6ES7214-1BD23-0XB8西门子模块

0引言

当前国内的石材切割机大多数采用的是传统的继电器-接触器控制方式，控制方式比较落后，切割精度较差，而且切割时需要人员进行现场控制，切割现场大量的粉尘对操作人员的人身健康构成了很大的危害。本文设计了一套石材在线自动分片切割系统，该系统可自动对大型石材进行分片切割和计数，系统具有操作简单、维护方便、造价低廉及人机界面友好的特点。十分适用于大多数中小型乡镇企业的需求。

1系统工作原理

本设计是将石材的要求切割参数输入人际界面（HMI）对三菱PLC进行初始化，并利用旋转编码器代替传统的行程开关或限位开关进行切割长度定位。通过旋转编码器测得各方向电机的旋转频率并转换为高速计数脉冲送入三菱PLC中进行计数运算可获得刀锯或台车行进的位移量，将其与设定的初值相比较，当达到设定值时PLC复位相应的方向电机线圈使其停车。系统控制原理如图1所示。该控制系统采用三菱FX系列的FX1N-60MR-001的三菱PLC做为控制器，同时配备三菱编码器和三菱人机界面，系统控制部分结构简便灵活，系统造价较低。

龙门桥式石材切割机主要由主体导轨、支撑系统、主轴系统、旋转工作台系统、垂直升降系统、横向移动系统、电机位置检测系统、刀盘电机电流报警保护系统、冷却系统、制动和电控系统等组成。其中

主体导轨和支撑系统

主体导轨和支撑系统是由立柱、横梁及滑板等组成。立柱为钢筋水泥混凝土立柱作支撑结构，在整机中保证运行的平稳性。立柱上安装有滑板导轨，滑板通过齿轮传动沿导轨上下移动，行程可达1600mm，可以切割大型石材坯料，一次上料可连续切割，极大地节省了上、下料时间，提高了生产效率，大幅度地降低了劳动强度。

2.主轴系统

主轴系统装置由刀盘电机箱、刀盘法兰等组成，用螺栓固定在内框架上，结构紧凑，传动平稳，噪声低，切割速度和效率较高。

3.旋转工作台系统

台车工作台是将待切割的石材坯料送到合适的切割初始位置，工作台采用旋转台车装置。当石料的垂直基准面与刀盘锯片行走方向不一致时，旋转工作台可以调整使其达到切割位置。台车具有移动自动和手动点动两种功能，分片准确、均匀。

4.垂直升降系统

垂直升降系统主要由Z轴方向升降电机，滑板导轨和传动齿轮等组成，用于实现切割锯片的垂直升降运动。

5.横向移动系统

横向移动系统主要由X轴方向走刀电机，传动齿轮，横梁导轨和内框架等组成，内框架由走刀电机经齿轮传动在横梁导轨上左右移动，用于实现切割锯片的进给运动。

6.电机位置检测系统

电机位置检测系统就是对各个方向电机的传动位移进行检测，的电机传动位移检测是确保石材分片切割精度的重要前提。

7.刀盘电机电流报警保护系统

系统中采用了一个输出量为开关量的电流表对刀盘电机的电流进行监测，一旦负载电流超过报警电流设定值则电流表会输出一个开关量的信号给三菱PLC控制器，三菱PLC将会发出控制信号使刀盘电机停止运行以达到保护电机的目的。

8.冷却系统

石材切割机的冷却系统主要由冷却水泵，电磁阀和压力开关组成，石材切割机的刀锯由于长期与石料的摩擦会使锯片温度变高，为了避免锯片因高温损坏，冷却水泵提供石材切割机专用冷却液进行冷却保护。

9.电控系统

采用控制柜集中操作控制，可实现手动和自动控制。石材坯料初始切割位可通过送料调整手持器进行点动调节，石材分片控制可利用编码器定位由三菱PLC控制自动分片切割处理，切割参数可通过系统人际界面输入进行设定。

3系统软件设计

石材切割机三菱PLC控制石材自动分片切割程序包含初始化，测量，估值，进刀，退刀等部分。初始化部分主要是根据实际情况输入设定石材切割的长宽厚尺寸数以及分片个数等；测量部分主要是通过编码器高速计数脉冲输入并经三菱PLC换算成刀锯和台车前进的位移；估值部分主要是通过三菱PLC比较指令和初始化设置的参数相比较是否达到设定切割尺寸，进刀部分是通过三菱PLC程序对各方向电机进行顺序控制；退刀部分是进刀控制的逆过程，图3为石材切割过程控制程序流程图。

1.引言

随着中国人口红利的逐渐减少，招工荒越来越严重，招到有技术的焊接人才非常不易。这样就给自动化的改造提供了很好的机会，自动焊齿机就应用而生了。一台自动焊齿机要用到6台步进电机，而我们的三菱PLC单主机就可以控制3台步进电机，这样就提供了很好的解决方案，使系统性价比大大的提高。

2.三菱PLC产品介绍

三菱PLC的FX系列的PLC分3U、3G、2N、1N、1S五种类型。Zui高支持920KHZ的高速脉冲输出，本文选用2N机型的PLCZui高支持200KHZ的高速脉冲输出，并且单主机就可以控制3台伺服（步进）电机。

FX系列的PLC拥有强大的通讯功能，单机Zui多5个高速通讯口，通讯速率Zui大可达到921.6Kbps，可接RS232, RS485, USB, Ethernet, Canopen和GSM ，ZigBee等。本文应用到了三菱PLC的高速联机，通过RS485采用的是921.6Kbps的通讯速率。

3系统架构

3.1设备实物图

主要产品功能规格

（1） 控制器：三菱FX2N-32MT-001主机,主机FX1S-14MT-001；扩展FX2N-16EYT,FX2N-5AD两个

（2） 步进电机：使用脉冲+方向对伺服进行控制；

（3） 通过中间继电器控制气缸动作；

（4） 人机界面SBD-C 8.4寸屏，通过RS232以三菱PLC进行通信。

3.2系统结构图

3.3控制柜中的局部图

3.4系统I/O表格

3.5系统电气接线图

4.系统程序的介绍

这个程序是比较复杂的，难点在以下几点：

1. 在于两台三菱PLC进行高速联机

2. 多台步进电机同时工作并且彼此交叉。

3. 系统的执行机构比较多，用到的参数比较多。

4. 系统的手动和自动没有明显的界限，要求手动过程中夹杂自动，自动过程中手动也要可以动作。

综上4点，对编写程序提出了很高的要求，下面我从以下几个程序块进行介绍。

4.1高速联机

系统中三菱PLC FX2N-32MT-001是作为1号主机控制4台步进电机，三菱PLC FX1S-14MT-001作为2号站控制2台步进电机，主从站直接要快速的进行数据交换。

其中M784开始的16位是主站和从站共享的点位，通过这些点主站可以控制从站的电机进行动作，R10为手动控制从站电机动作的寄存器，R11-R18分别为从站电机动作的速度和位置，具体内容详见附件程序。

4.2上手爪流程

4.3下手爪流程

4.4锯片转流程

以上四部分的流程介绍只是摘录出重点和难点程序来讲解的，流程图右边的“设置XX信号”都是三个电机相互之间相互之间的信号，除此之外上爪电机，下爪电机和片转电机是独立运行的。程序的巧妙之处就是应用这些相关的标志位来实现的。

5.调试过程

进过调试设备可以正常的运行，并且可以达到5S焊接一个焊齿，并且焊接质量比较高，这样很好的达到生产的效果。

6.结束语

三菱PLC提供完善的扩展接口和强大的高速脉冲输出功能，能更方便的为用户提供系统解决方案，得到更好的控制和提供系统的可靠性，同时能大幅度的降低硬件成本和提供系统的可操作性。