浮法玻璃橫切機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任 冰,楊瑞敏

(1.河南工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院,鄭州450052;2.中原工學(xué)院,鄭州450007)

浮法玻璃橫切機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任 冰1,楊瑞敏2

(1.河南工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院,鄭州450052;2.中原工學(xué)院,鄭州450007)

給出了橫切機(jī)裝置的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì),該系統(tǒng)主要由 I/O模塊、PLC系統(tǒng)、觸摸式人機(jī)界面、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成.介紹了系統(tǒng)框架及各模塊的功能.該設(shè)計(jì)方案已成功應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)線中.

浮法玻璃;橫切機(jī);硬件設(shè)計(jì);PLC

玻璃及玻璃制品在建筑、交通運(yùn)輸?shù)炔块T有著廣泛的應(yīng)用,其中平板玻璃的產(chǎn)量和用途在各種玻璃產(chǎn)品中占有突出的位置.1971年,我國(guó)洛陽第一條浮法玻璃生產(chǎn)線誕生,2007年,全國(guó)可年產(chǎn)浮法玻璃5.32億重量箱.橫切機(jī)是玻璃在線切割必不可少的設(shè)備之一,其切割的精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí),進(jìn)而影響產(chǎn)品在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力[1-2].

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,用戶對(duì)平板玻璃產(chǎn)品的尺寸精度提出了越來越高的要求,如在歐美及日本市場(chǎng),大多數(shù)要求板長(zhǎng)精度達(dá)到±0.5 mm,而我國(guó)現(xiàn)有的采用國(guó)產(chǎn)橫切機(jī)設(shè)備生產(chǎn)的玻璃產(chǎn)品的板長(zhǎng)最高精度僅為±0.75 mm左右,多數(shù)的設(shè)備還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[3-5].為了適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)提高浮法玻璃切割精度的要求,我們開展了高精度玻璃橫切機(jī)裝置的研究工作,本文給出了該裝置的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì).該裝置采用先進(jìn)的交流伺服和PLC運(yùn)動(dòng)控制方式,對(duì)控制電路進(jìn)行優(yōu)化,采用高速電子電路降低了信號(hào)延遲,提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度.采用該控制硬件并依據(jù)控制策略和算法開發(fā)出先進(jìn)的控制軟件,有效地提高了系統(tǒng)的電氣控制精度.

1 浮法玻璃橫切工藝及功能要求

玻璃橫切機(jī)是平板玻璃生產(chǎn)線冷端專用設(shè)備,它是將經(jīng)退火窖退火后的平板玻璃帶在線進(jìn)行定長(zhǎng)切割,經(jīng)切割后,使玻璃帶形成一定規(guī)格的玻璃(如1.5 m×2 m).橫切機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到玻璃的切裁、掰斷質(zhì)量和成品率的高低.隨著我國(guó)平板玻璃尤其是浮法玻璃生產(chǎn)線規(guī)模日益擴(kuò)大及市場(chǎng)對(duì)玻璃質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格,對(duì)橫切機(jī)的自動(dòng)化水平、切割精度和可靠性等的要求越來越高.

為了能實(shí)現(xiàn)對(duì)浮法玻璃帶進(jìn)行柔性的自動(dòng)在線定長(zhǎng)切割,不僅要求玻璃橫切機(jī)具有較高的橫切精度,而且要求它具有自動(dòng)/手動(dòng)、內(nèi)控、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)等工作方式,有能夠漢字顯示的人機(jī)界面,使得參數(shù)修改簡(jiǎn)單、直觀,可任意設(shè)定切割板長(zhǎng)、落切距離和切痕長(zhǎng)度;為了能使多臺(tái)橫切機(jī)聯(lián)合工作,需要具有聯(lián)網(wǎng)切割功能;另外,橫切機(jī)還必須具有一定的保護(hù)功能.

2 電控裝置的硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)工作原理及框圖

本系統(tǒng)采用進(jìn)口的新一代中型可編程序控制器作為中央處理器;采用硬件高速計(jì)數(shù)單元檢測(cè)玻璃帶速度及長(zhǎng)度;采用G語言編程的硬件運(yùn)動(dòng)控制單元和高精度交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制刀架和切刀的精確運(yùn)動(dòng);采用觸摸式顯示屏作為人機(jī)界面進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)顯示;采用工作網(wǎng)絡(luò)控制模塊實(shí)現(xiàn)本裝置與生產(chǎn)線主PLC和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信,并完成多臺(tái)橫切機(jī)的群控功能.該裝置的系統(tǒng)框圖如圖1所示.落刀電磁閥、噴油電磁閥、刀具加壓裝置、指示燈及輸送給上位PLC的聯(lián)機(jī)、刀具OK、刀具在零位信號(hào)等,統(tǒng)一采用繼電器輸出單元,提供無電壓的接點(diǎn)信號(hào)輸出.

圖1 系統(tǒng)裝置框圖

以上I/O單元的技術(shù)指標(biāo)可完全滿足本裝置的控制要求.

2.3 PLC系統(tǒng)配置

考慮到玻璃橫切機(jī)電控裝置要滿足運(yùn)行速度快、控制精度高、控制功能強(qiáng)并具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能等要求,本項(xiàng)目采用進(jìn)口的新一代可編程控制器(PLC)作為中央控制器.該 PLC為模塊化結(jié)構(gòu),由底板、電源、CPU單元構(gòu)成機(jī)架,配置所需的 I/O單元、高速計(jì)數(shù)單元、運(yùn)動(dòng)控制單元和網(wǎng)絡(luò)通信單元等構(gòu)成PLC系統(tǒng)配置,如圖2所示.

系統(tǒng)的工作過程為:閉合電源開關(guān)或按復(fù)位按鈕,系統(tǒng)自動(dòng)回零,檢測(cè)接口配置運(yùn)行情況,如正常,由觸摸屏人機(jī)界面或生產(chǎn)線主PLC向橫切機(jī)中央處理器發(fā)送切割計(jì)劃及切割片數(shù),橫切機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)入切割循環(huán).高速計(jì)數(shù)單元接收測(cè)量編碼器發(fā)來的脈沖信號(hào)(0.1mm/脈沖),測(cè)定玻璃板的運(yùn)動(dòng)速度和長(zhǎng)度,當(dāng)達(dá)到規(guī)定板長(zhǎng)時(shí)發(fā)出外部切割信號(hào)給運(yùn)動(dòng)控制單元,運(yùn)動(dòng)控制單元根據(jù) G語言編程的切割任務(wù)控制伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī),以相應(yīng)的速度帶動(dòng)刀架切割玻璃,當(dāng)切刀進(jìn)至預(yù)定位置時(shí),刀架落下,切刀以恒速(該速度是經(jīng)玻璃前一時(shí)刻運(yùn)行速度修正的)切割玻璃.割刀進(jìn)至終點(diǎn)(即達(dá)到切割寬度),刀架抬起,切刀離開玻璃.伺服電機(jī)換向,切刀退回,切刀退至起點(diǎn),系統(tǒng)復(fù)零,然后重復(fù)上述過程.

2.2 I/O模塊

在橫切機(jī)系統(tǒng)中,送入PLC的開關(guān)信號(hào)來自室內(nèi)控制柜、現(xiàn)場(chǎng)操作盒和橫切橋架;復(fù)位、切割啟動(dòng)等信號(hào)來自控制柜上的按鈕;手動(dòng)的向前、返回、落刀、抬刀、找零位、周期切割按鈕,手動(dòng)-內(nèi)控-網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)工作方式選擇開關(guān)等來自現(xiàn)場(chǎng)操作盒;基準(zhǔn)限位、超程保護(hù)限位等信號(hào)來自橫切橋架;其他伺服系統(tǒng)準(zhǔn)備信號(hào)等均可統(tǒng)一為直流輸入信號(hào).

由PLC輸出控制的開關(guān)信號(hào)主要有噴氣電磁閥、

圖2 PLC系統(tǒng)配置

2.3.1 PLC高速計(jì)數(shù)單元

高速計(jì)數(shù)單元是一種硬件高速計(jì)數(shù)裝置,可對(duì)來自增量型旋轉(zhuǎn)編碼器或其他信號(hào)源的脈沖輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),從而實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)及物品的數(shù)量、長(zhǎng)度、速度測(cè)量等功能.本橫切機(jī)電氣控制系統(tǒng)采用硬件高速計(jì)數(shù)單元來進(jìn)行玻璃速度和長(zhǎng)度的高精度測(cè)量.選用C200H-CT001-V 1型高速計(jì)數(shù)單元,該高速計(jì)數(shù)單元具有3種輸入模式,即相位差脈沖輸入、上升/下降脈沖輸入、脈沖和方向輸入可供選擇;具有相位差輸入的倍頻功能(2倍頻或4倍頻);計(jì)數(shù)值可設(shè)定為BCD碼或十六進(jìn)制碼;并可提供線性模式、環(huán)形工作模式、預(yù)置模式、門控模式、閂鎖模式、采樣模式等.6種工作模式以適應(yīng)不同用途的技術(shù)要求.

2.3.2 PLC運(yùn)動(dòng)控制(MC)單元

運(yùn)動(dòng)控制單元控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),用多任務(wù) G語言編程編制程序可實(shí)現(xiàn)雙軸運(yùn)動(dòng)控制,其系統(tǒng)配置及相關(guān)的設(shè)備如圖3所示.

圖3 MC單元的系統(tǒng)配置及相關(guān)的設(shè)備

MC單元通過接口區(qū)從PLC、CPU接收命令并執(zhí)行MC程序,其執(zhí)行過程完全獨(dú)立于PLC的梯形圖程序.從CPU可以控制MC單元程序的啟動(dòng)、停止和程序執(zhí)行.為了從CPU對(duì)接口區(qū)進(jìn)行控制,需要給MC單元分配I/O字和DM區(qū)字并開發(fā)相應(yīng)的梯形圖程序.MC單元可最多完成2個(gè)任務(wù),一個(gè)任務(wù)是一個(gè)程序的執(zhí)行單位.MC單元最多可管理100個(gè)程序.

MC單元的每個(gè)任務(wù)都可以手動(dòng)或自動(dòng)模式執(zhí)行.在自動(dòng)模式下,執(zhí)行以 G語言開發(fā)的MC程序;在手動(dòng)模式下,執(zhí)行來自CPU或示教盒的手動(dòng)命令.

2.3.3 PLC網(wǎng)絡(luò)控制單元功能特性

在本系統(tǒng)中,采用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)完成橫切機(jī)電控裝置與上位PLC和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通信,實(shí)現(xiàn)橫切機(jī)的群控功能.網(wǎng)絡(luò)控制單元模塊采用同軸電纜進(jìn)行通信連接和數(shù)據(jù)傳輸.含切割系統(tǒng)的同軸電纜通信系統(tǒng)配置如圖4所示.

2.4 觸摸式人機(jī)界面

圖4 同軸電纜網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)配置圖

選用N T20S作為觸摸式人機(jī)界面,采用控制總線與PLC相連.采用屏幕點(diǎn)陣式STN液晶顯示面板,分辨率 256×128;有效顯示區(qū)112 mm×56 mm;壽命最少50 000 h;視角(左/右)35°;顯示字符數(shù):32字符×16行.

2.5 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)組成,采用日本歐姆龍公司生產(chǎn)的M系列伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器.該伺服電機(jī)具有小型化、響應(yīng)速度快和低速運(yùn)行平滑等特點(diǎn).伺服驅(qū)動(dòng)器采用高速處理器,其控制環(huán)(位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán))全部軟件化,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式、高功能和優(yōu)良的操作性,可直接輸入模擬速度指令或脈沖串位置指令,重量輕、小型化.僅用前面板的設(shè)定鍵即可進(jìn)行各種設(shè)定,可自動(dòng)進(jìn)行配線檢查和動(dòng)作確認(rèn).具有豐富的監(jiān)視功能,可顯示當(dāng)前速度、當(dāng)前值、累積脈沖、機(jī)械速度、電機(jī)電流、實(shí)效負(fù)荷率、輸入/輸出信息、驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)等.配線簡(jiǎn)單,維護(hù)容易,并具有方便的附加功能,如軟啟動(dòng)功能,任意設(shè)定脈沖速率的電子分頻功能等.

3 結(jié) 語

玻璃橫切機(jī)是玻璃生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備.而橫切機(jī)的精度直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量.本文給出一種高精度玻璃橫切機(jī)硬件系統(tǒng).該系統(tǒng)采用先進(jìn)的交流伺服和PLC運(yùn)動(dòng)控制方式,對(duì)控制電路進(jìn)行優(yōu)化,采用高速電子電路降低了信號(hào)延遲,提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度.該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多條玻璃生產(chǎn)線中.

[1] 王麗萍,藍(lán)天,王少豐.玻璃缺陷在線自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備性能及實(shí)踐[J].玻璃,2003(5):46-48.

[2] 何紅波,王文軍.浮法玻璃在線檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].黑龍江電子技術(shù),1999(8):1-3.

[3] 張瑞,張宇干,談軍.浮法玻璃橫切機(jī)智能控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].中國(guó)建材裝備,2002(1):42-44

[4] 張瑞,張愛梅.浮法玻璃橫切機(jī)切割精度的在線檢測(cè)方法[J].河南建材,2007(4):33-34.

[5] 常海生.運(yùn)動(dòng)控制卡在異形玻璃切割行業(yè)中的應(yīng)用[J].伺服控制,2007(1):60-61.,

System Hardware Design of Glass-crosscutting Machine

REN Bing1,YANG Rui-min2
(1.Henan University of Technology,Zhengzhou 450052,China;2.Zhongyuan U niversity of Technology,Zhengzhou 450007)

Glass crosscutting machine is indispensable equipment for the glass on-ine cutting.In this paper,the system hardware design of cross-cutting machine is p resented.The system mainly consists of I/O modules,PLC system s,touch-typeman-machine interface,servo drive system.The system framework and the function of each module are introduced in this papaer.The design scheme has been successfully used in glass p roduction line.

Float glass;crosscutting machine;hardware design;Programmable Logic Controller

TP11

A DO I:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.02.010

1671-6906(2010)02-0039-03

2010-03-31

河南省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目(200410465201;200510465002)作者簡(jiǎn)介:任冰(1980-),女,河南洛陽人,碩士.