基于觸摸屏和PLC的金相切割機控制系統(tǒng)

0 引 言
金相切割機是金相取樣分析過程中的重要設(shè)備之一，主要用于金相試樣的截取和各種材料的下料、切口等，廣泛應(yīng)用于機械、冶金、汽車、航空航天等領(lǐng)域。目前，國內(nèi)金相試樣切割設(shè)備形式多樣，以微處理器為基礎(chǔ)的各種制樣設(shè)備代表著金相制備的先進技術(shù)，但是自動化程度較低，不能直接對較大零件進行取樣。為了滿足行業(yè)的要求，促進金相事業(yè)的發(fā)展，需要設(shè)計高精度、高性能和方便操作的金相切割控制系統(tǒng)。這里根據(jù)金相取樣的特殊要求，設(shè)計以PLC為核心的控制系統(tǒng)，采用觸摸屏作為人機交互設(shè)備，彌補了PLC在人機交互方面的不足，大大減少了輸入／輸出點數(shù)，方便操作與維修，為用戶提供了友好的人機界面。

1 工作原理
金相切割機控制系統(tǒng)是金相取樣的專用設(shè)備。為了保護金屬試樣的組織結(jié)構(gòu)和特性，對于不同屬性的金屬應(yīng)采取不同的切割速度和切割模式。在該系統(tǒng)中，設(shè)置了三個操作窗口(測試操作、手動操作、自動操作)和一個高級設(shè)置窗口，一個切割過程觀察窗口。其中，自動操作包括三種模式：勻速切割、進三退一切割、逐層切割。不同切割模式的用戶可以在觸摸屏的不同窗口設(shè)定需要的切割工藝參數(shù)，再通過PLC設(shè)定與之相應(yīng)的參數(shù)調(diào)用控制指令，驅(qū)動切割機按照要求對金相試樣進行切割。其中，PLC與變頻器通過串行通信方式對三相異步電機調(diào)速，采用USS協(xié)議對電機的運行狀態(tài)進行控制和監(jiān)視。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計要求及思路
根據(jù)金相切割機發(fā)展?fàn)顩r和市場需求，本著提高效率，增強可靠性能，提高性價比的原則，設(shè)計的金相切割機應(yīng)實現(xiàn)以下功能：能夠根據(jù)零件尺寸的不同選擇不同的切割方式；在過程控制中，能夠根據(jù)不同的切割材料、硬度、尺寸調(diào)節(jié)切割速度；根據(jù)零件寬度或長度，確定砂輪的進刀速度、軸的運動速度和位移量；根據(jù)砂輪片磨損情況和零件直徑，確定砂輪切割的快進位置和退刀位置；能自動控制監(jiān)控切割量、進給速度、主電機轉(zhuǎn)速等切割參數(shù)；人機交流界面便捷、美觀。
為了滿足切割及控制的技術(shù)要求，同時也為了提高機械產(chǎn)品的自動化程度，這里著重從PLC控制和觸摸屏設(shè)計兩方面對金相試樣切割機進行了研究。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計
切割機系統(tǒng)的主要組成見圖1所示的系統(tǒng)整體設(shè)計框圖。

系統(tǒng)的執(zhí)行部件主要包括一臺三相異步電機和三臺步進電機。三相異步電機采用變頻器進行變頻調(diào)速，步進電機由專用的驅(qū)動器驅(qū)動，控制系統(tǒng)核心PLC控制器發(fā)出控制命令信號，使異步電機和步進電機協(xié)調(diào)運動，完成切割過程。