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摘要：切割机随着科学技术的进步，在功能上也有着很大的提升，被广泛的应用于工业生产中。本文主要对PLC静态切割机电气控制系统的设计进行了分析，希望能为大家提供借鉴。
关键词：切割机；PLC；控制系统；设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，切割机在工业生产应用中也有着很大的发展，目前切割机有着火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割等，其有着不同的功能和用途。
一、PLC电气控制系统的设计原则
PLC最适合的控制对象是：工业环境较差、对安全性和可靠性要求较高、系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业自动控制系统或装置。PLC可取代工业控制计算机，作为主控制器来完成复杂的工业自动控制任务。
PLC电气控制系统设计时，要遵循以下的原则：
（一）应满足控制对象的工艺要求，保证能够按照工艺流程准确并可靠的工作。
（二）系统构成应力求简单、实用，系统易操作、调整、检修方便。
（三）设计合理、经济，能有充分发挥PLC控制的优点。
二、设计前的准备工作
（一）工艺分析。必须要对生产的工艺特点、工艺流程、主要功能等进行分析总结，提出对PLC电气控制系统设计的工艺要求。
（二）机型选择。机型的选型必须要满足工艺的要求，要基于简单、实用、易操作的原则。
（三）外部电路及电路元件的选择。根据工艺要求设计出外部电路，并要选取电路元件，例如电机、刀开关、熔断器、接触器、热继电器等。
三、控制电路的设计
（一）PLC控制系统的控制要求
1、系统设有手动、单周期、单步、连续、回原点、五种工作方式，台面在最前面，刀架在最上面，为系统的原点状态。
2、台面机构前/后运动时，电机必须已启动，而电机停止时，台面机构前/后运动应立即停止。
3、磨刀必须在刀片旋转时才能工作。
4、五种工作状态下，按下总停止按钮后，除带锯、磨刀装置外，刀架、台面的动作应立即停止。
5、电源接通后控制台面刹车的接触器KM7立即通电。
（二）电气元件的配置
1、刀开关QS1：刀开关QS1串接控制主电路的单相电源，选用规格HD11-100/28型单投雙极刀开关1只。主要技术参数： 额定交流电压220V，额定交流电流100A。通断能力100A，1S短时耐受电流6kA，动态稳定电流峰值15kA。
2、熔断器FU4：选用RT18K-25型，主要技术参数：壳架等级额定电流25A，额定电流2A，额定电压AC 220V，额定断路分断能力：220V/50kA。
3、按钮SB1、SB2、SB5、SB15：选用NP4-20BN/2型，颜色为绿色，按钮SB3、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14：选用NP4-20BN/4型，颜色为红色，按钮SB4、SB6、SB7、SB8、SB9：选用NP4-20BN/6型，颜色为蓝色。NP4系列按钮其主要技术参数如下：额定绝缘电380V，额定交流工作电压AC 220V，约定发热电流10A，额定交流工作电流4.5A。额定直流工作电压24V,额定直流工作电流2.5A。
4、行程开关SQ1～SQ4：选用YBLX-K3/20HS/Z型，其主要技术参数：额定交流电压AC 380V，额定直流电压DC 220V，额定控制容量交流200VA直流50W,含1对常开和1对常闭触点，动作最大行程3mm，最大差程1.2mm，最大操动力30N，最小回复力5N,最大全行6.0mm。
5、信号指示灯：选用ND16-22B/4型，其主要技术参数： 额定交流电压220V，额定电流≤20mA，指示灯选红色。
6、接触器：选用NCH 8-20型，其主要计数参数：额定绝缘电压500V，额定工作电压AC 230V，约定发热电流20A，额定工作电流20A，控制功率4Kw。
7、接近开关：选用E2E-X20DM8，其主要技术参数：检测距离20mm±10%，设定距离*1：0～16mm，应差距离：检测距离的10%以下，标准检测物体：铁54×54×1mm，应答频率*2：0.1kHz，电源电压（使用电压范围）：DC12～24V 脉动(p-p)10％以下 （DC10～30V）。
8、拨盘开关：选用A7CN型，其主要技术参数：开关负载容量（阻性负载）：1mA～0.1A、DC5～30V，连续通电电流：1A，接触电阻，200mΩ以下，操作力：4.41N以下。
9、转换开关：选用LW5D16F/5型，其主要技术参数：绝缘电压500V，发热电流16A。
三、PLC的选择
（一）可编程序控制器物理结构的选择
根据物理结构，可以将可编程序控制器分为整体式和模块式，整体式每一I／O点的平均价格比模块式的便宜，控制系统般使用整体式可编程序控制器。
（二）可编程序控制器指令功能的选择
现代的可编程序控制器的指令功能越来越强，内部编程元件(如辅助继电器、定时器和计数器)的个数越来越多，任何一种可编程序控制器都可以满足开关量控制系统的要求。如果系统要求完成模拟量与数字量的转换、PID闭环控制、运动控制等工作，可编程序控制器应有算术运算、数据传送等功能，有时甚至要求有开平方、对数运算和浮点数运算等功能。
（三）可编程序控制器I／0点数的确定
确定I／O点数时，应准确地统计出被控设备对可编程序控制器输入／输出点数的总需求，在此基础上，应留有10％～20％的裕量，以备今后对系统改进和扩充时使用。整体式可编程序控制器的基本单元、扩展单元的输入点数和输出点数的比例是固定的，如与系统要求的输入／输出点数的比例相差较大，可以选用只有输入点或只有输山点的扩展单元或扩展模块。
（四）存储器容量的选择
在初步估算时，对于仅需开关量控制的系统，将I／O点数乘以8，就是所需存储器的字数，这一要求一般都能满足。
在选择可编程序控制器的型号时不应盲目追求过高的性能指标，在I／O点数和存储器容量方面应留有定的裕量。
四、系统的软件设计
为了满足生产需要，很多工业设备要求设置多种工作方式，如手动和自动（包括连续、单周期、单步等、自动返回初始状态）工作方式。手动程序比较简单，一般采用经验法设计，复杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计。具有多种工作方式的控制系统的梯形图总体结构如图2所示。选择手动工作方式时手动开关X1为ON，将跳过自动程序，执行公用程序和手动程序。选择自动工作方式时X1为OFF，将跳过手动程序，执行公用程序和自动程序。
图2
（一）公用程序。用于自动程序和手动程序互相切换处理，当系统处于手动工作方式时，必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器复位，同时将表示连续工作状态的继电器复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误动作。
（二）手动程序。手动操作时用对应的6个按钮控制切割机的抬刀、落刀、台面向前、台面向后、刀架停止、台面停止。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁，例如抬刀与落刀之间，台面向前与台面向后之间的互锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时为ON。根据控制要求，台面机构前/后运动时，电机必须已起动，而电机停止时，台面机构前/后运动应立即停止。所以Y0线圈与控制台面向前/后的Y3和Y4线圈串联。当按下总停按钮，常闭触点断开，不执行指令，刀架、台面的动作立即停止。磨刀必须在刀片旋转时才能工作，所以在控制磨刀的Y1线圈串联Y0的常开触点。
（三）自动程序。在自动程序的过程中是切割机自动的对泡沫材料进行切割，自动判断切片的厚度，切割刀片的切割深度，切片的深度是由测速齿轮和计数器共同完成，在刀架下移的过程中测速齿轮也在跟随转动，每转动一圈向计数器发送5个脉冲并判断切割的厚度。在自动程序中首先是要对切割厚度进行设置，厚度是由拨盘开关设定的，在落刀时，当材料的完成的落刀量达到设定值刀架停止移动，继而台面前移，对材料进行切割。
五、结语
PLC控制系统切割机，在设计时必须要满足工业生产环境、生产工艺等要求，尽量做到实用、经济合理、易操作、方便维修等特点，我们还需要不断的改进和创新，来满足越来越复杂的需求，力求为工业的生产提供有力的保障。
参考文献：
[1]王振超,刘广瑞,毕竞锴,黄真.基于PLC的切割机运动轨迹控制系统的设计 [J]. 机床与液压,2012,(2).
[2]何赛松,徐雷.PLC与PC机的串行通讯在数控管切割机中的应用[J]. 机械设计与制造,2012,(1).
[3]张建中,孔德文,姚忠福,辛莹莹,朱英.基于PLC控制的新型管道自动切割机[J].轻工机械,2012,(6).
关键词：切割机；PLC；控制系统；设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，切割机在工业生产应用中也有着很大的发展，目前切割机有着火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割等，其有着不同的功能和用途。
一、PLC电气控制系统的设计原则
PLC最适合的控制对象是：工业环境较差、对安全性和可靠性要求较高、系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业自动控制系统或装置。PLC可取代工业控制计算机，作为主控制器来完成复杂的工业自动控制任务。
PLC电气控制系统设计时，要遵循以下的原则：
（一）应满足控制对象的工艺要求，保证能够按照工艺流程准确并可靠的工作。
（二）系统构成应力求简单、实用，系统易操作、调整、检修方便。
（三）设计合理、经济，能有充分发挥PLC控制的优点。
二、设计前的准备工作
（一）工艺分析。必须要对生产的工艺特点、工艺流程、主要功能等进行分析总结，提出对PLC电气控制系统设计的工艺要求。
（二）机型选择。机型的选型必须要满足工艺的要求，要基于简单、实用、易操作的原则。
（三）外部电路及电路元件的选择。根据工艺要求设计出外部电路，并要选取电路元件，例如电机、刀开关、熔断器、接触器、热继电器等。
三、控制电路的设计
（一）PLC控制系统的控制要求
1、系统设有手动、单周期、单步、连续、回原点、五种工作方式，台面在最前面，刀架在最上面，为系统的原点状态。
2、台面机构前/后运动时，电机必须已启动，而电机停止时，台面机构前/后运动应立即停止。
3、磨刀必须在刀片旋转时才能工作。
4、五种工作状态下，按下总停止按钮后，除带锯、磨刀装置外，刀架、台面的动作应立即停止。
5、电源接通后控制台面刹车的接触器KM7立即通电。
（二）电气元件的配置
1、刀开关QS1：刀开关QS1串接控制主电路的单相电源，选用规格HD11-100/28型单投雙极刀开关1只。主要技术参数： 额定交流电压220V，额定交流电流100A。通断能力100A，1S短时耐受电流6kA，动态稳定电流峰值15kA。
2、熔断器FU4：选用RT18K-25型，主要技术参数：壳架等级额定电流25A，额定电流2A，额定电压AC 220V，额定断路分断能力：220V/50kA。
3、按钮SB1、SB2、SB5、SB15：选用NP4-20BN/2型，颜色为绿色，按钮SB3、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14：选用NP4-20BN/4型，颜色为红色，按钮SB4、SB6、SB7、SB8、SB9：选用NP4-20BN/6型，颜色为蓝色。NP4系列按钮其主要技术参数如下：额定绝缘电380V，额定交流工作电压AC 220V，约定发热电流10A，额定交流工作电流4.5A。额定直流工作电压24V,额定直流工作电流2.5A。
4、行程开关SQ1～SQ4：选用YBLX-K3/20HS/Z型，其主要技术参数：额定交流电压AC 380V，额定直流电压DC 220V，额定控制容量交流200VA直流50W,含1对常开和1对常闭触点，动作最大行程3mm，最大差程1.2mm，最大操动力30N，最小回复力5N,最大全行6.0mm。
5、信号指示灯：选用ND16-22B/4型，其主要技术参数： 额定交流电压220V，额定电流≤20mA，指示灯选红色。
6、接触器：选用NCH 8-20型，其主要计数参数：额定绝缘电压500V，额定工作电压AC 230V，约定发热电流20A，额定工作电流20A，控制功率4Kw。
7、接近开关：选用E2E-X20DM8，其主要技术参数：检测距离20mm±10%，设定距离*1：0～16mm，应差距离：检测距离的10%以下，标准检测物体：铁54×54×1mm，应答频率*2：0.1kHz，电源电压（使用电压范围）：DC12～24V 脉动(p-p)10％以下 （DC10～30V）。
8、拨盘开关：选用A7CN型，其主要技术参数：开关负载容量（阻性负载）：1mA～0.1A、DC5～30V，连续通电电流：1A，接触电阻，200mΩ以下，操作力：4.41N以下。
9、转换开关：选用LW5D16F/5型，其主要技术参数：绝缘电压500V，发热电流16A。
三、PLC的选择
（一）可编程序控制器物理结构的选择
根据物理结构，可以将可编程序控制器分为整体式和模块式，整体式每一I／O点的平均价格比模块式的便宜，控制系统般使用整体式可编程序控制器。
（二）可编程序控制器指令功能的选择
现代的可编程序控制器的指令功能越来越强，内部编程元件(如辅助继电器、定时器和计数器)的个数越来越多，任何一种可编程序控制器都可以满足开关量控制系统的要求。如果系统要求完成模拟量与数字量的转换、PID闭环控制、运动控制等工作，可编程序控制器应有算术运算、数据传送等功能，有时甚至要求有开平方、对数运算和浮点数运算等功能。
（三）可编程序控制器I／0点数的确定
确定I／O点数时，应准确地统计出被控设备对可编程序控制器输入／输出点数的总需求，在此基础上，应留有10％～20％的裕量，以备今后对系统改进和扩充时使用。整体式可编程序控制器的基本单元、扩展单元的输入点数和输出点数的比例是固定的，如与系统要求的输入／输出点数的比例相差较大，可以选用只有输入点或只有输山点的扩展单元或扩展模块。
（四）存储器容量的选择
在初步估算时，对于仅需开关量控制的系统，将I／O点数乘以8，就是所需存储器的字数，这一要求一般都能满足。
在选择可编程序控制器的型号时不应盲目追求过高的性能指标，在I／O点数和存储器容量方面应留有定的裕量。
四、系统的软件设计
为了满足生产需要，很多工业设备要求设置多种工作方式，如手动和自动（包括连续、单周期、单步等、自动返回初始状态）工作方式。手动程序比较简单，一般采用经验法设计，复杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计。具有多种工作方式的控制系统的梯形图总体结构如图2所示。选择手动工作方式时手动开关X1为ON，将跳过自动程序，执行公用程序和手动程序。选择自动工作方式时X1为OFF，将跳过手动程序，执行公用程序和自动程序。
图2
（一）公用程序。用于自动程序和手动程序互相切换处理，当系统处于手动工作方式时，必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器复位，同时将表示连续工作状态的继电器复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误动作。
（二）手动程序。手动操作时用对应的6个按钮控制切割机的抬刀、落刀、台面向前、台面向后、刀架停止、台面停止。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁，例如抬刀与落刀之间，台面向前与台面向后之间的互锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时为ON。根据控制要求，台面机构前/后运动时，电机必须已起动，而电机停止时，台面机构前/后运动应立即停止。所以Y0线圈与控制台面向前/后的Y3和Y4线圈串联。当按下总停按钮，常闭触点断开，不执行指令，刀架、台面的动作立即停止。磨刀必须在刀片旋转时才能工作，所以在控制磨刀的Y1线圈串联Y0的常开触点。
（三）自动程序。在自动程序的过程中是切割机自动的对泡沫材料进行切割，自动判断切片的厚度，切割刀片的切割深度，切片的深度是由测速齿轮和计数器共同完成，在刀架下移的过程中测速齿轮也在跟随转动，每转动一圈向计数器发送5个脉冲并判断切割的厚度。在自动程序中首先是要对切割厚度进行设置，厚度是由拨盘开关设定的，在落刀时，当材料的完成的落刀量达到设定值刀架停止移动，继而台面前移，对材料进行切割。
五、结语
PLC控制系统切割机，在设计时必须要满足工业生产环境、生产工艺等要求，尽量做到实用、经济合理、易操作、方便维修等特点，我们还需要不断的改进和创新，来满足越来越复杂的需求，力求为工业的生产提供有力的保障。
参考文献：
[1]王振超,刘广瑞,毕竞锴,黄真.基于PLC的切割机运动轨迹控制系统的设计 [J]. 机床与液压,2012,(2).
[2]何赛松,徐雷.PLC与PC机的串行通讯在数控管切割机中的应用[J]. 机械设计与制造,2012,(1).
[3]张建中,孔德文,姚忠福,辛莹莹,朱英.基于PLC控制的新型管道自动切割机[J].轻工机械,2012,(6).