PLC在浮法玻璃生产线上的应用.pdf

字木交； 赢 埋i 龟／ 研发 ／ 设计 ／制造 P L C在浮法玻璃生产线上的应用 李成群 。 刘启站 ， 李 建功 河北理工大学 机械 工程 学院 ， 河 北 唐山 0 6 3 0 0 9 App l i c a t i o n o f PLC i n t h e Fl o a t Gl a s s Pr o du c t i o n Li n e L I Ch e n g - q u n 。 L I U Qi z h a n， L I J i a n g o n g He b e i P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y Me c h a t r o n i c E n g i n e e r i n g ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Ve r t i c a l S t a c k e r i s o n e o f t h e mo s t s i g n i f i c a n t e q u i p me n t u s e d i n t h e f l o a t g l a s s p r o d u c t l i n e f o r c o o l i n g p u r p o s e s ， wh i c h s e q u e n t i a l l y s t a c k s t h e g l a s s t r a n s p o r t e d t o t h e s l i c e -t a k i n g r o l l i n g b e a r i n g o n t o t h e p a c k a g i n g s h e l v e s o f s t e p b a c k v e h i c l e ． As I o v e r t i c a l s l a c k e r ,t h e r e a r e t wo k e y t e c h n i c a l p r o c e s s e s i n f l o a t g l a s s pr o d u c t l i n e t h e r o l l i n g mo v e me n t f r o m t h e s l i c e t a k i n g r o l l i n g b e a r i n g t o p a c k a g i n g s h e l v e s ，a n d t h e s t e p - b a c k no v e me n t o f t h e s t e p - b a c k v e h i c l e a f t e r h a v i n g s t a c k e d a p i e c e o f g l a s s ．I n t h i s wo r k ，h o w t o c o n t r o l t h e s e t wo k e y t e c h n i c a l p r o c e s s e s u s i n g PL C i S s t u d i e d ． Ke y wo r d s P L C；s t a c k e r ； f o u r b a r l i n k a g e ； s e r v o mo t o r 1引 言 随着_丁业 自动化的不断发展 ，堆垛机在玻璃生产线 中的应用在不断扩展和深化 ，为玻璃工业 自动化水平发 挥了巨大的作用 。堆垛机在玻璃 生产企业推广后节省了 大量的人力物力 ，把许多繁重而危险的工作用 自动化机 器来代替 ， 可迅速 、 准确地堆放玻璃 。但我国生产的浮法 玻璃生产设备与 国外先进水平相 比，质量上还存在很大 差距 。经调查 ， 在使用 国内一些 浮法玻璃生产 的设 备时， 所存在的质量问题 中玻璃划伤或破碎大约 占 5 0 ％。且划 伤或破碎 主要在堆垛阶段产生⋯。因此 ， 如何提高浮法玻 璃生产的堆垛质量对我国工程人员来说值得深入研究。 2 垂直堆垛机的工作机理 j 0 ≮ l ■ 曩 0 00 誊j 誊 一 目 l 省 0 ∞ 囊 ． |霹 i 。 0 一t 。 爨 ≯ n “ } t 一坼 矗 ■I j三 l 三 i I 意● 目 ●雕哺箍 i 辅目 爆 ■圄 尉 溷 日 酿■ 堆垛机 中以 垂直堆垛机应用 最为广泛 ，其 系 统示 意 图如 图 l 所示 。 初 始 位 置 时 ，吸盘在取片 辊道上方 ，当玻 璃 由输送辊道传送 到取片辊道 l 时 ，光电开关发 出控制 信 号 ， 定位系统开始T作 ， 将要 堆垛 的玻璃进行 、 y方 向定位 ， 使玻璃位于吸盘取 片机 的中间位置 定位完成前 一 定要禁止下一块玻璃进入取片辊道 以免碰坏玻璃 ， 再 由凸轮提升机构提高一定距离。当检测机构检测到取片 4 4 i 机械工程师 2 0 1 0 年第 1 1 期 辊道上有玻璃时，伺服电机在 P L C控制下通过四杆机构 带动吸盘下降到要堆垛玻璃的上表面 ，吸盘在吸附过程 中由慢速到快速再 到慢速运动 的同时 ， 真空阀打开 ， 吸取 玻璃 ， P L C再次控制伺服电机带动四杆机构 ， 将带有玻璃 的吸盘抬起运动， 接近垂直位置时缓慢立直 ， 并与垂直面 成大约 5 。 夹角 ， 运动到步退小车集装架正上方 ， 吸盘南慢 速到快速再慢速 ， 同时真空阀关闭 ， 压缩 空气 阀打开 ， 玻 璃平稳地落在步退小车的集装架上。放片完成后允许下 一 块玻璃进入取片辊道 ，步退小车后退一段距离为放下 一 块玻璃 留出空间， 并判断集装架上玻璃是否堆满 ， 还未 堆满继 续堆垛下一块玻 璃 ，否 则的话 ，步退小 车旋转 l 8 O 。 ， 将另一放有空集装架的步退小车送至堆垛位 置 ， 并 将载有满垛玻璃 的步退小车送至取 走位置取走集装架 ， 对带有空集装架的堆垛小车进行 、 y方 向定位 ，准备堆 垛下一垛玻璃 。 在堆垛过程 中玻璃易划伤或破碎是多方面造成的 ， 主要是 以下三点 1 吸盘在吸附玻璃后抬起过程 中， 开 始运动时 ， 一定要保证吸盘水平抬起 ， 否则将导致玻璃受 力而破碎 ，并在吸盘 上加一 弹簧来缓 冲玻璃所受的力。 2 当玻璃运动到接近垂直位置时应缓慢立直 ， 由于在此 位置时吸盘受到的力最大 ，速度过快容易使玻璃滑落而 摔碎。 3 玻璃运动到步退小车集装架的位置要与前一块 玻璃有一个小的间隙 ， 间隙过小容易把玻璃划伤 ， 而间隙 过大会使玻璃失去平衡而摔碎。为了避免以上情况的发 生 ， 在设计 时建立数学模型过程 中一定要考虑全面 ， 并在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 控制系统中做好运动速度 的控制 。 3 P LC控制系统硬件配置及其功能 可编程控制器 P L C { ； ． 南 蓠 离 蘼 绝 对 光 值 电 编 开 码 关 器 信 信 号 号 图 2 P LC电气控 制系统原理 图 以三菱 F X系列 P L C为 核 心 的控 制 系统硬件配置如图 2 所 示 。 整个控制系统包 括 P L C控制器及 D ／ A 转换器 、 显示模块 、 伺 服 电机控制 系统 、 变 频电机控制系统等。 3 ． P L C 控 制 器 及 扩 展模 块 1 P L C控制器 对整 套工艺 系统分析 ， P L C型号可 选用 F X 2 N一 3 2 MT 一 0 0 1 ， 其输入点数与输 出点数均为 1 6 ， 且有 串行通讯模块和功能扩展模块 ，使用特殊功能模块 或功能扩展模块 ， 可实现模拟量控制 、 位置控制和联 网通 讯控制[4 ] 。 2 D ／ A转换器 变频电机控 制系统 中， 将控 制信号 经 D ／ A转换后 的电压信号传输 给变频器 ，通过模拟量控 制不但可 以提高加工精度 ， 而且节约 I ／ O点数 。其型号为 F X 2 N 一 4 D A， 有 4个输 出通道 ， 每一通道都可进行 D ／ A转 换 ， 其分辨率为 l 2 位 。 3 ． 2显 示模 块 本 系 统 显 示 模 块 采 用 触 摸 屏 控 制 ，其 型 号 为 F 9 4 0 WG O T T WO C ，它可在触摸屏上直接对 P L C进行 监控及编程。 触摸屏界面 由触摸屏组态软件进行设计 、 编 译 ， 然后通过 R S 2 3 2 编程电缆下载到触摸屏 即可使用。 用 触摸屏作为人机交互器 ， 既可以简化 、 方便作业 管理 ， 又 可以监控和报警 ， 在触摸屏上显示系统运行状况 ， 通过触 摸屏可进行满垛片数 、 板长 、 板宽等的设定 ， 显示 已堆片 数 、 动态控制过程等 ， 把所显示与设定的数据进行记 录 ， 发布控制命令来对堆垛机进行启动 、 停止等操作 l 3 ] 。 3 伺 服 电机 控 制 系统 由于四杆机构的运动精度对堆垛系统控制能否正常 工作起到至关重要 的作 用 ，故在电机选取中选用控制精 度 、 低频特性 、 矩频特性 、 过载能力 、 运行 性能 、 速 度响应 等性能相对都 比较高的伺服 电机来驱动 ，并在 吸盘上安 装一 台绝对值编码器 ， 用来确定 吸盘的位置。 P L C控制器 、 伺服驱动器 、 伺服电机等组成伺服控制 系统来控制 四杆机构的运动进行玻璃 的搬运工作 。伺服 电机在驱动器 的驱动下 ， 通过减速器驱动四杆机构运动 ， 目标位置 由绝对值编码器 的反馈信号反馈 给 P L C控制 器， 在 P L C控制器的控制下保证旋转 的精度 ， 机构旋转时 有编码器进行位置反馈 ， 定位准确。其硬件配置如下 1 伺服驱动器 伺服驱动器选 取型号 为 MR J 2 S 一 1 0 0 A， 分辨率为 1 3 1 0 7 2 脉冲／ 转的绝对位置编码器 ， 具有 位置控制模式 、 速度控制模式 、 转矩控制模式 、 位置／ 速度 控制切换模式 、 速度／ 转矩控制切换模式 、 转矩／ 位置控制 理论 ， 研发 ， 设计 ， 制造 学木交； i ； i 切换模式多种控制方式 。 2 伺服 电机 伺服电机选取型号为 H C S F S 8 1 ， 额定 功率为 0 ． 8 5 k W， 满载转速为 l O 0 0 r ／ mi n 。 3 ． 4 变频 电机控 制 系统 取片轨 道用 一台变频电机驱动 ， P L C通过变频器来 控制电机 的转速 ，并装有 2只光电开关来检测玻璃板 的 位置 ， 使其停止在 吸盘取片机的 中间； 步退小车上有 3 个 方 向 、 l ， 、 旋转 的运动 ， 同取片辊道驱动一样通过变频 电机驱动 ， 光电开关进行位置控制 ， 使其玻璃停止在堆垛 的最佳位置 。 使用 D ／ A转换功能 ，将 P L C中 1 2 位 的数字信号转 换成 0 ～ I O V电压信号 ，变频器 的输出频率在这个 电压信 号的控制下调节变频电机 的转速 ，从而改变步退 小车各 个方向和取片辊道的运行速度。 1 变频器 变频器是实现交流 电机调 速的关键元器 件 ， 它是利用电力半导体器件的通断功能将工频电源变换 为另一频率的电能控制装置。 选用 F R A 5 4 0 3 ．7 K C H， 适 用于输出功率 3 ． 7 k W 以下的变频电机 ， 满足工程要求。 2 变频 电机 选取型 号为 Y 9 0 L 一 2 ， 其额 定功率 为 2 ． 2 k w， 满载转速为 2 8 4 0 r ] mi n 。 4 控制系统抗干扰设计 P L C具有可靠性高 、 抗干扰能力强等特点。 但在工业 现场环境过于恶劣 、 电磁干扰特别强烈 、 突然断电等情况 发生 时， 经常造成 P L C接受错误信 号 ， 误 动作 ， 或使 P L C 内部数据丢失 ， 严重时甚至会使系统失控。因此 ， 在系统 设计 时， 应采取相应的可靠性措施 ， 以消除或减小抗干扰 的影响 ， 保证系统 的正常运行 _ 引 。 1 接地保护设计 接地是抑制 干扰 、 使系统可靠工 作 的主要方式 。P L C～般应与其他设备分另 0 采用各 自独 立 的接地装置 ， 若有其他 因素影响而无法做到 ， 也可以采 用公共接地方式 ，但要禁止使用 串联接地 的方式或把接 地端子接到一个建筑物 的大型金属框架上 ，此种接地方 式会在设备间产生电位差 ， 对 P L C产生不利影响； 电缆屏 蔽层必须一点接地 ， 如果电缆屏蔽层 两端都接地 ， 就存在 地 电位差 ， 有电流流过屏蔽层 ， 产生干扰 。 2 供电系统设计 P L C供 电系统中可采用隔离变压 器 、 U P S电源 、 双路供 电等保护措施 。 3 冗余设计 冗余设计 的目的是 P L C已可靠工作 的 基础上 ， 再进一步提高其可靠性 ， 减少 出故障的几率和故 障后的修复时间 。 5 P L C控制系统软件设计 该系统软件设计包括 P L C软件设计和触摸屏软件设计。 5 ． J P L C软件 设 计 P L C程序设计 的是否优化 ，关 系到整套系统能否正 常工作 ，程序设计成功与否的关键在于编程人员对整套 工艺系统的理解程度和程序编制技术的灵活应用 。 为此 ， 程序编制采用功能模块化的子程序结构 ，根据堆垛机工 作机理 ， 将整套系统的动作过程分为故障报警子程序 、 取 片前定位子程序 、 取片放片子程序 、 左堆垛小车步退子程 机械工程师 2 0 1 0 年第1 1 期{ 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 享木交i i ； i 理论 ／研发 ／ 设计 ／ 衬遵 多功能救援逃生椅的研制 陈喜 ． 赵天婵 ， 易建钢 江 汉 大 学 ， 武 汉 4 3 0 0 5 6 De s i g n O f M ul t i - f un c t i o n Re s c ue Ev a c u a t i o n Cha i r CHEN Xi 。 ZHAO Ti a n - c h a n， YI J i a n - g a n g J i a n g h a n Uni v e l ’s i t y， Wu h a n 4 3 0 0 56， Ch i n a Ab s t r a c t Th e fi x e d s t r u e t u r e a l l j t h e s i n g l e f u n c t i o n o f t r a d i t i o n a 1 c h a i r s d o n o t h a v e a n y e f f e c t i n t t l e s u d d e n d i s a s t e r ． To s o l v e t h i s p r o b l e m ，t h e p a p e r d e v e l o p e s a h o u s e h o h t c h a i r i n c l u d i n g e s c a p e l a d d e r s a n d r e s c u e s t r e t c h e r f u n c t i o n s wi t h a t h r e a d e d s c F e w a n d t h e s l i d e p r i n c i p l e b a s e d O 11 f u n c t i o n a l c o mb i n a t i o n i n n o v a t i v e me t h o d ． Th e c l a mp i n g d e v i c e i s s p e c i a l l y d e s i g n e d wh i c h c a n b e a 1 a p t e d t o a n y w a l 1 ．T h e d e s i g n i n g a n d c a l c u l a t i o n p r o c e s s wa s s y s t e ma t i c a l l y di s c us s ed ． Key wo r dsr e s c ue es ca pe ；c omb i na t i on i nno va t i ve me t h od l 引 言 近几年来 ， 我 国不少地 区火灾 、 地震等灾难频发 。当 发生灾难的时候 ， 住在宾馆 、 学生宿舍 、 办公楼的人们常 因楼道复杂 、 人群拥挤而无法及时逃生。少数幸运者可顺 着管道滑下逃生 ，但也有 许多人却在情急之下直接跳楼 而致 伤致 残 ， 在救援过程 中、 也常 为缺少救援担架 。 而 带来诸多不便 ， 延误了最佳抢救时问。 造成这些悲剧的一 个重要原因就是因为现场缺少必要的救援与逃生_T具。 序 、右堆垛小 车 步 退 子 程 序 、 放 片前 步退小车 定 位子 程序 6个 相 对 独 立 的 子 程 序 。编程时 ， 先对 各个 子程序独 立 编 程 和调 试 ， 设 置好 每个子程 序 的入 口和 出 口参 数 。利用子程 序 调用 功能将 6个 子程序 连接在 一 起 ，使 整个程序 层次分明、 结构清 楚 、 调试容易。其 主程 序流程 图如 图 3所示 。 5 ． 2触摸 屏软 件 设 计 根据二维磨削力控制砂带磨削机床的控制和操作要 求 ， 设计 了主界面 、 参数 置界面 、 信号监控界面 、 参数显 示界面等 。 46 l 机 械工程师 2 0 1 0 年第 1 1 期 6结语 垂直堆垛机 的优点是结构紧凑 、轨迹合理 、运行平 稳 、 堆垛精度高 、 周期短 、 玻璃擦伤少 、 自动化程度高 ， 但 人工铺纸相对较难 j 。 实践证明， 该系统操 作方便 ， 运行稳 定可靠， 自动化程度 高。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 张仰平 ． 朱兴法 ． 浅谈 浮法冷 端懈垛 机中 面四连杆 机构 的设 计[ J ] ． 中国玻璃 ， l 9 9 9 5 J 】 一 1 4 ． [ 2] 姚雪荣 ， 童伟 刚 ， 袁向 阳， 等． 浮法玻璃 生产线冷端堆垛 系统[ J ] ． 玻璃 ， 2 0 0 6 5 2 3 2 5 ． [ 3 ] 张战营 ， 姜宏． 浮法玻 璃生产技 术及 没备[ M] E 京 化学 I 二 业出 版社 ， 2 0 0 5 ． f 4 J 王万丽， 等． i 菱系列 P L C 原理及应用l M] ．北京 人民邮电出版 社 ． 2 0 0 9 ． [ 5 ] 郁汉琪 ． 电 气控 制 与可编 程控 制器应 用技术 [ M] ． 南京 东南大 学 } 1 ； 版社 ， 2 0 0 3 ． [ 6 ] 姜 勇． 浮法玻 璃生产线集散 型控制 系统 【 】 ] ． 玻 璃 ， 1 9 9 6 5 2 6 一 ．2 8． 1 1 ． [ 7 ] 拿峥0 孚 法玻璃 生产线 自动控制的实现 [ J ] ． 微计算 机信息 ， I 9 9 6 3 l 8 21 ． 1 8 ] 刘温宁． 6 0 0 t ／ d 浮法线冷端 自 控系统的设计[ J ] 可 南建材， 2 0 0 0 4 31 3 4 ． 编辑 立明 作 者简介 李成群 1 9 6 3 一 ， 男 ， 副教授 ， 博 士 ， 研 究方 向为机 器人技 术、 机械 系统动 力学 、 工业控 制和测试技 术。 收 稿 日期 2 0 l 0 0 8 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m