CN107150146A - 飞剪控制系统 - Google Patents

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CN107150146A CN201610125153.8A CN201610125153A CN107150146A CN 107150146 A CN107150146 A CN 107150146A CN 201610125153 A CN201610125153 A CN 201610125153A CN 107150146 A CN107150146 A CN 107150146A
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杨小东
杨正波
张兴添
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    • B23D25/02Flying shearing machines
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/04Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts

Abstract

本发明公开了一种飞剪控制系统,用于裁剪板材,包括:用于进行人机交互的操控台;与操控台相连接的控制器,用于与操控台进行数据通讯;与控制器相连接的用于对输送的板材的长度进行测量的测量装置和板材裁剪装置;其中,板材裁剪装置包括:与控制器相连接的电机组件;安装于电机组件上的切刀组件,电机组件用于驱动切刀组件裁剪板材;和第一编码器,连接于电机组件与控制器之间,用来监控电机组件的转速信息、并传输给控制器。本发明提供的飞剪控制系统,能够在使用过程中提升其裁剪的板材的尺寸、以及其裁剪的板材的切口质量,从而更好地保证板材正常使用。

Description

飞剪控制系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及机械设备技术领域,尤指一种飞剪控制系统。
背景技术
[0002] 在传统石膏板生产线中,其生产工艺一般为先对板材进行定长剪切,然后再进行 干燥。为了提高生产效率,在高速生产中采用对成型板材在输送过程中进行连续剪切的方 式。为了实现这种连续剪切的方式,旋转式飞剪剪切系统应运而生。
[0003] 然而,旋转式飞剪剪切系统在使用过程中,电机的转速、切刀的速度和板材的速度 均会或多或少(与理论实际速度)存在有差异,以致旋转式飞剪剪切系统在使用过程中其裁 剪出的板材的尺寸存在差异、裁剪板材的切口质量也不统一且较差,从而造成了裁剪的板 材的质量不足,最终还会影响了板材的正常使用。
发明内容
[0004] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种飞剪控制系统,能够保证裁剪的板材 的质量,从而更好地保证板材正常使用。
[0005] 为了达到本发明目的,本发明提供了一种飞剪控制系统,用于裁剪板材,包括:用 于进行人机交互的操控台;与所述操控台相连接的控制器,用于与所述操控台进行数据通 讯;与所述控制器相连接的用于对输送的板材的长度进行测量的测量装置和板材裁剪装 置;其中,所述板材裁剪装置包括:与所述控制器相连接的电机组件;安装于所述电机组件 上的切刀组件,所述电机组件用于驱动所述切刀组件裁剪板材;和第一编码器,连接于所述 电机组件与所述控制器之间,用来监控所述电机组件的转速信息、并传输给所述控制器。
[0006] 可选地,所述板材裁剪装置还包括:第二编码器,连接于所述切刀组件和所述控制 器之间,用于获得所述切刀组件的刀体位置信息、并传输给所述控制器。
[0007] 可选地,所述电机组件包括:电机,其通电端与所述控制器相连接、信号端与所述 第一编码器相连接;与所述电机相连接的减速器;和同步齿轮,连接所述减速器与所述切刀 组件;其中,所述切刀组件包括上切刀和下切刀,所述第二编码器连接于所述上切刀与所述 控制器之间、或连接于所述下切刀与所述控制器之间。
[0008] 可选地,所述电机为三相电机。
[0009] 可选地,所述测量装置包括:测长轮组件;和第三编码器,连接于所述测长轮组件 和所述控制器之间,用于获得板材的输送长度信息和/或输送速度信息、并传输给所述控制 器。
[0010] 可选地,所述测长轮组件包括上测长轮和下测长轮,所述第三编码器连接于所述 上测长轮与所述控制器之间、或连接于所述下测长轮与所述控制器之间。
[0011] 可选地,所述控制器为运动控制器,所述第一编码器、所述第二编码器和所述第三 编码器均为增量编码器。
[0012] 可选地,所述飞剪控制系统还包括:变频器,位于所述电机组件和所述控制器之 间,所述电机组件的电机的通电端通过所述变频器与所述控制器相连接,所述控制器控制 所述变频器驱动所述电机组件的电机。
[0013] 本发明提供的飞剪控制系统与现有技术相比,具有如下优点:
[0014] 本发明提供的飞剪控制系统,其电机组件与控制器之间连接有第一编码器,第一 编码器用于反馈电机组件的转速信息给控制器,控制器根据第一编码器反馈的信息对电机 组件进行实时监控,以此来对电机组件的转速实时进行调整,实现闭环控制,避免了电机组 件出现旋转部差的问题,保证了飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的尺寸、以及其裁 剪的板材的切口质量,其实用性显著。
[0015] 进一步地,切刀组件和控制器之间连接有第二编码器,第二编码器用于反馈切刀 组件的位置信息给控制器,控制器根据第二编码器反馈的信息对电机组件进行控制,即对 切刀组件的刀体位置进行实施监控,以此来对切刀组件的刀体位置进行实时调整,实现闭 环控制,避免刀体位置出现偏差,进一步保证了飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的 尺寸、以及其裁剪的板材的切口质量。
[0016] 再进一步地,测长轮组件和控制器之间连接有第三编码器,第三编码器用于反馈 板材的输送长度信息和/或输送速度信息给控制器,控制器根据该信息来对电机组件和切 刀组件进行控制,使刀体在合适的位置以及适宜的时间剪切板材,以此来再进一步地保证 飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的尺寸、以及其裁剪的板材的切口质量。
[0017] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变 得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0018] 附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本 申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案,并不构成对本发明技术方案的限制。
[0019] 图1为本发明一个实施例的飞剪控制系统的结构示意图;
[0020] 图2为图1所示飞剪控制系统的闭环回路示意图;
[0021] 图3为图1所示飞剪控制系统的原理分析示意图;
[0022] 图4为图1所示飞剪控制系统的慢速或中长定尺剪切的刀体速度曲线示意图;
[0023] 图5为图1所示飞剪控制系统的快速或短定尺剪切的刀体速度曲线示意图。
[0024] 其中,图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为:
[0025] 1操控台,2控制器,3板材,41测长轮组件,42第三编码器,61电机,611通电端,612 信号端,62减速器,63同步齿轮,7切刀组件,8第一编码器,9第二编码器,10变频器。
具体实施方式
[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本发明 的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中 的特征可以相互任意组合。
[0027] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可 以采用其他不同于在此描述的方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具 体实施例的限制。
[0028] 下面结合附图描述本发明一些实施例所述的飞剪控制系统。
[0029] 本发明提供的飞剪控制系统,如图1所示,用于裁剪板材3,包括:用于进行人机交 互的操控台1;与操控台1相连接的控制器2,用于与操控台1进行数据通讯;与控制器2相连 接的用于对输送的板材3的长度进行测量的测量装置和板材裁剪装置;其中,板材裁剪装置 包括:与控制器2相连接的电机组件;安装于电机组件上的切刀组件7,电机组件用于驱动切 刀组件7裁剪板材3;和第一编码器8(如图1和图2所示),连接于电机组件与控制器2之间,用 来监控电机组件的转速信息、并传输给控制器2。
[0030] 本发明提供的飞剪控制系统,其电机组件与控制器之间连接有第一编码器,第一 编码器用于反馈电机组件的转速信息给控制器,控制器根据第一编码器反馈的信息对电机 组件进行实时监控,以此来对电机组件的转速实时进行调整,实现闭环控制,避免了电机组 件出现旋转部差的问题,保证了飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的尺寸、以及其裁 剪的板材的切口质量,其实用性显著。
[0031 ]其中,板材3通过输送装置进行连续输送。
[0032] 另外,在本发明上述实施例提供的飞剪控制系统中:
[0033] 优选地,如图1和图2所示,板材裁剪装置还包括:第二编码器9,连接于切刀组件7 和控制器2之间,用于获得切刀组件7的刀体位置信息、并传输给控制器2。
[0034] 切刀组件和控制器之间连接有第二编码器,第二编码器用于反馈切刀组件的位置 信息给控制器,控制器根据第二编码器反馈的信息对电机组件进行控制,即对切刀组件的 刀体位置进行实施监控,以此来对切刀组件的刀体位置进行实时调整,实现闭环控制,避免 刀体位置出现偏差,进一步保证了飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的尺寸、以及其 裁剪的板材的切口质量。
[0035] 其中,如图1所示,电机组件包括:电机61,其通电端611与控制器2相连接、信号端 612与第一编码器8相连接;与电机61相连接的减速器62;和同步齿轮63,连接减速器62与切 刀组件7;其中,切刀组件7包括上切刀和下切刀,第二编码器9连接于上切刀与控制器2之 间、或连接于下切刀与控制器2之间。
[0036] 具体地,上切刀和下切刀一一对应安装在同步齿轮63上,以保证上切刀和下切刀 的同步性。
[0037] 较好地,电机61为三相电机,如三相伺服电机等,均可实现。
[0038] 进一步地,如图1和图2所示,测量装置包括:测长轮组件41;和第三编码器42,连接 于测长轮组件41和控制器2之间,用于获得板材3的输送长度信息和/或输送速度信息、并传 输给控制器2。
[0039] 测长轮组件和控制器之间连接有第三编码器,第三编码器用于反馈板材的输送长 度信息和/或输送速度信息给控制器,控制器根据该信息来对电机组件和切刀组件进行控 制,使刀体在合适的位置以及适宜的时间剪切板材,以此来再进一步地保证飞剪控制系统 在使用过程中裁剪的板材的尺寸、以及其裁剪的板材的切口质量。
[0040] 其中,如图1所示,测长轮组件41包括上测长轮和下测长轮,第三编码器42连接于 上测长轮与控制器2之间、或连接于下测长轮与控制器2之间。
[0041] 而且,上测长轮和下测长轮的转速均与板材的移动速度相同,二者不存在转动部 差。
[0042] 本发明的一个具体实施例中,优选地,控制器2为运动控制器,第一编码器8、第二 编码器9和第三编码器42均为增量编码器(通过计量脉冲数来实现实时监控)。
[0043] 进一步地,如图1所示,飞剪控制系统还包括:变频器10,位于电机组件和控制器2 之间,电机组件的电机61的通电端通过变频器10与控制器2相连接,控制器2控制变频器10 驱动电机组件的电机61。
[0044] 其中,变频器的速度来源优选为0〜IOV模拟量,并与控制器的输出格式相对应。
[0045] 本发明提供的飞剪控制系统的工作方式,其动作分析包括如下:
[0046] 板材的剪切过程主要是将成型板材沿辊道(S卩:测长轮组件)前行的直线运动和刀 体的圆周运动按照工艺要求协调配合好。为了提高剪切断面质量,不划伤板材表面,要求剪 切期间刀体在板材前进方向上的速度分量同板材速度相同。所以在剪切过程中,主要的工 作是控制刀体的速度跟随板材直线速度。本项目采用“双位置逼近一速度同步”控制方式控 制飞剪刀体加速段的速度,使得刀体进入咬合的同时,刀体旋转速度的水平分量和板材速 度相等。完成剪切后进入减速区按照“期望零点减速法”控制飞剪减速,并准确停在死点,从 而精确地完成一次定长剪切。
[0047] 上刀体的运动轨迹分区如图3所示,G为停止点,A为咬合点,B为脱离点。在一次剪 切周期中,将刀体的运动划分为几个工作速度段来考虑。具体划分是:GA弧段为刀体加速 段,在A点读入测量轮的计长脉冲数,同时将刀体脉冲和计长脉冲计数器清零及重新开始, 为下一剪切周期做准备;AB弧段为同步段,这时刀体在水平方向的速度分量和板材速度相 同,保证剪切断面质量,避免划伤板材的表面;BG段为减速段,对于慢速中长尺寸剪切,刀体 会在停止点G点停车等待,对快速或短尺寸的剪切,需要从减速状态平稳地转入加速状态。
[0048] 图4和图5为剪切过程中刀体速度曲线,分别为慢速或中长定尺剪切的刀体速度曲 线(如图4所示)、快速或短定尺剪切的刀体速度曲线(如图5所示);其中,虚线之间为一个运 动周期。
[0049] 通过分析刀体和板材在每一次剪切中的运动关系,根据匀变速运动方程,导出刀 体在GA段的速度模型为:
[0050]
Figure CN107150146AD00061
[0051] 式中,Vr是刀体线速度,Vl为板材速度,a是刀体加速度。△ p是位置偏差,其计算公 式是:
[0052] AP=(L-A)-(Bo-B)
[0053] 其中,L是设定的剪切长度的等效脉冲数,A是已经走过的板材脉冲数,Bo是刀体旋 转一周的脉冲数,B是刀体位置反馈脉冲数(刀体已走过的脉冲数)。但是由于A和B之间是不 等值的,即脉冲当量不同,因此还需做等值处理,即:
[0054] AP = k(L-A)-(B〇-B)
[0055] Δ P = (L-A) _Kp (Bo-B)
[0056] 位置偏差值△ P作为刀体速度基准值的一个参量,控制刀体的运动,使得刀体到达 A 点时,AP = OJP:
[0057] Δ P= (L-A)-Kp(Bo-B) =0
[0058] 在咬合点A装有位置开关,是高速计数器的复位开关,当旋转到A点时,Bo = B,得到 L=A〇
[0059] 也就是实际的板材长度剪切长度等于设定长度,在飞剪运动过程中,(L-A)和(B0-B)都是逐渐趋近于零的,所以位置偏差值△ P也是逐渐趋近于零的,这就是所谓的双位置逼 近。
[0060] 再看Vr,当刀体运动到A点时,如上所述,
[0061] A P = O JlJVr = VL
[0062] 可见这时的刀体速度等于板材速度,做到了两个速度的同步。所以将飞剪加速段 的控制方法称为“双位置逼近一速度同步法”。
[0063] 需要注意的是:刀体运动轨迹是圆,板材运动轨迹是直线,所以在△ P的计算中要 将两个脉冲当量统一。如图3所示,过A点作一条切线,假设刀体Cl在切线上的对应点为C2, 即ClA弧段= C2A线段。而C就是刀体脉冲在带材运动方向的等效脉冲值。
[0064] 从A点开始,刀体速度保持和板材速度相等,对板材进行剪切,AB弧段为同步区。
[0065] Vt = Vl X τ
[0066] τ为同步系数,必须大于等于1,使得刀体速度的水平分量等于或略大于板材速度, 以更好地保证剪切断面质量,避免划伤板材的表面。
[0067] 当刀体到达B点时,飞剪进入减速弧段BG,其减速段的速度模型是:
[0068]
Figure CN107150146AD00071
[0069] 式中,β是刀体减加速度,Co是减速段BG弧段的脉冲数,Bj是相对B点为零点的刀体 位置反馈脉冲数,而当刀体向期望的零速度点G点运动时,(Co Bj)逐渐趋于零,则Vr也逐渐 趋于零,到达G点时,刀体速度Vr正好等于零。这就是“期望零点减速法”。
[0070] 在短定尺剪切时,飞剪从减速向加速转换的条件是,按加速段数学模型计算的刀 体速度Vr等于减速段数学模型计算的刀体速度Vr时,停止减速,转为加速。
[0071] 其中,板材3为石膏板。
[0072] 综上所述,本发明提供的飞剪控制系统与现有技术相比,具有如下优点:
[0073] 本发明提供的飞剪控制系统,其电机组件与控制器之间连接有第一编码器,第一 编码器用于反馈电机组件的转速信息给控制器,控制器根据第一编码器反馈的信息对电机 组件进行实时监控,以此来对电机组件的转速实时进行调整,实现闭环控制,避免了电机组 件出现旋转部差的问题,保证了飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的尺寸、以及其裁 剪的板材的切口质量,其实用性显著。
[0074] 进一步地,切刀组件和控制器之间连接有第二编码器,第二编码器用于反馈切刀 组件的位置信息给控制器,控制器根据第二编码器反馈的信息对电机组件进行控制,即对 切刀组件的刀体位置进行实施监控,以此来对切刀组件的刀体位置进行实时调整,实现闭 环控制,避免刀体位置出现偏差,进一步保证了飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的 尺寸、以及其裁剪的板材的切口质量。
[0075] 再进一步地,测长轮组件和控制器之间连接有第三编码器,第三编码器用于反馈 板材的输送长度信息和/或输送速度信息给控制器,控制器根据该信息来对电机组件和切 刀组件进行控制,使刀体在合适的位置以及适宜的时间剪切板材,以此来再进一步地保证 飞剪控制系统在使用过程中裁剪的板材的尺寸、以及其裁剪的板材的切口质量。
[0076] 在本发明的描述中,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解,例 如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以 通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术 语在本发明中的具体含义。
[0077] 在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述 意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实 施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实 例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以 合适的方式结合。
[0078] 虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的 实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭 露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明 的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1. 一种飞剪控制系统,用于裁剪板材(3),其特征在于,包括:用于进行人机交互的操控 台⑴; 与所述操控台(1)相连接的控制器(2 ),用于与所述操控台(1)进行数据通讯; 与所述控制器(2)相连接的用于对输送的板材(3)的长度进行测量的测量装置和板材 裁剪装置;其中,所述板材裁剪装置包括: 与所述控制器(2)相连接的电机组件; 安装于所述电机组件上的切刀组件(7),所述电机组件用于驱动所述切刀组件(7)裁剪 板材(3);和 第一编码器(8),连接于所述电机组件与所述控制器(2)之间,用来监控所述电机组件 的转速信息、并传输给所述控制器(2)。
2. 根据权利要求1所述的飞剪控制系统,其特征在于,所述板材裁剪装置还包括: 第二编码器(9),连接于所述切刀组件(7)和所述控制器(2)之间,用于获得所述切刀组 件(7)的刀体位置信息、并传输给所述控制器(2)。
3. 根据权利要求2所述的飞剪控制系统,其特征在于,所述电机组件包括: 电机(61),其通电端(611)与所述控制器(2)相连接、信号端(612)与所述第一编码器 (8)相连接; 与所述电机(61)相连接的减速器(62);和 同步齿轮(63),连接所述减速器(62)与所述切刀组件(7); 其中,所述切刀组件(7)包括上切刀和下切刀,所述第二编码器(9)连接于所述上切刀 与所述控制器(2)之间、或连接于所述下切刀与所述控制器(2)之间。
4. 根据权利要求3所述的飞剪控制系统,其特征在于,所述电机(61)为三相电机。
5. 根据权利要求2所述的飞剪控制系统,其特征在于,所述测量装置包括: 测长轮组件(41);和 第三编码器(42),连接于所述测长轮组件(41)和所述控制器(2)之间,用于获得板材 (3)的输送长度信息和/或输送速度信息、并传输给所述控制器(2)。
6. 根据权利要求5所述的飞剪控制系统,其特征在于, 所述测长轮组件(41)包括上测长轮和下测长轮,所述第三编码器(42)连接于所述上测 长轮与所述控制器(2)之间、或连接于所述下测长轮与所述控制器(2)之间。
7. 根据权利要求5所述的飞剪控制系统,其特征在于,所述控制器(2)为运动控制器,所 述第一编码器(8)、所述第二编码器(9)和所述第三编码器(42)均为增量编码器。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的飞剪控制系统,其特征在于,还包括: 变频器(10),位于所述电机组件和所述控制器(2)之间,所述电机组件的电机(61)的通 电端通过所述变频器(10)与所述控制器(2)相连接,所述控制器(2)控制所述变频器(10)驱 动所述电机组件的电机(61)。
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