基于PLC的玻璃杯自动切割机控制系统设计

江德松，张涛

基于PLC的玻璃杯自动切割机控制系统设计

江德松，张涛

（安徽机电职业技术学院数控工程系，安徽芜湖241000）

介绍玻璃杯自动切割机组成与工作原理，根据玻璃杯自动切割机工艺要求进行电气控制线路设计，定义输入/输出口、绘制PLC端口接线图和编写功能流程图程序，以及触摸屏界面设计，并成功调试。实际运行结果表明，该系统运行稳定可靠、操作方便、效率高、能够很好地完成玻璃杯的切割。

PLC；触摸屏；玻璃杯自动切割机；控制系统

0 引言

传统玻璃杯的加工，一次只能进行一根玻璃管切割加工成两个玻璃杯，主要靠人工操作，因为在玻璃杯加工过程中，首先将一根玻璃管在中间位置用火烧，将该位置玻璃烧软，再用刀具进行切割成两个玻璃杯。在整个加工过程中，需要工人操作，工人劳动强度大，更主要是温度很高，特别在夏天工人更加辛苦，高温天气只能工作半天，效率低。随着用工紧张，工作环境差，企业很难招到工人，基于此，企业有必要研发自动切割玻璃杯底机，本课题根据生产玻璃杯企业需求，设计了玻璃杯自动切割机的控制系统，将PLC、触摸屏等技术引入到该控制系统设计中，实现玻璃杯加工的自动化，具有良好的人机交互界面，同时能够进行两根玻璃管切割加工成四个玻璃杯。

1 玻璃杯自动切割机组成与工作原理

玻璃杯自动切割机主要由机架、工作台、切刀进给机构、玻璃管夹紧机构、玻璃管的旋转机构、火焰装置和电气控制部分组成。

玻璃杯自动切割机架采用矩形空心钢管焊接成长方形结构，主要用来支撑工作台，玻璃管夹紧机构及火焰装置。工作台用于安装玻璃管夹紧机构和火焰装置。切刀进给机构由步进电机拖动整个切刀进给机构在滚珠丝杆上做往复直线运动。玻璃管夹紧机构采用气压驱动两端三抓向前运动夹紧玻璃管。玻璃管的旋转机构由三相异步电动机通过链条带动两端三抓旋转，使玻璃管旋转，这样玻璃管能均匀加热。火焰装置主要对玻璃管进行火烧，采用氧气和乙炔为燃料的火焰，并且在触摸屏上设置两种火焰烧的时间。该控制系统设计手动和自动两种工作模式，手动模式用于设备的调试、维修和单件加工，而自动模式用于玻璃杯批量加工，除玻璃管装卸需人工操作，其余都是自动操作。

2 控制系统

2.1 系统硬件设计

系统硬件设计是玻璃杯切割机控制系统的基础，根据玻璃杯生产过程的工艺特点，设计的控制系统主要由PLC、触摸屏、电磁阀和步进电机等组成。

根据输入和输出点数量，并且由于采用PLC控制步进驱动器，需要输出脉冲信号，因此选择带有晶体管输出模块，综合考虑选择三菱公司生产的FX2N-32MT-001型PLC作为控制装置，具有16个输入和16个晶体管输出。触摸屏选用台达公司生产的DOP-B07S411型号作为人机交互的设备，有3个串行通信口（COM口），可方便的与PLC相连进行数据传递。切刀进给步进电机和步进驱动器均选用深圳雷塞M535和57HS13，M535是细分型高性能步进驱动器，适合驱动中小型的两相或四相混合式步进电机，57HS13是两相混合式步进电机，步距角为1.8度，静转矩1.3 Nm，额定电流2.8 A。玻璃管的旋转电机为三相异步电机选用浙江沪特电机公司生产的Y290M-411B3，功率为1.1 kW。直流稳压电源选用S-120W-DC24 V，为触摸屏、PLC和步进驱动器提供直流24 V。

2.2 系统电气控制线路设计

在控制系统中，PLC是控制系统的核心，各种开关量都与PLC的输入端相连，控制对象电磁阀、中间继电器和信号指示灯等与PLC输出端相连。玻璃杯切割机完成各种动作均由PLC控制实现，加工过程实时在触摸屏上动态显示。设计总电路图如图1所示，步进电机驱动电路如图2所示，PLC I/O端子接线图如图3所示。

图1 主控电路

图2 驱动电路

图3 PLC I/O端子接线图

2.3 系统软件设计

PLC软件设计采用三菱GX Developer-8.3的编程软件编写梯形图程序，根据工艺过程和控制要求设计出玻璃杯自动切割机PLC控制程序功能图，如图4所示。

图4 PLC控制程序流程图

3 触摸屏界面的设计

触摸屏界面设计使用软件为Screen Editor 2.0，利用此软件可以创建在触摸屏上显示的画面，可以对画面特型、系统设置、PT状态控制/通信进行设置。根据生产工艺的控制要求进行界面设计，设计好后进行编译，下载到触摸屏DOP-B07S411中。

触摸屏的软件设计主要包括主画面、计数清零画面和参数设置画面，如图5所示，在主画面显示当前的日期和时间、工艺时间及当前玻璃杯加工数量。按下启动按钮起动玻璃杯切割机，按下停止按钮玻璃杯切割机停止工作；按下计数清零功能按钮进入计数清零画面；按下参数设置一功能按钮进入参数设置一画面，进行火焰燃烧时间的设置，该步非常重要，火焰时间设置不当，就会加工废品；在参数设置一画面下按参数设置二功能按钮进入参数设置二画面，该画面主要对切刀下降和上升的时间设置。

图5 触摸屏画面设计

4 玻璃杯自动切割机实际应用

玻璃杯加工没有使用此控制系统之前，各道工序都是依靠人工操作，一次装夹一根玻璃管，玻璃管的夹紧、氧气和乙炔火焰烧玻璃管的时间必须把握的正好，时间短了或长了，加工出玻璃杯就是废品，这就需要工人有丰富的经验来把握，还有切刀切割的速度和力度均是由工人凭经验操作，因此造成生产效率低和废品率高。自该控制系统应用到实际生产后,自动高效地完成玻璃杯的加工任务。一方面从切割机的使用、运行状态来看,可以加工任意直径尺寸玻璃杯,大大地扩展了切割机加工玻璃杯的范围,系统稳定可靠，提高了加工的精度和产品质量；另一方面从切割机操作性来说,采用触摸屏具有良好的人机交互界面，具有操作简单、自动报警等功能，氧气和乙炔火焰烧玻璃管的时间和切刀切割速度在触摸屏中设置好，不会出现时间短或长，速度快或慢等问题，从而提高了产品的质量，降低废品率和成本；采用自动夹紧玻璃管，一次装夹两根玻璃管完成四个玻璃杯的加工，提高了生产效率。

5 结语

玻璃杯自动切割机控制系统投入使用后，系统运行稳定、可靠，能够很好的完成玻璃杯的加工，并能够满足生产工艺的要求，提高了产品质量和加工精度，解决企业的实际生产难题。

[1]蒋玲,张超.触摸屏与PLC控制的异型管切管机的设计[J].制造技术与机床，2012(7)：123-126.

[2]三菱FX中文PLC编程手册.东莞智捷自动化公司.

[3]雷塞步进驱动器和电机技术资料集.深圳：雷塞自动化有限公司.

[4]王志刚,虎恩典,王宁.PLC和触摸屏在活性炭混捏成型控制系统中的应用[J].制造业自动化，2013(24):12-14-22.

[5]台达DOP系列人机界面编程手册.上海：中达电通股份有限公司.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年安徽省质量工程省级特色专业项目（20101738）。

江德松（1978—），男，安徽六安人，讲师，主要研究方向：PLC及自动控制。