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大理石抛光机的电气控制系统设计

  
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评论:0 更新日期:2015年03月11日

 由于天然大理石具有不规则性,有缺边,掉角,所以在很长一段时间内,大理石的表面抛光都采用人手进行抛光,成本高,效率低。为了更好的解决人力成本与效率的问题,本文展开对大理石大板抛光机的自动控制系统进行全面分析,以实现大理石板材的全自动抛光。
    在天然石材墙地砖的加工史上,由于石材板面的不规则性,对加工设备的要求极高,导致很长一段时间内,还处在落后的人手进行打磨抛光。人工抛光的劳动强度极大,而且不是流水线作业,生产效率极低,石板材板面大,容易碎裂,对人生安全构成了一定威胁,固自动化的抛光生产线需求极大。
    虽然我国石材设备制造业已初具规模,但是加工水平依然处于比较初级的阶段。多数设备功能单一,而且依赖造价较高、对环境要求苛刻以及维修维护困难的进口设备。随着电气技术的快速发展,特别是高性能PLC,矢量控制变频器的功能变的更加强大,为更好的适应石材加产业发展,提高石材抛光机的抛光效率,本设计从多方面为石材抛光机配备先进的自动化控制系统。
    本机的电气系统主要用于控制皮带传动机构,横梁摆动机构,磨抛电机,磨抛电机升降机构,以及各机构监测和保护,以实现抛光机的全自动控制。电气系统主要采用西门子300系列PLC,安川A1000系列变频器,辅以电子尺、光电传感器、编码器、压力检测开关等低压电气构成。
    安川A1000系列变频器
    安川A1000系列变频器属于高性能矢量变频器,其具有出色转矩特性,能够实现高起动转矩,只有0.5HZ的频率输出的情况下都有200%力矩输出。而且采用过励磁制动,有效缩短了减速时间,使机械伤害降到最低。
    西门子PLC
    本机采用的西门子314C-2DP系列PLC,运行速度快,而且采用profibus-dp通信协议,具有良好的抗干扰能力与通用性。314C系列PLC本身带有4个高速计数器,4个模拟量输入,2个模拟量输出,还有多个数字量输入输出点,具有良好的经济适用性。
    进板扫描机构
    采用64个光电开关对板材的横向规格进行扫描,再辅以编码器记录板材的纵向规格。两者均进入PLC,可以把在PLC内部把整个板材外形转化成矩阵的形式,记录下矩阵的那个点缺板掉角,就可以很简单的进行数据运算。同时每个抛光磨头的位置也记录在大矩阵当中,当抛光磨头的矩阵与板材矩阵重叠的时候,就可以判断该板材已经到达该磨头下方,磨头可以降下来磨板。这就能实现板材缺损检测功能,使磨头能够自动避让。
    横梁摆动机构
大理石抛光机摆动横梁上挂有16个磨抛电机,负重极大,而且来回摆动,摆动幅度也只有2.1米。要使板材抛光后光洁亮丽,必须高速打磨,固摆动速度与磨头速都要很快。对横梁摆动机构的控制,是一个严酷的要求。
    大本机采用安川A1000系列变频器,变频器的选取必须满足PCN≥K1KPM/ηcosΦ
    K1:容量过载系数,通常取1.1~1.2倍,
    K:电流波形的修正系数,(PWM)方式取1.05~1.1
    η:电动机的效率,通常取约0.85
    cosΦ:电动机的功率因数,通常约0.75
    PM:负载所需求的电动机轴的输出功率(KW)
    由于是横梁是短距离来回摆动,固会出现频繁的高速换向,需要选用2个4045B,连接的电阻器型号为20KW,13.6欧姆,以释放换向时的巨大电流。由于惯性极大,而且刚启动时候要获得较大的起动转距,调试过程中都要实施电机参数自学习,达到最优化的运行模式。
   横梁上安装有编码器进行闭环控制,通过PLC的高速计数器模块,可用于记录横梁摆动的位置,通过PLC控制变频器在什么速度,什么位置换向。另外PLC也能通过编码器正确判断磨头是不是在板材上方。磨头在板材上方的时候,磨头才能下来磨板。
    皮带传动机机构
    皮带传动机构主要用于输送板材,采用变频控制,可以有效适应不同板材的加工工艺要求。传动辊筒上安装有编码器,用于记录板材前行的位置,只有当板材到达该磨头,磨头才能下降。没有板材的时候,磨头自动升起。皮带传动变频器只采用简单的V/F控制,因为皮带是一直往前走,而且对速度等要求不高。
    磨头升降机构与磨头电机
    整机上共有16个抛光磨头电机,电机功率为11KW,同时启动的话电流冲击极大。固本系统采用按顺序启动,为防止磨抛效果不好,需要在抛光磨头与横梁都完全启动的情况下才能够使传动皮带转动,板材行走,以使板材行走过程中一定会磨到。
    磨头升降采用气缸电磁阀控制,直接通过PLC输出点驱动升降。除了保障输出状态稳定状态外,气缸控制比液压控制,更能避免刚性接触使板材碎裂。
    各个磨头上都配有电子尺,采用模拟量输入到PLC,通过线性转换,磨头升降高度20mm对应27648模拟量。磨头配有电子尺就能精确的检测到磨料磨损情况,当磨料用完的时候,报警停机,磨头自动升起,这样就磨头就不会打烂板材,人也不用每时每刻观察磨料损耗程度。
    保护机构
    整机设有多个保护机构,以防止机器故障对人或机器带来不必要的伤害。整机上装有西门子MP277触摸屏,用于监控报警与生产运行状况。分别设有如下报警
    a.磨料缺损保护
    b.低气压保护
    c.缺水保护
    d.横梁前后限位保护
    e.翻门保护
    .编码器损坏保护

    目前整机已经投入使用,而且使用效果很好,极大的提高了生产效率。当前高效、高质以及自动化程度高的机械越来越受到人们的青睐,伴随着市场的不断壮大,石材加工设备正朝着加工能力更强,性价比更高,更加智能化,人性化的方向发展。
 

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