觸摸屏和PLC 在鑄鐵水平連鑄同步切割機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
王大為1 賈芳云1 薛隆泉2
(1．咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸陽，712000；2．西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器學(xué)院，西安，710048)
摘要：本文介紹了鑄鐵水平連鑄同步切割機(jī)中的控制系統(tǒng)要求、工作過程流程圖，以及觸摸屏和可編程控制器在該系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)觸摸屏的系統(tǒng)畫面菜單作了重點(diǎn)論述。觸屏作為人機(jī)接口，系統(tǒng)界面友好，簡(jiǎn)單直觀，便于操作，為該生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)全線自動(dòng)化提供了解決方案。
關(guān)鍵詞：鑄鐵水平連鑄同步切割機(jī)；觸摸屏；PLC；控制系統(tǒng)
中圖分類號(hào):TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1.引言
鑄鐵水平連鑄始創(chuàng)于六、七十年代，作為一種新的型材生產(chǎn)工藝，以其優(yōu)良的特性在國際上得到了廣泛的應(yīng)用。我國從1985 年組織攻關(guān)，1987 年研制出ZSL－01 型連鑄生產(chǎn)線。在此基礎(chǔ)上西安理工大學(xué)于1992 年再次研制了ZSL-02 型連鑄生產(chǎn)線，該機(jī)實(shí)現(xiàn)了全線半自動(dòng)化，年產(chǎn)量為2000t，可生產(chǎn)40～250mm 圓性及非圓形等截面的鑄鐵型材。
該生產(chǎn)線主要由保溫爐、牽引機(jī)、同步切割機(jī)、壓斷機(jī)、出線機(jī)和液、電控制系統(tǒng)組成。觸摸屏（TP）與PLC 的聯(lián)合使用對(duì)該系統(tǒng)穩(wěn)定工藝狀況起到重要的作用，因而此二者的聯(lián)合控制系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。本文采用PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)水平連鑄同步切割機(jī)操作過程的自動(dòng)控制，選用了適合在該生產(chǎn)線環(huán)境下運(yùn)行的OMRON C200H 來實(shí)現(xiàn)該控制設(shè)計(jì)，觸摸屏設(shè)計(jì)出了控制畫面菜單。
2. 同步切割機(jī)的工作過程
同步切割機(jī)采用了水平進(jìn)刀切割的方式。它由夾緊機(jī)構(gòu)及同步小車、砂輪切割機(jī)及進(jìn)給系統(tǒng)、切深補(bǔ)償調(diào)節(jié)和回車系統(tǒng)組成，如圖1 所示。
夾緊機(jī)構(gòu)由一對(duì)V 型鐵在油缸帶動(dòng)下通過杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊。砂輪切割機(jī)及進(jìn)給系統(tǒng)固定在可前后移動(dòng)的立柱上，在進(jìn)給油缸驅(qū)動(dòng)下在水平導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)慢進(jìn)切割和快退復(fù)位的雙向動(dòng)作。切割機(jī)進(jìn)給速度由液壓系統(tǒng)保證。砂輪片在切深調(diào)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)下沿立導(dǎo)軌作上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)砂輪相對(duì)型材的切深調(diào)節(jié)及砂輪磨損補(bǔ)償。同步前進(jìn)是靠夾緊型材后，借助牽引機(jī)的牽引力來實(shí)現(xiàn)。
3. 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
3.1 控制過程流程圖（如圖2 所示）
3.2 PLC 型號(hào)選擇
3.2.1 輸入信號(hào)
按鈕開關(guān)：?jiǎn)?dòng)、停止、急停、復(fù)位，需4 個(gè)輸入點(diǎn)；手動(dòng)操作時(shí)，有13 個(gè)按鈕，需13 個(gè)輸入點(diǎn)。
工作方式選擇開關(guān)：手動(dòng)、單周期、連續(xù)，需3 個(gè)輸入點(diǎn)。
限位開關(guān)：切割進(jìn)給限位、快退限位，小車回位限位，需3 個(gè)輸入點(diǎn)。
檢測(cè)信號(hào)：切割深度檢測(cè)元件、切割長(zhǎng)度檢測(cè)元件、夾緊壓力檢測(cè)元件，需3 個(gè)輸入點(diǎn)。共需26 個(gè)輸入點(diǎn)。
3.2.2 輸出信號(hào)
電磁閥：夾緊、進(jìn)給、快退、上升、下降、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、砂輪制動(dòng)、小車回位，需8 個(gè)輸出點(diǎn)。開關(guān)：報(bào)警開關(guān)，需1 個(gè)輸出點(diǎn)。
根據(jù)所需的I／O 點(diǎn)數(shù)，并考慮留有一定的余量，故選用OMRON 的C200H PLC ，這種機(jī)型為模塊式結(jié)構(gòu)，由基板及模板組成，具有4 種基板、80 余種模板可供選擇，
4. 軟件編程
PLC 與計(jì)算機(jī)通信時(shí)，通常使用CPU 單元內(nèi)置的通信口，通信口大多為RS232C 口。使用編程軟件可以實(shí)現(xiàn)的功能有：梯形圖或語句表編程等，使用的編程軟件為CX－P。
程序特點(diǎn)如下：
⑴手動(dòng)：由于國產(chǎn)砂輪片厚度一般≤4mm，剛度小，切割時(shí)極易破環(huán)，所以在設(shè)計(jì)流程圖時(shí)根據(jù)需要設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制，當(dāng)工作方式開關(guān)置于手動(dòng)位置時(shí)，利用按鍵對(duì)切割機(jī)的每個(gè)動(dòng)作過程進(jìn)行控制。
⑵自動(dòng)：當(dāng)開關(guān)選擇自動(dòng)位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，PLC 自動(dòng)執(zhí)行程序中的相應(yīng)過程，直到按下停止按鈕。又由于工藝的需要，要查看型材的切口情況，在自動(dòng)程序中有兩種執(zhí)行方式：連續(xù)和單周期。連續(xù)方式是連續(xù)反復(fù)的執(zhí)行過程，直到按下停止按鈕，而單周期只是執(zhí)行一個(gè)周期后就停止。
⑶檢測(cè)：由于型材直徑不一，隨之需要切口的深度就相應(yīng)變化，砂輪片一次一般只能切割10mm 左右，當(dāng)型材直徑較大時(shí)一次切割不能達(dá)到要求深度的切口，這就需要反復(fù)切割，所以在砂輪片正下方位置的小車上安裝了傳感器，來檢測(cè)切口深度，PLC 執(zhí)行切割過程時(shí)反復(fù)循環(huán)切割直到達(dá)到要求深度的信號(hào)傳出后才結(jié)束。
預(yù)定長(zhǎng)度的檢測(cè)也是由傳感器來完成的，傳感器裝于小車回位限位處，到達(dá)給定值時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，然后夾緊機(jī)構(gòu)就動(dòng)作，執(zhí)行切割過程。
⑷動(dòng)作互鎖：夾緊機(jī)構(gòu)夾緊型材后就不能松開，所以設(shè)置了聯(lián)鎖按鈕，按下聯(lián)鎖按紐后夾緊機(jī)構(gòu)就不能松開直到切割完成，按下聯(lián)鎖解除按紐后才能松開。另外在設(shè)計(jì)中還有故障處理，事故報(bào)警等。
5. 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)
觸摸屏式轉(zhuǎn)為PLC 的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的小型工作站，是一個(gè)是多媒體信息或控制改頭換面的設(shè)備，一般為嵌入式結(jié)構(gòu)，集主機(jī)、輸入輸出設(shè)備于一體，體積較小，可直接與PLC 經(jīng)RS232或RS485 口相連。該部分主要是來設(shè)計(jì)觸摸屏的一些菜單，創(chuàng)建畫面和信息，通過這些畫面和信息作為監(jiān)控，可以顯示狀態(tài)、故障、過程變量、顯示文字、曲線、圖形，完全可以取代傳統(tǒng)的控制面板。
5.1 起始畫面（如圖3 所示）
系統(tǒng)上電后便進(jìn)入此畫面，此畫面起系統(tǒng)提示作用，觸摸屏幕任意位置，便可進(jìn)入主監(jiān)控畫面。
5.2 主監(jiān)控畫面（如圖4 所示）
此畫面可以選擇PLC 的動(dòng)作執(zhí)行方式，如手動(dòng)、單周期、連續(xù)工作方式。
5.3 手動(dòng)方式設(shè)定畫面（如圖5 所示）
在此畫面下，可以用手動(dòng)按紐來完成切割機(jī)的整個(gè)動(dòng)作執(zhí)行過程，按下一個(gè)按鈕完成一個(gè)動(dòng)作。
5.4 自動(dòng)方式設(shè)定畫面（如上圖6 所示）
PLC 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，選擇單周期或者連續(xù)，在此畫面下，只要按下相關(guān)按鈕，PLC 便可自動(dòng)的完成整個(gè)切割工程。
6. 結(jié)束語
該套控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高、使用靈活、工藝參數(shù)修改方便等特點(diǎn)，觸摸屏采用全集成化封閉式面板，非常適合鑄造行業(yè)這種粉塵多、環(huán)境惡劣的場(chǎng)所使用，具有一定的推廣價(jià)值。
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