基于PLC 的玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)設(shè)計

薛 楓

（江蘇省常州技師學(xué)院，常州 213000）

近年來，隨著電子計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣設(shè)備自動化應(yīng)用范圍越來越廣泛?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC）作為自動控制領(lǐng)域的核心，在當(dāng)下智能制造領(lǐng)域中占據(jù)著越來越重要的地位。為提高玻璃磨邊開孔效率，全面提高生產(chǎn)效率，降低人工制造造成的孔位誤差及人力勞動強(qiáng)度，通過優(yōu)化設(shè)計基于PLC 的玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)，能夠更好地管控玻璃磨邊生產(chǎn)流程，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)企業(yè)提質(zhì)降本的發(fā)展目標(biāo)。

1 基于PLC 的玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 現(xiàn)場工作環(huán)境分析

某玻璃廠位于我國東南地區(qū)，夏季天氣炎熱潮濕，冬季寒冷干燥。玻璃生產(chǎn)為全封閉的室內(nèi)環(huán)境，廠區(qū)通風(fēng)較差，尤其在夏季氣溫偏高時，需考慮室內(nèi)散熱及自動化控制系統(tǒng)的散熱問題。廠區(qū)冬季溫度較低，但一般不會達(dá)到結(jié)冰的程度，對自動化控制系統(tǒng)影響較小。由于濕度較大，需要做好防銹處理，避免機(jī)器生銹老化，縮短使用壽命[1]。

1.2 控制系統(tǒng)的總體要求

目前，切割、鋼化、曲面成型等工序已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化生產(chǎn)，正在逐步向智能化生產(chǎn)過渡。但是，玻璃磨邊開孔工序依舊以人工方式為主，相比自動化生產(chǎn)存在較大誤差，而且部分應(yīng)用在建筑裝飾中的玻璃質(zhì)量較重，人工勞動強(qiáng)度極大，生產(chǎn)效率較低。在此背景下，國內(nèi)學(xué)者對玻璃磨邊開孔等工藝與機(jī)械化加工展開了大量研究?；赑LC 的玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)是用機(jī)械代替手工生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 元件選型

玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)由PLC、傳感器、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器和上位機(jī)等元件組成。PLC是整個系統(tǒng)的核心控制部件，通過計算機(jī)和自動化控制技術(shù)控制整個生產(chǎn)流程，其輸入/輸出（Input/Output，I/O）形式分為自動輸入和手動輸入信號兩種，輸入點(diǎn)為I0.0 ～I(xiàn)0.7、I1.0 ～I(xiàn)1.7。玻璃磨邊開孔工作站的具體工作流程是利用氣動卡爪對玻璃進(jìn)行定位，然后利用氣動吸盤吸住玻璃，再將成型后的玻璃經(jīng)輸送機(jī)送到待加工位置。玻璃磨邊開孔工作站主要元件包括主軸電機(jī)、氣動吸盤、輸送帶減速電機(jī)以及X軸、Y軸、Z軸的機(jī)械手[2]。

2.2 電路設(shè)計

電路設(shè)計包括輸入口和輸出口，其接線原理圖如圖1 所示。輸入口電路設(shè)計應(yīng)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的功能要求，方便操作及調(diào)試設(shè)備，并采用定位精確、反應(yīng)靈敏的開關(guān)傳感器監(jiān)測生產(chǎn)流程，以便很好地控制生產(chǎn)流程。輸出口電路設(shè)計應(yīng)保證伺服電機(jī)的脈沖控速與方向信號，做好輸送機(jī)啟停控制。伺服驅(qū)動系統(tǒng)需要安裝一個傳感開關(guān)，如果自動裝置運(yùn)行方向錯誤，系統(tǒng)會發(fā)出警報，此時PLC 會讀取打孔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 電路的接線原理圖

2.3 氣動控制系統(tǒng)設(shè)計

氣動控制系統(tǒng)設(shè)計要求實(shí)現(xiàn)抗干擾性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的生產(chǎn)目標(biāo)，具體是指將壓縮空氣作為傳遞動力，與機(jī)械、電氣、PLC 等全部綜合構(gòu)成的控制回路對整個自動化系統(tǒng)進(jìn)行功能上的補(bǔ)充，氣路原理圖如圖2 所示?；谀巢ＡS的玻璃磨邊打孔工況實(shí)際情況，通過優(yōu)化設(shè)計氣動控制系統(tǒng)，強(qiáng)化氣動吸盤的抓取能力，能夠改善玻璃抓取不穩(wěn)定的問題。通過安裝一個小型消音器，能夠降低接觸玻璃時產(chǎn)生的噪聲[3]。

圖2 總氣路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

玻璃磨邊開孔控制工作站控制系統(tǒng)軟件的核心元件是PLC、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）和主板。輸入控制程序?qū)φ麄€系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試控制。PLC 控制程序設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，程序主體框架有主程序模塊、中斷控制程序模塊、手動控制模塊，附屬框架有高速脈沖輸出子程序模塊。通過調(diào)控啟停程序確定系統(tǒng)軟件的運(yùn)行情況，執(zhí)行步驟分為以下3 步：第一，執(zhí)行初始化操作；第二，將PLC輸出點(diǎn)復(fù)位；第三，在有啟動信號的情況下，按順序輸出多段動力輸出（Power Take Off，PTO）。

3.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制設(shè)備狀態(tài)的人機(jī)交互頁面，主要是讓操作人員全方位了解生產(chǎn)線上玻璃的位置。主界面程序簡單，依靠TIA 軟件實(shí)現(xiàn)可視化，包括玻璃磨邊操作參數(shù)調(diào)試入口、系統(tǒng)設(shè)置入口、故障診斷入口和歷史數(shù)據(jù)。觸摸屏設(shè)有固定的玻璃型號加工尺寸，可根據(jù)生產(chǎn)需要自定義調(diào)試參數(shù)。觸摸屏專用功能與PLC 系統(tǒng)功能相輔相成，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的交互，手動界面由時間顯示、報警顯示、手自動切換幾個部分組成，簡單易學(xué)，運(yùn)行穩(wěn)定，為玻璃磨邊打孔工序展開提供了巨大便利。對于參數(shù)設(shè)置界面，伺服參數(shù)主要包括工作臺取片位置、下片位置、運(yùn)行速度和運(yùn)行功率等部分[4]。

3.3 系統(tǒng)通信設(shè)計

基于PLC 的玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)包括各種自動化設(shè)備、計算機(jī)數(shù)控技術(shù)（Computerized Numerical Control，CNC）、伺服系統(tǒng)以及輸送機(jī)等，在設(shè)計過程中必須保證系統(tǒng)通信良好，具有較強(qiáng)的交互性，從而為工作人員監(jiān)控自動化生產(chǎn)流程提供方便。一旦設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，要能夠及時發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。傳統(tǒng)的玻璃磨邊打孔生產(chǎn)程序由于串行通信方式使用線路少，通信連接十分不便，而PLC 控制器通信與其他智能設(shè)備直接連接，只要有滿足通信的網(wǎng)絡(luò)，就能夠及時交換信息[5]。

4 系統(tǒng)的校核優(yōu)化與實(shí)際運(yùn)行

基于PLC 的玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)硬件和軟件優(yōu)化設(shè)計后，還應(yīng)經(jīng)過現(xiàn)場的校核優(yōu)化，對硬件和軟件設(shè)計結(jié)果進(jìn)行檢驗。首先，檢查各硬件配置情況，完成硬件接線后系統(tǒng)安全上電，確定驅(qū)動器配置情況，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。其次，根據(jù)硬件設(shè)計內(nèi)容確定可視化組態(tài)情況，通過TIA Portal 組態(tài)好各硬件，利用計算機(jī)在線檢查系統(tǒng)各個硬件運(yùn)行情況。最后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，確定工作站主軸運(yùn)行是否存在故障，限位信號是否可靠，校核檢驗存在問題時仔細(xì)分析PLC程序自動邏輯，定位解決問題，保證自動化程序有序執(zhí)行。

5 結(jié)語

目前，全球制造業(yè)發(fā)生深層次變化，國內(nèi)生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)處于重要的轉(zhuǎn)型時期，現(xiàn)有制造設(shè)備的自動化與智能化亟待改造升級，提高控制能力。玻璃制造在智能制造領(lǐng)域占有重要地位，因其透光性好、質(zhì)量輕等優(yōu)勢，如今正廣泛應(yīng)用于建筑、家居裝修等領(lǐng)域。磨邊開孔處理在玻璃制造中的作用是提高玻璃性能的穩(wěn)定性，降低玻璃破損風(fēng)險，基于PLC 的玻璃磨邊開孔工作站控制系統(tǒng)，從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面展開控制系統(tǒng)的升級，有效提高玻璃磨邊生產(chǎn)效率，保障玻璃生產(chǎn)質(zhì)量。該系統(tǒng)運(yùn)行十分穩(wěn)定，滿足了當(dāng)下智能制造的發(fā)展要求。