1.2 切割机控制方法与控制系统的确定

机床控制系统在现代机床生产业中有很重要的的作用，机床的控制系统相当于机床的大脑和心脏。一台机床要想很好的运行其控制系统一定要做好，一个好的机床控制系统要能够很好的控制机床的运行，能使机床的每一步都能够准确运行到位，并且还要有好的安全保护系统，还要有好的调试系统等。机床控制系统有继电器控制、单片机控制、PLC控制等。现将几种控制系统作出分析比较选取最优的控制系统来实现其功能。

1. PLC控制与继电器控制比较

(1) 控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只一般只有4～8对触点，因此灵活性和扩展性都很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少，体积小，加之PLC中每只软继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由中大规模集成电路组成，功耗小。

(2) 工作方式：当电流接通时，继电控制线路中各继电器都处于受约状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。

(3) 控制速度：继电控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。

(4) 限时控制：继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。时间继电器一般分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等，其定时精度不高，定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便维护。PLC使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时范围一般从0.1s到若干分钟甚至更长，用户可根据需要在程序中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于10ms且定时时间不受环境的影响。

(5) 计数控制：PLC能实现计数功能，而继电控制逻辑一般不具备计数控制功能。 (6) 设计与施工：使用继电控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图和程序设计）

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。

(7) 可靠性和可维护性：继电控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配备有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

(8) 价格：继电控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较便宜。而PLC使用中大规模集成电路，价格比较昂贵。

2. PLC控制与单片机控制比较

(1) PLC与单片机控制的相似性: 本质是一样的，都是基于微处理器技术。都可以实现对仪器设备的智能化控制。PLC内部就用了单片机。

(2) PLC与单片机优点: (1)PLC由专业大公司精心设计的硬件和软件系统，功能强大、可靠性好。编程方法简单易学，即使是不熟悉电脑的工程师也可以用它开发复杂的控制系统。抗干扰能力强，适用于环境恶劣的工业控制场合。有丰富的扩展模块和联网能力，可以做成大型复杂的工业控制系统。(2)单片机价格便宜功能强大。既可以用于价格低廉的民用产品也可用于昂贵复杂的特殊应用系统。自带完善的外围接口，可直接连接各种外设，有强大的模拟量和数据处理能力。体积小，功耗低可用于电池供电的便携式产品。 有高级语言支持，编程效率高，可移植性好。编程方法复杂，不容易上手。抗干扰能力差。应用范围广泛，既适合大批量重复生产的民用消费品。也可以用于小批量产品。特别是仪器仪表，家电以及小型控制系统。

(3) PLC与单片机的缺点:(1)PLC价格昂贵，体积大，功能扩展需要较多的模块，不适合大批量重复生产的产品。(2)单片机编程方法复杂，不容易上手。抗干扰能力差。

(4) PLC与单片机的应用范围(1)PLC适合于工作母机控制和工业过程控制。(2)单片机应用范围广泛，既适合大批量重复生产的民用消费品。也可以用于小批量产品。特别是仪器仪表，家电以及小型控制系统。

1.3 PLC的特点

1. 高可靠性：所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或

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有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2. 丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3. 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4. 编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5. 安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

6. PLC的功能： (1) 逻辑控制。 (2) 定时控制。 (3) 计数控制。 (4) 步进(顺序)控制。 (5) PID控制。

(6) 数据控制：PLC具有数据处理能力。 (7) 通信和联网。

(8) 其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。

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基于PLC的静态切割机控制系统设计 第2章 硬件设计

2.1 切割机主要构造及技术参数

2.1.1 切割机主要构造及动作过程

切割机的主要功能是将泡沫塑料切成厚度一定的一片一片。其驱动部分由台面、刀架、转轮、刀片、滑套、以及左、右丝杆组成，如图所示。

图2.1 切割机驱动机构示意图

切片过程为:先将泡沫块放在台面上、台面后推到限定位置、刀架下移、定位移量并锁住、台面和泡沫块一起移动到新限定位置、刀架下移刀片旋转随之切割出一片一定厚度的海绵、台面后移至限定位置，同时刀架上移到初始位置。不断重复上述过程。

在图示的切割机示意图中可知道刀架的运动所需的要求是刀架的平稳性，而刀架的上下运动是由左右的滑套和左右丝杆组合构成。根据运动的平稳性，要求左右滑套和左右丝杆要配套而且参数一直。而且刀片不能切割的过甚，并且台面是由金属构成的，刀片切割的位置要求准确。台面的运动也是要求精确，其精确对材料的切割质量有很大的影响。刀片的锋利度是由磨刀转盘磨石确保的，而磨刀的转速不能太快，那样对刀片的磨损太快。

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