路如旃 方千山 華僑大學機電及自動化工程學院
林天華 莆田市華隆石材機械有限公司

　　摘要：通過對礦山切石機的電氣控制系統的研究，提出了基于PLC控制的礦山切石機控制系統及技術實現。對礦山切石機進行了控制，并在莆田華隆機械有限公司生產的機械設備上進行了試驗，證明了該系統的可行性和安全性，現已投入使用。

　　關鍵詞：石材機械切石機PLC控制

　　在我國石材行業，一直主導礦山開采的方法是可控性極差的傳統爆破開采法和人工打契開采法，這種方法不但使工人勞動強度大，石料塊體積小，開采成本居高不下，經濟效益不理想，安全缺乏保障，而且資源浪費大，礦山資源破壞嚴重，其產能的提高又加劇了礦體的消耗。因此，我國在“十一五”列入要淘汰的石材低效開采技術。

　　莆田華隆有限公司研發的礦山切石機是根據圓盤鋸原理和借鑒切割加工板材的原理，利用金剛石刀具的高速旋轉切割技術靈活運用到野外石料開采上，整機使用機電一體化組合，高性能比，結構科學合理，具有高效、低耗、安全、環保、節能等優點，從根本上解決傳統石料開采不安全、破壞資源、污染環境等問題。在大規模整體礦山采用單/雙刀礦山荒料切石可有效的提高開采速度，降低開采成本，而且可按客戶要求荒料的規格開采，開采速度快，開采出來的荒料平整，市場價值高。該技術不但填補國內在礦山石材開采技術的空白，而且提高了中國石材開采機械在世界市場的競爭力。

　　1礦山荒料切石機的工作原理

　　礦山荒料切石機是先在礦山表面上鋪設軌道，然后主機部分通過主電機帶動金剛石圓盤鋸片高速旋轉，利用變頻調速，雙軌道牽引控制自動進給，在軌道上返還切割作業，其切割深度由圓盤鋸片的直徑大小決定。目前設計的是使用3m的圓盤鋸片，其切割深度為1.35m，日產量約為75m3左右，定位準確、操作簡便，只需兩個技術工人操作生產。

2切石機操作工藝流程

　　礦山荒料切石機的操作具備手動操作和自動操作功能。

　　手動操作：在控制面板上有A和B主機的啟動和停止按鈕。切石機的動作有前后運動，鋸片升降運動，換軌行走和礦山荒料切石機的整體升降運行，都是點動運行。

　　自動操作：自動時必須滿足條件主機啟動和水流開關打開。按下自動按鈕后，手動選擇切石機的行走方向(向前或向后)，之后切石機自動切割石塊。以選擇向前行走為例，當碰到前限位開關時，切石機慢速行走，走過一段距離后停止(可設定)，接著向后行走，當離開前限位開關后，切石機鋸片開始下降(下降的距離根據石材的硬度設定)，此時切石機的前后行走禁止。當切石機鋸片停止下降后，切石機開始向后自動行走，如此反復。當鋸片第一次碰到下限位開關時，切石機的鋸片不能上升，當再次碰到前限位或后限位開關時，切石機的鋸片上升，主機停止工作，升降和前后運動停止。

　　但在切石機自動切割石塊時，鋸片在反復下降中，A鋸片和B鋸片由于各種因素的影響每次下降的高度有差異，切割完最后一刀的時間不一樣，此時要把切割完的那個鋸片升起來，并使其對應的主機停止工作，而另一鋸片繼續切割。當都切割完畢后，切石機停機。

　　當發生故障時，在PLC的故障輸入/輸出都有信號，故障指示燈亮，輸出點都置為零，此時自動不能工作，而手動可以工作(用來確定切石機故障發生的原因和對其進行維修)。在切石機出現緊急情況時，按下急停開關，此時斷掉切石機的電源。

　　因此根據上述要求研究應用PLC取代繼電元件控制礦山荒料切石機。

　　3Twidosoft編程軟件

　　Twidosoft是施耐德公司生產的一款編程軟件，它是基于Windows的32位程序，適用于運行MicrosoftWindows98SecondEdition、MicrosoftWindows2000Professional或MicrosoftWindowsXP操作系統的個人計算機((PC)。Twidosoft具有標準Windoves用戶界面、可對Twido控制器進行編程和配置和控制器通訊和控制。它可用3種語言創建Twido控制程序：指令列表語言、梯形圖語言和Grafcet語言。

　　PLC程序編程采用梯形圖模塊化編程，程序編好后，配置軟件中的通訊參數。PLC端口采用端口1，在協議中選擇Modbus，地址選擇1。在參數一欄中，波特率選擇19200，數據為選擇8(RTU)，校驗位選擇偶校驗，停止位選擇1，響應超時選擇和幀延遲可采用默認設置。若有擴展模塊可在硬件菜單點擊添加即可。之后用專用下載線TWDNAC485D將程序下載到PLC中，在主菜單中選擇掃描方式和工作方式。

　　PLC上電后首先進行初始化，不管是冷啟動還是熱啟動。在工作過程中可以利用輸入點的上升沿對PLC進行初始化，因為PLC不允許利用輸入點置初始化系統位超過一個周期。

4Twido可編程控制器

　　4.1PLCI/O特性

　　采用施耐德公司生產的型號為TWDLCAA40DRF一體型控制器可編程控制器，其具有40I/O點，輸入點24點((2根公共線)，輸出點16點，可擴展7個離散、模擬模塊，并且內置了RTC。輸入點為漏型/源型額定DC24V的輸入電壓(輸入電壓范圍20.428.8VDC)，額定輸入電流IO，I1，I6，17為11mA，I2I5，I8一I23為7mA，輸入接線圖見圖3；輸出點為14個繼電器輸出和2個源型晶體管輸出，輸出接線如圖4所示。具有1個集成的串行口和2個模擬電位器輸入。在輸出點中Q0.0和Q0.1為晶體管輸出，其不能承受任何反向極性，否則造成輸出點Q0.0和Q0.1內部永久性損壞。

　　4.2PLCUO點分配

　　整個系統占用PLC輸入點24點，輸出點14點，具體I/O點的分配見下表1。

5可編程控制器PLC的供電和接地

　　5.1PLC的供電

　　為提高系統的可靠性和抗干擾性能，在PLC供電系統中采取了隔離變壓器，加上PLC內部的晶體管開關電源。在電網或其他外加電源電壓變化很大時，其輸出電壓并沒有多大變化，從而提高了系統的抗干擾能力。

　　輸入點的COM端由PLC提供的內部DC24V電源供電，輸出點的COM端根據輸出點要求的電源類型分別供電。在布線上PLC的供電與動力供電和控制電路的供電分開，且線路的連接采用兩個控制面板，這樣能讓控制線與動力線之間的間隔盡量的遠。

　　5.2PLC的接地

　　在此系統中，PLC組成的控制系統單獨設計接地，并且使PLC接地線盡量的短和橫截面積盡量的大(一般大于l0mm2)。交流地、直流地、信號地、數字地和模擬地分開接地。如此可消除各電路電流流經公共線阻抗所產生的噪聲電壓和避免磁場與電壓差的影響，使其不能形成地環路。

　　6結語

　　本文通過對礦山荒料切石機系統進行了研究，提出了基于PLC控制的系統設計及技術實現，并對其外圍電路進行了保護和抗干擾處理，使此系統的穩定性和切割石塊的精確性有了很大的提高。此系統在福建省莆田市華隆機械有限公司進行了應用和生產，實踐證明它提高了系統的可靠性、安全性和抗于擾性，使得此系統更能適應惡劣的開采環境。更重要的是它提高了我國石材機械的競爭力，為占領世界市場打下了基礎