基于PLC的玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江德松，張濤

基于PLC的玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江德松，張濤

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控工程系，安徽蕪湖241000）

介紹玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)組成與工作原理，根據(jù)玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)工藝要求進(jìn)行電氣控制線路設(shè)計(jì)，定義輸入/輸出口、繪制PLC端口接線圖和編寫功能流程圖程序，以及觸摸屏界面設(shè)計(jì)，并成功調(diào)試。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作方便、效率高、能夠很好地完成玻璃杯的切割。

PLC；觸摸屏；玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)；控制系統(tǒng)

0 引言

傳統(tǒng)玻璃杯的加工，一次只能進(jìn)行一根玻璃管切割加工成兩個(gè)玻璃杯，主要靠人工操作，因?yàn)樵诓ＡП庸み^(guò)程中，首先將一根玻璃管在中間位置用火燒，將該位置玻璃燒軟，再用刀具進(jìn)行切割成兩個(gè)玻璃杯。在整個(gè)加工過(guò)程中，需要工人操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，更主要是溫度很高，特別在夏天工人更加辛苦，高溫天氣只能工作半天，效率低。隨著用工緊張，工作環(huán)境差，企業(yè)很難招到工人，基于此，企業(yè)有必要研發(fā)自動(dòng)切割玻璃杯底機(jī)，本課題根據(jù)生產(chǎn)玻璃杯企業(yè)需求，設(shè)計(jì)了玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)的控制系統(tǒng)，將PLC、觸摸屏等技術(shù)引入到該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)玻璃杯加工的自動(dòng)化，具有良好的人機(jī)交互界面，同時(shí)能夠進(jìn)行兩根玻璃管切割加工成四個(gè)玻璃杯。

1 玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)組成與工作原理

玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)主要由機(jī)架、工作臺(tái)、切刀進(jìn)給機(jī)構(gòu)、玻璃管夾緊機(jī)構(gòu)、玻璃管的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、火焰裝置和電氣控制部分組成。

玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)架采用矩形空心鋼管焊接成長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，主要用來(lái)支撐工作臺(tái)，玻璃管夾緊機(jī)構(gòu)及火焰裝置。工作臺(tái)用于安裝玻璃管夾緊機(jī)構(gòu)和火焰裝置。切刀進(jìn)給機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)整個(gè)切刀進(jìn)給機(jī)構(gòu)在滾珠絲桿上做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。玻璃管夾緊機(jī)構(gòu)采用氣壓驅(qū)動(dòng)兩端三抓向前運(yùn)動(dòng)夾緊玻璃管。玻璃管的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈條帶動(dòng)兩端三抓旋轉(zhuǎn)，使玻璃管旋轉(zhuǎn)，這樣玻璃管能均勻加熱?；鹧嫜b置主要對(duì)玻璃管進(jìn)行火燒，采用氧氣和乙炔為燃料的火焰，并且在觸摸屏上設(shè)置兩種火焰燒的時(shí)間。該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，手動(dòng)模式用于設(shè)備的調(diào)試、維修和單件加工，而自動(dòng)模式用于玻璃杯批量加工，除玻璃管裝卸需人工操作，其余都是自動(dòng)操作。

2 控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是玻璃杯切割機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，根據(jù)玻璃杯生產(chǎn)過(guò)程的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要由PLC、觸摸屏、電磁閥和步進(jìn)電機(jī)等組成。

根據(jù)輸入和輸出點(diǎn)數(shù)量，并且由于采用PLC控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，需要輸出脈沖信號(hào)，因此選擇帶有晶體管輸出模塊，綜合考慮選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N-32MT-001型PLC作為控制裝置，具有16個(gè)輸入和16個(gè)晶體管輸出。觸摸屏選用臺(tái)達(dá)公司生產(chǎn)的DOP-B07S411型號(hào)作為人機(jī)交互的設(shè)備，有3個(gè)串行通信口（COM口），可方便的與PLC相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。切刀進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器均選用深圳雷塞M535和57HS13，M535是細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，適合驅(qū)動(dòng)中小型的兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)，57HS13是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為1.8度，靜轉(zhuǎn)矩1.3 Nm，額定電流2.8 A。玻璃管的旋轉(zhuǎn)電機(jī)為三相異步電機(jī)選用浙江滬特電機(jī)公司生產(chǎn)的Y290M-411B3，功率為1.1 kW。直流穩(wěn)壓電源選用S-120W-DC24 V，為觸摸屏、PLC和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器提供直流24 V。

2.2 系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)中，PLC是控制系統(tǒng)的核心，各種開(kāi)關(guān)量都與PLC的輸入端相連，控制對(duì)象電磁閥、中間繼電器和信號(hào)指示燈等與PLC輸出端相連。玻璃杯切割機(jī)完成各種動(dòng)作均由PLC控制實(shí)現(xiàn)，加工過(guò)程實(shí)時(shí)在觸摸屏上動(dòng)態(tài)顯示。設(shè)計(jì)總電路圖如圖1所示，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，PLC I/O端子接線圖如圖3所示。

圖1 主控電路

圖2 驅(qū)動(dòng)電路

圖3 PLC I/O端子接線圖

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC軟件設(shè)計(jì)采用三菱GX Developer-8.3的編程軟件編寫梯形圖程序，根據(jù)工藝過(guò)程和控制要求設(shè)計(jì)出玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)PLC控制程序功能圖，如圖4所示。

圖4 PLC控制程序流程圖

3 觸摸屏界面的設(shè)計(jì)

觸摸屏界面設(shè)計(jì)使用軟件為Screen Editor 2.0，利用此軟件可以創(chuàng)建在觸摸屏上顯示的畫面，可以對(duì)畫面特型、系統(tǒng)設(shè)置、PT狀態(tài)控制/通信進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)生產(chǎn)工藝的控制要求進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)好后進(jìn)行編譯，下載到觸摸屏DOP-B07S411中。

觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)主要包括主畫面、計(jì)數(shù)清零畫面和參數(shù)設(shè)置畫面，如圖5所示，在主畫面顯示當(dāng)前的日期和時(shí)間、工藝時(shí)間及當(dāng)前玻璃杯加工數(shù)量。按下啟動(dòng)按鈕起動(dòng)玻璃杯切割機(jī)，按下停止按鈕玻璃杯切割機(jī)停止工作；按下計(jì)數(shù)清零功能按鈕進(jìn)入計(jì)數(shù)清零畫面；按下參數(shù)設(shè)置一功能按鈕進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置一畫面，進(jìn)行火焰燃燒時(shí)間的設(shè)置，該步非常重要，火焰時(shí)間設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)加工廢品；在參數(shù)設(shè)置一畫面下按參數(shù)設(shè)置二功能按鈕進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置二畫面，該畫面主要對(duì)切刀下降和上升的時(shí)間設(shè)置。

圖5 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

4 玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)實(shí)際應(yīng)用

玻璃杯加工沒(méi)有使用此控制系統(tǒng)之前，各道工序都是依靠人工操作，一次裝夾一根玻璃管，玻璃管的夾緊、氧氣和乙炔火焰燒玻璃管的時(shí)間必須把握的正好，時(shí)間短了或長(zhǎng)了，加工出玻璃杯就是廢品，這就需要工人有豐富的經(jīng)驗(yàn)來(lái)把握，還有切刀切割的速度和力度均是由工人憑經(jīng)驗(yàn)操作，因此造成生產(chǎn)效率低和廢品率高。自該控制系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)后,自動(dòng)高效地完成玻璃杯的加工任務(wù)。一方面從切割機(jī)的使用、運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看,可以加工任意直徑尺寸玻璃杯,大大地?cái)U(kuò)展了切割機(jī)加工玻璃杯的范圍,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，提高了加工的精度和產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面從切割機(jī)操作性來(lái)說(shuō),采用觸摸屏具有良好的人機(jī)交互界面，具有操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)報(bào)警等功能，氧氣和乙炔火焰燒玻璃管的時(shí)間和切刀切割速度在觸摸屏中設(shè)置好，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間短或長(zhǎng)，速度快或慢等問(wèn)題，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低廢品率和成本；采用自動(dòng)夾緊玻璃管，一次裝夾兩根玻璃管完成四個(gè)玻璃杯的加工，提高了生產(chǎn)效率。

5 結(jié)語(yǔ)

玻璃杯自動(dòng)切割機(jī)控制系統(tǒng)投入使用后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，能夠很好的完成玻璃杯的加工，并能夠滿足生產(chǎn)工藝的要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工精度，解決企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)難題。

[1]蔣玲,張超.觸摸屏與PLC控制的異型管切管機(jī)的設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2012(7)：123-126.

[2]三菱FX中文PLC編程手冊(cè).東莞智捷自動(dòng)化公司.

[3]雷塞步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)技術(shù)資料集.深圳：雷塞自動(dòng)化有限公司.

[4]王志剛,虎恩典,王寧.PLC和觸摸屏在活性炭混捏成型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013(24):12-14-22.

[5]臺(tái)達(dá)DOP系列人機(jī)界面編程手冊(cè).上海：中達(dá)電通股份有限公司.2007.3.

DesignofControlSystemoftheGlassCupAutomaticCuttingMachineBasedonPLC

JIANG De-song，ZHANG Tao
(Anhui Technical of mechanical and Electrical Engineering,Wuhu,Anhui 241000,China)

This paper introduced the components and working principle of glass cup automatic cutting machine.The electrical control circuit design,defined I/O port,port wiring diagram drawn PLC and write functional flow chart program,and a touch screen interface automatic glass cutting machine according to process requirements design,and successfully commissioned.the practical running results show that the system is stable,easy operation and high efficiency,which can pretty well finish the glass cup cutting task.

PLC;touch screen;the glass cup automatic cutting machine;control system

TP273+.5；TQ171+83

A

1673-1891（2016）01-0037-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.01.011

2015-10-19

2011年安徽省質(zhì)量工程省級(jí)特色專業(yè)項(xiàng)目（20101738）。

江德松（1978—），男，安徽六安人，講師，主要研究方向：PLC及自動(dòng)控制。