大理石拋光機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁冠杰

【摘要】由于天然大理石具有不規(guī)則性，有缺邊，掉角，所以在很長一段時間內(nèi)，大理石的表面拋光都采用人手進(jìn)行拋光，成本高，效率低。為了更好的解決人力成本與效率的問題，本文展開對大理石大板拋光機(jī)的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，以實(shí)現(xiàn)大理石板材的全自動拋光。

【關(guān)鍵詞】大理石拋光機(jī) PLC 變頻器 閉環(huán)控制 V/F控制 編碼器

前言

在天然石材墻地磚的加工史上，由于石材板面的不規(guī)則性，對加工設(shè)備的要求極高，導(dǎo)致很長一段時間內(nèi)，還處在落后的人手進(jìn)行打磨拋光。人工拋光的勞動強(qiáng)度極大，而且不是流水線作業(yè)，生產(chǎn)效率極低，石板材板面大，容易碎裂，對人生安全構(gòu)成了一定威脅，固自動化的拋光生產(chǎn)線需求極大。

雖然我國石材設(shè)備制造業(yè)已初具規(guī)模，但是加工水平依然處于比較初級的階段。多數(shù)設(shè)備功能單一，而且依賴造價較高、對環(huán)境要求苛刻以及維修維護(hù)困難的進(jìn)口設(shè)備。隨著電氣技術(shù)的快速發(fā)展，特別是高性能PLC，矢量控制變頻器的功能變的更加強(qiáng)大，為更好的適應(yīng)石材加產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高石材拋光機(jī)的拋光效率，本設(shè)計(jì)從多方面為石材拋光機(jī)配備先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)。

[系統(tǒng)功能說明]

1. 概述

本機(jī)的電氣系統(tǒng)主要用于控制皮帶傳動機(jī)構(gòu)，橫梁擺動機(jī)構(gòu)，磨拋電機(jī)，磨拋電機(jī)升降機(jī)構(gòu)，以及各機(jī)構(gòu)監(jiān)測和保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)拋光機(jī)的全自動控制。電氣系統(tǒng)主要采用西門子300系列PLC，安川A1000系列變頻器，輔以電子尺、光電傳感器、編碼器、壓力檢測開關(guān)等低壓電氣構(gòu)成。

2. 安川A1000系列變頻器

安川A1000系列變頻器屬于高性能矢量變頻器，其具有出色轉(zhuǎn)矩特性，能夠?qū)崿F(xiàn)高起動轉(zhuǎn)矩，只有0.5HZ的頻率輸出的情況下都有200%力矩輸出。而且采用過勵磁制動，有效縮短了減速時間，使機(jī)械傷害降到最低。

3. 西門子PLC

本機(jī)采用的西門子314C-2DP系列PLC，運(yùn)行速度快，而且采用profibus-dp通信協(xié)議，具有良好的抗干擾能力與通用性。314C系列PLC本身帶有4個高速計(jì)數(shù)器，4個模擬量輸入，2個模擬量輸出，還有多個數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)適用性。

4. 進(jìn)板掃描機(jī)構(gòu)

采用64個光電開關(guān)對板材的橫向規(guī)格進(jìn)行掃描，再輔以編碼器記錄板材的縱向規(guī)格。兩者均進(jìn)入PLC，可以把在PLC內(nèi)部把整個板材外形轉(zhuǎn)化成矩陣的形式，記錄下矩陣的那個點(diǎn)缺板掉角，就可以很簡單的進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。同時每個拋光磨頭的位置也記錄在大矩陣當(dāng)中，當(dāng)拋光磨頭的矩陣與板材矩陣重疊的時候，就可以判斷該板材已經(jīng)到達(dá)該磨頭下方，磨頭可以降下來磨板。這就能實(shí)現(xiàn)板材缺損檢測功能，使磨頭能夠自動避讓。

5. 橫梁擺動機(jī)構(gòu)

大理石拋光機(jī)擺動橫梁上掛有16個磨拋電機(jī)，負(fù)重極大，而且來回?cái)[動，擺動幅度也只有2.1米。要使板材拋光后光潔亮麗，必須高速打磨，固擺動速度與磨頭速都要很快。對橫梁擺動機(jī)構(gòu)的控制，是一個嚴(yán)酷的要求。

大本機(jī)采用安川A1000系列變頻器，變頻器的選取必須滿足

PCN≥K1KPM/ηcosΦ

K1:容量過載系數(shù)，通常取1.1~1.2倍，

K：電流波形的修正系數(shù)，（PWM）方式取1.05~1.1

η：電動機(jī)的效率，通常取約0.85

cosΦ：電動機(jī)的功率因數(shù)，通常約0.75

PM:負(fù)載所需求的電動機(jī)軸的輸出功率（KW）

由于是橫梁是短距離來回?cái)[動，固會出現(xiàn)頻繁的高速換向，需要選用2個4045B，連接的電阻器型號為20KW,13.6歐姆，以釋放換向時的巨大電流。由于慣性極大，而且剛啟動時候要獲得較大的起動轉(zhuǎn)距，調(diào)試過程中都要實(shí)施電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，達(dá)到最優(yōu)化的運(yùn)行模式。

橫梁上安裝有編碼器進(jìn)行閉環(huán)控制，通過PLC的高速計(jì)數(shù)器模塊，可用于記錄橫梁擺動的位置，通過PLC控制變頻器在什么速度，什么位置換向。另外PLC也能通過編碼器正確判斷磨頭是不是在板材上方。磨頭在板材上方的時候，磨頭才能下來磨板。

6. 皮帶傳動機(jī)機(jī)構(gòu)

皮帶傳動機(jī)構(gòu)主要用于輸送板材，采用變頻控制，可以有效適應(yīng)不同板材的加工工藝要求。傳動輥筒上安裝有編碼器，用于記錄板材前行的位置，只有當(dāng)板材到達(dá)該磨頭，磨頭才能下降。沒有板材的時候，磨頭自動升起。皮帶傳動變頻器只采用簡單的V/F控制，因?yàn)槠且恢蓖白?，而且對速度等要求不高?/p>

7. 磨頭升降機(jī)構(gòu)與磨頭電機(jī)

整機(jī)上共有16個拋光磨頭電機(jī)，電機(jī)功率為11KW，同時啟動的話電流沖擊極大。固本系統(tǒng)采用按順序啟動，為防止磨拋效果不好，需要在拋光磨頭與橫梁都完全啟動的情況下才能夠使傳動皮帶轉(zhuǎn)動，板材行走，以使板材行走過程中一定會磨到。

磨頭升降采用氣缸電磁閥控制，直接通過PLC輸出點(diǎn)驅(qū)動升降。除了保障輸出狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)外，氣缸控制比液壓控制，更能避免剛性接觸使板材碎裂。

各個磨頭上都配有電子尺，采用模擬量輸入到PLC，通過線性轉(zhuǎn)換，磨頭升降高度20mm對應(yīng)27648模擬量。磨頭配有電子尺就能精確的檢測到磨料磨損情況，當(dāng)磨料用完的時候，報(bào)警停機(jī)，磨頭自動升起，這樣就磨頭就不會打爛板材，人也不用每時每刻觀察磨料損耗程度。

8. 保護(hù)機(jī)構(gòu)

整機(jī)設(shè)有多個保護(hù)機(jī)構(gòu)，以防止機(jī)器故障對人或機(jī)器帶來不必要的傷害。整機(jī)上裝有西門子MP277觸摸屏，用于監(jiān)控報(bào)警與生產(chǎn)運(yùn)行狀況。分別設(shè)有如下報(bào)警

a.磨料缺損保護(hù)

b.低氣壓保護(hù)

c.缺水保護(hù)

d.橫梁前后限位保護(hù)

e.翻門保護(hù)

f.編碼器損壞保護(hù)

9．結(jié)語

目前整機(jī)已經(jīng)投入使用，而且使用效果很好，極大的提高了生產(chǎn)效率。當(dāng)前高效、高質(zhì)以及自動化程度高的機(jī)械越來越受到人們的青睞，伴隨著市場的不斷壯大，石材加工設(shè)備正朝著加工能力更強(qiáng)，性價比更高，更加智能化，人性化的方向發(fā)展。

10.參考文獻(xiàn)

[1]趙民.石材加工設(shè)備及工藝.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

[2]劉增文.任秀華等.淺談石材及其加工設(shè)備發(fā)展趨勢.石材，2004(2)

[3]龔仲華.變頻器從原理到完全應(yīng)用.人民郵電出版社，2009