CN212216641U

CN212216641U - 铜管全自动成型装置及控制系统

Info

Publication number: CN212216641U
Application number: CN202020444697.2U
Authority: CN
Inventors: 赵玉顺; 葛俊康
Original assignee: Henan Shunkang Electromechanical Equipment Co ltd
Current assignee: Henan Shunkang Electromechanical Equipment Co ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2030-03-31

Abstract

本实用新型涉及铜管全自动成型装置及控制系统，包括设置在底座上的放料机构、收料机构、盘拉机构、铜管夹紧机构、冲模机构，放料机构和收料机构之间设置有张力检测机构，张力检测机构包括支撑杆、牵引杆、第一过料机构和第二过料机构，牵引杆与支撑杆通过转轴转动连接，转轴上设置有位移传感器，放料机构、收料机构、盘拉机构之间设置有控制系统，控制系统根据位移传感器检测数据计算物料张力，从而调整放料机构、收料机构、盘拉机构的运行速度。本实用新型设置有张力检测机构和控制系统，控制系统根据物料张力对放料机构、收料机构和盘拉机构的电机力矩进行调节，使三者相互匹配从而避免铜管被扯断、黏连在夹具上以及物料堆积的问题。

Description

铜管全自动成型装置及控制系统

技术领域

本实用新型涉及自动控制领域，尤其涉及铜管全自动成型装置及控制系统。

背景技术

铜管在空调、压缩机、热交换设备等工业领域有着广泛的应用，根据不同的应用场合，常常需要对铜管的粗细、内管构造以及形态进行二次加工。

现有的铜管成型机在二次加工时存在弊端，在收放料过程中，收放料的速度不能和整体运行速度匹配，导致铜管在整个过程中紧绷或宽松，造成铜管被扯断、黏连在夹具上以及物料堆积的问题。这些问题不仅严重影响生产效率而且还会对铜管成型机造成损坏。

发明内容

本实用新型为解决现有铜管成型机在作业时收放料的速度不能和整体运行速相度匹配的问题，提供了一种铜管全自动成型装置及控制系统，设置有张力检测机构和控制系统，控制系统根据物料张力对放料机构、收料机构和盘拉机构的电机力矩进行调节，使三者相互匹配从而避免铜管被扯断、黏连在夹具上以及物料堆积的问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

铜管全自动成型装置及控制系统，包括设置在底座上的放料机构、收料机构、盘拉机构、铜管夹紧机构、冲模机构，所述放料机构和收料机构之间设置有张力检测机构，所述张力检测机构包括支撑杆、牵引杆、第一过料机构和第二过料机构，所述支撑杆与放料机构平行设置，支撑杆的下部一端固定连接第一过料机构，所述第一过料机构为L形板状框架结构，第一过料机构的竖直段中部对称设置有过料轴、水平段滑动连接第二过料机构，所述第二过料机构上部为扇形结构、下部方形板体，所述上部和下部之间对称设置有过料轴，所述牵引杆穿过第二过料机构的上部与支撑杆平行，牵引杆与支撑杆通过转轴转动连接，所述转轴上设置有位移传感器，所述位移传感器用于检测牵引杆受物料牵引所产生的位移；

所述放料机构、收料机构、盘拉机构之间设置有控制系统，所述控制系统根据位移传感器检测数据计算物料张力，从而调整放料机构、收料机构、盘拉机构的运行速度。

进一步地，所述控制系统包括PLC控制器，所述PLC控制器包括主控模块、数字量输出模块、数字量输入模块和模拟量输入模块。

进一步地，所述盘拉机构包括盘拉电机、第一冷却风机和第一变频器，所述盘拉机构连接有第一接触器，所述第一接触器的线圈与电源连接，第一接触器的常开触点经第一变频器与盘拉电机连接，所述第一变频器通过DP总线与PLC控制器连接，所述第一冷却风机与数字量输出模块之间设置有第一继电器和第二接触器，所述第一冷却风机经第一继电器和第二接触器连接电源。

进一步地，所述收料机构包括收料电机、第二冷却风机和第二变频器，所述收料机构连接有第三接触器，所述第三接触器的线圈与电源连接，第三接触器的常开触点经第二变频器与收料电机连接，所述第二变频器通过DP总线与PLC控制器连接，所述第二冷却风机与数字量输出模块之间设置有第二继电器和第四接触器，所述第二冷却风机经第二继电器和第四接触器连接电源。

进一步地，所述放料机构包括放料电机、第三冷却风机和第三变频器，所述放料机构连接有第五接触器，所述第五接触器的线圈与电源连接，第五接触器的常开触点经第三变频器与放料电机连接，所述第三变频器通过DP总线与PLC控制器连接，所述第三冷却风机与数字量输出模块之间设置有第三继电器和第六接触器，所述第三冷却风机经第三继电器和第六接触器连接电源。

进一步地，所述第一接触器、第三接触器和第五接触器的线圈与电源之间连接有接第七接触器和第八接触器，所述第七接触器和第八接触器的线圈均与电源连接，第七接触器和第八接触器连接有按钮，所述第八接触器自锁连接，第八接触器的常开触点连接有第四继电器，所述第四继电器的线圈与主控模块连接。

进一步地，所述盘拉电机、收料电机和放料电机均连接有制动器，三个所述制动器分连接第五继电器、第六继电器和第七继电器，所述第五继电器、第六继电器和第七继电器的常开触点与制动器连接、线圈与数字量输出模块连接。

进一步地，所述盘拉机构、收料机构和放料机构连接有手动控制单元，所述手动单元包括多个按键，多个所述按键分别与数字量输入模块连接，所述数字量输入模块根据单个按键信号控制盘拉机构、收料机构和放料机构工作。

进一步地，所述控制系统连接有触摸屏，所述触摸屏通过DP总线与PLC控制器连接。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型设置有张力检测机构，所述张力检测机构包括支撑杆、牵引杆、第一过料机构和第二过料机构，所述支撑杆与放料机构平行设置，支撑杆的下部一端固定连接第一过料机构，所述第一过料机构为L形板状框架结构，第一过料机构的竖直段中部对称设置有过料轴、水平段滑动连接第二过料机构，所述第二过料机构上部为扇形结构、下部方形板体，所述上部和下部之间对称设置有过料轴，所述牵引杆穿过第二过料机构的上部与支撑杆平行，牵引杆与支撑杆通过转轴转动连接，所述转轴上设置有位移传感器，所述位移传感器用于检测牵引杆受物料牵引所产生的位移。在作业时将铜管穿过第二过料机构过料轴间隙然后再由第一过料机构过料轴间隙穿出，当铜管在过料时被拉动过紧或过松，铜管都会拉动第二过料机构在第一过料机构上产生位移，牵引杆随第二过料机构偏移，位移传感器检测位移数据将信号传输给控制系统，控制系统对盘拉机构、收料机构和放料机构的电机转矩进行调节。从而避免了铜管因电机力矩过大或过小产生被扯断、黏连在夹具上以及物料堆积的问题。

附图说明

图1是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的张力检测机构结构示意图。

图2是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的DP接线示意图。

图3是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的盘拉机构接线图。

图4是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的收料机构接线图。

图5是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的收料机构接线图。

图6是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的盘拉机构、收料机构、收料机构的控制电路接线图之一。

图7是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的盘拉机构、收料机构、收料机构的控制电路接线图之二。

图8是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的主控模块的接线图。

图9是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的盘拉机构、收料机构、收料机构的风机及制动器接线图。

图10是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的数字量输出模块接线图。

图11是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的模拟量输入模块接线图。

图12是本实用新型铜管全自动成型装置及控制系统的数字量输入模块接线图。

附图中标号为：

1为收料机构，2为放料机构，3为盘拉机构，4为PLC控制器，5为张力检测机构，6为按钮，7为触摸屏，8为位移传感器，101为第二变频器，201为第三变频器，301为第一变频器，401为主控模块，402为数字量输出模块、403为数字量输入模块，404为模拟量输入模块，501为牵引杆，502为支撑杆，503为第一过料机构，504为第二过料机构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述：

如图1~图12所示，铜管全自动成型装置及控制系统，包括设置在底座上的放料机构2、收料机构1、盘拉机构3、铜管夹紧机构、冲模机构，所述放料机构2和收料机构1之间设置有张力检测机构5，所述张力检测机构5包括支撑杆502、牵引杆501、第一过料机构503和第二过料机构504，所述支撑杆502与放料机构2平行设置，支撑杆502的下部一端固定连接第一过料机构503，所述第一过料机构503为L形板状框架结构，第一过料机构503的竖直段中部对称设置有过料轴、水平段滑动连接第二过料机构504，所述第二过料机构504上部为扇形结构、下部方形板体，所述上部和下部之间对称设置有过料轴，所述牵引杆501穿过第二过料机构504的上部与支撑杆502平行，牵引杆501与支撑杆502通过转轴转动连接，所述转轴上设置有位移传感器8，所述位移传感器8用于检测牵引杆501受物料牵引所产生的位移；

所述放料机构2、收料机构1、盘拉机构3之间设置有控制系统，所述控制系统根据位移传感器8检测数据计算物料张力，从而调整放料机构2、收料机构1、盘拉机构3的运行速度。

为优化产品结构，所述控制系统包括PLC控制器4，所述PLC控制器4包括主控模块401、数字量输出模块402、数字量输入模块403和模拟量输入模块404，具体的在本实施例中，所述PLC控制器4采用S7-300PLC控制器。

如图11所示，模拟量输入模块404在图中标号为S73317KF02，模拟量输入模块404的12和13端口与位移传感器8输出线连接。

如图3和图10所示，所述第一接触器在图中标号为KM1，第一继电器标号为KA42，第二接触器标号为KM11，数字量输出模块402为S73221BH01，盘拉电机标号为M1，第一冷却风机标号为M11。

为了便于PLC控制器对盘拉机构3进行控制，所述盘拉机构3包括盘拉电机、第一冷却风机和第一变频器301，所述盘拉机构3连接有第一接触器，所述第一接触器的线圈与电源连接，第一接触器的常开触点经第一变频器301与盘拉电机连接，所述第一变频器301通过DP总线与PLC控制器4连接，所述第一冷却风机与数字量输出模块402之间设置有第一继电器和第二接触器，所述第一冷却风机经第一继电器和第二接触器连接电源。具体的，所述数字量输出模块402的端口15连接KA42的线圈，KA42的常开触点连接KM11线圈，KM11常开触点连接第一冷却风机，KM11常开触点闭合使第一冷却风机通电工作。

如图4和图10所示，所述第三接触器在图中标号为KM2，第二继电器标号为KA40，第四接触器标号为KM22，数字量输出模块402为S73221BH01，收料电机标号为M2，第一冷却风机标号为M22。

为了便于PLC控制器对收料机构1进行控制，所述收料机构1包括收料电机、第二冷却风机和第二变频器101，所述收料机构1连接有第三接触器，所述第三接触器的线圈与电源连接，第三接触器的常开触点经第二变频器101与收料电机连接，所述第二变频器101通过DP总线与PLC控制器4连接，所述第二冷却风机与数字量输出模块402之间设置有第二继电器和第四接触器，所述第二冷却风机经第二继电器和第四接触器连接电源。具体的，所述数字量输出模块402的端口12连接KA40的线圈，KA40的常开触点连接KM22线圈，KM22常开触点连接第二冷却风机，KM22常开触点闭合使第二冷却风机通电工作。

如图5和图10所示，所述第五接触器在图中标号为KM3，第三继电器标号为KA41，第六接触器标号为KM33，数字量输出模块402为S73221BH01，放料电机标号为M3，第三冷却风机标号为M33。

为了便于PLC控制器对放料机构2进行控制，所述放料机构2包括放料电机、第三冷却风机和第三变频器201，所述放料机构2连接有第五接触器，所述第五接触器的线圈与电源连接，第五接触器的常开触点经第三变频器201与放料电机连接，所述第三变频器201通过DP总线与PLC控制器4连接，所述第三冷却风机与数字量输出模块402之间设置有第三继电器和第六接触器，所述第三冷却风机经第三继电器和第六接触器连接电源。具体的，所述数字量输出模块402的端口13连接KA41的线圈，KA41的常开触点连接KM33线圈，KM33常开触点连接第三冷却风机，KM33常开触点闭合使第三冷却风机通电工作。

如图6~图8所示，第七接触器图上标号为KM4，第八接触器图上标号为KM5，所述按钮标号为SB1，所述第四继电器标号为KA15，主控模块401标号为CPU313C-2DP。

为优化产品结构，所述第一接触器、第三接触器和第五接触器的线圈与电源之间连接有接第七接触器和第八接触器，所述第七接触器和第八接触器的线圈均与电源连接，第七接触器和第八接触器连接有按钮6，所述第八接触器自锁连接，第八接触器的常开触点连接有第四继电器，所述第四继电器的线圈与主控模块401连接。具体的，KM1、KM2和KM3的线圈通过KM4和KM5的常开触点连接电源，KM4的线圈经按钮6连接电源，KM5的线圈经按钮6和KA15的常开触点与电源连接，KA15的线圈与主控模块401的端口22连接。KA15用于保证系统正常运行，当主控模块401上电，KA15线圈通电常开触点闭合，按下按钮6KM4和KM5与电源形成回路，KM4和KM5的常开触点闭合，KM1、KM2和KM3线圈通电，盘拉电机、收料电机、放料电机开始工作。

如图9和图10所示，在图中第五继电器、第六继电器和第七继电器的标号为KA11、KA12和KA13，数字量输出模块402为S73221BH01。

为进一步控制盘拉电机、收料电机和放料电机力矩，使其相互匹配，所述盘拉电机、收料电机和放料电机均连接有制动器，三个所述制动器分连接第五继电器、第六继电器和第七继电器，所述第五继电器、第六继电器和第七继电器的常开触点与制动器连接、线圈与数字量输出模块402连接。

为优化产品结构，所述盘拉机构3、收料机构1和放料机构2连接有手动控制单元，所述手动单元包括多个按键，多个所述按键分别与数字量输入模块403连接，所述数字量输入模块403根据单个按键信号控制盘拉机构3、收料机构1和放料机构2工作。

具体的如图12所示，所述按键在图中标号为S1、S5、S6和S7，所述S1、S5、S6和S7均为旋转开关，所述数字量输入模块403标号为S7321BL00，S1与数字量输入模块403的2和3端口连接，S1用于手动控制盘拉电机力矩，S5与数字量输入模块403的8和9端口连接，S5用于手动控制放料电机点动正反转，S6与数字量输入模块403的12和13端口连接，S6用于手动控制收料电机点动正反转，S7与数字量输入模块403的14和15端口连接，S7用于手动控制盘拉电机点动正反转。

为了方便参数设定，所述控制系统连接有触摸屏7，所述触摸屏7通过DP总线与PLC控制器4连接，所述触摸屏7采用西门子smart700/smart1000触摸屏，用 PPI 通讯时通信速率高达 187.5kb/s ，与S7-300 PLC兼容度好。

在本实施例中，位移传感器8将牵引杆501位移信息传输至PLC控制器4，PLC控制器4监测位移变化，从而控制电机扭矩和张力变化。设铜管卷材的线速度为连续变化量，铜管卷材卷径（缓慢变化），铜管卷材材料在拉伸时长度不发生改变。

以放料环节为例，电机轴输出转矩为M_d，铜管卷材张力为T，铜管卷材瞬间卷径为D，卷轴的卷径为D₀，ω是放卷轴的角速度，v是铜管卷材的线速度，b为铜管卷材宽度，J_k为铜管卷材的转动惯量，J₀为卷辊轴的转动惯量， B_f为摩擦系数，ρ是铜管卷材密度，M是铜管卷材质量。可列出以下动态方程：

假设在系统速度变化瞬间，铜管卷材质量不变，即J_k不变，D 不变，则可以推出:

由以上公式可知，铜管卷材张力T 的控制主要由输出转矩M_d决定，同时受铜管卷材速度和铜管卷材卷径影响。因此在本实施例中，张力控制系统选取v 为输出，M_d为输入，T和D作为扰动变量，提出采用自适应控制方法实现系统的稳定跟踪控制，从而达到了收放料速度的匹配。

当PLC控制器4上电，系统开始运行，PLC控制器4使KA15线圈通电，此时KM5接入电路形成回路，按下按钮6，KM4和KA5线圈通电，KM4常开触点闭合，KM1、KM2和KM3线圈通电，拉盘电机M1、收料电机M2和放料电机M3通电工作；铜管穿过第二过料机构504的过料轴间隙然后再由第一过料机构503过料轴间隙穿出，当铜管在过料时被拉动过紧或过松，铜管都会拉动第二过料机构504在第一过料机构503上产生位移，牵引杆随第二过料机构504偏移，位移传感器8检测位移数据将信号传输给模拟量输入模块404，PLC控制器4根据位移信号，通过设定算法经DP总线分别使第一变频器、第二变频器和第三变频器采用PWM调制方法使盘拉机构1、收料机构2和放料机构3的电机转矩得到优化调节，从而避免铜管因电机力矩过大或过小产生的被扯断、黏连在夹具上以及物料堆积的问题。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims

1.铜管全自动成型装置及控制系统，包括设置在底座上的放料机构（2）、收料机构（1）、盘拉机构（3）、铜管夹紧机构、冲模机构，其特征在于，所述放料机构（2）和收料机构（1）之间设置有张力检测机构（5），所述张力检测机构（5）包括支撑杆（502）、牵引杆（501）、第一过料机构（503）和第二过料机构（504），所述支撑杆（502）与放料机构（2）平行设置，支撑杆（502）的下部一端固定连接第一过料机构（503），所述第一过料机构（503）为L形板状框架结构，第一过料机构（503）的竖直段中部对称设置有过料轴、水平段滑动连接第二过料机构（504），所述第二过料机构（504）上部为扇形结构、下部方形板体，所述上部和下部之间对称设置有过料轴，所述牵引杆（501）穿过第二过料机构（504）的上部与支撑杆（502）平行，牵引杆（501）与支撑杆（502）通过转轴转动连接，所述转轴上设置有位移传感器（8），所述位移传感器（8）用于检测牵引杆（501）受物料牵引所产生的位移；

所述放料机构（2）、收料机构（1）、盘拉机构（3）之间设置有控制系统，所述控制系统根据位移传感器（8）检测数据计算物料张力，从而调整放料机构（2）、收料机构（1）、盘拉机构（3）的运行速度。

2.根据权利要求1所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述控制系统包括PLC控制器（4），所述PLC控制器（4）包括主控模块（401）、数字量输出模块（402）、数字量输入模块（403）和模拟量输入模块（404）。

3.根据权利要求2所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述盘拉机构（3）包括盘拉电机、第一冷却风机和第一变频器（301），所述盘拉机构（3）连接有第一接触器，所述第一接触器的线圈与电源连接，第一接触器的常开触点经第一变频器（301）与盘拉电机连接，所述第一变频器（301）通过DP总线与PLC控制器（4）连接，所述第一冷却风机与数字量输出模块（402）之间设置有第一继电器和第二接触器，所述第一冷却风机经第一继电器和第二接触器连接电源。

4.根据权利要求3所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述收料机构（1）包括收料电机、第二冷却风机和第二变频器（101），所述收料机构（1）连接有第三接触器，所述第三接触器的线圈与电源连接，第三接触器的常开触点经第二变频器（101）与收料电机连接，所述第二变频器（101）通过DP总线与PLC控制器（4）连接，所述第二冷却风机与数字量输出模块（402）之间设置有第二继电器和第四接触器，所述第二冷却风机经第二继电器和第四接触器连接电源。

5.根据权利要求4所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述放料机构（2）包括放料电机、第三冷却风机和第三变频器（201），所述放料机构（2）连接有第五接触器，所述第五接触器的线圈与电源连接，第五接触器的常开触点经第三变频器（201）与放料电机连接，所述第三变频器（201）通过DP总线与PLC控制器（4）连接，所述第三冷却风机与数字量输出模块（402）之间设置有第三继电器和第六接触器，所述第三冷却风机经第三继电器和第六接触器连接电源。

6.根据权利要求5所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述第一接触器、第三接触器和第五接触器的线圈与电源之间连接有接第七接触器和第八接触器，所述第七接触器和第八接触器的线圈均与电源连接，第七接触器和第八接触器连接有按钮（6），所述第八接触器自锁连接，第八接触器的常开触点连接有第四继电器，所述第四继电器的线圈与主控模块（401）连接。

7.根据权利要求6所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述盘拉电机、收料电机和放料电机均连接有制动器，三个所述制动器分连接第五继电器、第六继电器和第七继电器，所述第五继电器、第六继电器和第七继电器的常开触点与制动器连接、线圈与数字量输出模块（402）连接。

8.根据权利要求2所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述盘拉机构（3）、收料机构（1）和放料机构（2）连接有手动控制单元，所述手动控制单元包括多个按键，多个所述按键分别与数字量输入模块（403）连接，所述数字量输入模块（403）根据单个按键信号控制盘拉机构（3）、收料机构（1）和放料机构（2）工作。

9.根据权利要求7所述的铜管全自动成型装置及控制系统，其特征在于，所述控制系统连接有触摸屏（7），所述触摸屏（7）通过DP总线与PLC控制器（4）连接。