摘要：針對目前國內石材切割技術過于落后，切割精度太低，難以滿足現(xiàn)代工藝要求的問題，本文設計一套成本低，效率高、可靠性高的石材自動分片切割控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了石材自動分片切割，減少了工人的勞動強度，擴展了PLC技術在自動化領域中的應用，具有較大的實用價值

關鍵字：PLC；石材切割；切割精度；自動控制

0引言

當前國內的石材切割機大多數(shù)采用的是傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方式，控制方式比較落后，切割精度較差，而且切割時需要人員進行現(xiàn)場控制，切割現(xiàn)場大量的粉塵對操作人員的人身健康構成了很大的危害。本文設計了一套石材在線自動分片切割系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動對大型石材進行分片切割和計數(shù)，系統(tǒng)具有操作簡單、維護方便、造價低廉及人機界面友好的特點。十分適用于大多數(shù)中小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的需求。

1系統(tǒng)工作原理

本設計是將石材的要求切割參數(shù)輸入人際界面（HMI）對PLC進行初始化，并利用旋轉編碼器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的行程開關或限位開關進行切割長度定位。通過旋轉編碼器測得各方向電機的旋轉頻率并轉換為高速計數(shù)脈沖送入PLC中進行計數(shù)運算可獲得刀鋸或臺車行進的精確位移量，將其與設定的初值相比較，當達到設定值時PLC復位相應的方向電機線圈使其停車。系統(tǒng)控制原理如圖1所示。該控制系統(tǒng)采用臺達DVPES2系列的DVP60ES200RPLC做為控制器，同時配備臺達編碼器和臺達DOP-B系列觸屏式人機界面，系統(tǒng)控制部分結構簡便靈活，系統(tǒng)造價較低。

圖1石材切割機PLC控制系統(tǒng)控制原理圖

Fig.1 The Principle control diagram of the stone cutter PLC control system

2系統(tǒng)方案

圖2為改造后的龍門橋式切割機PLC控制系統(tǒng)示意圖

圖2石材切割機PLC控制系統(tǒng)組態(tài)圖

Fig.2 The Configuration diagram of the stone cutter PLC control system

龍門橋式石材切割機主要由主體導軌、支撐系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、旋轉工作臺系統(tǒng)、垂直升降系統(tǒng)、橫向移動系統(tǒng)、電機位置檢測系統(tǒng)、刀盤電機電流報警保護系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、制動和電控系統(tǒng)等組成。其中

主體導軌和支撐系統(tǒng)

主體導軌和支撐系統(tǒng)是由立柱、橫梁及滑板等組成。立柱為鋼筋水泥混凝土立柱作支撐結構，在整機中保證運行的平穩(wěn)性。立柱上安裝有滑板導軌，滑板通過齒輪傳動沿導軌上下移動，行程可達1600mm，可以切割大型石材坯料，一次上料可連續(xù)切割，極大地節(jié)省了上、下料時間，提高了生產效率，大幅度地降低了勞動強度。

2.主軸系統(tǒng)

主軸系統(tǒng)裝置由刀盤電機箱、刀盤法蘭等組成，用螺栓固定在內框架上，結構緊湊，傳動平穩(wěn)，噪聲低，切割速度和效率較高。

3.旋轉工作臺系統(tǒng)

臺車工作臺是將待切割的石材坯料送到合適的切割初始位置，工作臺采用旋轉臺車裝置。當石料的垂直基準面與刀盤鋸片行走方向不一致時，旋轉工作臺可以調整使其達到最佳切割位置。臺車具有移動自動和手動點動兩種功能，分片準確、均勻。

4.垂直升降系統(tǒng)

垂直升降系統(tǒng)主要由Z軸方向升降電機，滑板導軌和傳動齒輪等組成，用于實現(xiàn)切割鋸片的垂直升降運動。

5.橫向移動系統(tǒng)

橫向移動系統(tǒng)主要由X軸方向走刀電機，傳動齒輪，橫梁導軌和內框架等組成，內框架由走刀電機經齒輪傳動在橫梁導軌上左右移動，用于實現(xiàn)切割鋸片的進給運動。

6.電機位置檢測系統(tǒng)

電機位置檢測系統(tǒng)就是對各個方向電機的傳動位移進行檢測，精確的電機傳動位移檢測是確保石材分片切割精度的重要前提。

7.刀盤電機電流報警保護系統(tǒng)

系統(tǒng)中采用了一個輸出量為開關量的電流表對刀盤電機的電流進行監(jiān)測，一旦負載電流超過報警電流設定值則電流表會輸出一個開關量的信號給PLC控制器，PLC將會發(fā)出控制信號使刀盤電機停止運行以達到保護電機的目的。

8.冷卻系統(tǒng)

石材切割機的冷卻系統(tǒng)主要由冷卻水泵，電磁閥和壓力開關組成，石材切割機的刀鋸由于長期與石料的摩擦會使鋸片溫度變高，為了避免鋸片因高溫損壞，冷卻水泵提供石材切割機專用冷卻液進行冷卻保護。

9.電控系統(tǒng)

采用控制柜集中操作控制，可實現(xiàn)手動和自動控制。石材坯料初始切割位可通過送料調整手持器進行點動調節(jié)，石材分片控制可利用編碼器精確定位由PLC控制自動分片切割處理，切割參數(shù)可通過系統(tǒng)人際界面輸入進行設定。

3系統(tǒng)軟件設計

石材切割機PLC控制石材自動分片切割程序包含初始化，測量，估值，進刀，退刀等部分。初始化部分主要是根據(jù)實際情況輸入設定石材切割的長寬厚尺寸數(shù)以及分片個數(shù)等；測量部分主要是通過編碼器高速計數(shù)脈沖輸入并經PLC換算成刀鋸和臺車前進的位移；估值部分主要是通過PLC比較指令和初始化設置的參數(shù)相比較是否達到設定切割尺寸，進刀部分是通過PLC程序對各方向電機進行順序控制；退刀部分是進刀控制的逆過程，圖3為石材切割過程控制程序流程圖。

圖3石材切割過程控制程序流程圖

Fig.3 The stone cutting process control program flow chart

4人機界面畫面設計

本系統(tǒng)的人際界面共設計了四個界面，分別為系統(tǒng)主菜單畫面、參數(shù)設置畫面、運行監(jiān)測畫面，手動操作畫面。

系統(tǒng)主菜單操作界面如圖4所示，可通過主菜單選項進入不同的系統(tǒng)界面。

圖4系統(tǒng)主菜單畫面

Fig.4 System main menu

系統(tǒng)參數(shù)設置界面如圖5所示。通過此畫面可以設置石材自動分片的切割尺寸和分片數(shù)目。

圖5參數(shù)設置界面

Fig. 5 Parameter establishment contact surface

系統(tǒng)監(jiān)測畫面如圖6所示，該畫面的主要功能是監(jiān)測刀盤負載電流是否過載，冷卻水泵是否正常供水以及系統(tǒng)的電力供應是否正常，這些狀態(tài)的正常是保證整個切割過程正常運行的保證；當某項出現(xiàn)異常時，則會觸發(fā)聲光報警裝置提示工作人員進行故障診斷。

圖6系統(tǒng)監(jiān)測畫面

Fig.6 System monitoring contact surface

系統(tǒng)手動操作模式如圖7所示。該畫面的功能是通過畫面中的功能按鍵等手動控制石材切割機的分片切割動作。

圖7系統(tǒng)手動控制畫面

Fig.7 System manual control surface

5總結

本設計中PLC的輸入全為數(shù)字量輸入，通過開關量輸出的電流表和水壓開關巧妙的將模擬量輸入轉化為數(shù)字量輸入，避免了A/D轉換環(huán)節(jié)，節(jié)約了系統(tǒng)造價成本。本論文設計的石材切割機控制系統(tǒng)造價成本低，適合各中小企業(yè)的實際生產。