1 引言
同步切割机是金属型材坯料生产工艺常用的设备。它以其生产效率和成品率高的特点受到钢冶企业的重视。同步切割机切割坯料常用方式有手工切割、半自动切割机切割及自动切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机切割工件的质量较好，适合于单件、小批量和大工件切割。自动切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高坯料切割效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。目前在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还较为普遍，自动切割机的市场潜力还是很大、市场前景比较乐观，笔者对PLC控制同步切割机自动控制的设计总体方案进行了分析和研究，提出了较为理想的控制方案。采用自动控制后，可切割棒料、条料、板料，又可切割型材，适应性强，切割尺寸误差可小于2mm，只要普通工作人员就可操作,调整简单迅速，安装、维护方便。
2 同步切割机实现自动控制的必要性
本项目主要研究铸铁水平连铸生产线同步切割机。此生产线现已实现了全线的半自动化，而切割机部分基本是手动操作的，由于生产中要连续不断切割型材，型材的直径大小、前进速度变化，进给的长度不定，砂轮来回切割次数及深度的变化等一系列条件，在产量不高的情况下是可以的，随着用户对产品需求量量增大，为了提高工作效率，改善工作条件，实现生产线的自动化就必须对同步切割机实现自动控制。
3 对同步切割机主要动作结构分析
同步切割机采用了水平进刀切割的方式。它由夹紧机构、同步小车、砂轮切割机及进给系统、砂轮切深补偿调节和回车系统组成，如图1所示。
金属型材坯料从保温炉中拉出，到同步切割机，当达到给定长度时，切割机的夹紧机构首先夹住型材，进行对刀，达不到对刀口时再松开重新夹紧。确定好夹紧位置后，小车随着型材一块前进，进行同步切割。然后砂轮电机启动，实行缓慢的水平切割进给动作，切割到位时，砂轮快退复位，回到原位。夹紧机构松开，切割机将借助安装在切割小车下面的回车系统返回起始工作位。
3.1切割机夹紧机构
切割机夹紧机构由夹紧油缸、一对V型铁和杠杆机构组成的。一对V型铁在油缸带动下通过杠杆机构实现夹紧。当泵站供给液压系统液压油时，夹紧油缸通过夹紧立柱带动上V型铁向下运动，而夹紧立柱通过短滑柱、长滑柱和连杆构成的杠杆机构带动下V型铁向上运动，完成夹紧棒料的动作，如图2和图3所示。
夹紧油缸的动作来自于电机带动液压泵旋转，从油箱中吸油，油液进入液压泵，当它从泵中输出进入液压管后，通过液流阀、单向阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右运动，实现油缸带动V型铁运动的动作。
夹紧的速度通过调节节流阀开口大小来改变，工程中对夹紧油缸的速度没有严格要求。测定夹紧机构是否完全夹紧由压力继电器来测定。如图4所示。
3.2 切割系统
切割系统由切割机进给系统、升降电机、砂轮电机和吸尘电机组成。切割机进给系统由液压系统控制，升降电机、砂轮电机和吸尘电机由交流电机带动。同步前进是靠夹紧机构夹紧型材后，借助牵引机的牵引力来实现的，并在同步运动中完成切割。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及砂轮磨损补偿；砂轮片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，进给系统如图1和图4所示。
3.3 进给系统
切割机切割进给速度由液压系统保证，当电机带动液压泵旋转后，从油箱中吸油，油液进入液压泵，当它从泵中输出进入液压管后，通过液流阀、单向阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右运动，完成切割机切割进给的动作，液压油压力的大小由压力表来显示，而液压缸油腔的油经换向阀和回油管排回油箱。如将换向阀转换方向，活塞和工作台向左移动，完成切割机切割快退回位的动作。改变节流阀开口大小就可控制工作台的移动速度，从而改变切割进给和切割快退的速度。在切割进给过程中实行缓慢的水平切割进给动作，而在切割快退中不进行深度切割，速度较快，如图4所示。
3.4 回车系统
回车系统由小车电机带动的，小车电机启动后，通过减速器，在链条的传动下，离合器的回转带动车轮运动。离合器的线圈通以24V的直流电后形成磁路，产生电磁力，吸动衔铁而将内、外摩擦片压紧，靠摩擦片间的摩擦力使离合器连接成一体回转；当切断电流时，磁力线消失，衔铁释放，摩擦力消失，车轮停止运转。如图5所示。
4 PLC控制方案的分析
4.1 控制方案的分析
本项目是一个顺序过程它是以开关量逻辑控制为主的程序控制，能实现这种工业控制方案的装置很多，有可编程控制器（PLC），继电器控制系统，单片机，微型计算机，集散系统等。在控制系统中，PLC成为当今增长速度最快的工业控制设备，它具备了许多独特的优点，能较好的解决工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，为此选择PLC作为控制设备。夹紧机构的夹紧油缸、杠杆机构；切割机进给系统的液压系统控制、升降电机、砂轮电机和吸尘电机；回车系统小车电机、离合器等均为需要控制的部件。
4.2PLC控制方案的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强，适用于工业现场； （2）编程简单易学； （3）设计、安装容易，调试周期短，维护简单； （4）模块品种丰富、通用性好、功能强大；（5）体积小、能耗低。
PLC是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力，但PLC产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时其硬件需根据实际需要进行选用、配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
4.3 PLC与其他工业控制设备的比较
4.3.1 PLC与继电器控制系统的比较
（1） 控制方式。继电器的控制方式是采用硬接线实现的，它是利用继电器机械触点的串联或并联以及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，它只能实现既定的逻辑控制。且其连线多而复杂，体积大，能耗大，一旦系统设计制造完成后，再想改变或增加功能将十分困难。此外继电器触点数目有限，其灵活性和扩展性也很差；而PLC采用存储逻辑，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，且其连线少，体积小，灵活性和扩展性极佳。
（2） 控制速度。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，其工作频率低，触点的开合动作一般在几十毫秒，此外机械触电还会出现抖动现象；而PLC是由控制指令控制半导体电路来实现控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。
（3）延时控制。 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，易受环境温度和湿度的影响；PLC是半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体震荡器产生，精度高。
（4）设计与施工。用继电器实现一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，且修改困难；而PLC设计与施工可同时进行，周期短，调试和修改都较方便。
（5）可靠性和维护性。继电器控制系统使用了大量的机械触电，寿命短， 可靠性和维护性都差；PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触电的半导体来完成，寿命长，可靠性高。
4.3.2PLC与微型计算机的比较
（1）应用范围。微机除了用于控制领域外，其主要用于科学计算、数据处理、计算机通讯等方面；而PLC主要用于工业控制。
（2）使用环境。微机对环境的要求高，一般要在干扰小，具有一定的湿度和温度的机房内使用；而PLC适应于工业环境。
（3）输入和输出。微机系统的I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需电器隔离；PLC一般可控制强电设备。
（4）程序设计。微机具有丰富的程序设计语言，要求使用者具有一定的计算机软硬件知识；而PLC的程序采用梯形图即可，程序编制比较容易。
（5）系统功能。微机系统一般配有较强的系统软件，并具有丰富的应用软件；而PLC的软件则相对简单。
（6） 运算速度和存储容量。微机运算速度快，其存储容量很大；PLC因接口的速度慢影响数据处理速度，内存容量小，因而适用于中小规模的过程控制。
4.3.3 PLC与工业控制机
这两种机器都是适合于工业生产应用的。工业控制机是由通用微机推广应用发展起来的，硬件结构方面总线标准化高；可编程控制器是由电气控制厂家研制生产的，从开始就是针对工业顺序并扩大应用而发展起来的。
工业控制机由于直接由通用微机而来，故软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故要求快速、实时性强、模拟复杂性高的领域占有优势；可编程控制器的运行方式不同于工业微机，它对逻辑顺序控制很适应，它编程中的梯形图很受不熟悉计算机而熟悉电器的工人的欢迎。
4.3.4 PLC与集散系统
（1） PLC是由继电器逻辑控制发展而来得，集散系统是由回路仪表控制发展而来。
（2）早期的PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定优势，而集散系统在回路调节、模拟量控制方面有一定的优势。
5 PLC控制方案的确定
鉴于PLC的特点及与其它工业控制装置的比较，决定对同步切割机的动作循环过程采用PLC作为控制方案，完成一个完整周期动作循环过程的自动控制。以棒料直径的大小及棒料前进速度作为原始参数，分析从夹紧到小车回位的一整套切割机操作过程，完成系统的自动控制，最后实现PLC控制程序与触摸屏控制相链接构成人机交互界面，从而实现信息的交换，并可构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统。操作员可以通过监控命令有关部分的运行状态，可以根据不同直径的大小及棒料前进速度，调整定时、定数等设定值。
小结。同步切割机在整个铸铁水平连铸生产线上是主要的生产设备，也是提高生产效率，保证产品质量的关键设备，企业对其进行技术改造，可以扩大产能，降低成本，增加经济效益。
