触摸屏和PLC 在铸铁水平连铸同步切割机控制系统中的应用
王大为1 贾芳云1 薛隆泉2
(1．咸阳职业技术学院，咸阳，712000；2．西安理工大学机械与精密仪器学院，西安，710048)

摘要：本文介绍了铸铁水平连铸同步切割机中的控制系统要求、工作过程流程图，以及触摸屏和可编程控制器在该系统中的应用，并对触摸屏的系统画面菜单作了重点论述。触屏作为人机接口，系统界面友好，简单直观，便于操作，为该生产线实现全线自动化提供了解决方案。

关键词：铸铁水平连铸同步切割机；触摸屏；PLC；控制系统

中图分类号:TP2 文献标识码:A

1.引言

    铸铁水平连铸始创于六、七十年代，作为一种新的型材生产工艺，以其优良的特性在国际上得到了广泛的应用。我国从1985 年组织攻关，1987 年研制出ZSL－01 型连铸生产线。在此基础上西安理工大学于1992 年再次研制了ZSL-02 型连铸生产线，该机实现了全线半自动化，年产量为2000t，可生产40～250mm 圆性及非圆形等截面的铸铁型材。

    该生产线主要由保温炉、牵引机、同步切割机、压断机、出线机和液、电控制系统组成。触摸屏（TP）与PLC 的联合使用对该系统稳定工艺状况起到重要的作用，因而此二者的联合控制系统越来越广泛的应用于工业生产的各个领域。本文采用PLC 实现对水平连铸同步切割机操作过程的自动控制，选用了适合在该生产线环境下运行的OMRON C200H 来实现该控制设计，触摸屏设计出了控制画面菜单。

2. 同步切割机的工作过程

    同步切割机采用了水平进刀切割的方式。它由夹紧机构及同步小车、砂轮切割机及进给系统、切深补偿调节和回车系统组成，如图1 所示。

 

    夹紧机构由一对V 型铁在油缸带动下通过杠杆机构实现夹紧。砂轮切割机及进给系统固定在可前后移动的立柱上，在进给油缸驱动下在水平导轨上实现慢进切割和快退复位的双向动作。切割机进给速度由液压系统保证。砂轮片在切深调节电机带动下沿立导轨作上下运动，实现砂轮相对型材的切深调节及砂轮磨损补偿。同步前进是靠夹紧型材后，借助牵引机的牵引力来实现。

3. 控制系统方案设计

3.1 控制过程流程图（如图2 所示）

 

3.2 PLC 型号选择

3.2.1 输入信号

    按钮开关：启动、停止、急停、复位，需4 个输入点；手动操作时，有13 个按钮，需13 个输入点。

    工作方式选择开关：手动、单周期、连续，需3 个输入点。

    限位开关：切割进给限位、快退限位，小车回位限位，需3 个输入点。

    检测信号：切割深度检测元件、切割长度检测元件、夹紧压力检测元件，需3 个输入点。共需26 个输入点。

3.2.2 输出信号

    电磁阀：夹紧、进给、快退、上升、下降、电机运转、砂轮制动、小车回位，需8 个输出点。开关：报警开关，需1 个输出点。

    根据所需的I／O 点数，并考虑留有一定的余量，故选用OMRON 的C200H PLC ，这种机型为模块式结构，由基板及模板组成，具有4 种基板、80 余种模板可供选择，

4. 软件编程

    PLC 与计算机通信时，通常使用CPU 单元内置的通信口，通信口大多为RS232C 口。使用编程软件可以实现的功能有：梯形图或语句表编程等，使用的编程软件为CX－P。
程序特点如下：

    ⑴手动：由于国产砂轮片厚度一般≤4mm，刚度小，切割时极易破环，所以在设计流程图时根据需要设计了手动控制，当工作方式开关置于手动位置时，利用按键对切割机的每个动作过程进行控制。

    ⑵自动：当开关选择自动位置时，按下启动按钮，PLC 自动执行程序中的相应过程，直到按下停止按钮。又由于工艺的需要，要查看型材的切口情况，在自动程序中有两种执行方式：连续和单周期。连续方式是连续反复的执行过程，直到按下停止按钮，而单周期只是执行一个周期后就停止。

    ⑶检测：由于型材直径不一，随之需要切口的深度就相应变化，砂轮片一次一般只能切割10mm 左右，当型材直径较大时一次切割不能达到要求深度的切口，这就需要反复切割，所以在砂轮片正下方位置的小车上安装了传感器，来检测切口深度，PLC 执行切割过程时反复循环切割直到达到要求深度的信号传出后才结束。

    预定长度的检测也是由传感器来完成的，传感器装于小车回位限位处，到达给定值时发出一个信号，然后夹紧机构就动作，执行切割过程。

    ⑷动作互锁：夹紧机构夹紧型材后就不能松开，所以设置了联锁按钮，按下联锁按纽后夹紧机构就不能松开直到切割完成，按下联锁解除按纽后才能松开。另外在设计中还有故障处理，事故报警等。

5. 触摸屏画面设计

     触摸屏式转为PLC 的应用而设计的小型工作站，是一个是多媒体信息或控制改头换面的设备，一般为嵌入式结构，集主机、输入输出设备于一体，体积较小，可直接与PLC 经RS232或RS485 口相连。该部分主要是来设计触摸屏的一些菜单，创建画面和信息，通过这些画面和信息作为监控，可以显示状态、故障、过程变量、显示文字、曲线、图形，完全可以取代传统的控制面板。

5.1 起始画面（如图3 所示）

图3 控制系统起始画面
 

    系统上电后便进入此画面，此画面起系统提示作用，触摸屏幕任意位置，便可进入主监控画面。

5.2 主监控画面（如图4 所示）

图4 控制系统工作方式选择画面
 

    此画面可以选择PLC 的动作执行方式，如手动、单周期、连续工作方式。

5.3 手动方式设定画面（如图5 所示）

图5 手动方式按纽画面
 

    在此画面下，可以用手动按纽来完成切割机的整个动作执行过程，按下一个按钮完成一个动作。

5.4 自动方式设定画面（如上图6 所示）

图6 自动方式设定画面
 

    PLC 自动运行时，选择单周期或者连续，在此画面下，只要按下相关按钮，PLC 便可自动的完成整个切割工程。

6. 结束语

    该套控制系统具有操作简单、可靠性高、使用灵活、工艺参数修改方便等特点，触摸屏采用全集成化封闭式面板，非常适合铸造行业这种粉尘多、环境恶劣的场所使用，具有一定的推广价值。

参考文献
[1]王卫星等，可编程控制器原理及应用.中国水利水电出版社，2002
[2]潘新民等，微型计算机与传感器技术.人民邮电出版社，1988
[3]李贤乐，液压传动及控制，重庆大学出版社，1995
[4]郭学蜂.ZSL-02 型铸铁水平连铸生产线.西安理工大学，产品介绍
[5]Visual Basic 程序设计，西安电子科技大学出版社，2002