無線遙控技術(shù)在繩鋸機(jī)控制上的應(yīng)用

周志成,郭燦廷,梁上勛,蔡巍巍,黃華,曾起

無線遙控技術(shù)在繩鋸機(jī)控制上的應(yīng)用

周志成1,郭燦廷1,梁上勛2,蔡巍巍2,黃華2,曾起2

(1.桂林特邦機(jī)械制造有限公司,廣西桂林541004; 2.桂林特邦新材料有限公司,廣西桂林541004)

文章介紹了繩鋸機(jī)用無線遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能,對比無線控制技術(shù)和有數(shù)據(jù)線連接的兩種操作臺控制礦山繩鋸機(jī)的操控性能差異,來研究無線控制技術(shù)對礦山繩鋸機(jī)操控性能的影響。繩鋸機(jī)無線遙控器TB-SJYK-1000是用于繩鋸機(jī)升級的無線遙控設(shè)備,其特點(diǎn)是遠(yuǎn)距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率,主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備。

ZigBee通訊技術(shù)；礦山金剛石繩鋸機(jī)；無線控制技術(shù)；數(shù)據(jù)線

1 前言

石材以其優(yōu)良的物理力學(xué)性能以及天然華貴、典雅大方的裝飾效果,使其在建筑裝飾、生活用具等方面得到了廣泛的應(yīng)用。我國是石材大國,花崗巖及大理石資源豐富。據(jù)介紹,2015年中國全年天然石材進(jìn)出口合計(jì)金額107.39億美元,重量4378萬噸,據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2016-2021年中國石材行業(yè)市場前瞻與投資規(guī)劃分析報(bào)告》顯示,近十年來,我國石材工業(yè)發(fā)展迅速,不僅應(yīng)用上更加廣泛,而且在國家政策的拉動下,石材消費(fèi)需求量加大,目前年產(chǎn)量已超過千萬噸,成為全球最大的石材生產(chǎn)大國[1]。

金剛石繩鋸機(jī)是大理石及花崗巖等石材荒料開采的主要設(shè)備,是近年來興起的一種替代人工爆破及土法開采的新型石材開采設(shè)備,隨著國家對民用爆破的控制及投資者對環(huán)保、資源集約化開采的重視程度不斷提高及國內(nèi)外石材市場的強(qiáng)勁需求,今后幾年將是繩鋸機(jī)的快速發(fā)展階段。

目前國內(nèi)具有一定規(guī)模的、年銷售量在200臺以上、產(chǎn)值超千萬的繩鋸機(jī)廠家只有3～4家。2014年中國市場銷售約1000臺,總產(chǎn)值1億元,而全球市場銷售超過10000臺,總值10億多元。盡管2015年繩鋸機(jī)銷售出現(xiàn)增速趨緩的現(xiàn)象,但目前中國石材開采多數(shù)仍采用人工爆破及土法開采,石材礦山開采繩鋸機(jī)的現(xiàn)實(shí)需求及潛在需求仍是非常大的。本研究將通過開發(fā)無線控制技術(shù)結(jié)合高性能PLC來提高繩鋸機(jī)的穩(wěn)定性、安全性,進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)礦山開采的數(shù)字化、智能化,走創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展道路打基礎(chǔ)。

2 繩鋸機(jī)無線遙控器設(shè)計(jì)

2.1 繩鋸機(jī)無線遙控器設(shè)計(jì)背景

使用金剛石繩鋸進(jìn)行礦山石材開采時(shí),因各種不可預(yù)知的原因而導(dǎo)致金剛石繩鋸經(jīng)常脫開,若操作人員離機(jī)器較近,斷開的繩鋸容易導(dǎo)致傷人事故的發(fā)生,若操作人員離機(jī)器較遠(yuǎn),則要求較長的控制線,目前市場上常用的數(shù)據(jù)線長度為10～15米,且控制線隨時(shí)移動,容易被各種外力(如凸起的銳石剪切、重物錘砸等)損壞,若采用本項(xiàng)目研究的無線控制技術(shù),將解決由于信號線斷裂引發(fā)的故障問題并消除人身安全隱患。

2.2 繩鋸機(jī)無線遙控器的結(jié)構(gòu)與功能

(1)硬件結(jié)構(gòu)

包含有:專用無線集成單片模塊、16位DA模塊、電器組模塊、電池充放電管理模塊、三防外殼、OLED彩色數(shù)字液晶模塊、ZIGBEE無線通訊技術(shù)[2-5]。

(2)系統(tǒng)功能

a、四軸運(yùn)行控制功能;

b、無線傳輸?shù)慕^對有效控制距離在2m～40m,絕對控制距離內(nèi)不存在常見的干擾以及空間的影響。當(dāng)無線通訊信號弱到一定值時(shí)也有報(bào)警提示功能[2-5];

c、無線操作臺采用彩色顯示,內(nèi)部采用可充電蓄電池,操作箱內(nèi)部提供充電器方便直接充電,操作臺應(yīng)有可直觀的電量顯示,或當(dāng)電量接近不足以提供無線操作臺供電時(shí)進(jìn)行提示[2-5];

d、同時(shí)支持有線和無線傳輸雙模式,可在菜單中選擇;

e、采用變頻器本身的外部控制方式,方便與不同廠家的變頻器結(jié)合使用;

f、繩鋸機(jī)的掉載保護(hù)功能:當(dāng)繩鋸機(jī)主機(jī)電流在工作中出現(xiàn)突然下降到一定值時(shí)(斷繩)繩鋸機(jī)自動停止工作;

g、無線操作臺顯示主機(jī)轉(zhuǎn)速、行走速度以及電流等參數(shù),可調(diào)整相應(yīng)的比值和偏置;

h、能耗;無線操作臺可以連續(xù)工作24小時(shí)以上且方便攜帶;

i、當(dāng)變頻器報(bào)警時(shí),無線操作臺也能夠有相應(yīng)的報(bào)警提示或者報(bào)警信號(變頻器報(bào)警時(shí),有信號給到操作臺);

j、無線操作臺完全采用按鍵控制,避免電位器的故障;

k、無信號時(shí)保證安全不失控。

2.3 繩鋸機(jī)無線遙控器的工作環(huán)境及條件

無線接收臺直流供電:24V

無線操作臺電池供電:連續(xù)工作24～36小時(shí)

環(huán)境溫度:-15～+85℃

相對濕度:≤95%

無線操作臺防塵防水等級:IP55無線接收模組內(nèi)部防水等級:IP45

3 TB-SJYK-1000型繩鋸機(jī)無線遙控器的應(yīng)用

3.1 TB-SJYK-1000型繩鋸機(jī)無線遙控器的組成

a、無線控制臺TB-SJYK-1000-A:主要完成繩鋸機(jī)的控制參數(shù)的設(shè)定以及控制數(shù)據(jù)的發(fā)送。

b、無線接收臺TB-SJYK-1000-B:主要完成數(shù)據(jù)的接受,完成對變頻器、交流接觸器、交流電機(jī)的直接控制以及對變頻器以及其他元件的狀態(tài)監(jiān)控。

3.2 TB-SJYK-1000型繩鋸機(jī)無線遙控器的界面以及接口介紹

1)無線控制臺TB-SJYK-1000-A外部接口有:無線天線、兩芯防水電源接口、五芯防水電源接口和電源開關(guān)。

2)無線控制臺TB-SJYK-1000-A的外觀如圖1,面板按鍵功能見表1。

圖1 無線控制臺TB-SJYK-1000-A界面Fig.1 User Interface of TB-SJYK-1000-A Remote Controller

表1 面板按鍵功能介紹Table 1 Panel button function introduction

3)無線控制臺TB-SJYK-1000與繩鋸機(jī)的控制原理

無線控制臺TB-SJYK-1000-A將面板上對應(yīng)的按鍵動作分解為加密的電波,利用ZIGBEE無線通訊技術(shù),通過信號發(fā)射器發(fā)出;無線接收臺TBSJYK-1000-B接收信號,并利用ZIGBEE無線通訊技術(shù)將加密的電波讀取,并轉(zhuǎn)換為電信號,通過485通訊口傳遞給變頻器,從而實(shí)現(xiàn)變頻器控制電機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速。

3.3 應(yīng)用實(shí)例.

樣機(jī)試制成功后,在廠進(jìn)行了三輪空載測試,包括有效傳輸距離測量、信號強(qiáng)度測試、抗干擾測試,均滿足設(shè)計(jì)要求(圖2,圖3)。在桂林周邊礦山上進(jìn)行了無線遙控的改裝及現(xiàn)場測試,操作工人反映,該無線遙控操作小巧、輕便;傳輸距離遠(yuǎn)、信號穩(wěn)定。極大地降低了操作工的工作強(qiáng)度,人身安全得到了更大的保障。

表2 無線遙控與有線操控的對比Table 2 Comparison of wireless remote control and wired remote control

圖2 無線遙控在山東章丘某礦山的實(shí)地使用情況Fig.2 Field application of remote controller at a mine in Shandong Zhangqiu

圖3 無線遙控在四川雅安某礦山的實(shí)地使用情況Fig.3 Field application of remote controller at a mine in Sichuan Ya'an

3.4 無線遙控與有線操控的對比

無線遙控與有線操控的對比見表2。

4 結(jié)論

通過前期小批量的測試,客戶普遍反映該無線控制器操作簡便,工人勞動強(qiáng)度降低,解決了以前的有線操作箱由于數(shù)據(jù)線的破損而造成的設(shè)備故障。無線操作臺可以遠(yuǎn)離繩鋸機(jī)繩鋸切割工作區(qū)域,可以有效杜絕由于斷繩或落石對工人的傷害,降低礦山由于繩鋸機(jī)帶來的事故隱患,減少了因數(shù)據(jù)線故障而帶來的售后維修時(shí)間,大大提高了切割效率,提升了礦山每日的石料出方量。

[1] 2016-2021年中國石材行業(yè)市場前瞻與投資規(guī)劃分析報(bào)告.

[2] 侯麗玲.基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015(4):32-35,39. [3] 張慧穎,錢同云,馬淑華.基于Zigbee技術(shù)的無線門禁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2016(9):26,28.

[4] 范哲超,吳永亮,魯珊珊,等.一種新型智能溫室溫濕度檢測系統(tǒng)[P].專利號:CN205748487U,內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 20160606

[5] 胡德清,王健,周雨.基于ZIGBEE技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[J].信息記錄材料,2016(3): 17-19.

吉林大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)硬度媲美金剛石的碳結(jié)構(gòu)

吉林大學(xué)教授劉冰冰課題組在碳的高壓新結(jié)構(gòu)研究方面獲重要突破,成果日前發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。它將啟發(fā)人們設(shè)計(jì)和利用新型前驅(qū)物結(jié)合高壓技術(shù)構(gòu)筑性能優(yōu)異的新型碳材料。

探索新的碳結(jié)構(gòu)是熱點(diǎn)問題,特別是尋找性能可與金剛石相比擬甚至更優(yōu)的新型sp3結(jié)構(gòu)碳材料一直是人們非常關(guān)注的課題,但實(shí)驗(yàn)上,合成該材料一直沒有大的突破。

此項(xiàng)研究不同于前人實(shí)驗(yàn)中使用的僅包含碳六元環(huán)的石墨和碳納米管前驅(qū)物,巧妙地選擇包含碳五元環(huán)的C70限域碳納米管復(fù)合材料(C70豆莢)作為前驅(qū)體,對其開展了原位超高壓研究,獲得了常壓可截獲的、完全不同于金剛石的全sp3超硬新碳結(jié)構(gòu)。研究者們利用實(shí)驗(yàn)技術(shù),結(jié)合理論計(jì)算,獲得了產(chǎn)生新型碳相的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

同步輻射X射線衍射給出了強(qiáng)的晶體衍射信息,衍射峰不屬于以往報(bào)道的任何碳結(jié)構(gòu),而是一種新的、具有單斜結(jié)構(gòu)的全sp3碳相(命名為V carbon),能量僅略高于金剛石,具有與金剛石相媲美的硬度,并給出了C70豆莢材料向V carbon轉(zhuǎn)變的物理圖像,發(fā)現(xiàn)初始材料含有的奇數(shù)碳環(huán)對V carbon的形成起到了重要的作用。

據(jù)悉,相關(guān)同步輻射X射線衍射實(shí)驗(yàn)在上海光源BL15U線站完成。 (中國科學(xué)報(bào))

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

桂林科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(合同編號:2016010602-1)

周志成(1973-),男,工程師,湖南工程學(xué)院機(jī)械制造專業(yè)畢業(yè),主要從事礦山、石材開采、切割機(jī)械、超硬材料制品的技術(shù)開發(fā)及生產(chǎn)管理工作。E-mail:568363994@qq.com

周志成,郭燦廷,梁上勛,等.無線遙控技術(shù)在繩鋸機(jī)控制上的應(yīng)用[J].超硬材料工程,2017,29(4):32-35.