專利名稱：全自動切管機電子凸輪控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及切管機控制，特別涉及一種全自動切管機電子凸輪控制器。
背景技術：
隨著經濟的高度發展，應用于航天、航空、石油、汽車、有色金屬、鑄造材料等諸多領域的合金管及高合金管需求量越來越大。所以冶金行業的鋼管生產企業對切管機的高效率和高生產力要求越來越高。但是目前我國冶金行業所用的切管機機型普遍存在精密較差、效率較低、造成生產環境惡劣等問題。所以開發研制高性能、高精密、高效率、環保的切管機具有可觀的經濟效益。長期以來，使用凸輪和限位開關的機械式凸輪在自動化生產機械中已得到了廣泛的應用。但是，由于機械元器件在安裝和運行時的局限性，決定了機械式凸輪存在控制精度低、可靠性差、角度調整及開關更換不方便等缺點。為此，目前出現了根據機械凸輪原理設計、采用單片機為核心的電子控制器來完成對自動生產中的高效的控制過程。然而，目前還沒有對針對切管機的電子凸輪控制器，因此目前的切管機的效率和生產力還有很大的提升空間。
發明內容
本發明的目的在于提供一種全自動切管機電子凸輪控制器。全自動切管機電子凸輪微控制器，包括與切管機進刀電機軸同步轉動的編碼器，其用于輸出與進刀電機旋轉速度對應的脈沖信號；控制電路，其根據所述脈沖信號和電路中可編程控制器的控制信號輸出定點輸出接點信號，以改變進刀系統的進程；連接在所述編碼器與所述控制電路之間的光電輸入電路；連接在所述控制電路與所述進刀系統之間的光電輸出電路；以及與所述光電輸出電路連接的第一顯不電路。進一步的,所述光電輸入電路包括一光電I禹合器和判向電路。具體的，所述編碼器為一可將進刀電機的轉軸上的機械位移量轉換成脈沖寬度的增量式旋轉編碼器。進一步的，所述判向電路為一可根據脈沖個數判斷所述旋轉編碼器的正反向的電路。進一步的，所述控制電路包括單片機以及與單片機連接的可編程芯片、存儲器和所述可編程控制器。進一步的，所述控制電路還包括與所述可編程芯片連接的鍵盤和第二顯示電路。進一步的，所述控制電路根據所述脈沖計算所述切管機進刀系統的進刀距離，并控制顯示電路顯示所述進刀距離。進一步的，所述進刀系統的進程包括啟動進程、快進進程、慢進進程、快退進程、前極限進程和后極限進程。優選的，所述存儲器為一電可擦寫存儲器。
進一步的,所述進刀系統包括一 PLC控制臺、一與所述PLC控制臺連接的速度給定裝置和一與所述速度給定裝置連接的進刀傳動裝置。本發明的全自動切管機電子凸輪控制器可及時準確地向全自動切管機的可編程控制器輸出定點輸出接點信號，以通知所述可編程控制器改變進刀系統的進程，不僅使切管機進給控制系統的控制精度大大提高，故障率降低，可靠性也大大提高了。符合市場上對自動化機械設備高速、高精度、高響應、柔性化的發展要求。
圖1為一實施例的全自動切管機電子凸輪控制器及全自動切管機的進刀系統的電路不意圖。圖2為圖1中電子凸輪控制器的電路原理圖。圖3為圖1中全自動切管機電子凸輪控制器自動循環切管的周期流程圖。圖4為圖1中電子凸輪控制器的光電輸入電路的電路原理圖。
具體實施例方式下面將結合具體實施例及附圖對本發明全自動切管機電子凸輪控制器作進一步詳細描述。如圖1和圖2所示，一較佳實施例中，本發明的全自動切管機電子凸輪控制器100用于對全自動切管機的進刀系統200進行控制。切管機是運用了行星式切割原理，使自轉的刀片環繞管道進行切割的新型管道切割設備。切管機主要功能是完成不同規格管子的切割工作，并保證不發生彎曲變形等。而全自動切管機主要由主軸箱模塊、進刀切削工具模塊、夾鉗裝置模塊及鉗管裝置模塊等模塊組成，所述主軸箱模塊內部裝有緊固的空心軸，空心軸上裝有用來安放所述進刀切削工具模塊的刀盤，空心軸在錐形滾珠軸承內旋轉，通過直流電機用高性能傳動裝置加以傳動。所述的進刀切削工具模塊包括一刀盤和一刀具，刀盤旋轉時，刀具在調整的移動范圍內快速移向管子，刀具將和管子接觸時，“快速推進”之原始位置。進刀切割過程中，第一階段是原始靜止的刀片接到信號開始向前快進，第二階段是快進到接近管子時候開始慢進切割，最終切割結束后進行快退到第一階段等待下一次切害I]。所述的夾鉗裝置模塊裝于手旋臂上，并可沿輥道方向進行水平移動，夾鉗內裝有三對液壓缸，六只液壓缸上裝有可更換的夾爪，其用途為在切管機操作時，夾住管頭，液壓鉗和液壓油循環系統相接，用來加緊和松開管子，夾爪用來把帶毛刺的管頭夾出中心位置，切管操作完成后，夾鉗通過液壓缸水平移出安全蓋。所述的鉗管裝置(亦稱內夾緊裝置)裝于空心軸內，通過液壓旋轉傳動裝置操作，夾爪設計為V型，可滿足所切管子規格。圖1中僅示出了切管機進刀系統200的結構圖。其中，進刀系統200主要包括進刀傳動裝置、速度給定裝置和PLC (Programmable Logic Controller ;可編程邏輯控制器)控制臺。進刀傳動裝置主要包括電機、主軸、刀盤傳動控制機構和刀盤徑向運動控制機構。電機通過刀盤轉動控制機構驅動主軸與刀盤一起旋轉。刀盤進刀電機通過刀盤徑向運動控制機構控制刀盤及刀具進或退。速度給定裝置用于向進刀傳動裝置輸出速度控制信號，從而控制進刀傳動裝置的進程。可編程控制器用于根據電子凸輪控制器100輸出的信號向速度給定裝置輸出控制信號，從而控制速度給定裝置改變其輸出。
全自動切管機的具體工作流程圖可參考圖3，其中速度給定裝置輸出的速度控制信號用于控制進刀傳動裝置在啟動進程(包括切管機初始位置，自動第一周期，內夾鉗加緊和外夾鉗加緊)、快進進程(進刀快速向前)、慢進進程(進刀慢速向前)、快退進程(進刀快速向后)、前極限進程(包括外夾鉗向前，內、外夾鉗松開)和后極限進程(夾鉗向后，鋼管退出)之間切換。繼續參閱圖1，本發明的全自動切管機電子凸輪控制器100主要包括與切管機進刀電機軸同步轉動的編碼器，其用于輸出與進刀電機旋轉速度對應的脈沖信號；一根據所述脈沖信號和電路中可編程控制器的控制信號輸出定點輸出接點信號，以通知所述可編程控制器改變進刀系統的進程的控制電路；一連接在所述編碼器與所述控制電路之間的光電輸入電路、一連接在所述控制電路與所述進刀系統之間的光電輸出電路以及一與所述光電輸出電路連接的第一顯示電路。編碼器用于輸出與進刀電機旋轉速度對應的脈沖信號。本實施例中，編碼器為一旋轉光電編碼器，其是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械集合位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器，由光柵盤和光電檢測裝置組成。該光柵盤上開通有若干個長方形孔，當電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。如圖4所示的連接編碼器的光電輸入電路，其由判向電路和第一光電耦合電路組成，此光電輸入電路當所述旋轉光電編碼器有脈沖輸入時，通過判斷輸入的脈沖的個數就能判斷是正轉還是反轉，具體為在編碼器的判向電路中有D觸發器D3和D4，當編碼器有脈沖輸入時，要不D3有脈沖輸入，要不D4有脈沖輸入，通過判D3，D4脈沖的個數就能判斷是正轉還是反轉。該電路的發光二極管對應著操作臺上的兩個LED顯示燈，通過LED顯示燈的亮度就能反映了是正轉還是反轉。如圖2所示，在該優選的實施例中，所述控制電路包括單片機U2以及與單片機連接的可編程芯片U1、存儲器U8和所述可編程控制器，還包括與所述可編程芯片連接的鍵盤U3和第二顯示電路U4。所述的單片機U2采用一單片機AT89C52，其連接著可編程芯片8297、可編程控制器、型號為AT24C02的存儲器U8、光電輸出電路U9和第一顯示電路(圖中未示出)，其作為中央處理器對其連接的電路和元器件進行控制和處理，并連接有一由3-8譯碼器、4-16譯碼器和D鎖存器組成的數據處理單元U5。其中第一顯示電路為由12個發光二極管組成的12個LED顯示燈，都是由單片機U2的I/O 口輸出一個低電平信號，再經過反相器變成高電平從而驅動這12個LED顯示燈的,保證LED顯示燈的顯示效果。LED顯示燈的顯示功能為:6個燈分別為前極限快進、啟動、快進、慢進、快退、后極限輸出通道選通顯示燈，有LED燈亮表示選通對應的通道；其中的I個LED顯示燈為凸輪啟動、停止按鍵的顯示燈,燈亮表示啟動，燈滅表示停止；1個LED顯示燈為復位鍵的顯示燈；1個LED顯示燈為手動、自動按鍵的LED顯示燈,燈亮表示選通了自動方式,燈滅選通了手動方式；1個LED顯示燈為進刀工作狀態按鍵顯示燈，燈亮表示準備工作狀態(5點信號來開始工作)，燈滅表示停止工作狀態；還有2個LED顯示燈分別為進刀電機正反轉顯示燈，LED顯示燈亮表示電機對應的轉向。可編程芯片(8297)U1是一款專門用于控制和管理第二顯示電路U4和鍵盤U3的可編程芯片，由一 +5V電源供電，該第二顯示電路U4具體為一顯示器。使用可編程芯片8279與第二顯示電路U4、鍵盤U3連接，不但可以節省單片機AT89C52的并行接口，而且節省用于鍵盤掃描、動態顯示的時間，從而提高了單片機AT89C52的執行效率。可編程芯片8297的內部包括由鍵盤功能模塊、顯示功能模塊、控制功能模塊與CPU接口功能模塊；其控制功能模塊包括控制盒定時寄存器、控制器和掃描計數器三部分，主要用來控制鍵盤和顯示功能塊工作，鍵盤功能模塊和顯示功能模塊分別通過三態8位緩沖器U6和U7與外設的鍵盤U3和第二顯示電路U4連接，其中鍵盤功能模塊包括返回緩沖器，鍵盤反跳控制器和8x8FIF0(First Input First Output ;快進快出)傳感器 RAM。所述控制電路的存儲器U8為一電可擦寫存儲器，該系統掉電后可將之前輸入的數據到AT24C52型號的電可擦寫存儲器中。該系統工作時，首先將所述的旋轉光電編碼器連接于進刀傳動裝置上，并安裝在進刀電機帶動的同速轉動的測速電機的轉軸上，進行測定刀具的實際位置。此進刀傳動裝置連接有PLC (Programmable Logic Controller ;可編程邏輯控制器)控制臺，工程人員可在此PLC (Programmable Logic Controller ;可編程邏輯控制器)控制臺上通過定位編程，然后通過控制速度給定裝置向可編程控制器控制的進刀傳動裝置發出控制信號，控制進刀電機的轉速，使刀具按設定的加工工藝要求進行運作。具體的，單片機根據接收到的脈沖信號計算刀具的進刀距離，測定刀具的實際位置，并通過第一顯示電路實時顯示，也就是說不用通過人工換算得出脈沖個數與刀具距離。可編程控制器根據測定刀具的實際位置把啟動、快進、慢進、快退、前極限、后極限信號(利用定點輸出接點信號)反饋給可編程控制器控制的進刀系統，讓可編程控制臺對進刀電機進行開關控制，其中的快進和慢進的進刀距離是隨著管子大小變化而變化的，實現了全自動高效切管機進給系統的控制過程。本控制器根據機械凸輪原理設計采用了單片機為核心的微控制器和光電編碼器組合使用，對脈沖編碼輸入進行數據采集及處理，與可編程控制器連接使用，從而完成對自動生產中的高效的控制過程。本控制器的顯示電路可以顯示刀具的進刀距離，有較好人性化的顯示設計。本控制器對所控制的快進和慢進的進刀距離是隨著管子大小變化而變化的，對不同規格的管子采用不同的進刀量來執行，使它達到高效、快速、穩定的效果，另一方面，此微控制器具有程序存儲功能，當電源掉電的時候不會丟失程序。雖然對本發明的描述是結合以上具體實施例進行的，但是，熟悉本技術領域的人員能夠根據上述的內容進行許多替換、修改和變化、是顯而易見的。因此，所有這樣的替代、改進和變化都包括在附后的權利要求的精神和范圍內。
權利要求
1.全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，包括: 與切管機進刀電機軸同步轉動的編碼器，其用于輸出與進刀電機旋轉速度對應的脈沖信號; 控制電路，其根據所述脈沖信號和電路中可編程控制器的控制信號輸出定點輸出接點信號，以改變進刀系統的進程； 連接在所述編碼器與所述控制電路之間的光電輸入電路； 連接在所述控制電路與所述進刀系統之間的光電輸出電路；以及 與所述光電輸出電路連接的第一顯不電路。
2.根據權利要求1所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述光電輸A電路包括一光電I禹合器和判向電路。
3.根據權利要求1所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述編碼器為一可將進刀電機的轉軸上的機械位移量轉換成脈沖寬度的增量式旋轉編碼器。
4.根據權利要求2所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述判向電路為一可根據脈沖個數判斷所述旋轉編碼器的正反向的電路。
5.根據權利要求1所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述控制電路包括單片機以及與單片機連接的可編程芯片、存儲器和所述可編程控制器。
6.根據權利要求5所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述控制電路還包括與所述可編程芯片連接的鍵盤和第二顯示電路。
7.根據權利要求6項所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述控制電路根據所述脈沖計算所述切管機進刀系統的進刀距離，并控制顯示電路顯示所述進刀距離。
8.根據權利要求7所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述進刀系統的進程包括啟動進程、快進進程、慢進進程、快退進程、前極限進程和后極限進程。
9.根據權利要求5所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述存儲器為一電可擦寫存儲器。
10.根據權利要求8所述的全自動切管機電子凸輪微控制器，其特征在于，所述進刀系統包括一 PLC控制臺、一與所述PLC控制臺連接的速度給定裝置和一與所述速度給定裝置連接的進刀傳動裝置。
全文摘要
本發明涉及全自動切管機電子凸輪微控制器，包括與切管機進刀電機軸同步轉動的編碼器，其用于輸出與進刀電機旋轉速度對應的脈沖信號；控制電路，其根據所述脈沖信號和可編程控制器的控制信號輸出定點輸出接點信號，以通知所述可編程控制器改變進刀系統的進程；連接在所述編碼器與所述控制電路之間的光電輸入電路；連接在所述控制電路與所述可編程控制器之間的光電輸出電路以及第一顯示電路。本控制系統有較好人性化的顯示設計，也就是說不用通過人工換算得出脈沖個數與刀具距離，對不同規格的管子采用不同的進刀量來執行，使它達到高效、快速、穩定的效果，具有程序存儲功能，當電源掉電的時候不會丟失程序。
文檔編號B23D36/00GK103182559SQ201310099309
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者易春陽 申請人:惠州學院