平面切割机的控制系统分析

平面切割机的控制系统分析

2016年中国钢铁产量以808.4百万吨，稳居榜首成为全球钢铁生产大国。在推动世界钢铁工业发展中所起的作用越来越突出。为我国经济的持续快速发展也作出了重大贡献。正是得益于钢铁工业提供的各类钢铁产品，才确保了国内机械、交通运输、建筑、国防等基础行业的大发展。这样以来，钢铁的加工就成为重要环节。平面切割机也随之成为重要的加工工具。

平面切割机在切割能源和控制系统两方面取得了长足的发展，切割能源已由单一的火焰能源切割发展为目前的多种能源。自动化程度高速发展到具有功能完善、智能化、图形化、网络化的控制方式。本文介绍了平面切割机的机械结构，切割系统以及pLC控制程序。

标签：PLC；切割机；程序；设计

第1章概述

切割是焊接生产备料工序的重要加工方法。包括冷、热两类切割方法，而热切割又有气体火焰切割、等离子切割和激光切割等各种工艺方法。目前各种金属和非金属切割已经成为现代工业生产（特别是焊接生产）中的一个重要工序。被焊工件所需要的几何形状和尺寸，绝大多数是通过切割来实现的。

第2章平面切割机的机械结构

2.1 运动的结构。

平面切割机的机械部分整体机架采用龙门结构。箱型横梁固定在两端纵向车架上，随着车架在导轨上做纵向进给运动，即纵向切割。横梁上面有两条高精度的线性导轨，通过滑块，柔性连接有火焰割炬和升降机构的连接装置与线性导轨平行方向用螺栓固定传动，由电机、减速机控制步进的大小。通过齿轮与齿条的传动，带动连接装置，沿着线性导轨横向运动。因此火焰割据和升降机构随同连接装置同步运动，即割据进行横向切割[1]。

2.2 升降结构。

每套割据分别配备升降机构。具有自动高度调整和手动高度调整的功能。升降机构的驱动由减速控制，采用以传动为主，精度要求高的传动螺旋。其螺杆固定，螺母作直线运动，通过电机运转，割据上的主轴随螺母做上下直线运动[2]。

2.3 驱动部分结构。

主传动即纵向传动部分，有主动传动和副传动之分，均装有驱动部分。即双边驱动，从而保证运动轨迹的准确性。

纵向传动部分有减速机构，滚轮装配。减速机构包括电机、减速机、齿轮、强力弹簧可实现无间隙传动。保证机体运行出现磨损后保持一定的傳动精度。齿轮与齿条的啮合带动滚轮组在纵向轨道上面做支线滚动，从而带动整机的运动。

第3章切割系统及控制程序设计

3.1 电源控制回路设计。

本次设计使用220V交流电。PLC控制系统中，电源回路是电磁干扰最容易进入的通道。因此在设计电源回路时应注意：

1、抗干扰能力强；

2、实现可靠的通断电，保证安全性；

3.2 自动点火机构设计。

自动点火机构采用火花塞在高压电的作用下产生火花，去点燃小号焊炬的混合气。缩进量再用焊炬的长火焰去点燃割炬的混合气，以达到点燃割炬的目的，点燃割炬后，点火机构的火焰熄灭[3]。

电子点火机构的电路图（图3-2）可以可靠的持续的产生高压电火花。当需要点火时，PLC控制输出点火信号储能电容C1充电。触发信号由触发线圈通过R4耦合给V27。控制V27导通。导通后电容C1形成回路。开始放电。电流在T3的次级线圈中感应出高压脉冲。高压脉冲在火花塞上产生大于击穿电压几倍的高压，触发脉冲过后，可控硅截止。完成一个工作过程。

PLC的硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器、RAM 和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。

3.3 平板切割机的原理。

平面切割机外部运动是由计算机提供信号传送到伺服驱动器，来控制驱动器，再由驱动器影响到电机从而达到控制平面切割机的横向和纵向运动的目的[4]。

3.4 I/O端口及PLC输入输出点的选择。

根据切割机的控制要求.将I/O端口上的8.21.22.27.30连接到PLC的10001.100.101.102.103点上。并将其定义为遥控暂停、机升、机降、机切割和机预热。PLC上的其他点的定义及连线如下图所示；

3.5 PLC程序设计及其工作过程。

根据切割机的工作过程，设计出PLC的梯形图如下；

当给PLC通电后触发I：0.00（伺服启动），经过TIM 0000（定时器）2s的延时从而触发Q：101.04（伺服上点）达到给伺服驱动器上电的目的。

手动预热或机预热时，同时触发Q：101.01（点火）。TIM 0001（定时器）和Q：101.02（预热）。而TIM 0001（定时器）进行2.5s的延时.2.5s后

点火结束，从而有效的控制了点火时间。

手动切割或机切割时，同时触发Q：101.03（切割）和TIM 0004（定时器）。而TIM 0004（定时器）进行2s的延时，2s后

Q：101.07（切割高阀）被触发，达到延时启动切割高阀的目的。

当手动切割或机切割关闭时。Q：101.05（放气）被触发通过定时器TIM 0003进行1s的Q：101.05（放气）保持，这样可以限制放气时间。

当I：0.03（调高开）启动时，W：0.00（保持位）被触发。

当I：1.01（机降）或I：1.00（机升）启动时都能使Q：100.03（割炬降）或Q：100.02（割炬升）有效的保持。

参考文献

[1]江秀汉.可编程序控制器原理与应用[M].陕西：西安电子科技大学，2003（6）：32-41

[2]杜明星.电气控制即可编程序控制器[M].北京：机械工业出版社，2004，（8）：104-114

[3]夏辛明.可编程控制器技术与应用[M].北京：北京理工出版社.2000，（5）：101-127

[4]汪晓光，王艳丹，孙晓瑛.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社.1995，（5）：124-127