（电力电子与电力传动专业论文）基于s7226plc实现的玻璃磨边机设计.pdf

安徽理工大学硕论文 a b s t r a c t g l a s se d g eg r i n d e ri sa i li t e g r a n d i l i 哆f o rg l a s sa d v a n c e dm a c l l i n i n g ；t 1 1 em a i n c t i o ni s g r i n d i n gg l a s st os p e c i 矗cf o n n sa c c o r d i n gt or e q u i r e m e n t s t 1 1 i sa r t i c l e d i s c o u r s e su p o nh o wt od e s i g ng l a s s 酣n d e r b a s eo np l cs 7 2 2 6 i ti sap r e s e n t a t i o n o fc u e n ts t a t i l so fg l a s s 断n d e ra i l d 也es p e c i f i cf o 珊i nn l ef i r s tp a no f t h i sa n i c l e t h e s es p e c i f i cf o r i l l sa r e ：l i n eb e v e le d g e ，b a s i c 州ee 略e ，a v ee d g ei nal i n e ，w a v e e d g ei nd o u b l e1 i n e ，l e a fw a v ee d g e ，a 1 1 dl e a fw a v ee d g ei nal i n e n l e ni n 打o d u c et l l e c o n t r 0 1s y s t e md e s i g ns t a t l l so fg l a s sg r i i l d e lt h ec o r eh a r d w a r ei sp l c s 7 2 2 6 ，p l i l s c o 衄e c t i n gc i r c u i t ，c o m m 吼i c a t i o na p p l i a i l c ea i l di m e l l i g e n t i z e ds o 胁a r e t h em 曲 s p e e dc o u n t e rm o n i t o rm o t o r sr e vt oc o n t r o id i 脏r e n t 舒i n d i n gf o r ma c c o r d i n gt oa m t a t e dc o d e r ；t h es o 脚a r ei sap l cp m g 删【nw h i c hc o l l e c t i n ga 1 1k i n d so fs w i t c h s i g n a l ，m t a t e da i l g l eo fm i l l i n gw h e e la i l dm e a s u r e m e n to fm i l l i n g ，h e e lg of o 艘r d ； p a r 啪e t e r sc a l c l l l a t i o nd b o mm t a t e da n g l eo fi i l i l l i i 唱、) l ，：h e e l a i l dm e a s l l r e m e n to f 1 1 1 i l l 啦w h e e lg of o m a r d ，a i l do u t p u tc o n 仃0 1e t c 1 1 1 ea u t h o rc o l l e c t sp w s l 7 1 1 h u m a n m a c h i n ei n t e “犯ew h i c h p m g r e s sr e a lt i m ew a t c h i i l ga i l dp a r a m e t e rs e t t i n g t h e a n i c l ei n 仃o d u c e sd e s i g no fh u m 锄一m c l l i n em t e r f b c e s e v e r a lm e 肌sw e r ed e s i g n e di n h u m a n m a c h i i l ei n t e 血c et o i m p l e m e n ts y s t e m 如n c t i o n ，t 1 1 e r c a r ei n c l u d i n g ：m a j n m e n u ，p a r a m e t e rs e m n gm e n uf o rg r i n d i n gl i n e a rb e v e ie d g e ，c o n 廿o lm e m l ，m a n l l a l a d j u s t n l e n tm e 蛐，a n dd e b u gm e n ue t c 1 no r d e rt oi m p m v e 鲥n d i n gp r e c i s i o n ，t 1 1 e c o m m o na l t e m a t i n ge l e c 仃o m o t o rb a sb e e nc h a l l g e dt os e n ，oe l e c n d m o t o ri ni m p m v e d d e s i g n t h ea r t i c l ed i s c u s s e st h ec o n t r o li d e a ，a n db a s e do np l co ff u z z y p i di s d e s i g n e d k e yw o r d s ：p l c ；g l a s s 舒n d i n gm a c h i n e ；h 啪a n m a c l l i n ei m e r f a c e ；p i d ；m i l l i n g w h e e l i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得塞邀堡王盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：、哥芳方 签字日期：前刃月岔日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徵理王太堂有保留、使用学 位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单 位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权塞煎堡三 太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保 密的学位论文在解密后适用本授权书) 。同时本人保证，毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为安徽理工大学。 学位论文作者签名：、哥器荡导师签名：三铷 签字日期：加年彳月富日签字日期：蛑易月p 日 绪论 1 1 课题来源及意义 1 绪论 上世纪8 0 年代随着交通、建筑和旅游业的迅速发展，对深加工玻璃的需求越 来越多，使玻璃深加工行业得到了较快的发展，玻璃深加工的产量上升较快。大批 浮法玻璃生产线的建成投产，给玻璃深加工提供了优质玻璃原片：建筑业、交通业 发展的加快和档次的提高，为深加工玻璃的应用开辟了广阔的市场：但是，由于玻 璃加工机械水平的影响，大部分玻璃深加工企业的生产能力并没有充分发挥出来。 由于世界主要玻璃生产企业对平板玻璃以及其它品种的玻璃都在寻求新的利润增 长点，产品创新、新工艺探索、降低成本、产生高附加值等己成为各大玻璃厂商 发展的目标。因此目前世界上5 0 一6 0 的平板玻璃原片均进行深加工后再上市， 浮法玻璃原片己不再风光，而是向功能型、实用型、装饰型、安全型、环保型五 大方向的深加工玻璃发展，这是2 l 世纪平板玻璃创新产品不容争议的目标。近年 来，我国玻璃深加工企业发展很快，数量不断增加，规模越来越大，玻璃磨边机 作为玻璃深加工企业必须的专用设备，其市场需求也将越来越多。然而到目前为 止，国内玻璃磨边设备还不很成熟，大多只适合单件加工，而不能应用于批量生 产线。大型玻璃深加工企业必须采用自动化程度高的智能玻璃磨边机。 由于现阶段国产玻璃磨边机自动化程度较低，难以满足玻璃深加工行业快速 发展的要求，因此安徽理工大学与方圆玻璃机械厂合作进行智能玻璃磨边机研制。 1 2 玻璃磨边机的主要种类及特点 目前国内玻璃深加工企业使用较多的几种玻璃磨边机如下。“4 “”1 ： ( 1 ) 单臂异形磨边机( 简称异形机或单臂机) 异形机的最大特点是用途广泛，异形机既可以磨直边，也可磨圆边、鸭嘴边， 还可磨斜边；既可以磨圆形工件，也可磨椭圆及异形工件。在独立吸盘上装上靠 模，用异形机可以磨一些形状不规则的工件。 ( 2 ) 直线磨边机 直线磨边机的特点有三个：一是用途比较单一，只能磨各类直线边：二是可 连续性磨削，生产效率较高；三是可磨削尺寸较大的平板玻璃。 直线磨边机是各类磨边机中品种、规格最多的磨边机，按能磨削的直线边的 安徽理1 + 大学硕士论文 不同，它又可分为如下三种： 1 ) 直线磨边机( 简称直边机) 直边机只能磨削玻璃的平底边及两棱角，按磨头数分，有三、五、八、九、 十、十三、十四磨头等数种机型。一般来说，磨头数越多，则磨削精度和生产效 率越高，相应地机器的价格也越高。而电脑控制的直边机( 一般磨头数都在十或 十以上) 价格更高。 近些年来，国内市场上又出现一种既可磨平底边，又可磨4 5 度底边的两用直 边机，用量也比较多。另外还有可磨一组或两组互成角度底边的磨边机，叫多级 磨边机。这种机型磨头较多，一般为计算机控制。 2 ) 直线圆( 简称圆边机) 圆边机可以磨削玻璃的凰边、鸭嘴边等，在家具、玻璃的加工中用的较多。 圆边机也有三、五、六、七、八、九磨头等数种机型。 3 ) 直线斜边机( 简称斜边机) 斜边机一般用于磨削玻璃3 2 0 度的斜边。现在，有的斜边机也可磨削4 5 度的斜边。斜边机按磨头数分，也有七、八、九、十、十一、十四磨头等机型。 近些年来又出现一种能在玻璃斜边上磨出各种波浪花纹的斜边机，叫波浪斜边机。 ( 3 ) 靠模磨边机( 简称靠模机仿形机) 靠模机利用模板准确定位，可精确磨削圆形或异形玻璃的直边、圆边、鸭嘴 边、斜边等，这种磨边机磨出的玻璃形状准确，尺寸统一，生产效率较高。 使用靠模磨边机需要制作专门的模板，当生产品种较多时，不但制作模板费 用较高，而且管理、更换模板也较麻烦，因此这种机型适用于生产品种不多，但 生产批量很大的玻璃加工。 ( 4 ) 内圆磨边机( 简称内圆机) 内圆机的特点是结构简单，价格低廉，但用途比较单一，主要适于加工圆周 边( 可以是正圆，也可是椭圆或异形圆) 。现国内有些厂生产的内圆机，摆臂较长， 使磨头的摆动范围加大。这种机型不但可磨内圆，也可兼磨外圆，又称为内外圆 磨边机。 ( 5 ) 直线双边磨边机( 简称双边磨机) 双边磨机的特点是可同时磨削玻璃的两条对边，加工精度好，生产效率高， 适用于大批量的玻璃磨边生产。 双边磨机按使用性能分有双直边磨边机和双圆边磨边机两种，其中双直边磨 边机用的较多。 绪论 双边磨机按磨削玻璃宽度的不同可分为中小型和大型两种。最大磨削宽度在 两米以下的称为中、小型双边磨机，磨头配置有四、六、八、十二磨头等。最大 磨削宽度在两米及两米以上的称为大型双边磨机，磨头配置有十六、二十、二十 二磨头等。大型双边磨机一般为电脑控制，自动化程度较高，适于磨削大尺寸平 板玻璃，但是，这种设备的价格比较昂贵。 ( 6 ) 其他磨边机及专用磨边机 除以上介绍的磨边机以外，还有一些结构简单、用途单一的磨边机，如倒角 机、小圆片机、抛光机等。另外还有一些专门加工某种产品的专用磨边机，如汽 车后视镜磨边机、洗手盆磨边机等。 1 3 国内外发展与应用情况 目前玻璃磨边机设备不少是进口的，进口磨边机主要来自意大利生产，另外 还有来自韩国、美国、台湾等地的磨边机用的也较多“3 。进口机的质量、精度、 生产效率和使用寿命都要比国内机好，但进口机价格昂贵，一般为国内同类机价 格的3 一l o 倍。玻璃磨边机目前仍以进口设备为主，虽然国外这方面的技术和设备 都很成熟，在国际市场上也应用广泛，但完全依赖进口设备的缺点也是明显的， 首先进口设备价格昂贵，需花费大量的外汇：其次它的定货周期、购买备品备件的 周期长，对正常生产造成一定的影响，特别是设备的控制软件部分，由于保密性 强而无从深入了解，功能扩展性差，一旦出现问题就必须等国外的专家来维护和 调试，对正常生产有很大的影响，故研制和开发国产的智能玻璃磨边机的重要性 是显而易见的，不仅能够提高玻璃加工技术水平和市场竞争力，而且随着玻璃深 加工行业的迅猛发展，该设备的应用前景也是很广阔的。 1 4 本文的主要工作 玻璃磨边机的作用是根据需要将玻璃边部磨削成特定的形状。其机械结构主 要由磨削进给系统和加工工作台两部分构成。加工工作台上放置被加工的玻璃， 玻璃靠普通交流电机驱动在加工工作台上移动，磨削砂轮的转动也由普通交流电 机驱动，磨削迸给系统也采用普通交流电机驱动，用以控制磨削砂轮的运动轨迹， 以便将玻璃边部磨削成不同的形状。这也是应方圆玻璃机械有限公司的要求而设 计的方案，本文第3 章与第5 章对其进行了详细介绍。为了进一步提高磨削精度， 安徽理工大学硕士论文 作者对上述方案进行了改进，将普通电机的工作改由伺服电机完成，本文第6 章 给予了分析。本文主要工作包括： 玻璃磨边机的总体设计 玻璃磨边机的电气控制部分硬件设计 可编程控制器的选型、模块设计 旋转编码器及高速计数器分析 人机界面选型、设计 p l c 与人机界面的程序设计 基于p l c 的模糊p i d 设计等。 1 5 本章小结 本章对课题的来源和意义、玻璃磨边机的结构组成、玻璃磨边机的主要种类 及特点、目前国内外应用情况、玻璃磨边机的主要参数以及本文的主要工作等做 了简要介绍。 4 2 玻璃詹边机的机械结构和磨削花型_ j ：艺简介 2 玻璃磨边机的机械结构和磨削花型工艺简介 2 1 玻璃磨边机的磨削部分机械结构简介 该玻璃磨边机主要有磨削进给系统和加工工作台构成。加工工作台上放置被 加工的玻璃，玻璃靠普通交流电机驱动在加工工作台上移动，磨削砂轮的转动和 磨削进给系统亦由电机驱动，用以控制磨削砂轮的运动轨迹，从而将玻璃边部磨 削成不同的形状其机械结构如图1 所示： 幽1磨削部分的机械结构图 f 唔1 m e c h a f l i c a is t n l c t u r eo f g r i n d i n gp a r t s 在此结构中，( 1 ) 编码器要放在丝杆末端； ( 2 ) 丝杆转一圈，磨轮转_ ；= = o 。2 l 4 8 ”( 丝杆进8 2 5 5 嘲，磨轮角度为l 8 2 5 5 。) 。 安徽理：【：大学硕士论文 2 2 玻璃磨边机磨削花型 2 2 1 磨直线斜边 2 2 1 1 磨直线斜边花纹图形 百缘斜沩 后 一c 。_ 8 1 3 。 压 7， 磨轮中心 传 板 。 7 i j 0 | 1 4 r 77 一字板转动中心i 圈2磨削直线斜边示意图 f i 9 2 s k e t c hm 印o f g r i n d i n gl i n e a rb e v e le 电e 2 2 1 2 磨直线斜边说明 ( 1 ) 注意事项 6 !堕堕墅丝垫塑垫堡笙塑塑堕塑垄型：! ：垄塑坌一 丁字板平面平行于导轨底平面时，磨轮工作面平行于玻璃平面，磨轮倾斜角 度为o 度，两个平面重合的位置为磨轮o 位。 玻璃伸出l j m m 。 曲轴偏心在外做一个标记。 各种花型，磨削深度o 8 姗不变，为一定值。 调整角度丝杠转一圈，角度为( 3 8 2 5 5 ) 。( 电机转7 1 圈) 。 进刀蜗杆转一圈，进刀量为o 2 5 m m ( 电机转4 0 圈) 。 调波不挂挡，偏心轴不转动时具备直线斜边机全部功能。 ( 2 ) 设定值和计算值 1 )玻璃厚度 4 56 8设定值 2 )剩余厚度 234 6设定值 3 )斜边高度 1 4 1 41 61 8设定值 4 )斜边角度 8 1 3 。 8 1 3 。7 1 2 5 。 6 3 4 u计算值 5 )磨轮同步进给量 3 6 82 6 9 l1 5 5计算值 6 )前后压传板距离 2 34 6设定值 ( 3 ) 设定值输入 输入四组设定值，帮助计算斜边角度8 1 3 。和磨轮同步进给量3 6 8 操作到 位。在初步试车时各磨轮的进刀量须要手工调整，直到磨出的产品全部符合花纹 图形，此时磨轮的位置即是o 位。 ( 4 ) 计算： 占：5 玻璃为例 斜面角度a = 8 1 3 。 培口= 云 磨轮同步进给量= 2 6 9 i i n s i n 8 1 3 。4 0 c o s 8 1 3 。3 = 2 6 9 2 2 2 磨靠边基本波浪边 2 2 2 1 磨靠边基本波浪边图形 安徽理工大学硕士论文 图3 磨削靠边基本波浪边示意图 f i 9 3 s k e t c hm 印o f g n d i n gk e 印i n gt i b a s e du n d c ee d g e 2 2 2 2 磨靠边基本波浪边图形 ( 1 ) 设定值和计算值( 以波深= o 8 为定值) 1 ) 玻璃厚度 456 2 ) 剩余厚度3 84 85 8 3 ) 斜边高度 22 2 4 ) 斜边角度 5 7 3 9 1 7 6 5 7 3 9 1 7 。5 7 3 9 1 7 。 5 ) 磨轮同步进给 o 2一o 8一1 8 6 ) 前后压传板距离 234 0 7 ) 波浪波距 3 03 03 0 ( 2 ) 计算说明： 设定值 计算值 计算值 计算值 计算值 可任选 花纹深度o 8 和花纹高8 确定斜边角度( 5 7 3 9 1 7 。) 。 ( 3 ) 自动操作 输入五组设定值，由电脑帮助计算出两组计算值，操作到位，开机加工。磨 出的玻璃花纹外型要符合设定值。若有误差须要手工调整砂轮，直到相符后，才 能投产。在正常情况下磨轮调到零位后磨各种花纹，不须再调整( 磨损后还须调 整) 。 2 玻璃磨边机的机械结构和磨削花型i ：艺简介 2 2 3 磨离边基本波浪边 2 2 3 1 磨离边基本波浪边花纹图形 f 。tf _ j k8 l a ， j2 蔓l 4 5 、l筋1 ， 图4 磨削离边基本波浪边示意图 f i 9 4 s k e t c hm 印o f g r i n d i n gr e m o v e db a s a lu n d e ee d g e 2 2 3 2 磨离边基本波浪边花纹说明 ( 1 ) 设定值 1 ) 玻璃厚度45 68 2 ) 剩余厚度 3 2 94 2 95 2 97 2 9 3 ) 斜边高度 8888 4 ) 斜边角度 5 1 。5 1 05 1 。5 1 。 5 ) 磨轮同步迸给 0 2 8一o 7 2 1 7 】一3 7 6 ) 前后压传板距离23 46 7 ) 花边波长 3 03 0 3 0 3 0 ( 2 ) 自动操作 输入四组设定值，即可开机加工。成品形状与上图相符。 2 2 4 磨直线波浪边 2 2 4 1磨直线波浪边花纹图形 9 计算值 计算值 可自选 安徽理工大学硕士论文 ，6、 、， j ， 7 r 。 ap ：s ? 叁8， 剿。， 硼8 3 ，1 、7 7 4 5 7 。 图5磨削直线波浪边不意图 f i 9 5s k 蹴hm 印o f 争i n d i n g1 i n e a r 姐d e ee d g e 2 2 4 2 磨直线波浪边花纹说明 ( 1 ) 此花形两次磨成，第一次磨4 5 7 。斜边，第二次磨波纹。斜边设定值：偏 心轴偏心在外，调波不挂挡。 ( 2 ) 磨斜边设定值： 1 ) 玻璃厚度 6 2 ) 剩余厚度 4 3 ) 斜边高度 2 5 4 ) 斜边角度 4 5 7 。计算值 5 ) 磨轮同步进给 一o 8计算值 6 ) 前后压传板距离 4 ( 3 ) 自动操作： 输入五组设定值后，电脑自动计算，操作到位磨出符合尺寸标准的斜边图形。 ( 4 ) 磨波浪边设定值： 1 ) 玻璃厚度 6 2 ) 剩余高度 3 2 8 3 ) 斜边高度 8 4 ) 斜边角度 9 6 5 3 。计算值 5 ) 磨轮同步进给 3 5计算值 6 ) 压传板距离 4 7 ) 花纹波长 3 0 ( 5 ) 自动操作：输入五组设定值后。电脑自动计算，操作到位磨出符合尺寸标准 1 0 2 玻璃磨边机的机械结构和磨削花型j _ ：艺简介 的波浪边图形。 2 2 5 磨双直线波浪边 2 2 5 1 磨双直线波浪边花纹图形 堇8 ， l l 3 ， jl 彳 01 5 7 8 ， 以 芒_ 可b l f f f 8 绷| 8 “ | ，心：； 剧6磨削双直线波浪边不意图一l f i 9 6 s k e t c hm 印1o f d o u b i el i n e ”i l l l d e ee d g e 2 2 5 2 磨双直线波浪边花纹说明 双直线波浪边须要三次磨成，第一次磨成3 。斜边，斜边高2 7 。第二次磨成 6 。斜边，斜边高2 5 5 。第三次磨成l l o4 4 2 1 ”斜边波浪边，斜边高8 ，其波 深0 8 ，波宽8 三次磨出符合上图尺寸的双直线波浪边。 安徽理工大学硕士论文 图7磨削双直线波浪边示意图一2 f i 9 7 s k e t c hm 印2o f d o u b l el i n e a ru n d e ee d g e 2 2 6 磨树叶型波浪边 2 2 6 1 磨树叶型波浪边花纹图形 。 耋6 。 、 j 么 8 78 礁| 78 4 。28 1 32 逆童 k 理! 图8磨削树叶型波浪边示意图 f i 9 8 s k e t c hm 印o f g r i n d n gl e a fs h 印eu n d e ee d g e 2 2 6 2 磨树叶型波浪边花纹说明 ( 1 ) 花纹波长自选，花纹波高为8 唧，花纹深度o 8 m m 为定值。磨花纹时斜面角 度为m i n 口= o 8 8 ，口= 5 。4 4 7 2 l ”磨斜面角度为花纹斜面角度的一倍5 。4 4 2 玻璃磨边机的机械结构和磨削花型：l ：艺简介 2 l ”2 = l l 。2 8 。4 2 ”。其加工过程分两部：第一次先磨出l l 。2 8 4 2 ”的斜边， 第二次磨5 。4 4 7 2 l ”的花纹。 磨斜边，偏心轴偏心在外，调波不挂挡。 ( 2 ) 磨斜边设定值： 1 ) 玻璃厚度 6 2 ) 剩余厚度2 8 3 ) 斜边高度 1 5 6 8 4 ) 斜边角度1 l 。2 8 4 2 ”计算值 5 ) 磨轮同步进给 5 2计算值 6 ) 压传板距离 4 ( 3 ) 自动操作：输入六组数字，即可加工。 ( 4 ) 磨波浪边设定值： 1 ) 玻璃厚度 6 2 ) 剩余厚度 4 4 3 ) 斜边高度 1 5 ，6 8 4 ) 斜边角度 5 。4 4 7 2 l ” 计算值 5 ) 磨轮同步进给 一o 3 8计算值 6 ) 花纹波长 3 0 ( 5 ) 自动操作：输入斜边角度，磨轮同步进给量和波长即可加工。 2 2 7 磨直线树叶波浪边 2 2 7 1 磨直线树叶波浪边花纹图形 安徽理工大学硕士论文 6 8 2 75 0 图9 磨削直线树叶波浪边示意图 f i 9 9 s k e t c hm 印0 f g d n d i n gl i n e a rl e a f u n d e d g e 2 2 7 1 磨直线树叶波浪边花纹说明 ( 1 ) 直线树叶波浪边须三次磨成，第一次磨斜边，斜边角度为3 。，第二次磨斜边， 斜边角度为1 4 。2 8 7 4 2 ”：第三次磨波纹，斜边角度为8 。4 4 7 2 l ”。 ( 2 ) 磨3 。斜边的设定值： 1 ) 玻璃厚度 8 2 ) 剩余厚度 6 6 3 ) 斜边高度 2 7 5 4 ) 斜边角度 3 。计算值 5 ) 磨轮同步进给 一4 5计算值 6 ) 压传板距离 6 ( 3 ) 自动操作：输入六组数字自动操作到位磨出符合图形尺寸的形状。 ( 4 ) 磨1 4 。2 8 7 4 2 ”斜边的设定值： 1 ) 剩余厚度 2 ) 斜边高度 3 ) 斜边角度 4 ) 磨轮同步进给 3 5 7 1 7 2 1 4 。2 8 4 2 ” 6 5 计算值 计算值 2 玻璃磨边机的机械结构和磨削花犁 艺简介 ( 5 ) 自动操作：输入斜边角度，磨轮同步迸给量和波长即可加工。 ( 6 ) 磨轮花纹的设定值： 1 ) 斜边角度 = = j 0t 口= 3 。+ 5 。4 4 7 2 1 “= 8 。44 ，2 1 ” s i n 口：塑口：5 。4 4 ，2 1 ， 8 2 ) 剩余厚度 5 1 3 ) 磨轮同步进给量 l ( 7 ) 自动操作：输入斜边角度和磨轮同步进给量即可磨出。 2 3 本章小结 本章介绍了玻璃磨边机的磨削部分的机械结构以及磨削花型。详细说明了磨 直线斜边、磨靠边基本波浪边、磨离边基本波浪边、磨直线波浪边、磨双直线波 浪边、磨树叶型波浪边、磨直线树叶波浪边花型的参数设置、参数计算及磨削要 求。 安徽理工大学硕士论文 3 玻璃磨边机控制部分的基本结构 3 1 系统的控制部分组成 该玻璃磨边机可磨削直线斜边、直线波浪边、 边、树叶型波浪边、直线树叶波浪边等多种花型。 其控制系统主要由s 7 2 0 0 p l c 和人机界面p w s l 7 l l 构成。人机界面完成智能化的后台管理、各种花 边参数设定及磨削监视等功能；由s 7 2 0 0 系列的 c p u 2 2 6 主要完成系统中各种参数的检测、信息处 理和各个电机的控制等功能。 双直线波浪边、靠边基本波浪 人机界面 s 7 2 0 0 p l c 匝薹三 d i id ol咐s c 二茎 图1 0 玻璃磨边机控制系统结构图 f i g l oc o n t m ls y s t e mo f g l a s se d g e g r i n d i n gm a c h i n e c p u 2 2 6 为西门子公司生产的s 7 2 0 0 系列中性能最好的p l c ，其布尔指令执行 速度为0 3 7us 指令，具有2 4 路开关量输入( 部分可用作高速输入h s c ，在此用 于采集旋转编码器输出的电机转速) 、1 6 路开关量输出。其可外扩7 个模块，系 统中的普通电机为恒速运行，p l c 的开关量控制起停。系统结构如图1 0 所示。 3 2p l c 的选型、功能及其在系统中的应用 3 2 1p l c 的选型 可编程控制器( p l c ) 已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控 制系统中起着非常重要的作用，所以，对p l c 的正确选择是相当重要的。对众多 厂家生产的p l c ，它们各有其特点，都能满足需要。但在具体的设计中可以通过 以下的比较作为对p l c 选型的依据。具体如下。“： ( 1 ) 工作量 在对系统设计的时候，就要对控制点说，即数字量及模拟量，有一个准确的 统计，这是选择p l c 的最重要的条件，一般选择比控制点数多2 0 左右的p l c 。主 要考虑以下几个方面的因素： 可以补设计过程中遗漏的点； 可以保证在运行中出现故障时有代替点； 3 玻璃磨边机控制部分的基本结构 以备扩展之用。 ( 2 ) 编程 程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控 制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这点 是要考虑的。 1 ) 编程方法 编程方法有两种：第一种是使用厂家提供的专用编程器。也分各种规格型号， 大型编程器功能完备，适合各型号p l c ，价格高；小型编程器结构小巧，便于携 带，价格低，但功能简单，适用性差；第二种是使用依托个人电脑应用平台的编 程软件，本设计所使用的就是这种编程法。 2 ) 编程语言 p l c 的编程语言，多种多样，最常用的有五类编程语言： 梯形图是p l c 厂家采用最多的编程语言，但各个厂家互不通用，同一厂家不 同型号一般也不通用，对离散控制和互锁逻辑最为有用。 顺序功能图提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调。 功能块图提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用。 结构化文本是一种类似用于计算机的编程语言，适用于对复杂算法及数据处 理。 指令表，本文采用西门子的s i m a t i c 梯形图编程方法，其可与指令表直接转 换。 ( 3 ) 存储器 p l c 存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，一定要根据实 际情况选取足够大的存储器，并且要有一部分空余作为缓存。 ( 4 ) 是否有专用模块 部分生产厂家的p l c 产品提供一些专用模块，如通信模块、p i d 控制模块、计 数器模块、模拟输入输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，有时 只要简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。本文所采用的s 7 2 2 6 c p u 模 块就具备通讯r s 4 8 5 、p i d 、高速计数器等功能。 ( 5 ) 性价比 由以上的选用依据及根据系统的要求，在本系统中选用s i e m e n s 系列的 s 7 2 2 6 c p u 模块。 安徽理工大学硕士论文 3 2 2s 7 2 0 0 c p u 模块 s 7 2 0 0 系列可编程序控制器提供多种具有不同i 0 点数的c p u 模块和数字 量、模拟量i o 扩展模块供用户选用。c p u 模块和扩展模块用扁平电缆连接，可 选用全输入型或全输出型的数字量i o 扩展单元来改变输入输出的比例。 s 7 2 0 0 可编程序控制器还配备有许多专用的特殊功能模块，如模拟量输入输出 模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等，使可编程序控制器的功能得到扩展。 s 7 2 0 0 有5 种c p u 模块，c p u 2 2 1 无扩展功能，适于用做小点数的微型控制 器。c p u 2 2 2 有扩展功能，c p u 2 2 4 是具有较强控制功能的控制器，c p u 2 2 6 和c p u 2 2 6 x m 适用于复杂的中小型控制系统”1 。 s 7 2 0 0c 肌的指令功能强，有传送、比较、移位、循环移位、产生补码、 调用子程序、脉冲宽度调制、脉冲序列输出、跳转、数制转换、算术运算、字逻 辑运算、浮点数运算、开平方、三角函数和p i d 控制指令等，采用主程序、最多 8 级子程序和中断程序的程序结构，用户可使用1 2 5 5 m s 的定时中断。用户程序 可设3 级口令保护，监控定时器( 看门狗) 的定时时间为3 0 0 m s 。 s 7 2 0 0 系列的c p u 2 2 6 模块的数字量输入中有4 个用做硬件中断，6 个用于 高速功能。3 2 位高速加减计数器的最高计数频率为3 0 k h z ，可对增量式编码器 的两个互差9 0 0 的脉冲列计数，计数值等于设定值或计数方向改变时产生中断， 在中断程序中可及时地对输出进行操作。两个高速输出可输出最高2 0 k h z ，频率 和宽度可调的脉冲列。 r s 一4 8 5 串行通讯口的外部信号与逻辑电路不隔离，支持p p i 、d p t 、自由通 讯口协议和p r o f i b u s 点对点协议。 用户数据存储器可永久保存，或用超级电容和电池保持。超级电容充电 2 0 m i n ，可充6 0 的电量。可选的存储器卡可永久保存程序、数据和组态信息， 可选的电池卡保存数据的时间典型值为2 0 0 天。 d c 输出型有高速脉冲输出，边沿中断为4 个上升沿和或4 个下降沿。高速 计数器的单相逻辑l 电平为1 5 3 0 vd c 时，时钟输入速率为2 0 k h z ；单相逻辑1 电平为1 5 2 6 vd c 时，时钟输入速率为3 0 k h z 。两相逻辑1 电平为1 5 3 0 vd c 时，时钟输入速率为1 0 k h z ：两相逻辑1 电平为1 5 2 6 vd c 时，时钟输入速率为 2 0 k h z 。 s 7 2 0 0 的d c 输出型电路用场效应管( m o s f e t ) 作为功率放大元件，继电器输 1 8 3 玻璃磨边机控制部分的基本结构 出型用继电器触点控制外部负载。d c 输出的最高开关频率为2 0 k h z ，继电器输出 的最高输出频率为l h z 。 s 7 2 0 0 系列的c p u 2 2 6 模块的技术指标为：其外形尺寸m m 为1 9 0 8 0 6 2 ； 程序为4 0 9 6 字；用户数据为2 5 6 0 字；本机i o 为2 4 入1 6 出；数字量i 0 映像 区为1 2 8 入1 2 8 出；模拟量i 0 映像区为3 2 入3 2 出；扩展模块数量为7 个模块： 定时器总数为2 5 6 个，其中l m s 定时器4 个，l o m s 定时器1 6 个，1 0 0 m s 定时器 2 3 6 个；计数器总数为2 5 6 个。 ( 1 ) 模拟量输入输出扩展模块 在工业控制中，某些输入量( 如压力、温度、流量、转速等) 是模拟量，某些 执行机构( 如晶闸管调速装置、电动调节阀和变频器等) 要求可编程序控制器输出 模拟信号，而可编程序控制器的c p u 只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变 送器转换为标准的电流或电压，如4 2 0 i i l a 、l 5 v 、0 l o v ，可编程序控制器用 a d 转换器将它们转换成数字量。这些数字量可能是二进制的，也可能是十进制 的，带正负号的电流或电压在a d 转换后用二进制补码表示。d a 转换器将可 编程序控制器的数字输出量转换为模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量 i 0 模块的主要任务就是实现a d 转换( 模拟量输入) 和d a 转换( 模拟量输 出) 。 s 7 2 2 6 有3 种模拟量扩展模块。s 7 2 2 6 的模拟量扩展模块中a d 、d a 转 换器的位数均为1 2 位。模拟量输入、输出有多种量程供用户选用，如o l o v ，o 5 v ，o 2 0 m a ，o l o o m v ，1 0 v ，5 v ，l o o m v 等。量程为0 1 0 v 时的分辨 率为2 5 m v 。考虑到系统的需要本文只介绍模拟量输出模块e m 2 3 2 模块，其具 有2 路1 2 位模拟量输出的功能。e m 2 3 2 模块的接线图如图1 1 所示。 模拟量输出的量程有1 0 v 和o 2 0 i f l a 两种，对应的数字量为一3 20 0 0 + 3 2 0 0 0 或o 3 20 0 0 。满量程时电压输出和电流输出的分辨率分别为1 2 位和1 1 位， 2 5 时的精度为o 5 。电压输出和电流输出的稳定时间分别为1 0 0 ps 和2 m s 。 最大驱动能力如下：电压输出时负载电阻最小5 k q ，电流输出时负载电阻最大5 0 0 o 1 9 安徽理工大学硕士论文 申申鎏 movoi omiv1i l em2 ，2 m ( 2 ) p c p p i 编程电缆 图l l 脚2 3 2 模块接线图 f 追11e m 2 3 2m o d u i ew 衔n gd i a 矿a m 。 r 一嚣碥1 。一 图1 2p c p p i 电缆尺寸 f i 9 1 2p c p p ic a b l es i z e 从图1 2 可以看出，p c p p i 编程电缆一侧是r s 一2 3 2 ，一侧是r s 一4 8 5 。其波特 率对应的选择开关分别是3 8 4 k 对应0 0 0 ；1 9 2 k 对应0 0 l ；9 6 k 对应0 1 0 ：4 8 k 对应o l l ；2 4 k 对应1 0 0 ；1 2 k 对应1 0 l ：o 6 k 对应l l o 。而调制解调器位数对 应的开关选择分别是1 0 位= l ，1 1 位= 0 。引脚输出对应的开关选择分别是d c e = 0 ， d t e = 1 。 ( 3 ) s 7 2 2 6 的高速计数器 由于本课题应用了s 7 2 2 6 的高速计数器采集电机转速等参数，故在此重点介 绍高速计数器。高速计数器累计c p u 扫描速率不能控制的高速事件，可以配置最 多1 2 种不同的操作模式，这些操作模式在下表中列出”“啪埘1 ， 每个计数器对它所支持的时钟，方向控制，复位和启动都有专用的输入。对 于两相计数器，两个时钟可以同时以最大速率工作。对正交模式，可以选择以单 倍( 1 ) 或4 倍( 4 ) 最大计数速率工作。h s c l 和h s c 2 互相完全独立，并且 2 0 3 玻璃磨边机控制部分的基本结构 不影响其它的高速功能。所有高速计数器可同时以最高速率工作而互不干扰。 一般来说，高速计数器被用作驱动鼓形计时器设备，该设备有一个安装了增 量轴式器的轴以恒定的速度转动，轴式编码器每圈提供一个确定的计数值和一个 复位脉冲。来自轴式编码器的时钟和复位脉冲做为高速计数器的输入。高速计数 器装人一组预置值中的第一个值，当前计数值小于当前预置值时，希望的输出有 效。计数器设置成在当前值等于预置值和有复位时产生中断。随着每次当前计数 值等于预置值的中断事件的出现，一个新的预置值被装入，并重新设置下一个输 出状态，当出现复位中断事件时，设置第一个预置值和第一个输出状态，这个循 环又重新开始。 由于中断事件产生的速率远低于高速计数器的计数速率，用高速计数器可实 现精确控制，而与p l c 整个扫描周期的关系不大。采用中断的方法允许在简单的 当前值装入0 预置值装入4 ，计数方向为增，计数器允许位置为允许 a 相 时钟 b 相 时钟 计数器 当前值 图1 3 正交1 模式操作举例 f 追1 3 h eo p e r a t i o ne x a m p l eo f v e n i c a ll m o d e 状态控制中用独立的中断程序装入一个新的预置值，这样使得程序简单直接，并 容易读懂。当然，也可以在一个中断程序中处理所有的中断事件。 1 ) 高速计数器输入线的连接 高速计数器的指定输入： 安徽理工大学硕士论文 表l 高速计数器的输入信号 t a b l e l1 1 1 ei n p u ts i 盟a lo f h s c 高速计数器使用的输入 h s c 01 0 0 ，i o 1 ，i o 2 h s c li o 6 ，i o 7 。1 1 o ，1 1 1 h s c 21 1 2 ，1 1 3 ，1 1 4 ，1 1 5 h s c 31 0 1 h s c 4i o 3 ，i o 4 ，i o 5 h s c 5 i o 4 如果h s c 0 的模式不使用输入i o 1 ，那么该输入端可以用作h s c 3 或边沿中 断。同样地，如果在选择的h s c 0 模式中不使用i o 2 ，该输入端可以作边沿中断； 如果在选择的h s c 4 模式中不使用1 0 4 ，该输入端可以用为h s c 5 所用。注意：h s c o 的所有模式都使用1 0 0 ，h s c 4 的所有模式都使用i o 3 。所以，当使用这些计数 器时这些点不能作它用。 高速计数器和边沿中断的输入点分配 表2 高速计数器的输入点分配 t a b l e 21 1 1 ei n p u ta d d r e s sa s s i 驴撕o no f h s c 2 ) h s c o 操作模式 3 玻璃磨边机控制部分的基本结构 3 ) h s c 4 操作模式： 表3i s c 0 的操作模式 t a b l e 3t h eo p e r a t i o n a lm o d eo f h s c o 表4h s c 4 的操作模式 t a b l e 4t h eo p e r a t i o n a lm o d eo f h s c 4 4 ) 选择有效状态和1 4 x 模式 4 个高速计数器有3 个控制位，用来设置复位与启动输入的有效状态，以及 选择1 或4 计数方式。这些位在每个计数器的控制字节中，只有在执行h d e f 指令时才有用。在执行h d e f 指令前，必须把这些控制位设定到希望的状态，否则， 安徽理工大学硕士论文 计数器对计数模式的选择取缺省设置。缺省的设置为：复位和启动输入高电平有 效，正交计数速率是4 ( 4 倍输入时钟频率) 。一旦h d e f 指令被执行，就不能再 更改计数器的设置，除非先进入s t o p 模式。 表5 复位、启动和1 4 控制位的有效电平 t a b l e 51 1 1 ee 彘c v e1 e v e lo f t h er e p l a c e m e m ，s 雠u pa f 】d1 4 c o n 仃o lb i t h s c oh s c lh s c 2h s c 4 描述( 仅当h d e f 执行时使用) s m 3 7 os m 4 7 os m 5 7 os m l 4 7 o 复位有效电平控制位 0 = 复位高电平有效：1 = 复位低电平有效 s m 4 7 1s m 5 7 1 启动有效电平控制位： 0 = 启动高电平有效；l = 启动低电平有效 s m 3 7 2s m 4 7 2s m 5 7 2s m l 4