CN106005529A - 一种打包机配重轮柔性控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种打包机配重轮柔性控制装置及其控制方法，控制装置包括机架、配重轮、固定柱、盘卷状打包丝、打包丝送线器、打包机压盘、橡胶垫、电磁阀、气动夹块、高压气源和PLC控制器，配重轮套接在固定柱上，橡胶垫套接在固定柱的底部，气动夹块固定安装在机架的一端，盘卷状打包丝设置在机架的一侧，打包机压盘设置在机架的另一侧，气动夹块通过气源管道与高压气源相连接，电磁阀设置在气源管道上，电磁阀与PLC控制器电连接；打包丝从气动夹块中间穿过。PLC控制器对电磁阀进行间歇性的发送得电和失电信号，来对气动夹块进行间歇性的联动控制，从而实现配重轮间歇性缓冲式下降，有效避免配重轮强烈撞击地面平台，降低设备故障率。

Description

一种打包机配重轮柔性控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种轧钢线材设备，尤其涉及一种轧钢线材盘卷打包机用的配重轮，具体地说是涉及一种用于柔性控制轧钢线材盘卷打包机配重轮的控制装置及其柔性下降控制方法。

背景技术

轧钢线材打包机用于成品盘卷的打包封装，在打包送线之前，需要利用配重轮的重力拉进并捋直一段钢丝(即打包丝)供送线器送线使用。当打包结束后，压盘回到初始位时，配重轮会因为线被送走了一段而停在半空，待控制打包丝的电磁阀得电进而松开进线时，此时虽有摩擦阻力存在，但配重轮仍会以很大的加速度下落，直接撞击地面平台上用于缓冲的橡胶垫。因配重轮下落至地面平台时速度较大，撞击震动十分明显，容易撞毁配重轮。且因撞击程度较大，其缓冲垫经常被撞坏或飞出槽内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种打包机配重轮柔性控制装置及其控制方法，整体结构设计巧妙，操作方便，可在配重轮拉线并捋直打包丝供送线器送线的过程中实现配重轮间歇性缓冲式下降，从而有效避免配重轮以较高速度撞击地面平台，使配重轮整体使用效果良好，延长了设备使用寿命，有效降低设备故障率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种打包机配重轮柔性控制装置，包括机架、配重轮、固定柱、盘卷状打包丝、打包丝送线器、打包机压盘、橡胶垫、电磁阀、气动夹块、高压气源和PLC控制器，所述固定柱固定安装在机架上，所述配重轮套接在固定柱上，所述橡胶垫套接在固定柱的底部，所述气动夹块固定安装在机架的一端，所述盘卷状打包丝设置在机架的一侧，所述打包机压盘设置在机架的另一侧，所述打包丝送线器设置在打包机压盘一侧，所述气动夹块通过气源管道与高压气源相连接，所述电磁阀设置在气源管道上，所述电磁阀与PLC控制器电连接；所述盘卷状打包丝、气动夹块、配重轮、打包丝送线器以及打包机压盘依次通过打包丝相连，打包丝从所述气动夹块中间穿过。

作为本发明的一种改进，所述机架上设有第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮，所述第一定滑轮和第二定滑轮对称设置在固定柱的两侧，气动夹块设置在盘卷状打包丝与第一定滑轮之间的机架部位上，所述气动夹块、第一定滑轮、配重轮、第二定滑轮依次通过打包丝相连，所述第三定滑轮的安装位置与第二定滑轮的安装位置相垂直，所述打包丝送线器位于第三定滑轮与打包机压盘之间，第三定滑轮的安装高度与打包丝送线器上的打包丝接入孔的位置保持一致。

作为本发明的一种改进，所述机架上设有一组光电开关，所述光电开关的安装高度与橡胶垫的顶部高度保持一致，所述光电开关与PLC控制器电连接。

作为本发明的一种改进，所述PLC控制器包括CPU、电源模块、数字量(即开关量)输入模块和数字量输出模块，所述电源模块为PLC控制器供电，所述数字量输入模块和数字量输出模块均与CPU相连；所述数字量输出模块与电磁阀相连，所述数字量输入模块与光电开关相连。

作为本发明的一种改进，所述橡胶垫采用橡胶轮胎，采用固定线将橡胶轮胎固定在所述固定柱的地面平台上。

作为本发明的一种改进，一组光电开关的数量为两个，一个光电开关为光线发射器，另一个光电开关为光线接收器。

作为本发明的一种改进，所述PLC控制器采用西门子S7-300PLC。

利用上述控制装置对配重轮进行柔性降落控制的方法，具体包括如下步骤：

(1)在PLC控制器中设定配重轮的下降高度h(单位为米(m))，假设配重轮的下降速度为v(单位为m/s)，降落时间为t(单位为秒(s))，则由初速度为零的匀加速运动公式(其中，s为运动距离，a为运动加速度，t为运动时间)可得配重轮的降落高度计算公式为

(2)在PLC控制器中设定电磁阀得电的时间为t1，电磁阀失电的时间为t2，则在电磁阀得电期间配重轮的下降高度为在电磁阀失电期间配重轮的下降高度为

(3)所述PLC控制器通过数字量输出模块向电磁阀发送得电信号，并让该得电信号维持t1段时间，计算t1段时间内配重轮的加速下降高度为h1；当电磁阀得电时电磁阀阀门打开高压气源接通气动夹块，气动夹块则松开打包丝进而配重轮由于重力下落带动打包丝进线；

(4)所述PLC控制器通过数字量输出模块向电磁阀发送失电信号，并让该失电信号维持t2段时间，计算t2段时间内配重轮的减速下降高度为h2；当电磁阀失电时电磁阀阀门关闭高压气源断开气动夹块，气动夹块夹紧打包丝停止送线。

(5)计算从计时开始到配重轮减速至停止的时间段内配重轮的下降总高度H，并将该总高度H与h进行比较，如果H<h，则返回执行步骤(3)，否则转向执行步骤(6)；

(6)所述PLC控制器接收到光电开关的遮光信号时，PLC控制器发送停止信号给电磁阀来停止间歇性下降过程。

作为本发明的一种改进，所述电磁阀的得电信号维持时间为0.5s，所述电磁阀的失电信号维持时间为0.2s。

相对于现有技术，本发明所提出的配重轮柔性控制装置整体结构设计巧妙，拆卸组装维修更换方便，成本较低，通过装置上的PLC控制器对电磁阀和气动夹块的联动控制，可实现配重轮的间歇性缓冲式(即柔性缓冲式)下降，避免配重轮以较高速度撞击橡胶垫和地面平台，而导致配重轮或橡胶垫被强烈撞击而损坏，有效延长了设备使用寿命，节约生产成本，降低打包区域环境噪声，减少周围信号开关撞坏次数，大大降低设备故障率；同时将固定柱底部起缓冲作用的橡胶垫设置成低成本、稳固耐用的橡胶轮胎，缓冲效果更好。此外，所提出的配重轮柔性下降控制方法易于实现，且控制简单效果好，通过本控制方法可使得配重轮的下降过程明显缓慢，有效降低了其撞击地面时的强度，加之橡胶轮胎的配合使用，使减震防撞效果更加突显，配重轮使用寿命明显延长，既降低了设备维护成本，又稳定了生产节奏。

附图说明

图1为本发明实施例的配重轮柔性控制装置结构示意图。

图2为本发明实施例的电气结构框图。

图3为本发明实施例的配重轮的整个下降过程示意图。

图4为本发明实施例的配重轮柔性下降控制方法的流程图。

图中：1-机架，2-配重轮，3-固定柱，4-盘卷状打包丝，5-打包机压盘，6-电磁阀，7-气动夹块，8-第一定滑轮，9-第二定滑轮，10-第三定滑轮，11-打包丝送线器，12-横梁，13-竖架，14-橡胶垫，15-光电开关A，16-光电开关B。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1所示，一种打包机配重轮2柔性控制装置，包括机架1、配重轮2、固定柱3、盘卷状打包丝4、打包丝送线器11、打包机压盘5、橡胶垫14、电磁阀6、气动夹块7、高压气源(图中未示出)和PLC控制器(图中未示出)，所述固定柱3固定安装在机架1上，所述配重轮2套接在固定柱3上，所述橡胶垫14套接在固定柱3的底部，所述气动夹块7固定安装在机架1的一端，所述盘卷状打包丝4设置在机架1的一侧，所述打包机压盘5设置在机架1的另一侧，所述打包丝送线器11设置在打包机压盘5一侧，所述气动夹块7通过气源管道(图中未示出)与高压气源相连接，所述电磁阀6设置在气源管道上，所述电磁阀6与PLC控制器电连接；所述盘卷状打包丝4上送出的打包丝11依次通过气动夹块7、配重轮2送给打包机压盘5，打包丝11从所述气动夹块7中间穿过。

进一步的，为了使得打包丝与配重轮2间的摩擦阻力足够小，并且进一步实现低张力送线，在所述机架1上设置第一定滑轮8、第二定滑轮9和第三定滑轮10，所述第一定滑轮8和第二定滑轮9对称设置在固定柱3的两侧，所述气动夹块7设置在盘卷状打包丝4与第一定滑轮8之间的机架1部位上，所述气动夹块7、第一定滑轮8、配重轮2、第二定滑轮9依次通过打包丝11相连。所述第三定滑轮10的安装位置与第二定滑轮9的安装位置相垂直，第三定滑轮10的安装高度与盘卷状打包丝4上的打包丝接入孔的位置保持一致。

更进一步的，所述气动夹块7的安装高度与所述第一定滑轮8或第二定滑轮9的安装高度保持一致，从而可进一步降低打包丝的张力。

所述机架1包括横梁12和竖架13，所述横梁12垂直安装在竖架13的顶部，所述气动夹块7、第一定滑轮8、第二定滑轮9、固定柱3均固定安装在横梁12上，所述第三定滑轮10和光电开关固定安装在竖架13上。所述橡胶垫14采用橡胶轮胎，采用固定线(如铁丝、绳索等)将橡胶轮胎固定在所述固定柱3的地面平台上。

更进一步的，如图2所示，所述PLC控制器采用西门子S7-300PLC，其包括CPU、电源模块、数字量输入模块和数字量输出模块，所述电源模块为PLC控制器供电，所述数字量输入模块和数字量输出模块均与CPU相连；所述数字量输出模块与电磁阀6相连，所述数字量输入模块与光电开关相连。

更进一步的，为了实现自动检测配重轮2是否落至地面平台上，在所述机架1上设有一组光电开关，所述光电开关的安装高度与橡胶垫14的顶部高度保持一致，所述光电开关与PLC控制器电连接。其中，一组光电开关的数量为两个A和B，对称设置在橡胶垫14的两侧，一个光电开关A15作为光线发射器使用，另一个光电开关B16作为光线接收器使用。当配重轮2下落到位时会将光电开关A15发出的光线遮挡，光电开关B16未接收到光线后将此信号通过数字量输入模块传至PLC控制器，控制器会停止间歇性下降过程。

采用上述的配重轮柔性控制装置对配重轮进行柔性下降控制的方法，如图4所示，具体包括如下步骤：

(1)在PLC控制器中设定配重轮的下降高度h(单位为m)，假设配重轮的下降速度为v(单位为m/s)，降落时间为t(单位为s)，则由初速度为零的匀加速运动公式(其中，s为运动距离，a为运动加速度，t为运动时间)可得配重轮的降落高度计算公式为

(2)在PLC控制器中设定电磁阀得电的时间为t1，电磁阀失电的时间为t2，则在电磁阀得电期间配重轮的下降高度为在电磁阀失电期间配重轮的下降高度为

(3)所述PLC控制器通过数字量输出模块向电磁阀发送得电信号，并让该得电信号维持t1段时间，计算t1段时间内配重轮的加速下降高度为h1；

(4)所述PLC控制器通过数字量输出模块向电磁阀发送失电信号，并让该失电信号维持t2段时间，计算t2段时间内配重轮的减速下降高度为h2；

(5)计算从计时开始到配重轮减速至停止的时间段内配重轮的下降总高度H，并将该总高度H与h进行比较，如果H<h，则返回执行步骤(3)，否则转向执行步骤(6)；

(6)所述PLC控制器接收到光电开关的遮光信号时，PLC控制器发送停止信号给电磁阀来停止间歇性下降过程。

进一步的，经过实际反复试验，将所述电磁阀的得电信号维持时间设定为0.5s及其失电信号维持时间设定为0.2s时对配重轮的柔性下降控制效果比较好。

本实施例中，当打包机压盘5前进打包时配重轮2上升，而当打包机压盘5后退回位时配重轮2下落。配重轮2的下降高度约2m，未采用本控制装置之前，配重轮2的下降时间约0.85s，配重轮2从静止开始下落至橡胶垫14上的落地速度约为4.76m/s，因此对橡胶垫14和地面存在较大的冲撞力。

在采用本控制装置后，可通过PLC控制器对电磁阀6和气动夹块7实现联动控制，PLC控制器让电磁阀6间歇性的得电与失电，从而间歇性地控制气动夹块7的松开与夹紧两种状态，进而实现柔性缓冲式控制配重轮2的下降过程。

由于配重轮与固定柱之间以及气动夹块与打包丝之间等均存在且可认为是固定的摩擦阻力，所以配重轮虽是从静止开始下落，但其下落加速度要小于重力加速度，因此由初速度为零的匀加速运动公式

如图3所示，本实施例中配重轮的柔性下降控制过程具体为：当配重轮2准备下落拉进一段打包丝并捋直时，首先PLC控制器控制电磁阀6得电500ms打开气动夹块7进而松开打包丝让配重轮2在重力作用下加速下降一段距离带动打包丝进线，此时配重轮的下降高度h1由上述(1)和(2)中的计算公式可知约为0.7m；接着PLC控制器控制电磁阀6失电200ms关闭气动夹块7进而夹紧打包丝让配重轮2减速下降一段距离带动打包丝进线，此时配重轮减速至停止的过程中下降的高度h2约为0.2m；由于h1+h2＝0.9m<2m，因此重复一次上述下降过程，即接着PLC控制器电磁阀6得电500ms打开气动夹块7进而松开打包丝让配重轮2加速下降一段距离(下降高度为0.7m)，再接着PLC控制器控制电磁阀6失电200ms关闭气动夹块7进而夹紧打包丝让配重轮2减速下降一段距离(下降高度为0.7m)。经过上述的两次松开加速下降和两次夹紧减速下降一共下降的高度约为2*h1+2*h2＝1.8m，由总高度为2m可知最后还剩约0.2m需要下降。最后因0.2m高度较低，故直接松开气动夹块让配重轮下降至地面平台上的橡胶轮胎上，此次下降过程中，由上述计算公式可知用时约0.26s，配重轮2落至橡胶轮胎上的速度为1.5m/s，在光电开关检测到配重轮2时PLC控制器发送停止信号给电磁阀6以停止上述的间歇性下降过程。在本控制装置的作用下，配重轮2在固定柱3上的整个下降过程共经历了三次松开加速下降和两次夹紧减速下降，共用时1.66s，配重轮2落至橡胶轮胎上的速度为1.5m/s，与之前的落地速度4.76m/s相比已大幅减少，撞击震动明显降低。同时，由于橡胶轮胎为圆形，将其套接并用铁丝固定在固定柱3的地面平台上，相比传统橡胶垫14，轮胎套接安装更牢固，缓冲效果也更好。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (9)

1.一种打包机配重轮柔性控制装置，其特征在于：包括机架、配重轮、固定柱、盘卷状打包丝、打包丝送线器、打包机压盘、橡胶垫、电磁阀、气动夹块、高压气源和PLC控制器，所述固定柱固定安装在机架上，所述配重轮套接在固定柱上，所述橡胶垫套接在固定柱的底部，所述气动夹块固定安装在机架的一端，所述盘卷状打包丝设置在机架的一侧，所述打包机压盘设置在机架的另一侧，所述打包丝送线器设置在打包机压盘一侧，所述气动夹块通过气源管道与高压气源相连接，所述电磁阀设置在气源管道上，所述电磁阀与PLC控制器电连接；所述盘卷状打包丝、气动夹块、配重轮、打包丝送线器以及打包机压盘依次通过打包丝相连，打包丝从所述气动夹块中间穿过。

2.如权利要求1所述的一种打包机配重轮柔性控制装置，其特征在于，所述机架上设有第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮，所述第一定滑轮和第二定滑轮对称设置在固定柱的两侧，所述气动夹块设置在盘卷状打包丝与第一定滑轮之间的机架部位上，所述气动夹块、第一定滑轮、配重轮、第二定滑轮依次通过打包丝相连，所述打包丝送线器位于第三定滑轮与打包机压盘之间，所述第三定滑轮的安装位置与第二定滑轮的安装位置相垂直，第三定滑轮的安装高度与打包丝送线器上的打包丝接入孔的位置保持一致。

3.如权利要求1所述的一种打包机配重轮柔性控制装置，其特征在于，所述机架上设有一组光电开关，所述光电开关的安装高度与橡胶垫的顶部高度保持一致，所述光电开关与PLC控制器电连接。

4.如权利要求1所述的一种打包机配重轮柔性控制装置，其特征在于，所述PLC控制器包括CPU、电源模块、数字量输入模块和数字量输出模块，所述电源模块为PLC控制器供电，

所述数字量输入模块和数字量输出模块均与CPU相连；所述数字量输出模块与电磁阀相连，所述数字量输入模块与光电开关相连。

5.如权利要求1所述的一种打包机配重轮柔性控制装置，其特征在于，所述橡胶垫采用橡胶轮胎。

6.如权利要求3所述的一种打包机配重轮柔性控制装置，其特征在于，一组光电开关的数量为两个，一个光电开关为光线发射器，另一个光电开关为光线接收器。

7.如权利要求4所述的一种打包机配重轮柔性控制装置，其特征在于，所述PLC控制器采用西门子S7-300PLC。

8.利用如权利要求1-7任一项所述的打包机配重轮柔性控制装置进行配重轮柔性降落控制的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)在PLC控制器中设定配重轮的下降高度h；

(2)在PLC控制器中设定电磁阀得电的时间为t1，电磁阀失电的时间为t2，则在电磁阀得电期间配重轮的下降高度为其中v为配重轮的降落速度，在电磁阀失电期间配重轮的下降高度为

(3)所述PLC控制器通过数字量输出模块向电磁阀发送得电信号，并让该得电信号维持t1段时间，计算经过t1段时间配重轮的加速下降高度为h1；

(4)所述PLC控制器通过数字量输出模块向电磁阀发送失电信号，并让该失电信号维持t2段时间，计算经过t2段时间配重轮的减速下降高度为h2；

(5)计算从计时零开始到配重轮减速至停止的时间段内配重轮的下降总高度H，并将该总高度H与h进行比较，如果H<h，则返回执行步骤(3)，否则转向执行步骤(6)；

(6)所述PLC控制器接收到光电开关的遮光信号时，PLC控制器发送停止信号给电磁阀来停止间歇性下降过程。

9.如权利要求8所述的一种打包机配重轮柔性控制装置及其控制方法，其特征在于，所述电磁阀的得电信号维持时间为0.5s，所述电磁阀的失电信号维持时间为0.2s。