李韬晦

(晋能控股煤业集团 煤炭洗选分公司，山西 大同 037003)

滤布作为选煤厂煤泥水处理常用的材料，消耗量巨大，成本相对较高。在滤布加工过程中，最主要的环节就是滤布原材料的裁剪。传统滤布加工采用人工裁剪作业，存在劳动强度大、效率低、精度差、裁剪损耗较多等问题。针对这些问题提出了通过自行研发滤布激光自动切割机进行全程自动化切割作业，提高了滤布裁剪效率与精度，降低了劳动强度，实现了减人增效与提效增效。

1 设计方案

滤布自动切割机主要由机架、激光头、行走装置总成、激光系统总成、电控系统等组成，设计实物见图1。使用激光头按预先设定的程序，将滤布切割成需要的形状，具体分为软件设计和硬件设计两部分。

图1 滤布激光自动切割机设计实物

1.1 软件设计

1) 组态软件：选用组态王6.55版本，此软件兼容性较好。

2) 编程软件：224XP选用STEP 7-MICRO/WIN，版本为V4.0.0.25，此版本基本为最新版本，能兼容下行版本程序。ST60选用STEP 7- MICRO/WIN SMART，版本为V02.04.00.00_00.07，此版本功能一般，但够用。

3) 画图软件：选用PC|SCHEMATIC电路图专用软件，版本为17.0.2.56，为最新版本，画电路图功能强大。

1.2 硬件设计

1) 上位机。上位机为追求系统稳定，CPU选用服务器处理器E5系列，SSD硬盘。

2) 驱动电机。各类驱动电机都选用闭环步进电机，具体为：

进料轴：130BYG350D闭环步进电机1台，配备1∶20涡轮减速机，3HSS2208H-110驱动器，柔性联轴器，细分1 200。

画笔轴：42HBS0.55N-VX闭环步进电机1台，HB808C驱动器，钢性联轴器，细分800。

XY切割轴：130BYG350D闭环步进电机4台，配备HBS86H驱动器，柔性联轴器，细分800。

3) 机架。主机架：选型为304不锈钢50 mm×100 mm方管，蜂窝板为孔径100 mm，总尺寸2 300 mm×2 300 mm。

进料滤布总成：自行加工两根轴直径100 mm，长2 300 mm，每根轴两端安装轴承、挡板。张紧轴选用两根，直径80 mm，长2 300 mm，两端安装轴承。

出料平台：白铁皮做面，下筋为30 mm×30 mm角钢，固定方式卯。

各类防护罩、电源箱：选用304不锈钢板材，防护罩选用0.2 mm厚板材，电控箱选用0.4 mm厚板材，筋选用20 mm×20 mm不锈钢方管。

X轴防护罩：为观察设备运行情况，选用5 mm厚亚克力板。

移动线材：为保护各类移动线材，选用50 mm×100 mm塑料拖链。

4) 现场中央控制处理单元。因需圆弧补差指令，选用S7-200-224XP处理器为第一处理器，S7-200 ST60处理器为第二处理器，电源选用SITOP PSU200M。

激光管组件：选用1 600 mm长，直径140 mm，功率100 W，23 mm反射镜两片，23 mm聚光镜1片。

画笔组件：因重量较轻，选用5 mm亚克力板为底板和固定架，弹性笔架选用50 mm×50 mm方管制作。

风、水源：水源选用激光管专用变频水泵CW-5000，风泵选用ACO-012。

通讯模块：因RS485长距离稳定性较差，所以选用四口的UT-794iPC板卡，信号隔离为较先进的磁耦隔离。

辅助电器：闭环步进电机电源选用两台环形500W变压器。3台接触器选用LC1D18。6个中间继电器选用RXM4AB2BD。警示灯选用三色DC24 V，型号DT50-3W-S-Z。

限位开关：8个限位开关选用SBI10U-M30-AP4X2，其中3个为XY电热刀参考点限位。

5) 防断电自动回零功能。因防止在运行中突然断电，再重新上电后5台闭环步进电机坐标失效，必须配备相应的参考点寻找程序，在PLC上电的第一个扫描周期进线参考点寻找指令。X轴以16号0.6(I0.6)为原点限位搜索速度800/s脉冲进行原点搜索，若上电后切割头触动I0.6不执行指令，否则进行负坐标方向搜索原点限位(I0.6)；Y轴以16号0.2(I0.2) 为原点限位搜索速度800/s脉冲进行原点搜索，若上电后切割头触动I0.2不执行指令，否则进行负坐标方向搜索原点限位(I0.2)，Y1Y2轴取同一信号。T60切割轴利用AXISO_RSEEK指令，经试验，该指令上电第一个扫描周期使用SM0.1并不能正常工作，所以利用T32定时器进行周期10 ms×10 ms(0.1 s)的延时，以I1.3为原点限位，搜索速度800/s脉冲进行原点搜索，若上电后切割头触动I1.3则不执行指令，否则进行负坐标方向搜索原点限位(I1.3)；进料轴因坐标失效也不影响运行，程序运行时执行指令为相对坐标指令，和另外4台运行方式不同(绝对运行指令)，所以不进行参考点寻找指令。

2 应用效果

滤布自动切割机先后在5家洗煤厂试验和应用，与人工裁剪应用效果进行了对比。人工剪裁1块用时20 min，需3人，合格率83%；自动切割机剪裁1块用时6 min，需1人，合格率98%.采用激光切割滤布，功耗小，切割面平整度高，并且几乎没有烟雾；采用闭环步进电机，避免了传统步进电机丢步缺陷，又相比伺服电机有较高的性价比，启动力矩也有较大的改善；采用国产组态王软件和PLC200相互配合组成了核心控制系统，在组态软件上能直观地看到各个电机的运行坐标，也可修改各项基本运行参数，电气精确度达到了1/800 cm；PLC选用西门子200系列224XP，使用专用的圆弧补差指令，可使切割圆弧边缘更加自然，边缘锯齿现象基本观察不到；防断电自动回零功能有效避免了因断电造成的材料浪费。

目前，该设备可加工煤炭洗选行业KZG、HMZG、KM、HMZGQ、XMZ、KMZS等各种型号板框压滤机滤布和GPJ96、GPJ120、HBF120M2、HBF120/10等型号加压过滤机滤布。以及涤纶PE除尘布袋、丙纶PP除尘布袋、易清灰、防水防油防静电除尘布袋、覆膜除尘布袋、生活废水处理滤料(纤维球)等多种规格的滤材。

3 结 语

1) 使用滤布激光自动切割机后，人均滤布裁剪效率，提升约900%，因制作人员大量减少，单张滤布制作成本大幅降低。在5家洗煤厂应用，每年节约人工费和材料费约100万元。

2) 采用激光切割滤布，几乎没有烟雾，节能环保，滤布切割面平整度高，消除了裁剪边缘锯齿现象，合格率较人工裁剪提升了15%.

3) 因组态软件和执行程序都为自主设计、编译，方便后期进行系统升级和加装后续功能；加装了1套画笔硬件和软件，可使滤布切割后执行定位操作，方便后续加工流程，防断电自动回零功能设计合理，有效避免了因断电回零造成的浪费。

4) 滤布激光自动切割机应用前景广阔，可加工除了洗煤厂外不同行业不同应用场景的多种规格的滤材。