基于PLC的板材切割机的设计1

1、冶金职业技术学院毕业设计板材切割控制系统系 别 电气系 专 业 电气自动化 班 级 电气10-4 学生 杜 旋 指导教师 学庆 2012年5月10日- 29 - / 32摘要在基于PLC的板材切割机控制系统设计中，首先设计了采用传统的继电器、时间继电器控制方式，但是由于控制系统接线复杂，接线比较多，系统的可靠性较低，维修维护费用大，并且在自动控制中，由于采用时间继电器定时控制切割时间，定时精度差，电机速度受电源波动影响大，因而切割误差较大。从而设计了PLC控制系统，PLC是适用于现场运行的微机控制器，以其抗干抗能力强、编程简单，价格适中的优点，成为最终选择方案。同时，为了提高电动机的工作效率，

2、减少电能的损耗，在拖动电机部分，采用变频调速方式，它采用最新微机控制技术、电力电子(或称功率电子)技术和电机传动技术实现了工业交流电机的无级调速，使电动机的耗电量实现随负荷大小而变化，可节约大量的电能。关键字：PLC控制；变频调速；板材切割目录摘要I关键字I1 绪论- 1 -2 板材切割机功能实现- 3 -2.1 通用板材切割机基本结构- 3 -2.2 板材切割机的控制要求- 4 -2.2.1 继电器控制逻辑控制要求- 4 -2.2.2 PLC逻辑控制要求- 5 -3 板材切割机继电器逻辑设计- 6 -3.1 控制原理图- 6 -3.2 继电器控制原理- 7 -3.2.1 长锯控制- 7 -3

3、.2.2 短距控制- 7 -4 PLC逻辑控制设计- 9 -4.1 PLC控制与继电器控制比较- 9 -4.2 PLC的设计的背景- 10 -4.3 PLC的选取- 11 -4.4 PLC逻辑设计方案图- 13 -4.5 程序设计梯形图（指令表见附录）- 15 -5 牵引机构拖动电机变频器调速设计- 17 -5.1 变频器调速原理- 17 -5.2 变频调速手动控制的设计- 18 -5.2.1 手动控制接线方案- 18 -5.2.2 变频调速器的设定- 19 -5.2.3 变频调速器的监控- 20 -5.3 变频系统的干扰和抑制- 20 -5.3.1 外来干扰与抑制- 20 -5.3.2 变频

4、器的接地与防雷- 21 -6 板材切割机的成品实现- 22 -6.1 切割机具体部件- 22 -6.2 切割机具体功能实现- 23 -6.3 成品板材切割机实现- 24 -6.4 板材切割机成品设计示意图- 24 -参考文献- 26 -结束语- 27 -附录- 29 -1绪论在当今的工业领域中，板材切割是成品加工过程中最为重要的步骤。也是保证成品质量的重要工序。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。随着新产品、新工艺、新技术的广泛运用，智能化精密切割将成为切割行业今后发展的趋势。传统的板材切割机采用继电器、时

5、间继电器控制方式，但控制系统接线复杂，接线比较多，系统的可靠性较低，维修维护费用大。最主要的问题是在自动控制中，由于采用时间继电器定时控制切割时间，定时精度差，电机速度受电源波动影响大，因而切割误差较大，降低成品率，增加抛磨难度。PLC是适用于现场运行的微机控制器，抗干抗能力强、编程简单，价格适中，非常适合用于石材加工机械。板材切割机是一种应用广泛的民用机械，其主要用于一是对建筑材料切割，如：钢材，石材，瓷砖，水泥板等；二是在家具（木材）行业对于木板和合成板的切割。因为板材切割机多用于切割木质板材石材金属等。在切割方面，又因为不同的材质，不同的厚度，以与要求切割的切割方式形态各异，如果使用完全

6、的人工操作，不但很费时间，同时也浪费人力。最重要的是在切割的过程中会产生大量的木质碎末石质灰尘金属粉尘，对切割机的操作人员以与附近的人员的身体，特别是呼吸道肺部有着极大的伤害。所以如果能够实现对于板材切割的PLC自动控制，操作人员就不用时时刻刻守在机器旁边了，不但节省了大量的人力和时间，更能够极大的减少切割过程对于人体的伤害。当今社会，电动机的应用极为广泛，其消耗的电能约占工业电耗的 65，故合理有效地使用电动机，提高电动机的工作效率使其节能运行十分重要 。目前我国交流电动机传动大多为非调速型，耗能惊人，如改成调速运行，使电动机的耗电量实现随负荷大小而变化，则可节约大量的能源。调速运行的方式很

7、多，其中变频调速优于以往任何一种交流调速方式(调压调速、变极调速、串级调速、滑差电机调速等)，是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广的高新技术。它采用最新微机控制技术、电力电子(或称功率电子)技术和电机传动技术实现了工业交流电机的无级调速。在国外尤其是在日、美、德、英等工业发达国家获得了广泛应用，是自动化电力拖动的发展方向。所以选择本题的目的就是：一方面是为了加深学习变频器调速的应用和PLC控制的应用；另一方面就是为了研究如何让民用机械更好的实现自动控制和实现碳的减排工作。意义就在于对板材切割机实现基于PLC控制的自动控制，增强生产能力，最重要的就是减少生产过程对人体的伤害和实现能源的节

8、约。2板材切割机功能实现2.1通用板材切割机基本结构自20世纪70年代以来，板材切割机凭借其结构紧凑、工作平稳、操纵轻便灵活、安装维修方便等特点，在钢材，石材，瓷砖，木板等加工中得到了广泛应用。主要用于小型板材加工厂、板材市场、板材经销商、现场加工与建筑单位现场施工，目的是把前道工序加工好的板材切割成所需规格的成品板材。特别是近几年来，随着国广场道路建设以与买房装修的飞速发展，板材切割机被更广泛地用于各种广场石、地板石、墙壁石、家具装潢的成品加工，由于其现场操作性强，加工质量好，效率高而得到板材加工企业、施工企业的青睐。通过对常用板材切割机功能进行分析，本设计得出通用板材切割机基本构成如下：1

9、）板材切割机的基本功能是切割，多采用电动机拖动锯盘或者砂轮，对板材进行切割，此部分即为板材切割机的切割机构。2）在对板材切割时，切割机构需要行进与后退完成对与板材的切割工作，这里的切割机构的移动就需要拖动电机与牵引部分的参与，此部分即为板材切割机的牵引机构。3）在对板材进行切割前，需要对板材进行固定，使板材在切割过程中不至于移动，所以板材切割机就需要一个压紧机制，所以就有了压紧机构。根据以上板材切割机的基本构成，本设计在此基础上加以实现与改进，实现以下过程：放上板材板材压紧启动主轴切割机构牵引机构拖动切割机构进行行进完成对板材的切割切割机构返回切割机构停止运转松开切割好的板材。根据以上过程，板

10、材切割机结构简图如图2.1、图2.2。图2.1 通用板材切割机结构简图1图2.2 通用板材切割机结构简图22.2 板材切割机的控制要求根据图2.1和图2.2，为了实现对于此板材切割机的工作过程，设计了继电器逻辑控制和基于PLC控制，控制要求如下：2.2.1 继电器控制逻辑控制要求切割机构主轴电动机采用直接启动方式，在启动前，要求用于压料的压缩空气的压力足够，否则不允许主轴启动。只有当主轴启动完成后，并且物料被可靠压紧后，才可以启动锯料行进。每次锯料前采用手动物料压紧操作，然后再开锯料行进，当电磁阀得电时，气缸柱塞下压，完成物料固定；电磁阀失电时，气缸柱塞升起，将物料松开。每次锯料要求只启动锯料

11、行进，然后到达终点或者锯片离开物料后能自动返回。返回控制应考虑终端返回、锯割短料时的短程返回和初次起动时手动返回。短程返回要求进行物料检测，当锯片离开物料后自动返回。无论哪种返回操作，到达起始位置后均自动停止。2.2.2 PLC逻辑控制要求1）首次起动后的自动回返起始位的控制动作，要求系统能在首次主轴起动完成后，有自动回返起始位置的控制动作。2） 主轴起动后，在开锯料行进前不必再进行手动压料操作，应直接开料行进，在锯料行进前自动压紧物料，压紧后锯料行进自动进行。每次返回前必须先停止锯料行进，延时1-2S然后返回，以减少电动机的反向起动电流。3） 实现无物料返回，在物料没有放好时错按下锯料起动按

12、钮，经过延时，未检测到物料后自动返回。物料检测还是使用了行程开关，起始位、终点位、物料压紧等检测元件均采用接近开关。3板材切割机继电器逻辑设计3.1 控制原理图图3.1 继电器逻辑设计方案控制原理图表3.1 继电器控制逻辑部件对应功能名称功能名称功能名称功能KM1主轴SQ1短距锯料检测SB1主轴起动KA1短程返回标志SQ2锯料起始端SB2主轴停止KA2锯料前进SQ3锯料末端SB3锯料行进KA3锯料返回SQ4物料压紧完成SB4锯料返回KA4压紧进气阀SQ5物料压紧完成SB5长锯/短锯KT短程返回定时SB7压料气缸压SB6压料气缸松3.2 继电器控制原理3.2.1 长锯控制起始位置，SQ2处于动作

13、状态。SB5锁定长锯，SB5断开。放上待锯物料，按下SB7KM4得电（压紧进气阀打开进气）SQ4、SQ5动作（压紧到位）。按下SB1KM1得电（自锁，KM1常开闭合）主轴启动（切割机构工作）。按下SB3KA2得电（KA2自锁互锁完成）拖动电机正向转（锯料行进）。锯料行进过程中：切割机构离开起始位置，SQ2复原。接着，SQ1物料检测动作，KA1得电。锯料到达终点，SQ3动作KA2失电（切割机构停止前进接触互锁）KA3得电（自锁互锁完成）切割机构返回。切割机构返回到起始位置，SQ2动作KA3失电（拖动机构停止运行）。按下SB2切割机构停止运行。按下SB6电磁阀打开，压紧气缸松开。可取下板材。为保证

14、切割质量以与保护锯盘，拖动电机采用变频器驱动，实现调速。3.2.2 短距控制起始位置，SQ2处于动作状态。SB5锁定短锯，SB5闭合。放上待锯物料，按下SB7KM4得电（压紧进气阀打开进气）SQ4、SQ5动作（压紧到位）。按下SB1KM1得电（自锁，KM1常开闭合）主轴启动（切割机构工作）。按下SB3KA2得电（自锁互锁完成）拖动电机正转（锯料行进）。切割机构离开起始位置，SQ1物料检测动作SQ2复原KA1得电。切割到板材末端，SQ1检测不到物料（复原）KT 动作（断电延时闭合触点瞬时断开）KA2失电（切割机构停止前进）KT通电延时闭合触点延时闭合KA3得电（拖动电机反转，切割机构返回）。SQ

15、1重新检测到物料，发生动作KT失电。切割机构返回到起始位置，SQ2动作KA3、KA1失电（拖动机构停止运行）。按下SB2切割机构停止运行。按下SB6电磁阀打开，压紧气缸松开。可取下板材。为保证切割质量以与保护锯盘，拖动电机采用变频器驱动，实现调速。4PLC逻辑控制设计4.1 PLC控制与继电器控制比较1） 控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联与延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只一般只有48对触点，因此灵活性和扩展性都很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑

16、以程序方式存储在存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少，体积小，加之PLC中每只软继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由规模集成电路组成，功耗小。2）工作方式：当电流接通时，继电控制线路中各继电器都处于受约状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。3）控制速度：继电控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控

17、制的，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC部还有严格的同步，不会出现抖动问题。4）限时控制：继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。时间继电器一般分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等，其定时精度不高，定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便维护。PLC使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时围一般从0.1s到若干分钟甚至更长，用户可根据需要在程序中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于10ms且定时时间不受环境的影响。5）计数控制：PLC能实现计数功能，而继电控制逻辑

18、一般不具备计数控制功能。6）设计与施工：使用继电控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图和程序设计）可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。7）可靠性和可维护性：继电控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配备有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，

19、还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。8）价格：继电控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较便宜。而PLC使用规模集成电路，价格比较昂贵。通过以上对比，我总结了选择PLC控制的几大优点，如下：1） 可靠性高，抗干扰能力强。2）配套齐全，功能完善，适用性强。3）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。4）体积小，重量轻，能耗低。以此次选择的超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械部，是实现机电一体化的理想控制设备。由此，通过以上的对比发现，PLC控制方案，对于控制过程的安全性、可靠性、抗干扰

20、性等方面都有了大的提高。故在本设计中选择了基于PLC的逻辑控制方案。 4.2 PLC的设计的背景可编程控制器（Programmable Logic Controller）PLC是计算机家族的一员，是为工业控制应用而设计制造的通用控制器。它实现了传统继电器控制技术。并结合现代计算机技术和通信技术，提供了逻辑控制、定时控制、计数控制、PID控制和数据处理等多种功能。具有可靠性高、通用灵活、编程简单、使用方便等特点。在现代化的生产中，产品是通过设备来生产和加工的，为了保证产品的生产效率和加工精度，需要对设备进行控制，控制方式主要有机械控制，电气控制，液压控制，气动控制或上述几种方式的配合使用。在板材

21、的切割过程中，为了保证切割的质量，提高劳动生产率，同时也为了降低企业产品的成本，缩短了产品生产周期，减少切割过程对于人体的伤害。实现对于板材切割的PLC自动控制，操作人员就不用时时刻刻守在机器旁边了，不但节省了大量的人力、时间以与能源，更能够极大的减少切割过程对于人体的伤害。本设计正是基于以上目的而设计的。可编程控制器(PLC) 用于板材的切割，实质上是在微机控制的基础上，采用专用语言，使编程简单而且接近原来继电器控制电路的梯形图。切割的大部分工序可采用可编程序控制器( PLC) 作为核心控制组件的控制系统全部自动完成。PLC的应用可使系统的控制和调整简单，运行可靠、这不仅避免了传统的继电器逻

22、辑控制线路体积庞大、故障率高、维护困难的缺点，又克服了单片机控制系统成本高，接口处理与编程相对复杂等缺点。4.3 PLC的选取我们从继电器功能实现可以确定，信号采集的输入点分别有SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5五个输入点，手动输入信号点有SB1，SB2，SB3，SB4，SB5，SB6六个输入点，可以确定PLC的输入点需要11个。根据输出所需，时间继电器是由PLC部逻辑单元提供，故而这里只需要四个输出点，以实现主轴起动，物料压紧，以与拖动电机的行进于返回。根据以上的分配，做出输入输出分配表。表4.1 输入输出分配表编程软件I/O端子电路器件控制功能输入单元XOSB3锯料行进起动X1SQ1物

23、料检测X2SQ3末端发讯X3SQ2始端发讯X4SB1主轴起动X5SB2主轴停止X6SB4手动返回X7SB5长/短程控制X10PE气压检测X11SQ4压紧发讯X12SQ5压紧发讯输出单元Y1KA21锯料行进Y2KA22返回Y3KM1主轴起动Y4KA4压料气缸阀通过查阅PLC样本，满足输入11点，输出4点控制要求，选择输出方式为继电器输出方式，控制性能为数字量单元。在满足以上功能的PLC产品中，西门子、三菱、欧姆龙PLC之间的价格差距大概是1.5：1.2：1.1左右。而且功能基本一致，只存在使用者的习惯问题。从配置和软件上面说，日系和德国的差距很大，比如通信速度、存大小、浮点运算能力，特别是软件上

24、，日系的比西门子至少落后几年。然而出于性价比以与结构的考虑，本设计选择了三菱的FX1S系列PLC，FX1S系列PLC把优良的特点都融合进一个很小的控制器中，并且能通过串行通信传输数据，所以它能用在紧凑型PLC不能使用的场合。4.4 PLC逻辑设计方案图图4.1 PLC电气接线图表 4.2 PLC控制输入点对应功能名称功能名称功能名称功能Y1锯料前进X1物料检测X6手动返回Y2锯料返回X2末端发讯X7全程/短程Y3主轴起动X3始端发讯X10气压检测Y4压料进气阀X4主轴起动X11压紧发讯X0锯料行进起动X5主轴停止X12压紧发讯图4.2 PLC电气原理图4.5 程序设计梯形图（指令表见附录）5牵

25、引机构拖动电机变频器调速设计在实际应用当中，板材切割机每次所切割的板材厚度都有相当大的差异，切割厚的和薄的板材的时候都以同样的速度，不仅造成极资源浪费，更会给电机造成不可挽回的损坏。这里我采用了变频调速来解决这个问题。变频调速技术由于其良好的调速平滑性、稳定性和可控制性以与良好的节能性，在现代工业机械中已获得越来越广泛的应用。在切割设备特别是在以木材、石材连续加工为重要容的板材生产中，其作用和发展前景更显得突出目前，在板材生产中，不论是木板切割、木板成型生产、石材切片生产、石材成型生产等都开始越来越广泛地采用变频调速技术。5.1 变频器调速原理变频器通常包含两个组成部分：整流器（rectifi

26、er）和逆变器（Inverter）。其中，整流器将输入的交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。除了这两个部分之外，变频器还有可能包含变压器和电池。其中，变压器用来改变电压并可以隔离输入/输出的电路，电池用来补偿变频器部线路上的能量损失。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的定子由铁心与绕组构成，转子绕组做成笼型，俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁

27、场的转速称为同步转速，用n1表示(r/min) （5.1）式中：f为三相交流电源频率，一般为50Hz。p为磁极对数。当p=1时，n1=3000r/min；p=2时，n1=1500r/min。可见磁极对数p越多，转速n1越慢。转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：（5.2）当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；起动后的极端情况n=n1，则s=0，即s在01之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=（16）。综合式（5.1）和式（5.2）可以得出（5.3）由式（5.3）可以看出，对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，则电机的

28、转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率（Variable Frequency）的同时还要调整电压（Variable Voltage），故简称VVVF（装置）。通过电工理论可知，转矩与磁通量（最大值）成正比，在转子参数值一定时，转矩与电源电压的平方成正比。变频器的工作是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR或IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率

29、的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级速。上述的两次变换可简化为ACDCAC（交直交）变频方式。在此本设计选用日立变频调速器，型号为L300Pl10HF的机型作为调速控制，实现拖动电机的正反转，手动/自动调速以与故障信号指示。5.2 变频调速手动控制的设计5.2.1 手动控制接线方案在控制盒上设定一个两位转换开关(左位：启动。右位：停止)，一个10K2W可变电阻器旋钮(左慢-右快)。安装两个信号灯1个为运行信号指示灯绿色，1个为故障信号指示灯红色。图5.1 手动控制变频器接线图5.2.2 变频调速器的设定在使用变频器之前要

30、对变频器进行设定。各项设定的容见表5.1所示 。表5.1 变频器参数设定代码名称描述设定F001输出频率设定0.0Hz启动频率0.0HzF002加速时间（1）0.01-99.99/100.0-999.9/1000.-3600. sec1.0sF003减速时间（1）0.01-99.99/100.0-999.9/1000.-3600. sec0.5sA001频率设定选择00(电位器)/0l(端子)02(操作器)/03( RS485 )04(选件(1)/05(选件(2)01A002运行设定选择0l(端子)02(操作器)/03( RS485 )/04(选件(1)/05(选件(2)00A003基频设定3

31、0.00Hz-最大频率50A004最大频率设定30.00Hz400.00Hz50A082电机电压选择200/215/230/240，380/400/415/440/460/480380b091停止方式选择00(减速停)/01(自由停)00b092冷却风扇控制00(风扇总是ON)/01(风扇运行时和停机5分钟ON.其余OFF)015.2.3 变频调速器的监控在使用变频器时可以按照表5.2的代码按动控制面板的按键，就可监控到变频器的各种状态。表5.2 变频器监视对照表代码名称描述设定d001输出频率监视当显示d001时，指示灯“Hz”亮0.00-99.99；显示值以0.01Hz为单位,100.0-

32、400.0；显示值以0.1Hz为单位d002输出电流监视当显示d002时，指示灯“A”亮0.0-999.9；显示值以0.1A为单位d003转向监视当显示d003时，指示灯“RUN”亮F：正转；0：停止；r：反转d007频率变换监视当显示d007时0.00-99.99：显示值以0.01Hz为单位d013输出电压监视当显示d013时，指示灯“V”亮0.0-600.0：显示值以0.1V为单位d014输入功率监视当显示d014时，指示灯“Kw”亮0.0-999.9：显示值以0.1Kw为单位。介于对变频调速实现自动控制所需要的技术成本太高，不符合本设计板材切割机对经济条件的初衷。在此，本设计不实现对于牵

33、引机构变频调速的自动控制。5.3 变频系统的干扰和抑制应用变频调速，一个很重要而又往往被忽视的问题是系统的干扰问题。系统干扰是指影响电气系统正常工作的有害电磁现象。由于交流变频系统是以电气技术、微电子技术和控制技术综合应用的复杂系统，因而抗干扰力差。另外，系统工作的外界环境如高温、灰尘、雷电等也会对系统产生干扰，使其不能正常工作。根据干扰的来源，可分为三类：高次谐波干扰、外来干扰、逆变器产生的干扰。本设计中，只涉与到变频器的应用，对于干扰，只进行外来干扰防止部分。 5.3.1 外来干扰与抑制外来干扰分为：静电耦合干扰、电磁感应干扰、电波干扰、接触不良干扰、电源线传导干扰，等等。各种工作机在工作

34、过程中，不可避免地会受到上述各种电气的、电磁的，乃至机械因素造成的干扰。这些干扰无疑将影响变频系统的电气性能，有时甚至严重影响变频系统的电气性能，甚至于导致系统失效。这样的外来干扰，是不容许的。必须采取措施加以抑制。为了抑制外来干扰，我主要采用以下一些方法。 1）抑制静电耦合干扰。减少电缆间的杂散电容，其方法是屏蔽或分离电缆； 2）抑制电磁感应干扰。应尽量使电缆分离铺设，尽可能使用绞合间距小的绞合线3）防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。因

35、此，在本设计中，选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器与仪表之间的连线选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层接地。4）抑制电源线传导干扰。可采用措施：逆变器的控制电源由另外系统供电，在控制电源的输入侧装设线路滤波器，装设干扰绝缘变压器。 5）防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护，但是，如果输入端高电压作用时间长，会使变频器输入端损坏。因此，本设计要求，切割机使用前需要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压。5.3.2 变频器的接地与防雷尽管有以上抑制干扰措施，但为了保证本板材切割机切割过程中变频器的正常使用，在以上基础上增加

36、以下保障措施：接地：变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好，接地导线截面积采用不小于2mm，长度在20m以的导线。变频器的接地时与主轴电机和拖动电机接地点分开，不共地。信号输入线的屏蔽层，接至E(G)上，为防止引起信号变化波，其另一端绝不接于地端。变频器与控制柜之间电气连通，利用铜芯导线跨接。防雷：在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。在本设计中，为了防止电源线架空引入的情况下，变频器的吸收网络是不能满足要求的情况，在进线处装设变频专用避雷器。6板材切割机的成品实现本板材切割机，是一款以实用为主，并

37、能简单自动控制，且实现调速运行的切割机。切割机包括支架，支架上设有导轨，切割机构安装在行走机架上，行走机架上的行走轮与导轨构成滚动配合，行走机架由牵引机构牵引，在导轨限定的方向上移动。由上述技术方案可知，本切割机只实现切割机构在单方向上的直向往返移动，由于切割机构安装于行走机架上，所以在行走机架在导轨上移动的同时，切割机构也随之运动，同时对板材进行切割。6.1 切割机具体部件如图6.1，6.2，6.3所示：1）底座部分，其具体组成如下：包括支架(10)，两端压料气缸(112)，(113)支架(10)上设有导轨(11)，切割机构安装在行走机架(20)上，行走机架(20)上的行走轮(21)与导轨(

38、11)构成滚动配合，行走机架(20)由牵引机构牵引在导轨(11)限定的方向上移动。2）此板材切割机设计用于木材或石材的切割，所以切割机构设计为：切割机构包括一旋转式的锯盘（或者砂轮）(30)，锯盘(30)的回转面平行于导轨(11)的限定方向，锯盘(30)的切割动力由电机(31)提供。3）此板材切割机设计能在切割方向上往复运动，根据功能要求，板材切割机牵引机构包括钢丝绳(40) ，钢丝绳(40)两端分别与行走机架(20)相连以形成一个封闭线路，钢丝绳(40)的拖动方向与导轨(11)限定的移动方向相吻合，钢丝绳(40)的牵引动力由可逆电机(41)提供。4）根据功能要求所述的板材切割机，其切割机构在

39、于：电机(31)与锯盘(30)之间设有相互配合的皮带轮(32) ， (33)，皮带轮(33)的轮轴与切割刀(30)的回转轴同轴设置，皮带轮(32)、(33)的轮轴相互平行。5）根据切割过程的安全要求，此板材切割机，特设立以下安全防护：显露在行走机架(20)上方的锯盘(30)上设有防护罩(301)，电机(31)设置在行走机架(20)上。6）根据设计的功能要求，此板材切割机调速功能在于：可逆电机(41)的输入端连有变频器，同时可逆电机(41)的输出端连有减速箱(42)，减速箱(42)的输出端连有滚轮(12)，滚轮(12)的轮轴与锯盘(30)的回转轴相平行，钢丝绳(40)与滚轮(12)构成滚动配合。

40、7）根据机械设计的稳定性要求，此板材切割机在设计上把滚轮(12)分别设置在导轨(11)限定方向的两端且轮轴位于同一水平线上，钢丝绳(40)与行走机架(20)之间间隔设有胀紧轮(13)。6.2 切割机具体功能实现1）如图6.1所示，板材切割机包括支架(10)，支架(10)上设有导轨(11)，切割机构安装在行走机架(20)上，行走机架(20)上的行走轮(21)与导轨(11)构成滚动配合，行走机架(20)由牵引机构牵引在导轨(11)限定的方向上移动。2）为压紧物料，防止物料在切割过程中出现异动，在支架(10)的两端设有压料气缸(112)，(113)，在切割开始之前对物料进行压紧，压料气缸气源由外部提

41、供，分别由电磁阀控制。3）切割机构包括一旋转式的锯盘(30)，锯盘(30)的回转面平行于导轨(11)的限定方向，锯盘(30)的切割动力由电机(31)提供。电机(31)与锯盘(30)之间设有相互配合的皮带轮(32)、(33)，皮带轮(33)的轮轴与锯盘(30)的回转轴同轴设置，皮带轮(32)，(33)的轮轴相互平行。显露在行走机架(20)上方的切割刀(30)上设有防护罩(301)，电机(31)设置在行走机架(20)上。4）为满足本切割机设计方案，实现对于木材石材的兼容行，锯盘(30)采用可更替锯盘，可兼容砂轮锯盘和锯齿锯盘，因为锯盘直径较大，可以切割较厚的板材，选择在切割刀(30)上设有防护罩(

42、301)，是为了防止在切割过程中，切割刀(30)对人身造成伤害。5）牵引机构包括钢丝绳(40)，钢丝绳(40)两端分别与行走机架(20)相连以形成一个封闭线路，钢丝绳(40)的牵引方向与导轨(11)限定的移动方向相吻合，钢丝绳(40)的牵引动力由可逆电机(41)提供。可逆电机(41)的输入/输出端分别连有变频器和减速箱(42)，减速箱(42)的输出端连有滚轮(12)，滚轮(12)的轮轴与切割刀(30)的回转轴相平行，钢丝绳(40)与滚轮(12)构成滚动配合。滚轮(12)分别设置在导轨(11)限定方向的两端且轮轴位于同一水平线上，钢丝绳(40)与行走机架(20)之间间隔设有胀紧轮(13)。6）为

43、了使切割机构工作更加稳定，选择在钢丝绳(40)与行走机架(20)之间设有胀紧轮(13)，胀紧轮(13)可以对钢丝绳(40)起引导和胀紧的作用。选择将钢丝绳(40)的拖动电机设置成可逆电机(41)，是为了在切割结束后，使行走机架在导轨(11)上回程到起点，对第二块板材进行切割。7）此切割机采用钢丝绳(40)来放弃机床中普遍采用的丝杆螺母机构，钢丝牵引相对于丝杆牵引，其成本相对较低，同时运动简便而可靠，并可以切割大规格的板材，极增强了本设计切割机的适用性。6.3 成品板材切割机实现通过电气控制部分的设计，本设计选用了基于PLC的逻辑控制系统，并且采用了手动的调速方式对锯料行进进行调节。实现的功能如

44、下：PLC选择全程切割方式：放上板材在支架(10)上，按下主轴起动按钮，支架(10)的两端压料气缸(112)，(113)电磁阀打开，自动实现对于板材的压紧，压紧到位后自动启动电机(31)通过皮带轮(32)、(33)带动锯盘(30)。切割机构启动完毕。此时，可根据板材的厚度，调节电阻器旋钮，通过调节RP，改变拖动电机的行进速度。按下锯料行进起动按钮，通过变频器起动拖动电机(41)，拖动电机(41)通过钢丝绳(40)的牵引行走机架(20)沿着导轨(11)对物料进行切割。当PLC检测到物料切割完毕，通过变频器反转拖动电机(41)，拖动电机(41)通过钢丝绳(40)的牵引行走机架(20)沿着导轨(11

45、)返回。在此过程中，可以直接按下手动返回按钮，实现对于切割机构的提前返回。按下主轴停止按钮，支架(10)的两端压料气缸(112)，(113)电磁阀关闭，自动松开板材，此时板材切割完毕，可取下切割好的板材。PLC选择短程程切割方式：板材放在支架(10)上，按下主轴起动按钮，支架(10)的两端压料气缸(112)，(113)电磁阀打开，外接气源对压料气缸充气，实现对于板材的压紧，压紧到位后自动启动电机(31)通过皮带轮(32)、(33)带动锯盘(30)。根据板材的厚度，调节电阻器旋钮，改变拖动电机的行进速度。按下锯料行进起动按钮，通过变频器起动拖动电机(41)，拖动电机(41)通过钢丝绳(40)的牵

46、引行走机架(20)沿着导轨(11)对物料进行切割。当PLC检测不到物料时，PLC控制变频器反转拖动电机(41)，拖动电机(41)通过钢丝绳(40)的牵引行走机架(20)沿着导轨(11)返回。在此过程中，可以直接按下手动返回按钮，实现对于切割机构的提前返回。按下主轴停止按钮，支架(10)的两端压料气缸(112)，(113)松开板材，此时板材切割完成，此时可取下切割好的板材。6.4 板材切割机成品设计示意图图6.1 切割机侧视图图6.2 切割机俯视图图6.3 切割机后视图参考文献1 林永忠.PLC在石材切割机中的应用J.:电脑,2004(2).2 三菱PX1S系列可编程控制器使用说明书.三菱电机自动化M广岛：日本Y992D87601A,2000(8).3 有生国外切割机研究与发展现状简介.加气混凝土J2005，(2)4 立定，吴玉香，开才电气控制与可编程控制器M：华南理工大学，2001.5 日立交频调速器L300P系列使用说明手册日立制造所M东京：日本NB60BCXB，2004(8)6 黄刚.电动机的变频调速技术的现状与发展J.电子质量.1996(9).7 文敏.异步电动机变频调速技术