一、概述
軟木切片機是專業(yè)的軟木加工設備，主要用于把軟木切割成符合用戶需求的各種厚度薄片。是專業(yè)化程度較高的專用機床。老式的軟木切片機用棘輪機構控制切片厚度，用老式軟木切片機加工的產品厚度一致性差，嚴重影響產品品質。特別是加工經(jīng)濟價值較高的厚度在4毫米以下的產品時問題比較突出。為提高品質，解決厚度一致性差的問題，在新設計軟木切片機時，我們采用了新的機械結構，用PLC的位置控制技術完成軟木切片機的控制。采用這些新技術后，產品厚度做到了無級可調，最薄可穩(wěn)定加工1毫米切片。實際操作時，用戶只需直接輸入軟木切片厚度，就可完成加工。
二、軟木切片機的基本工作原理
軟木切片機的運動由以下動作部件構成：1．帶鋸片。2．X、Z十字工作臺，其中Z向為往復運動，X向為工作進給。它的工作方式是：a．先啟動無齒帶鋸。b．工作臺的X向前進指定距離。c．工作臺的Z向往復運動一次完成一個工作循環(huán)。重復b，c步驟直至整塊原料加工完畢自動停止加工。切片厚度由每個工作循環(huán)的X向進給量決定。
根據(jù)軟木切片機的工作原理，新設計的軟木切片機X、Z向都采用絲杠傳動，提高了機械傳動精度，為自動控制系統(tǒng)提供了必需的基礎。根據(jù)實際工作的情況，X向工作臺的進給精度應在0. 02毫米，且可以根據(jù)需要對進給量進行調整才切出所需要厚度和精度的軟木片；Z向運動必需運行平穩(wěn)，速度可調才能滿足切片工藝的需要。
三、電氣控制系統(tǒng)構成
本軟木切片機的電器系統(tǒng)由以下部分構成：
1．主控制器為西門子S7-200 PLC。2．采用TD200 LCD文本顯示器顯示工作參數(shù)。3．X向采用步進電機驅動以保證足夠的精度。4．Z向采用交流異步電機和滑差調速器構成Z向驅動系統(tǒng)。5．鋸片采用交流異步電機直接驅動。
四、功能描述
在具體進行軟木切片機的電氣設計時，主要從系統(tǒng)的安全性、可靠性、操作的方便性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟性等方面綜合權衡，力求達到最優(yōu)。在本機中我們設計了如下幾方面的功能：
（一）緊急停止：在控制面板上，設計了一個紅色的緊急按鈕，其作用就是當發(fā)生緊急情況時，操作人員可以立即按下這個紅色按鈕，使系統(tǒng)立即停止當前所有的動作，避免發(fā)生人身傷害。
（二）回零：回零操作建立了機床固定的機械原點便于系統(tǒng)上電后，恢復系統(tǒng)掉電前的坐標系，提高加工效率。
（三）工作模式：在該機床的控制系統(tǒng)中，提供了三種工作模式，分別是手動，單段和自動模式。手動模式主要用于調試機床，完仝由操作人員通過手動控制完成相應的操作。單段模式是當系統(tǒng)完成一個加工循環(huán)后，控制系統(tǒng)就暫停下一個工作循環(huán)的啟動，等待操作者的指令。單段模式主要用于試生產。自動模式就是當系統(tǒng)正常啟動后，系統(tǒng)就自動地完成全部工作循環(huán)。
（四）報警：當操作人員的操作出錯或出現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)就會自動報警，同時出現(xiàn)報警信息提示。此時，操作人員必須更正錯誤，否則，系統(tǒng)不能正常運行。若要切削的軟木厚度超過機床允許的范圍，控制面板上的TD200顯示屏就會顯示相應的提示信息。
五、功能實現(xiàn)
要實現(xiàn)上述的功能，在具體設計實現(xiàn)時，主要是從下述幾個方面來處理：
（一）當系統(tǒng)需要緊急停止時，具體是由軟件和硬件共同實現(xiàn)的；在PLC程序中急停出理是一個關鍵問題，它貫穿在全部處理模塊中。硬件則由電氣元件的連鎖和互鎖來控制。在最壞情況下，即使軟件完全失控硬件連鎖線路也能保證急停功能的正確。
（二）由于該控制系統(tǒng)未采用記憶機床坐標的措施，機床關電后不能記憶當前所在位置。所以每次開機后在，進行操作之前必須進行回零處理，以建立或恢復機床坐標系。為此在機床的X軸上設計了一個回零開關。該功能由程序(SBR2)來實現(xiàn)此功能。
（三）系統(tǒng)的運動控制是軟木切片機的核心部分，其涉及到Z軸電機控制和X軸步進電機控制。
1．Z軸電機控制。Z軸驅動電機采用了普通Y系列交流異步電機，為降低成本沒有采用變頻調速方案。未避免Z軸驅動電機頻繁換向，導致電機過載，工作臺Z向的換向采用了兩只電磁離合器實現(xiàn)。工作臺Z向調速采用了滑差調速器。其控制由子程序(SBR5)來實現(xiàn)。
2．X軸步進電機控制。X軸步進電機的控制相對比較復雜，包括以下內容：
(1)手動操作模式中：為保證在手動進給指令取消后X軸步進電機能按預定減速速率運行以保證不丟步，在程序中采用了中斷處理。由子程序(SBRO)來實現(xiàn)中斷處理。
(2)單段／自動模式控制：根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)對X軸、Z軸的進給控制，完成整個加工過程的工作循環(huán)。運動步驟為：a．X軸進給指定厚度。b．Z軸正向前進直到壓下正限位開關然后Z軸反向。C．Z軸負向前進直到壓下負限位開關然后執(zhí)行a步。單段／自動模式控制主要由子程序(SBR4)來實現(xiàn)。
(3)參數(shù)設定：根據(jù)用戶的需要，可進行相關的參數(shù)設定，參數(shù)的設定包括兩方面：一是厚度的設定，二是步進電機速度的設定，其中厚度的設定可通過控制面板上的TD200相應的控制按鈕進行，設定范圍是在0. 1～199. 9mm之間，而步進電機的設定有幾個速度檔位可供選擇，分別是100、200和400，單位是mm/min，由子程序(SBR9)來實現(xiàn)。
(4)工藝顯示：工藝顯示就是在屏幕上顯示當前運行何種工藝。當Z軸正方向運行時，顯示的工藝是進刀，當Z軸反方向運行時，顯示的工藝是退刀；X軸的進給運行也作相應的顯示，由子程序(SBR10)來實現(xiàn)。
(5)脈沖處理：其功能就是處理當前的結束脈沖，響應終端請求，其與中斷請求是相配合使用的，由子程序(INTO)來實現(xiàn)。
(6)X軸坐標計算：步進電機每走一步是0.75mm，走完一圈為360/0. 75=480步，因為系統(tǒng)的導程是8mm，每走完Imm需要480/8=60個脈沖，這樣，用戶設定需要的厚度后，PIC可算出所應該發(fā)的脈沖，該部分由子程序（SBR11）來實現(xiàn)。例如，設定厚度為2mm，那它就需要120個脈沖來完成，發(fā)480個脈沖，厚度就顯示8mm，其計算公式是：厚度=已發(fā)脈沖數(shù)/60(單位：mm)
(7)寫步進電機運行參數(shù)：有兩種方法來完成脈沖的發(fā)
送：多段脈沖方式或單段脈沖方式。在單段／自動模式步進電機寫參數(shù)中采用多段脈沖方式，在多段脈沖方式中，CPU自動從V存儲器區(qū)中讀出每個脈沖段的特性。在該方式下，僅使用特殊寄存器區(qū)的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)。選擇多段操作，必須裝入起始V存儲器區(qū)的偏移地址，時間基準選擇微秒或毫秒，所有的周期必須使用一個基準，多段操作使用PLC指令來啟動。
多段脈沖方式是按照每個脈沖的個數(shù)自動計算增減周期。在周期增量區(qū)輸入一個正值將增加周期；輸入一個負值將減少周期，輸入零將不改變周期。可用圖1來說明：圖1說明根據(jù)用戶要求產生輸出波形，使電機運行歷經(jīng)加速、恒速和減速這幾個階段。假設需要2000個脈沖才達成要求的電機轉動數(shù)目，啟動和結束的周期是500us，最大周期是lOOus，在輸出的加速段部分，要求在100個脈沖左右達到最大脈沖周期，在減速段需要200個脈沖來完成，這些工作由子程序(SBR8)實現(xiàn)。在上圖中，可以采用一個公式計算來調整每個脈沖周期所使用的周期增量值：
給定段的周期增量=（該段周期結束時間該段初始周期）／該段的脈沖個數(shù)
(8)手動步進電機寫參數(shù)：采用單段脈沖方式完成手動步進電機寫參數(shù)，具體實現(xiàn)過程如下：
按照圖2來單段發(fā)送脈沖式，選擇的是手動工作模式，當手動按住第一段不放，等100個脈沖發(fā)送完成，就停止發(fā)送脈沖，此時，步進電機就執(zhí)行減速第七段運行，同理，第二段和第六段，第三段和第五段也遵循以上的規(guī)律。這樣，就可以根據(jù)所發(fā)的脈沖數(shù)，控制X向平穩(wěn)運行。采用手動方式進行操作，雖然簡單，卻能滿足用戶調試設備的要求，該功能由子程序(SBR7)來實現(xiàn)。
(9)報警處理：當生產過程中出現(xiàn)誤操作或其它問題時，系統(tǒng)會進行報警提示。具體實現(xiàn)由子程序(SBRl)來實現(xiàn)此功能。
由于篇幅有限，在此文中，展示部分模塊的梯形圖。
六、結論
軟木切片機的控制主要由以上各種功能實現(xiàn)，每種功能都有相應的梯形圖控制程序，通過PLC來進行控制，操作人員只需在操作面板上進行簡單的操作，系統(tǒng)就會有相應的動作，完成符合工藝要求的加工動作用戶可以根據(jù)自己的產品需求，將軟木切成需要的厚度。這為用戶帶來了極大的方便，具有很好的市場前景和經(jīng)濟效益。該設備已經(jīng)投入正式運行兩年，運行效果良好。
