增加应急自动掰断装置杜绝应急切割区碎玻璃

陈文学

摘要：本文总结了为减少或杜绝在冷端应急切割区产生大量的碎玻璃，降低切割操作人员的劳动强度与人生伤害的风险，在应急切割后增加自动掰断装置，分析和实施的技术过程。

关键词：应急掰断；PLC程序；HMI

1此项技术改造的背景：

浮法线在启用应急落板废弃玻璃时，用应急切割刀在玻璃产品上划出切痕，在落板辊道处，通过落板辊道的倾角，利用玻璃的自重来自行掰断，落入破碎机。但在实际生产过程中存在以下问题：1、在切割后只靠玻璃自重来自行掰断，由于玻璃连接处支撑力的存在，会抵消部分重力，玻璃继续向后运行，直到支撑力无法抵消重力的时候，玻璃断裂，此时玻璃的绝大部分处于悬空状态，玻璃板绝大部分的重力会使玻璃以较快的加速度下落，砸在落板辊道上，造成产生大量的碎玻璃散落在设备周围。2、另外，应急切割刀的开启，除了开启切割功能外，一个必要条件是必须有BOTIERO的“应急切割使能信号”，这个信号可以防止由于误操作，或人为破坏造成的应急切割刀切割良品玻璃。这个信号在程序上是由应急落板控制的，也就是应急落板落下后才能启动以及切割刀。这个保障措施也带来了一些不便，使应急落板落下前，无法启动应急切割刀先切一刀，这样只靠落板落下时的机械打压，使落板落下时也产生了部分碎玻璃散落在设备周围。

由于这些原因使每次落板时设备周围都产生了大量的碎玻璃，切割人员要一直清理，即增加了劳动强度，又增加了不安全因素，甚至曾经出现过由于清碎玻璃的过程中不慎将工具掉入玻璃斗中，造成破碎机损坏的事故。为此我们通过设备技术改造来改变现状，基本解决碎玻璃散落的问题。

2问题解决思路：

要减少碎玻璃的产生，第一就是要降低玻璃落到落板辊道上的速度，玻璃以较慢的速度接触落板，就可以保持完整。要实现低速下落就要使玻璃下落的位置前移，如果在玻璃提前被掰断，则玻璃连接处的支撑力就不存在了，只要掰断的玻璃中心过了斜坡支撑点，玻璃就开始下落，而此时玻璃中心刚过支撑点，所受的向下力很小，加速度也就很小，就可以实现低速着陆，不产生碎玻璃。所以解决问题的关键是“提前掰断”；另外为使应急切割完全受控，我们增加控制柜的控制电路中增加了开关装置SWl来旁路BOTTERO的“切割使能”信号，做到需要时就可以切割，减少碎玻璃的产生。

3机械设计：

从机械方面的功能实现，主要是在应急切割后，地面上固定一对气缸，气缸杆支撑一横向掰断杆，气缸的上下气门连接在一个两位五通电磁阀YV1上，由YV1同时控制两个气缸的上下动作，实现掰断杆上顶掰断玻璃的功能。

4电气设计思路：主要有三方面的工作：

4.1硬件控制电路的设计和安装（电气控制图如图所示）

4.1.1功能实现：

主要是利用应急切割桥的PLC输出控制信号Y13来控制继电器KA24线圈的动作，来达到控制控制电磁阀YV1动作的目的，使掰断装置的汽缸上顶，实现掰断功能。主回路中电磁阀YV1是否得电动作，主要靠继电器KA24的常开触点来实现。继电器KA24的线圈是否得电，要靠控制回路中的PLC输出点Y13输出0V来实现。

4.1.2实际的电路设计过程中存在一些附加问题：

主要是由于本次增加的掰断装置的机械、电气都是利用CRT时期废旧备件，所以备件的选型上存在着局限性，譬如所能找到的电磁阀只有AC110V的，所以在主回路上我们必须要加220V转110V的变压器。又譬如PLC输出上的电路设计，通过网上查阅资料，我了解到应急切割所用的FATEK公司的PLC，它的输出点在有输出时，输出点Y本身并不输出电压，而是相当于把此输出点Y和此输出点所联系的公用点C接通，此公用点C接什么电压，Y就输出什么电压。我们不但要把Y13接到继电器KA24的线圈上A2，我们还要把Y13的公用点C12接到DC 0V上，这样才能和KA24的线圈上A1上的DC24V构成回路，实现对KA24的控制。

4.1.3

安全保护方面的设计：由于本次增加的掰断装置是在应急切割的控制系统的基础上增加而成，所以硬件设计首先要保证掰断装置的任何问题都不能影响重点设备——应急切割桥的正常使用，在此基础上实现掰断功能。本着这个思想，首先我们在电源的选择上，把掰断装置主回路的电源单独使用一个单P空气开关QF6，保证即使掰断装置控制系统即使出现短路问题，只会自己跳闸，不影响应急切割桥的控制系统电源。其次考虑到掰断装置所处的位置环境有可能会出现较多碎玻璃，存在割伤控制电磁阀电缆的问题，我们在控制柜内加装了双路的带保险端子排，如果现场电缆被割伤短路，此端子内的保险可熔断，起到保护作用变压器的作用，而且熔断后指示灯会亮，便于查找故障。

4.2 PLC控制程序的设计和调试

PLC控制程序的思路：玻璃能否被顺利掰断，掰断的质量的优劣，从控制方面考虑最重要的因素是掰断装置上顶时机。由于应急切割桥和掰断装置安装后，它们的位置就固定了，也就是说从切割到掰断的距离是固定的，但是玻璃的拉引速度在生产不同的产品时是不同的，那么就决定了从切割到掰断的时间是可变的，而掰断装置上顶时机是程序控制最重要的环节。

4.2.1掰断的上顶时机要满足两个要素：a、有合适的参照时间点；b、与参照时间点的时间差是可调的。首在参照时间点上，可供我们选择的有：“切割刀落刀”、“切割刀抬刀”、“变频器正转”、“变频器反转”、“终点接近开关”等信号，综合考虑信号的时间上固定性、程序的健壮性后，我选择了“终点接近开关”信号作为参考时间点。其次是时间段要可调节，为此我把计时器T5命令的计时值用变量R21替代，实现延时长度可调。

4.2.2考虑到气缸行程、不同玻璃厚度等因素，我认为掰装置的上顶时问长度，也应该是可变的，以满足不同工艺条件下的要求，为此我在决定上顶时长的计时器命令T6的值也采用了变量R22来替代。

4.2.3考虑到掰断功能的易用性和实际需求，我还在程序中增加了掰断功能启用和关闭的判断位S16，来能够让操作人员随时根据不同工艺需要开关此功能。

4.3 HMIX机接口界面的设计及与PLC程序的联系

要实现功能的易用性，只有控制程序还不行，不可能每次让电气人员连上PLC来调整相关参数，所以我们借用了应急切割桥的HMI触摸屏，通过功能组态，增加了“切割到掰断时间”、“掰断上顶时间”、“掰断开启/关闭”等参数调整项，并与PLC程序的相关变量和控制为关联。实现了直观、简单、明了的调整掰断参数的功能。

5设计安装的总结：

本次技改，完全利用CRT时期的废旧元器件和现有设备的富余量，在完全没有经济投入的情况下实现了良好的功能目的，通过换板时的试用，已经验证了其实用的功能，也得到了冷端切割人員的好评。我们在电气方面通过硬件控制电路的、PLC控制程序、HMI人机接口的设计，实现了三方面的设计要求：1、功能完善；2、操作方便；3、安全可靠。