基于触摸屏和PLC的大型金相试样切割机控制系统的研究

摘要

金相试样切割机主要用于金相试样的截取和各种材料的下料、切口等，广泛的应用于机械、冶金、汽车、航空航天等领域，是金相取样分析过程中的重要设备之一。目前，国内金相试样切割设备形式多样，以微处理器为基础的各种制样设备是金相制备先进技术的代表，但是自动化程度较低，不能够直接对较大零件进行取样。为了满足行业的要求，促进金相事业的发展，需要设计高精度、高性能和操作方便的金相切割控制系统。 本文根据金相取样的特殊要求，研究了切割机机械结构运动原理和金相试样切割的过程，通过机电结合、软硬件结合及互补、增加柔性切割功能等方式，设计了切割机控制系统。该系统主要由两部分组成：主控制系统和显示/监控系统。主控制系统和显示/监控系统采用RS232C串行通信的方式完成切割控制全过程。 主控系统采用OMRON CPlH PLC为控制核心，集中完成了限位I/O信号和上位机串口通信信号的接收，并根据PLC内部设计程序进行集中运算处理，实现了对一台变频器和三台步进电机驱动器输出逻辑控制。为了提高系统可靠性和抗干扰能力，PLC采用RS485串行通信的方式对变频器进行控制，实现了变频器对交流异步电机的无级调速，满足了切割不同材质工件的要求。为了扩大切割范围，PLC采用高速脉冲输出功能对三台步进电机驱动器协调控制，实现了自动操作的多模式切割，能够根据零件尺寸的不同选择不同的切割方式。 显示/监控系统选用的是Eview MT508S触摸屏可编程控制终端，采用其带的人机交互界面编辑软件(EB500)，设计友好的切割参数的输入和切割过程监控界面。通过触摸键可以输入所有和切割相关的量，比如：砂轮转速、切割深度、切割速度等，监控界面在切割的过程中可显示切割余量及切割过程中的切割参数等。实现了切割过程的智能化、人性化。 本文设计的切割机控制系统具有PLC双通信、步进电机驱动器直控、切割整个过程全面监控等突出特点，系统分为自动操作和手动操作两种工作方式，设计了三种自由可选切割模式：直切、进三退一、逐层切割。大大提高了切割机的切割能力自动化程度，使切割取样更加高效、快捷。

目录

文摘

英文文摘

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1引言

2概述

2.1金相试样切割技术分析

2.2金相试样切割机的研究状况

2.2.1国内金相试样切割机研究概况

2.2.2国外金相试样切割机研究概况

2.3金相切割机设计面临的技术问题

2.4切割机系统设计要求

2.5课题的主要研究内容

3大型金相切割机机械设计

3.1切割机总体结构设计

3.2主动力传动机构设计

3.3进给机构设计

3.3.1摇臂进给机构设计

3.3.2丝杠螺母机构设计

3.4快速卡具设计

3.5内置式循环冷却系统设计

3.6切割机总体机构运动原理

4大型金相切割机控制系统硬件设计

4.1控制系统总体方案的确定

4.1.1控制系统方案的讨论

4.1.2控制系统硬件总体结构

4.2可编程控制器核心控制模块

4.2.1 PLC技术概述

4.2.2 PLC选型及性能介绍

4.2.3 PLC主要功能系统中的应用

4.2.4控制系统PLC的I/O存储地址分配

4.3 PLC与步进电机细分驱动器接口电路

4.3.1步进电机的工作原理及特点

4.3.2步进电机及细分式驱动器的选型

4.3.3步进电机驱动器接口电路

4.4 PLC与MM420变频器接口电路

4.4.1变频调速技术概述

4.4.2变频器的选型及性能介绍

4.4.3 PLC与变频器RS485通信

4.4.4 PLC与MM420通信协议介绍

4.4.5变频器控制电气原理图

4.5人机交互界面设计

4.5.1触摸屏的选型和性能介绍

4.5.2 PLC与MT508S触摸屏通信

4.5.3 PLC与触摸屏通信协议介绍

4.5.4控制系统触摸屏操作界面设计

5大型金相切割机控制系统软件设计

5.1系统主控程序设计

5.2系统测试程序设计

5.3自动系统程序设计

5.4手动控制程序设计

6切割机安全性设计与抗干扰措施

6.1机械设计中的安全保护措施

6.2电气控制中的安全保护措施

6.3电气控制中的抗干扰措施

6.3.1 PLC的抗干扰措施

6.3.2 MM420变频器的抗干扰措施

6.3.3 MT508S触摸屏的抗干扰措施

7自动控制系统的安装与调试

8大型切割机切割工艺参数测试

9结论与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

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致谢