基于PLC的玻璃原片上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳剛 李航 鐘先友

關(guān)鍵詞：PLO;玻璃原片;上料系統(tǒng)

1基于PLC的玻璃原片上料系統(tǒng)框架與工作流程

本系統(tǒng)主要有輸送線搬運(yùn)小車、工位進(jìn)料機(jī)構(gòu)、玻璃上片臺(tái)三部分組成，如圖1所示。4個(gè)上片工位兩兩分布于輸送軌道兩邊，4個(gè)上片臺(tái)分別對(duì)應(yīng)4個(gè)工位安裝，搬運(yùn)小車沿滑軌行走為上片工位輸送原片。

1.1總體框架圖設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的框架圖如圖2所示。系統(tǒng)以PLC作為主控制器。搬運(yùn)小車需沿著滑軌來回取料和進(jìn)料，為了減少導(dǎo)線的彎折損耗，本系統(tǒng)使用兩個(gè)PLC，一個(gè)作為主PLC安裝在固定控制柜上，控制4個(gè)工位進(jìn)料機(jī)構(gòu)以及進(jìn)料機(jī)構(gòu)與上片臺(tái)的聯(lián)動(dòng)，另外一個(gè)作為副PLC安裝在搬運(yùn)小車上，控制搬運(yùn)小車搬運(yùn)原片。兩臺(tái)PLC通過工業(yè)交換機(jī)通訊。PLC接受到各傳感器和編碼器的輸入信號(hào)與觸摸屏的控制請(qǐng)求后，驅(qū)動(dòng)搬運(yùn)小車和工位進(jìn)料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)原片的進(jìn)料或空玻璃架的返回取料;通過玻璃上片臺(tái)實(shí)現(xiàn)原片的吸取與釋放，從而完成原片的上料。

1系統(tǒng)統(tǒng)工作流程

本系統(tǒng)工作流程為：在復(fù)位后的初始狀態(tài)下，搬運(yùn)小車位于原片上料處，4個(gè)載運(yùn)臺(tái)分別位于4個(gè)工位處，載運(yùn)臺(tái)上固定有放置原片的玻璃架。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，工作人員在觸摸屏上選擇需要進(jìn)料的工位，并按下啟動(dòng)按鈕，搬運(yùn)小車接受主PLC命令，沿輸送軌道正方向運(yùn)行至需要上料工位處并發(fā)送接受載運(yùn)臺(tái)請(qǐng)求信號(hào)，接收到副PLC許可信號(hào)后，搬運(yùn)小車轉(zhuǎn)運(yùn)電機(jī)和工位轉(zhuǎn)運(yùn)電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，將載運(yùn)臺(tái)由工位轉(zhuǎn)運(yùn)至搬運(yùn)小車上。轉(zhuǎn)運(yùn)完成后，搬運(yùn)小車沿輸送軌道負(fù)方向運(yùn)行至原片上料處并等待下一步指令。當(dāng)原片上料完成后，工作人員按下啟動(dòng)按鈕，主PLC根據(jù)副PLC發(fā)送的判斷信號(hào)，控制運(yùn)載小車沿輸送軌道正方向運(yùn)行至相應(yīng)工位處，搬運(yùn)小車轉(zhuǎn)運(yùn)電機(jī)和工位轉(zhuǎn)運(yùn)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，將載運(yùn)臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)至工位上。轉(zhuǎn)運(yùn)完成后，搬運(yùn)小車復(fù)位回到原片上料處，副PLC向玻璃上片臺(tái)發(fā)送工位進(jìn)料完成信號(hào)。

玻璃上片臺(tái)由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、吸盤提升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)和真空系統(tǒng)等部分組成，其功能是將玻璃架上放置的原片經(jīng)上片臺(tái)吸片、提升、翻轉(zhuǎn)、送片等動(dòng)作，送到下一個(gè)待加工工位。原片吸取完畢后，玻璃上片臺(tái)向主PLC發(fā)送進(jìn)料請(qǐng)求。

2基于PLC的玻璃原片上料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

搬運(yùn)生產(chǎn)線的硬件部分主要由主PLC、副PLC、玻璃上片臺(tái)、觸摸屏、三相異步電機(jī)、變頻器、接近開關(guān)以及限位開關(guān)等組成。

1）主PLC和副PLCo在本系統(tǒng)中，采用西門子CPU 1214CDC/DC/DC作為控制核心。S7-1200 PLC結(jié)構(gòu)緊湊，功能全面，其CPU集成有工業(yè)以太網(wǎng)通信接口，可以作為一個(gè)組件集成在綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)中。用無線的數(shù)據(jù)傳輸方式可以解決傳統(tǒng)RS232、RS485數(shù)字或4-20mA模擬通訊現(xiàn)場(chǎng)布線和移動(dòng)困難的缺點(diǎn)。本系統(tǒng)兩個(gè)PLC以2個(gè)工業(yè)路由器通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊。

2）三相異步電機(jī)電機(jī)和變頻器。選用西門子SINAMICS V20。變頻器與PLC主機(jī)通過RS--485通訊方式進(jìn)行通訊，以此實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)v/f控制。

3）人機(jī)界面。觸摸屏采用西門子KTP700 Basic PN。觸摸屏通過以太網(wǎng)與主PLC和副PLC進(jìn)行通信，操作工人通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn)原片的進(jìn)料與空玻璃架的返回取料、三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的修改以及監(jiān)視接近開關(guān)信號(hào)等。

4）旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器與小車行走電機(jī)減速器主軸相連，用來計(jì)算小車在輸送軌道方向上的位置，小車行走到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，搬運(yùn)小車減速慢行，到達(dá)停止接近開關(guān)時(shí)準(zhǔn)確停止。

5）接近開關(guān)和限位開關(guān)。小車行走軌道上裝有3個(gè)接近開關(guān)，用來標(biāo)定上片位、A進(jìn)片位和B進(jìn)片位;小車兩側(cè)裝有2個(gè)接近開關(guān)，用來監(jiān)視小車上運(yùn)載臺(tái)的位置情況;4個(gè)工位分別裝有2個(gè)接近開關(guān)和一個(gè)限位開關(guān)，為系統(tǒng)提供進(jìn)片信號(hào)、減速信號(hào)和停止信號(hào)。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：PLC程序設(shè)計(jì)，上片機(jī)程序設(shè)計(jì)以及人機(jī)界面設(shè)計(jì)。PLC程序主導(dǎo)原片上片系統(tǒng)，接收傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)，進(jìn)行順序控制和數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動(dòng)變頻器和三相異步電機(jī)并與上片機(jī)進(jìn)行信號(hào)交互。上片機(jī)程序與主PLC進(jìn)行信號(hào)交互，根據(jù)接口信號(hào)完成原片的上片。人機(jī)界面程序?yàn)橄到y(tǒng)提供操作平臺(tái)，方便操作人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，系統(tǒng)監(jiān)視與故障排除等。

2.2.1 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)主要分為兩種工作模式：手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。當(dāng)上片系統(tǒng)正常工作時(shí)，PLC處于自動(dòng)運(yùn)行模式，此時(shí)系統(tǒng)將連續(xù)運(yùn)行直到上片過程結(jié)束。當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，操作員可以通過人機(jī)界面將PLC程序切換位手動(dòng)模式，此時(shí)可以進(jìn)行各上片步驟的單步運(yùn)行，也可以進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位操作。自動(dòng)模式下的自動(dòng)流程圖如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行復(fù)位操作，小車回到初始取料位置。復(fù)位完成后，PLC切換為自動(dòng)模式，選擇需要進(jìn)料工位，按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)開始自動(dòng)運(yùn)行。

2.2.2玻璃上片臺(tái)程序設(shè)計(jì)

玻璃上片臺(tái)選用單工位玻璃上片臺(tái)，如圖3所示。玻璃上片臺(tái)和主PLC通過接口傳送信號(hào)，實(shí)時(shí)交互玻璃上片信息，主PLC與上片機(jī)的接口信號(hào)如表1所示。自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，玻璃上片臺(tái)根據(jù)主PLC發(fā)送的信號(hào)，判斷啟動(dòng)上片還是等待上料。

2.2.3人機(jī)界面設(shè)計(jì)

觸摸屏采用西門子的博圖V14.0編程軟件，該軟件具有監(jiān)視與記錄并組態(tài)的功能。人機(jī)界面包括模式選擇，手動(dòng)運(yùn)行，監(jiān)視畫面，自動(dòng)運(yùn)行，報(bào)警顯示五個(gè)功能模塊組成，系統(tǒng)主界面如圖4所示。

手動(dòng)畫面便于設(shè)備的調(diào)試與維護(hù);自動(dòng)運(yùn)行是主要包括四個(gè)工位進(jìn)料與玻璃架返回取料控制按鈕，用于系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行控制;參數(shù)設(shè)置可以方便操作人員修改變頻器頻率，從而控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度;監(jiān)控畫面主要負(fù)責(zé)監(jiān)視系統(tǒng)的傳感器狀態(tài)和搬運(yùn)小車實(shí)時(shí)位置，并以直觀的形式顯示在觸摸屏上;報(bào)警顯示能夠識(shí)別玻璃上片過程中的故障，判斷類別并顯示在觸摸屏上。

3結(jié)語

本文基于以PLC為控制核心，整合上片臺(tái)與原片玻璃輸送系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了原片玻璃的自動(dòng)上片系統(tǒng)。控制系統(tǒng)能減少玻璃吊裝運(yùn)輸行程，從而減小玻璃發(fā)生碰撞的幾率，同時(shí)提高工人的安全系數(shù)，防止因?yàn)榘l(fā)生吊帶繃斷造成人員傷亡的事故;由于上片系統(tǒng)采用雙線雙工位機(jī)構(gòu)布局，將原片玻璃運(yùn)輸線系統(tǒng)與玻璃上片臺(tái)聯(lián)系在一起，減少中間操作環(huán)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)完成一次原片搬運(yùn)進(jìn)料約為2分鐘，時(shí)間較短，提高工作效益;操作簡(jiǎn)單方便，該系統(tǒng)配備有2個(gè)觸摸屏，分別安裝在輸送線兩端，對(duì)工人技術(shù)要求低。