发布日期：2025/4/8

 

1 前言

过去的石材切割设备多采用手动控制或是继电器控制，存在着故障率高、维修性差、自动化程度低等缺点。而可编程控制器(PLC)以其运行稳定可靠、抗干扰性能强等特点，在工业控制中得到广泛应用^[1]。作者设计以PLC为控制核心的石材切割机，实现了石材切割过程的全自动化控制，通过人机界面操作，完成对工作参数的修改设定、工作运行状态的实时监控和诊断调试等工作^[2]。

 

2 系统的总体设计

本石材切割锯是由切割刀组、石料输送台、定位导板及机架组成。切割刀组在石料输送台上部并置于机架上，切割刀组之间固定定位导板；切割刀组由电动机、皮带、刀轮轴、切割刀具组成，切割刀具固定在刀轮轴上^[3]。设备需要控制床身的平移以及锯片的回转、升降和行走。锯片电机用于切割石料，锯片可以在X、Z两个方向移动^[4]。料车在Y方向移动，通过变频器调整进给速度。图1为设备的结构示意图。

 

 

图1为设备的结构示意图

 

3 控制系统设计

3.1 控制系统的硬件设计

系统控制器采用海为S16ZA220R型PLC，自身带有一路模拟量输入和一路模拟量输出，模拟量输入采集锯片电机电流信号，模拟量输出控制变频器的频率，变频器驱动进给电机。各个方向的限位信号作为开关量输入信号，开关量输出信号控制锯片的升降、移动。采用三凌公司SLJD MD204LV4文本显示器。图2为控制系统结构图。

图2控制系统结构图

 

3.2 PLC程序设计

自动控制程序启动之前，必须先启动水泵和锯片电机，当锯片电机完全启动后，锯片电机的电流上升至空转电流值，通过智能电子仪表WPC803输出一个开关量信号。这个信号作为自动或手动操作的允许信号。确定锯片电机启动后，锯片电机下降，进给电机在X轴方向移动开始进给。检测锯片电机电流，当锯片电机电流达到设定值后启动PID控制。

在控制系统控制下，锯片在X方向移动，锯片旋转，对石料进行切割。当完成一个方向的一次切割后，锯片电机电流减少，控制系统自动退出PID控制。锯片下降，通过时间判断锯片电机是否下降到位，若下限行程开关未触发，锯片下降设定时间停止；若下限行程开关触发，立即停止下降，然后锯片开始X轴的另一个方向移动。当锯片切割到石料，锯片电机电流增大，控制系统判断后自动启动PID控制，如此循环。当达到切割深度时，锯片升起，上限位开关动作后，石料在Y方向移动要求板材厚度，开始新一片的切割。达到设定的切割片数后系统停止。本系统采用的PID控制，通过调整石料进给速度，使锯片电机电流在石料切割过程中保持恒定，保证了锯片电机的安全运行，提高了产品质量。在切割启动阶段，锯片以较低的速度进给，保护了锯片的安全。在每次下降时，系统内部都将产生下降标志，如果横向电机故障，产生移动信号但不移动，会使电流始终在下限以下，不加标志判断，会出现连续下降。加了左右判断标志，杜绝了类似故障。系统中加入了欠流停机功能，当晚上无人看守时，如果出现变频器故障，锯片电机将一直处于空转状态，10分钟后，如果电流未上升，将会故障输出，自动停机。图3为控制过程的控制框图

 

 

图3为控制过程的控制框图

3.3 人机界面的设计

        文本操作界面设计除了切割页数，石板厚度等常用参数外，只有起动、停止、复位按钮，降低了用户的学习难度。其他参数均在密码页面以内，基本操作用户无法进入，密码内的部分参数需要安装人员现场调试，之后不再改动，放在密码界面也有效的避免用户无意间更改而造成的麻烦。具体设计见图4。

 

 图4控制器自动切割操作界面

4 结论

        本控制器经过长时间的现场环境使用，实现了控制工艺参数设定，控制过程的自动化。可以根据锯片电机的电流实时控制切割速度，减小了对锯片的损坏，提高了工作效率，保护锯片电机不被高电流烧坏。PID控制也同时解决了昼夜电源电压变化大所造成的不良后果，达到了很好的自动切割石材的效果。