大理石拋光機的電氣控制系統設計

袁冠杰

【摘要】由于天然大理石具有不規則性，有缺邊，掉角，所以在很長一段時間內，大理石的表面拋光都采用人手進行拋光，成本高，效率低。為了更好的解決人力成本與效率的問題，本文展開對大理石大板拋光機的自動控制系統進行全面分析，以實現大理石板材的全自動拋光。

【關鍵詞】大理石拋光機 PLC 變頻器 閉環控制 V/F控制 編碼器

前言

在天然石材墻地磚的加工史上，由于石材板面的不規則性，對加工設備的要求極高，導致很長一段時間內，還處在落后的人手進行打磨拋光。人工拋光的勞動強度極大，而且不是流水線作業，生產效率極低，石板材板面大，容易碎裂，對人生安全構成了一定威脅，固自動化的拋光生產線需求極大。

雖然我國石材設備制造業已初具規模，但是加工水平依然處于比較初級的階段。多數設備功能單一，而且依賴造價較高、對環境要求苛刻以及維修維護困難的進口設備。隨著電氣技術的快速發展，特別是高性能PLC，矢量控制變頻器的功能變的更加強大，為更好的適應石材加產業發展，提高石材拋光機的拋光效率，本設計從多方面為石材拋光機配備先進的自動化控制系統。

[系統功能說明]

1. 概述

本機的電氣系統主要用于控制皮帶傳動機構，橫梁擺動機構，磨拋電機，磨拋電機升降機構，以及各機構監測和保護，以實現拋光機的全自動控制。電氣系統主要采用西門子300系列PLC，安川A1000系列變頻器，輔以電子尺、光電傳感器、編碼器、壓力檢測開關等低壓電氣構成。

2. 安川A1000系列變頻器

安川A1000系列變頻器屬于高性能矢量變頻器，其具有出色轉矩特性，能夠實現高起動轉矩，只有0.5HZ的頻率輸出的情況下都有200%力矩輸出。而且采用過勵磁制動，有效縮短了減速時間，使機械傷害降到最低。

3. 西門子PLC

本機采用的西門子314C-2DP系列PLC，運行速度快，而且采用profibus-dp通信協議，具有良好的抗干擾能力與通用性。314C系列PLC本身帶有4個高速計數器，4個模擬量輸入，2個模擬量輸出，還有多個數字量輸入輸出點，具有良好的經濟適用性。

4. 進板掃描機構

采用64個光電開關對板材的橫向規格進行掃描，再輔以編碼器記錄板材的縱向規格。兩者均進入PLC，可以把在PLC內部把整個板材外形轉化成矩陣的形式，記錄下矩陣的那個點缺板掉角，就可以很簡單的進行數據運算。同時每個拋光磨頭的位置也記錄在大矩陣當中，當拋光磨頭的矩陣與板材矩陣重疊的時候，就可以判斷該板材已經到達該磨頭下方，磨頭可以降下來磨板。這就能實現板材缺損檢測功能，使磨頭能夠自動避讓。

5. 橫梁擺動機構

大理石拋光機擺動橫梁上掛有16個磨拋電機，負重極大，而且來回擺動，擺動幅度也只有2.1米。要使板材拋光后光潔亮麗，必須高速打磨，固擺動速度與磨頭速都要很快。對橫梁擺動機構的控制，是一個嚴酷的要求。

大本機采用安川A1000系列變頻器，變頻器的選取必須滿足

PCN≥K1KPM/ηcosΦ

K1:容量過載系數，通常取1.1~1.2倍，

K：電流波形的修正系數，（PWM）方式取1.05~1.1

η：電動機的效率，通常取約0.85

cosΦ：電動機的功率因數，通常約0.75

PM:負載所需求的電動機軸的輸出功率（KW）

由于是橫梁是短距離來回擺動，固會出現頻繁的高速換向，需要選用2個4045B，連接的電阻器型號為20KW,13.6歐姆，以釋放換向時的巨大電流。由于慣性極大，而且剛啟動時候要獲得較大的起動轉距，調試過程中都要實施電機參數自學習，達到最優化的運行模式。

橫梁上安裝有編碼器進行閉環控制，通過PLC的高速計數器模塊，可用于記錄橫梁擺動的位置，通過PLC控制變頻器在什么速度，什么位置換向。另外PLC也能通過編碼器正確判斷磨頭是不是在板材上方。磨頭在板材上方的時候，磨頭才能下來磨板。

6. 皮帶傳動機機構

皮帶傳動機構主要用于輸送板材，采用變頻控制，可以有效適應不同板材的加工工藝要求。傳動輥筒上安裝有編碼器，用于記錄板材前行的位置，只有當板材到達該磨頭，磨頭才能下降。沒有板材的時候，磨頭自動升起。皮帶傳動變頻器只采用簡單的V/F控制，因為皮帶是一直往前走，而且對速度等要求不高。

7. 磨頭升降機構與磨頭電機

整機上共有16個拋光磨頭電機，電機功率為11KW，同時啟動的話電流沖擊極大。固本系統采用按順序啟動，為防止磨拋效果不好，需要在拋光磨頭與橫梁都完全啟動的情況下才能夠使傳動皮帶轉動，板材行走，以使板材行走過程中一定會磨到。

磨頭升降采用氣缸電磁閥控制，直接通過PLC輸出點驅動升降。除了保障輸出狀態穩定狀態外，氣缸控制比液壓控制，更能避免剛性接觸使板材碎裂。

各個磨頭上都配有電子尺，采用模擬量輸入到PLC，通過線性轉換，磨頭升降高度20mm對應27648模擬量。磨頭配有電子尺就能精確的檢測到磨料磨損情況，當磨料用完的時候，報警停機，磨頭自動升起，這樣就磨頭就不會打爛板材，人也不用每時每刻觀察磨料損耗程度。

8. 保護機構

整機設有多個保護機構，以防止機器故障對人或機器帶來不必要的傷害。整機上裝有西門子MP277觸摸屏，用于監控報警與生產運行狀況。分別設有如下報警

a.磨料缺損保護

b.低氣壓保護

c.缺水保護

d.橫梁前后限位保護

e.翻門保護

f.編碼器損壞保護

9．結語

目前整機已經投入使用，而且使用效果很好，極大的提高了生產效率。當前高效、高質以及自動化程度高的機械越來越受到人們的青睞，伴隨著市場的不斷壯大，石材加工設備正朝著加工能力更強，性價比更高，更加智能化，人性化的方向發展。

10.參考文獻

[1]趙民.石材加工設備及工藝.北京：機械工業出版社，2004

[2]劉增文.任秀華等.淺談石材及其加工設備發展趨勢.石材，2004(2)

[3]龔仲華.變頻器從原理到完全應用.人民郵電出版社，2009