无线遥控技术在绳锯机控制上的应用

周志成,郭灿廷,梁上勋,蔡巍巍,黄华,曾起

无线遥控技术在绳锯机控制上的应用

周志成1,郭灿廷1,梁上勋2,蔡巍巍2,黄华2,曾起2

(1.桂林特邦机械制造有限公司,广西桂林541004; 2.桂林特邦新材料有限公司,广西桂林541004)

文章介绍了绳锯机用无线遥控系统的设计和性能,对比无线控制技术和有数据线连接的两种操作台控制矿山绳锯机的操控性能差异,来研究无线控制技术对矿山绳锯机操控性能的影响。绳锯机无线遥控器TB-SJYK-1000是用于绳锯机升级的无线遥控设备,其特点是远距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率,主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。

ZigBee通讯技术；矿山金刚石绳锯机；无线控制技术；数据线

1 前言

石材以其优良的物理力学性能以及天然华贵、典雅大方的装饰效果,使其在建筑装饰、生活用具等方面得到了广泛的应用。我国是石材大国,花岗岩及大理石资源丰富。据介绍,2015年中国全年天然石材进出口合计金额107.39亿美元,重量4378万吨,据前瞻产业研究院《2016-2021年中国石材行业市场前瞻与投资规划分析报告》显示,近十年来,我国石材工业发展迅速,不仅应用上更加广泛,而且在国家政策的拉动下,石材消费需求量加大,目前年产量已超过千万吨,成为全球最大的石材生产大国[1]。

金刚石绳锯机是大理石及花岗岩等石材荒料开采的主要设备,是近年来兴起的一种替代人工爆破及土法开采的新型石材开采设备,随着国家对民用爆破的控制及投资者对环保、资源集约化开采的重视程度不断提高及国内外石材市场的强劲需求,今后几年将是绳锯机的快速发展阶段。

目前国内具有一定规模的、年销售量在200台以上、产值超千万的绳锯机厂家只有3～4家。2014年中国市场销售约1000台,总产值1亿元,而全球市场销售超过10000台,总值10亿多元。尽管2015年绳锯机销售出现增速趋缓的现象,但目前中国石材开采多数仍采用人工爆破及土法开采,石材矿山开采绳锯机的现实需求及潜在需求仍是非常大的。本研究将通过开发无线控制技术结合高性能PLC来提高绳锯机的稳定性、安全性,进而为实现矿山开采的数字化、智能化,走创新驱动的发展道路打基础。

2 绳锯机无线遥控器设计

2.1 绳锯机无线遥控器设计背景

使用金刚石绳锯进行矿山石材开采时,因各种不可预知的原因而导致金刚石绳锯经常脱开,若操作人员离机器较近,断开的绳锯容易导致伤人事故的发生,若操作人员离机器较远,则要求较长的控制线,目前市场上常用的数据线长度为10～15米,且控制线随时移动,容易被各种外力(如凸起的锐石剪切、重物锤砸等)损坏,若采用本项目研究的无线控制技术,将解决由于信号线断裂引发的故障问题并消除人身安全隐患。

2.2 绳锯机无线遥控器的结构与功能

(1)硬件结构

包含有:专用无线集成单片模块、16位DA模块、电器组模块、电池充放电管理模块、三防外壳、OLED彩色数字液晶模块、ZIGBEE无线通讯技术[2-5]。

(2)系统功能

a、四轴运行控制功能;

b、无线传输的绝对有效控制距离在2m～40m,绝对控制距离内不存在常见的干扰以及空间的影响。当无线通讯信号弱到一定值时也有报警提示功能[2-5];

c、无线操作台采用彩色显示,内部采用可充电蓄电池,操作箱内部提供充电器方便直接充电,操作台应有可直观的电量显示,或当电量接近不足以提供无线操作台供电时进行提示[2-5];

d、同时支持有线和无线传输双模式,可在菜单中选择;

e、采用变频器本身的外部控制方式,方便与不同厂家的变频器结合使用;

f、绳锯机的掉载保护功能:当绳锯机主机电流在工作中出现突然下降到一定值时(断绳)绳锯机自动停止工作;

g、无线操作台显示主机转速、行走速度以及电流等参数,可调整相应的比值和偏置;

h、能耗;无线操作台可以连续工作24小时以上且方便携带;

i、当变频器报警时,无线操作台也能够有相应的报警提示或者报警信号(变频器报警时,有信号给到操作台);

j、无线操作台完全采用按键控制,避免电位器的故障;

k、无信号时保证安全不失控。

2.3 绳锯机无线遥控器的工作环境及条件

无线接收台直流供电:24V

无线操作台电池供电:连续工作24～36小时

环境温度:-15～+85℃

相对湿度:≤95%

无线操作台防尘防水等级:IP55无线接收模组内部防水等级:IP45

3 TB-SJYK-1000型绳锯机无线遥控器的应用

3.1 TB-SJYK-1000型绳锯机无线遥控器的组成

a、无线控制台TB-SJYK-1000-A:主要完成绳锯机的控制参数的设定以及控制数据的发送。

b、无线接收台TB-SJYK-1000-B:主要完成数据的接受,完成对变频器、交流接触器、交流电机的直接控制以及对变频器以及其他元件的状态监控。

3.2 TB-SJYK-1000型绳锯机无线遥控器的界面以及接口介绍

1)无线控制台TB-SJYK-1000-A外部接口有:无线天线、两芯防水电源接口、五芯防水电源接口和电源开关。

2)无线控制台TB-SJYK-1000-A的外观如图1,面板按键功能见表1。

图1 无线控制台TB-SJYK-1000-A界面Fig.1 User Interface of TB-SJYK-1000-A Remote Controller

表1 面板按键功能介绍Table 1 Panel button function introduction

3)无线控制台TB-SJYK-1000与绳锯机的控制原理

无线控制台TB-SJYK-1000-A将面板上对应的按键动作分解为加密的电波,利用ZIGBEE无线通讯技术,通过信号发射器发出;无线接收台TBSJYK-1000-B接收信号,并利用ZIGBEE无线通讯技术将加密的电波读取,并转换为电信号,通过485通讯口传递给变频器,从而实现变频器控制电机输出扭矩、转速。

3.3 应用实例.

样机试制成功后,在厂进行了三轮空载测试,包括有效传输距离测量、信号强度测试、抗干扰测试,均满足设计要求(图2,图3)。在桂林周边矿山上进行了无线遥控的改装及现场测试,操作工人反映,该无线遥控操作小巧、轻便;传输距离远、信号稳定。极大地降低了操作工的工作强度,人身安全得到了更大的保障。

表2 无线遥控与有线操控的对比Table 2 Comparison of wireless remote control and wired remote control

图2 无线遥控在山东章丘某矿山的实地使用情况Fig.2 Field application of remote controller at a mine in Shandong Zhangqiu

图3 无线遥控在四川雅安某矿山的实地使用情况Fig.3 Field application of remote controller at a mine in Sichuan Ya'an

3.4 无线遥控与有线操控的对比

无线遥控与有线操控的对比见表2。

4 结论

通过前期小批量的测试,客户普遍反映该无线控制器操作简便,工人劳动强度降低,解决了以前的有线操作箱由于数据线的破损而造成的设备故障。无线操作台可以远离绳锯机绳锯切割工作区域,可以有效杜绝由于断绳或落石对工人的伤害,降低矿山由于绳锯机带来的事故隐患,减少了因数据线故障而带来的售后维修时间,大大提高了切割效率,提升了矿山每日的石料出方量。

[1] 2016-2021年中国石材行业市场前瞻与投资规划分析报告.

[2] 侯丽玲.基于ZigBee的无线传感器网络远程监控系统的设计与实现[J].长春工程学院学报(自然科学版),2015(4):32-35,39. [3] 张慧颖,钱同云,马淑华.基于Zigbee技术的无线门禁控制系统设计[J].数字技术与应用,2016(9):26,28.

[4] 范哲超,吴永亮,鲁珊珊,等.一种新型智能温室温湿度检测系统[P].专利号:CN205748487U,内蒙古机电职业技术学院, 20160606

[5] 胡德清,王健,周雨.基于ZIGBEE技术的无线网络应用研究[J].信息记录材料,2016(3): 17-19.

吉林大学研究发现硬度媲美金刚石的碳结构

吉林大学教授刘冰冰课题组在碳的高压新结构研究方面获重要突破,成果日前发表于《物理评论快报》。它将启发人们设计和利用新型前驱物结合高压技术构筑性能优异的新型碳材料。

探索新的碳结构是热点问题,特别是寻找性能可与金刚石相比拟甚至更优的新型sp3结构碳材料一直是人们非常关注的课题,但实验上,合成该材料一直没有大的突破。

此项研究不同于前人实验中使用的仅包含碳六元环的石墨和碳纳米管前驱物,巧妙地选择包含碳五元环的C70限域碳纳米管复合材料(C70豆荚)作为前驱体,对其开展了原位超高压研究,获得了常压可截获的、完全不同于金刚石的全sp3超硬新碳结构。研究者们利用实验技术,结合理论计算,获得了产生新型碳相的直接实验证据。

同步辐射X射线衍射给出了强的晶体衍射信息,衍射峰不属于以往报道的任何碳结构,而是一种新的、具有单斜结构的全sp3碳相(命名为V carbon),能量仅略高于金刚石,具有与金刚石相媲美的硬度,并给出了C70豆荚材料向V carbon转变的物理图像,发现初始材料含有的奇数碳环对V carbon的形成起到了重要的作用。

据悉,相关同步辐射X射线衍射实验在上海光源BL15U线站完成。 (中国科学报)

The Application of Remote Control Technology on Diamond Wire Saw Machine

ZHOU Zhi-chen1,GUO Can-ting1,LIANG Shang-xun2,CAI Wei-wei2,HUANG Hua2,ZENG Qi2
(1.Guilin Tebon Mchinery Co.Ltd,Guilin,Guangxi,China 541004; 2.Guilin Tebon Superhard Material Co.Ltd,Guilin,Guangxi,China 541004)

The design and performance of the remote control system have been introduced in this article,and the operational performance difference between the remote control and cable control wire saw machines has been compared in order to study the influence of remote control technology on the operational performance of wire saw machine.TB-SJYK-1000 wireless remote controller is a wireless remote control equipment used for the upgrading of wire saw machine.It is characterized by long distance,low complexity,self organization,low power consumption and low data rate and is mainly applied in fields of automatic control and remote control,and can be embedded into various equipments.

ZigBee communication technology;diamond wire saw machine for quarries;remote control technology;data cable

TQ164

A

1673-1433(2017)04-0032-04

2017-04-26

桂林科学研究与技术开发计划项目(合同编号:2016010602-1)

周志成(1973-),男,工程师,湖南工程学院机械制造专业毕业,主要从事矿山、石材开采、切割机械、超硬材料制品的技术开发及生产管理工作。E-mail:568363994@qq.com

周志成,郭灿廷,梁上勋,等.无线遥控技术在绳锯机控制上的应用[J].超硬材料工程,2017,29(4):32-35.