路如旃 方千山 华侨大学机电及自动化工程学院
林天华 莆田市华隆石材机械有限公司
摘要：通过对矿山切石机的电气控制系统的研究，提出了基于PLC控制的矿山切石机控制系统及技术实现。对矿山切石机进行了控制，并在莆田华隆机械有限公司生产的机械设备上进行了试验，证明了该系统的可行性和安全性，现已投入使用。
关键词：石材机械切石机PLC控制
在我国石材行业，一直主导矿山开采的方法是可控性极差的传统爆破开采法和人工打契开采法，这种方法不但使工人劳动强度大，石料块体积小，开采成本居高不下，经济效益不理想，安全缺乏保障，而且资源浪费大，矿山资源破坏严重，其产能的提高又加剧了矿体的消耗。因此，我国在“十一五”列入要淘汰的石材低效开采技术。
莆田华隆有限公司研发的矿山切石机是根据圆盘锯原理和借鉴切割加工板材的原理，利用金刚石刀具的高速旋转切割技术灵活运用到野外石料开采上，整机使用机电一体化组合，高性能比，结构科学合理，具有高效、低耗、安全、环保、节能等优点，从根本上解决传统石料开采不安全、破坏资源、污染环境等问题。在大规模整体矿山采用单/双刀矿山荒料切石可有效的提高开采速度，降低开采成本，而且可按客户要求荒料的规格开采，开采速度快，开采出来的荒料平整，市场价值高。该技术不但填补国内在矿山石材开采技术的空白，而且提高了中国石材开采机械在世界市场的竞争力。
1矿山荒料切石机的工作原理
矿山荒料切石机是先在矿山表面上铺设轨道，然后主机部分通过主电机带动金刚石圆盘锯片高速旋转，利用变频调速，双轨道牵引控制自动进给，在轨道上返还切割作业，其切割深度由圆盘锯片的直径大小决定。目前设计的是使用3m的圆盘锯片，其切割深度为1.35m，日产量约为75m3左右，定位准确、操作简便，只需两个技术工人操作生产。矿山荒料切石机实图见图1。
2切石机操作工艺流程
矿山荒料切石机的操作具备手动操作和自动操作功能。
手动操作：在控制面板上有A和B主机的启动和停止按钮。切石机的动作有前后运动，锯片升降运动，换轨行走和矿山荒料切石机的整体升降运行，都是点动运行。
自动操作：自动时必须满足条件主机启动和水流开关打开。按下自动按钮后，手动选择切石机的行走方向(向前或向后)，之后切石机自动切割石块。以选择向前行走为例，当碰到前限位开关时，切石机慢速行走，走过一段距离后停止(可设定)，接着向后行走，当离开前限位开关后，切石机锯片开始下降(下降的距离根据石材的硬度设定)，此时切石机的前后行走禁止。当切石机锯片停止下降后，切石机开始向后自动行走，如此反复。当锯片第一次碰到下限位开关时，切石机的锯片不能上升，当再次碰到前限位或后限位开关时，切石机的锯片上升，主机停止工作，升降和前后运动停止。
但在切石机自动切割石块时，锯片在反复下降中，A锯片和B锯片由于各种因素的影响每次下降的高度有差异，切割完最后一刀的时间不一样，此时要把切割完的那个锯片升起来，并使其对应的主机停止工作，而另一锯片继续切割。当都切割完毕后，切石机停机。
当发生故障时，在PLC的故障输入/输出都有信号，故障指示灯亮，输出点都置为零，此时自动不能工作，而手动可以工作(用来确定切石机故障发生的原因和对其进行维修)。在切石机出现紧急情况时，按下急停开关，此时断掉切石机的电源。
因此根据上述要求研究应用PLC取代继电元件控制矿山荒料切石机。
3Twidosoft编程软件
Twidosoft是施耐德公司生产的一款编程软件，它是基于Windows的32位程序，适用于运行MicrosoftWindows98SecondEdition、MicrosoftWindows2000Professional或MicrosoftWindowsXP操作系统的个人计算机((PC)。Twidosoft具有标准Windoves用户界面、可对Twido控制器进行编程和配置和控制器通讯和控制。它可用3种语言创建Twido控制程序：指令列表语言、梯形图语言和Grafcet语言。
PLC程序编程采用梯形图模块化编程，程序编好后，配置软件中的通讯参数。PLC端口采用端口1，在协议中选择Modbus，地址选择1。在参数一栏中，波特率选择19200，数据为选择8(RTU)，校验位选择偶校验，停止位选择1，响应超时选择和帧延迟可采用默认设置。若有扩展模块可在硬件菜单点击添加即可。之后用专用下载线TWDNAC485D将程序下载到PLC中，在主菜单中选择扫描方式和工作方式。
PLC上电后首先进行初始化，不管是冷启动还是热启动。在工作过程中可以利用输入点的上升沿对PLC进行初始化，因为PLC不允许利用输入点置初始化系统位超过一个周期。
4Twido可编程控制器
4.1PLCI/O特性
采用施耐德公司生产的型号为TWDLCAA40DRF一体型控制器可编程控制器，其具有40I/O点，输入点24点((2根公共线)，输出点16点，可扩展7个离散、模拟模块，并且内置了RTC。输入点为漏型/源型额定DC24V的输入电压(输入电压范围20.428.8VDC)，额定输入电流IO，I1，I6，17为11mA，I2I5，I8一I23为7mA，输入接线图见图3；输出点为14个继电器输出和2个源型晶体管输出，输出接线如图4所示。具有1个集成的串行口和2个模拟电位器输入。在输出点中Q0.0和Q0.1为晶体管输出，其不能承受任何反向极性，否则造成输出点Q0.0和Q0.1内部永久性损坏。
4.2PLCUO点分配
整个系统占用PLC输入点24点，输出点14点，具体I/O点的分配见下表1。
5可编程控制器PLC的供电和接地
5.1PLC的供电
为提高系统的可靠性和抗干扰性能，在PLC供电系统中采取了隔离变压器，加上PLC内部的晶体管开关电源。在电网或其他外加电源电压变化很大时，其输出电压并没有多大变化，从而提高了系统的抗干扰能力。
输入点的COM端由PLC提供的内部DC24V电源供电，输出点的COM端根据输出点要求的电源类型分别供电。在布线上PLC的供电与动力供电和控制电路的供电分开，且线路的连接采用两个控制面板，这样能让控制线与动力线之间的间隔尽量的远。
5.2PLC的接地
在此系统中，PLC组成的控制系统单独设计接地，并且使PLC接地线尽量的短和横截面积尽量的大(一般大于l0mm2)。交流地、直流地、信号地、数字地和模拟地分开接地。如此可消除各电路电流流经公共线阻抗所产生的噪声电压和避免磁场与电压差的影响，使其不能形成地环路。
6结语
本文通过对矿山荒料切石机系统进行了研究，提出了基于PLC控制的系统设计及技术实现，并对其外围电路进行了保护和抗干扰处理，使此系统的稳定性和切割石块的精确性有了很大的提高。此系统在福建省莆田市华隆机械有限公司进行了应用和生产，实践证明它提高了系统的可靠性、安全性和抗于扰性，使得此系统更能适应恶劣的开采环境。更重要的是它提高了我国石材机械的竞争力，为占领世界市场打下了基础。
