摘　要：

摘　要：本文根據(jù)鋸石機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐要求，將可編程控制器與變頻器進(jìn)行組合，以期提高鋸石機(jī)自動(dòng)化工作水平，從而促進(jìn)石材加工企業(yè)尤其是鋸石機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效益。經(jīng)過在石材加工企業(yè)安裝并運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)該企業(yè)的生產(chǎn)能力，石材的加工質(zhì)量都得到了很大水平的提高。筆者對該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研發(fā)背景、基本原理，以及應(yīng)用過程中需要注意的問題進(jìn)行了簡要的介紹，希望能幫助各石材加工企業(yè)進(jìn)行設(shè)備的進(jìn)一步的改造與升級。

關(guān)鍵詞：

關(guān)鍵詞：鋸石機(jī)　可編程控制器　控制系統(tǒng)

 1　研究背景

　　隨著我國城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，石材在城鎮(zhèn)化建設(shè)中的使用比例越來越高。特別是消費(fèi)者審美標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，現(xiàn)行的石材加工設(shè)備的加工質(zhì)量差強(qiáng)人意。從宏觀來看，國家環(huán)保部門對石材加工企業(yè)的制造污染指標(biāo)方面提出了更高的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，從而應(yīng)對霧霾，節(jié)能減排實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。所以石材加工企業(yè)，需要具有一定自動(dòng)化水平的石材加工器材，特別是對鋸石機(jī)的市場需求極為強(qiáng)烈。

　　鋸石機(jī)的研發(fā)有著很長的一段歷程，在新中國建立初期，我們的科研人員通過不懈的努力，終于研發(fā)出我國的第一顆人造鉆石，為石材加工奠定了基礎(chǔ)。由于當(dāng)時(shí)的政治、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等原因，這一發(fā)現(xiàn)并沒有得到大范圍的推廣和利用。直到改革開放以后，我國堅(jiān)持以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心，大力重視對能源和礦產(chǎn)的開發(fā)，，大力推進(jìn)城市化進(jìn)程，造成了天然石材的需求量不斷升高。為了緩解這一技術(shù)方面的難點(diǎn)，石材加工企業(yè)起初成套進(jìn)購西方發(fā)達(dá)國家的石材加工設(shè)備。這在一定程度上，緩解了石材加工企業(yè)的設(shè)備壓力，但并未從根源上解決這一問題。后期我國派出大量的技術(shù)人員赴國外的發(fā)達(dá)國家進(jìn)行學(xué)習(xí)，經(jīng)過一段時(shí)間的培育，我國石材加工設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)能夠自主研發(fā)出大量的具有國際領(lǐng)先水平的石材加工設(shè)備在滿足國內(nèi)需求的同時(shí)，還可以出口創(chuàng)匯。

　　傳統(tǒng)的石材加工設(shè)備多采用國產(chǎn)的鋸石機(jī)，但由于研發(fā)水平的限制，該設(shè)備依然采用的是機(jī)械行程開關(guān)設(shè)計(jì)，可靠性比較低，后期的維護(hù)成本比較高，生產(chǎn)效率無法滿足人們對石材的數(shù)量和質(zhì)量要求。因此，大力提高鋸石機(jī)的自動(dòng)化水平并設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)，從而提高石材加工的精度與效率并減少一系列的污染顯得極為緊迫尤其是隨著中國進(jìn)入老齡化社會(huì)步伐的加快，企業(yè)每年都會(huì)出現(xiàn)“用工荒”的現(xiàn)實(shí)問題，招工難度有增無減，加之工人尤其是具有一定專業(yè)水平的技術(shù)工人的工資年年升高，不斷增大石材加工企業(yè)的用工成本。然而，20世紀(jì)80年代以來，計(jì)算機(jī)的普及與應(yīng)用掀起了人類歷史上的第三次科技革命。如何將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化水平應(yīng)用到石材加工企業(yè)中，特別是石材加工的主要設(shè)備，鋸石機(jī)是一個(gè)具有時(shí)代意義的研發(fā)課題。

　　2　國內(nèi)鋸石機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

　　伴隨著我國石材行業(yè)的快速發(fā)展, 石材生產(chǎn)企業(yè)對石材加工機(jī)械提出了更高的要求, 在充分借鑒和吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 許多石材機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，自主研制了一種全自動(dòng)大徑圓盤鋸石機(jī), 根據(jù)實(shí)用比對，這種全自動(dòng)的大徑圓盤鋸石機(jī)具有可加工荒料規(guī)格較大、自動(dòng)化程度比較高、生產(chǎn)效率比較高、切割板材質(zhì)比較好等優(yōu)點(diǎn)。美中不足的是，國產(chǎn)圓盤鋸的鋸片直徑一般比較小, 所以不能切割大規(guī)格板材,而且自動(dòng)化程度目前來看還處于一個(gè)比較低的水平。雖然在切割質(zhì)量方面，進(jìn)口圓盤式鋸石機(jī)質(zhì)量比較高一些, 但鋸石機(jī)的銷售價(jià)格普遍比較昂貴，根據(jù)目前國內(nèi)市場上圓盤鋸石機(jī)的銷售調(diào)查，可大致將其分為多片式圓盤鋸石機(jī)和單片式圓鋸石機(jī)。

　　多片式圓盤鋸石機(jī)是目前來說，生產(chǎn)效率比較高的一種鋸石機(jī)。它的最大安裝直徑可以達(dá)到1200mm的金剛石圓鋸片, 這種多片式的圓盤鋸石機(jī)主要用于生產(chǎn)400mm石材板材。這種多片式圓盤鋸石機(jī)可安裝鋸片一般設(shè)計(jì)為30多片, 為了實(shí)際加工生產(chǎn)的需要，最多安裝的刀片數(shù)可以達(dá)到50片。這種多片式圓盤鋸石機(jī)在生產(chǎn)小規(guī)格板材中發(fā)揮了優(yōu)勢,由于鋸片直徑比較小的緣故，該鋸石機(jī)型在大石板生產(chǎn)過程中在卻受到了限制, 嚴(yán)重的影響了它的推廣與使用速度，所以發(fā)展略顯緩慢。與多片式圓盤鋸石機(jī)相比較，單片式圓盤鋸石機(jī)是目前國內(nèi)各家板材加工廠家普遍采用一種鋸石機(jī), 這種單片式鋸石機(jī)大致可分為單臂式圓盤鋸石機(jī)以及雙柱圓盤鋸石機(jī)和四柱圓盤鋸石機(jī)。另外，還有一些國內(nèi)比較大的鋸石機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，通過技術(shù)研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出了雙型導(dǎo)軌與雙燕尾導(dǎo)軌結(jié)合的高精密大圓鋸石機(jī)，這種鋸石機(jī)主要由橫梁系統(tǒng)、內(nèi)框架結(jié)構(gòu)、外框架結(jié)構(gòu)及主軸系統(tǒng)、臺(tái)車系統(tǒng)和電控柜組成，具有很大的切割靈活性而且結(jié)構(gòu)布局比較合理，強(qiáng)度較高，抗壓能力比較強(qiáng)，不易變形，尤其是這種型號的鋸石機(jī)從內(nèi)到外，其框架都直接采取了剛性的連接方式，所以在實(shí)際運(yùn)行過程中，具有了非常好的穩(wěn)定性能。

　　但從目前的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的鋸石機(jī)發(fā)展和西方發(fā)達(dá)國家相比，還有很大的一段距離。主要表現(xiàn)在鋸石機(jī)的操作還停留在人工操作，產(chǎn)品無法借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)。因此，通過從市場的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合目前的國內(nèi)鋸石機(jī)的操作流程與操作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套操作系統(tǒng)對于提高鋸石機(jī)工作效率與鋸石機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力具有非常重要的意義。 

　　3　鋸石機(jī)控制系統(tǒng)介紹

3.1　鋸石機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成    

　　該控制系統(tǒng)主要是由人機(jī)界面、電氣控制裝置、動(dòng)力執(zhí)行裝置和狀態(tài)檢測裝置等四大部分組成，其中人機(jī)界面有兩個(gè)基本元件：文本顯示器和按鈕；電氣控制裝置由交流接觸器和變頻器組成；動(dòng)力執(zhí)行裝置由刀盤電動(dòng)機(jī)、左右走刀電動(dòng)機(jī)、上下升降電動(dòng)機(jī)、臺(tái)車電動(dòng)機(jī)組成；狀態(tài)檢測裝置由限位開關(guān)和測速傳感器組成。具體來說，刀盤電動(dòng)機(jī)的功能是驅(qū)動(dòng)刀盤來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由于它需要消耗的功率比較大，所以，在該控制系統(tǒng)中我們選用的是30kW的電動(dòng)機(jī)；其它電動(dòng)機(jī)根據(jù)工作職能的不同，搭配了不同功率的電動(dòng)機(jī)。例如，走刀電動(dòng)機(jī)我們選用了1.5kW，從而使刀盤可以左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平方向的切割；升降電動(dòng)機(jī)我們選用了1.5kW，通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤來進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)吃刀量進(jìn)給；臺(tái)車電動(dòng)機(jī)我們選用了1.5kW，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)石料前后運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定尺，完成換頁切割。

　　3.2　鋸石機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求 

　　3.2.1　該鋸石機(jī)控制系統(tǒng)要有兩種控制方式

　　根據(jù)具體需求不同，啟用不同的控制方式。例如，在需要對鋸石機(jī)進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試和檢修時(shí)，需要啟動(dòng)手動(dòng)控制模式；在需要自動(dòng)切割石材時(shí)，我們則啟用自動(dòng)模式，從而提高切割的精度與效率，更主要的是增加操作的安全系數(shù)。

　　3.2.2　該鋸石機(jī)控制系統(tǒng)要具備自動(dòng)檢測和報(bào)警功能

　　例如，在石材切割過程中，一旦出現(xiàn)故障，鋸石機(jī)應(yīng)該立即停止自動(dòng)工作，并發(fā)出報(bào)警信號提醒系統(tǒng)操作人員來進(jìn)行檢修。另外，切割的首刀和中間刀以及最后的尾刀要可以根據(jù)石材加工的程度來進(jìn)行分布的設(shè)定，一旦切割任務(wù)完成要發(fā)出結(jié)束信號，提醒工人來進(jìn)行原材料的補(bǔ)充。

　　3.2.3　切割鋸路的設(shè)計(jì)要求

　　例如，在進(jìn)行首刀切割時(shí)，走刀電機(jī)要以低速（變頻器頻率通常設(shè)定30 Hz ）運(yùn)行；在進(jìn)行第二刀切割時(shí)，走刀電機(jī)的速度要比首刀切割時(shí)的速度稍高（變頻器頻率通常設(shè)定40Hz ）。首刀走刀和第二刀走刀應(yīng)該按照石材的實(shí)際長度再加上20cm長度來運(yùn)行，切割至石材邊緣時(shí)，升降電機(jī)要輸入一個(gè)切割量，左右走刀電機(jī)應(yīng)該按設(shè)定的延時(shí)時(shí)間來完成返回切割。  

　　3.2.4　正常切割階段要求

　　鋸石機(jī)在第二刀切割完成后，刀盤在下降一個(gè)進(jìn)給量的同時(shí)，走刀電機(jī)要返回運(yùn)行，切割至石材的邊緣，并且當(dāng)檢測到是處于空載電流狀態(tài)時(shí)，刀盤要開始下降一個(gè)進(jìn)給量，并且經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，走刀電機(jī)要返回運(yùn)行，當(dāng)切割至石材另一邊緣時(shí)，再次檢測到空載電流狀態(tài)時(shí)，刀盤又下降一個(gè)進(jìn)給量，又經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后走刀電機(jī)返回運(yùn)行，如此循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)對加工石材的左右切割，直至升降電機(jī)控制的滑板碰到下限位的行程開關(guān)。值得注意的是，在切割過程中，如果刀盤電機(jī)電流高于設(shè)定的上限電流，該控制系統(tǒng)應(yīng)該立即中斷所有輸出，避免因電流過大，導(dǎo)致電機(jī)損毀，從而保護(hù)電機(jī)的正常工作。  

　　4　鋸石機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  

　　4.1　可編程控制器的選擇 

　　在這一控制系統(tǒng)系統(tǒng)的組成中，可編程控制器的選擇尤為重要，因?yàn)樗�直接關(guān)系著操作命令執(zhí)行的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響著鋸石機(jī)的工作狀態(tài)。所以經(jīng)過多方面的參考與比對并結(jié)合國產(chǎn)鋸石機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)以及對數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定性的要求，我們最終選用的是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器。該編程控制器總共包含30個(gè)點(diǎn)數(shù)，其中18個(gè)是輸入點(diǎn)、12個(gè)是繼電器型輸出點(diǎn)。另外還有1個(gè)RS-232通訊/編程口，一個(gè)RS-485通訊/編程口。在本系統(tǒng)中可編程控制器通過控制變頻器的多段速和外部端子方式與變頻器進(jìn)行直接通訊；通過RS-232串行口與文本顯示器來完成人機(jī)界面的數(shù)據(jù)通訊。西門子公司推出KGL-WC編程軟件，提供了一個(gè)完整的中文編程環(huán)境，可以進(jìn)行離線編程、在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表之間的互相轉(zhuǎn)換，具有很強(qiáng)的可操作性。  

　　4.2　變頻器的選擇