CN102485393A

CN102485393A - 一种切割机速度控制系统

Info

Publication number: CN102485393A
Application number: CN2010105739083A
Authority: CN
Inventors: 蒋飞翔
Original assignee: SHANGHAI QUNMEI INDUSTRIAL CO LTD
Current assignee: SHANGHAI QUNMEI INDUSTRIAL CO LTD
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-06

Abstract

本发明涉及一种切割机速度控制系统，包括切割机走线系统、工作台、控制系统、循环油冷却系统和油气润滑装置，所述控制系统包括运动控制器、通过通信单元与运动控制器分别连接的伺服单元和模拟量输入输出单元；所述运动控制器包括单片机，单片机分别连接比例阀控制接口、电机速度输入接口、油门控制接口、总线接口、串口通讯总线接口及PTO开关接口；所述运动控制器连接主控面板，主控面板与遥控面板之间无线通讯。本发明一方面采用开环控制方式，省去了闭环控制中的转速传感器，降低了成本，实现了切割机较高精度的速度控制，保证了切割机在切割过程中的质量，延长了切割机寿命。另一方面采用无线遥控显示方式，大大方便了用户的操作。

Description

一种切割机速度控制系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别设计一种用于高速度、高精度、低损耗的切割机的切割机速度控制系统。

背景技术

切割机的研制是一个多学科交叉的研究领域，它主要以含有快速电机运动的执行机构为基础，结合控制理论与技术、数字信号处理技术、计算机技术、传感器技术、机械技术、总线技术、网络技术等进行全新的控制系统设计，以达到运动控制所要求的高速度、高精度的要求。切割机运行过程中，放线电机、收线电机的线速度要跟踪主电机的线速度，排线电机的线速度要跟踪收线电机角速度，而在走线运行过程中，机械参数如半径、转动惯量都会变化，所以这是一个非线性时变系统的控制问题；收、放线电机的速度无轴传动跟踪控制；排线电机的非线性速度控制、主轴的温度和润滑控制等难题。目前，国外已经有几种用于切割机的速度控制装置，它们均采用电子与液压技术结合，通过测量切割机的转速来实现闭环控制。采用该控制方式的速度控制装置存在成本高的问题，不适宜在中国普及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉的切割机速度控制系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种切割机速度控制系统，包括切割机走线系统、工作台、控制系统、循环油冷却系统和油气润滑装置，所述控制系统包括运动控制器、通过通信单元与运动控制器分别连接的伺服单元和模拟量输入输出单元；其中伺服单元包括7个伺服电机：主电机、收线电机、放线电机、工作台电机、两个张力电机和排线电机，上述伺服电机均安装有测速传感器；其特征在于，所述运动控制器包括单片机，单片机分别连接比例阀控制接口、电机速度输入接口、油门控制接口、总线接口、串口通讯总线接口及PTO开关接口；所述运动控制器连接主控面板，主控面板与遥控面板之间无线通讯。

进一步，所述串口通讯总线接口为RS485总线接口。所述主控面板及所述遥控面板的电路结构相同，包括单片机，单片机分别连接键盘、显示装置、无线收发接口及串口通讯总线接口。所述显示装置为LCD显示屏或LED显示屏。所述串口通讯总线接口为RS485总线接口或CAN总线接口。

本发明一方面采用开环控制方式，省去了闭环控制中的转速传感器，降低了成本，实现了切割机较高精度的速度控制，保证了切割机在切割过程中的质量，延长了切割机寿命。另一方面采用无线遥控显示方式，大大方便了用户的操作。

附图说明

图1为本发明的控制器电路结构图；

图2为本发明的主控面板及遥控面板的电路结构图；

图3为本发明在切割时的应用结构图。

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。

实施例

如图所示，本发明切割机速度控制系统包括切割机走线系统、工作台、控制系统、循环油冷却系统和油气润滑装置，所述控制系统包括运动控制器、通过通信单元与运动控制器分别连接的伺服单元和模拟量输入输出单元；其中伺服单元包括7个伺服电机：主电机、收线电机、放线电机、工作台电机、两个张力电机和排线电机，上述伺服电机均安装有测速传感器；所述运动控制器包括单片机，单片机分别连接比例阀控制接口、电机速度输入接口、油门控制接口、总线接口、串口通讯总线接口及PTO开关接口；所述运动控制器连接主控面板，主控面板与遥控面板之间无线通讯。

其中，控制器的电路结构如图1所示，包括单片机，单片机分别连接比例阀控制接口、发动机速度输入接口、油门控制接口、CAN总线接口、RS485总线接口及PTO开关接口。

结合图1及图3，控制器的工作流程为：单片机输出两路PWM信号至比例阀控制接口，经过功率放大后输出至比例阀，再返馈回比例阀接口，由比例阀接口进行电流采样，经过放大滤波后，输出到单片机的模拟数字转换输入端口，单片机通过PID算法，形成闭环控制，给比例阀输出指定的电流。发动机的速度信号是由发动机ECU通过发动机速度输入接口输入单片机，由单片机通过测脉宽的方式计算发动机速度。切割机的PTO开关信号经PTO开关接口后，输出到单片机的输入接口，单片机输出一路控制信号至PTO开关接口，用于控制PTO开关信号的通断，从而实现发动机转速自动控制、脚动控制的转换。单片机输出一路PWM信号至油门控制接口，由油门控制接口滤波后形成直流电压信号输出给发动机ECU，该直流电压信号可以由单片机任意调节，实现了单片机控制发动机转速。发动机的转速测量及控制也可以由单片机通过CAN总线接口以J1939协议直接从发动机ECU中读取。

主控面板及遥控面板的电路结构相同，如图2所示，包括单片机，单片机通过SPI总线与液晶显示器连接，用于显示实际转速、目标转速、以及各种控制状态。键盘连接到单片机输入口，用于设定设定目标转速以及各种工况的输入。单片机通过SPI总线与无线收发模块连接，实现主控面板与遥控面板之间的通讯。

本发明的控制流程为：

步骤1、用户通过主控面板将目标速度、工矿等数据输入到控制器，控制器结合目标速度按公式

计算输出到比例阀的电流，其中I 表示比例阀电流，

表示目标速度，

表示发动机目标速度，

表示比例阀的死区电流，K是一个常数。控制器通过PWM方式，采用PID闭环控制，实现比例阀电流的高精度输出。

步骤2、控制器输出油门控制电压给发动机ECU，通过反馈测量发动机实际转速，将发动机速度调整到指定的

。

步骤3、比例阀控制比例泵将流体输出至液压马达，由液压马达通过减速机减速后驱动旋转，从而实现了速度的自动调整。

步骤4、控制器根据公式计算出实际转速，其中表示实际转速，

表示发动机的实际转速，I表示输出至比例阀的实际电流，表示比例阀的死区电流， K是一个常数。

步骤5、主控面板从控制器读取实际转速，在显示器上显示目标转速、实际转速以及各种工况，并将这些数据通过无线方式发往遥控面板显示，从而实现速度的设定、控制及显示等过程。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点。本行业的技术人士应该了解，本发明不受上述实施条例的限制，上述实施条例和说明书中描述的只是用于说明本发明的原理，在不脱离本发明原理和范围的前提下，本发明还可有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围内。

本发明要求保护范围同所附的权利要求书及其它等效物界定。

Claims

1. 一种切割机速度控制系统，包括切割机走线系统、工作台、控制系统、循环油冷却系统和油气润滑装置，所述控制系统包括运动控制器、通过通信单元与运动控制器分别连接的伺服单元和模拟量输入输出单元；其中伺服单元包括7个伺服电机：主电机、收线电机、放线电机、工作台电机、两个张力电机和排线电机，上述伺服电机均安装有测速传感器；其特征在于，所述运动控制器包括单片机，单片机分别连接比例阀控制接口、电机速度输入接口、油门控制接口、总线接口、串口通讯总线接口及PTO开关接口；所述运动控制器连接主控面板，主控面板与遥控面板之间无线通讯。

2.根据权利要求1所述的一种切割机速度控制系统，其特征在于，所述串口通讯总线接口为RS485总线接口或CAN总线接口。

3.根据权利要求1所述的一种切割机速度控制系统，其特征在于，所述主控面板及所述遥控面板的电路结构相同，包括单片机，单片机分别连接键盘、显示装置、无线收发接口及串口通讯总线接口。

4.根据权利要求3所述的一种切割机速度控制系统，其特征在于，所述显示装置为LCD显示屏或LED显示屏。

5.根据权利要求3所述的一种切割机速度控制系统，其特征在于，所述串口通讯总线接口为RS485总线接口或CAN总线接口。