本實用新型涉及金屬捆扎機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用電氣自動控制與氣動控制相結(jié)合的金屬捆扎機綜合自動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

全自動金屬捆扎機是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)連軋包裝線上的重要設(shè)備，其性能優(yōu)劣直接影響到包裝質(zhì)量，多年來大型鋼鐵企業(yè)捆扎機市場一直被歐美等國家公司長期占據(jù)。我國的捆扎生產(chǎn)線整體包裝質(zhì)量不高，很多企業(yè)仍在使用半自動或人工打包設(shè)備，其電氣控制部分多是采用繼電器觸點的吸合來實現(xiàn)的，存在著故障率高、維護量大等缺陷，生產(chǎn)效率偏低，勞動力資源浪費，包裝控制精度不高，其捆扎自動化程度也遠不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的需要。

氣動傳動具有元件結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、動作迅速、維護簡單、管路不易堵塞、對工作環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點，特別是在惡劣環(huán)境中工作時，更能體現(xiàn)其安全性和可靠性。為了解決包裝控制精度和生產(chǎn)效率不能兼顧的技術(shù)難題，實現(xiàn)捆扎過程全自動控制，把氣動與電氣自動綜合控制新技術(shù)方案應(yīng)用在捆扎機勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種金屬捆扎機自動控制系統(tǒng)，創(chuàng)造性地將氣動與電氣自動綜合控制新技術(shù)應(yīng)用于金屬自動捆扎機，實現(xiàn)動作過程快速切換控制；采用PLC和繼電器邏輯組合控制、交流變頻控制，實現(xiàn)送帶、抓緊、收帶、收緊、咬扣、切斷等全過程自動控制；先進的智能檢測技術(shù)和人機交互界面，可實現(xiàn)動作過程實時監(jiān)控和高效自動捆扎包裝，大大提高了金屬捆扎機的自動化程度及使用性能。

為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種金屬捆扎機自動控制系統(tǒng)，所述金屬捆扎機為鋼帶捆扎機，其機械系統(tǒng)由沿鋼帶輸送路徑設(shè)置的帶分配器、導(dǎo)正裝置、校平機、移動機架、捆扎機機頭和導(dǎo)槽組成；該金屬捆扎機的控制系統(tǒng)包括電氣控制系統(tǒng)和氣動控制系統(tǒng)，其中電氣控制系統(tǒng)由主控制器及分別與主控制器相連的觸摸屏、信號檢測單元、速度控制單元、氣動控制單元和緊急停止單元組成，速度控制單元另外通過變頻器和變頻電機連接移動機架控制端；氣動控制系統(tǒng)包括空壓站、空壓機和氣動閥臺，空壓機和氣動閥臺中各個氣動閥的控制端分別連接氣動控制單元，空壓站通過氣動管路和對應(yīng)的氣動閥連接捆扎機機頭中的氣動馬達及二合一氣缸，氣動管路上設(shè)主氣閥；捆扎機機頭包括氣動馬達、送帶輪、二合一氣缸及咬扣單元，其中送帶輪由氣動馬達通過變速箱驅(qū)動，咬扣單元由二合一氣缸驅(qū)動；捆扎機機頭處設(shè)有多個限位開關(guān)，限位開關(guān)的輸出端分別連接信號檢測單元。

所述氣動馬達設(shè)有A、B、H、L 4個氣源控制接口，其中A、B氣源接口用于氣動馬達換向控制，H、L氣源控制接口用于氣動馬達高速或低速轉(zhuǎn)動控制。

所述二合一氣缸是由相連的大氣缸和小氣缸組成的整體結(jié)構(gòu)，大氣缸的兩側(cè)均為有桿腔，小氣缸一側(cè)為有桿腔，另一側(cè)為無桿腔；大氣缸的上側(cè)缸桿與連桿的一端鉸接，連桿的另一端與咬扣單元的尾部鉸接，連桿中部與擺桿的一端鉸接，擺桿的另一端為固定端；大氣缸下側(cè)缸桿與小氣缸的缸桿連接；咬扣單元下方設(shè)送帶限位開關(guān)，沿大氣缸缸桿伸出方向位次設(shè)有限位開關(guān)一、限位開關(guān)二和限位開關(guān)三，各個限位開關(guān)分別連接信號檢測單元。

所述導(dǎo)槽底部設(shè)移動導(dǎo)槽和步進梁，移動導(dǎo)槽可隨步進梁移動并可與導(dǎo)槽配合組成整體的C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)的開口側(cè)朝向咬扣單元。

所述主控制器為西門子CPU315-2DP型PLC，觸摸屏為西門子觸摸屏，變頻器為MM440變頻器，主控制器通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)與觸摸屏通訊連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

1)本實用新型集成高新數(shù)控技術(shù)、交流變頻技術(shù)、智能檢測技術(shù)和人機交互技術(shù)，創(chuàng)新采用氣動與電氣自動綜合控制新技術(shù)、PLC和繼電器邏輯組合控制新技術(shù)，應(yīng)用于捆扎包裝行業(yè)，實現(xiàn)實時監(jiān)控和高效自動捆扎；

2)本實用新型打破了國外公司對國內(nèi)全自動金屬捆扎機長期的技術(shù)壟斷，填補了國內(nèi)全自動捆扎機在氣動與電氣自動綜合控制新技術(shù)研發(fā)上的空白，解決了國內(nèi)傳統(tǒng)捆扎機普遍存在的包裝控制精度和效率不能兼顧的難題，適合在鋼鐵、金屬制造、板材加工、物流等捆扎包裝行業(yè)推廣和應(yīng)用，具有極大的市場開發(fā)前景。

附圖說明

圖1是本實用新型所述金屬捆扎機自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a是本實用新型所述氣動馬達控制氣源連接示意圖一。(正向高速)

圖2b是本實用新型所述氣動馬達控制氣源連接示意圖二。(正向低速)

圖2c是本實用新型所述氣動馬達控制氣源連接示意圖三。(反向高速)

圖2d是本實用新型所述氣動馬達控制氣源連接示意圖四。(反向低速)

圖3a是本實用新型所述系統(tǒng)高速送帶時的控制原理框圖。

圖3b是本實用新型所述系統(tǒng)低速送帶時的控制原理框圖。

圖3c是本實用新型所述系統(tǒng)高速收帶時的控制原理框圖。

圖3d是本實用新型所述系統(tǒng)低速收緊時的控制原理框圖。

圖4a是本實用新型所述二合一氣缸動作示意圖一。(大氣缸及小氣缸活塞均處于零位)

圖4b是本實用新型所述二合一氣缸動作示意圖二。(大氣缸缸桿推出時觸發(fā)限位開關(guān)二)

圖4c是本實用新型所述二合一氣缸動作示意圖三。(大氣缸缸桿推出時觸發(fā)限位開關(guān)三)

圖4d是本實用新型所述二合一氣缸動作示意圖四。(大氣缸缸桿收回時觸發(fā)限位開關(guān)一)

圖中：1.帶分配器 2.導(dǎo)正裝置 3.校平機 4.移動機架 5.捆扎機機頭 51.氣動馬達 52.送帶輪 53.限位開關(guān) 531.限位開關(guān)一 532.限位開關(guān)二 533.限位開關(guān)三534.送帶限位開關(guān) 54.二合一氣缸 55.咬扣單元 56.壓帶輪 57.校直器 6.導(dǎo)槽 7.移動導(dǎo)槽 8.步進梁 9.氣動控制系統(tǒng) 91.空壓站 92.空壓機 93.主氣閥 94.氣動閥臺 10.電氣控制系統(tǒng) 101.主控制器 102.信號檢測單元 103.速度控制單元 104.氣動控制單元 105.變頻器 106.觸摸屏 107.緊急停止控制系統(tǒng) 11.變頻電機 12.被捆扎物

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明：

如圖1所示，一種金屬捆扎機自動控制系統(tǒng)，所述金屬捆扎機為鋼帶捆扎機，其機械系統(tǒng)由沿鋼帶輸送路徑設(shè)置的帶分配器1、導(dǎo)正裝置2、校平機3、移動機架4、捆扎機機頭5和導(dǎo)槽6組成；該金屬捆扎機的控制系統(tǒng)包括電氣控制系統(tǒng)10和氣動控制系統(tǒng)9，其中電氣控制系統(tǒng)10由主控制器101及分別與主控制器101相連的觸摸屏106、信號檢測單元102、速度控制單元103、氣動控制單元104和緊急停止單元107組成，速度控制單元103另外通過變頻器105和變頻電機11連接移動機架4控制端；氣動控制系統(tǒng)9包括空壓站91、空壓機92和氣動閥臺94，空壓機92和氣動閥臺94中各個氣動閥的控制端分別連接氣動控制單元104，空壓站91通過氣動管路和對應(yīng)的氣動閥連接捆扎機機頭5中的氣動馬達51及二合一氣缸54，氣動管路上設(shè)主氣閥93；捆扎機機頭5包括氣動馬達51、送帶輪52、二合一氣缸54及咬扣單元55，其中送帶輪52由氣動馬達51通過變速箱驅(qū)動，咬扣單元55由二合一氣缸54驅(qū)動；捆扎機機頭5處設(shè)有多個限位開關(guān)53，限位開關(guān)53的輸出端分別連接信號檢測單元102。

所述氣動馬達51設(shè)有A、B、H、L 4個氣源控制接口，其中A、B氣源接口用于氣動馬達51換向控制，H、L氣源控制接口用于氣動馬達51高速或低速轉(zhuǎn)動控制。

所述二合一氣缸54是由相連的大氣缸和小氣缸組成的整體結(jié)構(gòu)，大氣缸的兩側(cè)均為有桿腔，小氣缸一側(cè)為有桿腔，另一側(cè)為無桿腔；大氣缸的上側(cè)缸桿與連桿的一端鉸接，連桿的另一端與咬扣單元的尾部鉸接，連桿中部與擺桿的一端鉸接，擺桿的另一端為固定端；大氣缸下側(cè)缸桿與小氣缸的缸桿連接；咬扣單元55下方設(shè)送帶限位開關(guān)534，沿大氣缸缸桿伸出方向位次設(shè)有限位開關(guān)一531、限位開關(guān)二532和限位開關(guān)三533，各個限位開關(guān)分別連接信號檢測單元102。

所述導(dǎo)槽6底部設(shè)移動導(dǎo)槽7和步進梁8，移動導(dǎo)槽7可隨步進梁8移動并可與導(dǎo)槽6配合組成整體的C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)的開口側(cè)朝向咬扣單元55。

所述主控制器101為西門子CPU315-2DP型PLC，觸摸屏106為西門子觸摸屏，變頻器105為MM440變頻器，主控制器101通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)與觸摸屏106通訊連接。

基于本實用新型一種金屬捆扎機自動控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

1)通過觸摸屏106設(shè)定所需工藝參數(shù)；捆扎用的鋼帶通過帶分配器1引出，經(jīng)導(dǎo)正裝置2導(dǎo)正、校平機3校平后到達移動機架4，速度控制單元103通過變頻器105和變頻電機11控制移動機架4移動，將鋼帶送到送帶輪52處，與送帶輪52對應(yīng)設(shè)置的壓帶輪56將鋼帶壓緊；送帶輪52的轉(zhuǎn)動方向和速度由氣動馬達51通過變速箱控制；

2)主控制器101發(fā)送捆扎開始信號，步進梁8帶動移動導(dǎo)槽7向?qū)Р?處移動組成C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，并將移動導(dǎo)槽7上的被捆扎物12送到C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)內(nèi)就位，開始捆扎；

3)主控制器101通過PLC程序和繼電器邏輯組合控制方式控制氣源控制接口A和H對應(yīng)的電磁閥啟動，氣動馬達51正向高速轉(zhuǎn)動，通過送帶輪52將鋼帶穿過校直器57和咬扣單元55后送入C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)內(nèi)，鋼帶沿C形導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)移動，圍繞被捆扎物12一周后重新進入咬扣單元55；送帶限位開關(guān)534檢測到鋼帶帶頭后，啟動計時器，同時主控制器101通過繼電器控制氣源控制接口B和L對應(yīng)的電磁閥啟動，氣動馬達51保持正向轉(zhuǎn)動，進入氣動馬達51的壓縮空氣流量減小，系統(tǒng)由高速送帶狀態(tài)轉(zhuǎn)入低速送帶狀態(tài)；在咬扣單元55中，鋼帶帶頭與后面的鋼帶重疊在一起，重疊部分的長度通過計時器控制，重疊部分長度達到設(shè)定長度后氣動馬達51停止供氣，系統(tǒng)停止送帶；

4)二合一氣缸54中的大氣缸兩側(cè)有桿腔均排空，小氣缸無桿腔進氣，小氣缸缸桿推動大氣缸活塞向上移動，大氣缸上側(cè)缸桿帶動咬扣單元55中的咬爪進入抓緊位置，同時觸動限位開關(guān)二532，通過主控制器101控制咬爪抓住被捆扎物12外側(cè)的鋼帶，貼近移動切刀；(如圖4b所示)

5)主控制器101通過PLC程序和繼電器邏輯組合控制方式控制氣源控制接口B和H對應(yīng)的電磁閥啟動，氣動馬達51反向高速轉(zhuǎn)動，通過送帶輪52和壓帶輪56將鋼帶向后拉動并繞緊在被捆扎物12外側(cè)實現(xiàn)高速收帶；經(jīng)過設(shè)定的高速收帶時間后，主控制器101通過繼電器控制氣源控制接口A和L對應(yīng)的電磁閥啟動，氣動馬達51保持反向轉(zhuǎn)動，同時進入氣動馬達51的壓縮空氣流量減小，系統(tǒng)由高速收帶轉(zhuǎn)為低速收緊；達到設(shè)定的拉緊力后，氣動馬達51內(nèi)的氣壓保持不變，保證在鋼帶切斷之間的拉緊力；

6)二合一氣缸54中大氣缸的下側(cè)有桿腔進氣，大氣缸活塞繼續(xù)向上移動，大氣缸缸桿控制咬扣單元55的咬爪牢固地抓住鋼帶和封扣，咬爪和壓模配合完成做扣，移動切刀推出剪斷鋼帶；大氣缸上側(cè)缸桿觸動限位開關(guān)三533后移動切刀停止動作，回到原位；(如圖4c所示)

7)二合一氣缸54中大氣缸的上側(cè)有桿腔進氣，大氣缸活塞下移，大氣缸上側(cè)缸桿觸動限位開關(guān)一531時(如圖4d所示)，氣動馬達51停止供氣；大氣缸活塞和小氣缸活塞繼續(xù)下移返回到零位(如圖4a所示)，咬扣單元55中的咬爪和咬模也回到原始位置；至此完成一次捆扎過程。

本實用新型所述金屬捆扎機在生產(chǎn)狀態(tài)下使用時，首先在控制界面中選擇“自動”模式，通過觸摸屏106設(shè)置所需工藝參數(shù)，按下“捆扎啟動”按鈕，進入自動捆扎生產(chǎn)流程。具體工藝流程如下：移動機架4快速前進→慢速前進→鋼帶送到位→發(fā)送捆扎信號→移動導(dǎo)槽7前進到位→高速送帶→低速送帶→鋼帶繞被捆扎物12一周后重疊→咬爪抓緊帶頭→高速收帶→低速收帶并收緊→移動導(dǎo)槽7返回→剪切咬扣→咬爪返回→剔扣→捆扎結(jié)束，完成一個工作循環(huán)。

本實用新型所述電氣控制系統(tǒng)10是整個金屬捆扎機自動控制系統(tǒng)的核心，通過網(wǎng)絡(luò)通訊控制，采用PLC程序和繼電器邏輯組合控制新技術(shù)、氣動與電氣自動綜合控制新技術(shù)，實現(xiàn)移動機架4的調(diào)速運行和主控制器101對氣動控制系統(tǒng)9的邏輯組合控制，進而控制捆扎機機頭5動作，完成送帶、收帶、收緊、咬扣和切斷等功能，并實現(xiàn)動作過程實時監(jiān)控和高效自動捆扎。

本實用新型所述氣動控制系統(tǒng)9主要用于控制捆扎機機頭5動作，采用鋼帶捆扎各種產(chǎn)品，在主控制器101控制下執(zhí)行送帶、收帶、收緊、咬扣和切斷等動作，其各部分功能如下：

氣動馬達51：用于驅(qū)動變速箱傳動，進而驅(qū)動送帶輪52。本實用新型中以氣動馬達51正轉(zhuǎn)時送帶為例，反轉(zhuǎn)時為收帶。送帶輪52在高速送帶和高送收帶時是高速旋轉(zhuǎn)的，在低速送帶和低速收緊時是慢速旋轉(zhuǎn)的。低速收緊可產(chǎn)生較大的拉緊力，鋼帶收緊力是靠控制氣動馬達51的氣壓來調(diào)節(jié)的。

送帶輪52和壓帶輪56：直接接觸并帶動鋼帶移動，主要完成送帶，收帶和收緊動作。

校直器57：用于校直鋼帶，使鋼帶能夠順利地被輸送。

二合一氣缸54：用于實現(xiàn)抓緊、咬扣和切斷三個動作。二合一氣缸54的小氣缸固定在大氣缸里面，用來抓住鋼帶頭部；二合一氣缸54中的大氣缸可移動咬扣單元55中的咬爪，咬住鋼帶完成做扣和切斷鋼帶動作，小氣缸起輔助作用，能夠使動作更加準(zhǔn)確可靠。在捆扎機機頭5中還設(shè)有另外2個氣缸，一個用于控制捆扎機機頭5與導(dǎo)槽6之間的移動門，門氣缸固定在門后面，送帶時關(guān)閉門，使鋼帶進入咬扣單元55；收帶前打開門，使鋼帶可以送出；另一個氣缸用于將封扣彈入咬扣機構(gòu)。

咬扣單元55：包含一個固定刀片和一個移動刀片，兩個刀片配合實現(xiàn)鋼帶剪斷動作；咬扣單元55中的咬爪用于咬住鋼帶，咬模用于做扣。咬扣單元55是金屬捆扎機的常規(guī)結(jié)構(gòu)，在此不加贅述。

本實用新型中，氣動馬達51的控制是整個捆扎機機頭5氣動控制的技術(shù)核心。氣動馬達51共有A、B、H(高速)、L(低速)4個氣源控制接口?？諝馊肟诳墒茿或B。當(dāng)A是進氣口時，B是出氣口，反之亦然。由于氣動馬達51構(gòu)造的特殊性，當(dāng)從高速轉(zhuǎn)到低速或從低速轉(zhuǎn)到高速時，在H和L之間會發(fā)生切換，氣動馬達51的旋轉(zhuǎn)方向也會改變。所以氣動馬達51的電氣控制與傳統(tǒng)的電動機控制原理不同，為了不改變氣動馬達51旋轉(zhuǎn)方向，在調(diào)速的同時必須切換控制氣源接口A和B對應(yīng)的電磁閥。本實用新型中，采用PLC程序和繼電器邏輯組合控制新技術(shù)來控制氣動電磁閥的切換，此方法適用于所有采用此功能氣動馬達51的控制系統(tǒng)。

下面結(jié)合氣動馬達51氣源控制原理和PLC控制原理，簡要介紹一下采用繼電器邏輯組合控制新技術(shù)來控制氣動電磁閥的過程。其中PLC程序中Q4.0是PLC數(shù)字量輸出點，通過繼電器控制氣源接口A的電磁閥，用來實現(xiàn)系統(tǒng)高速送帶或低速收緊功能；Q4.1是PLC數(shù)字量輸出點，通過繼電器控制氣源接口B的電磁閥，用來實現(xiàn)系統(tǒng)高速收帶或低速送帶功能；Q5.0是PLC數(shù)字量輸出點，通過繼電器控制氣源接口H的電磁閥，用來實現(xiàn)氣動馬達51高速功能；Q5.1是PLC數(shù)字量輸出點，通過繼電器控制氣源接口L的電磁閥，用來實現(xiàn)氣動馬達51低速功能。其采用PLC程序和繼電器邏輯組合控制技術(shù)實現(xiàn)高速送帶、低速送帶、高速收帶、低速收緊的控制過程如下：

如圖2a所示，當(dāng)系統(tǒng)氣源接口A和H同時進氣時，氣動馬達51正向高速運行，實現(xiàn)高速送帶功能。如圖3a所示，當(dāng)滿足高速送帶條件(即PLC內(nèi)部中間繼電器M10.1得電)時，PLC輸出點Q4.0得電，繼電器K4.0得電，控制氣源接口A的電磁閥得電；同時PLC輸出點Q5.0得電，繼電器K5.0得電，控制氣源接口H的電磁閥得電，進而通過PLC程序和繼電器邏輯組合控制，實現(xiàn)高速送帶功能。

如圖2b所示，當(dāng)功能氣源接口B和L同時進氣時，氣動馬達51正向低速運行，實現(xiàn)低速送帶功能。如圖3b所示，當(dāng)滿足高速送帶條件(即PLC內(nèi)部中間繼電器M10.3得電)時，PLC輸出點Q4.1得電，繼電器K4.1得電，控制氣源接口B的電磁閥得電；同時PLC輸出點Q5.1得電，繼電器K5.1得電，控制氣源接口L的電磁閥得電，進而通過PLC程序和繼電器邏輯組合控制，實現(xiàn)低速送帶功能。

如圖2c所示，當(dāng)系統(tǒng)氣源接口B和H同時進氣時，氣動馬達51反向高速運行，實現(xiàn)高速送帶功能。如圖3c所示，當(dāng)滿足高速送帶條件(即PLC內(nèi)部中間繼電器M10.7得電)時，PLC輸出點Q4.1得電，繼電器K4.1得電，控制氣源接口B的電磁閥得電；同時PLC輸出點Q5.0得電，繼電器K5.0得電，控制氣源接口H的電磁閥得電，進而通過PLC程序和繼電器邏輯組合控制，實現(xiàn)高速收帶功能。

如圖2d所示，當(dāng)系統(tǒng)氣源接口A和L同時進氣時，氣動馬達51反向低速運行，實現(xiàn)低速收緊功能。如圖3d所示，當(dāng)滿足高速送帶條件(即PLC內(nèi)部中間繼電器M11.1得電)時，PLC輸出點Q4.0得電，繼電器K4.0得電，控制氣源接口A的電磁閥得電；同時PLC輸出點Q5.1得電，繼電器K5.1得電，控制氣源接口L的電磁閥得電，進而通過PLC程序和繼電器邏輯組合控制，實現(xiàn)低速收緊功能。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。