CN204851263U - 一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，包括触摸屏操作中心、PLC控制中心、行走工作状态控制系统、行走双系统控制机构、主机运行控制系统、液压动力系统、液压系统执行机构、串珠绳张力检测调控系统；所述触摸屏操作中心通过RS‐485通讯端口与PLC控制中心连接，PLC控制中心通过数字开关(I/O)模块、模拟量(A/D、D/A)混合模块对行走工作状态控制系统、行走双系统控制机构、主机运行控制系统、液压动力系统进行整体系统运作，主要依靠大功率、高转速、可调速液压马达直接驱动设备的运作模式，具有结构轻巧紧凑、效率高且易于维护和保养的优点。

Description

一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种模块化数字液压电气控制系统，尤其是一种绳锯机的模块化数字液压电气控制系统。

背景技术

由于第一代的液压式金刚石串珠锯受当时技术条件限制，使能量转换效率(因受液压马达转速限制，通常只有10——20m/s的线速度)、环境及设备制造成本的限制而被淘汰，取而代之的电动式金刚石串珠锯得到广泛应用。

然而随着时间的推移，现代技术日新月异——大功率、高转速液压马达及针对恶劣环境使用的“电液伺服系统”的产生，原有瓶颈被打破，新技术的应用推广使“液压式金刚石串珠锯”获得涅槃重生，《一种模块化数字液压绳锯机电控系统》就是在这一背景技术条件下诞生的，该专利申报的目的就是为了推层出新，解决电动式大功率金刚石串珠锯机头体积大(需加防水、防尘电机罩)，制约了“机头”小巧灵活的翻转模式且不利于日常维护、清洗，而当代“液压式金刚石串珠锯”则不存在这些问题，而且还比一般电气元件(电机、变频器)长寿、稳定、可靠，具有良好的发展前景。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统。

一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：包括触摸屏操作中心、PLC控制中心、行走工作状态控制系统、行走双系统控制机构、主机运行控制系统、液压动力系统、液压系统执行机构、串珠绳张力检测调控系统；所述触摸屏操作中心通过RS-485通讯端口与PLC控制中心连接，PLC控制中心通过数据分析、运算处理后对行走工作状态控制系统、行走双系统控制机构、主机运行控制系统、液压动力系统进行程序设计保障有序控制，行走双系统控制机构的工作、快速状态切换通过PLC控制电磁离合器通断完成，通过行走机构与导向轮伸缩机构来调整串珠绳张力检测调控系统。

所述触摸屏操作中心由彩色触摸屏构成机台操作中心，操作人员可通过屏幕界面(HMI)操控人机对话，实现向PLC模块传送各项操作指令。

所述PLC控制中心的硬件装置由PLC的CPU、数字开关(I/O)模块、模拟量(A/D、D/A)混合模块构成，由PLC控制中心下达各项运作指令，协调指挥系统的切割、行走及机头翻转、横移以及张力检测、油缸机构的伸缩等调控动作，均能按运行程序要求有序工作。

所述行走工作状态控制系统由PID模块、极性反向器、PLC选通开关、功率放大器及电－液比例换向调速阀等组成；由二级闭环控制电路组成，前级闭环控制电路由PID模块构成，后一级闭环控制电路由高响应型换向调速阀用功率放大器与高响应型电－液比例换向调速阀组成；主要完成处于正常工作状态下的行走控制功能。

所述行走双系统控制机构由可调速行走液压驱动马达、减速机、电磁离合器、可双向运转的快速行走液压马达、电磁阀、行走机构等组成；由行走双系统实现机台工作、快速行走状态的切换、运行保障工作。

所述主机运行控制系统由极性反向器、PLC选通开关、功率放大器、电－液比例换向调速阀、主机液压马达、轴套及大飞轮等组成；主要完成对主机的控制、切削、运转功能。

所述液压动力系统由压力检测装置、电子式热继电保护器、隔离缓冲器、液压小泵及单相驱动电机、电流变送器检测装置、综合保护器、相序保护器、Y-Δ启动/运行装置、液压大泵及三相大功率电机体、液压站等组成；由液压站构成整台设备的动力保障机构，液压大泵采用Y-Δ启动方式主要提供主机系统的液压动力所需能源，液压小泵由单相小功率电机采用直接启动方式。

所述液压系统执行机构由6路电磁阀构成，组成多路控制单元，保证系统按PLC的运行程序完成整个系统运作。

所述串珠绳张力检测调控系统由金刚石串珠绳检测调控系统完成“张力”检测、采样、收集、传送。

此实用新型的优点在于：

1、与传统意义上的矿山石材开采设备相比，液压绳锯机具有结构轻巧紧凑、效率高、机头轻巧灵便，易于翻转与横移且不易受自身机体干涉，同时还可使支撑其翻转的蜗轮、蜗杆组件及液压翻转马达完成小型化设计，可大大缩小所占空间，同时可使机箱内的防尘、防水问题得到根治。

2、尤其重要的特点是具有极高的切削效率、转矩大、带载能力强及具有很好的过载溢流保护功能且维护保养十分方便。因为液压马达不惧石粉和水，可以很方便的直接用水龙头对着冲洗，这是电气马达所无法比拟的优势。

3、液压器件具有经久耐用的优点，它即使工作一段时间产生一些故障问题，但一般为油路堵塞故障，一般只需拆卸液压阀件进行清理(可用柴油清洗)，顶多也就更换坏损的“O”型圈。硬件损坏的概率极低，远比一般电气元件(电机、变频器等)长寿、稳定、可靠。

附图说明

图1本实用新型一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统结构简图。

图2本实用新型一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统工作原理结构框图。

图3本实用新型中行走工作状态控制系统电气工作原理结构框图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、2所示，一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统主要由八部分组成，下面将对该系统原理加以简述：

1、触摸屏操作中心：由触摸屏的人机对话界面(HMI)完成各项操作指令的发布、传送过程，实现各项数据设定。参数信息收集、显示等功能，在该操作界面中设置了若干个可供操作的软件按钮及二个软件数字电位器。其中一个软件数字电位器用于调控“行走系统”所需数字给定数据，即为串珠绳张力给定值(SV)，并通过PLCRS-485串行通讯口将给定的数据输入PID(DTC1000L)模块，作为行走控制系统的目标设定值(SV)的给定参数。另一个软件数字电位器则作为“主机”运转速度的调控数字给定量值，也通过RS-485串行通讯口将数字给定值写入PLC的COM3串行口，再由PLC的D/A转换端口(CH6)输出0-10V的模拟信号，作为主机调控系统的给定调控量值，使得主机运转速度可在HMI界面上实现自如调控的目的。

2、PLC控制中心：该控制中心的硬件装置由PLC的CPU、数字开关(I/O)模块、模拟量(A/D、D/A)混合模块构成，PLC做为主站通过内置COM3的RS-485串行通讯口与触摸屏的RS-485串行通讯口相联读取触摸屏中的指令信号，并向其传送所需数据、信息；同时PLC又通过内置COM2的RS-485串行通讯口与作为2#从站的“张力传感器”的RS-485串行通讯口相联读取(MODRD)“张力数据”并加以系数调整(调整参数由触摸屏的人机界面窗口设定)、运算处理后的数字量值经PLC的“D/A”数模转换后再由PLC的“CH5”端口转送PID模块的反馈输入端口(PV)；PLC通过COM2串口并联3#从站PID(DTC1000L)模块的RS-485串行通讯口，写入(MODWR)PID模块调控数字量值(张力给定值SV)，构成PID模块的闭环控制信号源；PLC通过梯形图的运行程序，实现对各功能组件的有效调控，从而达到整机自动控制的目的。

3、行走工作状态控制系统：这是本系统自动控制的核心部分，该系统工作原理如图3所示，该控制电路主要由PID模块30、1#信号极性反向器31、PLC选通开关32、功率放大器33、及电-液比例换向调速阀34等部件组成。其工作原理如图3所示：该系统由二级闭环控制电路组成，其前级闭环控制电路由PID模块构成。该模块的目标给定值(SV)由PLC给定的“给定数字量值”通过COM2的RS-485通讯传入。另一路则由PLC的”CH5端口”输出的4-20mA模拟信号构成PID系统的负反馈信号(PV)，再经过PID模块内部的PID运算处理后输出的0-10V的模拟信号将作为后一级闭环控制系统的“给定调控信号”(同时这一信号也作为行走速度的基础计量单元引入PLC的CH2端口，经A/D转换、运算后的数据量值再传送至触摸屏行走速度窗口，显示机台实时行走速度状况)，为使系统获得稳定、可靠的平滑调节。本实用新型在PID系统中引入了“死区参数”，即对小范围的信号波动不作调整，以避免器件在过于频繁的调整中失去稳定，以及缩短调节器的使用寿命，同时也是为了保证串珠绳具有更好的使用效果，不至于因为行走速度的时快、时慢，而导致串珠绳处于频繁的张紧、拉伸的调整状态而影响寿命。

后一级闭环控制电路由性能优异的高响应型换向调速阀用功率放大器与高响应型电-液比例换向调速阀构成。由PID模块输出的0-10V给定调节信号通过PLC的选通开关输入功率放大器的信号给定输入的端口。而由电-液比例换向阀中检测主阀位置变化情况的差动变压器(LVDT)输出的负反馈信号，通过反馈端口在功率放大器内进行组合构成闭环控制系统。因此该电路具有高精度和高可靠性，能很好满足机台设备在切割状态下(即正常工作状态下)的低速、平稳行走，从而保证了后退行走速度与串珠绳张力需求(即串珠绳松紧度)高度协调一致，始终处于较佳的张力平衡状态，即当串珠绳拉的稍紧些机台后退行走速度便会自动降低；当串珠绳松弛时机台后退行走速度又会自动提升，实现了系统自动控制的设计理念。

在该系统的正、反两方向运行的控制中通过PLC选通开关和“信号极性反向器”构成，而该信号极性反向器则由一块双运放集成电路和若干电阻构成“二路极性反向器”，一路作为行走功率放大器的负极性信号，以控制行走液压马达的反向运转(即后退运行)；另一路作为主机功率放大器的负极性信号，控制主机液压马达的逆向运转。

此外，在该系统的PID模块的OUT2输出端口还设置了故障报警信号作为向PLC传递信息的窗口，大大提高了设备安全保护等级，形成较为完善的自动控制体系。

4、行走双系统控制机构：该系统机构由一台可调速行走液压驱动马达40、1#减速机41、一台电磁离合器42、2#减速机43、一台可双向运转的快速行走液压马达44、7#电磁阀45、8#电磁阀46及一套行走机构47等构件组成。

该系统机构通过PLC控制电磁离合器的通、断，来实现“工作状态”与“快速运行状态”间的切换控制的。当电磁离合器吸合时，系统进入“正常工作状态”，液压马达在PLC启动指令下开始运转，此时1#、2#减速机组合使用，使行走机构处于更加低速、平稳、大扭矩的工作状态；当电磁离合器在PLC的控制下处在断开状态时，通过PLC发出的快速运转指令启动快速液压马达拖动2#减速机，使行走机构完成机台快速移位的功能(2.6-3m/min)。

为保证运行系统的安全可靠，在该系统中设置了程序互锁保护功能，并在“正常工作状态下”还设计了离合器先吸合(约1秒)液压马达后启动的保护程序，使系统更加稳定、可靠。

5、主机运行控制系统：该系统主要由2#极性反向器50、PLC选通开关51、功率放大器52、电-液比例换向调速阀53、主机液压马达54、轴套及大飞轮55等部件组成。该系统采用大流量开环控制方式，该功率放大器的给定设置信号取自PLC(CH6端口)的D/A模块输出的0-10V模拟量调节信号，通过功率放大器调节控制电-液比例换向调速阀输出可控的、按线性比例调整的流量来调控主机液压马达的转速，使被同轴旋转大飞轮所牵引的金刚石串珠绳的切割“线速度”达到可调、可控的目的。

6、液压动力系统：该系统由压力检测装置60、电子式热继电保护器61、1#隔离缓冲器62、液压小泵及单相驱动电机63、电流变送器检测装置64、综合保护器65、相序保护器66、2#隔离缓冲器67、Y-Δ启动/运行装置68、液压大泵及三相大功率电机体69、液压站69A等件组成，液压驱动采用大、小二泵分别控制的方式，大泵采用Y-Δ启动方式主要提供主机系统的液压动力所需能源，为了减小启动电流的冲击，可设置先启动大泵电机，数秒后再由系统运行程序自动启动主机的液压控制体系；另一台小泵则由单相小功率电机采用直接启动的方式，为余下各液压部件提供所需液压动力源,在该系统中还设有相序保护(可自动识别、转换相序)，综合保护、电流、压力检测等多项功能，所有动作均按PLC指令运行。

当然若从节能方面考虑，则可将大泵的启动/运行方式改为变频控制方式，即由变频器控制电机的启动、运行、停机，并引入压力变送器的模拟信号，作为变频器的负反馈信号，与变频器所设定的给定频率构成闭环控制系统，变频器将根据压力变化情况自动调整合适的输出频率，调控马达的运转速度从而实现节能的效果。需要说明的是当采用变频控制时可取消Y-Δ启动方式下的“相序保护、综合保护”等功能，这些被取消的功能将由变频器承当。

在液压动力系统中也能引入“电液伺服系统”使系统的输出能自动地、快速而准确地跟随输入量变化而变化，并且输出功率被大幅地放大，电液伺服系统综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大、信号处理灵活、容易实现各种参量和反馈，适应能力强且节能环保，但缺点是使用成本较高。

7、液压系统执行机构：该机构由1#电磁阀70、2#电磁阀71、3#电磁阀72、4#电磁阀73、5#电磁阀74、6#电磁阀75、主机横移油缸76、导向轮油缸调整装置77、液压翻转机构78、1#磁性开关79、2#磁性开关79A、限位保护装置79B等构件组成。其工作原理如下：

a.当PLC发出“左移”指令时，1#电磁阀打开“机头横移”油缸伸出，完成“左移”动作，其中1#磁性开关为左移限位保护开关；

b.当PLC发出“右移”指令时，2#电磁阀打开“机头横移”油缸回缩，完成“右移”动作，其中2#磁性开关为右移限位保护开关。

c.当PLC发出静态张力调节“+”时，3#电磁阀打开小飞轮导向油缸“点动升”，完成串珠绳缓缓张紧动作；

d.当PLC发出静态张力调节“-”时，4#电磁阀打开小飞轮导向油缸“点动降”，完成串珠绳缓缓放松动作，从而起到辅助微调串珠绳张力松紧度的作用。

e.当PLC发出“左旋”指令时，5#电磁阀打开翻转液压马达正转，完成“机头左翻”动作；

f.当PLC发出“右旋”指令时，6#电磁阀打开翻转液压马达反转，完成“机头右翻”动作，其中翻转限位保护装置为“翻转信号计数传感器”，其作用按预设数字限制翻转角度(+/-270度)，上述操作均为点动控制且含程序互锁保护功能。

8、串珠绳张力检测调控系统：该系统由数字式张力检测传感器80、调整飞轮张力传递装置81、受控对象体82等构件组成,通过“行走机构”、“导向轮伸缩机构”来调整串珠绳张力检测调控系统。

最后需要说明的是，以上实施案例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施案例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围当中。

Claims (8)

1.一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：包括触摸屏操作中心、PLC控制中心、行走工作状态控制系统、行走双系统控制机构、主机运行控制系统、液压动力系统、液压系统执行机构、串珠绳张力检测调控系统；所述触摸屏操作中心通过RS-485通讯端口与PLC控制中心连接，PLC控制中心分析处理后对行走工作状态控制系统、行走双系统控制机构、主机运行控制系统、液压动力系统实现程序控制，行走双系统控制机构的工作、快速行走状态切换通过PLC控制电磁离合器通断完成，通过行走机构与导向轮伸缩机构来调整串珠绳张力检测调控系统。

2.根据权利要求1所述的一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：所述PLC控制中心的硬件装置由PLC的CPU、数字开关模块、模拟量混合模块构成。

3.根据权利要求1所述的一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：所述行走工作状态控制系统由PID模块、极性反向器、PLC选通开关、功率放大器及电－液比例换向调速阀组成。

4.根据权利要求1至3之一所述的一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：所述行走工作状态控制系统由二级闭环控制电路组成，前级闭环控制电路由PID模块构成，后一级闭环控制电路由高响应型换向调速阀用功率放大器与高响应型电－液比例换向调速阀组成。

5.根据权利要求1所述的一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：所述行走双系统控制机构由可调速行走液压驱动马达、减速机、电磁离合器、可双向运转的快速行走液压马达、电磁阀、行走机构组成。

6.根据权利要求1所述的一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：所述液压动力系统由压力检测装置、电子式热继电保护器、隔离缓冲器、液压小泵及单相驱动电机、电流变送器检测装置、综合保护器、相序保护器、Y-Δ启动/运行装置、液压大泵及三相大功率电机体、液压站组成；所述液压站构成整台设备的动力保障机构，液压大泵采用Y-Δ启动方式主要提供主机系统的液压动力所需能源，液压小泵由单相小功率电机采用直接启动方式。

7.根据权利要求1所述的一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：所述液压系统执行机构由6路电磁阀构成。

8.根据权利要求1所述的一种模块化数字液压绳锯机电气控制系统，其特征在于：所述串珠绳张力检测调控系统中张力检测采用数字式张力检测传感器。