一、概述

軟木切片機是專業的軟木加工設備，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。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的X向進給量決定。根據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，為自動控制系統提供了必需的基礎。根據實際工作的情況，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，速度可調才能滿足切片工藝的需要。

三、電氣控制系統構成

本軟木切片機的電器系統由以下部分構成：1.主控制器為西門子S7-200PLC。2.采用TD200LCD文本顯示器顯示工作參數。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。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，主要從系統的安全性、可靠性、操作的方便性以及系統的經濟性等方面綜合權衡，力求達到最優。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，使系統立即停止當前所有的動作，避免發生人身傷害。

(二)回零：回零操作建立了機床固定的機械原點便于系統上電后，恢復系統掉電前的坐標系，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，完全由操作人員通過手動控制完成相應的操作。單段模式是當系統完成一個加工循環后，控制系統就暫停下一個工作循環的啟動，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正常啟動后，系統就自動地完成全部工作循環。

(四)報警：當操作人員的操作出錯或出現異常情況時，系統就會自動報警，同時出現報警信息提示。此時，操作人員必須更正錯誤，否則，系統不能正常運行。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

要實現上述的功能，在具體設計實現時，主要是從下述幾個方面來處理：

(一)當系統需要緊急停止時，具體是由軟件和硬件共同實現的;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)來實現此功能。

(三)系統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。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。

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(SBR0)來實現中斷處理。

(2)單段/自動模式控制：根據系統參數實現對X軸、Z軸的進給控制，完成整個加工過程的工作循環。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行a步。單段/自動模式控制主要由子程序(SBR4)來實現。

(3)參數設定：根據用戶的需要，可進行相關的參數設定，參數的設定包括兩方面：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。

(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。

(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(INT0)來實現。

(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，因為系統的導程是8mm，每走完1mm需要480/8=60個脈沖，這樣，用戶設定需要的厚度后，PlC可算出所應該發的脈沖，該部分由子程序(SBR11)來實現。例如，設定厚度為2mm，那它就需要120個脈沖來完成，發480個脈沖，厚度就顯示8mm，其計算公式是：厚度=已發脈沖數/60(單位：mm)(7)寫步進電機運行參數：有兩種方法來完成脈沖的發送：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的控制字節和狀態字節。選擇多段操作，必須裝入起始V存儲器區的偏移地址，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。圖1步進電機應用的周期脈沖圖多段脈沖方式是按照每個脈沖的個數自動計算增減周期。

在周期增量區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說明根據用戶要求產生輸出波形，使電機運行歷經加速、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目，啟動和結束的周期是500us，最大周期是100us，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。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(8)手動步進電機寫參數：采用單段脈沖方式完成手動步進電機寫參數，具體實現過程如下：圖2步進電機應用的周期-脈沖圖按照圖2來單段發送脈沖式，選擇的是手動工作模式，當手動按住第一段不放，等100個脈沖發送完成，就停止發送脈沖，此時，步進電機就執行減速第七段運行，同理，第二段和第六段，第三段和第五段也遵循以上的規律。這樣，就可以根據所發的脈沖數，控制X向平穩運行。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。(9)報警處理：當生產過程中出現誤操作或其它問題時，系統會進行報警提示。具體實現由子程序(SBR1)來實現此功能。圖3梯形圖由于篇幅有限，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，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濟效益。該設備已經投入正式運行兩年，運行效果良好。