浮法玻璃横切机硬件系统设计

任 冰,杨瑞敏

(1.河南工业大学设计艺术学院,郑州450052;2.中原工学院,郑州450007)

浮法玻璃横切机硬件系统设计

任 冰1,杨瑞敏2

(1.河南工业大学设计艺术学院,郑州450052;2.中原工学院,郑州450007)

给出了横切机装置的硬件系统设计,该系统主要由 I/O模块、PLC系统、触摸式人机界面、伺服驱动系统组成.介绍了系统框架及各模块的功能.该设计方案已成功应用于玻璃生产线中.

浮法玻璃;横切机;硬件设计;PLC

玻璃及玻璃制品在建筑、交通运输等部门有着广泛的应用,其中平板玻璃的产量和用途在各种玻璃产品中占有突出的位置.1971年,我国洛阳第一条浮法玻璃生产线诞生,2007年,全国可年产浮法玻璃5.32亿重量箱.横切机是玻璃在线切割必不可少的设备之一,其切割的精度直接影响产品的质量等级,进而影响产品在国际国内市场上的竞争能力[1-2].

随着科学技术的发展,用户对平板玻璃产品的尺寸精度提出了越来越高的要求,如在欧美及日本市场,大多数要求板长精度达到±0.5 mm,而我国现有的采用国产横切机设备生产的玻璃产品的板长最高精度仅为±0.75 mm左右,多数的设备还远远达不到这个标准[3-5].为了适应市场对提高浮法玻璃切割精度的要求,我们开展了高精度玻璃横切机装置的研究工作,本文给出了该装置的硬件系统设计.该装置采用先进的交流伺服和PLC运动控制方式,对控制电路进行优化,采用高速电子电路降低了信号延迟,提高了系统的响应速度.采用该控制硬件并依据控制策略和算法开发出先进的控制软件,有效地提高了系统的电气控制精度.

1 浮法玻璃横切工艺及功能要求

玻璃横切机是平板玻璃生产线冷端专用设备,它是将经退火窖退火后的平板玻璃带在线进行定长切割,经切割后,使玻璃带形成一定规格的玻璃(如1.5 m×2 m).横切机结构及运行状态的好坏直接影响到玻璃的切裁、掰断质量和成品率的高低.随着我国平板玻璃尤其是浮法玻璃生产线规模日益扩大及市场对玻璃质量要求越来越严格,对横切机的自动化水平、切割精度和可靠性等的要求越来越高.

为了能实现对浮法玻璃带进行柔性的自动在线定长切割,不仅要求玻璃横切机具有较高的横切精度,而且要求它具有自动/手动、内控、网络联机等工作方式,有能够汉字显示的人机界面,使得参数修改简单、直观,可任意设定切割板长、落切距离和切痕长度;为了能使多台横切机联合工作,需要具有联网切割功能;另外,横切机还必须具有一定的保护功能.

2 电控装置的硬件设计

2.1 系统工作原理及框图

本系统采用进口的新一代中型可编程序控制器作为中央处理器;采用硬件高速计数单元检测玻璃带速度及长度;采用G语言编程的硬件运动控制单元和高精度交流伺服驱动系统控制刀架和切刀的精确运动;采用触摸式显示屏作为人机界面进行系统的参数设定和状态显示;采用工作网络控制模块实现本装置与生产线主PLC和监控计算机的网络通信,并完成多台横切机的群控功能.该装置的系统框图如图1所示.落刀电磁阀、喷油电磁阀、刀具加压装置、指示灯及输送给上位PLC的联机、刀具OK、刀具在零位信号等,统一采用继电器输出单元,提供无电压的接点信号输出.

图1 系统装置框图

以上I/O单元的技术指标可完全满足本装置的控制要求.

2.3 PLC系统配置

考虑到玻璃横切机电控装置要满足运行速度快、控制精度高、控制功能强并具有完善的网络通信功能等要求,本项目采用进口的新一代可编程控制器(PLC)作为中央控制器.该 PLC为模块化结构,由底板、电源、CPU单元构成机架,配置所需的 I/O单元、高速计数单元、运动控制单元和网络通信单元等构成PLC系统配置,如图2所示.

系统的工作过程为:闭合电源开关或按复位按钮,系统自动回零,检测接口配置运行情况,如正常,由触摸屏人机界面或生产线主PLC向横切机中央处理器发送切割计划及切割片数,横切机启动后进入切割循环.高速计数单元接收测量编码器发来的脉冲信号(0.1mm/脉冲),测定玻璃板的运动速度和长度,当达到规定板长时发出外部切割信号给运动控制单元,运动控制单元根据 G语言编程的切割任务控制伺服驱动器和伺服电机,以相应的速度带动刀架切割玻璃,当切刀进至预定位置时,刀架落下,切刀以恒速(该速度是经玻璃前一时刻运行速度修正的)切割玻璃.割刀进至终点(即达到切割宽度),刀架抬起,切刀离开玻璃.伺服电机换向,切刀退回,切刀退至起点,系统复零,然后重复上述过程.

2.2 I/O模块

在横切机系统中,送入PLC的开关信号来自室内控制柜、现场操作盒和横切桥架;复位、切割启动等信号来自控制柜上的按钮;手动的向前、返回、落刀、抬刀、找零位、周期切割按钮,手动-内控-网络联机工作方式选择开关等来自现场操作盒;基准限位、超程保护限位等信号来自横切桥架;其他伺服系统准备信号等均可统一为直流输入信号.

由PLC输出控制的开关信号主要有喷气电磁阀、

图2 PLC系统配置

2.3.1 PLC高速计数单元

高速计数单元是一种硬件高速计数装置,可对来自增量型旋转编码器或其他信号源的脉冲输入信号进行计数,从而实现位置检测及物品的数量、长度、速度测量等功能.本横切机电气控制系统采用硬件高速计数单元来进行玻璃速度和长度的高精度测量.选用C200H-CT001-V 1型高速计数单元,该高速计数单元具有3种输入模式,即相位差脉冲输入、上升/下降脉冲输入、脉冲和方向输入可供选择;具有相位差输入的倍频功能(2倍频或4倍频);计数值可设定为BCD码或十六进制码;并可提供线性模式、环形工作模式、预置模式、门控模式、闩锁模式、采样模式等.6种工作模式以适应不同用途的技术要求.

2.3.2 PLC运动控制(MC)单元

运动控制单元控制伺服驱动系统,用多任务 G语言编程编制程序可实现双轴运动控制,其系统配置及相关的设备如图3所示.

图3 MC单元的系统配置及相关的设备

MC单元通过接口区从PLC、CPU接收命令并执行MC程序,其执行过程完全独立于PLC的梯形图程序.从CPU可以控制MC单元程序的启动、停止和程序执行.为了从CPU对接口区进行控制,需要给MC单元分配I/O字和DM区字并开发相应的梯形图程序.MC单元可最多完成2个任务,一个任务是一个程序的执行单位.MC单元最多可管理100个程序.

MC单元的每个任务都可以手动或自动模式执行.在自动模式下,执行以 G语言开发的MC程序;在手动模式下,执行来自CPU或示教盒的手动命令.

2.3.3 PLC网络控制单元功能特性

在本系统中,采用工业网络完成横切机电控装置与上位PLC和监控计算机之间的通信,实现横切机的群控功能.网络控制单元模块采用同轴电缆进行通信连接和数据传输.含切割系统的同轴电缆通信系统配置如图4所示.

2.4 触摸式人机界面

图4 同轴电缆网络通信系统配置图

选用N T20S作为触摸式人机界面,采用控制总线与PLC相连.采用屏幕点阵式STN液晶显示面板,分辨率 256×128;有效显示区112 mm×56 mm;寿命最少50 000 h;视角(左/右)35°;显示字符数:32字符×16行.

2.5 伺服驱动系统

伺服驱动系统由伺服驱动器和伺服电机组成,采用日本欧姆龙公司生产的M系列伺服电机和伺服驱动器.该伺服电机具有小型化、响应速度快和低速运行平滑等特点.伺服驱动器采用高速处理器,其控制环(位置环、速度环、电流环)全部软件化,同时实现了数字式、高功能和优良的操作性,可直接输入模拟速度指令或脉冲串位置指令,重量轻、小型化.仅用前面板的设定键即可进行各种设定,可自动进行配线检查和动作确认.具有丰富的监视功能,可显示当前速度、当前值、累积脉冲、机械速度、电机电流、实效负荷率、输入/输出信息、驱动器运行状态等.配线简单,维护容易,并具有方便的附加功能,如软启动功能,任意设定脉冲速率的电子分频功能等.

3 结 语

玻璃横切机是玻璃生产中必不可少的设备.而横切机的精度直接影响着产品的质量.本文给出一种高精度玻璃横切机硬件系统.该系统采用先进的交流伺服和PLC运动控制方式,对控制电路进行优化,采用高速电子电路降低了信号延迟,提高了系统的响应速度.该系统已成功应用于多条玻璃生产线中.

[1] 王丽萍,蓝天,王少丰.玻璃缺陷在线自动检测设备性能及实践[J].玻璃,2003(5):46-48.

[2] 何红波,王文军.浮法玻璃在线检测系统的设计[J].黑龙江电子技术,1999(8):1-3.

[3] 张瑞,张宇干,谈军.浮法玻璃横切机智能控制系统的开发[J].中国建材装备,2002(1):42-44

[4] 张瑞,张爱梅.浮法玻璃横切机切割精度的在线检测方法[J].河南建材,2007(4):33-34.

[5] 常海生.运动控制卡在异形玻璃切割行业中的应用[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

河南省教育厅自然科学基金项目(200410465201;200510465002)作者简介:任冰(1980-),女,河南洛阳人,硕士.