摘要：本文主要闡述了永宏PLC在多刀自動切割機上的應用；此設計由東莞海之龍科技有限公司設計，通過采用永宏PLC高速脈沖輸出指令,很好的實現了精確定位切斷功能；并且采用FBs系列通訊口2實現高速聯機功能，從而實現6軸高速脈沖輸出，實現了多刀自動切割機的6軸同動控制；一般計數器與交替開關的巧妙搭配，實現了XY切割方正的任意組合,多組刀片同時切割，速度更快；機械手配合自動上下料，更加節省人力資源，大大的加大了生產效率，理論單次動作時間3S，單次動作切割數目40片。

關鍵詞：永宏PLC；切割機；高速脈沖輸出

一、引言

在機械加工過程中，板材切割常用方式有手工切割、半自動切割機切割及數控切割機切割。手工切割靈活方便，但手工切割質量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后續加工工作量大，同時勞動條件惡劣，生產效率低。半自動切割機中仿形切割機，切割工件的質量較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動切割機雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一些較規則形狀的零件切割。數控切割相對手動和半自動切割方式來說，可有效地提高板材切割地效率、切割質量，減輕操作者地勞動強度。在我國的一些中小企業甚至在一些大型企業中使用手工切割和半自動切割方式還較為普遍。

隨著現代科技的發展，智能手機已成為人類生活中必不可缺的物品，而智能手機對內存的需求很大，因此隨著智能手機的暢銷，帶動了SD卡行業的迅速發展，SD卡生產工藝決定其需要使用到多刀切割機對一整塊SD卡進行切割，將其切割成一塊一塊的SD卡，以前SD卡的切割采用半自動式切割方法，采用自動切割，人工上下料人工位置校準，這樣不但定位不準而且還很費人力；而多刀自動切割機卻是針對以上問題進行改進而研發的全自動SD卡切割機（也可且其他產品，如U盤內的芯片等）。內存卡還未切割樣板圖片如圖1-1所示，內存卡成品如圖1-2所示，多刀自動切割機正視圖如圖1-3所示。

圖1-1內存卡未切割樣板

圖1-2內存卡成品

圖1-3多刀自動切割機

二、系統設計方案

本方案多刀自動切割機機主要分為電氣系統和機械系統兩部分。電氣系統主要采用永宏PLC（FBs-60MCT2-AC和FBs-20MCT2-AC）、永宏10寸觸摸屏（HU102S-00）以及永宏A3系列伺服電機；機械系統主要分切割部分和機械手部分，通過伺服精確定位確定切割位置上下料位置等，步進電機進行送料動作。多刀自動切割機機設計參數如表2-1。

表2-1多刀自動切割機設計參數

基于上述各項技術指標，多刀自動機系統架構如圖2-2；它由PLC控制器、上位機、伺服系統、氣動系統和步進系統等組成。本方案控制系統采用永宏B1系列PLC控制器；伺服驅動系統采用永宏A3系列伺服驅動器及其配套伺服電機；通過PLC的高速脈沖指令控制伺服帶動XYZ平臺運動實現了切割位置的精確定位（切割誤差在一個絲以內）。上位機采用永宏HU系列觸摸屏，提供用戶操作界面和參數設置界面，用戶可根據自身具體需求進行參數設置。

圖2-2多刀自動切割機系統架構圖

三、系統硬件設計

3.1硬件配置

多刀自動切割機的系統硬件由永宏FBs-60MCT2-AC和FBs-20MCT2-AC控制器、永宏HU102S觸摸屏、永宏A3系列伺服驅動器及其配套伺服電機、步進驅動器及步進電機和外圍輸入輸出線路（包括限位開關、指示燈、按鈕、氣缸等）組成。多刀自動切割機系統硬件配置如圖3-1；多刀自動切割機系統硬件清單如表3-1。

圖3-1系統硬件配置

表3-1系統硬件明細表

3.2機械結構

多刀自動切割機的機械結構主要分為機械手部分、切割部分；通過通訊模塊進行兩個部分數據的交換及動作配合來實現設備的整體運行動作。多刀自動切割機機實物正視圖如圖3-2、多刀自動切割機機械結構解析如圖3-3。

圖3-2多刀自動切割機實物正視圖

圖3-3多刀自動切割機機械結構解析圖

3.3電氣控制

多刀自動切割機電氣控制采用永宏PLC作為設備核心電氣控制單元，實現對伺服電機，步進電機和氣缸等執行單元的控制。PLC接線如圖3-6，電氣控制柜接線如圖3-7。

圖3-6電控控制回路原理圖

圖3-7電氣控制柜接線圖

四、系統軟件設計

4.1PLC控制流程

多刀自動切割機PLC控制流程主要分為機械手部分上下料控制、切割部分X軸切割和Y軸切割控制；PLC控制流程圖如圖4-1。

圖4-1PLC控制流程示意圖

4.2PLCI/O點配置

根據切斷機PLC控制流程要求，進行了PLC程序I/O點配置；主站PLCI/O配置如表4-1，從站PLCI/O配置表如表4-2。

表4-1主站PLCI/O配置表

表4-2從站PLCI/O配置表

五、永宏特色

5.1永宏高速脈沖輸出指令應用

通過永宏PLC高速脈沖輸出指令HSPSO來實現對多刀自動切割機伺服控制；A3伺服的編碼器為2500脈沖/圈，當齒輪比設為1：1時，PLC發送10000個脈沖伺服電機轉一圈；在進行PLC高速脈沖輸出設置時采用了PLS/DIR模式，并通過141指令設置最小設定單位來提高長度的顯示精度。PLC脈沖輸出設置方式如圖4-2、PLC讀取電機位置程序如圖4-3，PLC發送脈沖指令如圖4-4。

圖4-2永宏I/O組態設置

圖4-3永宏141指令和143指令程序

圖4-4高速脈沖輸出指令程序

4.3永宏機械原點復歸指令應用

通過永宏PLC的機械原點復歸指令，用表格的形式可以很方便的實現機械原點的復歸程序，而且回原精度很高。永宏機械原點復歸有三種模式：MOD0、MOD1、MOD2可供客戶選擇使用。本程序采用了MOD1模式，MOD1模式下回原動作如圖4-5所示。

圖4-5機械原點復歸MOD1模式

六、技術難點/技巧

1、客戶要求自動切割機有兩種切割模式：多刀模式和單刀模式；

多刀模式相對簡單，X軸與Y軸方向各切一次，切出的矩陣格與X軸和Y軸刀片數有關；

單刀模式相對比較復雜，單刀即X軸Y軸刀片都只有一把刀片；這樣的話只能一次切一刀，這樣的話要將樣板切成一塊一塊的就必須控制XYZ軸配合運動進行S型切割動作，其切割示意圖如圖5-1所示。

圖5-1單刀切割示意圖

用戶配合永宏HU102S觸摸屏，可便捷的對多刀切割進行設置，可以設置X軸切割刀數，Y軸切割刀數，切割長度等參數，十分方便形象，更采用了永宏PLC配方功能的使用將數據以配方的形式保存下來，以便下次要用時進行調用，觸摸屏設置畫面如圖5-2所示。

圖5-2觸摸屏設置畫面

2.機械手擺料，當樣板切割完畢回到上下料點后，機械手取完成品，取料通過40個真空吸電磁閥及廢料真空吸電磁閥開啟吸住成品和廢料，機械手運行到下料原點后進行逐個下料，機械手每走到一位置后關閉對應的真空閥，如果采用單純的記憶來寫程序，程序量很大，而且根據切割片數的不同擺放的位置都有所不同。對于這個問題根據切料同行同列在一條直線上的規律，采用首先定位第一片下料位置，計算第二片與第二下料位置的差進行定位，這樣只需設定每行每列對應的位置差補償則能實現定位下料。下料示意圖如圖5-3所示。機械手觸摸屏設置畫面如圖5-4所示。

圖5-3機械手下料示意圖

圖5-4機械手設置觸摸屏畫面

七、方案優勢與應用效果

7.1方案優勢

1.多刀自動切割機是一款從上料、切割到下料全自動運行的自動化設備，比同類型設備更快更省人力資源；

2.多刀自動切割機有多刀和單刀模式可供客戶選擇，功能強大，可切割內存卡、U盤芯片等等物品。

3.多刀自動切割機擁有配方功能，客戶只需將數據存入配方，等要用時則只需調用配方十分方便。

4.多刀自動切割機單刀模式切割自由度高，切割片數可根據客戶需求隨意設置。

7.2應用效果

多刀自動切割機從在料框取原料，到下料完成一個周期的最小時間為3S，而每個周期能切40片，采用永宏A3伺服速度更快，定位更精準，理論最高產量為115.2萬片/天。

八、結論

通過現場調試，多刀自動切割機的切割速度、機械手上下料速度和切割料的大小質量都非常好，精度高、產量高、不良品低；從而充分證明了永宏PLC功能的強大性。

【參考文獻】

[1]永宏可編程控制器使用手冊I和使用手冊II.臺灣永宏電機股份有限公司

[2]永宏PLC編程軟件使用手冊.臺灣永宏電機股份有限公司