基于PLC的玻璃杯自動切割機控制系統設計

江德松，張濤

基于PLC的玻璃杯自動切割機控制系統設計

江德松，張濤

（安徽機電職業技術學院數控工程系，安徽蕪湖241000）

介紹玻璃杯自動切割機組成與工作原理，根據玻璃杯自動切割機工藝要求進行電氣控制線路設計，定義輸入/輸出口、繪制PLC端口接線圖和編寫功能流程圖程序，以及觸摸屏界面設計，并成功調試。實際運行結果表明，該系統運行穩定可靠、操作方便、效率高、能夠很好地完成玻璃杯的切割。

PLC；觸摸屏；玻璃杯自動切割機；控制系統

0 引言

傳統玻璃杯的加工，一次只能進行一根玻璃管切割加工成兩個玻璃杯，主要靠人工操作，因為在玻璃杯加工過程中，首先將一根玻璃管在中間位置用火燒，將該位置玻璃燒軟，再用刀具進行切割成兩個玻璃杯。在整個加工過程中，需要工人操作，工人勞動強度大，更主要是溫度很高，特別在夏天工人更加辛苦，高溫天氣只能工作半天，效率低。隨著用工緊張，工作環境差，企業很難招到工人，基于此，企業有必要研發自動切割玻璃杯底機，本課題根據生產玻璃杯企業需求，設計了玻璃杯自動切割機的控制系統，將PLC、觸摸屏等技術引入到該控制系統設計中，實現玻璃杯加工的自動化，具有良好的人機交互界面，同時能夠進行兩根玻璃管切割加工成四個玻璃杯。

1 玻璃杯自動切割機組成與工作原理

玻璃杯自動切割機主要由機架、工作臺、切刀進給機構、玻璃管夾緊機構、玻璃管的旋轉機構、火焰裝置和電氣控制部分組成。

玻璃杯自動切割機架采用矩形空心鋼管焊接成長方形結構，主要用來支撐工作臺，玻璃管夾緊機構及火焰裝置。工作臺用于安裝玻璃管夾緊機構和火焰裝置。切刀進給機構由步進電機拖動整個切刀進給機構在滾珠絲桿上做往復直線運動。玻璃管夾緊機構采用氣壓驅動兩端三抓向前運動夾緊玻璃管。玻璃管的旋轉機構由三相異步電動機通過鏈條帶動兩端三抓旋轉，使玻璃管旋轉，這樣玻璃管能均勻加熱?；鹧嫜b置主要對玻璃管進行火燒，采用氧氣和乙炔為燃料的火焰，并且在觸摸屏上設置兩種火焰燒的時間。該控制系統設計手動和自動兩種工作模式，手動模式用于設備的調試、維修和單件加工，而自動模式用于玻璃杯批量加工，除玻璃管裝卸需人工操作，其余都是自動操作。

2 控制系統

2.1 系統硬件設計

系統硬件設計是玻璃杯切割機控制系統的基礎，根據玻璃杯生產過程的工藝特點，設計的控制系統主要由PLC、觸摸屏、電磁閥和步進電機等組成。

根據輸入和輸出點數量，并且由于采用PLC控制步進驅動器，需要輸出脈沖信號，因此選擇帶有晶體管輸出模塊，綜合考慮選擇三菱公司生產的FX2N-32MT-001型PLC作為控制裝置，具有16個輸入和16個晶體管輸出。觸摸屏選用臺達公司生產的DOP-B07S411型號作為人機交互的設備，有3個串行通信口（COM口），可方便的與PLC相連進行數據傳遞。切刀進給步進電機和步進驅動器均選用深圳雷塞M535和57HS13，M535是細分型高性能步進驅動器，適合驅動中小型的兩相或四相混合式步進電機，57HS13是兩相混合式步進電機，步距角為1.8度，靜轉矩1.3 Nm，額定電流2.8 A。玻璃管的旋轉電機為三相異步電機選用浙江滬特電機公司生產的Y290M-411B3，功率為1.1 kW。直流穩壓電源選用S-120W-DC24 V，為觸摸屏、PLC和步進驅動器提供直流24 V。

2.2 系統電氣控制線路設計

在控制系統中，PLC是控制系統的核心，各種開關量都與PLC的輸入端相連，控制對象電磁閥、中間繼電器和信號指示燈等與PLC輸出端相連。玻璃杯切割機完成各種動作均由PLC控制實現，加工過程實時在觸摸屏上動態顯示。設計總電路圖如圖1所示，步進電機驅動電路如圖2所示，PLC I/O端子接線圖如圖3所示。

圖1 主控電路

圖2 驅動電路

圖3 PLC I/O端子接線圖

2.3 系統軟件設計

PLC軟件設計采用三菱GX Developer-8.3的編程軟件編寫梯形圖程序，根據工藝過程和控制要求設計出玻璃杯自動切割機PLC控制程序功能圖，如圖4所示。

圖4 PLC控制程序流程圖

3 觸摸屏界面的設計

觸摸屏界面設計使用軟件為Screen Editor 2.0，利用此軟件可以創建在觸摸屏上顯示的畫面，可以對畫面特型、系統設置、PT狀態控制/通信進行設置。根據生產工藝的控制要求進行界面設計，設計好后進行編譯，下載到觸摸屏DOP-B07S411中。

觸摸屏的軟件設計主要包括主畫面、計數清零畫面和參數設置畫面，如圖5所示，在主畫面顯示當前的日期和時間、工藝時間及當前玻璃杯加工數量。按下啟動按鈕起動玻璃杯切割機，按下停止按鈕玻璃杯切割機停止工作；按下計數清零功能按鈕進入計數清零畫面；按下參數設置一功能按鈕進入參數設置一畫面，進行火焰燃燒時間的設置，該步非常重要，火焰時間設置不當，就會加工廢品；在參數設置一畫面下按參數設置二功能按鈕進入參數設置二畫面，該畫面主要對切刀下降和上升的時間設置。

圖5 觸摸屏畫面設計

4 玻璃杯自動切割機實際應用

玻璃杯加工沒有使用此控制系統之前，各道工序都是依靠人工操作，一次裝夾一根玻璃管，玻璃管的夾緊、氧氣和乙炔火焰燒玻璃管的時間必須把握的正好，時間短了或長了，加工出玻璃杯就是廢品，這就需要工人有豐富的經驗來把握，還有切刀切割的速度和力度均是由工人憑經驗操作，因此造成生產效率低和廢品率高。自該控制系統應用到實際生產后,自動高效地完成玻璃杯的加工任務。一方面從切割機的使用、運行狀態來看,可以加工任意直徑尺寸玻璃杯,大大地擴展了切割機加工玻璃杯的范圍,系統穩定可靠，提高了加工的精度和產品質量；另一方面從切割機操作性來說,采用觸摸屏具有良好的人機交互界面，具有操作簡單、自動報警等功能，氧氣和乙炔火焰燒玻璃管的時間和切刀切割速度在觸摸屏中設置好，不會出現時間短或長，速度快或慢等問題，從而提高了產品的質量，降低廢品率和成本；采用自動夾緊玻璃管，一次裝夾兩根玻璃管完成四個玻璃杯的加工，提高了生產效率。

5 結語

玻璃杯自動切割機控制系統投入使用后，系統運行穩定、可靠，能夠很好的完成玻璃杯的加工，并能夠滿足生產工藝的要求，提高了產品質量和加工精度，解決企業的實際生產難題。

[1]蔣玲,張超.觸摸屏與PLC控制的異型管切管機的設計[J].制造技術與機床，2012(7)：123-126.

[2]三菱FX中文PLC編程手冊.東莞智捷自動化公司.

[3]雷塞步進驅動器和電機技術資料集.深圳：雷塞自動化有限公司.

[4]王志剛,虎恩典,王寧.PLC和觸摸屏在活性炭混捏成型控制系統中的應用[J].制造業自動化，2013(24):12-14-22.

[5]臺達DOP系列人機界面編程手冊.上海：中達電通股份有限公司.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年安徽省質量工程省級特色專業項目（20101738）。

江德松（1978—），男，安徽六安人，講師，主要研究方向：PLC及自動控制。