CN102642643A - 棒材计数控制器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动控制领域，提供了一种棒材计数控制器，包括可编程逻辑器件、输入响应单元、辊道控制单元、分钢控制单元、状态显示单元、报警控制单元和微控制器单元，可以实现生产线打捆前的棒材自动计数与分钢，替代传统的人工计数方式，实现生产自动化，能够有效提高生产效率，降低劳动强度，保证棒材计数的准确性。

Description

棒材计数控制器

技术领域

本发明属于自动控制领域，尤其涉及一种棒材计数控制器。

背景技术

钢铁企业在棒材销售的过程中大都按照客户要求采用定制成捆供货的方式进行，因此生产过程中在打捆之前需要进行计数。

传统的生产过程中采用人工点数的方法，劳动强度大，工作效率低，而且经常出现漏计误计的情况。棒材的数量出现差错，企业在交付验货时往往会产生麻烦或纠纷，引起客户的不满，现场解捆点数的情形时有发生，人工计数不但费时费力，而且影响了企业的信誉。因此，计数工人为了防止顾客投诉，不挨领导批评和影响自己的收入，通常采取在计数已够的情况下再添加几根的做法以避免风险。但是这样却给企业增加额外的成本，影响企业的效益。

以一个年产棒材30万吨的钢厂而言，若以每捆240支为例，仅按每捆多加一根棒材估算，计数损失率为1/240，全年流失的棒材重量为1250吨，折合经济损失高达600多万元。

随着轧钢自动化水平的日益提高，人工计数和人工分钢这种繁重且低效率的方式已经与现代化流水线式生产不相适应，严重影响轧钢生产能力的提高。

发明内容

本发明实施例提供一种棒材计数控制器，旨在解决现有采取人工对棒材计数，劳动强度大，效率低，且容易出错的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种棒材计数控制器，所述棒材计数控制器包括：

可编程逻辑器件；

输入响应单元，用于接收接点输入的操作信号，输出给所述可编程逻辑器件；

辊道控制单元，用于接收所述可编程逻辑器件的辊道控制信号，控制辊道动作；

分钢控制单元，用于接收所述可编程逻辑器件的分钢控制信号，分别对端分机和中分机进行精确定位控制和升降控制；

状态显示单元，用于根据所述可编程逻辑器件的信号，显示输入端口和输出端口的状态；

报警控制单元，用于根据所述可编程逻辑器件的计数状态信号，显示棒材的计数状态；以及

微控制器单元，用于接收工控机发送的分钢位置信息和分钢控制信息，发送给所述可编程逻辑器件的信号，并将现场操作台的信息上传到工控机。

优选地，所述输入响应单元采用光耦隔离所述操作信号。

优选地，所述接点包括操作按钮和限位开关。

优选地，所述辊道控制单元采用变频电机。

优选地，所述辊道控制单元的控制电路采用电接点芯片。

优选地，所述分钢控制单元采用伺服电机对端分机进行精确定位控制。

优选地，所述可编程逻辑器件将分钢位置信息转换成PWM信号，控制所述伺服电机。

优选地，所述状态显示单元包括两个为8位锁存器的芯片。

优选地，所述报警输出单元采用继电器控制不同颜色的指示灯指示计数状态。

本发明实施例可以实现生产线打捆前的棒材自动计数与分钢，替代传统的人工计数方式，实现生产自动化，能够有效提高生产效率，降低劳动强度，保证棒材计数的准确性。

 

附图说明

图1是本发明实施例提供的棒材计数控制器的结构图；

图2是本发明实施例提供的棒材计数控制器中输入响应单元的结构图；

图3是本发明实施例提供的棒材计数控制器中辊道控制单元的控制电路结构图；

图4是本发明实施例提供的棒材计数控制器中端分机精确定位控制单元的电路结构图；

图5是本发明实施例提供的棒材计数控制器中状态显示单元的电路结构图；

图6是本发明实施例提供的棒材计数控制器中报警输出单元的电路结构图。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的棒材控制计数控制器如图1所示，包括可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）1、输入响应单元2、辊道控制单元3、分钢控制单元4、状态显示单元5、报警输出单元6，以及微控制器单元（Micro Control Unit，MCU）7。

输入响应单元2、辊道控制单元3、分钢控制单元4、状态显示单元5、报警输出单元6和微控制器单元7分别与可编程逻辑器件1连接通信。

输入响应单元2接收外部的操作信号，例如按键操作信号或者限位输入指令，输出给可编程逻辑器件1。

在本发明实施例中，输入响应单元2采用光耦隔离外部输入的操作信号，防止工业现场电磁干扰的串入。

如图2所示，S/S为“开关量输入电源”负极，接点一端接“开关量输入电源”正极，另一端接input1脚。接点断开，输入回路没有电流，光耦U1D不导通，Inp1脚为高电平，接点闭合，输入回路有电流，光耦U1D导通，Inp1脚为低电平。电容C1为防止按键抖动电容，电容C33为电源滤波电容。

Inp1脚直接连接到可编程逻辑器件1的IO端口脚，可编程逻辑器件1读取端口值判断接点的开关状态。

本发明实施例中，棒材计数控制器输入的接点包括操作按钮和限位开关。

操作按钮安装于操纵台，供用户操作采用，实现辊道、伺服、计数的手动控制。

限位开关安装于端分机的上下左右四个位置，反馈端分机的位置信号，以及控制端分机的原点回归。

辊道控制单元3接收可编程逻辑器件1的辊道控制信号，控制辊道动作。

辊道控制单元3采用变频电机，其控制电路如图3所示，棒材计数控制器通过电接点芯片U5A连接变频器，变频器通过控制功率电路来控制变频电机旋转。

Inverter Start为变频器启动控制脚，连接可编程逻辑器件1。Start1和Start2为常开接点，连接变频器。芯片U5A为电接点芯片，具有体积小、响应时间快、耐压大、输入输出隔离等特点，响应速度为2ms，本发明实施例采用电接点实现快速控制。该电接点为无源型，因此不像电平输出（NPN或PNP）存在正负极，外部接线方便且不会因为接反而烧毁电路。变频器的正转启动（STF）、反转启动（STR）、高速（RH）、中速（RM）、低速（RL）、停止（MRS）及复位（RES）等控制都通过此电路连接，可以满足系统对响应速度的要求。

分钢控制单元4接收可编程逻辑器件1的分钢控制信号，分别对端分机和中分机进行精确定位控制和升降控制。

端分机精确定位控制采用伺服电机。伺服电机为一个闭环系统，自带编码器，转动的同时进行位置反馈。伺服电机可以控制速度，而且位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可将所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

伺服电机采用脉冲宽度调制（Pulse Width  Modulation，PWM）信号控制，五千个脉冲对应电机旋转一圈，轴对轴连接到螺杆上，假设螺距为5mm，则可以达到1um的理论定位精度。

端分机定位控制的电路原理如图4所示，ServoPulse引脚采用可编程逻辑器件1控制，可编程逻辑器件1接收到工控机发送的分钢位置信息后，将此位置信息数据转化为PWM信号输出。例如，当分钢绝对位置在20mm处时，当前伺服在零位，pulse=（（20-0）/5）×5,000=20,000个脉冲。可编程逻辑器件1输出两万个脉冲，就控制端分机到达了20mm的分钢处。信号的输出采用光耦隔离的方式，保证信号的可靠和稳定。

中分机采用双电磁阀控制气缸的动作，可编程逻辑器件1通过输出端口控制继电器的常开常闭切换控制中分机升起与下降，从而实现中分机的控制。

状态显示单元5的电路结构如图5所示，芯片U1和芯片U2为8位锁存器，输入引脚全部连接到可编程逻辑器件1上。芯片U2连接8个三极管Q1~Q8控制每一行的选通。可编程逻辑器件1的内部编程实现阵列扫描，即分时间片选择点亮某一行，即给此行供电，同时芯片U1的输出决定该行的哪一个灯点亮。

状态显示单元5包括32个输入点，32个输出点，每个端口都对应一个指示灯来指示端口的状态。输入端口闭合时，指示灯亮；输入端口断开时，指示灯灭。输出端口输出高电平时，指示灯亮；输出端口输出低电平时，指示灯灭。在棒材计数控制器运行过程中，通过状态显示单元5可以方便地观察到各个端口的状态，在检修时容易查找问题，如果指示灯正常，则是外围电路的问题，如果指示灯不正常，则可以断定是MCU的问题。因此，状态显示单元5可以提供一个方便简洁的人机交互界面。

报警控制单元6根据可编程逻辑器件1的计数状态信号，显示棒材的计数状态。

如图6所示，报警输出单元6采用继电器控制三色指示灯，绿色亮为正在计数，黄色亮为即将计满，红色亮为满支分钢指示。

图中OUT1为可编程逻辑器件1的输出引脚，COM脚为继电器的触点公共端，NO为触点的常开接点，NC为触点的常闭接点。

二极管D4反接可以吸收继电器断开时的反向电流，防止反向电流将三极管Q2烧毁。外部接三色指示灯时，将继电器的常开接点串联到灯回路，即灯的开关。

微控制器单元7与工控机串口通信，接收工控机发送的分钢位置信息和分钢控制信息，发送给可编程逻辑器件1，同时将现场操作台的信息上传到工控机。

当微控制器单元7接收的信号为辊道控制单元3的启动信号，微控制器单元7将此信号通过数据总线传送到可编程逻辑器件1中，可编程逻辑器件1进行解码并将此命令对应到辊道控制单元3的启动端口，将此端口置一。此时，连接在此端口的继电器动作，辊道控制单元3启动。

当微控制器单元7接收到的信号为端分机的位置信息，需要将端分机移动到绝对位置100mm处，而端分机当前的位置为80mm处，微控制器单元7将命令转换为相对位置信号，即右移20mm，微控制器单元7将信号通过数据总线送到可编程逻辑器件1，可编程逻辑器件将数值20mm转换为脉冲信号，通过脉冲发生器向输出端口写脉冲，控制端分机到达绝对位置100mm处。

现场操作台的信息包括按键的输入，例如手动控制辊道，手动控制端分机的移动，手动控制中分机的升降等，以及限位开关状态，例如端分机的上下左右限位等。

本发明实施例可以实现生产线打捆前的棒材自动计数与分钢，替代传统的人工计数方式，实现生产自动化，能够有效提高生产效率，降低劳动强度，保证棒材计数的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种棒材计数控制器，其特征在于，所述棒材计数控制器包括：

可编程逻辑器件；

输入响应单元，用于接收接点输入的操作信号，输出给所述可编程逻辑器件；

辊道控制单元，用于接收所述可编程逻辑器件的辊道控制信号，控制辊道动作；

分钢控制单元，用于接收所述可编程逻辑器件的分钢控制信号，分别对端分机和中分机进行精确定位控制和升降控制；

状态显示单元，用于根据所述可编程逻辑器件的信号，显示输入端口和输出端口的状态；

报警控制单元，用于根据所述可编程逻辑器件的计数状态信号，显示棒材的计数状态；以及

微控制器单元，用于接收工控机发送的分钢位置信息和分钢控制信息，发送给所述可编程逻辑器件的信号，并将现场操作台的信息上传到工控机。

2.如权利要求1所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述输入响应单元采用光耦隔离所述操作信号。

3.如权利要求1所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述接点包括操作按钮和限位开关。

4.如权利要求1所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述辊道控制单元采用变频电机。

5.如权利要求4所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述辊道控制单元的控制电路采用电接点芯片。

6.如权利要求1所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述分钢控制单元采用伺服电机对端分机进行精确定位控制。

7.如权利要求6所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述可编程逻辑器件将分钢位置信息转换成PWM信号，控制所述伺服电机。

8.如权利要求1所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述状态显示单元包括两个为8位锁存器的芯片。

9.如权利要求1所述的棒材计数控制器，其特征在于，所述报警输出单元采用继电器控制不同颜色的指示灯指示计数状态。

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