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淺談電氣控制系統設計:真空吸板機電氣控制系統設計

摘 要：真空吸板機具有結構簡單、成本低、不損傷工件、吸附、放開工件迅速等特點，在現代工業制造中有著廣泛的應用。本文介紹了真空吸板機的電氣控制系統設計方法，主要包括系統要求、電氣控制的工作流程以及程序設計方法等。

關鍵詞：PLC；真空吸板機；流程圖

真空吸板機是SMT生產線自動化設備的重要組合部分，主要是通過真空吸附裝置來吸附PCB板進行運輸起吊。在真空吸板機中，真空吸附裝置是整個機器的心臟。真空吸附裝置的工作原理是依靠真空源產生的真空力來對物品起吊、搬運及夾持的一種省力機械。與機械、電磁起吊裝置相比，具有以下特點：結構簡單、成本低；安裝方便、操作容易；維修費用少；不損傷工件；吸附、放開工件迅速等。本文主要介紹真空吸板機的電氣控制系統設計方法。

一、系統要求

真空吸板機主要作用是通過氣缸調整氣壓吸附住PCB板，并將其傳送到流水線上輸送到需要的崗位。其主要工作順序是：在輸送單元在通電后，按下復位按鈕SB1，執行復位操作，使吸盤回到原點位置。再按下啟動按鈕，氣缸工作，吸盤吸取PCB板，15秒后吸盤上升，到達上限位后，氣缸工作，吸盤松開PCB板，1秒后吸盤下降，達到下限位后，氣缸開始工作，吸盤吸取PCB板，然后依次循環。

二、電氣控制系統設計

（一）控制器

PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置，具有可靠性高，抗干擾能力強，硬件配套齊全，功能完善，適用性強，易學易用，系統的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造等特點。本控制系統選用豐煒PLC，豐煒PLC特點是貼近市場，創新而實用，功能齊全，性能穩定。其使用方式與三菱PLC有較多類似，學習起來十分方便。豐煒PLC降低了配線工作，這樣的接線方式降低了錯誤率，也給維修帶來方便，拆、裝都只需拔一次。

（二）工作流程

首先按開始按鈕，再按復位鍵，看看吸盤是否向下移動，當到達下限位后，開始手動選擇是上下運輸還是左右運輸。當上下運輸時，真空泵開始工作，吸盤吸附PCB板，延時2S后上升，達到上限位后再次選擇是左右運輸還是放下PCB板進行加工。如果是上下運輸，則吸盤松板，再向下運輸以此循環。當左右運輸時，先向右運輸，到右限位后，真空泵工作，吸盤吸板，再選擇上下運輸還是左右運輸，如果是左右運輸，則向左運輸，到達右限位后吸盤松板，以此循環（如圖1）。

（三）程序設計

該梯形圖程序（如圖2）主要是按照工作流程圖來編寫的，其中要注意程序的分支和聯系。比如說，在上下運輸后選擇左右運輸；或是先左右運輸再上下運輸；或是直上直下，直左直右運輸。

三、結束語

在現代工業制造中，真空吸板機得到越來越廣泛的應用，在不同的應用場合，有效的選擇、設計真空吸板機是現在化自動控制設備成功的關鍵。本文介紹了真空吸板機電氣控制系統的設計方法，真空吸板機結構簡單、成本低、穩定好、適合大面積推廣使用。

淺談電氣控制系統設計:淺談電氣控制系統設計及其發展趨勢

【摘要】本文說明了電氣控制系統設計的內容和基本原則，說明了電氣控制系統設計的注意事項以及多未來的發展趨勢。

【關鍵詞】電氣；控制；系統；設計

1.前言

電氣控制系統設計包括電氣原理圖設計和電氣工藝設計兩部分。電氣控制原理設計以滿足生產機械和工藝基本要求為目的，綜合考慮設備的自動化程度和技術先進性。

本文在對生產機械電氣控制電路進行分析的基礎上，討論電氣控制的設計過程一些共性問題，為電氣控制系統的深入研究工作打下堅實的基礎。

2.電氣控制系統設計的基本內容

2.1 電氣控制系統設計的基本內容

是根據電氣設計要求和編制出設備電氣控制系統制造和使用、維護中所有的圖紙和資料。

2.2 設計的的基本原則

2.2.1 最大限度滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求。

2.2.2 在滿足要求的前提下，使控制系統簡單、經濟、合理、便于操作、維修方便、安全可靠。

2.2.3 電氣元件選擇合理正確，使系統能正常工作。

2.2.4 為適應設備的改進，設備應留有預留量。

3.控制方案確定的原則

（1）控制方式以經濟效益為標準。控制加工程序基本固定的機床，采用繼電接觸器控制方式較為合理。對于控制邏輯復雜的設備，利用可編程序控制器較為合理。

（2）控制方式應最大限度滿足工藝要求。控制線路：自動循環、半自動循環、手動調整、緊急快退、保護性聯鎖、信號指示和故障診斷等功能。

（3）控制電路的電源應可靠。控制電路可直接用電網電源。對于元件較多、電路較復雜的控制裝置，可將電網電壓隔離降壓。自動化程度較高的生產設備，利用直流電源可以節省安裝空間，便于同無觸點元件連接，而且元件動作平穩，操作維修也較安全。

4.電氣控制系統設計的注意問題

4.1 控制線路選擇要正確

正確連接電器元件的線圈，交流線圈不能串聯使用，而且兩個電器需要同時動作時其線圈應該并聯連接。直流控制電路中，對于電感較大的線圈不能與相同電壓等級的繼電器的線圈并聯工作。

4.2 準確定位元件及觸點位置

由于觸點斷開產生電弧時就可能在兩觸點間形成飛弧而造成電源短路，在電器控制線路動作過程中，為了防止出現意外接通的電路，盡量避免許多電器依次動作才接通另一個電器，要盡量減少不必要的電器通電，以節約電能。同時在控制線路中通接觸器線圈時，要分析觸點容量的大小。

4.3 設置保護措施

設置過流、過壓、失壓、聯鎖和行程等保護和斷開、事故、安全等的指示信號。以此來保證操作人員、電器設備、生產機械的安全，并能有效地抑制事故的擴大

（1）正確選用電器。盡量縮減電器的數量，采用標淮件，選用相同型號，減少觸點以簡化線路。在控制線路圖設計完成后，需要將線路化成邏輯代數式計算，以便得到最簡化的線路。

（2）力求操作維護、檢修方便。電氣控制設備：操作簡單，回路數較多，應注意檢修方便，設隔離電器可以避免帶電操作，加方便的轉換控制方式有利于調試方便，如從自動控制轉換到手動控制，通過設多點控制，方便了對生產機械的調試。對設計完的線路的審核要嚴格，需要滿足工藝要求，防止出現多余環節、多余電器、寄生電路，以及誤動作等。

4要進行綜合測試。以單片機為控制核心的系統是現代化儀器儀表的一個發展方向，計算機控制系統可以完成測試過程中的測量與控制，實時利用PC機與單片機的優勢，實現綜合測量、操作及結果顯示等方面的要求，對測試數據采集、傳輸與處理，利用控制系統的改進設計來實現測試網絡的切換，然后在軟件上對數據進行校準，最終打到高精度的測試結果。

5.電氣控制系統的發展趨勢。

5.1 電氣自動化工程控制系統的統一化

統一電氣自動化工程系統對電氣自動化產品的設計、測試、開機、維護都有重要意義。能夠把開發系統從運行系統中獨立出來，這對電氣自動化工程控制系統來說，是跨越性的一步，能夠將系統通用化。

5.2 電氣自動化工程控制系統的市場化

產品想長久的發展，就要深化制造部門的體制改革，還要關注市場化的影響，以便保證產品能夠滿足市場的需要。同時，企業不僅要在技術的開發上投入，還要使零件的配套生產市場化、專業化。

5.3 電氣自動化工程控制系統的創新技術

在我國電氣自動化發展計劃的指導之下，隨著市場化的環境，不斷提升電氣自動化工程控制系統的創新能力。并且企業不斷吸收創新技術以提升自身的創新能力，而科研的投入，為電氣自動化的創新提供了更加廣闊的空間，加強政策上的扶持，健全、完善機制對創新都是非常有利的。企業應該打開自主創新的新局面，轉換經濟增長模式，逐漸提升創新能力。

6.結語

隨著經濟全球化的不斷發展和深入，電氣自動化工程控制系統在我國社會經濟發展中占有越來越重要的地位。電氣自動化工程控制系統信息技術的集成化，使電氣自動化工程控制系統維護工作變得更加簡便，電氣自動化工程控制系統要想長遠發展下去就要不斷的創新，將電氣自動化系統進行統一化管理，并且要采用標準化接口，還要不斷進行電氣自動化系統的市場產業化分析，保證安全的進行電氣自動化工程生產，加強電氣自動化系統設備操控人員的教育和培訓和知識在更新。

淺談電氣控制系統設計:基于PLC的車床電氣控制系統設計研究

【摘要】目前，車床的電氣控制系統中，傳統的繼電器控制方法仍然占有很大的比重。繼電器控制方式是利用布線來組成各種邏輯電路來實現對車床的控制，接線較為復雜，不僅容易出現故障而且發生故障后診斷也比較困難。另外，如果生產流程需要改變，就必須重新布線組織電路，不僅造成資金與勞動力的浪費，而且生產效率低下。在這種情況之下，為滿足現代工業對車床自動化水平的要求，可用可編程控制器（PLC）來實現對車床的高效控制。相比于傳統繼電器控制系統，PLC具有適用范圍廣、靈活可靠、成本低廉等諸多優勢。本文主要以C650型車床為例，介紹基于PLC的車床電氣控制系統的設計。

【關鍵詞】車床；PLC；控制系統

一、C650型車床的電氣控制要求

為了更好地對車床電氣控制系統進行設計，我們需要了解車床的電氣控制要求及特點，這里我們以C650型車床為例進行分析。經研究分析，C650車床的電氣控制要求及特點如下：

1.采用籠型異步電機作為車床的主軸電機，主要功能為驅動主軸的運動和刀具的進給。電機的啟動方式為直接啟動，且可以反轉和點動。

2.車床停車或點動結束時都要進行反接制動。在電動和反接制動的主電路中接入了限流電阻，作用是防止頻繁點動產生的大電流引起電機損壞。

3.電機M3單獨驅動溜板箱快速移動，以提高車床生產效率。在實際操作中，可根據需要手動控制起停。

4.每臺車床配有一臺冷卻泵電機，其作用是在刀具或工件溫度過高時提供冷卻液，以防止刀具或工件損壞。

二、C650型車床的主電路

C650型車床的主電路如下圖。在該車床的主電路中有三臺電機，分別為：主電機M1，冷卻泵電機M2和快速移動電機M3。從圖中可以看出，MI的接線分為三個部分。第一部分為電機正反轉控制接線，由電鍵KM1和KM2的兩組主觸點組成。第二部分中在M1的動力回路上接電流表A，利用時間繼電器KT的延時動合觸點，在啟動的瞬間將電流表短接。第三部分主要是利用交流接觸器KM3實現對限流電阻R的通斷控制。電機M2和M3分別由交流接觸器KM4和KM5進行控制。（見圖1）

三、基于PLC的車床電氣控制系統硬件設計

（一）按功能將被控對象進行分解

在設計時，可將車床的電氣控制系統按其功能的不同進行分解，這樣更有利于對PLC的資源進行合理分配。對于C650型普通臥式車床，可以按其控制功能將控制系統分為主運動控制和輔助控制兩大部分。主動功能是指在x軸和z軸方向上的進給運動。輔助功能一般有車床的主軸起動和制動功能、速度調節功能、冷卻液的提供、刀具轉換功能等。

在利用PLC對車床進行控制時，需要首先將車床的各種控制和檢測信號輸入到PLC中。然后通過預先編制的PLC程序對輸入的信號進行運算，再將運算結果輸出至各種控制設備。每個輸入控制信號都可以通過輸入元件來送出（如按鈕、開關、多檔旋鈕等），每個輸入元件又有一個或多個執行設備與其對應，負責對完成輸入指令所控制的動作。下圖為按功能分解后的PLC車床控制系統圖2：

（二）確定輸入輸出點數

在進行PLC硬件設計之前，要根據所需要控制的功能來確定PLC的輸入輸出點（即I/O點）。根據2.1節中對車床控制功能的分解原則，確定PLC的I/O點結果如表1所示：

根據上表顯示的內容，可以看出C650普通車床的PLC控制系統共需要輸入點21個，輸出點14個。但在實際工作時，PLC的輸入輸出點一般要比理論值多出百分之三十左右，因此為了便于操作，可設置30個輸入點和20個輸出點。

（三）選擇合適型號的PLC

一般車床電氣控制需要的輸入輸出點數小于256點，可采用小型PLC來進行控制。小型PLC一般只需要進行一些簡單的邏輯運算，主要是進行開合、起停、先后順序等操作的控制。考慮到實用性和經濟性，可采用SIEMENS公司的$7-200系列的PLC，該系列PLC具有價格低廉、體積小等優勢。根據2.2節中輸入輸出點數的分析結果，可采用該系列CPU224型14點輸入、10點輸出的PLC。

由于輸入輸出點都少于所需要的數量，因此要對輸入輸出點進行擴展。一般采用EM221數字量8點直流輸入模塊兩個，EM222數字量8點繼電器輸入模塊兩個。擴展后的PLC具有30個輸入點和26個輸出點，可以滿足要求。

（四）設計配線圖

PLC控制系統的線路設計是準確實現機床電氣控制的關鍵步驟。線路設計就是通過電路連接將輸入元件和輸出元件通過PLC連接起來，以實現對機床的控制。相比與傳統的繼電器控制系統的布線，PLC控制系統的線路連接就簡單很多。

PLC控制系統的本質和傳統的繼電器控制系統是相同的，只不過前者采用了更為先進的控制技術，簡化了控制的機構。PLC在系統中是輸入和輸出元件之間的橋梁，它代替了傳統控制系統中復雜的邏輯電路。因此，在設計配線圖時，只需要根據PLC的功能特點和控制對象將輸入和輸出元件通過PLC搭接起來即可。下圖為PLC控制系統的配線圖3：

在配線圖中，每一個輸入點都對應一個輸出點，在工作時輸入元件通過PLC來控制輸出元件的動作。上圖中每個符號都對應特定的輸入輸出元件，對應關系及各元件如表2所述：

四、基于PLC的車床電氣控制系統程序設計

（一）設計要求

前文已經指出，PLC控制系統相對于傳統繼電器控制系統，簡化了復雜繁瑣的布線結構。其實PLC最重要的優勢在于其靈活性，在執行新的生產流程時，只需對內部程序進行重新編寫或調整即可，避免了反復布線造成的人力和物力的浪費。對于像C650這樣的普通車床，只需簡單的條件和順序指令即可對其實施控制。因此在編寫PLC程序時，只需要在控制按鈕發出信號后內部程序的運算結果能對執行設備發出相應的指令即可。

（二）程序編寫

在編寫PLC程序時，可以通過梯形圖、語句表、程序塊等形式進行表示。一般采用梯形圖表示較為直觀，本文就以梯形圖的形式來對PLC程序進行編寫。可在STEP7-Micro/WIN32中進行程序的編寫與調試，編寫完成之后通過PC/PPI電纜將程序發送到PLC中。C650車床控制系統PLC程序梯形圖4如下：

結合圖3和圖4分析PLC控制的機制：1.接通SB2，Q0.0動作，電機起動，車床運行。接通SB1，QO.1、Q0.2釋放；斷開SB1，QO.1動作，電機停止，車床停車。2.旋動z2旋鈕，Qo.4動作，控制刀架快速移動。3.接通SB4，Q0.0動作；斷開SB4，Q0.0釋放，實現點動功能。4.需要進行冷卻時，接通SB7，Qo.3動作，電機輸送冷卻液；接通SB8，即可停止。

五、總結

在進行控制系統的設計時，要根據實際車床的控制要求和特點逐步進行分析，設計步驟總結如下：1.要根據功能將被控對象分成主運動控制和輔助控制兩部分；2.根據被控對象的實際要求來確定輸入和輸出的點數；3.根據輸入輸出點數來選擇合適型號的PLC，選擇標準是I/O點數能滿足所需點數；4.根據控制要求設計配線圖；（5）進行PLC程序的編寫與調試。

筆者只是總結了PLC控制系統的一般設計流程，由于不同型號的車床的電氣控制要求和特點也不盡相同，因此在設計之前要首先對車床的電路和工作機制進行研究分析，然后再按照上述流程逐步進行分析設計。基于PLC的車床電氣控制系統相比與傳統的繼電器控制系統具有結構簡單、穩定可靠、靈活性高、價格低廉等諸多優勢。相信在將來的車床電氣控制系統中，基于PLC控制系統將會不斷發展創新，不斷拓寬其適用范圍，不斷簡化控制流程，不斷提高自動化水平，為提高車床的生產效率做出更多的貢獻。

淺談電氣控制系統設計:基于PLC的靜態切割機電氣控制系統設計

摘要：切割機隨著科學技術的進步，在功能上也有著很大的提升，被廣泛的應用于工業生產中。本文主要對PLC靜態切割機電氣控制系統的設計進行了分析，希望能為大家提供借鑒。

關鍵詞：切割機；PLC；控制系統；設計

隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高，切割機在工業生產應用中也有著很大的發展，目前切割機有著火焰切割機、等離子切割機、激光切割機、水切割等，其有著不同的功能和用途。

一、PLC電氣控制系統的設計原則

PLC最適合的控制對象是：工業環境較差、對安全性和可靠性要求較高、系統工藝復雜，輸入/輸出以開關量為主的工業自動控制系統或裝置。PLC可取代工業控制計算機，作為主控制器來完成復雜的工業自動控制任務。

PLC電氣控制系統設計時，要遵循以下的原則：

（一）應滿足控制對象的工藝要求，保證能夠按照工藝流程準確并可靠的工作。

（二）系統構成應力求簡單、實用，系統易操作、調整、檢修方便。

（三）設計合理、經濟，能有充分發揮PLC控制的優點。

二、設計前的準備工作

（一）工藝分析。必須要對生產的工藝特點、工藝流程、主要功能等進行分析總結，提出對PLC電氣控制系統設計的工藝要求。

（二）機型選擇。機型的選型必須要滿足工藝的要求，要基于簡單、實用、易操作的原則。

（三）外部電路及電路元件的選擇。根據工藝要求設計出外部電路，并要選取電路元件，例如電機、刀開關、熔斷器、接觸器、熱繼電器等。

三、控制電路的設計

（一）PLC控制系統的控制要求

1、系統設有手動、單周期、單步、連續、回原點、五種工作方式，臺面在最前面，刀架在最上面，為系統的原點狀態。

2、臺面機構前/后運動時，電機必須已啟動，而電機停止時，臺面機構前/后運動應立即停止。

3、磨刀必須在刀片旋轉時才能工作。

4、五種工作狀態下，按下總停止按鈕后，除帶鋸、磨刀裝置外，刀架、臺面的動作應立即停止。

5、電源接通后控制臺面剎車的接觸器KM7立即通電。

（二）電氣元件的配置

1、刀開關QS1：刀開關QS1串接控制主電路的單相電源，選用規格HD11-100/28型單投雙極刀開關1只。主要技術參數： 額定交流電壓220V，額定交流電流100A。通斷能力100A，1S短時耐受電流6kA，動態穩定電流峰值15kA。

2、熔斷器FU4：選用RT18K-25型，主要技術參數：殼架等級額定電流25A，額定電流2A，額定電壓AC 220V，額定斷路分斷能力：220V/50kA。

3、按鈕SB1、SB2、SB5、SB15：選用NP4-20BN/2型，顏色為綠色，按鈕SB3、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14：選用NP4-20BN/4型，顏色為紅色，按鈕SB4、SB6、SB7、SB8、SB9：選用NP4-20BN/6型，顏色為藍色。NP4系列按鈕其主要技術參數如下：額定絕緣電380V，額定交流工作電壓AC 220V，約定發熱電流10A，額定交流工作電流4.5A。額定直流工作電壓24V,額定直流工作電流2.5A。

4、行程開關SQ1～SQ4：選用YBLX-K3/20HS/Z型，其主要技術參數：額定交流電壓AC 380V，額定直流電壓DC 220V，額定控制容量交流200VA直流50W,含1對常開和1對常閉觸點，動作最大行程3mm，最大差程1.2mm，最大操動力30N，最小回復力5N,最大全行6.0mm。

5、信號指示燈：選用ND16-22B/4型，其主要技術參數： 額定交流電壓220V，額定電流≤20mA，指示燈選紅色。

6、接觸器：選用NCH 8-20型，其主要計數參數：額定絕緣電壓500V，額定工作電壓AC 230V，約定發熱電流20A，額定工作電流20A，控制功率4Kw。

7、接近開關：選用E2E-X20DM8，其主要技術參數：檢測距離20mm±10%，設定距離*1：0～16mm，應差距離：檢測距離的10%以下，標準檢測物體：鐵54×54×1mm，應答頻率*2：0.1kHz，電源電壓（使用電壓范圍）：DC12～24V 脈動(p-p)10％以下 （DC10～30V）。

8、撥盤開關：選用A7CN型，其主要技術參數：開關負載容量（阻性負載）：1mA～0.1A、DC5～30V，連續通電電流：1A，接觸電阻，200mΩ以下，操作力：4.41N以下。

9、轉換開關：選用LW5D16F/5型，其主要技術參數：絕緣電壓500V，發熱電流16A。

三、PLC的選擇

（一）可編程序控制器物理結構的選擇

根據物理結構，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式，整體式每一I／O點的平均價格比模塊式的便宜，控制系統般使用整體式可編程序控制器。

（二）可編程序控制器指令功能的選擇

現代的可編程序控制器的指令功能越來越強，內部編程元件(如輔助繼電器、定時器和計數器)的個數越來越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開關量控制系統的要求。如果系統要求完成模擬量與數字量的轉換、PID閉環控制、運動控制等工作，可編程序控制器應有算術運算、數據傳送等功能，有時甚至要求有開平方、對數運算和浮點數運算等功能。

（三）可編程序控制器I／0點數的確定

確定I／O點數時，應準確地統計出被控設備對可編程序控制器輸入／輸出點數的總需求，在此基礎上，應留有10％～20％的裕量，以備今后對系統改進和擴充時使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴展單元的輸入點數和輸出點數的比例是固定的，如與系統要求的輸入／輸出點數的比例相差較大，可以選用只有輸入點或只有輸山點的擴展單元或擴展模塊。

（四）存儲器容量的選擇

在初步估算時，對于僅需開關量控制的系統，將I／O點數乘以8，就是所需存儲器的字數，這一要求一般都能滿足。

在選擇可編程序控制器的型號時不應盲目追求過高的性能指標，在I／O點數和存儲器容量方面應留有定的裕量。

四、系統的軟件設計

為了滿足生產需要，很多工業設備要求設置多種工作方式，如手動和自動（包括連續、單周期、單步等、自動返回初始狀態）工作方式。手動程序比較簡單，一般采用經驗法設計，復雜的自動程序一般根據系統的順序功能圖用順序控制法設計。具有多種工作方式的控制系統的梯形圖總體結構如圖2所示。選擇手動工作方式時手動開關X1為ON，將跳過自動程序，執行公用程序和手動程序。選擇自動工作方式時X1為OFF，將跳過手動程序，執行公用程序和自動程序。

圖2

（一）公用程序。用于自動程序和手動程序互相切換處理，當系統處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應的輔助繼電器復位，同時將表示連續工作狀態的繼電器復位，否則當系統從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤動作。

（二）手動程序。手動操作時用對應的6個按鈕控制切割機的抬刀、落刀、臺面向前、臺面向后、刀架停止、臺面停止。為了保證系統的安全運行，在手動程序中設置了一些必要的聯鎖，例如抬刀與落刀之間，臺面向前與臺面向后之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為ON。根據控制要求，臺面機構前/后運動時，電機必須已起動，而電機停止時，臺面機構前/后運動應立即停止。所以Y0線圈與控制臺面向前/后的Y3和Y4線圈串聯。當按下總停按鈕，常閉觸點斷開，不執行指令，刀架、臺面的動作立即停止。磨刀必須在刀片旋轉時才能工作，所以在控制磨刀的Y1線圈串聯Y0的常開觸點。

（三）自動程序。在自動程序的過程中是切割機自動的對泡沫材料進行切割，自動判斷切片的厚度，切割刀片的切割深度，切片的深度是由測速齒輪和計數器共同完成，在刀架下移的過程中測速齒輪也在跟隨轉動，每轉動一圈向計數器發送5個脈沖并判斷切割的厚度。在自動程序中首先是要對切割厚度進行設置，厚度是由撥盤開關設定的，在落刀時，當材料的完成的落刀量達到設定值刀架停止移動，繼而臺面前移，對材料進行切割。

五、結語

PLC控制系統切割機，在設計時必須要滿足工業生產環境、生產工藝等要求，盡量做到實用、經濟合理、易操作、方便維修等特點，我們還需要不斷的改進和創新，來滿足越來越復雜的需求，力求為工業的生產提供有力的保障。

淺談電氣控制系統設計:自動激光焊接設備電氣控制系統設計

摘 要：依據自動焊接設備機械結構設計要求，對設備功能和動作進行分析，根據其特點對電氣自動化控制進行設計。選擇合適的硬件模塊和電子元器件，編寫可靠的軟件程序；設計自動焊接設備和激光發生器的通訊接口連接方式，確保自動焊接設備能安全、穩定、可靠控制激光發生器進行金屬零件的焊接。最終實現自動將兩個“L型”金屬材料焊接成一個“口型”零件的功能，并應用于實際工業生產。

關鍵詞：可編程控制器；伺服控制系統；激光器；焊接

引言

金屬零件激光焊接工藝是將工控技術和激光焊接技術相結合，完成對不同材質、厚度、形狀的金屬進行焊接。由于應用廣泛，使得焊接設備通用性大大降低，應用于液晶顯示領域中的焊接設備更是少之又少。目前只有臺灣、日本和國內少數自動化廠家研制并開發出自動激光焊接專用設備。臺灣立意公司采用三菱伺服控制系統，臺灣孟晉公司采用德國庫卡機器人，都掌握設計開發自動焊接設備，與激光器結合完成金屬零件批量焊接的技術。只是高額的設備采購費用和低利潤產品，不得不讓有一定研發能力的廠家進行激光焊接設備的開發設計和生產制造。

相對一百多萬元人民幣的進口專用設備，自制自動激光焊接設備材料成本只有二十萬元，采用雙伺服控制系統完成對激光器焊接加工頭的固定、調整和焊接功能，采用步進電機控制移送機械手運送金屬零件。為方便焊接工藝調整，還加入壓料，電磁鐵吸料、手動調整等功能，使自行設計的設備自動完成金屬零件焊接成為可能，并且焊接質量和焊接效率都可以達到工業生產要求。

自動激光焊接設備的功能是自動將兩個“L型”金屬料片焊接成“口”料片，為下一沖壓工序做準備，其目的在于提高原材料的利用率。原有沖壓工藝過程中會產生中間廢料，材料利用率只有30%左右；增加自動焊接設備和焊接工藝后，沒有中間廢料產生，材料利用率提高到75%以上。

一、機械結構總體方案設計

自動激光焊接設備機械結構主要由積料架、移送機械手、治具板、激光焊接頭移送機構以及機架五個部分組成，如圖1所示。積料架是將兩組“L”型金屬料堆疊起來，實現將料片逐步向上移送的功能；移送機械手主要由兩組帶有真空吸盤的手臂組成，通過一個步進電機和一個氣缸完成將料片依次移送到焊接治具板上，并將焊接好的零件從治具板移出的功能；治具板主要功能是完成兩個“L”型料片的精確定位；治具板上方的激光焊接頭移送機構在兩組伺服電機的驅動下帶動依次發出激光的焊接頭勻速運動，完成金屬零件的焊接功能。

二、電氣控制系統總體方案設計

電氣控制系統設計必須考慮到機械系統結構特點和一些特定功能，如激光焊接頭移送區必須采用精度較高的伺服電機進行傳動，而移送機械手采用步進電機和氣缸傳動即可，同時還要考慮設備成本、維修難易程度、工作效率等多方面因素。根據該設備特點，設計出電氣控制系統方案如圖2所示。

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是電氣控制系統的核心。它的主要功能是獲得輸入端口開關、按鈕等信號，經過軟件處理，將輸出信號傳輸給外部中間繼電器，從而驅動氣缸電磁閥、電磁鐵、真空發生器、步進電機等外部負載，實現焊接金屬零件的功能。PLC還和兩個脈沖發生器通訊，再加上兩臺伺服驅動器、伺服電機以及外部傳感器組成了一個閉環控制系統，確保伺服電機按照程序精確定位，使激光焊接頭勻速運動，達到最佳焊接效果。

為了和激光發生器進行控制通訊，PLC還通過一個小型PLC和激光器的并行輸入輸出接口通訊。其主要目的是，發出焊接指令的同時，得到激光器發出的反饋信號，確保激光器可以按照自動激光焊接設備的要求發出激光，最終來實現對金屬原材料的焊接功能。

（一）電源設計。由于選用三菱伺服電機，輸出電源需要三相交流220V電源，因此配備一個功率為1kW三相380V變220V變壓器專供伺服控制系統使用。為了防止人身觸電，控制回路均采用低壓直流24V電源，同時控制電源還采用雙直流24V電源供電系統。中間繼電器、PLC外部傳感器、觸摸屏都由直流開關電源供電；外部負載，如電磁閥、真空發生器、電吸鐵等，其驅動電流稍大，且容易出現外部短路故障，因此采用全橋整流電源。可見雙直流24V電源供給使得精密元器件穩定工作的同時，還可以防止外部負載對其干擾的影響。

（二）伺服控制系統設計。伺服控制系統由PLC、脈沖發生器（FX2n-1PG）、伺服驅動器（MR-J2S-40A）和伺服電機（HC-KFS43）組成。脈沖發生器就是根據PLC的指令將正轉或反轉脈沖發送給伺服驅動器，同時接收伺服驅動器收到伺服電機編碼器的反饋信號，從而確定伺服電機是否按照PLC發出的指令正常工作。

硬件配置完成后，還要根據需求對伺服驅動器參數進行必要的設置。首先確定脈沖指令單位，該系統選用滾珠絲杠給進量為5mm。在程序中對脈沖發生器定義：伺服電機轉一圈激光加工頭移動的距離是5000um；伺服電機轉一圈所需的脈沖數量為4096（2的n次方，且最接近5000），因此脈沖指令單位就是5000/4096（即伺服驅動器每發出一個脈沖，激光焊接頭前進5000/4096um）。