一种砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统

摘要

本发明涉及一种砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统，包括由挤出机控制装置和挤出机程序控制部分组成的挤出机工作控制系统，挤出程序控制部分包括主程序和参数设置子程序、数据储存子程序、挤出机压力PID控制子程序、挤出机电流PID控制子程序、挤出机产量控制子程序，该智能控制系统还包括挤出切条自诊断系统。本发明能够对挤出机的挤出压力进行准确控制，挤出压力波动范围小，成型质量高，对不同产品的生产适应性好，本发明还具有自诊断功能和报警功能，可将导致程序无法继续运行的原因进行自诊断分析，并将分析结果及故障解决方案显示在人机界面上。另外当切条钢丝断丝后，诊断系统能够自动报警并停止挤出机主机的运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统。

背景技术

砖瓦行业用全自动挤出切割成型设备是由挤出机、切条机和切坯机组成，挤出机用于将泥料挤出成型为连续泥条，切条机用于将泥条切断成长条型，切坯机用于将长条型的泥料切割成需要大小的泥坯。

双级真空挤出机是制砖生产工艺中重要的机械设备，挤出压力是双级真空挤出机的最核心的参数，直接关系产品的质量。在现有的真空挤出机设备中，都是采用人工在真空挤出机上级配水的方式来粗放的调节挤出压力，由于人工调节的不精准，会使挤出机挤出压力波动大，并且压力值的控制也不准确，从而导致产品质量不稳定。

另外，现有的双级真空挤出机的电气控制系统都没有自诊断系统，当电气控制系统出现故障后无法报警并进行自诊断。往往一些小的设备故障，也需要停机等待厂家专业人员到场进行维修，设备诊断维修时间长，影响生产效率。

还有，现有的双级真空挤出机和切条机一般使用的都是两套独立的控制系统，当其中某一设备出故障以后另一设备依然在运行，比如当切条机的钢丝断丝后，挤出机依然持续挤出泥条，当泥条经过切条机没被切割的话，容易导致切坯机工作的损害。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是：提供一种能够对挤出机的挤出压力进行准确控制，挤出压力波动范围小，成型质量高，对不同产品的生产适应性好的砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统。

本发明要解决的进一步技术问题是：使本发明还具有自诊断功能和报警功能，可将导致程序无法继续运行的原因进行自诊断分析，并将分析结果及故障解决方案通过图片和文字的形式显示在人机界面上，另外当切条钢丝断丝后，诊断系统能够自动报警并停止挤出机主机的运行。

解决上述技术问题的技术方案是：一种砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统，包括由挤出机控制装置和挤出机程序控制部分组成的挤出机工作控制系统，

所述的挤出机控制装置包括控制部分、检测部分和执行部分，所述的控制部分包括控制柜，控制柜内有PLC控制器和与PLC控制器连接的人机交互界面，所述的检测部分包括分别与PLC控制器连接的用于检测挤出机泥条速度的编码器、用出检测挤出机挤出压力的压力传感器、分别用于检测挤出机上级电机和下级电机电流的电流传感器Ⅰ和电流传感器Ⅱ、用于检测挤出机上级真空箱内泥料位置的物料位置传感器和用于检测挤出机进水量的流量传感器，所述的执行部分包括分别用于控制挤出机上级电机和下级电机转速的变频器Ⅰ和变频器Ⅱ以及用于控制挤出机进水量的流量控制阀；所述的变频器和流量控制阀分别与PLC控制器连接；

所述的挤出机程序控制部分为：包括主程序和参数设置子程序、数据储存子程序、挤出机压力PID控制子程序、挤出机电流PID控制子程序、挤出机产量控制子程序，所述的主程序的流程是：开始→子程序初始化→调用参数设置子程序，通过人机交互界面对挤出机的挤出压力、产量和控制电流进行设定→调用数据储存子程序，将实时设置的参数进行存储备份→调用挤出机压力控制PID子程序，判断挤出压力的实测压力减设定压力是否小于等于设定值→N，控制流量控制阀调整挤出机的进水量，再返回判断挤出压力的实测压力减设定压力是否小于等于设定值；Y，调用挤出机电流PID控制子程序，判断挤出机电机电流的实测电流减设定电流是否小于等于设定值→N，控制变频器调整电机转速，返回判断挤出机电机电流的实测电流减设定电流是否小于等于设定值，Y，检测电机转速是否调整→Y，返回判断挤出压力的实测压力减设定压力是否小于等于设定值，N，调用挤出机产量控制子程序，判断挤出机设定产量减实际产量是否小于等于零→N，返回调用挤出机压力控制PID子程序；Y，停机→返回开始。

本发明的进一步技术方案是：该砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统还包括有挤出切条自诊断系统，所述的挤出切条自诊断系统包括信号输入传感器、PLC控制器和用于显示自诊断结果及报警提示的人机界面，所述的信号输入传感器包括压力传感器、电流传感器、物料位置传感器、流量传感器、用于检测切条机切条钢丝的切条拉力传感器和用于检测挤出机轴承温度的温度传感器，所述的PLC控制器包括CPU和分别与CPU连接的信号输入模块和报警信号输出模块，所述的报警信号输出模块包括各类传感器故障报警信号输出模块、挤出压力过大报警信号输出模块、电机电流过大报警信号输出模块、轴承温度过高报警信号输出模块和断切条钢丝报警信号输出模块，所述的信号输入传感器与PLC控制器的信号输入模块连接，报警信号输出模块与人机界面连接。

所述的自诊断系统还包括有与PLC控制器连接的报警灯和报警铃。

所述的人机交互界面是带有触摸显示屏的HMI。

所述的PID控制子程序的流程是：开始→运行PID程序→读取实际参数→读取设定参数→读取PID参数→进行PID运算→输出结果→结束。

本发明的更进一步技术方案是：该砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统包括由切坯机控制装置和切坯机程序控制部分组成的切坯机工作控制系统，

所述的切坯机控制装置包括控制部分、检测部分和执行部分，所述的控制部分包括控制柜内的PLC控制器和与PLC控制器连接的人机交互界面，所述的检测部分包括分别与PLC控制器连接的泥条到位传感器、推坯头到位传感器和用于检测切坯机切坯钢丝张紧力的张力传感器，所述的执行部分包括用于控制切坯机推坯装置与电机接合和断开的电磁离合器和用于控制切坯机切坯钢丝张力的张力控制器，所述的电磁离合器和张力控制器与PLC控制器连接；

所述的切坯机程序控制部分为：包括切坯主程序和参数设置子程序、数据储存子程序、钢丝张紧力PID控制子程序、切坯控制子程序、切坯产量控制子程序，所述的切坯主程序的流程是：开始→子程序初始化→调用参数设置子程序，通过人机交互界面对切坯机切割泥坯的原料、泥坯的成型类型、切坯钢丝张力和产量进行设定→调用数据储存子程序，将实时设置的参数进行存储备份→调用钢丝张紧力PID控制子程序→判断切坯钢丝的实测张力减设定张力是否小于等于设定值→N，调整张力控制器，再返回判断切坯钢丝的实测张力减设定张力是否小于等于设定值；Y，调用切坯控制子程序→调用切坯产量控制子程序，判断设定产量减实际产量是否小于等于零→N，返回调用钢丝张紧力PID控制子程序；Y，停机→返回开始。

所述的切坯机工作控制系统还包括有切坯机自诊断系统，所述的切坯机自诊断系统包括切坯信号输入传感器、PLC控制器和人机界面，所述的切坯信号输入传感器包括泥条到位传感器、推坯头到位传感器、张力传感器、用于检测切坯机电机电流的电流传感器Ⅲ，所述的PLC控制器包括CPU和分别与CPU连接的切坯信号输入模块和切坯报警信号输出模块，所述的切坯报警信号输出模块包括切坯各类传感器故障报警信号输出模块、断切坯钢丝报警信号输出模块和推坯电机电流过大报警信号输出模块，所述的切坯信号输入传感器与PLC控制器的切坯信号输入模块连接，切坯报警信号输出模块与人机界面连接。

所述的切坯控制子程序的流程是：开始→初始化→启动送坯电机→检测泥条是否到位→N，返回检测泥条是否到位；Y，电磁离合器接合→检测推坯头是否到位→N，返回检测推坯头是否到位；Y，电磁离合器断开→电磁制动器制动→结束。

本发明之砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统具有以下有益效果：

1、能够对挤出机的挤出压力进行准确控制，挤出压力波动范围小，成型质量高，对不同产品的生产适应性好。本发明挤出机挤出压力控制子程序，系统采用PID模糊控制,通过对当前读取的实际压力进行PID运算，并将其运算结果作为当前压力的参考值,以便PLC控制使用。当实际压力与设定压力误差大于设定值后，PLC通过对水管中的流量调节阀进行控制，实现对挤出压力的准确控制。另外，为保证在压力控制过程中的运行稳定性，需对电机电流进行控制，当实际测量电流值大于设定控制电流值时，PLC通过对变频器的控制改变电机转速对电流进行PID调节，使电流小于设定值，实现对电流的控制。通过搭建一个压力、电流的双闭环控制系统来实现真空挤出机压力的稳定控制。

2、能够对设备进行实时监控，在生产过程中对发生的故障进行自诊断，能够有效提高生产效率。本发明能够实时监测切条机的切条钢丝，当切条钢丝断丝后，诊断系统能够自动报警并停止挤出机主机的运行，避免了因切条钢丝断丝后挤出机还在正常工作而造成对后续切坯机的损害和泥条的浪费。本发明设置有自诊断功能和报警功能，通过逻辑运算，可将导致程序无法继续运行的原因进行自诊断分析，并将分析结果及故障解决方案通过图片和文字的形式显示在触摸显示屏上。同时，当传感器的输入信号数值大于设定的报警值时，系统会自动报警并停机。报警程序主要有传感器故障报警，压力过大报警，电机电流过大报警，轴承温度过高报警，断丝报警。同时，本发明还设置有切坯机自诊断系统，能够实现切坯各类传感器故障报警、断切坯钢丝报警和推坯电机电流过大报警等功能。

3、由于本发明具有自诊断功能，诊断结果可从HMI系统显示，降低了维护和维修难度。自诊断系统可将导致程序无法继续运行的原因进行自诊断分析，并将分析结果及故障解决方案通过图片和文字的形式显示在触摸显示屏上。一些简单的设备故障，操作人员就可以自己处理解决，不需要停机等待专业人员到场维持，能够减少停机时间，提高生产效率。同时，当传感器的输入信号数值大于设定的报警值时，系统会自动报警并停机，能够在一定程序上保证安全生产。

4、本发明的切坯机工作控制系统能够对切坯钢丝的张紧力进行实时监控和调整，可适应不同的泥条硬度，并能有效保证了切割质量和延长钢丝的使用寿命。本发明设计有切坯钢丝张紧力控制子程序，切坯钢丝张紧力采用PID模糊控制，通过读取张紧力传感器的实际张紧力进行PID运算，并将其运算结果作为PLC控制使用的当前钢丝张紧力的参考值。在程序运行过程中，当钢丝实际张紧力不在设定值内时，PLC通过自动张力控制器调节钢丝张力，使钢丝张力满足设定值范围。自动张力控制器主要包括小电机及装在电机上的张紧轮构成，张紧轮上缠绕着钢线，钢线的末端有一个挂钩，切坯机的切割钢丝一端可以直接扣在挂钩上，PLC通过控制小电机的正向和反向转动即可张紧或放松钢丝，从而实现对张紧力的控制。

5、采用本发明，可以提高设备的自动化程度，降低了人力成本。

下面，结合附图和实施例对本发明之砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之挤出机程序控制部分主程序的流程图。

图2：本发明之PID处理程序流程图。

图3：本发明之挤出切条自诊断及报警流程图。

图4：本发明之切坯主程序的流程图。

图5：本发明之切坯控制子程序流程图。

图6：本发明之切坯自诊断及报警流程图。

图7-图8：带有本发明的砖瓦行业用全自动挤出切割结构示意图。

图7：俯视图，图8：主视图。

图9：本发明之控制柜结构示意图。

图10-图12：带有切坯机工作控制系统的切坯机结构示意图。

图10：主视图，图11：俯视图，图12：右视图。

图中：1-挤出机，11-电流传感器Ⅱ，12-温度传感器，13-下级主轴，14-物料位置传感器，15-上级主轴，16-流量控制阀，17-流量传感器，18-电流传感器Ⅰ，19-主机上级，110-压力传感器，111-主机下级。

2-切条机，21-编码器，22-切条拉力传感器。

3-切坯机，31-推坯电机，32-双轴输出减速机，33-曲柄连杆机构，34-推坯头到位传感器，35-直线轴承，36-机架，37-张力控制器，38-张力传感器，39-切坯钢丝，310-泥条到位传感器，311-电磁离合器，312-陶瓷辊筒，313-钢丝卡轮，314-钢丝卡轮轴，315-泥条输送电机，316-电流传感器。

4-控制柜，41-触摸显示屏，42-变频器Ⅰ，43-变频器Ⅱ，44-PLC控制器。

具体实施方式

实施例1：一种砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统，包括挤出机工作控制系统和挤出切条自诊断系统，挤出机工作控制系统是由挤出机控制装置和挤出机程序控制部分组成。

如图7-图9所示，所述的挤出机控制装置包括控制部分、检测部分和执行部分，所述的控制部分包括控制柜，控制柜4内有PLC控制器44和与PLC控制器连接的人机交互界面，所述的人机交互界面是带有触摸显示屏41的HMI，所述的检测部分包括分别与PLC控制器44连接的用于检测挤出机泥条速度的编码器21、用出检测挤出机挤出压力的压力传感器110、分别用于检测挤出机上级电机和下级电机电流的电流传感器Ⅰ18和电流传感器Ⅱ11、用于检测挤出机上级真空箱内泥料位置的物料位置传感器14和用于检测挤出机进水量的流量传感器17，所述的执行部分包括分别用于控制挤出机上级电机和下级电机转速的变频器Ⅰ42和变频器Ⅱ43以及用于控制挤出机进水量的流量控制阀16；所述的变频器和流量控制阀分别与PLC控制器连接。

如图1所示，所述的挤出机程序控制部分为：包括主程序和参数设置子程序、数据储存子程序、挤出机压力PID控制子程序、挤出机电流PID控制子程序、挤出机产量控制子程序，所述的主程序的流程是：开始→子程序初始化→调用参数设置子程序，通过人机交互界面对挤出机的挤出压力、产量和控制电流进行设定→调用数据储存子程序，将实时设置的参数进行存储备份→调用挤出机压力控制PID子程序，判断挤出压力的实测压力减设定压力是否小于等于设定值→N，控制流量控制阀调整挤出机的进水量，再返回判断挤出压力的实测压力减设定压力是否小于等于设定值；Y，调用挤出机电流PID控制子程序，判断挤出机电机电流的实测电流减设定电流是否小于等于设定值→N，控制变频器调整电机转速，返回判断挤出机电机电流的实测电流减设定电流是否小于等于设定值，Y，检测电机转速是否调整→Y，返回判断挤出压力的实测压力减设定压力是否小于等于设定值，N，调用挤出机产量控制子程序，判断挤出机设定产量减实际产量是否小于等于零→N，返回调用挤出机压力控制PID子程序；Y，停机→返回开始。

如图2所示，所述的PID控制子程序的流程是：开始→运行PID程序→读取实际参数→读取设定参数→读取PID参数→进行PID运算→输出结果→结束。

如图3所示，所述的挤出切条自诊断系统包括信号输入传感器、PLC控制器和用于显示自诊断结果及报警提示的人机界面（带有触摸显示屏41的HMI），所述的信号输入传感器包括压力传感器、电流传感器、物料位置传感器、流量传感器、报警灯和报警铃以及用于检测切条机切条钢丝的切条拉力传感器22和用于检测挤出机轴承温度的温度传感器，所述的PLC控制器包括CPU和分别与CPU连接的信号输入模块和报警信号输出模块，所述的报警信号输出模块包括各类传感器故障报警信号输出模块、挤出压力过大报警信号输出模块、电机电流过大报警信号输出模块、轴承温度过高报警信号输出模块和断钢丝报警信号输出模块，所述的信号输入传感器与PLC控制器的信号输入模块连接，报警信号输出模块与人机界面连接，报警灯和报警铃与PLC控制器连接。

本实施例的主要特点是：1、控制系统采用了HMI（人机交互）触摸屏，触摸屏的设置程序包括：挤出压力值得设定，产量值得设定，控制电流设定，PID参数设定，报警参数设定，当前压力显示，当前电流显示，当前产量显示及开关控制按钮设置。该触摸屏可显示当前挤出压力、产量、电流数值，并可根据生产需要设定挤出压力、产量值和控制电流，这些参数可进行实时修改。

2、控制系统对挤出压力的控制采用了模糊PID控制。

3、控制系统具有自诊断功能，设备发生故障后，系统程序通过逻辑运算，可将导致程序无法继续运行的原因进行自诊断分析，并将分析结果及故障解决方案通过图片和文字的形式显示在触摸屏上。

4、控制系统将双级真空挤出机和切条切坯机的控制整合起来，当切条切坯机断丝后双级真空挤出机会自动停机。

本实施例的工作过程为：系统控制部分中的压力传感器装在机头上，编码器装在切条机辊筒上，物料位置传感器装在上级真空箱内，流量传感器装在出水管、流量控制阀后，温度传感器装在轴承座上，电流传感器装在电机接线处。在工作中，泥条通过输送带进入上级搅拌箱，经搅拌箱搅拌后进入上级真空箱，从上级真空箱落入下级真空箱后被螺旋铰刀向前输送挤压，最终通过机头机口挤压成泥条，泥条被挤出机口运动到切条机辊筒后，PLC对压力传感器、编码器和电流传感器的输入值进行计算，然后对水管中的流量控制阀及变频器进行控制，从而实现挤出压力的调节。当真空箱内的泥条位置上涨到物料位置传感器的时候，传感器将信号传给PLC，PLC控制上级电机变频器，使上级主轴转速降低，降低上级产量，使之与下级产量平衡，从而使真空箱内的泥条位置下降。如果出现切条机断丝的现象后，装在切条机上的拉力传感器会将信号传给PLC，PLC将停止主机的工作。挤出达到工作产量后，自动停机。在系统的运行过程中，PLC控制器会对系统运行进行在线监视，当系统出问题后会进行报警并进行自诊断。同时通过图片和文字的形式将诊断结果显示在HMI触摸显示屏上。

实施例2：一种砖瓦行业用全自动挤出切割成型智能控制系统，包括挤出机工作控制系统、挤出切条自诊断系统、切坯机工作控制系统和切坯机自诊断系统，所述的挤出机工作控制系统和挤出切条自诊断系统与实施例1相同。

所述的切坯机工作控制系统由切坯机控制装置和切坯机程序控制部分组成，所述的切坯机控制装置包括控制部分、检测部分和执行部分，所述的控制部分包括控制柜内的PLC控制器和与PLC控制器连接的人机交互界面，所述的检测部分包括分别与PLC控制器连接的泥条到位传感器310、推坯头到位传感器34和用于检测切坯机切坯钢丝的张力传感器38，所述的执行部分包括用于控制切坯机推坯装置与电机接合和断开的电磁离合器311和用于控制切坯机切坯钢丝张力的张力控制器37，所述的电磁离合器和张力控制器与PLC控制器连接；

所述的切坯机程序控制部分为：包括切坯主程序和参数设置子程序、数据储存子程序、钢丝张紧力PID控制子程序、切坯控制子程序、切坯产量控制子程序，所述的切坯主程序的流程是：开始→子程序初始化→调用参数设置子程序，通过人机交互界面对切坯机切割泥坯的原料、泥坯的成型类型、切坯钢丝张力和产量进行设定→调用数据储存子程序，将实时设置的参数进行存储备份→调用钢丝张紧力PID控制子程序→判断切坯钢丝的实测张力减设定张力是否小于等于设定值→N，调整张力控制器，再返回判断切坯钢丝的实测张力减设定张力是否小于等于设定值；Y，调用切坯控制子程序→调用切坯产量控制子程序，判断设定产量减实际产量是否小于等于零→N，返回调用钢丝张紧力PID控制子程序；Y，停机→返回开始。

所述的切坯控制子程序的流程是：开始→初始化→启动送坯电机→检测泥条是否到位→N，返回检测泥条是否到位；Y，电磁离合器接合→检测推坯头是否到位→N，返回检测推坯头是否到位；Y，电磁离合器断开→电磁制动器制动→结束。

所述的切坯机自诊断系统包括切坯信号输入传感器、PLC控制器和人机界面，所述的切坯信号输入传感器包括张力传感器38、泥条到位传感器310、推坯头到位传感器34、用于检测切坯机电机电流的电流传感器Ⅲ316，所述的PLC控制器包括CPU和分别与CPU连接的切坯信号输入模块和切坯报警信号输出模块，所述的切坯报警信号输出模块包括切坯各类传感器故障报警信号输出模块、断切坯钢丝报警信号输出模块和推坯电机电流过大报警信号输出模块，所述的切坯信号输入传感器与PLC控制器的切坯信号输入模块连接，切坯报警信号输出模块与人机界面连接。

本实施例中切坯机工作控制系统和切坯机自诊断系统的工作过程如下：系统控制部分的泥条到位传感器装在挡泥板支架上，电磁牙嵌式离合器装在减速机输入轴上，推坯头到位传感器装在直线轴承导轨后端下方的支架上，张力传感器装在下挂钩上。开始工作前，先在HIM触摸显示屏上选择输入泥坯的原料及成型类型和产量，输入后可开始工作，设备开始工作后，首先对钢丝张紧力进行检查，PLC通过张力传感器测到的实际值与设定进行比对，调整张力控制器使钢丝张力达到设定值范围内。工作时，输送陶瓷辊筒将泥条向前输送，输送到泥条到位传感器的感测位置后，传感器将信号传送到PLC，PLC控制电磁牙嵌式离合器结合，电机输出的动力通过离合器传递给推坯装置，推坯装置将泥条推向切割部件，切割部件上的钢丝将泥条按规格切割成泥坯，推坯装置在向回运动到达推坯头到位传感器的位置后，传感器将信号传送到PLC，PLC控制电磁牙嵌式离合器分开并刹车，推坯头停止，等待下一轮泥条切坯过程。每轮切坯结束后，系统会重新对钢丝张紧力进行检测并调整。当切坯机产量达到设定值后会自动停机。在整个工作工作中，如果电气系统出现故障或者断钢丝，HMI系统都会报警，并进行自诊断，并将诊断结果显示在HMI系统的可视触摸显示屏中，便于维护维修。