激光切割机双工作台交换的控制

随着近年来激光切割技术应用的普及，人们对激光切割机的加工效率提出了更高的要求。早前绝大多数激光切割机都采用双层交换式升降工作台，当双层工作台中的一层在加工区域进行加工时，可以在另一层工作台上完成上、下料工作，两层工作台交替使用可以减少上、下料停机等待时间，在很大程度上提高了设备的工作效率。

目前绝大多数升降工作台均采用液压驱动方式，在升降台的四角采用液压缸驱动，实现升降台的上下运动。液压式升降工作台在实际使用中存在一些不足：①同步性差，尤其是当出现偏载时不同步问题更加严重；②成本高，需要专门的一个液压站来提供液压油；③运行平稳性不好，启动、停止时会产生较大的冲击；④定位精度不高。上、下极限点停止的位置偏差较大。针对上述问题，我公司采用了高低双工作台的设计，高低台的结构简单，能够快速，平稳的交换。快速交换的工作台能大大减少工作台交换时间，提高工作效率。

激光切割机双工作台的交换控制简介

数控光纤激光切割机是简洁高效、经济实用的激光切割系统。数控激光切割机双工作台的控制系统也从普通的接触器、继电器控制，发展到目前的可编程控制器控制（PLC）。利用可编程控制器控制就比较的灵活，可以不改变任何的硬件，只要修改软件就可以改变激光切割机的一些功能。但目前的激光切割机的控制要求也和过去有了很大的区别，如：激光切割机是一种危险机械，需要非常高的可靠性，需要非常高安全性等等，这样原来的接触器、继电器控制就不能适应了，需要通过可编程控制器编程来实现很多的控制功能和安全功能。要实现激光切割机双工作台的连续交换，需要配置工作台运动电机、电机断路器、变频器、减速开关、到位限位开关、S7-200 SMART可编程控制器、电磁阀等各类电器元器件。

S7-200 SMART的技术特点

激光切割机工作台控制系统软件使用的可编程控制器S7-200 SMART型（图1），是西门子公司小型系列PLC中的S7-200升级款产品，输入为DC24信号，输出为DC24信号，输入输出点分别为36点输入、24点输出和24点输入、16点输出。提供不同类型、I/O点数丰富的CPU 模块，单体I/O点数最高可达60点，可满足大部分小型自动化设备的控制需求。另外，CPU 模块配备标准型和经济型供用户选择，对于不同的应用需求，产品配置更加灵活，最大限度的控制成本。

图1 可编程控制器S7-200 SMART型

（1）选件扩展，精确定制。新颖的信号板设计可扩展通信端口、数字量通道、模拟量通道。在不额外占用电控柜空间的前提下，信号板扩展能更加贴合用户的实际配置，提升产品的利用率，同时降低用户的扩展成本；

（2）高速芯片，性能卓越。配备西门子专用高速处理器芯片，基本指令执行时间可达 0.15μs，在同级别小型 PLC中遥遥领先。一颗强有力的“芯”，能让您在应对繁琐的程序逻辑，复杂的工艺要求时表现的从容不迫；

（3）以太互联，经济便捷。CPU模块本体标配以太网接口，集成了强大的以太网通信功能。一根普通的网线即可将程序下载到 PLC中，方便快捷，省去了专用编程电缆。通过以太网接口还可与其他CPU模块、触摸屏、计算机进行通信，轻松组网；

（4）三轴脉冲，运动自如。CPU模块本体最多集成3路高速脉冲输出，频率高达100 kHz，支持 PWM/PTO输出方式以及多种运动模式，可自由设置运动包络。配以方便易用的向导设置功能，快速实现设备调速、定位等功能；

（5）软件友好，编程高效。在继承西门子编程软件强大功能的基础上，融入了更多的人性化设计，如新颖的带状式菜单、全移动式界面窗口、方便的程序注释功能、强大的密码保护等。在体验强大功能的同时，大幅提高开发效率，缩短产品上市时间。

激光切割机双工作台交换控制的编程

激光切割机双工作台交换控制的开发平台是基于STEP7-MicroWIN SMART软件，利用编程软件编写PLC控制语言。图2为主程序编写，图3为工作台进退部分程序的编写。表1、表2为输入点和输出点的定义。

图2 主程序编写

图3 工作台进退部分程序的编写

表1 输入点定义

表2 输出点定义

激光切割机双工作台交换的控制功能特点

（1）程序编写的功能。

利用STEP7-MicroWIN SMART对各个输入和输出信号进行编写和修改，对输入和输出信号进行功能配置。STEP7-MicroWIN SMART提供了三个用于创建程序的编辑器：梯形图 (LAD)，语句表(STL)，功能块图(FBD)。

（2）程序上传和下载功能。

S7-200 SMART可实现CPU、编程设备和HMI之间的多种通信，通过软件里设置IP地址，来实现程序的上传和下载功能。

（3）工作模式确认功能。

通过软件可以实现对S7-200 SMART工作模式的确认，使可编程控制器运行状态处于RUN或者STOP。

（4）双工作台交换程序的监控功能。

利用软件和CPU之间的通讯，可实现对程序的监控，通过对程序运行的监控，可以了解工作台的运动状态，在报警的情况下可以快速解决报警，监控输入和输出信号的状态。

（5）双工作台的连续交换功能。

在确认没有任何报警的情况下，把工作台电机的断路器打到ON的状态，设置变频器参数，机床Z轴回原点，气缸接通空气，按住机床操作面板工作台进和工作台退按钮，直到上下工作台到达限位，气缸夹紧，电机抱闸。松开操作面上的工作台进和工作台退按钮，实现上下工作台之间的平稳交换。

（6）通过点动工作台前进和后退来调整工作台位置的功能。

在确认没有任何报警的情况下，把工作台电机的断路器打到ON的状态，设置变频器参数，机床Z轴回原点，气缸接通空气，按下并松开机床操作面板工作台进和工作台退按钮，点动工作台前进后退，不断调整工作台的位置，使工作台的限位位置和夹紧气缸位置相对应，使降速和限位信号有效。从而使工作台高效安全的交换。

（7）数控操作系统控制工作台交换的功能。

将数控系统中BCL3766 I/O控制板上的输出点接到S7-200 SMART上的输入信号，打开CYPCUT软件的平台配置，配置BCL3766上的输出信号为自定义按钮并设置成自锁，打开CYPCUT软件，在数控菜单栏，通过点按和连续按住工作台进和工作台退，使双工作台进行前进后退的点动前进和连续交换。

（8）气压监控功能。

激光数控切割机的工作台的交换需要气缸控制，当气缸没气或气压不够时，工作台的交换将不能进行，同时气缸将不能夹紧，通过软件监控PLC会检查到气缸夹紧和气缸退检没有输出信号。

（9）电机过载监控功能。

机床过载时，超载开关动作，机床过载后，变频器会显示超载报警，工作台会停止交换，变频报警信号，会使变频器停止工作。从而停止工作台的前进和后退。

（10）切割头防撞的功能。

机床在运行过程中，切割头会对板材表面进行跟随切割，当切割头不在原点位置时不能进行工作台的交换，这就避免了上下工作台交换过程中切割头被撞的风险，使机床的性能得到保护。

（11）安全功能。

1）急停按钮。

急停按钮采用自锁钮，当出现紧急情况时，按下急停按钮，机床停止工作，待故障排除后，将按钮旋转复位，使其恢复正常工作。机床共有2个急停按钮，操作面板上1个和按钮站上1个，按下任何一个急停按钮都会停止机床工作。

2）光电保护（此功能选用）。

可以在工作台的两侧，安装光电保护装置，由它通过发射红外线，产生保护光幕，当光幕被遮挡时，装置发出遮断信号给PLC，将信号点接入到S7-200 SMART的输入信号，控制PLC来切断工作台运动的动作。

结束语

本文简单介绍了激光切割机双工作台交换的控制发展现状、控制简介，编程软件的介绍，功能技术特点、参数等。S7-200 SMART可编程控制器广泛应用于各种行业如机械制造、电气自动化等行业，拥有突出的性能特点，利用STEP7-MicroWIN SMART软件进行控制程序的编写，并将控制程序写到激光切割机的控制系统中，实现激光界面和外部PLC互相通信。从而使激光切割机双工作台能够连续、快速、精确、安全、平稳的交换。