（机械电子工程专业论文）玻璃清洗机电气控制系统设计.pdf

摘要 摘要 玻璃清洗机是玻璃生产中必不可少的设备，清洗大面积曲面玻璃是目前玻璃 清洗技术的难题。本文所述的研究工作，是对清洗大面积曲面玻璃的清洗机电气 控制系统进行设计。目的在于通过电气控制系统设计，实现大面积曲面玻璃自动 或手动完成清洗、吹干、旋转等工作过程的自动控制，并能通过人机界面动态显 示现场数据，实现操作人员对设备的控制。 本文的主要工作包括以下几方面： 首先，介绍玻璃清洗机的组成和结构，分析清洗机的工作过程，从而制定各工 作过程的控制要求。 其次，根据上述控制要求，设计清洗机电气控制系统总体方案。包括电气控 制系统原理图设计、驱动系统和检测系统设计、p l c 与人机界面的连接、交流调 速系统的设计等。 再次，进行了电气控制系统的硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括主要 电气元件的计算和选型、变频器的选型和参数设计、软启动器的选型、p l c 的选 型、触摸屏的选型等。软件设计主要包括p l c 的程序结构设计和触摸屏软件设计。 最后，进行了电气系统的安装和调试。通过电气控制系统的调试和运行，验 证了本文所设计的电气控制系统能满足清洗机的 作要求。 本文采用p l c 完成数据采集和生产工艺过程的控制，采用触摸屏实现监控， 达到了让玻璃清沈机按照生产工艺要求清洗大曲面玻璃的目的，提高了玻璃清洗 质量和生产效率，降低了能耗。实际运行表明，所设计的系统具有自动化程度高、 可靠性高和人机交互友好等特点。 关键词：清沈机，电气控制系统，p l c ，触摸膨 广东i ：业大学1 ：学硕十学位论丈 a bs t r a c t t h eg l a s s e sc l e a n i n gm a c h i n ei sn e c e s s a r ye q u i p m e n ti ng l a s s e sp r o d u c t i o n w a s h i n gl a r g e a r e ag l a s s e sw i t hc u r v e df a c ei so n eo ft h eu n r e s o l v e dp r o b l e m si nt h e c u r r e n tg l a s s e s c l e a n i n gt e c h n o l o g i e s t h i sr e s e a r c hw o r ki st h ed e s i g no ne l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e mo ft h eg l a s s e sc l e a n i n gm a c h i n ew h i c hw a s h e sl a r g e a r e ag l a s s e sw i t h c u r v e df a c e t h ep u r p o s eo ft h ed e s i g ni st or e a l i z et h ea u t o m a t i ca n dm a n u a lp r o c e s s c o n t r o l so f c l e a n i n g ，b l o w d r y i n ga n dr o t a t i n g ，d i s p l a ym e a s u r e dd a t ar e a l - t i m e l ya n d c o n t r o lt h ee q u i p m e n tb ym e a n so fh m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) t h em a i n r e s e a r c hw o r k so ft h i sp a p e ra r ea sf ol l o w s ： f i r s t ，t h ec o m p o n e n t sa n dc o n f i g u r a t i o no ft h eg l a s s e sc l e a n i n gm a c h i n ew e r e i n t r o d u c e d t h ew o r k p r o c e s s e s oft h em a c h i n ew e r ea n a l y z e d t h ec o n t r o l r e q u i r e m e n t sf o rt h o s ep r o c e s s e sw e r ed e c i d e d s e c o n d l y ，t h eg e n e r a lp r o j e c to fe l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e mo ft h em a c h i n ew a s d e s i g n e da c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t sm e n t i o n e da b o v e i ti n c l u d et h ed e s i g n o f e l e c t r i c a lp r i n c i p l es c h e m e ，t h ed e s i g no fd r i v i n ga n dm e a s u r i n gs y s t e m s ，c o n n e c t i o n s b e t w e e np l ca n dh m i ，a n dt h ed e s i g no f a ct i m i n gs y s t e me t c t h i r d l y , t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e o ft h ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mw e r e d e s i g n e d t h eh a r d w a r ed e s i g nm a i n l y i n c l u d et h ec a l c u l a t i o na n ds e l e c t i o no f e l e c t r i c a lc o m p o n e n t s ，t h es e l e c t i o na n dp a r a m e t e rd e s i g noff r e q u e n c yc h a n g e r ，a n d t h es e l e c t i o no fs of t s t a r t e r , p l ca n dt o u c hs c r e e n t h es of l w a r ed e s i g n si n c l u d e d e s i g no fp l cp r o g r a m ，t o u c hs c r e e ns o f t w a r e f i n a l l y , t h ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e mw e r ei n s t a l l e da n dt e s t e d t h ee x p e r i m e n t s a n dr u n n i n gv e r i f i e dt h a tt h er e q u i r e m e n t so ft h eg l a s s e sw a s h i n gm a c h i n ec a l lb e s a t i s f i e d i nt h i sp a p e r ，p l cw a sa d o p t e dt oc o l l e c tm e a s u r e dd a t a ，a n dt oc o n t r o lt h e p r o d u c t i o np r o c e s s ，a n dt h et o u c hs c r e e n w a su s e dt om o n i t o ra n dc o n t r 0 1 t h e p u r p o s et h a tt h eg l a s s e sc l e a n i n gm a c h i n ew a s h e sl a r g e a r e ag l a s s e sw i t hac u r v e d f a c ea c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fp r o d u c t i o nt e c h n ol o g yw a sa c h i e v e d ，t h e a b s t r a c t q u a l i t yo fg l a s s e sw a s h i n ga n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c yw e r ei m p r o v e d ，a n dt h ee n e r g y c o n s u m p t i o nw a sr e d u c e d t h e a c t u a lr u n n i n gs h o w e dt h a tt h em a c h i n eh a st h e p e r f o r m a n c e so fh i g h l ya u t o m a t i o n ，s a f e t y ，a n df r i e n d l yh m i k e y w o r d s ：g l a s s e sc l e a n i n gm a c h i n e ，e l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m ，p l c ，t o u c hs c r e e n 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指 导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研论成果，不包含本人或其他用途使用过的 成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明，并表 示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归广 东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 7 4 论文作者签字：剜丽铲 指导教师签字： 哼7 爱 第章绍论 1 1 引言 第一章绪论 随着我国加入w t o ，国际化市场竞争越来越激烈，我国又是世界生产玻璃最大国家， 玻璃机械需求与日俱增。玻璃清沈机是玻璃深加工行业必不可少的设备，这是因为玻璃在 加工过程中，由于机械处理、环境因素或人为因素等情况会对玻璃造成污染，玻璃表面如 果有污垢或油污，严重影响玻璃的质量。目前，生产上玻璃清洗方法有人工清洗和自动清 洗两种方法。人工清洗法不但清洗质量不能保证，还容易造成玻璃的二次污染，增加了工 人的劳动强度，同时也降低了企业的生产效率。自动清洗法是采用专用的玻璃清洗机完成 清洗工作，自动玻璃清洗机控制系统利用先进的自动控制技术，提高了工业生产产品的质 量、数量和生产设备的效率，并改善了劳动条件，所以自动清洗机在玻璃生产过程中替代 人工清洗己成为现代工业发展的必然。 目前，玻璃加工行业的玻璃清洗机产品很多，玻璃清洗的工艺方法也有多种，按清洗 的原理分类有：毛刷清沈、高，k 水冲刷和超声波清洗1 1 1 。采用毛刷进行清洗时，毛刷一般 可以配合洗涤液使用的，依据毛刷的长短可分为长毛刷和短毛刷，长毛刷长大约1 2 1 1 1 ， 在洗涤中，可以随着辊轮的转动甩动，以此来清洗玻璃表面，这种清洗方法有抛光工件表 面的效果，主要是清洗不平整的工件；短毛刷就是直接在玻璃表面上洗刷，短毛刷丰要是 清洗平面玻璃，采用毛刷清洗不适合精密的零件，容易划伤零件表面，但优点是节能、节 水。采用超声波清洗，主要是清沈表面形状复杂的精密零件。采用高压水射流清洗，优点 是不容易划伤零件表面，缺点是高压水泵消耗的能量大，不利于节能。以上清沈工艺各有 优缺点，应根据生产实际要求柬选择合适的清洗工艺。 玻璃清洗机的清沈对象也仃很多种类，按玻璃的用途分类：普通玻璃、光学玻璃和液 晶玻璃r ：，。按玻璃的形状分类：平面玻璃、弯曲玻璃和玻璃瓶。按玻璃的大小分类有：小 片的和大片的玻璃。各种类型的玻璃加工过程中，清洗洁净度要求也不同，玻璃清沈机的 选用要依据玻璃的用途、形状和大小选用。 综上所述，玻璃清沈工艺j 玻璃的种类、厂家的实际要求是密切相关的，玻璃清沈的 关键就是选择一种适合企业生产需要的玻璃清洗机来完成清洗工作。 目前，玻璃清洗工艺巳非常成熟i2 1 ，一般都采用预洗清洗烘干( 或吹干) 的方法清沈， 广东f 业大学i ：学硕十学位论文 这种清洗方法经实践证明清洗效果非常好，所以清洗工艺并没有什么争议。清洗效果好坏 主要与水质、吹干时间、水的温度控制有关，其关键在于玻璃清洗机的设计。玻璃清洗机 设计包括两大部分：机械系统设计和电气控制系统设计。机械系统的设计n ，关系到设备运 行平稳度和使用寿命，电气系统设计关系到设备定位是否精确、自动化程度的高低，电 气控制系统设计决定了清洗过程水温、吹干和清洗时间、速度等过程参数的控制，电气控 制系统采用计算机技术、通信技术、测控技术等，使自动化生产线数字化、集成化，实现 企业生产、管理的高度自动化，所以玻璃清洗机电气控制系统设计对提高现代工业自动化 显得尤为重要。 1 2 国内外研究现状和发展趋势 1 2 1 国外现状和存在的问题 目前，许多大型的玻璃生产企业的生产线都引进国外玻璃清洗机，国外先进的玻璃清 洗机具有控制可靠、设备使用时间长等优点。分析国外的玻璃清洗机发现，它们主要采用 可编程控制器p l c 控制。p l c 是专门应用于工业控制的微型计算机，它能根据生产需要， 灵活地改变控制程序，使控制系统具有较大的灵活性、通用性和可靠性。玻璃清洗机要控 制的参数有数字量和模拟量，而目前有一些国外某著名厂家生产的小型p l c 备有模拟量模 块，可实现现场模拟量数据的采集和运算工作，所以国外企业生产的清洗机电气控制系统 也大多采用p l c 控制，国外清洗机应用较多的p l c 品牌有：西门子公司$ 7 0 3 0 0 4 0 0 ，欧 姆龙公司o m r o nc p m 系统，三菱公司f x 系统。 玻璃清洗工艺要求玻璃传动过程中速度可以调节，一般都采用电动机调速改变传动速 度，国外的玻璃清洗机大多采用变频调速，它通过改变异步电动机定子电源频率f 来改变 同步转速n ，从而进行调速。变频调速可实现连续调节，具有机械特性硬，调速范围大， 转速稳定等优点。 综合分析表明，国外玻璃清沈机基本具有以下优点卜s 】：1 ) 控制系统性能可靠；2 ) 清 洗速度可以自由调节；3 ) 独：盘操作台，操作方便。国外玻璃清沈机虽有以上优点，但其 价格昂贵，一台玻璃清洗机的价格要5 0 0 1 0 0 0 万人民币，性价比并不高，同时提高了企 业的生产成本，对于中小企业来说是一笔不小的开支。此外，国外玻璃清洗机清洗仅适用 于平面玻璃，要清洗形状不规则的曲面玻璃，需采用特制专用设备。 2 第4 章绪论 1 2 2 国内现状和存在的问题 目前，我国大部分玻璃深加工企业正在发展阶段，对玻璃机械品质和功能还没有更高 的要求。此外，我国玻璃机械企业对新产品设计与开发能力弱，管理粗犷，只顾眼前利润， 大部分企业没有在产品质量和产品性能上下工夫，为降低成本粗制滥造，这对我国玻璃机 械产品在国际市场上的竞争能力大打折扣【o 】。 国内玻璃清洗机使用数量颇为广泛，但由于用户对清洗机的能量分布和如何更好地利 用能量不熟悉，造成了极大的浪费，能耗大、效率低，该清掉的污垢物清沈不下来。为了 开发高效、节能的沈涤设备，目前许多企业也正在积极研发新产品。 纵观国内玻璃机械行业，玻璃清洗机电气控制有两种控制方法：继电器接触器控制和 p l c 控制。 继电器接触器控制是由继电器、接触器及保护元件组成，依据电气控制原理图，把各 种电气元件安装布置。它具有使用上的单一性，即一台控制装置只适用于某一固定控制程。 序的设备，若程序发生改变，必须重新接线，而且这种控制的输入、输出信号只有通和断 两种状态，控制是断续的。它不适应复杂的电气系统，电气系统越复杂，采用继电器接触 器控制接线越复杂，线路多，所需的中间继电器多，电气控制柜容量也要求大。继电器 接触器控制长期使用故障率高，因为线路接头在振动时容易松动等原因，又加上线路复杂， 造成维护不便。所以，目前国内采用继电器接触器控制的大型玻璃清沈设备j 下在积极进行二 自动控制系统的改造，以提高控制系统的工作可靠性，实现过程自动化。 随着自动化技术的发展，国内最新研发的玻璃清洗机也采用了p l c 控制，玻璃清沈机 的性能得到了很大提高，例如广东中环真空设备有限公司生产的玻璃清洗机由毛刷滚擦、 清水冲洗、去离子水净化、强风吹干及热风干燥等部分组成，具有结构简单、操作方便、 工作可靠、占地面积小等特点。值得注意的是，由于控制成本的需要，国内一些厂家使用 价格便宜的p l c ，电气元件性能较差，使控制系统稳定性受到很大影响，同时也大大缩短 了设备的使用寿命。目前，国内有一些企业开始研制曲面玻璃清沈机的定型产品，但清洗 对象仅限于小面积的曲面玻璃，这足因为小面积的曲面玻璃应用较广，占市场份额较大。 能清洗面积较大的曲面玻璃清沈机尚无企业研制。当清洗大曲面玻璃时，清洗机必须要向 国外厂家定做。 广东i ：业大学j ：学硕十学位论文 1 2 3 国内外发展趋势 玻璃清沈机的未来发展趋势将是：提高清洁度、节能环保、高效、耐用度高、使用方 便等方向发展 9 1 。 1 、清洁度：当前，由于世界人口的剧增、人类的过度索取和浪费，以及工业污染等原因， 环境污染已成为全世界人民关注的问题，而高品质清洗机设备无论在空气、水质、噪声等 多方面均不存在任何污染。清洁度则为选择清洗机的最主要技术指标之一。 2 、效率：玻璃清洗设备是玻璃生产线中的一部分，玻璃清沈机未来的发展趋势应该 是现代工业的发展，与生产线上其它设备通过计算机网络连接，并采用先进的控制技术和 多媒体技术，实现过程自动化、管理自动化己成为必然。 3 、节能环保：世界能源紧缺，节能迫在眉睫。玻璃清洗机是玻璃加工中使用较多的设 备，降低玻璃清洗机的能耗，对提高企业竞争力，减少环境污染，缓解能源短缺都具有巨 大的意义。玻璃清洗机的研发必然朝着节能环保的方向发展。 4 、耐用度：设备质量好，使用寿命长，故障率低，就提高了设备的性价比。 以i 二几个指标是玻璃清洗机要综合考虑的问题，也是国内厂家研发玻璃清洗机的主要 方向。 1 3 项目背景及意义 1 3 1 项目背景 本项日的研究背景是为某大型玻璃生产企业的玻璃清洗机控制系统进行设计。该企业 生产的玻璃是大型的曲面玻璃，玻璃在经过预洗、高温加热、弯曲钢化一系列工艺后清洗 干净，然后根据生产的实际要求在玻璃表面贴防爆膜【2 】。由于生产的曲面玻璃面积较大， 要经过清沈、吹干、翻转和贴模等工序，企业无法在市场上找到合适的曲面玻璃清洗机， 必须根捌玻璃大小和形状订做一台曲面玻璃清洗机，国内研发的玻璃清洗机性能不如国外 企、i k 的优越，而向国外企业订做一台曲面玻璃清洗机成本太高，性价比不高，设计、运输 和安装剧期太长，不能及时投入生产和满足企业的生产要求。 鉴rj i 述原因，为满足企业生产需要，提高生产效率，企业决定和学校共同研发一台 玻璃清洗机以满足生产需求。 4 第。章绪论 1 3 2 项目实施的目的、意义 玻璃清洗机的设计分为机械系统设计和电气系统设计。根据产品的功能及要求，在参 考了国外的先进清洗设备后，清洗机的机械系统己由企业设计完毕。本项目的任务是按照 玻璃清洗的工艺要求为玻璃清洗机设计整套电气控制系统，拟结合具体生产工艺，合理设 计控制系统硬件和软件，使清洗过程自动化，并与后面的生产工序相结合。控制系统设计 关键部分是把西门子s 7 3 0 0 p l c 技术、变频器技术和触摸屏技术等自动化技术相融合，设 计出一套玻璃清洗机电气控制系统以提高生产能力，具有性能可靠、操作方便的优点，同 时能满足生产过程的实时监控，实现生产管理自动化。本项目设计的一台清洗机只需要一 百万左右的成本，只有国外同类产品价格的五分之一，大大节约了企业的设备成本。本项 目设计完成后，经过电气设备的安装和软件的必要调试，就可以直接用于生产线，运行后， 它不但满足了生产的实际要求，还实现了过程自动化，提高了生产效率，并且还便于操作 人员的使用和监控。所以本项目具有非常高的实用价值。 1 4 主要工作内容 本项目完成的玻璃清洗机电气控制系统设计主要内容有： 1 、对玻璃清洗机的结构进行分析，详细说明玻璃清洗机的组成及工艺流程，为电气控 制系统的设计提出具体的控制要求。 2 、电气控制系统方案设计。按玻璃清洗机的工艺流程提出控制系统总体方案，包括电 气系统布置图、传感器的布置及选用类型、p l c 和触摸屏通讯、交流调速系统设计。 3 、电气控制系统的硬件设计。包括各种电机的计算和选型、风机的选型、水泵的选型， 变频器的选型和参数设定、触摸屏的选型、p l c 的选型等。 4 、电气控制系统的软件设计。包括p l c 的程序设计和触摸屏的软件设计。 5 、电气控制系统的安装与调试。包括电气控制系统的安装、软件和硬件的调试。 本项目设计的电气控制系统中，吸收了脚内外先进的控制技术，整套控制方案以p l c 作为工业控制器，结合变频器调速，配合使h j 触摸屏实现人机交互功能，使设备操作更方 便，使整个控制系统控制过程最优化和，一产管理自动化。 第二章玻璃清洗机l ：艺过程分析 第二章玻璃清洗机工艺过程分析 本项目设计的对象是玻璃清洗机电气控制系统，在设计控制系统前，需要分析玻璃清 洗机设备的组成及工作过程，以便明确玻璃清洗机各过程的具体控制要求，为控制系统设 计奠定坚实的基础。 2 1 设备总体结构 本项目的玻璃清沈机专门清洗曲面玻璃。玻璃清洗机的组成包括上片段、清洗室、干 燥室、过渡传输段l 、旋转架和过渡传输段2 组成。清洗机的总体结构如图2 一l 所示。 玻璃清洗机的工艺流程：上片一高压水冲洗_ 干燥叶过渡传输1 一旋转一过渡传输2 。 弯曲的玻璃首先上片，然后被送到清洗室经高压水冲洗掉表面的污垢，进入到干燥室吹干， 除静电后，又经过渡传输段1 送到旋转架，旋转架把玻璃旋转1 8 0 0 后翻转，最后再送到过 渡传输段2 进行下一道工序。 2 2 设备组成和工艺过程分析 下面详细介绍各部分的组成，并对每个工作段进行详细的工艺过程分析，同时提出各 工作段的控制要求。 1 上片段 上片段装置如图2 2 所示。玻璃在清洗前放在上片段上，通过上片段把玻璃传输到清 洗室。上片段由传输链和传输电机m 1 组成。传输链由传输电机m 1 传动，因为传输速度 要求可任意调速，所以传输电机m 1 调速应该采用无级调速。在没有玻璃通过时，如果丌 启传输电机m 1 ，电机m 1 是在低速下运行的，传输链的传输速度慢，如果有玻璃传输， 传输速度应该加快以提高工作效率。 7 广东r 业大学l ：学硕十学位论文 8 dcco对l_ljcc岛uo们对一-o厶对jj 2：_u：。_pcoi(i一：fo dll卜一n比一 翌辽婚捡硇嚣堪蜒餐餐忑盟 第二章玻璃清洗机l ：艺过程分析 f i ) h 一 参 一 篁 l l l 。r - 传输链 r o 曩寓a 自自蕊 - a m 黼 图2 2 上片段装置结构图 f i g 2 2t h ee q u i p m e n ts t r u c t u r em a p o ft h e a t e rs e c t i o n 2 清洗室 洗涤装置如图2 3 所示。清洗室由7 个水箱、7 个水泵、7 个水加热器、喷头、传输电 机m 2 和传输链组成。玻璃通过上片段传输后，进入清洗室。洗涤时，用高压水冲刷玻璃， 所以玻璃的上下两面都设了高压水喷头，水的高压是由水泵产生的，水压要求加到 1 0 1 2 k g m 2 。清洗要求水温要达到5 0 0 c 左右，以保证洗涤效果，如果水温达不到要求，用 水加热器加热。洗涤用的水是去离子水，水经过去离子设备进入到水箱，为节约成本，洗 涤用的水要循环使用，在水箱里设过滤网和去离子设备都能保证水质，最后的水箱进新鲜的 水，这样即保证了水的纯净又能节约用水。洗涤时传输链是由传输电机2 带动的，洗涤过 程中也要求传输速度可以调整。 垂! 垄笪! 一 电机2 卜爿| l目： 浔爿舡 图2 - 3 洗涤装置结构图 f i g2 - 3t h es t r u c t u r em a p o fw a s h i n ge q u i p m e n t 9 广东r 业大学1 ：学硕十学位论文 3 ，干燥室 玻璃经过清洗后，必须快速吹干，由于高温加热、弯曲钢化后的玻璃再次加热会造成 几何尺寸和透光性能的变化，所以不宜采用烘干方式f 2 】。本设备采用过滤后高速且有一定 压力的空气吹干玻璃表面的水分。离心式的风机产生压缩空气，压缩空气由软管送到风刀， 风刀的安装位置靠近玻璃表面，风刀出来的压缩空气吹干玻璃。 干燥室控制要求及解决措施： 1 ) 由于玻璃弯曲且面积较大，要求风刀根据玻璃的弯曲曲率可以上下调整。 措施：由于玻璃面积较大，所以每台风机接六个风刀，如图2 - 4 b 所示，三个风刀并列排 在玻璃前段，另三个风刀并列排在玻璃后段。位于中间的风刀水平布置，两侧风刀沿着玻 璃曲面倾斜安装，如图2 4 a 所示。风刀的安装角度依据玻璃的弯曲曲率调整，风刀的位 置调整采用致动器( 微型电动螺杆) 进行上下调速。风刀贴近玻璃，可以更快吹干玻璃表 面的水分，并且使玻璃表面水分蒸发的速度一致，玻璃表面就不会留下痕迹。图2 5 是风 刀和致动器照片。 a 附视图b 侧视图 图2 _ 4 风刀与致动器布置图 f i g2 - 4a r r a n g e m e n tm a po fw i n dk n i f ea n da c t u a t o r i o 第二章玻璃清洗机工艺过程分析 软管 风刀 传输链 致动器 图2 5 风刀和致动器照片 f i g2 - 5p h o t oo fw i n dk n i f ea n da c t u a t o r 2 ) 吹干的速度要求快，以便提高整个生产线的速度。 措施：选用较大功率的风机。 3 ) 如果有玻璃从清洗室进入干燥室，则风机的风门打开，如果玻璃离开干燥室，则风 门关闭，以降低能耗。 措施：当干燥室有玻璃时，风机开启，同时风门打开，依据传输的速度计算玻璃从进 入干燥室到离丌干燥室时需要的时间，在p l c 程序中设置风门的延时关闭的时间，使玻璃 离开干燥室时，风门关闭，以达到节能的最佳效果。 4 ) 干燥室的传输速度也应该是可调的。 措施：干燥室内传输电机m 3 采用变频器调速。 5 ) 干燥室里玻璃表面由于水分被吹干后，大量热空气流动和相互摩擦，使玻璃表面产 生静电，导致玻璃后面工序的贴模无法顺利进行，所以干燥结束后要想办法除去玻璃带的 静电。 措施：在玻璃离开干燥室之i ； 用离子风棒去静电，离子风棒是一种固定式的消除静电 的专用设备，l l j 。办：乍犬肇的带有j i i 负f 毡倚的气流，被压缩气高速吹“ ，t t j 以将物体上所带 的电荷q ，和抖，吖1 物体表面所带电荷为负r 乜荷时，它会吸引气流r t 的i u 倚，当物体表面 所带电衙为i t1 1 h 衙时，它会吸引正毛流一m 勺负电荷，从而使物体表嘶l ：的f 狰电被中和，达到 消除静l 也的l 脚。离二r 风棒的布霞女图2 - 6 所示。两根离子风棒战n 叫：燥室最末端。 广东工业大学，j ：学硕士学位论文 离子风棒 传输链 幽2 6 离子风棒的布置图 f i g2 - 6a r r a n g e m e n tm a p o fi o nw i n dr o d s 6 ) 干燥室内由于玻璃表面的水分被吹后，水分蒸发到干燥室，使得干燥室的空气潮湿、 温度升高，如果不及时排除多余的水分，传输链不断有被送入的玻璃，玻璃表面的水分蒸发 导致空气湿度最终达到饱和，就不能再继续吸收水分，而影响后面玻璃表面的干燥。为保证 干燥室的空气湿度，必须加强干燥室的湿热空气与外界新鲜空气的交换。 措施：在干燥室的顶部安装轴流风机，轴流风机对室内吹风，空气从干燥室下部吸入， 由轴流内机排出。干燥室下面有新风的入口，新风又进入到干燥室，新风与室内空气循环， 以达到室内外热湿交换。 4 过渡传输段1 过渡传输段l 的作用是把玻璃从干燥室带入到旋转架，玻璃旋转时，要求处于一个干 净、无灰尘、温湿度要求适中的环境，所以旋转架放在密封室内，旋转架到干燥室之间有 一定距离，所以在干燥室和旋转架之间设置过渡传输段1 。 5 旋转架 弯玻璃上片时是扣在传输链上，使安装平稳，上片旋转前状态如图2 7 a 所示。后序工 艺要求干燥结束后要把弯玻璃旋转，变成如图2 7 b 所示，以便在玻璃上表面贴模。清洗干 净后的玻璃旋转时防止被弄脏，不采用人工翻转，并且面积大的玻璃也不适合人工翻转， 所以要设置旋转架自动旋转玻璃。 、 ( o ) 一t - a q 麓艚蕾犍尚( b ) 上片冀转后犍疮 图2 7 玻璃旋转前后状态 f i g2 7c o n d i t i o n sb e f o r ea n da f t e rg l a s s e sr o t a t i o n 1 2 第二章玻璃清洗机r 岂过程分析 旋转架装置如图2 8 所示。旋转架是由旋转电机m 2 3 拖动的。旋转架被设计成一个圆 盘，分成8 份。玻璃被旋转的过程：玻璃被传输电机m 2 2 传输到旋转架后，被夹在旋转架 的毛刷之间，随着旋转架一起旋转4 5 0 后，停下来，传输电机m 2 2 又把下一块玻璃送到旋 转架，延时几秒后，又一同旋转，此过程重复四次，玻璃被旋转了1 8 0 0 后，被翻转过来变 成图2 7 b 所示的状态。此旋转架可同时运行四块玻璃。 _ _ _ - 图2 8 旋转设备结构图 f i g2 - 8t h es t r u c t u r em a po f r o t a t i n ge q u i p m e n t 6 过渡传输段2 过渡传输段2 起一个过渡的作用，起承上启后的作用，连接旋转架和贴模室。由于玻 璃贴模对洁净度的要求非常严格，所以贴模工序是在洁净度要求非常高的贴模室完成的， 设计人员把旋转架与贴模室分开。过渡传输段2 装在旋转架与贴模室之间的过道中。过渡 传输段2 传输状态如图2 9 所示。考虑到整个生产线比较长，为方便工人行走，过渡传输 段2 在不，t 产时，工人经过过道时，只要按按钮，气缸就会伸出，把传输板顶抬起；要生 产时，再按按钮，使气缸收缩，把传输板重新放置成水平位置，玻璃又可以通过过渡传输 段2 的传输板送进贴模室。 广东i 业大学l ：学硕士学位论文 本章小结 气缸j | 钓墓麓神出，传j 呶抬趔嗨 图2 - 9 过渡传输段2 传输带状态 f i g2 - 9t r a n s m i s s i o nl i n ec o n d i t i o ni nt r a n s i t i o n a ls e c t i o n2 本章介绍了玻璃清洗机的总体结构，分析了设备的组成和工艺过程，同时提出了各工 作过程的具体控制要求。 1 4 第二章电气控制系统方案设计 第三章电气控制系统方案设计 上一章介绍了玻璃清沈机的组成及工艺流程，本章将在前面章节的基础上，对玻璃清 洗机的电气控制系统提出总体控制方案，叙述玻璃清洗机的电气系统原理图，对伺服电机、 各种按钮和传感器的位置和作用作具体说明。 3 1 总体方案设计 根据对玻璃清洗机生产工艺的实际调研和其生产情况的具体了解得知，玻璃制造现场 温度较高，电磁干扰较大。因此，对控制系统可靠性要求较高，为此，在设计时主要考虑 到控制系统的高可靠性。根据可编程控制器可靠性高和抗干扰能力强的特点1 1 】，本文采用 可编程控制器进行逻辑控制。控制系统分为两种工作模式，一种为手动模式，一种为自动 模式。当现场设备需要调试和维护时，采用手动模式。正常工作时，采用自动模式完成玻 璃的清洗任务。其核心是对可编程控制器软件和硬件进行设计。 由于本玻璃清沈机工艺参数较多，为方便操作人员在线监控，控制系统配合采用人机 界面( 触摸屏) 进行人机对话，实现在线监控。控制系统中，触摸屏为监控机，p l c 为下 位机。控制系统结构如图3 1 所示。 圉一目圈陪一网圈圈一圈圈圈圉固国 图3 1 控制系统结构图 f i g3 1t h es t r u c t u r em a po fc o n t r o ls y s t e m 广东j ：业大学i ：学硕士学位论文 控制系统的主要功能包括：现场数据采集、传输速度控制、水温控制、报警实现等。 其中，现场数据采集包括以下几类：水温信号、传输速度、水位信号等参数采集；传输速 度的控制通过变频器调速，变频器调频率采用模拟量给定方式，即通过变频器的模拟量端 子从外部输入模拟量信号进行给定；水温控制通过温度控制器接p l c 模拟量模块，p l c 直 接对模拟量进行a d 转化并运算；报警实现是通过触摸屏设定外部变量与p l c 实现数据 交互完成。 本项目中离一c , q l 机功率较大，为降低启动电流，在电路中采用软启动器进行降压启动。 3 1 1 电气控制系统总体布置 电气控制系统总体布置如图3 2 所示，图3 2 上方为设备的正视图，图3 2 下方为设 备的俯视图。从电气控制系统布置图中可知：各种电机、传感器、按钮等电气元件的位置 布置。下面分别对各种电机和传感器的具体布置和作用加以说明。 3 1 2 电动机的布置 电气控制系统中的电动机有传输电机、离心风机电机、水泵电机和致动器电机，下面 分别简述它们的作用及布置方式。 1 传输电机：由于清洗机的工作段是由五个部分组成，每部分都有传输带，并且每段 的传输都需要调速，所以在每段都设了传输电机，电机m 1 是上片传输电机，电机m 2 是 清洗室传输电机，电机m 3 是干燥室传输电机，电机m 2 2 是过渡传输段1 传输电机，电机 m 2 3 是旋转电机，电机m 2 4 是过渡传输段2 传输电机。各传输电机的柿置详见图3 2 。其 中，上片传输速度、过渡传输段1 传输速度、过渡传输段2 传输速度和旋转电机速度有高、 低两种速度转换，高低速转换采用变频器实现。而清洗段和干燥段的传输速度利用触摸屏 给定，这两个可连续变化的变量是模拟量。模拟量的输入和输出通过以下方法实现的：变 频器u 2 和u 3 分别与清洗段传输电机m 2 和干燥室传输电机m 3 连接，以上两台变频器的 模拟输入端子连接p l c 模拟输出端子。 2 离心风机电机：本项目在干燥室设置了两台离心风机，干燥室的大小可同时容纳两 块玻璃，每台离心风机吹干一块玻璃，两台离心风机可同时吹干两块玻璃。因为吹干时风 量要求较大，所以选择的离心式j x l 机功率较大，离心风机电机的启动要采用软启动器启动， 1 6 以减小启动电流。 卜9 _ i皇o_入co一苗oijij_qqooo(1日i_芒一对iocqo心nmk 丑柏、寰峭扩挈n-c盟 t 9 一 _ 、 ， 一 广东i ：业大学i ：学硕士学位论文 3 水泵电机：清洗室下面共设置了七个水箱和七台水泵，每台水泵接4 个喷嘴，喷嘴 要传输带上下对称靠置。水箱内装有去离子装置，水经过去离子装置成为处理过的纯净水， 水泵把纯净水的水压提高后，纯净水经由喷嘴喷射到玻璃上下表面，冲掉玻璃表面的污垢 和灰尘。 4 致动器电机：致动器电机的作用是移动风刀，调整风刀与玻璃之间角度。 3 1 3 传感器的布置及类型 嘲 传感器检测系统主要被用来检测机电一体化系统自身的作业对象、作业环境的状态， 为有效地控制机电一体化系统的动作提供信息。 传感器按输出信号分为开关型、模拟型和数字型，在本项目中，设置的传感器大多属 于开关型，只有检测水温的温度传感器属于模拟型传感器。 依据第二章的控制要求，传感器布置如图3 2 所示。下面将说明各工作段传感器的作 用。 1 、上片段：在上片段初始位置设置传感器1 4 o ，在上片段结束位置设置传感器1 4 1 。 1 4 o 是检测上片段有无玻璃在传输带上的信号，1 4 1 是检测玻璃在上片段快要结束、将要进 入清洗段的信号。因为光电传感器具有非接触检测灵敏度高、精度高、测量范围宽、响应 快、体积小、寿命长等优点，所以两个传感器都选用光电式传感器。 2 、清沈段：在清洗段的传感器有两种传感器：浮球液位控制器和水温传感器。 水箱液位控制器位置如图3 3 所示，图中1 3 0 - - 1 3 7 是检测水位的传感器，k o k 6 是热 电阻传感器。 水位控制的原理：水箱在一定的高度设置了浮球液位控制器，七个水箱共有七个浮球 液位控制器1 3 0 1 3 6 和一个溢水阀浮球液位控制器1 3 7 ，浮球液位控制器1 3 0 - 1 3 6 所在位 置是水箱设定的最低水位，浮球液位控制器1 3 7 所在位置是水箱设定的最高水位，通过以 上浮球液化控制器控制水箱水位在最低水位与最高水位之间。浮球液位控制器1 3 0 - - - 1 3 7 与 p l c 的数量输入模块连接，溢水阀电磁阀和补水电磁阀与p l c 数字量输出模块连接。通 过p l c 软件编程，当水箱的水位高于溢水阀液位控制器1 3 7 时，控制溢水阀开启；当水箱 的水位低于浮球液位控制器1 3 0 1 3 6 时，控制补水电磁阀开启补水，直到水箱旱的水位达 到设定高度。 水温控制的原理：水箱内的水温通过热电阻温度传感器k 0 k 6 检测。热电阻温度传 第二章电气控制系统办案设计 感器k 0 k 6 与p l c 模拟量输入模块连接，水加热器与p l c 输出模块连接，热电阻产生的 模拟量信号( 电压) 传输到p l c 模拟量模块中，p l c 与触摸屏设定的水温值进行比较、运 算后，控制水加热器的起停。 | 、 立 一一一一一一一一 一一一一 _ j j j 一j 一 f j 一 再_ 二 时一豇一 雹l 董- 一 薹一r 二 t - b 耳一 一 _ f j _ i j k o i3 0 1 3 1h i3 2k 6 i3 6 图3 3 液倪控制器位置图 f i g3 - 3l o c a t i o nm a po f l e v e lc o n t r o l l e r 3 、干燥室：干燥室所需要的传感器主要是用来控制调整风刀位置。风刀有上、下风刀 和前、后风刀，共设前上致动器的上限位传感器1 5 1 和下限位传感器1 5 o 、后上致动器的 上限位传感器1 5 5 和下限位传感器1 5 4 、前下致动器的上限位传感器1 5 3 和下限位传感器 1 5 2 、后下致动器的上限位1 5 7 和下限位传感器1 5 6 等八个限位传感器，它们来控制风刀 的位置不能超越极限位置。在干燥室最末端设置了一个光电开关1 4 2 0 ，检测有无玻璃通过。 以上传感器也全部选用光电传感器。 4 、过渡传输段1 ：过渡传输段l 在开始位置设一个光电传感器1 4 2 1 ，检测有无玻璃。 5 、旋转段：玻璃插入旋转架时应检测到有玻璃，所以在玻璃进入旋转架的水平位置设 置了光电传感器1 6 2 检测玻璃在旋转盘有否到位；在旋转电机的一端有凸轮，在凸轮f 方 设置了电感式传感器1 6 - 3 ，如图3 4 所示。 旋转电机凸轮 幽3 4 旋转电机传感器1 6 3 位置图 f i g3 - 4l o c a t i o nm a po fr o t a t i n gm o t o r 旋转架每旋转4 5 0 ，电感式传感器1 6 3 检测到位信号。当旋转架把玻璃翻转了18 0 0 后， 1 9 广东i ：业大学j ：学硕十学位论文 到达旋转架另一侧。用光电传感器1 6 5 检测是否玻璃翻转是否到水平位置。在旋转段的结 束位置设了光电传感器1 6 6 ，用它来检测旋转结束的信号。此外，如果过渡传输段2 传输 板被气缸抬起来，传感器1 6 4 发出信号，玻璃必须要停在旋转架结束位置；如果过渡传输 段2 处于水平位置，玻璃就可以通过过渡传输段2 进入下一道工序。 6 、过渡传输段2 ：过渡传输段2 有两个光电传感器1 6 ，7 ，光电传感器1 6 7 都设置在过 渡传输段的结束位置，它们的作用都是检测玻璃是否通过过渡传输段2 。过渡传输段2 的 传输板是否处于水平位置必须要用传感器1 6 4 进行检测，传感器1 6 4 安装位置如图2 - 9 所 示，传感器1 6 4 安装在气缸的两端。1 6 4 采用霍尔传感器，利用霍尔传感器可以识别磁性 发信条( 活塞) 的双工位，气缸的活塞伸缩是否到位，通过它来检测。 3 1 4p l c 与触摸屏的连接m ， s 7 系列p l c 通常有四种组网方式：点对点、m p i ( 多点接口网络) 、p r o f i b u s ( p r o c e s s f i d l d b u s ，过程现场总线) 和工业以太网。其中，m p i 是同时联接几个p l c 触摸屏，而 p r o f i b u s 现场总线和工业以太网对硬件要求高和复杂，不适合本项目的监控系统。本 项目的控制系统只有一台p l c 和触摸屏，所以p l c 和触摸屏的通讯采用点对点连接方式。 p l c 与触摸屏的连接如图3 5 所示，通过串行通信电缆连接触摸屏的r s 2 3 2 c 串行通信 接口和p l c 接口。用串行通