當前國內的石材切割機大多數采用的是傳統的繼電器-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(shí)需要人員進(jìn)行現場(chǎng)控制，切割現場(chǎng)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(xiàn)自動(dòng)分片切割系統，該系統可自動(dòng)對大型石材進(jìn)行分片切割和計數，系統具有操作簡(jiǎn)單、維護方便、造價(jià)低廉及人機界面友好的特點(diǎn)。十分適用于大多數中小型鄉鎮企業(yè)的需求。
一.系統工作原理
本設計是將石材的要求切割參數輸入人際界面（HMI）對PLC進(jìn)行初始化，并利用旋轉編碼器代替傳統的行程開(kāi)關(guān)或限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行切割長(cháng)度定位。通過(guò)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脈沖送入PLC中進(jìn)行計數運算可獲得刀鋸或臺車(chē)行進(jìn)的準確位移量，將其與設定的初值相比較，當達到設定值時(shí)PLC復位相應的方向電機線(xiàn)圈使其停車(chē)。系統控制原理如圖1所示。該控制系統采用臺達DVPES2系列的做為控制器，同時(shí)配備臺達編碼器和臺達DOP-B系列觸屏式人機界面，系統控制部分結構簡(jiǎn)便靈活，系統造價(jià)較低。
龍門(mén)橋式石材切割機主要由主體導軌、支撐系統、主軸系統、旋轉工作臺系統、垂直升降系統、橫向移動(dòng)系統、電機位置檢測系統、刀盤(pán)電機電流報警保護系統、冷卻系統、制動(dòng)和電控系統等組成。
1.主體導軌和支撐系統
主體導軌和支撐系統是由立柱、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性。立柱上安裝有滑板導軌，滑板通過(guò)齒輪傳動(dòng)沿導軌上下移動(dòng)，行程可達1600mm，可以切割大型石材坯料，一次上料可連續切割，較大地節省了上、下料時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，大幅度地降低了勞動(dòng)強度。
2.主軸系統
主軸系統裝置由刀盤(pán)電機箱、刀盤(pán)法蘭等組成，用螺栓固定在內框架上，結構緊湊，傳動(dòng)平穩，噪聲低，切割速度和效率較高。
3.旋轉工作臺系統
臺車(chē)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(chē)裝置。當石料的垂直基準面與刀盤(pán)鋸片行走方向不一致時(shí)，旋轉工作臺可以調整使其達到切割位置。臺車(chē)具有移動(dòng)自動(dòng)和手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)兩種功能，分片準確、均勻。
4.垂直升降系統
垂直升降系統主要由Z軸方向升降電機，滑板導軌和傳動(dòng)齒輪等組成，用于實(shí)現切割鋸片的垂直升降運動(dòng)。
5.橫向移動(dòng)系統
橫向移動(dòng)系統主要由X軸方向走刀電機，傳動(dòng)齒輪，橫梁導軌和內框架等組成，內框架由走刀電機經(jīng)齒輪傳動(dòng)在橫梁導軌上左右移動(dòng)，用于實(shí)現切割鋸片的進(jìn)給運動(dòng)。
6.電機位置檢測系統
電機位置檢測系統就是對各個(gè)方向電機的傳動(dòng)位移進(jìn)行檢測 電機傳動(dòng)位移檢測是確保石材分片切割精度的重要前提。
7.刀盤(pán)電機電流報警保護系統
系統中采用了一個(gè)輸出量為開(kāi)關(guān)量的電流表對刀盤(pán)電機的電流進(jìn)行監測，一旦負載電流超過(guò)報警電流設定值則電流表會(huì )輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量的信號給PLC控制器，PLC將會(huì )發(fā)出控制信號使刀盤(pán)電機停止運行以達到保護電機的目的。
8.冷卻系統
石材切割機的冷卻系統主要由冷卻水泵，電磁閥和壓力開(kāi)關(guān)組成，石材切割機的刀鋸由于長(cháng)期與石料的摩擦會(huì )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(zhuān)用冷卻液進(jìn)行冷卻保護。
9.電控系統
采用控制柜集中操作控制，可實(shí)現手動(dòng)和自動(dòng)控制。石材坯料初始切割位可通過(guò)送料調整手持器進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調節，石材分片控制可利用編碼器定位由PLC控制自動(dòng)分片切割處理，切割參數可通過(guò)系統人際界面輸入進(jìn)行設定。
二.系統軟件設計
石材切割機PLC控制石材自動(dòng)分片切割程序包含初始化，測量，估值，進(jìn)刀，退刀等部分。初始化部分主要是根據實(shí)際情況輸入設定石材切割的長(cháng)寬厚尺寸數以及分片個(gè)數等；測量部分主要是通過(guò)編碼器高速計數脈沖輸入并經(jīng)PLC換算成刀鋸和臺車(chē)前進(jìn)的位移；估值部分主要是通過(guò)PLC比較指令和初始化設置的參數相比較是否達到設定切割尺寸，進(jìn)刀部分是通過(guò)PLC程序對各方向電機進(jìn)行順序控制；退刀部分是進(jìn)刀控制的逆過(guò)程，圖3為石材切割過(guò)程控制程序流程圖。
三.人機界面畫(huà)面設計
本系統的人際界面共設計了四個(gè)界面，分別為系統主菜單畫(huà)面、參數設置畫(huà)面、運行監測畫(huà)面，手動(dòng)操作畫(huà)面。
系統主菜單操作界面，可通過(guò)主菜單進(jìn)入不同的系統界面。
系統參數設置界面，通過(guò)此畫(huà)面可以設置石材自動(dòng)分片的切割尺寸和分片數目。
系統監測畫(huà)面，該畫(huà)面的主要功能是監測刀盤(pán)負載電流是否過(guò)載，冷卻水泵是否正常供水以及系統的電力供應是否正常，這些狀態(tài)的正常是保證整個(gè)切割過(guò)程正常運行的保證；當某項出現異常時(shí)，則會(huì )觸發(fā)聲光報警裝置提示工作人員進(jìn)行故障診斷。
系統手動(dòng)操作模式，該畫(huà)面的功能是通過(guò)畫(huà)面中的功能按鍵等手動(dòng)控制石材切割機的分片切割動(dòng)作。
四.總結
本設計中PLC的輸入全為數字量輸入，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出的電流表和水壓開(kāi)關(guān)巧妙的將模擬量輸入轉化為數字量輸入，避免了A/D轉換環(huán)節，節約了系統造價(jià)成本。設計的石材切割機控制系統造價(jià)成本低，適合各中小企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)。
