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1龙门锯石机控制系统的设计朱绍伟烟台南山学院摘要：介绍了可编程控制器PLC和变频器应用在龙门锯石机上的设计方法，同时提出通过判断圆盘电动机是否为空载电流，然后决定行走电机的换向。系统在石材厂应用后，生产自动化程度和效率都得到提高，对现实石材加工行业的设备制造和改造都有一定的意义。关键词：锯石机；PLC；变频器；空载电流中图分类号：TP239文献标识码：BTheoperatingsystemdesigningofstorecuttersZhanJinyuGaoYuezhen(YantaiNanshanUniversity,ShandongYantai,265713)Abstract:Inthispaper，theauthorpresentsthedesignofprogrammablecontrollerPLCandinverterappliedtoLongmenstonecutlers.Throughjudgingwhetherthediscmotorisemptycurrent，thecommutationoftherunningmotorisdetermined.Theapplicationofthesysteminstoneworkimprovestheproductionautomationandefficienly，whichisofgreatsignificanceinbuildingandreformingstone-processingequipmentinpractice.Keywords:Stonecutter；PLC;Inverter；Emptycurrent.石材被加工成石板，广泛地应用于建筑装饰方面，在中国许多地方已经形成较大的产业，并且发展迅速，已经成为当地的主要经济支柱产业，带来良好的经济效益。然而多年来该行业都是使用较为传统的国产龙门锯石机来加工石板材，它的电气控制系统是采用继电器、机械行程开关控制走刀电机的换向运动，可靠性低，维护难度大，并且效率低下。随着社会经济的发展变化，人们对石板材质量要求越来越高，加上工人的工资成本逐年增加，招工的难度越来越大。因此提高锯石机的自动化水平，提高加工精度，就成为当务之急。因此有必要对锯石机采用PLC和变频器控制，使系统的可靠性、适应性、生产效率及产品质量均得到提高。一、系统硬件构成控制系统由人机界面、电气控制装置、动力执行装置和状态检测装置等四大部分组成，如图1所示。其中人机界面包括文本显示器和按钮；电气控制装置包括交流接触器和变频器；动力执行装１2置包括刀盘电动机、左右走刀电动机、上下升降电动机、台车电动机；状态检测装置包括限位开关和测速传感器。刀盘电动机负责驱动刀盘旋转，它消耗的功率特别大，选用30KW的电动机；走刀电动机选用1.5KW，用来驱动刀盘左右运动，实现水平方向的切割；升降电动机选用1.5KW，通过减速机驱动刀盘上下运动，实现吃刀量进给；台车电动机选用1.5KW，驱动石料前后运动。实现自动定尺，进行换页切割。图1龙门锯石机控制系统框图二、系统控制要求1、该系统具有手动／自动两种控制方式，手动方式主要用于维修和调试，自动方式用于切割石材。2、切割锯路。首刀切割时，走刀电机以低速（变频器频率通常设定30Hz）运行；第二刀切割时，走刀电机速度要比首刀切割时的速度高（变频器频率通常设定40Hz）。首刀走刀和第二刀走刀按石材的实际长度再加上20公分长度运行，切割至石材边缘时，升降电机进给一个切割量，左右走刀电机按设定的延时时间返回切割。3、正常切割阶段。锯石机第二刀切割完成后，刀盘下降一个进给量的同时，走刀电机返回运行，切割至石材边缘，并且当检测到是空载电流状态时，刀盘开始下降一个进给量，经过预先设定的延时时间t后，走刀电机返回运行，切割至石材另一边缘时，当再次检测到空载电流状态时，刀盘又下降一个进给量，又经过预先设定的延时时间t后．走刀电机返回运行，如此循环往复左右切割，直至升降电机控制的滑板碰到下限位的行程开关。切割过程中，若刀盘电机电流高于设定的上限电流，PLC立即中断所有输出，以保护电机。4、最后一刀切割阶段。升降滑板碰到下限位行程开关，为保证切割石材底部尺寸的一致性，继续按石材的实际长度再加上10公分长度切割完最后一刀。35、分页切割。最后一刀切割完成后，启动升降电机，开始上升；当碰到上行程开关时，记录页数值自动增加1，同时上升动作停止，启动分页电机，进行自动定尺。分页完成后，进入下一页石板的切割。6、首刀、第二刀和中间部分的吃刀进给量要求分别设定。整个石料能够切割的总石板页数预先设定好后，待全部切割完成，自动停止，并且有报警输出，提醒人们没有石料了。7、首刀、第二刀、最后走刀的运行不受刀盘电机是否是空载电流的影响。8、锯石机出现故障立即停止工作并及时报警，同时具有各种必要的缺水保护功能。三、硬件设计1、PLC的选择根据龙门锯石机的技术特点及输入输出点的基本要求，此系统控制的输入、输出信号基本上是数字开关量，经过通盘考虑，选用韩国LG公司生产PLC，其型号是K7M—DR30UE，它总共有30个点数，其中18个是输入点、12个继电器型输出点。另外还有1个RS-232通讯/编程口，一个RS-485通讯/编程口。在本系统中PLC通过控制变频器的多段速和外部端子方式与变频器进行直接通讯；通过RS-232串行口与文本显示器进行人机界面的数据通讯。LG公司推出KGL-WC编程软件，它提供一个完整的中文编程环境，可进行离线编程、在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的互相转换，使用起来非常方便。2、变频器的选择刀盘的左右行走需要适时改变速度，电动机功率是1.5KW。如果通过一个变频器控制左右行走，电机就能实现变速。台湾台安科技公司制造的变频器质量可靠，价格适中，可以选用台安变频器，型号是N2-1.5KW。它是单相输入，三相输出，最大输出频率400HZ；具有高启动转矩，18条固定V/F曲线，1条任意曲线配合转据补偿功能，提供100％－150%的启动转矩，全面的保护特性；有8段速控制，可配合内部时间设定，实现顺序控制；控制方式有2线/3线制式；加/减速时间、S曲线、频率上/下限用户可以设定。3、文本显示器的选择人机界面采用深圳三凌机电科技开发有限公司开发的文本显示器，型号是MD204LV6，蓝色底屏显示，外形尺寸为172×95×30mm。它是新一代高科技可编程终端，专门为PLC而设计的互动式的人机界面，具备与各品牌PLC连线监控能力，适于在恶劣的工业环境中应用。其主要特点有：交互性好，抗干扰能力强，通讯可靠性高，操作简单方便，故障率低，寿命长，画面量大等优点。使用YD20全中文组态软件进行编程，该组态软件集指令丰富，编程简单。四.软件设计1、PLC的I／O地址分配根据第3部分系统控制要求，对PLC进行I／O地址分配，如表1所示。4表1：PLC的I／O地址分配表输入点(I)输出点(O)分配地址功能分配地址功能P00光电计数信号P42控制KM1，前行P01手动左行按钮P43控制KM2，后行P02左行限位P44控制KM3，下降P03手动右行按钮P45控制KM4，上升P04右行限位P48控制变频器REV端子，左行P05手动下降按钮P49控制变频器FWD端子，右行P06下限位P4A控制变频器多段速1P07手动上升按钮P4B控制变频器多段速2P08上限位P0A电流信号P0B启动P0F总停按扭P10手动状态P11自动状态2、PLC外部接线，如图2所示：图2龙门锯石机控制系统PLC接线图53、龙门锯石机PLC程序设计根据控制系统的要求来设计PLC的控制程序，其工作流程如图3所示。图3龙门锯石机控制系统流程图按下启动按钮，PLC执行切割锯路的程序，此时，左右行走电动机在较低的速度状态下运行。锯路切割完毕后，PLC输出一个向下的进给量，此时PLC判断是否碰到下端行程开关SQ3；如果没有碰到，则进行左行切割，在左行切割的过程中PLC会判断刀盘电动机是否空载？如果是空载，PLC输出一个向下的进给量，再判断是否碰到下端行程开关SQ3；如果没有碰到，则输出向下的进给量，然后执行右行切割，在右行切割过程中PLC还会判断是否空载；如果是空载，PLC再输出一个向下的进给量，如此重复上述动作进行切割。当碰到下端的行程开关SQ3，则切割最后一刀程序；最后一刀切割完后，刀盘开始上升，PLC判断是否碰到上端的行程开关SQ4，如果碰到上端行程开关SQ4，PLC再判断累加切割的石板页数是否等于设定的总页数，如果等于，则控制全部停止；否则，台车前行，自动设定每页石板厚度。当台车前行结束后，又开始切割下一页石板。4、人机界面的组态软件设计（1）本系统人机界面的设计使用YD20中文组态软件进行。现场设备要求具有参数设定、状态显示、故障诊断。其中设定的参数包括左右行驶的距离参数、初始刀盘行走和第二刀行走时的速度参数、第一6次吃刀深度和第二次吃刀深度参数。状态显示要求把当前运行状况显示出来。故障诊断包括过流、缺相和超程给予故障提示信息。（2）经YD20软件编译无误后，从个人电脑中下载到文本显示器即可使用。文本显示器与PLC之间通过RS-232通讯电缆以主从方式进行连接，系统启动后，PLC与文本显示器就可以进行数据传输和控制。五、结束语该设计实施后，提高了龙门锯石机的自动化水平，改善了产品的质量，降低了人工成本；同时，系统具有操作简单、可靠性高、使用寿命长、节能高效的优点。因此，采用PLC控制的龙门锯石机，市场潜力巨大，应用前景广阔，对现实石材加工行业的设备制造和改造都有一定的意义。参考文献：[1]宫淑贞.可编程序控制器原理及应用[M].北京人民邮电出版社，2009[2]张伟林.电气控制与PLC综合应用技术[M].北京人民邮电出版社，2009[3]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术[M].南京：东南大学出版社，2003