试论PLC控制在石材切割机液压系统中的应用

试论PLC控制在石材切割机液压系统中的应用【摘要】目前，国内外市场上存在的石材切割机虽然种类繁多，但大体可以分为几类。第一类：面向小型的手动切割石料机，完全靠电机带动金刚石锯片，依靠人力去操作，笨重而且操作不便；第二类：面向较大的毛坯进行切割，其原理主要是用不同的电机驱动不同方向的刀具，进行手动控制切割，对于操作人员要具有一定的经验；第三类：采用传统的继电器、时间继电器控制方式，但控制系统接线复杂，系统的可靠性较低，维修费用大，其最主要的弊病是自动分片控制中，采用时间继电器定时控制片厚，定位精度差，电机速度受电源波动影响大，因而分片误差较大，降低成品率，增加抛磨难度。针对目前市场上应用于野外石材切割领域的切割机自动化程度较低的情况，开发了一种基于plc控制的石材切割机的液压系统，实现切割机自动化程度高、切出毛坯精度高，具有很广泛的应用前景。在介绍这种切割机的液压系统控制过程及总体功能上，以s7-200plc为控制核心，采用电气控制与液压相结合，实现了石料切割的各种功能。

【关键词】切割机；plc；液压系统

1.液压系统的组成及原理

系统主要由电机泵组、单向阀、调速阀、三位四通电磁换向阀、液压缸，液压缸行程极限位置都有接近开关及其管路和附件等组成。系统的吸油管道和压力油路分别采用滤油器精度为30μm和10μm、5μm来保证油液清洁度要求。其中压力滤油器具有发讯报警

装置，当报警时提示用户更换或清洗滤芯。为了防止管道中压力过高，使液压元件损坏，采用两种方法，第一种采用压力表随时监控油压的变化，做出相应的操作；第二种采用电磁溢流阀调定系统最高压力。回油过程采用温度变送器、过滤器和冷却器控制油温。

2.液压系统工作过程

切割机的主要功能为将石材切割成厚度均匀的毛坯，主要完成的动作包括：纵刀切割、横刀切割、横移切割，换刀由人工手动操作完成。

2.1纵刀切割

准备状态下电机泵启动、水泵启动，各阀处于失电状态下，阀处于中位。纵刀切割工艺如下：

（1）在 plc的程序控制下电磁阀1dt、3dt得电，刀具下切，接近开关控制 1dt、3dt断电。

（2）电磁阀13dt得电完成切割行程，接近开关控制13dt断电。

（3）电磁阀2dt、4dt得电控制抬刀的高度，接近开关控制掉电，打开电磁阀9dt抬高控制台并延时10s同时用接近开关作为保护作用。

（4）电磁阀14dt得电使轨道伸出，接近开关控制其伸缩位置，打开电磁阀10dt 得电控制台下降并延时10s，此时如压力变送器超压如6mpa时关闭阀14dt并且报警阻挡，完成纵切过程的切割，这样重复以上操作即完成纵刀切割的过程。

2.2横刀切割

在准备状态下电机工作，各阀处于失电状态，横刀切割工艺如下：

（1）电磁阀3dt、5dt得电，刀具下切，接近开关控制3dt、5dt 失电。

（2）电磁阀13dt得电走横刀，走刀过程中活塞杆碰撞接近开关，接近开关13dt 掉电，这时一个切割的行程完成。

（3）电磁阀4dt、6dt得电，控制抬刀的高度并关闭电磁阀，电磁阀9dt得电提升控制台高度并延时10s，接近开关控制9dt掉电，确保其达到安全高度。

（4）电磁阀14dt得电使轨道伸回，接近开关控制伸回位置，采用压力变送器控制其压力超过 6mpa时，报警并阻挡，电磁阀11dt得电降低控制台高度并延时10s，接近开关控制下降的位置，这样可以重复以上操作即完成横切的过程。

2.3刀具横移

在准备状态下电机工作，各阀处于失电状态，刀具横移工艺如下：

（1）电磁阀 2dt、4dt、6dt 得电，油缸活塞杆运动来碰撞接近开关，控制 2dt、4dt、6dt 失电。

（2）电磁阀 7dt 得电油缸推动刀具横移，直至碰撞接近开关使7dt失电。

（3）电磁阀 9dt 得电抬高操作台，升高到碰到接近开关使其失电，电磁阀9dt得电并延时10s，电磁阀8dt得电拉回液压杆，

碰撞到接近开关 8dt 掉电。

2.4转向换刀

在准备状态下电机工作，各阀处于失电状态，处于中位，人工转向换到工艺如下：

（1）电磁阀2dt、4dt、6dt得电，活塞杆撞击接近开关控制掉电。

（2）电磁阀11dt得电，使其中心顶油缸的得电上升，这时需要人工操作控制其停止上升，人工推转定位，完成操作后按动开关，电磁阀 12dt得电使中心顶油缸下移并延时 10s，以上完成转向的控制。

3.液压系统的特点

此系统工作平稳，由于液压油具有一定缓冲和阻尼作用，在一定程度上可以消除或缓和系统刚性碰撞产生的冲击、振动和噪声。在安置中心顶的液压缸时，采用了液控单向锁的方式，防止了由于活塞因重力的作用而下落，对液压缸不仅有支承作用，而且液控单向阀可以使油路长时间保压。当电磁换向阀处于中位时，两个液控单向阀互锁，可封闭液压缸两腔的油液，这时活塞就不能因外力作用而产生移动，实现液压缸锁紧，由于液压缸两腔的有效工作面积相差很大，在活塞退回时，液压缸右腔排油量骤然增大，此时若采用小流量的滑阀，会产生节流作用，限制活塞的后退速度；若加设液控单向阀，在液压缸活塞后退时，控制压力油将液控单向阀打开，便可以顺利地将右腔油液排出。系统的液压缸带有缓冲，使运动过

程平稳，减少冲击，而且采用了分流阀，使缸运动更加平稳，减少震动。

4.电气控制系统设计

4.1 plc 类型的选择

simatics7-200系列 plc 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其突出表现在以下几个方面：①极高的可靠性；②丰富的指令集；③易于掌握；④丰富的内置集成功能；⑤实时特性；⑥强劲的通讯能力；⑦丰富的扩展模块。基于上述的几个方面，所以在本控制系统中选择s7-200系列 plc 作为电控系统主机。在 s7-200系列plc中又有cpu221、cpu222、cpu224、cpu226、cpu226xm等。经综合分析此液压系统有34个数字量输入，2个模拟量的输入，18个数字量的输出，根据i/o点数及程序容量，选择cpu226作为主机，选择有4个模拟量输入端口的em231作为扩展模块，选择有16 输入/16 输出性能参数的em223数字量混合模块作为扩展模块。

4.2软件设计

对于石材切割机的工作过程，通过对纵切，横切，横移及人工转向换刀的分析，系统可采用顺序控制的方法，即每一步动作都是在前一步运动完成的基础上进行，再进行下一步动作。

5.结论

这种基于 plc 控制的石材切割机液压控制系统满足设计要求，可以实现纵切、横切的自动循环功能，能极大地提高生产的自动化