一種飛鋸機自動控制系統及方法與流程

本發明涉及自動控制技術，具體的說是涉及一種自動鋼管切割機的自動化控制系統及方法。

背景技術：

在飛鋸機進行鋼管切割加工時需要滿足下述基本工藝要求：

(1)在其進行鋸切過程中，飛鋸機的鋸片必須和運動的管材同步，以保證在鋸切過程中，鋸片既要繞鋸軸轉動(施加鋸切力和鋸切功率)，又要與管材以相同的速度移動(保證管材的被切割面平直)；

(2)飛鋸機需要能夠鋸切不同的定尺長度；

(3)且飛鋸機要保證鋸切的切口平直，即在整個鋸切過程中，鋸片都應和鋼管軸線垂直，并且要是鋸切頭部分不彎不扁。

要達到以上工藝要求，就需對飛鋸機的鋸切過程進行有效控制，但目前，我國80％以上的高頻焊管、冷彎機組仍在采用傳統的氣動飛鋸，因氣動飛鋸性能種種不足，如定尺誤差大(一般在±10mm以上)，焊管速度耗能大，機械壽命短等原因，造成人力、物力、財力上的浪費，因此需要設計一種能夠克服上述不足的新型飛鋸電控系統彌補了氣動飛鋸的不足。

技術實現要素：

鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種飛鋸機自動控制系統，該系統適用于對飛鋸機進行鋼管切割加工過程進行鋼管自動控制。

為了實現上述目的，本發明的技術方案：

一種飛鋸機自動控制系統，其飛鋸機相連接，其特征在于，包括：

實時檢測待切割鋼管的輸送速度及輸送長度的檢測單元；

控制飛鋸機的鋸片傳動機構以勻加速直線運動進行行走的伺服控制單元；

用于與外圍其他飛鋸機自動控制設備交互的通訊擴展單元；所述通訊擴展單元包括數據接口模塊及數據適配模塊；同時所述數據適配模塊用于實現上位機與中央處理單元之間的上下行數據通信過程即其能夠自動存儲中央處理單元所上傳的上行數據并將所述上行數據進行轉換后上傳至上位機；同時在上位機下發的下行數據時，將下行數據轉換為其所對應的中央處理單元相匹配的數據格式后下發至中央處理單元；

用于在檢測單元檢測到待切割鋼管的輸送長度到達所設定的切割長度時，控制飛鋸機的鋼管夾緊機構夾緊待切割鋼管并同時控制飛鋸機的落鋸鋸切機構對夾緊的待切割鋼管進行切割的中央處理單元；

以及作為遠程數據控制中心的上位機。

進一步的，作為本發明的優選方案

所述檢測單元包括：測長輥以及安裝在所述測長輥上的編碼器；該檢測單元通過編碼器以及測長輥檢測待切割鋼管的輸送速度以及此速度下所對應的輸送長度。

進一步的，作為本發明的優選方案

所述數據接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi網絡接口、Profibus總線接口、CAN總線接口以及profinet接口。

進一步的，作為本發明的優選方案

所述上位機能夠在接收到上行數據時標定相應的數據源地址代碼后進行存儲并創建與所述數據源地址代碼相對應的數據庫；同時在下發的下行數據時，自該下行數據中解析其所對應的數據源地址代碼，以獲得相應的目標地址，并按照解析出的目標地址向相應的中央處理單元傳遞數據。

本發明的另一目的是要提供一種飛鋸機自動控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、通過檢測單元實時檢測待切割鋼管的輸送速度及輸送長度；

步驟2、通過伺服控制單元控制飛鋸機的鋸片傳動機構以勻加速直線運動進行行走；

步驟3、通過中央處理單元在檢測單元檢測到待切割鋼管的輸送長度到達所設定的切割長度時，控制飛鋸機的鋼管夾緊機構夾緊待切割鋼管并同時控制飛鋸機的落鋸鋸切機構對夾緊的待切割鋼管進行切割；同時通過上位機進行遠程數據控制處理；所述上位機能夠在接收到上行數據時標定相應的數據源地址代碼后進行存儲并創建與所述數據源地址代碼相對應的數據庫；同時在下發的下行數據時，自該下行數據中解析其所對應的數據源地址代碼，以獲得相應的目標地址，并按照解析出的目標地址向相應的中央處理單元傳遞數據。

進一步的，作為本發明的優選方案

所述方法還包括通過通訊擴展單元與外圍其他飛鋸機自動控制設備進行交互，以構建本地飛鋸機自動控制通信網絡；所述通訊擴展單元包括數據接口模塊及數據適配模塊；同時所述數據適配模塊用于實現上位機與中央處理單元之間的上下行數據通信過程即其能夠自動存儲中央處理單元所上傳的上行數據并將所述上行數據進行轉換后上傳至上位機；同時在上位機下發的下行數據時，將下行數據轉換為其所對應的中央處理單元相匹配的數據格式后下發至中央處理單元；

進一步的，作為本發明的優選方案

所述檢測單元包括：測長輥以及安裝在所述測長輥上的編碼器；該檢測單元通過編碼器以及測長輥檢測待切割鋼管的輸送速度以及此速度下所對應的輸送長度。

進一步的，作為本發明的優選方案

所述數據接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wi fi網絡接口、Profibus總線接口、CAN總線接口以及profinet接口。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

本發明通過伺服控制單元使得鋸片傳動機構以勻加速直線運動進行行走，以防止鋸車瞬間速度過大造成機器損壞以及誤報警等問題；且通過中央處理單元控制落鋸鋸切機構鋸車上刀片對待切割鋼管進行切割，具有切口質量好，設備故障率低，維修方便等優點；同時本發明通過通訊擴展單元構建本地飛鋸機自動控制通信網絡以完成本地數據的通信交互過程；并通過上位機同時完成多個飛鋸機自動控制系統的數據監控過程。

附圖說明

圖1為本發明所述飛鋸機自動控制系統電路示意圖；

圖2為本發明所述方法步驟流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進一步詳細說明。

現有的飛鋸機的相關技術：現有的飛鋸機多由固定軌道和移動小車組成。其移動小車上裝有鋸片傳動機構、落鋸鋸切機構和鋼管夾緊機構等元件，以相互配合完成鋼管切割工序。且在飛鋸機進行飛鋸工藝時，鋸車的工作循環應是嚴格按照一定的時序動作的，如果有一個環節出現差錯，將導致工作的失敗。因此，各個工序的精確控制就顯得尤為重要，以避免事故的發生。

基于上述問題，本發明設計了一種新的飛鋸機自動控制系統，其通過監測單元實時檢測待切割鋼管的輸送速度及鋼管輸送長度；且通過伺服控制單元控制伺服電機使得鋸片傳動機構上的鋸車以勻加速直線運動進行行走(以解決瞬間給定過大速度值造成的影響)，同時使得該鋸車的行走速度與待切割鋼管的輸送速度保持一致，在測長輥測得待切割鋼管達到指定切割位置時，控制鋼管夾緊機構夾緊待切割鋼管并同時控制落鋸鋸切機構對夾緊的待切割鋼管進行切割。

具體的，如圖1所示，一種飛鋸機自動控制系統，其飛鋸機的鋸片傳動機構、落鋸鋸切機構和鋼管夾緊機構等元件相連接，其特征在于，包括：

(1)用于檢測待切割鋼管的實時輸送速度及輸送長度的檢測單元；進一步的，作為本發明的優選方案所述檢測單元包括：測長輥以及安裝在所述測長輥上的編碼器；該檢測單元通過編碼器以及測長輥檢測待切割鋼管的輸送速度以及此速度下所對應的輸送長度，便于中央處理單元確定如何給定控制命令控制鋸車以何種加速度進行勻加速直線運動，以實現飛鋸機的鋸車的行走速度與待切割鋼管的輸送速度保持一致。

(2)控制飛鋸機的鋸片傳動機構以勻加速直線運動進行行走的伺服控制單元；其在切割完成后控制鋸片傳動機構迅速退回至原點。

(3)用于與外圍其他飛鋸機自動控制設備交互的通訊擴展單元；所述通訊擴展單元包括數據接口模塊及數據適配模塊；進一步的，作為本發明的優選方案所述數據接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi網絡接口、Profibus總線接口、CAN總線接口以及profinet接口。同時所述數據適配模塊用于實現上位機與中央處理單元之間的上下行數據通信過程即其能夠自動存儲中央處理單元所上傳的上行數據并將所述上行數據進行轉換后上傳至上位機；同時在上位機下發的下行數據時，將下行數據轉換為其所對應的中央處理單元相匹配的數據格式后下發至中央處理單元；

(4)用于在檢測單元檢測到待切割鋼管的輸送長度到達所設定的切割長度時，控制飛鋸機的鋼管夾緊機構夾緊待切割鋼管并同時控制飛鋸機的落鋸鋸切機構對夾緊的待切割鋼管進行切割的中央處理單元；本發明所涉及定尺長檢測控制實現原理的簡要說明：

設定已知鋼管速度v₀、所需的鋼管長度L；同時假設鋸車由原點以初速度0mm/s以用戶設定的加速啟動距離(或者稱為追擊距離s₀)內勻加速至鋼管速度v₀；

由于公知公式：速度與加速度、路程之間的關系式v＝at可知

當鋸車運行距離達到s₀時，鋸車速度v₁＝v₀，

即

2a＝v²/s

得a＝v₀²/2s₀

因此在追擊距離s₀范圍內任意位置鋸車的實時速度v₁與此時鋸車位置s₁關系表達式為

v₁²＝2as₁＝v₀²s₁/s₀

其中v₀為編碼器檢測的鋼管實時速度值，s₁為伺服電機當前位置反饋值或稱為待切割鋼管當前輸送位置，s₀為用戶設定的追擊距離，由上述設可知如果s₀＝400mm，即規定鋸車在行走到距原點400mm時速度達到鋼管的速度v₀，

鋸車做勻加速直線運動鋼管做勻速直線運動s＝v₀t，因此可以看出，當鋸車行走到s₀＝400mm時，鋼管運行到2s₀＝800mm的位置，所以當測長輥檢測到當前鋼管長度比所需的鋼管長度L小400mm時候，就可以啟動鋸車開始追趕鋼管。即如果鋼管速度v₀、所需的鋼管長度L為已知，且s₀為用戶設定的追擊距離，則本系統即可控制飛鋸機的鋸片自動完成定尺切割。

同時由于當s₁＝0時，鋸車的速度因此可以給伺服電機一個小一點的初始速度值或者將s₁增加少量數值從而來保證鋸車速度不為0能夠啟動，即(其中3為個人添加數值，來確保在原點時候鋸車能夠擁有大于0的初速度啟動，由于添加數值造成的誤差可以在后來的計算中做出誤差調整。)從上述原理可以看出，利用編碼器以及測長輥完全能夠實現定尺測長控制過程。

(5)以及作為遠程數據控制中心的上位機。進一步的，作為本發明的優選方案所述上位機能夠在接收到上行數據時標定相應的數據源地址代碼后進行存儲并創建與所述數據源地址代碼相對應的數據庫；同時在下發的下行數據時，自該下行數據中解析其所對應的數據源地址代碼，以獲得相應的目標地址，并按照解析出的目標地址向相應的中央處理單元傳遞數據。優選的，所述自動控制系統還設置有觸摸控制屏，通過該觸摸控制屏完成相關切割控制參數設定。

如圖2所示，本發明的另一目的是要提供一種飛鋸機自動控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、通過檢測單元實時檢測待切割鋼管的輸送速度及輸送長度；

步驟2、通過伺服控制單元控制飛鋸機的鋸片傳動機構以勻加速直線運動進行行走；

步驟3、通過中央處理單元在檢測單元檢測到待切割鋼管的輸送長度到達所設定的切割長度時，控制飛鋸機的鋼管夾緊機構夾緊待切割鋼管并同時控制飛鋸機的落鋸鋸切機構對夾緊的待切割鋼管進行切割；同時通過上位機進行遠程數據控制處理；所述上位機能夠在接收到上行數據時標定相應的數據源地址代碼后進行存儲并創建與所述數據源地址代碼相對應的數據庫；同時在下發的下行數據時，自該下行數據中解析其所對應的數據源地址代碼，以獲得相應的目標地址，并按照解析出的目標地址向相應的中央處理單元傳遞數據。所述中央處理單元通過液壓控制方式控制鋼管夾緊機構夾緊待切割鋼管。

進一步的，作為本發明的優選方案

所述方法還包括通過通訊擴展單元與外圍其他飛鋸機自動控制設備進行交互，以構建本地飛鋸機自動控制通信網絡；所述通訊擴展單元包括數據接口模塊及數據適配模塊；同時所述數據適配模塊用于實現上位機與中央處理單元之間的上下行數據通信過程即其能夠自動存儲中央處理單元所上傳的上行數據并將所述上行數據進行轉換后上傳至上位機；同時在上位機下發的下行數據時，將下行數據轉換為其所對應的中央處理單元相匹配的數據格式后下發至中央處理單元；

進一步的，作為本發明的優選方案

所述檢測單元包括：測長輥以及安裝在所述測長輥上的編碼器；該定尺測長裝置通過編碼器以及測長輥檢測待切割鋼管的輸送速度以及此速度下所對應的輸送長度。

進一步的，作為本發明的優選方案

所述數據接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi網絡接口、Profibus總線接口、CAN總線接口以及profinet接口。所述profinet接口的一個重要特征就是可以同時傳遞實時數據和標準的TCP/IP數據，在其傳遞TCP/IP數據的公共通道中，各種業已驗證的IT技術都可以使用(如http、html、snmp和xml等)。在使用Profinet的時候，我們可以使用這些IT標準服務加強對整個網絡的管理和維護，這意味著調試和維護中的成本的節省。Profinet實現了從現場級到管理層的縱向通訊集成，一方面，方便管理層獲取現場級的數據，另一方面，原本在管理層數據安全性問題也延伸到了現場級。為了保證現場級控制數據的安全，Profinet提供了特有的安全機制，通過使用專用的安全模塊，可以保護自動化控制系統，使自動化通訊網絡安全風險最小化。

綜上所述，本系統具有速度環、位置環、電流環，其采用國際最先進的自動化控制技術，實現對設備的自動化控制，生產科學管理。使操作安全簡便，生產效率高。同時其同步完成對伺服電機的運動控制，系統采用SIEMENS的SIMOTION D410作為中央處理單元，其包括驅動單元為S120的功率模塊，且各單機自成體系，獨立控制，獨立操作的分布型控制模式。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。