本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)，具體的說是涉及一種自動(dòng)鋼管切割機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在飛鋸機(jī)進(jìn)行鋼管切割加工時(shí)需要滿足下述基本工藝要求：

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

(2)飛鋸機(jī)需要能夠鋸切不同的定尺長度；

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

要達(dá)到以上工藝要求，就需對(duì)飛鋸機(jī)的鋸切過程進(jìn)行有效控制，但目前，我國80％以上的高頻焊管、冷彎機(jī)組仍在采用傳統(tǒng)的氣動(dòng)飛鋸，因氣動(dòng)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(jī)械壽命短等原因，造成人力、物力、財(cái)力上的浪費(fèi)，因此需要設(shè)計(jì)一種能夠克服上述不足的新型飛鋸電控系統(tǒng)彌補(bǔ)了氣動(dòng)飛鋸的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種飛鋸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于對(duì)飛鋸機(jī)進(jìn)行鋼管切割加工過程進(jìn)行鋼管自動(dòng)控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種飛鋸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其飛鋸機(jī)相連接，其特征在于，包括：

實(shí)時(shí)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(jī)的鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以勻加速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行行走的伺服控制單元；

用于與外圍其他飛鋸機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備交互的通訊擴(kuò)展單元；所述通訊擴(kuò)展單元包括數(shù)據(jù)接口模塊及數(shù)據(jù)適配模塊；同時(shí)所述數(shù)據(jù)適配模塊用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與中央處理單元之間的上下行數(shù)據(jù)通信過程即其能夠自動(dòng)存儲(chǔ)中央處理單元所上傳的上行數(shù)據(jù)并將所述上行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后上傳至上位機(jī)；同時(shí)在上位機(jī)下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，將下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其所對(duì)應(yīng)的中央處理單元相匹配的數(shù)據(jù)格式后下發(fā)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(dá)所設(shè)定的切割長度時(shí)，控制飛鋸機(jī)的鋼管夾緊機(jī)構(gòu)夾緊待切割鋼管并同時(shí)控制飛鋸機(jī)的落鋸鋸切機(jī)構(gòu)對(duì)夾緊的待切割鋼管進(jìn)行切割的中央處理單元；

以及作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制中心的上位機(jī)。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)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(duì)應(yīng)的輸送長度。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案

所述數(shù)據(jù)接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi網(wǎng)絡(luò)接口、Profibus總線接口、CAN總線接口以及profinet接口。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案

所述上位機(jī)能夠在接收到上行數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼后進(jìn)行存儲(chǔ)并創(chuàng)建與所述數(shù)據(jù)源地址代碼相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；同時(shí)在下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，自該下行數(shù)據(jù)中解析其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼，以獲得相應(yīng)的目標(biāo)地址，并按照解析出的目標(biāo)地址向相應(yīng)的中央處理單元傳遞數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的另一目的是要提供一種飛鋸機(jī)自動(dòng)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(shí)時(shí)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(jī)的鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以勻加速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(dá)所設(shè)定的切割長度時(shí)，控制飛鋸機(jī)的鋼管夾緊機(jī)構(gòu)夾緊待切割鋼管并同時(shí)控制飛鋸機(jī)的落鋸鋸切機(jī)構(gòu)對(duì)夾緊的待切割鋼管進(jìn)行切割；同時(shí)通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制處理；所述上位機(jī)能夠在接收到上行數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼后進(jìn)行存儲(chǔ)并創(chuàng)建與所述數(shù)據(jù)源地址代碼相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；同時(shí)在下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，自該下行數(shù)據(jù)中解析其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼，以獲得相應(yīng)的目標(biāo)地址，并按照解析出的目標(biāo)地址向相應(yīng)的中央處理單元傳遞數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案

所述方法還包括通過通訊擴(kuò)展單元與外圍其他飛鋸機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行交互，以構(gòu)建本地飛鋸機(jī)自動(dòng)控制通信網(wǎng)絡(luò)；所述通訊擴(kuò)展單元包括數(shù)據(jù)接口模塊及數(shù)據(jù)適配模塊；同時(shí)所述數(shù)據(jù)適配模塊用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與中央處理單元之間的上下行數(shù)據(jù)通信過程即其能夠自動(dòng)存儲(chǔ)中央處理單元所上傳的上行數(shù)據(jù)并將所述上行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后上傳至上位機(jī)；同時(shí)在上位機(jī)下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，將下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其所對(duì)應(yīng)的中央處理單元相匹配的數(shù)據(jù)格式后下發(fā)至中央處理單元；

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)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(duì)應(yīng)的輸送長度。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案

所述數(shù)據(jù)接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wi fi網(wǎng)絡(luò)接口、Profibus總線接口、CAN總線接口以及profinet接口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過伺服控制單元使得鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以勻加速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行行走，以防止鋸車瞬間速度過大造成機(jī)器損壞以及誤報(bào)警等問題；且通過中央處理單元控制落鋸鋸切機(jī)構(gòu)鋸車上刀片對(duì)待切割鋼管進(jìn)行切割，具有切口質(zhì)量好，設(shè)備故障率低，維修方便等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)本發(fā)明通過通訊擴(kuò)展單元構(gòu)建本地飛鋸機(jī)自動(dòng)控制通信網(wǎng)絡(luò)以完成本地?cái)?shù)據(jù)的通信交互過程；并通過上位機(jī)同時(shí)完成多個(gè)飛鋸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述飛鋸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)電路示意圖；

圖2為本發(fā)明所述方法步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

現(xiàn)有的飛鋸機(jī)的相關(guān)技術(shù)：現(xiàn)有的飛鋸機(jī)多由固定軌道和移動(dòng)小車組成。其移動(dòng)小車上裝有鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、落鋸鋸切機(jī)構(gòu)和鋼管夾緊機(jī)構(gòu)等元件，以相互配合完成鋼管切割工序。且在飛鋸機(jī)進(jìn)行飛鋸工藝時(shí)，鋸車的工作循環(huán)應(yīng)是嚴(yán)格按照一定的時(shí)序動(dòng)作的，如果有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)，將導(dǎo)致工作的失敗。因此，各個(gè)工序的精確控制就顯得尤為重要，以避免事故的發(fā)生。

基于上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的飛鋸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其通過監(jiān)測單元實(shí)時(shí)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(jī)使得鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的鋸車以勻加速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行行走(以解決瞬間給定過大速度值造成的影響)，同時(shí)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(dá)到指定切割位置時(shí)，控制鋼管夾緊機(jī)構(gòu)夾緊待切割鋼管并同時(shí)控制落鋸鋸切機(jī)構(gòu)對(duì)夾緊的待切割鋼管進(jìn)行切割。

具體的，如圖1所示，一種飛鋸機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其飛鋸機(jī)的鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、落鋸鋸切機(jī)構(gòu)和鋼管夾緊機(jī)構(gòu)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(shí)時(shí)輸送速度及輸送長度的檢測單元；進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)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(duì)應(yīng)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(jìn)行勻加速直線運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)飛鋸機(jī)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(jī)的鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以勻加速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行行走的伺服控制單元；其在切割完成后控制鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)迅速退回至原點(diǎn)。

(3)用于與外圍其他飛鋸機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備交互的通訊擴(kuò)展單元；所述通訊擴(kuò)展單元包括數(shù)據(jù)接口模塊及數(shù)據(jù)適配模塊；進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案所述數(shù)據(jù)接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi網(wǎng)絡(luò)接口、Profibus總線接口、CAN總線接口以及profinet接口。同時(shí)所述數(shù)據(jù)適配模塊用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與中央處理單元之間的上下行數(shù)據(jù)通信過程即其能夠自動(dòng)存儲(chǔ)中央處理單元所上傳的上行數(shù)據(jù)并將所述上行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后上傳至上位機(jī)；同時(shí)在上位機(jī)下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，將下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其所對(duì)應(yīng)的中央處理單元相匹配的數(shù)據(jù)格式后下發(fā)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(dá)所設(shè)定的切割長度時(shí)，控制飛鋸機(jī)的鋼管夾緊機(jī)構(gòu)夾緊待切割鋼管并同時(shí)控制飛鋸機(jī)的落鋸鋸切機(jī)構(gòu)對(duì)夾緊的待切割鋼管進(jìn)行切割的中央處理單元；本發(fā)明所涉及定尺長檢測控制實(shí)現(xiàn)原理的簡要說明：

設(shè)定已知鋼管速度v₀、所需的鋼管長度L；同時(shí)假設(shè)鋸車由原點(diǎn)以初速度0mm/s以用戶設(shè)定的加速啟動(dòng)距離(或者稱為追擊距離s₀)內(nèi)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(guān)系式v＝at可知

當(dāng)鋸車運(yùn)行距離達(dá)到s₀時(shí)，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(nèi)任意位置鋸車的實(shí)時(shí)速度v₁與此時(shí)鋸車位置s₁關(guān)系表達(dá)式為

v₁²＝2as₁＝v₀²s₁/s₀

其中v₀為編碼器檢測的鋼管實(shí)時(shí)速度值，s₁為伺服電機(jī)當(dāng)前位置反饋值或稱為待切割鋼管當(dāng)前輸送位置，s₀為用戶設(shè)定的追擊距離，由上述設(shè)可知如果s₀＝400mm，即規(guī)定鋸車在行走到距原點(diǎn)400mm時(shí)速度達(dá)到鋼管的速度v₀，

鋸車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)鋼管做勻速直線運(yùn)動(dòng)s＝v₀t，因此可以看出，當(dāng)鋸車行走到s₀＝400mm時(shí)，鋼管運(yùn)行到2s₀＝800mm的位置，所以當(dāng)測長輥檢測到當(dāng)前鋼管長度比所需的鋼管長度L小400mm時(shí)候，就可以啟動(dòng)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(shè)定的追擊距離，則本系統(tǒng)即可控制飛鋸機(jī)的鋸片自動(dòng)完成定尺切割。

同時(shí)由于當(dāng)s₁＝0時(shí)，鋸車的速度因此可以給伺服電機(jī)一個(gè)小一點(diǎn)的初始速度值或者將s₁增加少量數(shù)值從而來保證鋸車速度不為0能夠啟動(dòng)，即(其中3為個(gè)人添加數(shù)值，來確保在原點(diǎn)時(shí)候鋸車能夠擁有大于0的初速度啟動(dòng)，由于添加數(shù)值造成的誤差可以在后來的計(jì)算中做出誤差調(diào)整。)從上述原理可以看出，利用編碼器以及測長輥完全能夠?qū)崿F(xiàn)定尺測長控制過程。

(5)以及作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制中心的上位機(jī)。進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案所述上位機(jī)能夠在接收到上行數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼后進(jìn)行存儲(chǔ)并創(chuàng)建與所述數(shù)據(jù)源地址代碼相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；同時(shí)在下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，自該下行數(shù)據(jù)中解析其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼，以獲得相應(yīng)的目標(biāo)地址，并按照解析出的目標(biāo)地址向相應(yīng)的中央處理單元傳遞數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)還設(shè)置有觸摸控制屏，通過該觸摸控制屏完成相關(guān)切割控制參數(shù)設(shè)定。

如圖2所示，本發(fā)明的另一目的是要提供一種飛鋸機(jī)自動(dòng)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(shí)時(shí)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(jī)的鋸片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以勻加速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(dá)所設(shè)定的切割長度時(shí)，控制飛鋸機(jī)的鋼管夾緊機(jī)構(gòu)夾緊待切割鋼管并同時(shí)控制飛鋸機(jī)的落鋸鋸切機(jī)構(gòu)對(duì)夾緊的待切割鋼管進(jìn)行切割；同時(shí)通過上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制處理；所述上位機(jī)能夠在接收到上行數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼后進(jìn)行存儲(chǔ)并創(chuàng)建與所述數(shù)據(jù)源地址代碼相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；同時(shí)在下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，自該下行數(shù)據(jù)中解析其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)源地址代碼，以獲得相應(yīng)的目標(biāo)地址，并按照解析出的目標(biāo)地址向相應(yīng)的中央處理單元傳遞數(shù)據(jù)。所述中央處理單元通過液壓控制方式控制鋼管夾緊機(jī)構(gòu)夾緊待切割鋼管。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案

所述方法還包括通過通訊擴(kuò)展單元與外圍其他飛鋸機(jī)自動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行交互，以構(gòu)建本地飛鋸機(jī)自動(dòng)控制通信網(wǎng)絡(luò)；所述通訊擴(kuò)展單元包括數(shù)據(jù)接口模塊及數(shù)據(jù)適配模塊；同時(shí)所述數(shù)據(jù)適配模塊用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與中央處理單元之間的上下行數(shù)據(jù)通信過程即其能夠自動(dòng)存儲(chǔ)中央處理單元所上傳的上行數(shù)據(jù)并將所述上行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后上傳至上位機(jī)；同時(shí)在上位機(jī)下發(fā)的下行數(shù)據(jù)時(shí)，將下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其所對(duì)應(yīng)的中央處理單元相匹配的數(shù)據(jù)格式后下發(fā)至中央處理單元；

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)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(duì)應(yīng)的輸送長度。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的優(yōu)選方案

所述數(shù)據(jù)接口模塊至少包含有RS232串口、RS485串口、RS422串口、Wifi網(wǎng)絡(luò)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(gè)重要特征就是可以同時(shí)傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)，在其傳遞TCP/IP數(shù)據(jù)的公共通道中，各種業(yè)已驗(yàn)證的IT技術(shù)都可以使用(如http、html、snmp和xml等)。在使用Profinet的時(shí)候，我們可以使用這些IT標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)加強(qiáng)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)，這意味著調(diào)試和維護(hù)中的成本的節(jié)省。Profinet實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)場級(jí)到管理層的縱向通訊集成，一方面，方便管理層獲取現(xiàn)場級(jí)的數(shù)據(jù)，另一方面，原本在管理層數(shù)據(jù)安全性問題也延伸到了現(xiàn)場級(jí)。為了保證現(xiàn)場級(jí)控制數(shù)據(jù)的安全，Profinet提供了特有的安全機(jī)制，通過使用專用的安全模塊，可以保護(hù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使自動(dòng)化通訊網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)最小化。

綜上所述，本系統(tǒng)具有速度環(huán)、位置環(huán)、電流環(huán)，其采用國際最先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制，生產(chǎn)科學(xué)管理。使操作安全簡便，生產(chǎn)效率高。同時(shí)其同步完成對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，系統(tǒng)采用SIEMENS的SIMOTION D410作為中央處理單元，其包括驅(qū)動(dòng)單元為S120的功率模塊，且各單機(jī)自成體系，獨(dú)立控制，獨(dú)立操作的分布型控制模式。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。