钢丝绳切断机控制器的设计
高速钢丝绳的自锁与自动切断功能设计
高速钢丝绳的自锁与自动切断功能设计高速钢丝绳是一种常用于起重、吊装和牵引等应用的重要工具。
在实际应用中，为了确保安全并防止意外事故的发生，设计人员需要考虑高速钢丝绳的自锁与自动切断功能。
本文将探讨高速钢丝绳的自锁与自动切断功能的设计原理和方法。
为了实现高速钢丝绳的自锁功能，可以采用一种称为“浮动自锁器”的装置。
该装置通过感应钢丝绳运动的速度和方向，以及与之相连的负载的重量，来实现高速钢丝绳的自动锁紧。
当发现钢丝绳速度突然增大或方向改变时，浮动自锁器会迅速锁紧钢丝绳，并停止其进一步滑动。
这样可以避免因外力突然消失而导致的高速钢丝绳松脱和负载失控。
在设计高速钢丝绳的自锁功能时，需要考虑以下几个要点。
首先，浮动自锁器的灵敏性和反应速度非常重要。
它应能够准确感应和响应高速钢丝绳的运动状态，以及负载的变化。
其次，自锁器应具备足够的锁紧力和固定能力，以确保高速钢丝绳和负载在锁紧状态下能够承受力的作用。
最后，自锁器应具备可靠的释放机制，以便在需要时能够解锁高速钢丝绳，恢复其正常运动。
除了自锁功能，高速钢丝绳还需要配备自动切断功能，以避免发生意外事故。
自动切断功能的设计主要通过采用一个称为“断裂传感器”的装置来实现。
断裂传感器能够感知到高速钢丝绳的张力，并在钢丝绳达到及超过其承载极限时触发切断机制。
切断机制会立即切断钢丝绳并停止其进一步伸长，从而避免更严重的后果。
在设计高速钢丝绳的自动切断功能时，需要考虑以下几个关键点。
首先，断裂传感器应具备高度的灵敏性和精确的测量能力，以确保在高速钢丝绳张力超过承载极限时能够及时触发切断机制。
其次，切断机制应具备足够的断裂能力，以确保能够切断高速钢丝绳，避免负载失控。
最后，切断机制应可靠且易于重置，以便在发生切断事件后能够快速恢复高速钢丝绳的正常使用。
综上所述，设计高速钢丝绳的自锁与自动切断功能是确保起重、吊装和牵引等应用安全可靠的重要环节。
通过采用浮动自锁器和断裂传感器等装置，可以实现高速钢丝绳的自动锁紧和切断，提高工作安全性。
毕业设计论文-基于PLC的钢管定长剪切交流伺服系统控制设计
摘要定长剪切控制是工业应用中常见的问题，原料的定长切割作为生产线所必需的一道工序，其自动化程度和精度对整条生产线的产量和成品质量以及原料的利用率都起着重要的作用。
本文在分析和研究了定长剪切控制和可编程控制器的应用现状后，提出了基于PLC 的定长剪切控制系统。
定长剪切控制系统的核心是运动控制。
该系统采用了西门子S7-200PLC，以交流伺服驱动器控制锯车运动，提高了剪切的精度与可靠性。
文中在分析控制要求的基础上，详细论述了相关数学模型的建立、PLC外电路的设计、人机交互界面的设计以及PLC控制程序的设计。
其中的数学建模主要包括启动残长计算、实时速度和实时长度计算以及交流伺服电动机多段速度曲线的控制模型。
PLC控制设计的重点是程序结构设计、高速计数脉冲的读取、交流伺服电动机的线性加减速控制以及基于PLC的PTO功能的高速脉冲输出控制。
本系统主要的模块有人机交互模块和运动控制模块。
在人机交互模块中显示器件采用LCD触摸屏，操作简单、界面友好。
运动控制模块中主要的工作是交流伺服电机的脉冲发送、方向控制以及输入输出信号的处理等。
系统控制灵活可靠，编程简洁。
关键字：定长剪切；PLC；交流伺服；人机交互AbstractConstant length cut control is common in industrial application and it is an important procedure in the production line. The degree of automatist and precision of constant length cut of raw material play an important role in improving the yield of the whole production line, the quality of finished products and the utilization of raw material.In this thesis, I analyze the current situation of the application of Constant length cut control and Programmable control, and then introduce a system based on PLC constant length cut control. The core of constant length cut control system is motion control. In this system, I adopt Siemens S7-200PLC,controling the Saw car movement with Ac servo drive，which improve the accuracy and precision of the cut.Based on analyzing the requirement of the control, I illustrate the foundation of related mathematical model and the design of PLC external circuit, MSMMI and PLC control program in details. Among these, mathematical model executes calculation of starting residual long, real-time speed and real-time length, as well as control model of multi-stage speed curve of AC servomotor. The key point of PLC control design is the design of program design, the read of high-speed counter pulse, the linear acceleration deceleration control of AC servomotor and high-speed counter pulse output control based on PLC with PTO function. Man-machine interactive module and Motion control module are the main modules in the system. In the man-machine interactive module, LCD touch screen is applied for its simplicity of operation and friendly interface. And the primary chore of motion control locates in the pulse transmission, direction control and signal proceeding of input and output of AC servo motor. The control of the system is reliable and flexible with concise program.Keywords：Constant length cut；PLC；AC servo motor；Man-machine interactive module目录1 绪论 (1)1.1 定长剪切系统的国内外发展现状 (1)1.2 PLC的概述 (2)1.3 本课题的来源及意义 (2)1.4任务分析 (3)1.5总体的设计方案 (3)2 数学模型的建立 (5)2.1启动残长的计算 (6)2.2 实时长度的计算 (7)2.3 加速度的转换计算 (7)3 人机交互界面设计 (9)3.1人机交互系统的意义 (9)3.2 触摸屏的选择 (9)3.3界面的设计 (10)4 PLC与交流伺服驱动器的选型 (12)5 外电路与气动回路设计 (13)5.1系统外电路设计 (13)5.2 锯车气动回路设计 (13)6 PLC控制程序设计 (15)6.1 PLC端子分配图 (15)6.2 主程序设计 (16)6.2 测速子程序设计 (16)6.3 计算子程序设计 (18)6.3.1 实时长度的计算程序设计 (18)6.3.2 启动残长计算子程序设计 (19)6.3.3 加速度转换计算子程序设计 (20)6.4 加速追踪子程序设计 (21)6.5 执行子程序设计 (24)6.6返回零点子程序设计 (25)6.7 自动运行子程序设计 (26)6.8 模拟运行子程序设计 (27)6.9 手动运行子程序设计 (28)结束语 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录A 英文原文 (33)附录B 中文翻译 (41)1绪论本章首先对PLC的应用现状及定尺飞锯的发展现状进行了简要的分析介绍，之后引出了本课题的研究意义，并对本文的主要内容做出简要概括。
液压式钢筋钢管切断弯曲套丝机(毕业设计说明书)
(4).辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵装置、丝杆螺母间隙消除装置、垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。
(5).静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度。
现在初步考虑对钢筋切断时,用液压缸的活塞杆带动刀具来实现对钢筋的切断;对弯曲和套丝动作的实现有两种方案,一种是用回转液压缸带动工作台旋转,其弯曲过程为使弯曲缸活塞前移，通过活塞内孔大导程槽的作用，使缸内丝杠转动，并通过丝杠头部带动弯曲回转工作台转动，进行钢筋弯曲作业。一种是用液压马达带动工作台来实现对钢筋的弯曲和套丝，即将马达的旋转轴直接与弯曲工作台连接，对于弯曲的角度可由马达所带的行程开关来控制。考虑到回转液压缸的回转角度仅限于0——180度，对于大角度的弯曲和套丝来说，一个回转液压缸不能完成操作，为使机械结构简单，本设计采用双向定量液压马达的旋转运动来实现弯曲和套丝加工。
(7).液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。
钢筋调直切断机毕业设计说明书
液压钢筋调直切断机切断装置设计摘要本设计为液压式钢筋调直切断机切断装置设计，设计内容主要是切断装置原理方案的确定、切断装置的设计计算、切断装置液压系统的设计、液压件的选择及切断装置的结构设计等。
本设计中介绍了液压系统方案的确定，并在后面附上了一张确定后液压系统原理图。
液压系统的设计和计算是本文重点着手对象，其中液压缸是本设计的最重要的组成部分，其中包含了负载的计算、系统工作压力的确定、活塞与活塞杆的计算、缸体长度的确定以及活塞杆稳定性的演算等。
油箱的设计也是本文的重点，其中包含了油箱容积的计算，油箱结构的设计，油箱与液压泵和电机的安装方式等。
关键词：钢筋调直切断机；液压缸；压力；流量；刀具HYDRAULIC STEEL BAR STRAIGHTENING ANDCUTTING MACHINE CUTTING DEVICE DESIGNABSTRACTThe design for the hydraulic steel bar straightening and cutting machine cutting device design, the main content of the design is the principle scheme of the cutting device, cutting device, cutting device design and calculation of hydraulic system design, hydraulic parts and cutting device structure design.The design of hydraulic system for the determination of, and attached at the rear of a determined principle diagram of hydraulic system.Hydraulic system design and calculation is the key to the object, wherein a hydraulic cylinder design is the most important part, which includes the load calculation, system working pressure determination, piston and piston rod, cylinder length determination and calculation of piston rod stability calculation etc..Tank design is the focus of this paper, which includes the oil tank volume calculation, design the structure, fuel tanks and hydraulic pump and motor installation methods.Key words: steel bar straightening and cutting machine; hydraulic cylinder;pressure; low rate; cutting tool目录1 绪论 (1)1.1 钢筋调直切断机简介 (1)1.1.1 定尺方式 (1)1.1.2 落料方式 (2)1.1.3 控制方式 (2)1.1.4 上料方式 (2)1.1.5 调直方式 (2)1.1.6 切断方式 (3)1.2 钢筋调直切断机的发展现状 (3)1.3 钢筋切断机的发展前景 (4)1.4 本课题研究的意义和目的 (5)2 液压系统方案的确定 (6)2.1 液压传动简介 (6)2.2 方案的确定 (6)3 液压缸的设计计算 (8)3.1 负载分析 (8)3.2 确定液压缸内径和活塞杆直径 (8)3.3 缸桶壁厚 的确定 (9)3.4 缸底的计算 (11)3.5 缸头的设计 (11)3.6 弹簧的设计 (12)3.6.1 弹簧简介 (12)3.6.2 弹簧的设计计算 (12)3.7 夹具的设计 (13)4 液压元件的确定 (15)4.1 液压泵的确定 (15)4.1.1 确定液压泵的最大压力 (15)4.1.2 计算液压泵流量 (15)4.1.3 驱动功率的计算 (15)4.2 确定油管 (16)4.3 确定阀类元件及辅件 (16)4.4 蓄能器的选择 (17)4.5 确定油箱 (18)4.5.1 油箱的容量的确定 (18)4.5.2 油箱结构确定 (19)5 设计总结 (21)参考文献 (23)致谢 (25)附录 (26)附录 A (27)附录 B (28)1 绪论1.1钢筋调直切断机简介钢筋切断机是一种剪切钢筋所使用的一种工具。
基于STC12C5410全自动钢筋切割控制器设计
ｔ ｅ ｈｇ ｐ ｅ ｆ ｔ ｅ ｃ ｔ ｎ ｃ ｉ ｅ ｒ ｎ ｃ ｕ ａｅｙ ｈ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｇ ｍａ ｈｎ ｓ ａ ｃ ｒ ｔｌ． ｈ ｉ ｕ
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调直切断机定长自动控制系统的设计与应用
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在， 使拉直成型时各根钢筋受力不・ ， 致使浇注成型的水泥杆
内部钢 筋受力不均匀 ， 而为以后 的工作埋下 隐患 。 从
动， 剪切机构的方刀台中装有上下切刀， 当装在方刀台中的切
刀进入锤头下 面时 ， 刀被 锤击 而实现 钢 筋切 断。钢 筋被 上切
１ 机械式调直定长切断机工作原理
机械式调直定长切断机总体结构如图 １ 所示。图中， 盘
肖洪博
（ 江苏省大丰广播电视大学 。 江苏 大丰 ２４０） ２１０ 摘 要： 介绍钢筋词直切 断机定长切断的工作原理 ， 在对该设备产生切断误差的原因进行详细分析的基础上 。 提出新的定长切 断控 制 措施。实验证明 ． 系统具有可靠性高、 该 操作简便、 定长切断精度高等特点。
钢筋切断机机械结构设计
钢筋切断机机械结构设计钢筋切断机是一种常用于建筑工地和钢筋加工场所的机械设备，其主要功能是将长条形的钢筋切割成所需长度。
在设计钢筋切断机的机械结构时，需要考虑到机器的稳定性、切割效果以及操作便捷性等因素。
钢筋切断机的机械结构应具备足够的稳定性。
由于钢筋切断机在工作过程中需要承受较大的力和振动，因此机械结构必须能够稳固地支撑和固定各个部件。
一般而言，钢筋切断机的机身采用坚固的钢材焊接而成，以确保其能够承受切割过程中的冲击力和振动力，从而保证机器的稳定性和耐用性。
钢筋切断机的机械结构应能够实现高效的切割效果。
钢筋切断机通常配备有高速旋转的切割刀片，因此机械结构必须能够确保切割刀片的稳定运转和准确切割。
为了实现这一目标，钢筋切断机通常采用双立柱结构，通过两个立柱的固定和导向，确保切割刀片的位置和角度能够精确控制，以获得高质量的切割效果。
钢筋切断机的机械结构还应考虑操作的便捷性。
钢筋切断机通常需要由操作人员进行操作和控制，因此机械结构应设计得简单易懂，并且配备合适的控制装置。
一般而言，钢筋切断机的操作面板会设置在机器的侧面或前面，方便操作人员进行控制和调整。
同时，钢筋切断机的切割刀片也应易于更换和调整，以提高操作的便捷性和效率。
在钢筋切断机的机械结构设计中，还需考虑到安全性和维护性。
钢筋切断机通常配备有安全防护装置，如安全门、急停按钮等，以避免操作人员在使用过程中发生意外伤害。
此外，机械结构设计还应考虑到机器的维护和保养，方便操作人员进行日常的清洁、润滑和维修工作，以延长机器的使用寿命。
钢筋切断机的机械结构设计应考虑到稳定性、切割效果、操作便捷性、安全性和维护性等因素。
通过合理设计机身结构、采用双立柱结构、配备简单易懂的操作面板和安全防护装置，可以实现钢筋切断机的高效、安全和稳定运行，满足建筑工地和钢筋加工场所的需求。
柔性绳线定长高速切割机设计
柔性绳线定长高速切割机设计作者：张雨欣张思博徐新董理杨亚楠来源：《科技风》2021年第26期摘要：在诸多生产环节中，常需要大批量具有某一固定长度的绳线，用于各种使用场合。
目前常采用人工割断的方式，存在割断长度误差较高、耗费人工等问题。
因此，设计一台能够进行柔性绳线定长高速切断的专用设备是十分必要的。
本文采用气缸作为牵引系统，设计了可用于多根柔性绳线同时定长高速切割的机电传动系统，主要包括绳线放置导向机构、收束捆扎机构、牵引机构与切割机构。
其次，基于西门子smart200PLC与MCGS触摸屏构建了机器的控制系统。
本文设计的定长绳线高速切断机具有高效、精确、便捷的特点，能够在生产过程中较大程度上提高生产的效率，节约人工的成本，避免人工的浪费。
关键词：定长绳线;切割;高速;机器传统的手动切割绳线的方法已经很难满足日益加快的生产需求。
人工切割绳线的工作效率较低，目前，很多生产环节需要对绳线进行大批量化高精度定长切断，在定长切断传统工作过程中是人工进行测量，测量后再进行切割，如此操作工序十分烦琐，并且生产出来的绳线的长度精度较低。
基于此种情况，需要设计出一种高效、精确、便捷地用于柔性绳线定长切断的专用机器。
工程技术人员已经对切割机进行了部分设计研究，王月明[1]研制的聚酯线绳切割机与传统的制作方式相比不仅可以减轻人工消耗，还能提高生产良品率，大幅度提高产品生产速度，并且原料损失也相对较少;但是该机器只能用于切割聚酯线绳，无法用于切割柔性线绳。
陈晓明等[2]设计的皮带切割机以及郑晓[3]设计的皮带切割机分别用于切割块状皮革和环状皮革，该类切割机极大地减轻了人工的劳动强度和降低了成本，提高了切割的工作效率。
李乐[4]探讨了管材定长切割的问题进行，确定了切割系统的基本结构：切割装置，定位测量装置、水循环系统，通过放置支架，限位孔以及刻度线等实现了管材的定长精确切断。
张清林等[5]开发了一种可调节的多功能水切割工作台，能够实现工作台的自由升降、倾斜，提高了水切割机的加工范围及加工能力。
钢筋调直切断机自动控制系统的设计与实现
钢筋调直切断机自动控制系统的设计与实现王文凡;申杰【摘要】针对目前钢筋调直切断机切断长度的精度不高且控制系统通用性差的问题,设计了钢筋调直切断机的自动控制系统.自动控制系统能够同时设定多批次钢筋的长度和数量,并在工作过程中显示当前批次、数量、设定长度等参数.设计了简单通用且精度较高的智能计长电路,并为不同计长方式预留了电气接口,提高了通用性.设计了掉电保护功能,掉电时能保存当前状态和所有参数,上电后能从断点继续工作.设计了长度修正功能,通过软件对系统的误差进行综合补偿,实现了精确定长.试验检验结果显示,不同直径、不同长度的钢筋切断后的最大误差不超过3 mm.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2015(036)002【总页数】6页(P74-79)【关键词】钢筋调直;切断长度;自动控制【作者】王文凡;申杰【作者单位】郑州升达经贸管理学院,河南郑州451191;华北水利水电大学,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TP23;TU64+9在建筑业中，钢筋是必不可少的原材料.对于直径比较小的圆钢筋，商品供货形态是卷成盘的，称为盘条.为方便使用盘条，通常直接在工程现场进行盘条的调直和切断.对盘条进行调直通常有两种方法：一种是采用卷扬机对钢筋强行拉直后，根据所需长度一根一根进行人工剪切；另一种方法是采用钢筋调直切断机进行拉直和切断.经过几十年的发展，我国的建筑用钢筋调直切断机市场现已基本形成.目前，国内外使用的钢筋调直切断机种类较多，调直、切断以及传动装置不尽相同，根据设备组成的各工作机构特点可以按多种方法对钢筋调直切断机进行分类.当前普通钢筋调直切断机的控制线路复杂，连接线多，接点多，线接点容易松脱，触点容易烧损，故障频繁.而液压调直切断机，因其结构简单，尤其是故障率低，而得到广泛应用.快换型钢筋调直切断机的设计开拓了调直切断机的应用领域[1-4].随着调直切断机应用的日益广泛，在实现调直和切断功能的同时，对其加工钢筋的尺寸精度和工作效率方面的要求也不断提高.目前，很多调直机在设计时不能兼顾长度精度和调直速度，例如液压调直切断机存在最短工作范围较长的问题[3].而我国建筑用钢筋调直切断机的总体水平，与国际上先进产品相比还是比较落后的，主要表现在：企业生产规模小，产品的技术含量低，生产效率低下.因此要完善钢筋调直切断机的各项功能，对其进行改良才可以提高产品的性价比，增强产品的市场竞争力，对提高建筑施工的效率和质量有着重要意义[4-7].钢筋调直切断机用于调直和切断盘条，并进行除锈，其机械结构如图1所示.一般在机座上设置牵引、调直和剪切装置.钢筋在牵引装置带动下经调直装置调直后进入剪切装置，依据需要的长度由剪切装置中的切刀切断.钢筋调直时，盘条放在能够旋转自如的盘条架上，不可直接放在地面上.否则盘条将以螺旋形式拉出，不但增大调直阻力，而且破坏钢筋强度.钢筋进入调直装置前先进入导向筒，使钢筋以水平状态进入调直装置，并避免钢筋调直结束时尾部高速摆动而伤人[8].牵引装置分为前后两级，每一级又由主动轮和从动轮构成，主动轮由电机驱动，从动轮带有压紧装置，可以根据钢筋的直径进行调节.钢筋经过牵引装置进入调直装置，不同厂商设计的调直装置结构不尽相同.钢筋调直后进入剪切装置进行剪切，剪切后的钢筋落到承料架上.钢筋调直切断机自动控制系统如图2所示.自动控制系统包括CPU主控单元、电源电路、按键电路、锁键盘电路、长度信号输入电路、长度修正电路、存储电路、显示电路、点进电路、点退电路等.CPU主控单元包括时钟电路、复位电路和程序下载电路等.按键及显示电路主要用于批次、切断数量、切断长度的设定和显示[9].按键电路采用矩阵式键盘设计结构，包括0~9这几个数字键，以及批次设定键、长度设定键、根数设定键、确定键、清除键、查询键、长度修正加减键、长度系数设定键，还包括启动、停止、暂停、点进、点退、手动切割控制键.显示电路采用高亮度LED数码管，可适应室外日光等不同工作环境，数码管可以显示当前批次、设定数量、已加工数量、设定长度等信息，通过查询键，可以查看不同批次的信息.最多可以设定9个批次，长度最大可设定为99.99 m，数量最多可设定为9 999根.为了提高自动控制系统的通用性，以适用于采用不同定长切割方式的钢筋调制切断机，系统设计了行程开关输入信号接口电路，即钢筋达到定长尺寸后，行程开关发出控制信号，通过CPU主控单元控制剪切装置切断钢筋.锁键盘电路是由两个组合键进行键盘锁定或解锁，防止工作过程中出现误操作.掉电保护电路和存储电路共同工作，在断电的情况下存储当前工作状态和各种参数，以便上电后继续工作.点进电路和点退电路控制牵引装置步进，以便开始时把钢筋导入，以及必要时将钢筋退出.牵引装置和调直装置的启动、暂停和停止受CPU主控单元的控制.电源电路为CPU主控单元和其他控制电路提供必要且稳定的直流电压.电源电路提供的12 V直流电压，用于驱动计长电路中的光电开关和电机控制电路中的继电器，或为厂商选用的400脉冲光电编码器或磁性单圈绝对值编码器提供能量.6 V直流电压经过掉电保护电路之后，降压到5.5 V以下，为CPU芯片和其他数字芯片提供能量.电源电路结构如图3所示.剪切精度是衡量数控钢筋调直切断机的切断系统性能的最重要指标[10]，大多数调直切断机采用机械定尺长度控制，基本上是采用挡板、弹簧、行程开关、单头电磁阀组合来完成钢筋的定长和切断.当钢筋碰到定好长度的挡板时，因碰撞使用弹簧拉住的挡板向前倾斜使行程开关接通，从而使电磁阀通电吸合，带动切刀切断钢筋，然后由弹簧将挡板和切刀拉回原位.在使用此种方法时常出现因弹簧失效拉不到位的现象，致使调直切断机不能正常切断或阻挡钢筋不能前进的故障，可靠性差，若钢筋超过一定长度，其切断误差将大幅增大，且钢筋直径越小，其误差增幅越大[11].除此之外，其他定长方式还有：定长机械接触控制开关方式，定长电器开关配合机械离合器控制方式，定长电器开关配合电磁离合控制方式，定长电器开关配合液压系统电磁阀控制方式，电子测长装置配合计数器控制方式等.这些方式是由各种电器组合而成，线路复杂、成本高、故障多，操作不方便.为此，笔者设计了一种简单、通用、精度较高的计长方法，即在牵引装置的主动轮上安装同轴圆钢盘，在其圆周上均匀刻槽，并在钢盘齿槽两侧安装光电开关.牵引装置带动钢筋行进，主动轮带动圆钢盘转动，轮齿遮挡光电开关，使其关闭，轮上凹槽使光电开关导通，依此重复，产生一系列脉冲信号，此脉冲信号经过计长电路进入CPU主控单元.计长电路如图4所示.CPU主控单元对脉冲进行计数并计算长度，当达到设定长度时，发出切断信号，控制切断装置切断钢筋，以达到定长的目的.牵引装置主动轮的直径为D，圆钢盘上刻槽数量为n，一个脉冲信号对应的长度称为长度系数，记为k，k=πD/n.为了提高自动控制系统的通用性，像电气方面等很多参数厂商可以自己设定.对于不同厂商、不同型号的钢筋调直切断机，其牵引装置主动轮的直径D不同，圆钢盘周向刻槽数量n也不同，即长度系数k的值不是定值，厂商可以根据不同的机械参数计算出k值，并通过按键进行设置.某型号机器的机械装置确定以后，其主动轮直径和圆钢盘刻槽数量也就确定.也就是说对于某一具体机器来说，k值确定，机器也就确定了，厂商在机器出厂前只需输入设定好的一次具体的k值即可.自动控制系统预留有电气接口，可以配合400脉冲光电编码器或者磁性单圈绝对值编码器使用，通过编码器输入信号接口电路进入CPU主控单元.对于采用其他方式计长的机器，如机械定尺长度控制的方式，可以将行程开关接入行程开关输入信号接口电路，以达到定长控制的目的.施工现场如果停电，钢筋调直切断机停止工作，计数结果丢失，已经加工了多少根钢筋，还需要加工多少根钢筋的确定成为问题，而人工计数法不可取.如果采用人工计数，由于施工现场情况复杂，需要专人随时进行统计，需花费大量时间.为解决此类问题，自动控制系统设计了掉电保护电路，如图5所示.图5中的C1为法拉级超级大电容.上电后，6 V电源通过D1和R1对CPU主控单元进行正常供电，通过R2和D2对C1进行充电，C1储存电能.D1的作用是降压0.6 V左右，保证CPU主控单元工作在4.5~5.5 V的安全电压范围内.R1对CPU主控单元进行限流，防止电流异常时烧坏CPU主控单元.C2和C3则起到对电源滤波的作用.掉电之后，超级电容C1通过D3向CPU主控单元供电，D1和D2反向截止，保证C1上有限的能量尽最大可能为CPU主控单元所用.掉电检测电路检测到掉电之后向CPU主控单元发出最高级别的中断信号，CPU主控单元从正在运行的程序中进入中断服务程序，通过存储电路将掉电瞬间钢筋调直切断机的各个批次的长度、数量、已经截断的数量等所有参数存入存储器.超级电容的参数选取，忽略由电容内阻引起的压降，利用以下近似计算公式计算电容，式中：Vwork为电容正常工作电压；Vmin为截止工作电压；t为电路中要求持续工作的时间；I为负载电流.该控制系统中，掉电瞬间存储所有参数的子程序所用时间为ms级，在掉电后需要用超级电容维持100 mA的电流，为保证各项参数能完全存储，设计持续时间为1 s，CPU主控单元截止工作电压为4.5 V，由式(1)计算可得C=0.2 F，这里选用0.22 F/5.5 V的电容.钢筋调直切断机的牵引装置(包括点进和点退)、调直装置和切断装置(包括手动切割)都由电机驱动，电机的控制信号由CPU主控单元发出.电机控制电路如图6所示.图6中，R4一端接CPU主控单元，与R1，Q1共同控制光电耦合器U1的通断.光电耦合器控制继电器的通断.继电器K1的3和4端口接电机的电源，用继电器控制电机的启动和停止，以及控制切刀的进刀与退刀(液压式剪切装置由电机控制液压系统，液压系统控制切刀).CPU主控单元发出控制信号(高电平)，通过光电耦合器进行电气隔离，控制继电器吸合和断开，再由继电器控制电机.D1为续流二极管，并联在继电器线圈两端，当继电器线圈断电时，继电器线圈将产生一个自感电动势，D1为这个电动势提供通路，以免损坏继电器和其他电子元件.对于液压式切断装置，CPU主控单元控制继电器工作，液压系统的增压缸增压，油缸部分输出的压力推动切刀切断钢筋[12].在钢筋的切断过程中，切断油缸与钢筋同步运动，保证了钢筋切断长度，称之为液压随动切断[13].由于不同的液压系统反应时间不一样，切刀从开始动作到切断钢筋的时间不一样，时间过短会造成切不断现象，时间过长切刀不能及时退回，会将液压随动切断系统损坏.为了增强控制系统的通用性，CPU主控单元设置了切刀动作时间调整按键，可以根据液压系统的固有延时合理设定切刀动作时间.钢筋从导向筒进入之后，经过多处机械系统和电气系统的配合，各个环节都会有误差引入.智能计长系统中，通过脉冲计数来确定钢筋长度，所以长度系数k的取值会影响到定长精度.计算长度系数k时，π的有效位数存在舍入误差，使钢筋切断长度存在误差δ1.当π的取值为π1=3.14时，此时的钢筋切断长度误差比π2=3.141 6时的大0.51 mm/m.与主动轮直径D相关的误差δ2，与3个因素相关.测量主动轮直径D时会有测量误差ΔD1的存在，ΔD1可能为正值，也可能为负值.ΔD1使钢筋切断长度存在误差δ21，ΔD1一旦确定，δ21也确定，属于系统误差[14].当不同直径的钢筋进入引导装置，从动轮压紧后，主动轮和钢筋接触部分会有轻微的弹性形变，致使主动轮的直径变小ΔD2，使得钢筋切断长度存在误差δ22，由于每次的压紧力不尽相同，所以误差δ22的大小也是随机的，属于随机误差.牵引装置依靠主动轮和钢筋摩擦力牵引钢筋前进，运行一段时间之后，主动轮的温度会有一定的上升，使得主动轮直径变大ΔD3，带来钢筋切断长度误差δ23.一般钢材的热膨胀系数是0.012 mm/(m·℃)，取D=100 mm，ΔT=10 ℃，相应的钢筋切断长度误差δ23=0.12 mm/m.计算长度系数k时，其值取有限位数时，存在舍入误差，取值的有效位数不同时会产生不同的舍入误差，使钢筋切断长度存在误差δ3.系统运行过程中，CPU主控单元根据设定钢筋长度l和k的值，计算出需要计数的脉冲个数m=l/k，m的值一般不是整数，对m取整时采取四舍五入方式，这样就存在对脉冲的计数误差，使得钢筋存在计长误差δ4.计数误差最大将近0.5个脉冲，当k=1.570 8时，计长误差δ4≈0.79 mm；当k=6.283 2时，计长误差δ4≈3.14 mm.钢筋调直的速度v对钢筋长度误差的影响是很大的.钢筋调直切断机的切断误差也随着加工速度的提高有所放大[15].钢筋长度达到预定切割长度后，CPU发出控制信号，控制光电耦合器，再控制继电器吸合，液压系统控制切刀进行切断，中间经历了各个环节的延时.图6中光电耦合器U1的导通时间可以忽略不计.继电器吸合时间t1一般是ms级，液压推动切刀的响应时间t2一般也是ms级，而且t2不是定值，对于液压系统，开始运行时液压油黏稠度高，响应时间长；运行一段时间后，液压油的黏稠度变低，响应时间变短.从CPU主控单元发出切断信号到切刀实际动作的总延时t≈t1+t2.取t=10 ms，当v=42 m/min时，δ5=7 mm；当v=120 m/min时，δ5=20 mm.可见，当机械系统和电气系统确定时，调直速度越快，误差越大.经过以上分析可知，要减小误差δ1和δ3，计算取值时，只需将π和k取值的有效位数增加即可.对于δ2，因其影响因素较多，δ21不可避免，δ22只能定性分析，不易定量计算，而δ22和δ23方向上相反，有相互抵消的趋势.误差δ4与k有关，通过分析可知k越大，误差越大.由于k和D成正比，和n成反比，所以要减小误差δ4，一方面可以减小牵引轮的直径D，另一方面可以增大圆钢盘刻槽数量n.如果使用脉冲编码器，使用400脉冲光电编码器要比使用200脉冲编码器的精度高，也可以使用600脉冲及以上的光电编码器.对于如何减小误差δ5，一方面可以采用响应速度更快的继电器，或者采用可控硅，可控硅从截止状态转化为导通状态，这个过程很快，是μs级；另一方面可以采用响应时间更快的液压系统；如果从CPU主控单元发出切断信号到切刀实际动作的总延时取t=1 ms，当钢筋调直速度v=42 m/min时，误差δ5由7.0 mm降低为0.7 mm.当机械系统和电气系统确定时，降低调直速度能有效减小误差δ5，但是具体工程应用中对于产量的需求决定了调直速度不能太慢，这就需要采用其他的补偿方法. 如果针对某一型号的钢筋调直切断机订制控制系统，可将机械结构和电气系统中的误差δ1~δ5进行综合和补偿，将大大减小长度误差.但是这样的控制系统不具通用性，如果调直机的机械、电气参数发生改变则需修改控制系统，有的控制系统从电路到软件都需要完全重新设计.为适用于不同的钢筋调直切断机，本自动控制系统设计了长度修正功能，厂商在调试时可以对误差δ1~δ5进行一次性综合补偿.调试时可以测量已切断的钢筋长度，并和预定长度进行比较，通过长度修正按键使定长的长度增加或者减小，对应于长度修正键的是相应的软件模块，通过特定算法将所有误差进行综合和补偿，可以达到精确定长的目的.自动控制系统应用于GT3/12型钢筋调直切断机，该机器采用刻槽圆钢盘加光电开关计长方式，剪切装置采用液压剪切方式，牵引装置主动轮直径D=100 mm，圆盘刻槽数n=200，调直的钢筋直径范围为3~12 mm，调直速度为40 m/min，电机功率4 kW-4级.试验过程中，首先计算并设定长度系数k=1.570 8 mm，然后设定1个批次长度为1 m的10根钢筋.通过点进方式将钢筋导入牵引装置和调直装置，并通过手动切割方式将钢筋切去一小段，以确定计长的起始位置.启动机器，调直剪切后测量长度，以确定系统的固有误差.第1次调直切断的10根钢筋的长度误差如图7所示.从图7中可以看出，所有钢筋长度均大于设定长度，计算得到误差平均值为10.5 mm，即该型号钢筋调直切断机的机械结构和电气系统中的误差δ1~δ5的综合结果大致为10.5 mm.通过自动控制系统的长度修正电路，对误差进行修正，再次设定了1个批次长度为1 m的10根钢筋，调直剪切后测量该批次钢筋切断长度，长度误差结果如图8所示.从图8中可以看出，修正后的误差不大于1.5 mm，实现了精确定长.为检验自动控制系统的可靠性和稳定性，前后设定了6个批次共60根钢筋，前3个批次采用直径6 mm的钢筋，后3个批次采用直径10 mm的钢筋，前后3个批次工作过程中分别断电一次，上电之后钢筋调直切断机能从断电前的状态继续工作.试验后测量每个批次的钢筋长度和直线度，调直切断后所有钢筋的直线度不大于2 mm/m，长度误差结果见表1.从表1中可以看出，调直切断后钢筋的最大长度误差不超过3 mm.随着钢筋调直切断机的应用日益广泛，对加工钢筋的尺寸精度和工作效率方面的要求不断提高，很多定长精度的改进方法大多从硬件上改进，实现起来比较困难且不具有通用性.文中设计并实现的钢筋调直切断机的自动控制系统，可适用于不同机械结构和剪切方式的钢筋调直切断机，自动控制系统能够同时设定多批次钢筋的长度和数量，并在工作过程中显示当前批次、设定长度、设定数量、已加工数量等参数.系统设计了掉电保护功能，掉电时能自动保存当前工作状态和各种参数，上电后能从断点继续工作.通过误差分析提出了提高定长精度的方法，并通过硬件和软件相结合的方法对误差进行了综合补偿，达到精确定长的目的.该自动控制系统具有操作简单、误差小、通用性强等特点.【相关文献】[1]郭洪淼．快换型钢筋矫直切断机的设计[J]．建筑机械化，2009，30(10)：60-61．[2]贺生华．普通钢筋切断机技术改造[J]．广东建材，2008(1)：41-43．[3]李安生,王良文,杜文辽，等．液压调直切断机最短工作范围分析及改良设计[J]．郑州轻工业学院学报(自然科学版)，2007，22(4)：80-84．[4]田野．我国钢筋调直切断机的现状及发展[J]．建筑机械化，2005，26(1)：23-24,32．[5]卢秀春,金贺荣,韩雪艳．HSGT4/14高速数控带肋钢筋矫直切断机[J]．建筑机械:上半月，2009(8)：83-85．[6]王良文,陈学文．国产钢筋切断机的生产现状与改良方向[J]．建设机械技术与管理，2009，22(3)：113-115．[7]孟进礼,卫青珍．对钢筋切断机发展的几点看法[J]．建筑机械化，2000，21(2)：14-15．[8]白顺涛,宋树忠．GX12 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The design of wire rope cut off
LIN Jie
（Jinhua College of Profession and Technology ，Jinhua 321007, China ）
Abstract ：In this paper, the advantages and disadvantages of the traditional cutting machine and the rope cut off the machine are analyzed and compared, and the overall structure of rope cut machine controller is introduced. The design of the hardware circuit and control procedures based on AT89C2051 MUC is completed. Key words ：rope cutting machine ；MCU；design
[1] [2] [3] [4]
显示程序是显示单元内的数值 ， 显示采用的是 动态显示法 ， 通过 R4 计 4 次进行位选显示 ， 每一位 间隔 5ms ； 段码的显示是在位选显示时将段码加到 位选显示时的内容中 ， 这样每扫描显示到一位 ， 这 位的数据就会跟 着 显 示 出 来 ， 反 复 进 行 ， 完 成 动 态 显示过程 。 程序设计主要流程图如图 3 所示 。
计数用内存单元 显示用内存单元
33H～36H
键盘预置数值保存单元 按键预置结束标志
3.2 设计思路
通电启动计数器 ，AT89C2051 开始工作 ， 在未 收 到 P3.4 的 机 器 启 动 信 号 时 不 断 扫 描 P3.0、P3.1、
INT1 脚 ， 读取预置信号 ， 设置预置完毕 ， 按下 KEY4 键 输 入 机 器 启 动 信 号 ，AT89C2051 通 过 INT0 脚 读
2 硬件设计
示部分 、 键盘输 入 部 分 和 信 号 输 入 部 分 ， 原 理 图 如 图 2 所示 。
需要的预置值 ， 然后按 KEY4 机器启动键 ，6 脚输入 脉冲信号 AT89C2051 开始计数 ， 计数的当前值通过
P1.0 ～P1.3 脚 控 制 的 七 段 译 码 器 74LS48 控 制 数 码 管显示数值 ，P1.4～P1.7 脚控制位选 ， 当到达预置值 后由 P3.5 和 P3.7 脚输出一个信号 ， 控制外接三极
AT89C2051 的 P1.4 ～P1.7 脚 控 制 位 选 ；AT89C2051
的 P3.0、P3.1、INT0 、P3.4 脚 用 与 读 取 按 键 信 号 ；
AT89C2051 的 RST 脚复位 。 它完成整个系统的信息
处理及协调功能 。
INT0 P1.0~P1.3 74LS48
RST P1.4~p1.7 P3.0 P3.1 INT1 P3.4 P3.5 P3.7
图 1 系统设计框图
收稿日期 ：2008－09－03 作者简介 ： 林
女
（1979－ ）， 女 ， 江西新余人 ， 硕士 、 助教 ， 主要从事单片机开发与应用的研究工作及教学工作 。
第 8 卷第 6 期 2008 年 12 月
金华职业技术学院学报
Vol．8 No．6 Dec． 2008
钢丝绳切断机控制器的设计
林
女
（ 金华职业技术学院 ， 浙江 金华 321007 ）
摘要 ： 为解决在使用传统切断机时存在损耗较大 、 工作效率低等问题 ， 开发了智能的钢丝绳切断机控制器 。 介绍 了钢丝绳切断机控制器的总体结构 ， 提出了以 AT89C2051 单片机为控制中心的电路和控制程序 ， 实现了切断机的自 动控制 。 关键词 ： 钢丝绳切断机 ； 单片机 ； 设计 中图分类号 ：TP202 文献标识码 ：A 文章编号 ：1671－3699 （2008 ）06－0012－03
引言
钢丝绳切断机在工业控制中有着广泛的应用 。 传统的钢丝绳切断机是一般的机械工具 ， 只能执行 切断的操作 ， 没 有 计 量 绳 长 的 功 能 ， 工 人 在 使 用 时 存在损耗较大 、 工作效率低等问题 。 为此开发设计 了智能的钢丝绳切断机控制器 。 配有该控制器的切 断机可以根据用户的要求设定需切断的绳长 ， 启动 后自动检测放出的绳长 ， 当绳长达到设定值时停止 放绳 ， 切断钢丝绳 。 切断机可不断重复以上工作过 程 ， 用户也可以根据需要随时更改绳长的设置 。 该钢丝绳切断机控制器经简单的改造后 ， 还可 适用于其它诸多领域 （ 如电缆电线 、 纺织 、 印刷等行 业 ）， 使产品更趋于自动化的需求 ， 从而大大提高了
4 结束语
利用单片机完成对钢丝绳切断机的控制 ， 实现 了自动控制能力 。 从运行情况看，它操作简单、运行稳 定、故障少、安全，是未来钢丝绳切断机发展的方向。
李全利 . 单片机原理及应用技术 [M]. 北京 ： 高等教育出版社 ，2004. 李 华 . MCS－51 系列单片机应用接口技术 [M]. 北京 ： 北京航空航天大学出版社 ，2002. 吴金戍 ， 沈庆阳 ， 郭庭吉 . 8051 单片机实践与应用 [M]. 北京 ： 清华大学出版社 ，2002. 何立民 . 单片机应用系统设计 [M]. 北京 ： 北京航空航天大学出版社 ，1990.
第6期 林
女
： 钢丝绳切断机控制器的设计
13
U6
74LS48
Q2
Q3
Q4
Q5
图 2 原理图
3 软件设计
电路的设计主要包括电源部分 、 控制部分 、 显
3.1 内存单元分配
存储单元地址
单片机各存储单元在程序中的定义 用 途
通电启动钢丝绳切断机控制器 ， 通过按键设定
30H 、31H 38H 、39H 00H
取从外部接收到的脉冲信号 ， 累加信号次数开始计 数 ， 计数值保存于 30H 、31H 内存单元内 ， 并通过
（2） 按下 KEY1 进入设置切割长度状态 。 每按 下 KEY1 一次 ， 确定 一 个 调 整 位 选 ， 通 过 KEY2 （ 数 值+1） 和 KEY3 （ 数值 -1） 来设置切割的长度 （ 即对应 的电机旋转圈数 ）， 当完全遍历一次后退出设置状 态 ， 此时按下 KEY4 ， 电机开始启动 ， 到达指定 长 度 电机停止旋转 ， 进行切割 。 再次按下 KEY4 ， 电机重 复工作 。 （3 ） 若 要 重 新 设 置 切 割 长 度 ， 则 重 新 按 下
KEY1,重复步骤 2。
14
金华职业技术学院学报
2 0 0 8 年
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产品自动化控制能力 。 用单片机制作的钢丝绳切断 机可以克服传统机械式钢丝绳切断机的局限 ， 有着 广阔的应用前景 。
1 系统设计原理
系统的设计框图如图 1 所示 ， 整个钢丝绳切断 机控制器的核心是单片机 ， 根据设计要求选用目前 广泛使用的 AT89C2051 单片机 。 通过由 AT89C2051 的 P1.0 ～P1.3 脚 控 制 74LS48 控 制 数 码 显 示 ；
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56
34
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图 3 程序设计主要流程图
以及调用键扫描程序 、 计数程序 、 显示程序 ， 再配合 中断程序实现设计的总目标 。 键盘扫描程序是通过扫描键盘输入信号来预置 数值和启动计数实现设计的目的 。 当按下 KEY1 键 （ 设置启动键 ） 时 ，AT89C2051 通过 P3.0 脚收到设置 启动信号 ， 程序调用键扫描程序 ， 扫描按键信号 ； 当 按下 KEY2 键时 ，预置数减 1；当按下 KEY3 键时 ，预 置数加 1；再次按下 KEY1 键时 ，进行位选 ，每按一次 前进一位 ，第 5 次时为按键预置结束标志信号 ； 当按 下 KEY4 键 （机器启动键 ） 时 ， 机器进行工作 ， 即 P3.7 输出低电平 ，三极管导通工作 ，启动电机工作 。 计数程序是将收到的计数信号累加计数、保 存 ， 再将数值传送到显示单元实现设计的目的 。 参考文献 ：
P1.0 ～P1.3 脚 连 接 七 段 译 码 器 74LS48 控 制 数 码 管 显示数值 ，P1.4～P1.7 脚控制位选 ， 当到达预置值后 ，
计数停止 ， 且由 P3.5 和 P3.7 脚各输出一个信号 ， 控 制外接三极管导 通 ， 从 而 控 制 外 部 功 能 电 路 ， 复 位 后重新开始以上步骤 。 主程序是给程序中要使用到的各存储单元和 工作寄存器赋初值 ， 设置 INT0 中断所必需的参数 ，