【摘 要】 本文设计了以可编程控制器plc和触摸屏为核心的切割机控制系统。该控制系统针对不同属性的金属可采取不同的切割模式和切割速度。整个切割过程由plc控制，通过触摸屏设置各项切割参数，采用变频调速技术对驱动砂轮转动的电机进行无级调速，采用细分式驱动技术控制步进电机运动，实现了砂轮转速的任意设定和工件切割速度的自适应调节，提高了切割机的控制精度，增强了系统切割不同材料的适应性和稳定性。
【关键词】 切割机 控制系统 可编程控制器 触摸屏
随着控制技术的不断发展，触摸屏与可编程控制器在工业控制中的应用越来越广泛。在触摸屏与plc组成的控制系统中，触摸屏完成对设备的操作、显示，plc则根据控制要求，编制程序，直接对设备进行控制[1]。本文正是基于plc和触摸屏设计了多操作模式切割机控制系统。
1 系统框架
本系统主要分为两个部分：（1）控制系统；（2）触摸屏界面。控制系统又分为两个部分：步进电机控制；交流电机控制。步进电机实现砂轮片上下运动和工作台的前后及左右运动；交流电机实现砂轮片的转动。触摸屏界面包含控制参数输入部分、操控按钮以及切割过程显示。通过输入砂轮直径、工件高度等已知量，可以设置切割深度、切割速度、切割模式等相关切割参数。系统的整体设计框图如图1所示。
2 硬件设计
2.1 主控制系统
控制系统核心plc控制器发出控制命令信号，使异步电机和步进电机协调运动，完成切割过程。plc是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。wWW.11665.cOM它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程[2]。本系统采用三菱公司的的fx2n-48mr型plc，可进行rs-232c通信或rs-422a/485通信。
2.2 步进电机控制系统
2.2.1 步进电机
本系统中，步进电机实现砂轮片上下运动和工作台的前后及左右运动。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。通过控制脉冲个数来控制角位移量，可以达到精确定位的目的；通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，可以达到调速的目的；通过改变输入脉冲的通电相序，可以达到控制转子机械位移方向的目的[3]。本系统中微处理器与驱动部分直接相连，步进脉冲的产生与分配由cpu直接控制。
2.2.2 步进电机驱动器
步进电机须使用专用的驱动器才能够正常工作。微处理器按照要求发出相应指令，控制器接收指令，并根据指令向各步进电机发出控制信号，各个电机的驱动器则将控制信号转变成直接驱动电机的电信号，实现正、反转控制和定位控制。本设计中步进电机驱动器采用的是ms-2h090m型驱动器。接线时，控制线采用屏蔽线，且与电机线或电源线等强电分开。
2.3 交流电机控制系统
在进行交流电机调速时，电机磁通量是需要考虑的一个重要因素，如果磁通太弱，电机会出现欠磁通，势必会给电机输出转矩带来很大影响。由（这里，是电磁转矩；为比例系数；是主磁通量；是转子电流；是转子回路功率因数。）可知，电机的磁通量的降低直接影响电磁转矩的减小。因此，在改变电机频率时，应该对电机电压协调控制，以维持电机磁通的恒定[4]。根据切割机的主电机参数，本系统选用siemens公司的mm420变频器，通过设定变频器的输出功率的变化来控制主电机转速的变化，两者之间近似呈线性关系，从而实现了无级调速的目的。plc为漏型晶体管输出，与变频器的通讯采用基于uss协议的串行口rs485通信方式。这里，为了确保系统安全运行，必须将变频器接地端可靠接地。
3 切割模式
本系统包含手动和自动两种操作模式。手动模式下，控制系统主要是由用户在触摸屏操作界面上设置切割速度及方向实现人工控制的手动切割。自动模式下，还要根据切割材料的不同进行切割模式的选择，切割模式分别匀速切割、进三退一切割和逐层切割三种模式，具体动作如下：
（1）匀速切割：工件在y向有一微小的移动，砂轮片直接进给，一次将工件切断。（2）进三退一切割：在进给过程中为了保证试样的充分冷却，工件y向有一微小的往复运动，砂轮片以前进三步后退一步（不一定是进三退一，可在人机界面高级设置里设置）的方式切断工件。（3）逐
切割：在切割大工件时，工作台沿y轴作往复运动，当工作台移动到远端定位点时砂轮片进给，砂轮片每次工进的量可以设定，具体设定在高级设置的逐层厚度框中。工作台前进或后退一次，砂轮片逐层将工件切断。
4 软件程序设计
4.1 控制系统软件设计
主控程序在上电复位完成系统的初始化后，与触摸屏通信，接收触摸屏传送的控制信息，根据用户选择的切割模式，在切割过程中要完成输入信号的循环扫描，并对输入信息进行处理后，输出不同的信号控制系统的各执行部件，使它们协调工作，完成工件的切割[5]。主控制程序主要是完成系统初始化，设定切割参数，启动切割机控制系统，流程图如图2所示。
4.2 触摸屏软件设计
触摸屏是整个控制系统的重要组成部分，是实现操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁。本系统选用深圳人机电子有限公司的eview mt508s作为人机交互界面，主要完成对切割各个参数的设置和实时显示等功能。plc与触摸屏的通讯采用串行口rs232通信方式传达用户指令，根据需要设定系统的运行状态。手动操作界面和自动操作界面的触摸屏分别如图3、图4所示。
5 结语
本文采用plc作为控制系统核心，触摸屏作为人机交互界面，实现了多模式下对不同属性的金属切割的控制系统。选用plc模块化设计编程方便、可靠性高，丰富的i/o口解决了多路输入/输出的难题；触摸屏的应用不仅大大节省了空间，还为用户提供了便捷、直观、友好的人机交互界面。
参考文献：
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[2]高中彭.基于触摸屏和plc的大型金相试样切割机控制系统的研究[d].河北：河北农业大学，2007.6.
[3]孙耀杰，赵峻，贾静蕾.基于触摸屏和plc的金相切割机控制系统[j].现代电子技术，2009（14）：200-202.
[4]孙庆华，刘桂行.plc在切割机控制系统中的应用[j].上海电器技术，2007（1）：46-48.
[5]龚志广.基于plc的大型金相试样切割机控制系统的研究[d].河北：河北农业大学，2007.6
