基于觸摸屏和PLC的金相切割機(jī)控制系統(tǒng)

0 引 言
金相切割機(jī)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(jī)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(jìn)技術(shù)，但是自動(dòng)化程度較低，不能直接對(duì)較大零件進(jìn)行取樣。為了滿足行業(yè)的要求，促進(jìn)金相事業(yè)的發(fā)展，需要設(shè)計(jì)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(jì)以PLC為核心的控制系統(tǒng)，采用觸摸屏作為人機(jī)交互設(shè)備，彌補(bǔ)了PLC在人機(jī)交互方面的不足，大大減少了輸入／輸出點(diǎn)數(shù)，方便操作與維修，為用戶提供了友好的人機(jī)界面。

1 工作原理
金相切割機(jī)控制系統(tǒng)是金相取樣的專用設(shè)備。為了保護(hù)金屬試樣的組織結(jié)構(gòu)和特性，對(duì)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(gè)操作窗口(測(cè)試操作、手動(dòng)操作、自動(dòng)操作)和一個(gè)高級(jí)設(shè)置窗口，一個(gè)切割過程觀察窗口。其中，自動(dòng)操作包括三種模式：勻速切割、進(jìn)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(dòng)切割機(jī)按照要求對(duì)金相試樣進(jìn)行切割。其中，PLC與變頻器通過串行通信方式對(duì)三相異步電機(jī)調(diào)速，采用USS協(xié)議對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制和監(jiān)視。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及思路
根據(jù)金相切割機(jī)發(fā)展?fàn)顩r和市場(chǎng)需求，本著提高效率，增強(qiáng)可靠性能，提高性價(jià)比的原則，設(shè)計(jì)的金相切割機(jī)應(yīng)實(shí)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(zhǎng)度，確定砂輪的進(jìn)刀速度、軸的運(yùn)動(dòng)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(jìn)位置和退刀位置；能自動(dòng)控制監(jiān)控切割量、進(jìn)給速度、主電機(jī)轉(zhuǎn)速等切割參數(shù)；人機(jī)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(shí)也為了提高機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化程度，這里著重從PLC控制和觸摸屏設(shè)計(jì)兩方面對(duì)金相試樣切割機(jī)進(jìn)行了研究。

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

系統(tǒng)的執(zhí)行部件主要包括一臺(tái)三相異步電機(jī)和三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。三相異步電機(jī)采用變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，步進(jìn)電機(jī)由專用的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)核心PLC控制器發(fā)出控制命令信號(hào)，使異步電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，完成切割過程。