CN108748707B - 一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统 - Google Patents

一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统 Download PDF

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Abstract

一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其中，电子手轮组件与控制器连接，变频控制机构、伺服控制机构与可编程序控制器连接，可编程序控制器对电子手轮组件的输入信号进行处理转化为脉冲频率源，传输至变频控制机构与伺服控制机构，从而实现调谐电机转速、稳定变频，进而实现绳锯机高效快速工作；并在可编程序控制器内装载PLC多段速运行程序，使之具备进行自动识别、判断并自动转入自动开刃状态直至重新开出新刃后，再自动切换回正常锯切状态的功能；同时在可编程序控制器内引入死区保护程序与机台锯切收尾阶段的末端——自动判断识别、调整、修正、补偿程序，从而实现系统全程平稳的自动调控，全程展示最佳的锯切状态。

Description

一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统。
背景技术
一般常规矿用金刚石串珠绳锯机的主机变频器与行走变频器的设定频率主要由普通电位器或绕线式电位器充当其频率调谐器，用于调谐输出频率的大小从而达到调谐电机转速的目的；其优点是调谐简单易于实现，缺点是寿命短且易出现接触不良的现象。
另一方面一般常规矿用金刚石串珠绳锯机的行走机构调速控制均由变频器撑控，当矢量控制运行在0.5Hz以下的超低频段工作时，变频器性能不稳定或不能工作，若采用V/F控制加转矩提升的方法则易产生磁饱和现象而使电机温度升高，长期处于这一状况下运行，将影响电机的使用寿命。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，包括电子手轮组件、可编程序控制器、变频控制机构及伺服控制机构，其中，电子手轮组件与控制器连接，变频控制机构、伺服控制机构与可编程序控制器连接，由电子手轮组件将输入信号至可编程序控制器，可编程序控制器对接收的输入信号进行处理转化为脉冲频率源，传输至变频控制机构与伺服控制机构，从而实现调谐电机转速、稳定变频，具体结构如下：
电子手轮组件包括用于与可编程序控制器X2、X3信号输入端连接的主机电子手轮和用于与可编程序控制器X0、X1信号输入端连接的行走电子手轮，主机电子手轮与可编程序控制器的X2(A相)、X3（B相）信号输入端连接，用于向可编程序控制器的X2(A相)、X3（B相）信号输入端发出数字信息，作为可编程序控制器编程脉冲输出指令的数字信号源；行走电子手轮与可编程序控制器的X0（A相）、X1（B相）信号输入端连接，用于向可编程序控制器的X0（A相）、X1（B相）信号输入端发出数字信息，作为可编程序控制器编程脉冲频率输出指令及运行方向所需的数字信号源；
可编程序控制器内装载有PLC多段速运行程序，并设置有三路输出通道，第一路输出通道与变频控制机构连接，可编程序控制器将从X2、X3信号输入端采集的数字信息通过可编程序控制器的编程脉冲输出指令，转化为连续可调的脉冲频率源（0----100KHz），并通过第一路输出通道端口送往变频控制机构；第二路输出通道和第三路输出通道分别与伺服控制机构连接，可编程序控制器将从X0、X1信号输入端采集的行走数字信息，通过编程作为给定的脉冲频率信号源，与其负载反馈数据进行编程运算，在自动控制模式下，按照F出=F给+（I设定电流-I实时电流）*P运算公式完成PI过程控制（其中，F出为输出脉冲频率，F给为给定脉冲频率，I设定电流-I实时电流为载荷变化量，P为比例系数），而后再通过可编程序控制器编程运算脉冲频率输出指令送至第二路输出通道端口，作为伺服控制机构的可调脉冲频率源，第三路输出通道端口输出伺服控制机构的运行方向指令信号；
变频控制机构包括变频控制器与变频电机，变频电机与变频控制器连接，第一路输出通道与变频控制器的DIX输入端连接，通过变频控制器的DIX输入端口将可编程序控制器传送来的0——100KHZ脉冲频率信号转化为调控变频电机运转速度的调谐指令，令变频电机按照现场工况的实际需要产生相应的旋转速度（切割线速度）；
伺服控制机构包括伺服控制器与伺服电机，伺服电机与伺服控制器连接，第二路输出通道与伺服控制器的PULSE-输入端连接，通过从伺服控制器的PULSE-输入端采集的脉冲频率信号（F出），作为调谐伺服电机运转速度的指令信号，第三路输出通道与伺服控制器的SIGN-输入端连接，通过伺服控制器的SIGN- 输入端接收伺服电机所需电机旋转方向指令信号，并通过PG卡不断收集伺服电机的反馈信息，进行跟踪、校正，以确保伺服电机的运转精度。
在本发明中，电子手轮组件包括触摸屏，通过触摸屏输入信号。
在本发明中，可编程序控制器上设置有用于提示无刃报警的报警装置，当绳锯已出现无刃状况时，报警装置发出绳锯无刃请减少冷却水量的报警提示。
在本发明中，变频控制机构、伺服控制机构通过RS-485总线与可编程序控制器连接。
在本发明中，金刚石串珠绳锯机上设置有用于采集主机电流的RS485总线数据采集器，在机台上设置有用于采集机台行走速度的RS485总线数据采集器，RS485总线数据采集器与可编程序控制器连接。
在本发明中，可编程序控制器除具有一般绳锯机所具备的通用功能外还兼具针对机台在锯切过程中出现的金刚石串珠绳因珠子胎体脱落不同步而导致的无刃现象进行自动识别、判断并自动转入自动开刃状态直至重新开出新刃后，再自动切换回正常锯切状态功能。
在本发明中，可编程序控制器中还引入死区保护程序（即在电流一定微小变化的范围内不对行走速度作任何调整，控制器只针对“死区”范围外的电流变化量作“PI”过程控制处理），从而有效保证串珠绳的正常使用寿命，不致因负载电流的细微变化而过于频繁的调整行走速度进而导致串珠绳不应有的频繁收缩、拉伸损伤，影响串珠绳的使用寿命。
在本发明中，可编程序控制器中还引入机台锯切收尾阶段的末端——自动判断识别、调整、修正、补偿程序，即在收尾阶段实现分段逐级按比例渐次降低主机运转速度（切削线速度），从而实现系统全程平稳的自动调控且无须任何人为干预便能在自动控制模式下自动完成，并能全程展示最佳的锯切状态，同时还能使机台的操作变的更加简便、智能。
有益效果：本发明通过设置变频控制机构与伺服控制机构，从而实现调谐电机转速、稳定变频，进而实现绳锯机高效快速工作；且PLC通过对变频控制器、伺服控制器运行状况不间断的数据采集、监控（如对运行频率、负载电流、运行速度等数据的采集、监控），使之具备针对机台在锯切过程中出现的金刚石串珠绳因珠子胎体脱落不同步而导致的无刃现象进行自动识别、判断并自动转入自动开刃状态直至重新开出新刃后，再自动切换回正常锯切状态的功能；同时在控制系统内还引入死区保护程序与机台锯切收尾阶段的末端——自动判断识别、调整、修正、补偿程序，从而实现系统全程平稳的自动调控且无须任何人为干预便能在自动控制模式下自动完成，并能全程展示最佳的锯切状态，同时还能使机台的操作变的更加简便、智能。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。
图2为本发明的较佳实施例中的电子手轮组件与控制器电路连接示意图。
图3为本发明的较佳实施例中的控制器与变频控制机构、伺服控制机构、电路连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1～3的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，包括电子手轮组件1、可编程序控制器（PLC）2、变频控制机构3及伺服控制机构4，电子手轮组件1与可编程序控制器2连接，变频控制机构3与伺服控制机构4通过RS-485总线与可编程序控制器2连接，由电子手轮组件1输入信号至可编程序控制器2，可编程序控制器2对接收的输入信号进行处理转化为脉冲频率源，传输至变频控制机构3与伺服控制机构4，从而实现调谐电机转速、稳定变频，具体结构如下：
电子手轮组件1包括主机电子手轮1-1与行走电子手轮1-2，主机电子手轮1-1与可编程序控制器2的X2(A相)、X3（B相）信号输入端连接，用于向可编程序控制器2的X2(A相)、X3（B相）信号输入端发出数字信息，作为可编程序控制器2编程脉冲输出指令的数字信号源；行走电子手轮1-2与可编程序控制器2的X0（A相）、X1（B相）信号输入端连接，用于向可编程序控制器2的X0（A相）、X1（B相）信号输入端发出数字信息，作为可编程序控制器2编程脉冲频率输出指令及运行方向所需的数字信号源；
可编程序控制器2中，可编程序控制器2设置有三路输出通道，可编程序控制器2将从X2、X3采集的数字信息通过可编程序控制器2的编程脉冲输出指令，转化为连续可调的脉冲频率源（0----100KHz），并通过第一路输出通道Y3端口送往变频控制机构3；可编程序控制器2将从X0、X1采集的行走数字信息，通过编程作为给定的脉冲频率信号源，与其负载反馈数据进行编程运算，在自动控制模式下，按照F出=F给+（I设定电流-I实时电流）*P运算公式完成PI过程控制（其中，F出为输出脉冲频率，F给为给定脉冲频率，I设定电流-I实时电流为载荷变化量，P为比例系数），而后再通过可编程序控制器2编程运算脉冲频率输出指令送至第二路输出通道Y0端口，作为伺服控制机构4的可调脉冲频率源，第三路输出通道Y1端口输出伺服控制机构4的运行方向指令信号；
变频控制机构3包括变频控制器3-1与变频电机3-2，第一路输出通道Y3与变频控制器3-1的DIX输入端连接，通过变频控制器3-1的DIX输入端口将可编程序控制器2传送来的0——100KHZ脉冲频率信号（PULSE）转化为调控变频电机3-2运转速度的调谐指令，令变频电机3-2按照现场工况的实际需要产生相应的旋转速度（切割线速度）；
伺服控制机构4包括伺服控制器4-1与伺服电机4-2，第二路输出通道Y0与伺服控制器4-1的PULSE-输入端连接，通过从伺服控制器4-1的PULSE-输入端采集的脉冲频率信号（F出），作为调谐伺服电机4-2运转速度的指令信号，第三路输出通道Y1与伺服控制器的“SIGN-” 输入端连接，通过伺服控制器4-1的SIGN- 输入端接收伺服电机4-2所需电机旋转方向指令信号，并通过PG卡不断收集伺服电机4-2的反馈信息，进行跟踪、校正，以确保伺服电机4-2的运转精度；
本系统除具有一般绳锯机所具备的通用功能外还兼具针对机台在锯切过程中出现的金刚石串珠绳因珠子胎体脱落不同步而导致的无刃现象进行自动识别、判断并自动转入自动开刃状态至重新开出新刃后，再自动切换回正常锯切状态，具体步骤如下：
1、首先分析判断
当金刚石串珠绳锯机在锯切过程中出现主机电流持续偏高，接近或达到载荷保护值（因考虑夏季高温环境影响，一般设定为95%的额定电流），且机台行走速度持续5分钟小于0.5cm/min的运动速度时，可编程序控制器2将自动分析判断为绳锯已出现无刃状况；
2、当绳锯已出现无刃状况时，可编程序控制器2将自动启动PLC多段速运行程序，以将金刚石串珠绳锯机自动降至48%的运转频率，同时发出绳锯无刃请减少冷却水量的报警提示；
3、当可编程序控制器2发出绳锯无刃请减少冷却水量的报警提示时，可通过人工方式调小冷却水量，也可通过电动调节阀自动调小冷却水量至出刃止；
4、当可编程序控制器2的PLC多段速运行程序运行至主机电流的变化量（主机设定电流与主机实时电流的差值）持续数拾秒小于或等于5A时，可编程序控制器2将发出中断多段速运行的程控指令，并自动切换回正常锯切状态；
5、若可编程序控制器2的PLC多段速运行程序运行2小时还未出现上述情况时，可编程序控制器2将判断为开刃失败，此时机台将自动停机保护并发出“无法开刃，请另更换绳锯”的提示信息。
此外，在可编程序控制器2中还引入死区保护程序（即在电流一定微小变化的范围内不对行走速度作任何调整，可编程序控制器2只针对“死区”范围外的电流变化量作“PI”过程控制处理），从而有效保证串珠绳的正常使用寿命，不致因负载电流的细微变化而过于频繁的调整行走速度进而导致串珠绳不应有的频繁收缩、拉伸损伤，影响串珠绳的使用寿命。
另外，在可编程序控制器2中还引入机台锯切收尾阶段的末端——自动判断识别、调整、修正、补偿程序，即在收尾阶段实现分段逐级按比例渐次降低主机运转速度（切削线速度），从而实现系统全程平稳的自动调控且无须任何人为干预便能在自动控制模式下自动完成，并能全程展示最佳的锯切状态，同时还能使机台的操作变的更加简便、智能，具体步骤如下：
1、首先分析判断
当金刚石串珠绳锯机在锯切过程中出现主机实时电流持续下降，与其设定值的偏差量渐渐加大且无回归之势时，可编程序控制器2将判定机台已进入收尾工段；
2、当可编程序控制器2判定机台已进入收尾工段时，可编程序控制器2将自动降低主机的运转频率至主机的实时电流与设定电流接近时，保持该运转频率至下一循环的到来时再重复上述工作状况至作业结束。
另一种方式则根据矿山开采大数据编程机台收尾运行指令：
1、分析判断
当金刚石串珠绳锯机在锯切过程中出现主机实时电流持续下降，与其设定值的偏差量渐渐加大且无回归之势时，可编程序控制器2将判定机台已进入收尾工段；
2、当可编程序控制器2判定机台已进入收尾工段时，可编程序控制器2将自动进入PLC多段速运行程序运行状态，控制主机运转频率逐级降低并连续运行一段时间，再下降至下一级运转频率与运转时间，有关主机各段运行频率与运行时间的设置取决于大数据的采集情况，大数据精准度越高机台的智能化程度也越高。

Claims (8)

1.一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，包括电子手轮组件、可编程序控制器、变频控制机构及伺服控制机构，其特征在于，电子手轮组件与可编程序控制器连接，变频控制机构、伺服控制机构与可编程序控制器连接，由电子手轮组件将输入信号输入至可编程序控制器，可编程序控制器对接收的输入信号进行处理转化为脉冲频率源，传输至变频控制机构与伺服控制机构，从而实现调谐电机转速、稳定变频，具体结构如下：
电子手轮组件包括用于与可编程序控制器X2、X3信号输入端连接的主机电子手轮和用于与可编程序控制器X0、X1信号输入端连接的行走电子手轮，主机电子手轮用于向可编程序控制器的X2、X3信号输入端发出数字信息，作为可编程序控制器编程脉冲输出指令的数字信号源；行走电子手轮用于向可编程序控制器的X0、X1信号输入端发出数字信息，作为可编程序控制器编程脉冲频率输出指令及运行方向所需的数字信号源；
可编程序控制器内装载有PLC多段速运行程序，并设置有三路输出通道，第一路输出通道与变频控制机构连接，可编程序控制器将从X2、X3信号输入端采集的数字信息通过可编程序控制器的编程脉冲输出指令，转化为连续可调的脉冲频率源，并通过第一路输出通道端口送往变频控制机构；第二路输出通道和第三路输出通道分别与伺服控制机构连接，可编程序控制器将从X0、X1信号输入端采集的行走数字信息，通过编程作为给定的脉冲频率信号源，与其负载反馈数据进行编程运算，在自动控制模式下，完成PI过程控制，而后再通过可编程序控制器编程运算脉冲频率输出指令送至第二路输出通道端口，作为伺服控制机构的可调脉冲频率源，第三路输出通道端口输出伺服控制机构的运行方向指令信号；
变频控制机构包括变频控制器与变频电机，变频电机与变频控制器连接，第一路输出通道与变频控制器的DIX输入端连接，通过变频控制器的DIX输入端口将可编程序控制器传送来的脉冲频率信号转化为调控变频电机运转速度的调谐指令，令变频电机按照现场工况的实际需要产生相应的旋转速度；
伺服控制机构包括伺服控制器与伺服电机，伺服电机与伺服控制器连接，第二路输出通道与伺服控制器的PULSE-输入端连接，通过从伺服控制器的PULSE-输入端采集的脉冲频率信号，作为调谐伺服电机运转速度的指令信号，第三路输出通道与伺服控制器的SIGN-输入端连接，通过伺服控制器的SIGN- 输入端接收伺服电机所需电机旋转方向指令信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其特征在于，电子手轮组件包括触摸屏。
3.根据权利要求1所述的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其特征在于，可编程序控制器上设置有用于提示无刃报警的报警装置。
4.根据权利要求1所述的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其特征在于，变频控制机构、伺服控制机构通过RS-485总线与可编程序控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其特征在于，可编程序控制器兼具针对机台在锯切过程中出现的金刚石串珠绳因珠子胎体脱落不同步而导致的无刃现象进行自动识别、判断并自动转入自动开刃状态直至重新开出新刃后，再自动切换回正常锯切状态功能。
6.根据权利要求1所述的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其特征在于，可编程序控制器中还引入死区保护程序。
7.根据权利要求1所述的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其特征在于，可编程序控制器中还引入机台锯切收尾阶段的末端——自动判断识别、调整、修正、补偿程序。
8.根据权利要求1所述的一种用于金刚石串珠绳锯机的电气控制系统，其特征在于，金刚石串珠绳锯机上设置有用于采集主机电流的RS485总线数据采集器，在机台上设置有用于采集机台行走速度的RS485总线数据采集器，RS485总线数据采集器与可编程序控制器连接。
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