CN103182559B - 全自动切管机电子凸轮控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全自动切管机电子凸轮微控制器，包括与切管机进刀电机轴同步转动的编码器，其用于输出与进刀电机旋转速度对应的脉冲信号；控制电路，其根据所述脉冲信号和可编程控制器的控制信号输出定点输出接点信号，以通知所述可编程控制器改变进刀系统的进程；连接在所述编码器与所述控制电路之间的光电输入电路；连接在所述控制电路与所述可编程控制器之间的光电输出电路以及第一显示电路。本控制系统有较好人性化的显示设计，也就是说不用通过人工换算得出脉冲个数与刀具距离，对不同规格的管子采用不同的进刀量来执行，使它达到高效、快速、稳定的效果，具有程序存储功能，当电源掉电的时候不会丢失程序。

Description

全自动切管机电子凸轮控制器

技术领域

本发明涉及切管机控制，特别涉及一种全自动切管机电子凸轮控制器。

背景技术

随着经济的高度发展，应用于航天、航空、石油、汽车、有色金属、铸造材料等诸多领域的合金管及高合金管需求量越来越大。所以冶金行业的钢管生产企业对切管机的高效率和高生产力要求越来越高。但是目前我国冶金行业所用的切管机机型普遍存在精密较差、效率较低、造成生产环境恶劣等问题。所以开发研制高性能、高精密、高效率、环保的切管机具有可观的经济效益。

长期以来，使用凸轮和限位开关的机械式凸轮在自动化生产机械中已得到了广泛的应用。但是，由于机械元器件在安装和运行时的局限性，决定了机械式凸轮存在控制精度低、可靠性差、角度调整及开关更换不方便等缺点。为此，目前出现了根据机械凸轮原理设计、采用单片机为核心的电子控制器来完成对自动生产中的高效的控制过程。然而，目前还没有对针对切管机的电子凸轮控制器，因此目前的切管机的效率和生产力还有很大的提升空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动切管机电子凸轮控制器。

全自动切管机电子凸轮微控制器，包括与切管机进刀电机轴同步转动的编码器，其用于输出与进刀电机旋转速度对应的脉冲信号；控制电路，其根据所述脉冲信号和电路中可编程控制器的控制信号输出定点输出接点信号，以改变进刀系统的进程；连接在所述编码器与所述控制电路之间的光电输入电路；连接在所述控制电路与所述进刀系统之间的光电输出电路；以及与所述光电输出电路连接的第一显示电路。

进一步的，所述光电输入电路包括一光电耦合器和判向电路。

具体的，所述编码器为一可将进刀电机的转轴上的机械位移量转换成脉冲宽度的增量式旋转编码器。

进一步的，所述判向电路为一可根据脉冲个数判断所述旋转编码器的正反向的电路。

进一步的，所述控制电路包括单片机以及与单片机连接的可编程芯片、存储器和所述可编程控制器。

进一步的，所述控制电路还包括与所述可编程芯片连接的键盘和第二显示电路。

进一步的，所述控制电路根据所述脉冲计算所述切管机进刀系统的进刀距离，并控制第二显示电路显示所述进刀距离。

进一步的，所述进刀系统的进程包括启动进程、快进进程、慢进进程、快退进程、前极限进程和后极限进程。

优选的，所述存储器为一电可擦写存储器。

进一步的，所述进刀系统包括一PLC控制台、一与所述PLC控制台连接的速度给定装置和一与所述速度给定装置连接的进刀传动装置。

本发明的全自动切管机电子凸轮控制器可及时准确地向全自动切管机的可编程控制器输出定点输出接点信号，以通知所述可编程控制器改变进刀系统的进程，不仅使切管机进给控制系统的控制精度大大提高，故障率降低，可靠性也大大提高了。符合市场上对自动化机械设备高速、高精度、高响应、柔性化的发展要求。

附图说明

图1为一实施例的全自动切管机电子凸轮控制器及全自动切管机的进刀系统的电路示意图。

图2为图1中电子凸轮控制器的电路原理图。

图3为图1中全自动切管机电子凸轮控制器自动循环切管的周期流程图。

图4为图1中电子凸轮控制器的光电输入电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明全自动切管机电子凸轮控制器作进一步详细描述。

如图1和图2所示，一较佳实施例中，本发明的全自动切管机电子凸轮控制器100用于对全自动切管机的进刀系统200进行控制。切管机是运用了行星式切割原理，使自转的刀片环绕管道进行切割的新型管道切割设备。切管机主要功能是完成不同规格管子的切割工作，并保证不发生弯曲变形等。而全自动切管机主要由主轴箱模块、进刀切削工具模块、夹钳装置模块及钳管装置模块等模块组成，所述主轴箱模块内部装有紧固的空心轴，空心轴上装有用来安放所述进刀切削工具模块的刀盘，空心轴在锥形滚珠轴承内旋转，通过直流电机用高性能传动装置加以传动。所述的进刀切削工具模块包括一刀盘和一刀具，刀盘旋转时，刀具在调整的移动范围内快速移向管子，刀具将和管子接触时，“快速推进”之原始位置。进刀切割过程中，第一阶段是原始静止的刀片接到信号开始向前快进，第二阶段是快进到接近管子时候开始慢进切割，最终切割结束后进行快退到第一阶段等待下一次切割。所述的夹钳装置模块装于手旋臂上，并可沿辊道方向进行水平移动，夹钳内装有三对液压缸，六只液压缸上装有可更换的夹爪，其用途为在切管机操作时，夹住管头，液压钳和液压油循环系统相接，用来加紧和松开管子，夹爪用来把带毛刺的管头夹出中心位置，切管操作完成后，夹钳通过液压缸水平移出安全盖。所述的钳管装置（亦称内夹紧装置）装于空心轴内，通过液压旋转传动装置操作，夹爪设计为V型，可满足所切管子规格。

图1中仅示出了切管机进刀系统200的结构图。其中，进刀系统200主要包括进刀传动装置、速度给定装置和PLC（Programmable Logic Controller；可编程逻辑控制器）控制台。进刀传动装置主要包括电机、主轴、刀盘传动控制机构和刀盘径向运动控制机构。电机通过刀盘转动控制机构驱动主轴与刀盘一起旋转。刀盘进刀电机通过刀盘径向运动控制机构控制刀盘及刀具进或退。速度给定装置用于向进刀传动装置输出速度控制信号，从而控制进刀传动装置的进程。可编程控制器用于根据电子凸轮控制器100输出的信号向速度给定装置输出控制信号，从而控制速度给定装置改变其输出。

全自动切管机的具体工作流程图可参考图3，其中速度给定装置输出的速度控制信号用于控制进刀传动装置在启动进程（包括切管机初始位置，自动第一周期，内夹钳加紧和外夹钳加紧）、快进进程（进刀快速向前）、慢进进程（进刀慢速向前）、快退进程（进刀快速向后）、前极限进程（包括外夹钳向前，内、外夹钳松开）和后极限进程（夹钳向后，钢管退出）之间切换。

继续参阅图1，本发明的全自动切管机电子凸轮控制器100主要包括与切管机进刀电机轴同步转动的编码器，其用于输出与进刀电机旋转速度对应的脉冲信号；一根据所述脉冲信号和电路中可编程控制器的控制信号输出定点输出接点信号，以通知所述可编程控制器改变进刀系统的进程的控制电路；一连接在所述编码器与所述控制电路之间的光电输入电路、一连接在所述控制电路与所述进刀系统之间的光电输出电路以及一与所述光电输出电路连接的第一显示电路。

编码器用于输出与进刀电机旋转速度对应的脉冲信号。本实施例中，编码器为一旋转光电编码器，其是一种通过光电转换将输出轴上的机械集合位移量转换成脉冲或数字量的传感器，由光栅盘和光电检测装置组成。该光栅盘上开通有若干个长方形孔，当电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。如图4所示的连接编码器的光电输入电路，其由判向电路和第一光电耦合电路组成，此光电输入电路当所述旋转光电编码器有脉冲输入时，通过判断输入的脉冲的个数就能判断是正转还是反转，具体为在编码器的判向电路中有D触发器D3和D4，当编码器有脉冲输入时，要不D3有脉冲输入，要不D4有脉冲输入，通过判D3，D4脉冲的个数就能判断是正转还是反转。该电路的发光二极管对应着操作台上的两个LED显示灯，通过LED显示灯的亮度就能反映了是正转还是反转。

如图2所示，在该优选的实施例中，所述控制电路包括单片机U2以及与单片机连接的可编程芯片U1、存储器U8和所述可编程控制器，还包括与所述可编程芯片连接的键盘U3和第二显示电路U4。

所述的单片机U2采用一单片机AT89C52，其连接着可编程芯片8297、可编程控制器、型号为AT24C02的存储器U8、光电输出电路U9和第一显示电路（图中未示出），其作为中央处理器对其连接的电路和元器件进行控制和处理，并连接有一由3-8译码器、4-16译码器和D锁存器组成的数据处理单元U5。其中第一显示电路为由12个发光二极管组成的12个LED显示灯，都是由单片机U2的I/O口输出一个低电平信号，再经过反相器变成高电平从而驱动这12个LED显示灯的，保证LED显示灯的显示效果。LED显示灯的显示功能为：6个灯分别为前极限快进、启动、快进、慢进、快退、后极限输出通道选通显示灯，有LED灯亮表示选通对应的通道；其余的：1个LED显示灯为凸轮启动、停止按键的显示灯，灯亮表示启动，灯灭表示停止；1个LED显示灯为复位键的显示灯；1个LED显示灯为手动、自动按键的LED显示灯，灯亮表示选通了自动方式，灯灭选通了手动方式；1个LED显示灯为进刀工作状态按键显示灯，灯亮表示准备工作状态（5点信号来开始工作），灯灭表示停止工作状态；还有2个LED显示灯分别为进刀电机正反转显示灯，LED显示灯亮表示电机对应的转向。

可编程芯片(8297)U1是一款专门用于控制和管理第二显示电路U4和键盘U3的可编程芯片，由一+5V电源供电，该第二显示电路U4具体为一显示器。使用可编程芯片8279与第二显示电路U4、键盘U3连接，不但可以节省单片机AT89C52的并行接口，而且节省用于键盘扫描、动态显示的时间，从而提高了单片机AT89C52的执行效率。可编程芯片8297的内部包括由键盘功能模块、显示功能模块、控制功能模块与CPU接口功能模块；其控制功能模块包括控制盒定时寄存器、控制器和扫描计数器三部分，主要用来控制键盘和显示功能块工作，键盘功能模块和显示功能模块分别通过三态8位缓冲器U6和U7与外设的键盘U3和第二显示电路U4连接，其中键盘功能模块包括返回缓冲器，键盘反跳控制器和8x8FIF0（First Input First Output；快进快出）传感器RAM。 

所述控制电路的存储器U8为一电可擦写存储器，该系统掉电后可将之前输入的数据到AT24C52型号的电可擦写存储器中。

该系统工作时，首先将所述的旋转光电编码器连接于进刀传动装置上，并安装在进刀电机带动的同速转动的测速电机的转轴上，进行测定刀具的实际位置。此进刀传动装置连接有PLC（Programmable Logic Controller；可编程逻辑控制器）控制台，工程人员可在此PLC（Programmable Logic Controller；可编程逻辑控制器）控制台上通过定位编程，然后通过控制速度给定装置向可编程控制器控制的进刀传动装置发出控制信号，控制进刀电机的转速，使刀具按设定的加工工艺要求进行运作。具体的，单片机根据接收到的脉冲信号计算刀具的进刀距离，测定刀具的实际位置，并通过第二显示电路实时显示，也就是说不用通过人工换算得出脉冲个数与刀具距离。可编程控制器根据测定刀具的实际位置把启动、快进、慢进、快退、前极限、后极限信号（利用定点输出接点信号）反馈给可编程控制器控制的进刀系统，让可编程控制台对进刀电机进行开关控制，其中的快进和慢进的进刀距离是随着管子大小变化而变化的，实现了全自动高效切管机进给系统的控制过程。

本控制器根据机械凸轮原理设计采用了单片机为核心的微控制器和光电编码器组合使用，对脉冲编码输入进行数据采集及处理，与 可编程控制器 连接使用，从而完成对自动生产中的高效的控制过程。本控制器的显示电路可以显示刀具的进刀距离，有较好人性化的显示设计。本控制器对所控制的快进和慢进的进刀距离是随着管子大小变化而变化的，对不同规格的管子采用不同的进刀量来执行，使它达到高效、快速、稳定的效果，另一方面，此微控制器具有程序存储功能，当电源掉电的时候不会丢失程序。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (7)

1.全自动切管机电子凸轮微控制器，其特征在于，包括：

与切管机进刀电机轴同步转动的编码器，其用于输出与进刀电机旋转速度对应的脉冲信号；

控制电路，其根据所述脉冲信号和电路中可编程控制器的控制信号输出定点输出接点信号，以改变进刀系统的进程；

连接在所述编码器与所述控制电路之间的光电输入电路；

连接在所述控制电路与所述进刀系统之间的光电输出电路；以及

与所述光电输出电路连接的第一显示电路，其中第一显示电路为由12个发光二极管组成的12个LED显示灯，LED显示灯的显示功能为：6个灯分别为前极限快进、启动、快进、慢进、快退、后极限输出通道选通显示灯，有LED灯亮表示选通对应的通道；其余的：1个LED显示灯为凸轮启动、停止按键的显示灯，灯亮表示启动，灯灭表示停止；1个LED显示灯为复位键的显示灯；1个LED显示灯为手动、自动按键的LED显示灯，灯亮表示选通了自动方式，灯灭表示选通了手动方式；1个LED显示灯为进刀工作状态按键显示灯，灯亮表示准备工作状态，灯灭表示停止工作状态；还有2个LED显示灯分别为进刀电机正反转显示灯，LED显示灯亮表示电机对应的转向；

所述控制电路包括单片机以及与单片机连接的可编程芯片、存储器和所述可编程控制器，所述控制电路还包括与所述可编程芯片连接的键盘和第二显示电路，第二显示电路为一显示器；

所述控制电路根据所述脉冲计算所述切管机进刀系统的进刀距离，并控制第二显示电路显示所述进刀距离。

2.根据权利要求1所述的全自动切管机电子凸轮微控制器，其特征在于，所述光电输入电路包括一光电耦合器和判向电路。

3.根据权利要求1所述的全自动切管机电子凸轮微控制器，其特征在于，所述编码器为一能够将进刀电机的转轴上的机械位移量转换成脉冲宽度的增量式旋转编码器。

4.根据权利要求3所述的全自动切管机电子凸轮微控制器，其特征在于，所述判向电路为一能够根据脉冲个数判断所述旋转编码器的正反向的电路。

5.根据权利要求1所述的全自动切管机电子凸轮微控制器，其特征在于，所述进刀系统的进程包括启动进程、快进进程、慢进进程、快退进程、前极限进程和后极限进程。

6.根据权利要求5所述的全自动切管机电子凸轮微控制器，其特征在于，所述存储器为一电可擦写存储器。

7.根据权利要求5所述的全自动切管机电子凸轮微控制器，其特征在于，所述进刀系统包括一PLC控制台、一与所述PLC控制台连接的速度给定装置和一与所述速度给定装置连接的进刀传动装置。