说明

图1为控制过程原理图；

图2为带锯床侧视图；

图3为带锯床主视图；

图4为传感器安装图；

图5为控制电路原理框图；

图6为控制电路A/D模块电路图；

图7为控制电路D/A模块电路图；

图8为控制电路显示模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步描述。

带锯床恒功率锯切控制装置包括进给位移传感器、张紧位移传感器、控制电路和比例换向阀。进给位移传感器设置在带锯床的进给液压缸内，张紧位移传感器设置在带锯床的张紧液压缸内。

如图1所示，带锯床恒功率锯切控制装置的控制过程如下：首先操作员据锯切材料调节带锯床张紧液压缸，此时的张紧液压缸位移信号被张紧位移传感器采集，并将所述位移信号设为参考信号r(t)。然后带锯床开始工作，随着锯切负载的不断变化，张紧位移传感器不断采集张紧液压缸的位移信号，并将这一位移信号设为反馈信号c(t)，反馈信号c(t)和参考信号r(t)比较后，产生偏差信号e(t)，e(t)通过具有PID控制器算法的锯切进给控制电路输出控制信号u(t)，控制电路中的比例参数，积分参数，微分参数根据带锯床实际工作情况调节。控制信号u(t)控制比例换向阀，调节比例换向阀的开口。比例换向阀输出流量q(t)调节进给液压缸的位移y(t)，从而控制带锯床的上下运动。带锯床的进给位移y(t)变化导致带锯床所受的锯切负载F(t)的变化，带锯床所受的锯切负载F(t)的变化引起带锯床所需张紧力的变化，从而导致张紧液压缸位移的变化，此时张紧液压缸的位移反馈信号c(t)就和设定信号r(t)产生了偏差，反馈信号c(t)继续和参考信号r(t)进行比较并进行下一轮的控制。

如图2所示，进给位移传感器1的信号输出端、张紧位移传感器的信号输出端A分别与控制电路中的A/D采样模块4连接，控制电路的D/A模块信号输出端3与比例换向阀2的信号输入端连接。进给位移传感器1采用磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器安装在进给液压缸的尾部。

比例换向阀2的第一油路控制端A1口、第二油路控制端B1口分别与进给液压缸的两个油路进出口连接；比例换向阀2的进油口分为两路，一路经单向阀、油泵、过滤器与油源连通，另一路经溢流阀后与油源连通；比例换向阀2的回油口直接与油源连通。

如图3所示，张紧位移传感器10采用磁致伸缩位移传感器，带锯床的张紧液压缸与导向板6连接，带轮和电机、轴承装在导向板6上。将导向板6的四个凸轴部分伸入到四个导向底座5中，四个导向底座5通过螺栓固定锯架上。张紧液压缸9与锯架的连接通过中间耳轴连接，先将支撑下端盖通过螺栓固定在锯架上，再将张紧液压缸9的中间耳轴伸入到支撑下端盖中，然后将支撑上端盖伸入到张紧液压缸9的中间耳轴中，再将支撑上端盖和支撑下端盖通过螺栓连接。张紧液压缸9的顶部装有耳环8，耳环8通过销轴和耳环支座7连接，耳环支座7由四个螺栓固定在导向板6上。张紧位移传感器10的信号输出线A通过比较器LM393和控制器的模数转换器AD7665的模拟输入端INA1连接。

如图4所示，上面提到的张紧位移传感器和进给位移传感器在液压缸内的具体安装细节如下，磁致伸缩位移传感器的测杆11伸入张紧液压缸的活塞杆12内并与张紧活塞杆12活动连接；张紧活塞杆12的尾部设置有磁环13，所述的磁环13、张紧活塞杆12和测杆11同轴设置。磁致伸缩位移传感器的测杆11尾部是螺纹连接部分14，螺纹连接部分14安装在张紧液压缸或进给液压缸尾部的安装孔中。

如图5所示，控制电路原理框图中，控制器采用STC11F32XE芯片，A/D转换模块采用AD7655芯片，D/A转换模块采用DA0832芯片，显示模块由两块四位的LED数码管组成，用于显示张紧液压缸位移值和进给液压缸速度值。键盘输入模块用于控制装置的启动，停止和复位。张紧液压缸传感器的信号输出线A和进给液压缸传感器的信号输出线B分别通过一路A/D模块连接控制器，控制器的输出信号通过D/A模块后输出电流信号，电流信号再经过驱动电路转化电压信号控制比例换向阀。

如图6所示，A/D模块由芯片AD7655完成，AD780提供稳定的2.5V电源。张紧液压缸位移输入信号A经过LM393比较器后和AD7655的模拟输入端INA1连接，进给液压缸位移输入信号B经过LM393比较器后和AD7655的模拟输入端INA2连接。AD7655经过转换后，向控制器输出信号，输出信号由端口D0～D15完成，AD7655的端口D0～D15分别连接控制器的P0，P2口，共计16个端口。AD7655在转换的过程中需要5条控制信号线，它们分别是：输入信号选择位A0、A/D转换开始位

A/D转换结束状态标志位

输出数据可用状态标志位BUSY和数据输出通道选择位

输入信号选择位A0，由于AD7655为4通道A/D转换器，可以同时输入两路模拟信号，在芯片内部表示为INA1、INB1、INA2、INB2，在输入信号选择位A0为低电平的时候INA1、INB1两路模拟信号输入到A/D转换芯片，当A0为高电平的时候，INA2、INB2两路模拟信号输入到A/D转换信号。输入信号选择位A0受控制器P3.7的控制。在输入信号选择位确定以后，控制器将通过引脚对AD7655发送开始转换命令，即通过P3.5向AD7655的

发送控制命令，当

为低电平时，AD7655开始A/D转换，由于AD7655同时采集了两路信号，AD7655将分两次将采集的数据进行转换，每次数据转换结束AD7655的管脚

就出现一次低电平状态，控制器可以通过P3.3对转换状态进行监控，当采集的两路模拟信号都转换结束后，即数据处于可用的状态，此时AD7655的BUSY引脚出现低电平，而在数据转换的过程中BUSY引脚为高电平状态，控制器将通过P3.4读取数据转换的状态，当读取的数据为低电平的时候就可以将信号转换结果读取到控制器内。由于在BUSY为低电平的时候，AD7655的数据寄存器内部存在两路模拟信号的转换结果，故此在读取的过程中必须对读取数据进行选择，控制器可以通过P4.4向AD7655的

引脚发送输出数据选择信号，当P4.4为低电平的时候，将读取到B通道的数据，相反，当P4.4为高电平的时候，将读取到A通道的信号。在读取数据的过程中，控制器要通过P3.6管脚向AD7655的

引脚发送读取数据命令，才能进行数据的读取。

如图7所示，控制器采用芯片STC11F32XE，D/A模块由芯片DAC0832完成。控制器的P1口连接DAC0832的数据输入口DI0～DI7，DAC0832采用单缓冲方式连接，控制器的P3.2连接DAC0832的片选端用于开始或停止D/A转换。D/A转换结束后，DAC0832的IOUT1和IOUT2输出电流信号，电流信号经过LM393后转化为电压后输出，输出的0～10V电压控制比例换向阀C。控制器的P4.5口，P4.6口，P4.7口分别连接三个按键，实现装置的启动，停止和复位。

如图8所示，显示模块由一块74LS138译码器芯片和一块移位寄存器74HC164芯片以及两片LED数码管组成，LED数码管D，E可以显示四位0～9的数字，LED数码管D用于显示张紧液压缸位移，LED数码管E用于显示进给液压缸速度。74LS138译码器的A，B，C口分别连接控制器的P4.3，P4.2，P4.1口。用于显示张紧液压缸位移的LED数码管D的4个段选引脚连接74LS138译码器的Y0～Y3，用于显示进给液压缸位移的LED数码管E的4个段选引脚连接74LS138译码器的Y4～Y7。Y0～Y7用于对LED数码管的8个位进行选择。控制器的P3.0口连接移位寄存器76HC164的数据输入端A1，A2口，用于向移位寄存器74HC164提供串行数据。控制器的P3.1口连接移位寄存器74HC164的CLOCK端，用于向移位寄存器74HC164提供移位脉冲信号，控制器的P4.0口连接移位寄存器74HC164的RESET端口，对移位寄存器74HC164进行复位操作。LED数码管的8个段选引脚分别连接移位寄存器74HC164的并行数据输出口Q端，用于接收控制器输出的数据。

Claims (1)

1.带锯床恒功率锯切控制装置，包括进给位移传感器、张紧位移传感器、控制电路和比例换向阀，其特征在于：

进给位移传感器设置在带锯床的进给液压缸内，张紧位移传感器设置在带锯床的张紧液压缸内，进给位移传感器的信号输出端、张紧位移传感器的信号输出端分别与控制电路中的A/D采样模块连接，控制电路的信号输出端与比例换向阀的信号输入端连接；

所述的进给位移传感器采用第一磁致伸缩位移传感器，第一磁致伸缩位移传感器的测杆伸入进给液压缸的活塞杆内并与进给活塞杆活动连接；进给活塞杆的尾部设置有第一磁环，所述的第一磁环、进给活塞杆和第一磁致伸缩位移传感器的测杆同轴设置；

所述的张紧位移传感器采用第二磁致伸缩位移传感器，第二磁致伸缩位移传感器的测杆伸入张紧液压缸的活塞杆内并与张紧活塞杆活动连接；张紧活塞杆的尾部设置有第二磁环，所述的第二磁环、张紧活塞杆和第二磁致伸缩位移传感器的测杆同轴设置；

所述的控制电路包括A/D采样模块、控制模块、D/A转换模块，A/D采样模块自带A/D采样电源，A/D采样模块的输出端与控制模块的I/O口信号连接，控制模块的I/O口、控制端与D/A转换模块信号连接，D/A转换模块的输出端作为控制电路的信号输出端，控制电路还包括显示模块；

所述的比例换向阀的第一油路控制端、第二油路控制端分别与进给液压缸的两个油路进出口连接；比例换向阀的进油口分为两路，一路经单向阀、油泵、过滤器与油源连通，另一路经溢流阀后与油源连通；比例换向阀的回油口直接与油源连通。

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