软木切片机程序设计研讨

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一、概述

软木切片机是专业的软木加工设备，主要用于把软木切割成符合用户需求的各种厚度薄片。是专业化程度较高的专用机床。老式的软木切片机用棘轮机构控制切片厚度，用老式软木切片机加工的产品厚度一致性差，严重影响产品品质。特别是加工经济价值较高的厚度在4毫米以下的产品时问题比较突出。为提高品质，解决厚度一致性差的问题，在新设计软木切片机时，我们采用了新的机械结构，用PLC的位置控制技术完成软木切片机的控制。采用这些新技术后，产品厚度做到了无级可调，最薄可稳定加工1毫米切片。实际操作时，用户只需直接输入软木切片厚度，就可完成加工。

二、软木切片机的基本工作原理

软木切片机的运动由以下动作部件构成：1.带锯片。2.X、Z十字工作台，其中Z向为往复运动，X向为工作进给。它的工作方式是：a.先启动无齿带锯。b.工作台的X向前进指定距离。c.工作台的Z向往复运动一次完成一个工作循环。重复b，c步骤直至整块原料加工完毕自动停止加工。切片厚度由每个工作循环的X向进给量决定。根据软木切片机的工作原理，新设计的软木切片机X、Z向都采用丝杠传动，提高了机械传动精度，为自动控制系统提供了必需的基础。根据实际工作的情况，X向工作台的进给精度应在0.02毫米，且可以根据需要对进给量进行调整才切出所需要厚度和精度的软木片；Z向运动必需运行平稳，速度可调才能满足切片工艺的需要。

三、电气控制系统构成

本软木切片机的电器系统由以下部分构成：1.主控制器为西门子S7-200PLC。2.采用TD200LCD文本显示器显示工作参数。3.X向采用步进电机驱动以保证足够的精度。4.Z向采用交流异步电机和滑差调速器构成Z向驱动系统。5.锯片采用交流异步电机直接驱动。

四、功能描述

在具体进行软木切片机的电气设计时，主要从系统的安全性、可靠性、操作的方便性以及系统的经济性等方面综合权衡，力求达到最优。在本机中我们设计了如下几方面的功能：

（一）紧急停止：在控制面板上，设计了一个红色的紧急按钮，其作用就是当发生紧急情况时，操作人员可以立即按下这个红色按钮，使系统立即停止当前所有的动作，避免发生人身伤害。

（二）回零：回零操作建立了机床固定的机械原点便于系统上电后，恢复系统掉电前的坐标系，提高加工效率。

（三）工作模式：在该机床的控制系统中，提供了三种工作模式，分别是手动，单段和自动模式。手动模式主要用于调试机床，完全由操作人员通过手动控制完成相应的操作。单段模式是当系统完成一个加工循环后，控制系统就暂停下一个工作循环的启动，等待操作者的指令。单段模式主要用于试生产。自动模式就是当系统正常启动后，系统就自动地完成全部工作循环。

（四）报警：当操作人员的操作出错或出现异常情况时，系统就会自动报警，同时出现报警信息提示。此时，操作人员必须更正错误，否则，系统不能正常运行。若要切削的软木厚度超过机床允许的范围，控制面板上的TD200显示屏就会显示相应的提示信息。

五、功能实现

要实现上述的功能，在具体设计实现时，主要是从下述几个方面来处理：

（一）当系统需要紧急停止时，具体是由软件和硬件共同实现的；在PLC程序中急停出理是一个关键问题，它贯穿在全部处理模块中。硬件则由电气元件的连锁和互锁来控制。在最坏情况下，即使软件完全失控硬件连锁线路也能保证急停功能的正确。

（二）由于该控制系统未采用记忆机床坐标的措施，机床关电后不能记忆当前所在位置。所以每次开机后在，进行操作之前必须进行回零处理，以建立或恢复机床坐标系。为此在机床的X轴上设计了一个回零开关。该功能由程序（SBR2）来实现此功能。

（三）系统的运动控制是软木切片机的核心部分，其涉及到Z轴电机控制和X轴步进电机控制。1.Z轴电机控制。Z轴驱动电机采用了普通Y系列交流异步电机，为降低成本没有采用变频调速方案。未避免Z轴驱动电机频繁换向，导致电机过载，工作台Z向的换向采用了两只电磁离合器实现。工作台Z向调速采用了滑差调速器。其控制由子程序（SBR5）来实现。2.X轴步进电机控制。X轴步进电机的控制相对比较复杂，包括以下内容：（1）手动操作模式中：为保证在手动进给指令取消后X轴步进电机能按预定减速速率运行以保证不丢步，在程序中采用了中断处理。由子程序（SBR0）来实现中断处理。（2）单段/自动模式控制：根据系统参数实现对X轴、Z轴的进给控制，完成整个加工过程的工作循环。运动步骤为：a.X轴进给指定厚度。b.Z轴正向前进直到压下正限位开关然后Z轴反向。C.Z轴负向前进直到压下负限位开关然后执行a步。单段/自动模式控制主要由子程序（SBR4）来实现。（3）参数设定：根据用户的需要，可进行相关的参数设定，参数的设定包括两方面：一是厚度的设定，二是步进电机速度的设定，其中厚度的设定可通过控制面板上的TD200相应的控制按钮进行，设定范围是在0.1~199.9mm之间，而步进电机的设定有几个速度档位可供选择，分别是100、200和400，单位是mm/min，由子程序（SBR9）来实现。（4）工艺显示：工艺显示就是在屏幕上显示当前运行何种工艺。当Z轴正方向运行时，显示的工艺是进刀，当Z轴反方向运行时，显示的工艺是退刀；X轴的进给运行也作相应的显示，由子程序（SBR10）来实现。（5）脉冲处理：其功能就是处理当前的结束脉冲，响应终端请求，其与中断请求是相配合使用的，由子程序（INT0）来实现。（6）X轴坐标计算：步进电机每走一步是0.75mm，走完一圈为360/0.75=480步，因为系统的导程是8mm，每走完1mm需要480/8=60个脉冲，这样，用户设定需要的厚度后，PlC可算出所应该发的脉冲，该部分由子程序（SBR11）来实现。例如，设定厚度为2mm，那它就需要120个脉冲来完成，发480个脉冲，厚度就显示8mm，其计算公式是：厚度=已发脉冲数/60（单位：mm）（7）写步进电机运行参数：有两种方法来完成脉冲的发送：多段脉冲方式或单段脉冲方式。在单段/自动模式步进电机写参数中采用多段脉冲方式，在多段脉冲方式中，CPU自动从V存储器区中读出每个脉冲段的特性。在该方式下，仅使用特殊寄存器区的控制字节和状态字节。选择多段操作，必须装入起始V存储器区的偏移地址，时间基准选择微秒或毫秒，所有的周期必须使用一个基准，多段操作使用PLC指令来启动。图1步进电机应用的周期脉冲图多段脉冲方式是按照每个脉冲的个数自动计算增减周期。

在周期增量区输入一个正值将增加周期；输入一个负值将减少周期，输入零将不改变周期。可用图1来说明：图1说明根据用户要求产生输出波形，使电机运行历经加速、恒速和减速这几个阶段。假设需要2000个脉冲才达成要求的电机转动数目，启动和结束的周期是500us，最大周期是100us，在输出的加速段部分，要求在100个脉冲左右达到最大脉冲周期，在减速段需要200个脉冲来完成，这些工作由子程序（SBR8）实现。在上图中，可以采用一个公式计算来调整每个脉冲周期所使用的周期增量值：给定段的周期增量=（该段周期结束时间-该段初始周期）/该段的脉冲个数（8）手动步进电机写参数：采用单段脉冲方式完成手动步进电机写参数，具体实现过程如下：图2步进电机应用的周期-脉冲图按照图2来单段发送脉冲式，选择的是手动工作模式，当手动按住第一段不放，等100个脉冲发送完成，就停止发送脉冲，此时，步进电机就执行减速第七段运行，同理，第二段和第六段，第三段和第五段也遵循以上的规律。这样，就可以根据所发的脉冲数，控制X向平稳运行。采用手动方式进行操作，虽然简单，却能满足用户调试设备的要求，该功能由子程序（SBR7）来实现。（9）报警处理：当生产过程中出现误操作或其它问题时，系统会进行报警提示。具体实现由子程序（SBR1）来实现此功能。图3梯形图由于篇幅有限，在此文中，展示部分模块的梯形图。

六、结论

软木切片机的控制主要由以上各种功能实现，每种功能都有相应的梯形图控制程序，通过PLC来进行控制，操作人员只需在操作面板上进行简单的操作，系统就会有相应的动作，完成符合工艺要求的加工动作，，用户可以根据自己的产品需求，将软木切成需要的厚度。这为用户带来了极大的方便，具有很好的市场前景和经济效益。该设备已经投入正式运行两年，运行效果良好。