【正文】 于板材的厚度一般比較厚，因此需要多次切割才能完成一次加工過程，當刀盤沒有達到切割系統(tǒng)所設置的下限時，需要往 返切割以實現切割功能，石板切割系統(tǒng)工作示意圖如圖 12 所示。 圖 12石板切割系統(tǒng)工作示意圖 板材切割系統(tǒng)的功能要求 在對板材進行切割時，由于受力不均勻，導致切割機的轉速發(fā)生變化從而影響切割的精度，最后影響板材的質量，因此采用自動控制作為其主要的控制方式。早期的控制方式為液壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構復雜 、 制造要求高，使用此類設備需要增設油泵站，增加占地面積和噪聲，但是由于中國在液壓方面的元件制造工藝及其質量方面的原因，對于某些控制要求無法達到，因 此需要進口國外設備，使得該設備維護方面有部分困難。 基于計算機的控制系統(tǒng)，硬件結構方面總線標準化程度高，軟件資源豐富，可支持實時操作，具有速度快 、 實時性強 、 可進行復雜處理的優(yōu)點，工件 壓緊 切割槍到 位 切割槍 預熱 切割 開始 開始 工件松開 切割結束 工件移動 開始 工件 壓緊 刀盤 啟動 刀盤 到位 切割 開始 工件移動 工件松開 下降一個 切削量 到達另外一邊，下降一個切削量，進行反向切割 是否已 到下限 是 否 3 但對環(huán)境有一定要求，要在干擾小，具有一定溫度和濕度的環(huán)境下使用。在復雜的生產環(huán)境下，粉塵和電磁干擾的作用會影響計算機的控制性能。 可編程控制器的控制系統(tǒng)，適用于工業(yè)現場環(huán)境惡劣，干擾較多的場合，同時編程易學簡單，利于推廣，最重要的是其安裝 、 設計簡單，如果需要改變控制邏輯或增加控制功能時，只需改變程序即可，對硬件連線改動較少， 便于進行技術改造。采用 PLC 作為控制器具有運行速度快 、 調試周期短 、 維護簡單和較高的可靠性。 該控制系統(tǒng)使用 PLC 作為核心控制器，其可靠性高 、 抗干擾能力強的優(yōu)點可保證控制系統(tǒng)的可靠運行。 切割系統(tǒng)的功能主要是完成板材的切割和移動 。 其主要涉及兩方面的功能：一是檢測輸入信號；二是控制輸出信號。 板材切割控制系統(tǒng)主要完成對操作按鈕輸入的檢測、大車輸送到位的檢測、切割槍位置的檢測、大車步進到位的檢測等。控制輸出的控制方式主要有： 傳送帶 步進電動機的控制、切割槍左右運動電動機的控制、切割槍電磁閥的控制、切割 槍氣體閥門的控制、壓緊裝置的控制。 2 系統(tǒng)總體設計 切割機控制系統(tǒng)的設計主要包括兩個 方面：一個是機械結構設計，另一個是 PLC電氣控制設計。機械結構是實現控制功能的基礎； PLC電氣控制系統(tǒng)是實現控制功能的核心部分，兩方面的設計過程相互獨立，但在設計之前需要整體考慮，先分析和研究控制系統(tǒng)的整體功能，對整體結構深入了解之后，設計出整體框架，明確兩個部分的具體功能和接口。 板材切割系統(tǒng)的結構 隨著企業(yè)對 各類板材的質量要求不斷提高，板材加工的要求也越來越高，因此采用傳統(tǒng)繼電器控制線路的切割系統(tǒng)已經無法滿足 產品質量要求，利用 PLC 對板材切割系統(tǒng)進行改造后，可提高系統(tǒng)的抗干擾能力和板材切割的精度。該切割系統(tǒng)的機械結構比較簡單 ，主要包括牽引機、切割機、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等及其附屬結構 設備。 牽引機 也就是 大車， 上面帶有可以用步進電機驅動的傳送帶， 通過電動機的驅動帶動工件進行移動，完成工件的輸送功能。 4 切割機 其為 核心設備，包括壓緊機構、切割槍和進給系統(tǒng)等設備。壓緊機構由一對 V 型鐵在氣缸的帶動下，通過杠桿機構進行壓緊，通過 PLC 的指令控制 氣缸的上升和下降，最后實現壓緊和松開的操作。切割槍包括 三個氣體 閥門，按照不同的開啟順序，通過 PLC的控制可實現切割槍的打開 關閉。 液壓系統(tǒng) 由 泵站和相應的液壓控制系統(tǒng) [1]構成，相應的油缸通過對應的泵站進行控制， 將原動機 的機械能轉換成液體的壓力能 ，完成壓緊松開 功能。 電氣控制系統(tǒng) 通過 對板材切割系統(tǒng)的功能要求進行分析，可以看到該切割系統(tǒng)的電氣控制 [2]相對比較復雜，需要檢測較多的輸入信號，控制較多的輸出量，而且還要保證切割系統(tǒng)按步運行，因此就要設置每個設備啟動和停止標志，在編程時需要有清晰的邏輯控制時序。 板材切割系統(tǒng)的工作原理 該 系統(tǒng)的工作過程包括以下幾個方面。 （ 1） 首先大車攜帶工件前進，使工件達到切割槍所在的位置下方，可通過切割槍下方的限位開關進行檢測。 （ 2） 大車到位后，啟動壓緊裝置，經過延時后，壓緊結束。 （ 3） 延時結束后，切割槍下降到位。 （ 4） 下降到位后，依次啟動乙炔、切割氧、高壓氧閥門，點燃火焰。 （ 5） 待預熱一段時間后，啟動切割槍左右移動電動機，開始切割過程。 （ 6） 切割結束后，切割槍復位。 （ 7） 松開壓緊機構，傳送帶在步進電動機的驅動下移動固定的長度。 （ 8） 再次啟用切割槍，切割過程循環(huán)進行。 板材切割系統(tǒng)原理圖 如 圖 圖 21 所示。 圖 21 板材切割系統(tǒng)原理圖 帶 有 傳送 帶的小車 壓塊 切割槍 運料車 板材 5 板材切割系統(tǒng)工作 主要過程示意圖如圖 22 所示。 圖 22 板材切割系統(tǒng)工作主要過程示意圖 3 硬件系統(tǒng)配置 如何設計板材切割系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和所需的各硬件設備。如圖 31 所示的是板材切割系統(tǒng)的硬件連接示意圖。此控制系統(tǒng)的核心處理器是 PLC，主要輸入和輸出量多為數字量。 圖 31 板材切割系統(tǒng)的硬件連接示意圖 PLC 選型 根據 控制系統(tǒng)的功能要求，從經濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 S7200 系列 PLC作為板材切割控制系統(tǒng)的主機。此控制系統(tǒng)的控制過程比較簡單，算法也不復雜，因此選用的 CPU總共有 19個數字量輸入和 11個數字量輸出，共需 30個數字量 I/O點數，以及程序容量和控制的要求，選擇 CPU226[3]作為該控制系統(tǒng)的主機。 如果選擇 CPU224，則需要 擴展一個數字量輸入 /輸出模塊。可選的數字 PLC 操作面板 限位開關 人機界面 驅動電磁閥 驅動電動機 大車移 動 到位 壓緊裝置 壓緊工件 延時后切割槍下降 切割槍依次打開各閥門 開始 切割 切割結束切割槍到位 壓緊裝置 松開工件 傳送帶步進設定的距離 6 量輸入和輸出模塊有 EM22 EM222 和 EM223。 EM221 和 EM222 是單獨的輸入或者輸出擴展模塊，為了便于硬件的安裝和減小 PLC 系統(tǒng)所占體積，采用 EM223 模塊。 EM223 是一個輸入 /輸出混合模塊，有多種型號可選，這里選擇 EM223 中的 8 點 DC 輸入和 8 點 DC 輸出，既能滿足系統(tǒng)的控制要求，同時也滿足了控制系統(tǒng)的 I/O 點數的要求。 PLC 的 I/O資源配置 根據 系統(tǒng)的功能要求，對 PLC 的 I/O 進行配置，具體分配如下所示。 數字量輸入部分 在此 控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本上都屬于數字量，主要包括各種控制按鈕和限位開關，共有 19 個數字輸入量， 如表 31 所示。 表 31 數字輸入量地址分配 表 輸入 點編號 代碼 名稱 輸入 點編號 代碼 名稱 SB1 急停 按鈕 SB10 手動大車前進 按鈕 SB2 復位 按鈕 SB11 手動大車后退 按鈕 SA 手動 /自動 轉換開關 SB12 手動工件壓緊 按鈕 SB3 自