CN105619620B - 一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置及其控制方法，其中多个支柱(5)与横梁(9)构成框架，圆盘锯片(13)可旋转地固定在主轴(11)下端部，主轴(11)上端部可横向滑动地连接在横梁(9)上，主机电机(6)连接圆盘锯片(13)用于驱动圆盘锯片(13)旋转，行走电机(8)与主轴(11)连接，并可驱动主轴(11)沿横梁(9)横向运动，升降电机(7)与主轴(11)连接，并可驱动主轴上下运动，所述轨道(3)设置在所述框架下方，所述推车(4)设置在轨道(3)上并与定尺电机(2)连接，定尺电机(2)通过丝杠驱动所述推车(4)沿轨道(3)运动。

Description

一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动控制装置，尤其是一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置。

背景技术

随着社会的发展和进步，各种规格的石材广泛应用于现代工业生产和日常生活之中。圆盘锯是用于石材加工的主要设备之一。：

早期的圆盘锯是由工人手动操控，每台锯需要2-3名工人轮班倒换。操作人员通过操作升降电机将锯片定位到适当位置，再操作水平方向行走电机，根据带动锯片旋转切割的主机电流的大小调整行走速度；切割到头，下降一定的深度，反方向切割；循环往复，直至达到要求的深度。完成一次切割，操作人员手动移动石材，进行下一片石材的切割。整个过程由操作人员纯手动操作，每台锯至少需要安排两名操作人员，效率低下，人工成本较高；同时由于操作人员疲劳或者误操作，废品率很高。

另有一种半自动控制的圆盘锯，根据主机电流实现每片石材的自动切割，仅需要手动移动石材。这种情况下，每台锯平均只需一名操作人员，提高了效率，节省了人工；但是由于石材的移动仍然是手动实现，对操作人员的责任心和敬业心要求较高，废品率仍然居高不下。仅仅为半自动，切割完一片石材，需要人工手动移动推车一定的距离(切割石材的厚度)。这种情况下，每台锯需要安排两个工人轮班，效率低下。这种设备存在以下缺点：保护功能不完善。例如切割石材需要浇淋冷却水，此时水中混有大量石粉，极易导致监测供水状态的开关失效，造成锯片过热损害。现有控制设备需要人工配合，由于人员对设备的使用熟练程度不同，控制过程受人员状态影响明显，设备工作故障率高。每台锯通常安排两个工人轮班，长时间重复工作且工作环境噪声大、有粉尘污染，容易导致工人疲劳，从而引起过高的废品率；甚至出现工人由于疲劳导致人身意外伤害。对要加工石材的形状有一定的要求，通常需要对石材进行加工前的人工处理修整。

因此，实现圆盘锯的全自动控制有着重要的意义。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提供一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置。具体技术方案如下：

一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置，包括定尺电机，轨道，推车，多个支柱，主机电机，升降电机，行走电机，横梁，横轴，主轴，圆盘锯片，其特征在于所述多个支柱与横梁构成框架，圆盘锯片可旋转地固定在主轴下端部，主轴上端部可横向滑动地连接在横梁上，主机电机连接圆盘锯片用于驱动圆盘锯片旋转，行走电机与主轴连接，并可驱动主轴沿横梁横向运动，升降电机与主轴连接，并可驱动主轴上下运动，所述轨道设置在所述框架下方，所述推车设置在轨道上并与定尺电机连接，定尺电机通过丝杠驱动所述推车沿轨道运动。

进一步地，还包括水管，所述水管一端固定在主轴下端部，另一端与水泵连接。

进一步地，所述横轴设置在所述横梁上，所述升降电机和行走电机固定在所述横轴上。

进一步地，还包括操作面板，所述操作面板与用于控制所述主机电6，升降电机7，行走电机和定尺电机连接的控制器电连接。

进一步地，所述定尺电机和行走电机共用一台变频器。

进一步地，所述控制器为PLC控制器。

进一步地，所述控制器为单片机控制器。

一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：设定圆盘锯片的总切割深度、切割页数、行走距离值、切割页数值和单次下降深度，将石材通过所述轨道和推车送至指定位置，启动水泵，判断是否存在水管水压，如存在，则启动所述主机电机；

步骤二：按照单次下降深度下降圆盘锯片，判断所述圆盘锯片是否到达总切割深度，如果未达到总切割深度，则执行步骤三，如果已达到总切割深度，则执行步骤四；

步骤三：启动行走电机，起始三刀按照设定行走距离向左行走，行走距离达到设定行走距离值或主机电机电流达到预定值并保持预定时间，则停止行走电机，按照设定的单次下降深度下降圆盘锯片，执行步骤五；

步骤四：行走电机按设定行走距离向左行走，到位后移动圆盘锯片到初始位置，判断切割页数是否已达到设定的切割页数值，如果已达到设定值，则工作完成停机，如果未达到设定值，则启动定尺电机，将石材移动需切割厚度，切割页数加1，返回执行步骤二；

步骤五：判断是否达到总切割深度，如未达到总切割深度，则启动行走电机，起始三刀按设定行走距离向右行走，当行走距离达到设定行走距离或主机电机电流达到预定值并保持预定时间，停止行走电机，返回执行步骤二，如已经达到总切割深度，则执行步骤六；

步骤六：启动行走电机8按设定行走距离向右行走，到位后移动圆盘锯片到初始位置，判断切割页数是否已达到设定的切割页数值，如果已达到设定值，则工作完成停机，如果未达到设定值，则启动定尺电机，将石材移动需切割厚度，切割页数加1，返回执行步骤二。

本发明技术方案具有以下优点：

(1)增加了丝杠等相关装置进行前后移动，用于自动切换下片石材的切割；

(2)改制了一款适用于粘稠场合的供水监测的传感器，有效地实现了在恶劣环境下喷水的监测；

(3)对控制程序进行优化，实现主机电流的PID控制，提高了效率减少了故障；

(4)在电机轴上安装传感器(编码器)，利用PLC的高速计数功能计算进给的距离；

(5)增加了上位显示面板，在面板中输入石材尺寸，主机电流，要切割的石板厚度及大概切割页数等相关参数，则系统可以按照设置自动工作；这样平均每两台锯只需要一个工人即可，降低了成本，提高了效率；

(6)利用主机电流的检测和行走距离的计算，加上程序处理，能够对任意形状的石材进行切割，而无需事先的人工修整，极大地提高了加工效率；

(7)全自动控制圆盘锯加工好的石材比半自动控制的更平整，质量更好。

附图说明

其他的特征、优点和细节仅作为示例出现在以下对实施例的详细说明中，详细说明参照附图给出，其中：

图1为本发明的用于石材切割的圆盘锯自动控制装置圆盘锯的结构示意图；

图2为本发明的用于石材切割的圆盘锯自动控制装置圆盘锯的控制系统示意图；

图3为本发明的用于石材切割的圆盘锯自动控制装置圆盘锯的控制流程图；

附图标记：1-石材，2-定尺电机，3-轨道，4-推车，5-支柱，6-主机电机，7-升降电机，8-行走电机，9-横梁，10-横轴，11-主轴，12-水管，13-圆盘锯片，14-操作面板，15-控制器，16-模拟量输入：主机电流，17-其它输入输出信号，18-进给行走变频器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置做更加具体的描述。

实施例

如图1所示，一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置，包括定尺电机2，轨道3，推车4，多个支柱5，主机电机6，升降电机7，行走电机8，横梁9，横轴10，主轴11，圆盘锯片13，其特征在于所述多个支柱5与横梁9构成框架，圆盘锯片13可旋转地固定在主轴11下端部，主轴11上端部可横向滑动地连接在横梁9上，主机电机6连接圆盘锯片13用于驱动圆盘锯片13旋转，行走电机8与主轴11连接，并可驱动主轴11沿横梁9横向运动，升降电机7与主轴11连接，并可驱动主轴上下运动，所述轨道3设置在所述框架下方，所述推车4设置在轨道3上并与定尺电机2连接，定尺电机2通过丝杠驱动所述推车4沿轨道3运动。还包括水管12，所述水管一端固定在主轴11下端部，另一端与水泵连接。所述横轴10设置在所述横梁9上，所述升降电机7和行走电机8固定在所述横轴10上。还包括操作面板14，所述操作面板14与用于控制所述主机电机6，升降电机7，行走电机8和定尺电机2连接的控制器15电连接。

图1所示为圆盘锯的结构及工作示意图。根据石材尺寸，圆盘锯初始位置位于图中“*”号处，即整个工作区域的右上方；人工用吊车将待加工石材放到推车基座上，手动将待切割石材经轨道送入工作位置；启动水泵由水管向圆盘锯片喷水以在切割时对锯片进行降温，启动主机电机使圆盘锯旋转；升降电机控制整个锯片下降一定的深度；由变频器驱动的左右行走电机控制圆盘锯片先向左进行切割行走至石材边缘，这称为“一刀”；当到达石材边缘时，升降电机控制锯片再下降一定距离，再向右切割行走；周而复始，直至完成当前页的切割要求。当前页设定的切割深度完成后，升降电机将锯片升至初始位置：定尺电机启动，通过丝杠带动推车前移设定的距离后停止，定尺电机移动的距离即为加工后石材的厚度；重复上述的一页石材的切割过程。

本发明的用于石材切割的圆盘锯自动控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：设定圆盘锯片13的总切割深度、切割页数、行走距离值、切割页数值和单次下降深度，将石材通过所述轨道和推车送至指定位置，启动水泵，判断水泵压力是否存在水管水压，如存在，则启动所述主机电机6；

步骤二：按照单次下降深度下降圆盘锯片13，判断所述圆盘锯片13是否到达总切割深度，如果未达到总切割深度，则执行步骤三，如果已达到总切割深度，则执行步骤四；

步骤三：启动行走电机8，起始三刀按照设定行走距离向左行走，行走距离达到设定行走距离值或主机电机电流达到预定值并保持预定时间，则停止行走电机8，按照设定的单次下降深度下降圆盘锯片13，执行步骤五；

步骤四：行走电机8按设定行走距离向左行走，到位后移动圆盘锯片13到初始位置，判断切割页数是否已达到设定的切割页数值，如果已达到设定值，则工作完成停机，如果未达到设定值，则启动定尺电机2，将石材移动需切割厚度，切割页数加1，返回执行步骤二；

步骤五：判断是否达到总切割深度，如未达到总切割深度，则启动行走电机8，起始三刀按设定行走距离向右行走，当行走距离达到设定行走距离或主机电机电流达到预定值并保持预定时间，停止行走电机8，返回执行步骤二，如已经达到总切割深度，则执行步骤六；

步骤六：启动行走电机8按设定行走距离向右行走，到位后移动圆盘锯片13到初始位置，判断切割页数是否已达到设定的切割页数值，如果已达到设定值，则工作完成停机，如果未达到设定值，则启动定尺电机2，将石材移动需切割厚度，切割页数加1，返回执行步骤二。

为了保证加工的石材质量，圆盘锯切割时锯路要直，避免切割过程中的跑偏，切割开始几刀要下的少、跑得慢，下降距离等这些参数与待加工石材的材质有关，通常正常下降距离为4-5厘米，而头三刀的下降距离要小一些，例如：第一刀只切割1厘米，考虑到圆盘锯片离石头的距离，假设为2厘米的话，则第一刀下降3厘米；第二刀下降2厘米，第三刀下降3厘米等，该数据实际需要根据石材材质调整。操作面板14与控制器PLC15通过串口通信，在面板上可以设置相关的参数，即输入各种数据，发送给PLC，由PLC进行运算处理控制各个电机的动作；同时面板上也会显示PLC运行的一些参数，供操作者监视观察。

所述装置具有手动控制模式和自动控制模式，手动模式下由操作台手动进行控制；在自动模式下，水泵不开不能切割石材，存在任何故障都不能工作；在自动模式下，切割的起始三刀和最后一刀需要按照预先设定的石材宽度水平方向行走来切割，其他刀切割时自动控制圆盘锯片的运动，并根据主机电机电流下降到预定值且保持一定时间判断已经切割离开了石材。切割完最后一刀后升降电动机控制圆盘锯升至初始位置，圆盘锯升到位后，定尺电机移动石材前向移动，移动距离为切割后石材的厚度，移动到位后，圆盘锯重复上述过程。

每次切割中，从第四刀开始，根据设置的主机电流进行PID运算，调整行走速度。周而复始，直至完成当前页的切割要求。将在面板上已经设置的主机电流，作为PID控制的给定值，通过控制行走电机的运行速度让主机电流接近或者等于给定值。在切割石材时，切割深度一定的情况下，行走电机行走速度越快，锯切割越费力，所以主机电流肯定就越大。通过控制合适的行走速度，让主机电流保持为一个合适的值，比如40A，这样既保证了效率，又不损坏设备。

本发明中的主机电机通过带动圆盘锯片进行旋转，从而切割石材；行走电机带动整个锯片左右行走，通过旋转的圆盘锯片来切割石材；升降电机在圆盘锯片离开石材时下移圆盘锯片，以准备新的切割；当切割深度达到且行走电机带动圆盘锯片离开石材，升降电机将圆盘锯片提升至初始位置；定尺电机在切割完一片石材将圆盘锯片升至初始位置后启动，通过丝杠向前移动整个石材，移动距离为加工后的石材厚度。由于行走电机和定尺电机是分时工作的，为了调速及保护电机，定尺电机和行走电机共用一台变频器。

本发明中当锯片在石材中切割时，主机电机电流是比较大的，例如50A左右；当圆盘锯片切割到石材尽头离开石材，主机电机电流会降到较小的数值，例如2-8A左右，此处可设定主机电机电流预定值和预定的持续时间，当主机电机电流和持续时间小于此值并持续预定的时间，就认为到达切割石材的尽头，可以下降锯片开始反方向切割。

为了保护锯片和主机电机，设定了行走电机的最高行走速度，当PID运算后的行走速度超过设定的最高速度时，行走电机采用设定的最高速度。

总切割深度是根据石材形状和大小等设定总的切割深度，当升降电机累计下降的深度到达总的切割深度后，切割完最后一刀，圆盘锯片将返回到初始位置。

单次下降深度：当圆盘锯主机电流下降到预定值并持续预定时间，则表示到达切割石材的尽头，可以下降锯片开始反方向切割了；此时下降的深度为单次下降深度。需要注意的是单次下降深度在头三刀和最后一刀是无效的。

切割页数其含义为根据待加工的石材尺寸和形状初步设定一个可以切割的页数，圆盘锯片每完成一次切割，“已切割页数”加1。当已切割页数等于设定的切割页数时，完成最后一片石材切割完成后，圆盘锯停止工作。表示当前石材加工完成。

设定石材宽度，可以粗略测量石材水平方向的宽度，设定一个稍大些的值，其功能为：当圆盘锯头三刀下降深度比较小，行走速度也比较小时，水平方向上按照此设定为行走的距离；最后一刀也是按照此参数行走距离。

头三刀设置参数包括：第一刀切割深度，第一刀行走速度；第二刀切割深度，第二刀行走速度；第三刀切割深度，第三刀行走速度。主要功能是为了保证加工的石材质量，圆盘锯切割时锯路要直，避免切割过程中的跑偏，切割开始几刀下降深度小，行走速度慢。头三刀的切割深度和行走速度都按照此处设定值来执行，水平方向行走的距离按照前面设定的石材宽度来行走。

尽管已经参照示例性的实施例介绍了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，在不背离本发明保护范围的情况下，可以进行各种改变并且其元件可以用等价物替换。另外，可以进行多种修改以使特定的情况或材料始于本发明的教导而并不背离其实质的保护范围。因此，应当理解的是，本发明并不局限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明应当包括落入本申请保护范围内的所有实施例。

Claims (4)

1.一种用于石材切割的圆盘锯自动控制装置，包括定尺电机(2)，轨道(3)，推车(4)，多个支柱(5)，主机电机(6)，升降电机(7)，行走电机(8)，横梁(9)，横轴(10)，主轴(11)，圆盘锯片(13)，其特征在于：

所述多个支柱(5)与横梁(9)构成框架，圆盘锯片(13)可旋转地固定在主轴(11)下端部，主轴(11)上端部可横向滑动地连接在横梁(9)上，主机电机(6)连接圆盘锯片(13)用于驱动圆盘锯片(13)旋转，行走电机(8)与主轴(11)连接，并可驱动主轴(11)沿横梁(9)横向运动，升降电机(7)与主轴(11)连接，并可驱动主轴上下运动，所述轨道(3)设置在所述框架下方，所述推车(4)设置在轨道(3)上并与定尺电机(2)连接，定尺电机(2)通过丝杠驱动所述推车(4)沿轨道(3)运动；

还包括操作面板(14)，所述操作面板与用于控制所述主机电机(6)，升降电机(7)，行走电机(8)和定尺电机(2)的控制器(15)电连接；

所述定尺电机(2)和行走电机(8)共用一台变频器；

所述控制器(15)能够根据所述主机电机(6)的设定电流值进行PID运算，通过变频器调整圆盘锯的行走速度，使所述主机电机(6)的电流接近或者等于设定电流值；并且，当经所述PID运算后得到的行走速度大于设定最高速度时，控制所述圆盘锯按照设定的最高速度行走；

所述控制器为PLC控制器；

所述行走电机(8)的电机轴上安装有传感器或编码器，利用PLC的高速计数功能计算进给的距离；

当进给的距离达到设定值或所述主机电机(6)的电流达到预定值并保持预定时间时，判断所述行走电机(8)到达单次行程的终点。

2.如权利要求1所述的用于石材切割的圆盘锯自动控制装置，其特征在于：还包括水管(12)，所述水管(12)一端固定在主轴(11)下端部，另一端与水泵连接。

3.如权利要求1所述的用于石材切割的圆盘锯自动控制装置，其特征在于：所述横轴(10)设置在所述横梁(9)上，所述升降电机(7)和行走电机(8)固定在所述横轴(10)上。

4.一种用于如权利要求1所述的用于石材切割的圆盘锯自动控制装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：设定圆盘锯片(13)的总切割深度、切割页数、行走距离值、切割页数值和单次下降深度，设定主机电机(6)的主机电流，最高速度，将石材通过所述轨道(3)和推车(4)送至指定位置，启动水泵，判断是否存在水管水压，如存在，则启动所述主机电机(6)；

步骤二：按照单次下降深度下降圆盘锯片(13)，判断所述圆盘锯片(13)是否到达总切割深度，如果未达到总切割深度，则执行步骤三，如果已达到总切割深度，则执行步骤四；

步骤三：启动行走电机(8)，起始三刀按照设定行走距离向左行走，行走距离达到设定行走距离值或主机电机电流达到预定值并保持预定时间，则停止行走电机(8)，按照设定的单次下降深度下降圆盘锯片(13)，执行步骤五；

步骤四：行走电机(8)按设定行走距离向左行走，所述控制器(15)根据设定的所述主机电机(6)的主机电流，通过变频器调整圆盘锯的行走速度，使所述主机电机(6)的主机电流接近或等于设定值；并且，当经所述PID运算后得到的行走速度大于设定的最高速度时，控制圆盘锯按照设定的最高速度行走；到位后移动圆盘锯片(13)到初始位置，判断切割页数是否已达到设定的切割页数值，如果已达到设定值，则工作完成停机，如果未达到设定值，则启动定尺电机(2)，将石材移动需切割厚度，切割页数加1，返回执行步骤二；

步骤五：判断是否达到总切割深度，如未达到总切割深度，则启动行走电机(8)，起始三刀按设定行走距离向右行走，当行走距离达到设定行走距离或主机电机电流达到预定值并保持预定时间，停止行走电机(8)，返回执行步骤二，如已经达到总切割深度，则执行步骤六；

步骤六：启动行走电机(8)按设定行走距离向右行走，到位后移动圆盘锯片(13)到初始位置，判断切割页数是否已达到设定的切割页数值，如果已达到设定值，则工作完成停机，如果未达到设定值，则启动定尺电机(2)，将石材移动需切割厚度，切割页数加1，返回执行步骤二。