大理石抛光机的电气控制系统设计

袁冠杰

【摘要】由于天然大理石具有不规则性，有缺边，掉角，所以在很长一段时间内，大理石的表面抛光都采用人手进行抛光，成本高，效率低。为了更好的解决人力成本与效率的问题，本文展开对大理石大板抛光机的自动控制系统进行全面分析，以实现大理石板材的全自动抛光。

【关键词】大理石抛光机 PLC 变频器 闭环控制 V/F控制 编码器

前言

在天然石材墙地砖的加工史上，由于石材板面的不规则性，对加工设备的要求极高，导致很长一段时间内，还处在落后的人手进行打磨抛光。人工抛光的劳动强度极大，而且不是流水线作业，生产效率极低，石板材板面大，容易碎裂，对人生安全构成了一定威胁，固自动化的抛光生产线需求极大。

虽然我国石材设备制造业已初具规模，但是加工水平依然处于比较初级的阶段。多数设备功能单一，而且依赖造价较高、对环境要求苛刻以及维修维护困难的进口设备。随着电气技术的快速发展，特别是高性能PLC，矢量控制变频器的功能变的更加强大，为更好的适应石材加产业发展，提高石材抛光机的抛光效率，本设计从多方面为石材抛光机配备先进的自动化控制系统。

[系统功能说明]

1. 概述

本机的电气系统主要用于控制皮带传动机构，横梁摆动机构，磨抛电机，磨抛电机升降机构，以及各机构监测和保护，以实现抛光机的全自动控制。电气系统主要采用西门子300系列PLC，安川A1000系列变频器，辅以电子尺、光电传感器、编码器、压力检测开关等低压电气构成。

2. 安川A1000系列变频器

安川A1000系列变频器属于高性能矢量变频器，其具有出色转矩特性，能够实现高起动转矩，只有0.5HZ的频率输出的情况下都有200%力矩输出。而且采用过励磁制动，有效缩短了减速时间，使机械伤害降到最低。

3. 西门子PLC

本机采用的西门子314C-2DP系列PLC，运行速度快，而且采用profibus-dp通信协议，具有良好的抗干扰能力与通用性。314C系列PLC本身带有4个高速计数器，4个模拟量输入，2个模拟量输出，还有多个数字量输入输出点，具有良好的经济适用性。

4. 进板扫描机构

采用64个光电开关对板材的横向规格进行扫描，再辅以编码器记录板材的纵向规格。两者均进入PLC，可以把在PLC内部把整个板材外形转化成矩阵的形式，记录下矩阵的那个点缺板掉角，就可以很简单的进行数据运算。同时每个抛光磨头的位置也记录在大矩阵当中，当抛光磨头的矩阵与板材矩阵重叠的时候，就可以判断该板材已经到达该磨头下方，磨头可以降下来磨板。这就能实现板材缺损检测功能，使磨头能够自动避让。

5. 横梁摆动机构

大理石抛光机摆动横梁上挂有16个磨抛电机，负重极大，而且来回摆动，摆动幅度也只有2.1米。要使板材抛光后光洁亮丽，必须高速打磨，固擺动速度与磨头速都要很快。对横梁摆动机构的控制，是一个严酷的要求。

大本机采用安川A1000系列变频器，变频器的选取必须满足

PCN≥K1KPM/ηcosΦ

K1:容量过载系数，通常取1.1~1.2倍，

K：电流波形的修正系数，（PWM）方式取1.05~1.1

η：电动机的效率，通常取约0.85

cosΦ：电动机的功率因数，通常约0.75

PM:负载所需求的电动机轴的输出功率（KW）

由于是横梁是短距离来回摆动，固会出现频繁的高速换向，需要选用2个4045B，连接的电阻器型号为20KW,13.6欧姆，以释放换向时的巨大电流。由于惯性极大，而且刚启动时候要获得较大的起动转距，调试过程中都要实施电机参数自学习，达到最优化的运行模式。

横梁上安装有编码器进行闭环控制，通过PLC的高速计数器模块，可用于记录横梁摆动的位置，通过PLC控制变频器在什么速度，什么位置换向。另外PLC也能通过编码器正确判断磨头是不是在板材上方。磨头在板材上方的时候，磨头才能下来磨板。

6. 皮带传动机机构

皮带传动机构主要用于输送板材，采用变频控制，可以有效适应不同板材的加工工艺要求。传动辊筒上安装有编码器，用于记录板材前行的位置，只有当板材到达该磨头，磨头才能下降。没有板材的时候，磨头自动升起。皮带传动变频器只采用简单的V/F控制，因为皮带是一直往前走，而且对速度等要求不高。

7. 磨头升降机构与磨头电机

整机上共有16个抛光磨头电机，电机功率为11KW，同时启动的话电流冲击极大。固本系统采用按顺序启动，为防止磨抛效果不好，需要在抛光磨头与横梁都完全启动的情况下才能够使传动皮带转动，板材行走，以使板材行走过程中一定会磨到。

磨头升降采用气缸电磁阀控制，直接通过PLC输出点驱动升降。除了保障输出状态稳定状态外，气缸控制比液压控制，更能避免刚性接触使板材碎裂。

各个磨头上都配有电子尺，采用模拟量输入到PLC，通过线性转换，磨头升降高度20mm对应27648模拟量。磨头配有电子尺就能精确的检测到磨料磨损情况，当磨料用完的时候，报警停机，磨头自动升起，这样就磨头就不会打烂板材，人也不用每时每刻观察磨料损耗程度。

8. 保护机构

整机设有多个保护机构，以防止机器故障对人或机器带来不必要的伤害。整机上装有西门子MP277触摸屏，用于监控报警与生产运行状况。分别设有如下报警

a.磨料缺损保护

b.低气压保护

c.缺水保护

d.横梁前后限位保护

e.翻门保护

f.编码器损坏保护

9．结语

目前整机已经投入使用，而且使用效果很好，极大的提高了生产效率。当前高效、高质以及自动化程度高的机械越来越受到人们的青睐，伴随着市场的不断壮大，石材加工设备正朝着加工能力更强，性价比更高，更加智能化，人性化的方向发展。

10.参考文献

[1]赵民.石材加工设备及工艺.北京：机械工业出版社，2004

[2]刘增文.任秀华等.浅谈石材及其加工设备发展趋势.石材，2004(2)

[3]龚仲华.变频器从原理到完全应用.人民邮电出版社，2009