基于PLC和觸摸屏的不銹鋼管定長切割控制系統的研究與實現

摘要：針對不銹鋼管制管過程中，制管和剪切機構的工作特點和工作原理，研制了基于PLC和觸摸屏的自動定長、切割和統計的控制系統。針對制管切割控制系統的要求，給出了系統的控制方案，詳細闡述了PLC、旋轉編碼器、觸摸屏等硬件和軟件的設計。最后通過現場實際調試和生產運行，證明該設備完全達到了設計要求，極大地提高了生產效率。系統操作界面設計簡單，工藝員和普通的操作工人經過較短時間的培訓就可以熟悉系統的使用。

關鍵詞：PLC;觸摸屏;定長切割

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0026-02

不銹鋼鋼管是一種中空的長條圓形鋼材，主要廣泛用于醫療、食品、輕工等;另外也廣泛用于制造機械零件和工程結構;也常用作家具廚具等。因此其產量和消費都在迅速增長。管子定長切割加工在不銹鋼鋼管材生產中是不可缺少的生產流程。以前設備定長主要采用的是行程開關或光電開關控制，這種控制方式存在很多缺點，如長度要求改變時，就要移動行程開關或光電開關的安裝位置;另外加工的精度也不高。為了保證切割精度、產品質量和提高生產效率有必要研究新型的現代切割技術。

本設計以PLC作為控制器，采用變頻器調節鋼管的進給速度，利用PLC的高速計數器和旋轉編碼器實現鋼管長度檢測。利用組態軟件設計操作和顯示人機界面。通過人機界面既可以操作控制系統，又可以隨意修改鋼管長度，統計鋼管生產量、鋼管生產進度等。該控制系統現以投廠使用。實踐證明該系統完全達到了設計要求，極大地提高了生產效率。

1 不銹鋼鋼管切割組成與工作原理

不銹鋼管切割系統與制管連接，它主要由制管機進給部分、工作臺、切割進給機構、切割夾緊機構和自動放料機構等主成。由主電機和切割電機兩臺電機組成，夾緊和其它動作由液壓系統完成。主電機控制鋼管的進給，采用變頻調速，能夠進行啟動，停止，加速，減速的控制。主電機的控制可以采用外部開關控制，也可以采用觸摸屏控制。切割程序控制分自動、手動和后備切割三種。進入切割程序時先夾緊工件，再接通切割電機和切割電磁閥實現不銹鋼管的切割，切割完成后還設置自動放料裝置。

2 控制系統設計

2.1 系統硬件設計

系統的硬件是該不銹鋼鋼管切割控制系統的基礎，根據該設備的工藝特點，設計的控制系統主要由PLC、觸摸屏、變頻器、接觸器、電動機、中間繼電器等多個部分組成[1]。采用的控制器型號是FX2N-48MR的可編程邏輯器件，同時也可以根據生產條件，選用其他品牌或型號的PLC替換。變頻器選用普傳公司小功率變頻器。設定變頻器的參數是外部端子啟動控制模式和模擬量控制頻率的相關參數，頻率根據現場情況進行調節[2]。

為了提高PLC控制系統的可靠性，在設計控制系統的時候，PLC的輸出直接控制的是中間繼電器線圈，通過中間繼電器的觸點再來控制變頻器、電動機和液壓換向閥的電磁鐵。系統控制的三相異步電動機主要有兩臺，一臺送料控制的主電機，采用三相異步電動機，因要進行調速，所以采用變頻器控制方式。另外一臺是切割電機，采用的是電動機的直接啟動控制方式。電動機的主電路設計如圖1所示。

PLC作為定長切割機控制中心保證定長切割的精度。管料的壓緊由液壓缸驅動。送料機構使用步進電機作為驅動，采用增量式編碼器和PLC的高速計數器實現定長送料的精度。通過行程開關實現對各運動機構的行程控制。通過上位機實現參數輸入和對系統的各種操作命令輸入[3]。系統硬件設計框圖如圖2所示。本設計需要14個數字量輸入、6個數字量輸出。PLC的I/O接線圖如圖3所示。

2.2 系統軟件設計

PLC的軟件采用三菱GX-Developer-8.3的軟件編寫梯形圖的程序。PLC控制軟件的設計是整個控制系統設計的核心部分，根據不銹鋼管切割的控制和工藝要求，設計的程序包括主程序和一個切割子程序，主程序工作流程如圖4所示。

觸摸屏的界面設計，采用昆侖通態的MCGS嵌入版7.7，監控界面包括屏控主電機的正反轉啟動和停止，產量的計數、清除、產品長度的設定和產品當前長度的顯示等。不銹鋼鋼管定長切割的系統工作過程可通過動畫顯示，反映現場設備運行情況，方便、直觀。不銹鋼鋼管定長切割系統的監控界面如圖5所示。

3 結語

本設計已經正式用于多個不銹鋼生產產家，根據實踐生產的驗證，基于觸摸屏、PLC和變頻器的不銹鋼鋼管定長切割系統提高了生產的自動化程度和速度，減輕了工人的勞動強度，節約了人力資源，具有很強的實用性。

參考文獻

[1]江德松.基于PLC的玻璃杯自動切割機控制系統設計[J].西昌學院學報，2016（3）：37-39.

[2]陳經艷.基于PLC和變頻器的選礦毛毯機控制系統的設計[J].數字技術與應用，2017（3）：12-13.

[3]田麗欣，江培蕾.基于MCGS和PLC的定長切割機控制系統研究[J].沿海企業與科技，2015（1）：19-21.

Research and Implementation of Stainless Steel Pipe Length Cutting Control System Based on PLC and Touch Screen

CHEN Jing-yan

（Modern Equipment Manufacturing College ，Chenzhou Vocational Technical College， Chenzhou? Hunan? 423000）

Abstract：The control system of automatic length， cutting and statistics based on PLC and touch screen is developed according to the working characteristics and principle of pipe making and shear mechanism in stainless steel control tube. According to the requirements of the pipe cutting control system， the control scheme of the system is given， and the hardware and software design such as PLC， rotary encoder， touch screen are elaborated in detail. Finally， through the actual debugging and production operation， it is proved that the equipment fully meets the design requirements and greatly improves the production efficiency. The system interface is simple to design， and craftsmen and ordinary operators can be familiar with the use of the system after a short period of training.

Key words：PLC;touch screen; fixed length cutting