CN104242783B - 一种石材切割电机变频控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石材切割电机变频控制方法，包括如下步骤：(1)控制器实时提取切割主轴电机的电流和电压信息；(2)控制器根据主轴电机的实时电流和电压计算出主轴电机的实时有功功率，并与主轴电机的额定电压作对比对比后作相应处理，控制器输出信号控制主轴电机的工作状态或进给电机增加进给量。使用本发明的控制方法能够使石材切割操作更智能、更节能。本发明还公开了一种石材切割电机变频控制装置，包括门形机座、主轴电机、锯片和电源，其中，还包括控制器、进给电机、主轴电机检测装置、强电变频电路装置和主轴变频装置。该控制装置具有切割精准、工作效率高、成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频控制方法，更具体地说，尤其涉及一种石材切割电机变频控制方法；本发明还涉及一种石材切割电机变频控制装置。
背景技术
随着建筑业的迅速发展，人们对石材的需要量越来越大，石材加工行业表现出巨大的市场前景，而在石材加工中最重要的便是工艺和设备两个方面。传统的石材切割机一般是利用手工上料，通过人工推动石材进出来控制切割机锯片的切割深度，这样不能探测出主轴电机的实时力矩，如果进给速度过快，锯片很容易卡死在石材内，一旦锯片卡死在石材内，主轴电机将停止工作，所有功耗将转化成热能在电机绕组中。很容易烧毁电机甚至会造成电网的生产事故。如果进给速度过慢，则降低了切割速度，电机实际使用功率小，能耗低。因此，如何使石材切割机能够更精准、效率更高的切割石材，使石材切割机不发生卡死现象成为了局待解决的问题。
发明内容
本发明的前一目的在于提供一种石材切割电机变频控制装置的控制方法，使用这种控制方法能够使石材切割操作更智能、更节能。
本发明的另一目的在于提供一种石材切割电机变频控制装置，该控制装置使石材切割机具有切割精准、工作效率高、成本低的特点。
本发明的前一技术方案如下：
一种石材切割电机变频控制方法，包括如下步骤：
(a)控制器实时提取切割主轴电机的电流和电压信息；
(b)控制器根据主轴电机的实时电流和电压计算出主轴电机的实时有功功率，当主轴电机的实时有功功率大于主轴电机的额定功率的定值时，控制器输出信号停止主轴电机工作；当主轴电机的实时有功功率没有超过设定值时，控制器输出信号控制进给电机增加进给量。
优选的，步骤(b)前，还有步骤(b0)控制器实时提取进给电机的电流和电压信息。
优选的，步骤(b)后，还包括：
步骤(d)用户设定好升降电机的切割深度，控制器根据设定的升降电机的切割深度数据信息计算出升降电机的移动距离，并输出信号控制升降电机的电压以及输出时间；
步骤(e)控制器根据主轴电机实时有功功率计算其转动速度以及主轴电机的电压、电流，并输出信号控制主轴电机的电压、电流。
本发明的后一技术方案如下：
一种石材切割电机变频控制装置，包括门形机座、主轴电机、锯片和电源，所述电源与主轴电机电路连接，所述主轴电机位于门形机座上，所述主轴电机的动力臂与锯片连接并带动锯片转动，其中，还包括控制器、进给电机、主轴电机检测装置、强电变频电路装置和主轴变频装置，所述电源通过主轴变频装置与主轴电机电路连接，所述进给电机的动力臂与锯片连接并带动锯片左右移动，所述电源分别与控制器、主轴电机检测装置和强电变频电路装置电路连接，所述主轴电机检测装置与主轴变频装置电路连接，所述强电变频电路装置与进给电机电路连接，以及，所述主轴电机检测装置的信号输出端连接控制器的信号输入端，所述控制器的信号输出端分别连接强电变频电路装置和主轴变频装置的信号输入端。
优选的，还包括升降电机，所述升降电机的动力臂与锯片连接并带动锯片上下移动，升降电机与强电变频电路装置电路连接。
优选的，所述强电变频电路装置包括电磁兼容模块、整流电路模块、储能电容模块和逆变电路模块，所述电磁兼容模块通过整流电路模块与储能电容模块电路连接，所述逆变电路模块电路连接储能电容模块。
优选的，所述逆变电路模块包括第一逆变电路模块和第二逆变电路模块，所述第一逆变电路模块与进给电机电路连接，所述第二逆变电路模块与升级电机电路连接。
优选的，所述控制器包括人机界面模块、数据接收模块、数据处理模块和驱动电路模块，所述人机界面模块的信号输出端与数据接收模块的信号输入端连接，所述数据接收模块的信号输出端与数据处理模块的信号输入端连接，所述数据处理模块的信号输出端分别与人机界面模块、驱动电路模块以及主轴变频装置的信号输入端连接。
优选的，所述驱动电路模块包括第一驱动电路模块和第二驱动电路模块，所述第一驱动电路模块的信号输出端与第一逆变电路模块的信号输入端，所述第二驱动电路模块的信号输出端与第二逆变电路模块的信号输入端。
优选的，还包括电流检测装置、转速检测装置和强电电压检测装置，所述电流检测装置、转速检测装置、强电电压检测装置和主轴电机检测装置分别与电源电路连接，所述电流检测装置分别与第一逆变电路模块和第二逆变电路模块电路连接，所述转速检测装置分别与进给电机和升降电机电路连接，所述强电电压检测装置与强电变频电路装置电路连接，电流检测装置、转速检测装置和强电电压检测装置的信号输出端均连接控制器的信号输入端。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.本发明的一种石材切割电机变频控制方法，通过实时提取切割主轴电机的电流和电压信息并将信息发送至控制器，控制器根据提取的相关数据计算出主轴电机的实时有功功率，并与主轴电机的额定电压作对比后作相应处理，控制器输出信号控制主轴电机的工作状态或进给电机增加进给量，整个切割过程由控制器实现控制，操作更智能。控制器还根据主轴电机的实时监测数据分析后调整好主轴电机的转速，在保证主轴电机安全的情况下提高了切割速度，使切割的效能更高更节能。
2.本发明的一种石材切割电机变频控制装置，通过利用主轴电机检测装置来检测主轴电机的实时电压和电流，控制器将检测到的各数据信息进行分析，判断是否需要调整进给电机的进给速度，本发明的控制装置还包括电流检测装置和转速检测装置，利用这些装置来检测进给电机的实时电流和转速，控制器将检测到的各数据信息进行分析，判断进给电机的进给距离是否需要增加，并控制进给电机执行操作，这种控制装置在整个切割过程中，根据主轴电机的工作情况来实时调整切割的进给距离，使切割更加精准；整个控制过程由控制器完成，时间更紧凑，工作效率更高。本发明的控制装置还包括升降电机，切割前用户先设定好切割的深度，控制器控制升降电机移动实现切割深度控制，进给电机和升降电机共用一套电磁兼容模块、整流电路模块和电源，成本更低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的信号控制示意图；
图3是本发明的强电变频电路装置与控制器的信号示意图；
图4是本发明的控制器与驱动电路模块的信号示意图；
图5是本发明的实施例的信号示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
本发明的一种石材切割电机变频控制方法，包括如下步骤：
(a)在切割过程中，控制器实时提取切割主轴电机的电流和电压信息。
(b0)控制器实时提取进给电机的电流和电压信息。
(b)控制器根据主轴电机的实时电流和电压计算出主轴电机的实时有功功率，当主轴电机的实时有功功率大于主轴电机的额定功率的定值时，控制器输出信号停止主轴电机工作，这样能够保护主轴电机避免电机和锯片的损坏；当主轴电机的实时有功功率没有超过设定值时，控制器输出信号控制进给电机增加进给量。整个切割过程由控制器实现控制，操作更智能；控制器根据主轴电机的实时监测数据分析后定量的增加进给量，使得切割速度又快又好，效能更高。
d)用户设定好升降电机的切割深度，控制器根据设定的升降电机的切割深度数据信息计算出升降电机的移动距离，并输出信号控制升降电机的电压以及输出时间，使切割的深度更加精准。
(e)控制器根据主轴电机实时有功功率计算其转动速度以及主轴电机的电压、电流，并输出信号控制主轴电机的电压、电流，这样，根据切割的实际情况调整好切割的力度大小，在保证主轴电机安全的情况下提高了切割速度，使切割的效能更高更节能。
参阅图1、2所示，本发明的一种石材切割电机变频控制装置，包括门形机座1、主轴电机2、锯片3和电源4，所述电源与主轴电机2电路连接，所述主轴电机2位于门形机座1上，所述主轴电机2的动力臂与锯片3连接并带动锯片3转动，其中，还包括控制器5、进给电机6、主轴电机检测装置13、强电变频电路装置7和主轴变频装置8，所述电源4通过主轴变频装置8与主轴电机2电路连接，所述进给电机6的动力臂与锯片3连接并带动锯片左右移动，所述电源4分别与控制器5、主轴电机检测装置13和强电变频电路装置7电路连接，所述主轴电机检测装置13与主轴变频装置8电路连接，所述强电变频电路装置7与进给电机6电路连接，以及，所述主轴电机检测装置13的信号输出端连接控制器5的信号输入端，所述控制器5的信号输出端分别连接强电变频电路装置7和主轴变频装置8的信号输入端。其中，主轴电机2控制锯片3转动速度；进给电机6控制锯片3的左右移动距离；强电变频电路装置7根据改变对进给电机6的输出电压控制进给电机6的进给距离；主轴变频装置8通过改变对主轴电机2的输出电压和电流来控制主轴电机2转动速度；主轴电机检测装置13可以检测主轴电机2的实时转速、电压和电流数据信息，并将数据信息发送至控制器5；控制器5通过获得的数据信息分析并发送控制至强电变频电路装置7和主轴变频装置8，从而控制强电变频电路装置7的输出电压以及主轴变频装置8的输出电压和电流；电源4为控制器5、强电变频电路装置7和主轴变频装置8供电。
本发明的控制装置还包括升降电机9，所述升降电机9的动力臂与锯片3连接并带动锯片3上下移动，升降电机9与强电变频电路装置7电路连接。其中，升降电机9控制锯片3的上下移动距离，强电变频电路装置7根据改变升降电机9的输出电压控制升降电机9的移动距离。
本发明的控制装置还包括电流检测装置10、转速检测装置11和强电电压检测装置12，所述电流检测装置10、转速检测装置11和强电电压检测装置12分别与电源4电路连接，所述电流检测装置10分别与第一逆变电路模块741和第二逆变电路模块742电路连接，所述转速检测装置11分别与进给电机6和升降电机9电路连接，所述强电电压检测装置12与强电变频电路装置7电路连接，电流检测装置10、转速检测装置11和强电电压检测装置12的信号输出端均连接控制器5的信号输入端。电流检测装置10和转速检测装置11用于实时检测进给电机6和升降电机9的电流和转速，强电电压检测装置12用于实时检测经过强电变频电路装置7的电压转换后的电压，电流检测装置10、转速检测装置11和强电电压检测装置12分别将实时检测到的数据信号传送至控制器5。
在切割过程中，主轴电机检测装置13实时提取主轴电机2的电流和电压信息并将信息发送至控制器5中，电流检测装置10、转速检测装置11实时提取进给电机6的电流和电压信息并发送至控制器5，强电电压检测装置12实时提取强电变频电路装置7将交流电变直流电后的电压信息并发送至控制器5。
控制器5根据主轴电机2的实时电流和电压计算出主轴电机2的实时有功功率，当主轴电机2的实时有功功率大于主轴电机2的额定功率的定值时，一般是出现了锯片3卡死情况，控制器5马上输出控制信号至弱电电路装置8控制关闭主轴电机2，这样能够保护主轴电机2避免主轴电机2和锯片3的损坏。当主轴电机2的实时有功功率没有超过主轴电机的额定功率的定值时，主轴电机2的实时有功功率经过控制器5计算出进给电机的给进速度，如果有功功率信号太大则减小给进速度，如果有功功率信号太小则增加给进速度，控制器5输出控制信号至强电变频电路装置7控制给进电机6增加或减少进给速度。整个切割过程由控制器实现控制，操作更智能；控制器根据主轴电机的实时监测数据分析后定量的增加进给量，使得切割速度又快又好，效能更高。
在切割前，用户先设定好升降电机9的切割深度，控制器5根据设定的升降电机9的切割深度数据信息计算出升降电机9的移动距离，控制器5输出控制信号至强电变频电路装置7控制升降电机9是否增加切割深度，使切割的深度控制得更加精准。
控制器5根据主轴电机2实时有功功率计算其转动速度以及主轴电机2的电压、电流，控制器5输出控制信号至主轴变频装置8控制主轴电机2的切割力度，这样，根据切割的实际情况调整好切割的力度大小，在保证主轴电机安全的情况下提高了切割速度，使切割的效能更高更节能。
参阅图3所示，所述强电变频电路装置7包括电磁兼容模块71、整流电路模块72、储能电容模块73和逆变电路模块74，所述电磁兼容模块71通过整流电路模块72与储能电容模块73电路连接，所述逆变电路模块74电路连接储能电容模块73。电源4提供的是3相的380V的交流电压，经过电磁兼容模块71、整流电路模块72和储能电容模块73后得到大约570V的母线直流电压，母线直流电压再经过逆变电路模块74后，就能够得到新的3相变频变压交电压。
所述逆变电路模块74包括第一逆变电路模块741和第二逆变电路模块742，所述第一逆变电路模块741与进给电机6电路连接，所述第二逆变电路模块742与升级电机9电路连接。第一逆变电路模块741和第二逆变电路模块742分别为进给电机6和升级电机9提供3相变频变压交流电。
参阅图4所示，所述控制器5包括人机界面模块51、数据接收模块52、数据处理模块53和驱动电路模块54，所述人机界面模块51的信号输出端与数据接收模块52的信号输入端连接，所述数据接收模块52的信号输出端与数据处理模块53的信号输入端连接，所述数据处理模块53的信号输出端分别与人机界面模块51、驱动电路模块54以及主轴变频装置8的信号输入端连接。用户可以通过人机界面模块51设置一些参数，如切割的深度，主轴电机2、进给电机6和升降电机9的额定功率或电流等等。人机界面模块51接收到数据信息后将信息发送至数据接收模块52，数据接收模块52能够接收来自人机界面模块51、电流检测装置10、转速检测装置11、强电电压检测装置12和主轴电机检测装置13数据信号，数据接收模块52将接收到的各数据信号发送至数据处理模块53存储或分析，分析完成后将处理结果信号发送至驱动电路模块54或人机界面模块51。
所述驱动电路模块54包括第一驱动电路模块541和第二驱动电路模块542，所述第一驱动电路模块541的信号输出端与第一逆变电路模块741的信号输入端，所述第二驱动电路模块542的信号输出端与第二逆变电路模块742的信号输入端。第一驱动电路模块541的信号输出对应控制第一逆变电路模块741，为进给电机6的提供相应的3相变频变压电压交流电，第二驱动电路模块542的信号输出对应控制第二逆变电路模块742，为升降电机9的提供相应的3相变频变压电压交流电。
本发明的控制装置中进给电机6和升降电机9共用一套电磁兼容模块71、整流电路模块72和电源4，成本更低。
实施例
参阅图5所述，本实施例与实施方案的功能和作用基本相同，不同处是在本实施例中，本实施例的数据接收模块52、数据处理模块53组合成CPU模块14，CPU模块14采用STMicroelectronics公司生产的STM32F103ZET6芯片，CPU模块14的电源由REG1117-3.3低压稳压器供给3.3V直流电压。其中，CPU模块14的43、46、47、98、97、96、42引脚分别连接到控制升降电机9的第二驱动电路模块542的U相IGBT反向输入端、V相IGBT反向输入端、W相IGBT反向输入端、W相IGBT正向输入端、V相IGBT正向输入端、U相IGBT正向输入端和IGBT异常输出端；CPU模块14的59、60、63、64、65、66、68引脚分别连接到控制进给电机6的第一驱动电路模块541的U相IGBT反向输入端、U相IGBT正向输入端、V相IGBT反向输入端、V相IGBT正向输入端、W相IGBT反向输入端、W相IGBT正向输入端和IGBT异常输出端；CPU模块14的34、35、36引脚分边连接到主轴电机检测装置13转速输出端、转速检测装置11输出升降电机9转速端、转速检测装置11输出进给电机6转速端。控制器5的26、27、28、29、44引脚分边连接到主轴电机检测装置13电流输出端、主轴电机检测装置13电压输出端、电流检测装置10输出升降电机9电流端、电流检测装置10输出进给电机6电流端和强电电压检测装置12输出端。CPU模块14的101、102引脚连接到人机界面模块51。控制器5的114、115、116、117、118引脚分别连接到对应的接触器控制电路，用于独立控制外部接触器，如主轴变频装置8等。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、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)
1.一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)控制器实时提取切割主轴电机的电流和电压信息；
(b)控制器根据主轴电机的实时电流和电压计算出主轴电机的实时有功功率，当主轴电机的实时有功功率大于主轴电机的额定功率的定值时，控制器输出信号停止主轴电机工作；当主轴电机的实时有功功率没有超过设定值时，控制器输出信号控制进给电机增加进给量；
实现所述的一种石材切割电机变频控制方法采用如下的控制装置，所述的控制装置包括门形机座(1)、主轴电机(2)、锯片(3)和电源(4)，所述电源与主轴电机(2)电路连接，所述主轴电机(2)位于门形机座(1)上，所述主轴电机(2)的动力臂与锯片(3)连接并带动锯片(3)转动，还包括控制器(5)、进给电机(6)、主轴电机检测装置(13)、强电变频电路装置(7)和主轴变频装置(8)，所述电源(4)通过主轴变频装置(8)与主轴电机(2)电路连接，所述进给电机(6)的动力臂与锯片(3)连接并带动锯片左右移动，所述电源(4)分别与控制器(5)、主轴电机检测装置(13)和强电变频电路装置(7)电路连接，所述主轴电机检测装置(13)与主轴变频装置(8)电路连接，所述强电变频电路装置(7)与进给电机(6)电路连接，以及，所述主轴电机检测装置(13)的信号输出端连接控制器(5)的信号输入端，所述控制器(5)的信号输出端分别连接强电变频电路装置(7)和主轴变频装置(8)的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，步骤(b)前，还有步骤(b0)控制器实时提取进给电机的电流和电压信息。
3.根据权利要求1所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，步骤(b)后，还包括：
步骤(d)用户设定好升降电机的切割深度，控制器根据设定的升降电机的切割深度数据信息计算出升降电机的移动距离，并输出信号控制升降电机的电压以及输出时间；
步骤(e)控制器根据主轴电机实时有功功率计算其转动速度以及主轴电机的电压、电流，并输出信号控制主轴电机的电压、电流。
4.根据权利要求1所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，所述的控制装置还包括升降电机(9)，所述升降电机(9)的动力臂与锯片(3)连接并带动锯片(3)上下移动，升降电机(9)与强电变频电路装置(7)电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，所述强电变频电路装置(7)包括电磁兼容模块(71)、整流电路模块(72)、储能电容模块(73)和逆变电路模块(74)，所述电磁兼容模块(71)通过整流电路模块(72)与储能电容模块(73)电路连接，所述逆变电路模块(74)电路连接储能电容模块(73)。
6.根据权利要求5所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，所述逆变电路模块(74)包括第一逆变电路模块(741)和第二逆变电路模块(742)，所述第一逆变电路模块(741)与进给电机(6)电路连接，所述第二逆变电路模块(742)与升级电机(9)电路连接。
7.根据权利要求1所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，所述控制器(5)包括人机界面模块(51)、数据接收模块(52)、数据处理模块(53)和驱动电路模块(54)，所述人机界面模块(51)的信号输出端与数据接收模块(52)的信号输入端连接，所述数据接收模块(52)的信号输出端与数据处理模块(53)的信号输入端连接，所述数据处理模块(53)的信号输出端分别与人机界面模块(51)、驱动电路模块(54)以及主轴变频装置(8)的信号输入端连接。
8.根据权利要求7所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，所述驱动电路模块(54)包括第一驱动电路模块(541)和第二驱动电路模块(542)，所述第一驱动电路模块(541)的信号输出端与第一逆变电路模块(741)的信号输入端，所述第二驱动电路模块(542)的信号输出端与第二逆变电路模块(742)的信号输入端。
9.根据权利要求7所述的一种石材切割电机变频控制方法，其特征在于，还包括电流检测装置(10)、转速检测装置(11)和强电电压检测装置(12)，所述电流检测装置(10)、转速检测装置(11)和强电电压检测装置(12)分别与电源(4)电路连接，所述电流检测装置(10)分别与第一逆变电路模块(741)和第二逆变电路模块(742)电路连接，所述转速检测装置(11)分别与进给电机(6)和升降电机(9)电路连接，所述强电电压检测装置(12)与强电变频电路装置(7)电路连接，电流检测装置(10)、转速检测装置(11)和强电电压检测装置(12)的信号输出端均连接控制器(5)的信号输入端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |