触摸屏与PLC控制的异型管锯管机的设计

　　汽车是科技发展和人类社会文明进步的象征。在汽车歧管的制造中，有各种各样的异型管件需要定制切割，普通的自上而下管件切割机因机头与切管工装间存在不同程度的干涉，普通的切割机无法对形状各异的管件进行切割，这就需要开发设计一种新型的切割机，以满足异型管件切割的需要。本异型管锯管机就是基于这一需要开发的，已获得了发明专利(专利号：200810039389)。

　　该异型管锯管机采用机、电、气一体化设计，气动部分采用日本SMC的气动控制元件，电气控制系统采用日本三菱PLC、伺服电动机、变频器及PROFACE的触摸屏，并提供手动测试、故障提示等功能，使设备维护非常简单。该设备具有操作方便，工作效率高，出现故障自动报警，自动显示故障位置信息，气缸、伺服电动机、三相异步电动机、指示灯等可全部在设置屏上手动控制，易于维护等特点。

1 异型管锯管机结构与工作原理

　　异型管锯管机主要由机架、工作台、铣刀旋转机构、铣刀进给机构、管件压紧机构、冷却系统和电气控制等部分组成。

　　异型管锯管机机架采用矩形管焊接结构，主要用来支撑工作台及管件加压机构。850mm×l000mm工作台用于安装异型管切管工装。铣刀旋转机构是异型管锯管机的关键部件，电动机的旋转运动通过减速机、齿轮箱和传动轴等传给铣刀锯片。铣刀进给机构是由伺服电动机拖动整个铣刀旋转机构在直线导轨上做往复运动，主轴箱的轴端装有铣刀测速机构，铣刀的进给速度根据其自身转速自动调整，从而起到保护铣刀的作用。管件压紧机构采用SCl25x200大型号气缸，可使夹具快速压牢管件。锯片在工作台的下面，锯管时锯片自下向上进给。主体由1台伺服电动机带动升降台上下运动，由三相异步电动机带动的锯片固定在升降台上，锯片的转速可由修改变频器参数来调节，升降台上下运动的速度可以在触摸屏上设置。该异型管锯管机采用自动和手动2种工作方式，采用自动方式时，除人工装卸管件外，其余工作均自动进行。

2 气动系统设计

　　异型管锯管机的气动驱动系统是驱动执行机构运动的动力装置之一，主要实现装卸管件时夹具的夹紧与松开的动作，气动原理如图1所示。工作过程为：压缩空气经空气过滤器后分两路，一路到控制管件压紧机构进退的控制气缸，另一路到控制底座夹具压紧的控制气缸。气动系统的工作气压应为0.5—0.7MPa。

3 控制系统

　　3.1系统硬件设计

　　在PLC系统设计时，首先需要确定控制方案，下一步就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。在工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点和控制要求，明确控制任务和范围以确定所需的操作和动作；然后根据控制要求，估算输入/输出点数、所需存储器容量，确定PLC的功能和外部设备特性等；最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。在该系统中，由于要用PLc控制伺服电动机，控制部分采用三菱FX1N-40MT可编程控制器，本研究采用的PLC有24个输入和16个输出。选用锯片传动减速电动机型号为WBl80—29，速比为29，功率为4kw；选用三菱公司生产的FR-D740-5．5K—CHT变频器；选用进给减速机型号为100L2D，速比为9；选用进给电动机是三菱公司生产的伺服电动机，型号为Hc—KFS73，其功率为750W，伺服驱动器型号为MR—J3—70A：选用冷却泵的型号为AB—12，功率为40 w；选用pmface的触摸屏，型号为AST3301w—Bl—D24，其画面空间比较充足，完全符合控制系统的需要；选用铣刀锯片的外径为400mm，内径为32mm，厚度为3.5mm；开关电源型号为S—100一DC24。

　　在系统中，PLC是控制系统的核心，各种开关量都与PLC的输入端相连，PLC输出端主要与要控制的电磁阀、接触器和报警信号等相连。各种逻辑控制全部在PLC内部实现，工作过程能在触摸屏上动态显示。总电路图如图2所示，伺服电动机控制系统电路图如图3所示。