路如旃 方千山 華僑大學(xué)機電及自動化工程學(xué)院

林天華 莆田市華隆石材機械有限公司

摘要：通過對礦山切石機的電氣控制系統(tǒng)的研究，提出了基于PLC控制的礦山切石機控制系統(tǒng)及技術(shù)實現(xiàn)。對礦山切石機進(jìn)行了控制，并在莆田華隆機械有限公司生產(chǎn)的機械設(shè)備上進(jìn)行了試驗，證明了該系統(tǒng)的可行性和安全性，現(xiàn)已投入使用。

關(guān)鍵詞：石材機械切石機PLC控制

在我國石材行業(yè)，一直主導(dǎo)礦山開采的方法是可控性極差的傳統(tǒng)爆破開采法和人工打契開采法，這種方法不但使工人勞動強度大，石料塊體積小，開采成本居高不下，經(jīng)濟效益不理想，安全缺乏保障，而且資源浪費大，礦山資源破壞嚴(yán)重，其產(chǎn)能的提高又加劇了礦體的消耗。因此，我國在“十一五”列入要淘汰的石材低效開采技術(shù)。

莆田華隆有限公司研發(fā)的礦山切石機是根據(jù)圓盤鋸原理和借鑒切割加工板材的原理，利用金剛石刀具的高速旋轉(zhuǎn)切割技術(shù)靈活運用到野外石料開采上，整機使用機電一體化組合，高性能比，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，具有高效、低耗、安全、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，從根本上解決傳統(tǒng)石料開采不安全、破壞資源、污染環(huán)境等問題。在大規(guī)模整體礦山采用單/雙刀礦山荒料切石可有效的提高開采速度，降低開采成本，而且可按客戶要求荒料的規(guī)格開采，開采速度快，開采出來的荒料平整，市場價值高。該技術(shù)不但填補國內(nèi)在礦山石材開采技術(shù)的空白，而且提高了中國石材開采機械在世界市場的競爭力。

1礦山荒料切石機的工作原理

礦山荒料切石機是先在礦山表面上鋪設(shè)軌道，然后主機部分通過主電機帶動金剛石圓盤鋸片高速旋轉(zhuǎn)，利用變頻調(diào)速，雙軌道牽引控制自動進(jìn)給，在軌道上返還切割作業(yè)，其切割深度由圓盤鋸片的直徑大小決定。目前設(shè)計的是使用3m的圓盤鋸片，其切割深度為1.35m，日產(chǎn)量約為75m3左右，定位準(zhǔn)確、操作簡便，只需兩個技術(shù)工人操作生產(chǎn)。礦山荒料切石機實圖見圖1。

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2切石機操作工藝流程

礦山荒料切石機的操作具備手動操作和自動操作功能。

手動操作：在控制面板上有A和B主機的啟動和停止按鈕。切石機的動作有前后運動，鋸片升降運動，換軌行走和礦山荒料切石機的整體升降運行，都是點動運行。

自動操作：自動時必須滿足條件主機啟動和水流開關(guān)打開。按下自動按鈕后，手動選擇切石機的行走方向(向前或向后)，之后切石機自動切割石塊。以選擇向前行走為例，當(dāng)碰到前限位開關(guān)時，切石機慢速行走，走過一段距離后停止(可設(shè)定)，接著向后行走，當(dāng)離開前限位開關(guān)后，切石機鋸片開始下降(下降的距離根據(jù)石材的硬度設(shè)定)，此時切石機的前后行走禁止。當(dāng)切石機鋸片停止下降后，切石機開始向后自動行走，如此反復(fù)。當(dāng)鋸片第一次碰到下限位開關(guān)時，切石機的鋸片不能上升，當(dāng)再次碰到前限位或后限位開關(guān)時，切石機的鋸片上升，主機停止工作，升降和前后運動停止。

但在切石機自動切割石塊時，鋸片在反復(fù)下降中，A鋸片和B鋸片由于各種因素的影響每次下降的高度有差異，切割完最后一刀的時間不一樣，此時要把切割完的那個鋸片升起來，并使其對應(yīng)的主機停止工作，而另一鋸片繼續(xù)切割。當(dāng)都切割完畢后，切石機停機。

當(dāng)發(fā)生故障時，在PLC的故障輸入/輸出都有信號，故障指示燈亮，輸出點都置為零，此時自動不能工作，而手動可以工作(用來確定切石機故障發(fā)生的原因和對其進(jìn)行維修)。在切石機出現(xiàn)緊急情況時，按下急停開關(guān)，此時斷掉切石機的電源。

因此根據(jù)上述要求研究應(yīng)用PLC取代繼電元件控制礦山荒料切石機。

3Twidosoft編程軟件

Twidosoft是施耐德公司生產(chǎn)的一款編程軟件，它是基于Windows的32位程序，適用于運行MicrosoftWindows98SecondEdition、MicrosoftWindows2000Professional或MicrosoftWindowsXP操作系統(tǒng)的個人計算機((PC)。Twidosoft具有標(biāo)準(zhǔn)Windoves用戶界面、可對Twido控制器進(jìn)行編程和配置和控制器通訊和控制。它可用3種語言創(chuàng)建Twido控制程序：指令列表語言、梯形圖語言和Grafcet語言。

PLC程序編程采用梯形圖模塊化編程，程序編好后，配置軟件中的通訊參數(shù)。PLC端口采用端口1，在協(xié)議中選擇Modbus，地址選擇1。在參數(shù)一欄中，波特率選擇19200，數(shù)據(jù)為選擇8(RTU)，校驗位選擇偶校驗，停止位選擇1，響應(yīng)超時選擇和幀延遲可采用默認(rèn)設(shè)置。若有擴展模塊可在硬件菜單點擊添加即可。之后用專用下載線TWDNAC485D將程序下載到PLC中，在主菜單中選擇掃描方式和工作方式。

PLC上電后首先進(jìn)行初始化，不管是冷啟動還是熱啟動。在工作過程中可以利用輸入點的上升沿對PLC進(jìn)行初始化，因為PLC不允許利用輸入點置初始化系統(tǒng)位超過一個周期。 [Page]

4Twido可編程控制器

4.1PLCI/O特性

采用施耐德公司生產(chǎn)的型號為TWDLCAA40DRF一體型控制器可編程控制器，其具有40I/O點，輸入點24點((2根公共線)，輸出點16點，可擴展7個離散、模擬模塊，并且內(nèi)置了RTC。輸入點為漏型/源型額定DC24V的輸入電壓(輸入電壓范圍20.428.8VDC)，額定輸入電流IO，I1，I6，17為11mA，I2I5，I8一I23為7mA，輸入接線圖見圖3；輸出點為14個繼電器輸出和2個源型晶體管輸出，輸出接線如圖4所示。具有1個集成的串行口和2個模擬電位器輸入。在輸出點中Q0.0和Q0.1為晶體管輸出，其不能承受任何反向極性，否則造成輸出點Q0.0和Q0.1內(nèi)部永久性損壞。

4.2PLCUO點分配

整個系統(tǒng)占用PLC輸入點24點，輸出點14點，具體I/O點的分配見下表1。

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5可編程控制器PLC的供電和接地

5.1PLC的供電

為提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能，在PLC供電系統(tǒng)中采取了隔離變壓器，加上PLC內(nèi)部的晶體管開關(guān)電源。在電網(wǎng)或其他外加電源電壓變化很大時，其輸出電壓并沒有多大變化，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

輸入點的COM端由PLC提供的內(nèi)部DC24V電源供電，輸出點的COM端根據(jù)輸出點要求的電源類型分別供電。在布線上PLC的供電與動力供電和控制電路的供電分開，且線路的連接采用兩個控制面板，這樣能讓控制線與動力線之間的間隔盡量的遠(yuǎn)。

5.2PLC的接地

在此系統(tǒng)中，PLC組成的控制系統(tǒng)單獨設(shè)計接地，并且使PLC接地線盡量的短和橫截面積盡量的大(一般大于l0mm2)。交流地、直流地、信號地、數(shù)字地和模擬地分開接地。如此可消除各電路電流流經(jīng)公共線阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓和避免磁場與電壓差的影響，使其不能形成地環(huán)路。

6結(jié)語

本文通過對礦山荒料切石機系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了基于PLC控制的系統(tǒng)設(shè)計及技術(shù)實現(xiàn)，并對其外圍電路進(jìn)行了保護(hù)和抗干擾處理，使此系統(tǒng)的穩(wěn)定性和切割石塊的精確性有了很大的提高。此系統(tǒng)在福建省莆田市華隆機械有限公司進(jìn)行了應(yīng)用和生產(chǎn)，實踐證明它提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和抗于擾性，使得此系統(tǒng)更能適應(yīng)惡劣的開采環(huán)境。更重要的是它提高了我國石材機械的競爭力，為占領(lǐng)世界市場打下了基礎(chǔ)。

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