引言

隨著我國浮法玻璃技術(shù)的不斷發(fā)展,生產(chǎn)浮法玻璃的厚度已發(fā)展至3m~12mm。傳統(tǒng)的浮法玻璃拉邊機已不能滿足生產(chǎn)的需要,所以,研制新型浮法玻璃拉邊機已成為當務之急。

本文在介紹現(xiàn)有拉邊機工作原理的基礎上,對已有拉邊機功能的缺陷進行分析,提出了解決方案并加以改進實施。

1玻璃拉邊機的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

拉邊機是用于浮法玻璃生產(chǎn)線錫槽內(nèi)生產(chǎn)平板玻璃時控制玻璃成型過程的專用設備。在玻璃成型過程中,對玻璃板起到節(jié)流、拉薄或積厚、控制玻璃厚度和走向的作用。浮法生產(chǎn)線上現(xiàn)在使用的設備一般都為手動或者半自動式的簡易拉邊機,主要是憑借工人的經(jīng)驗來操作,穩(wěn)定性差,精度低,這些缺點已經(jīng)嚴重制約了玻璃產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。

圖1是玻璃拉邊機的結(jié)構(gòu)示意圖。

單臺拉邊機的設計原理:拉邊機采用一個主機,主機的安裝位置在拉邊機機身軌道上,安放的模式為小車模式,機身的前端進行了位置固定,固定在回轉(zhuǎn)軸與錫槽的鋼結(jié)構(gòu)上,機身可沿錫槽方向運動。拉邊輪的進伸運動主要依靠齒輪、齒條傳動來實現(xiàn)。升降機構(gòu)被安裝在小車下面,依靠蝸輪蝸桿傳動、導柱完成垂直升降運動。平面傾角機構(gòu)被安裝在升降機構(gòu)下方,為了更好地實現(xiàn)平面傾角運動,該機構(gòu)主要通過蝸輪蝸桿及絲桿絲母來操作。拉邊機后端被安裝在鋼結(jié)構(gòu)軌道中,為了更好地實現(xiàn)拉邊輪的左右擺角運動,該部分主要通過齒輪、齒條傳動來操作。電控系統(tǒng)采用嵌入式觸摸屏控制技術(shù),可編程序控制器作控制中樞,配以~ProfBus總線技術(shù),其控制方式有遠程和本地。

浮法玻璃生產(chǎn)對拉邊機的工藝要求:速度無級可調(diào),調(diào)節(jié)范圍廣,能滿足生產(chǎn)多種規(guī)格厚度玻璃的要求:速度波動小:拉邊輪不侵蝕玻璃,不粘玻璃,對玻璃帶的嚙合效率高,拉邊輪與玻璃帶的嚙合點可根據(jù)生產(chǎn)玻璃寬度、速度和拉邊機位置的不同,在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。

圖2、圖3分別為生產(chǎn)厚、薄玻璃時的拉邊機放置示意圖。

2拉邊機的控制要求分析

玻璃拉邊機的觸摸屏控制系統(tǒng)硬件組成簡圖如圖4所示,主要由被控對象拉邊機、測量裝置、執(zhí)行機構(gòu)、輸入/輸出通道和帶操作系統(tǒng)的觸摸屏微機組成。

在大型的玻璃生產(chǎn)線上,浮法玻璃拉邊機控制系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)拉邊機正常工作所需要的信號檢測、動作執(zhí)行、故障診斷與處理能力,并且具有友好的人機交互界面,能夠?qū)崿F(xiàn)本地和遠程控制,滿足單控和群控對控制系統(tǒng)的要求,并且至少能夠保證兩臺(一對)拉邊機之間協(xié)同工作。

玻璃拉邊機的控制要求如下:

(1)機桿徑向跳動不高于0.2mm:

(2)調(diào)速范圍較大:

(3)水平進伸機構(gòu)移動范圍較大:

(4)兩臺拉邊機支持對稱定位操作:

(5)各種操作都能本地和遠程數(shù)字顯示。

2.1拉邊機控制方案

使用同步電機(圖5)成對控制拉邊機,每對拉邊機由一臺變頻器拖動控制,為了檢測拉邊機頭輪的轉(zhuǎn)速是否在規(guī)定范圍內(nèi),在拉邊桿的末端設有一個測速編碼器,用于檢測拉邊桿的轉(zhuǎn)速。

2.2厚度控制

玻璃拉薄的原理:首先,需要使得玻璃液產(chǎn)生速度差,產(chǎn)生速度差的方法是要求錫槽內(nèi)的主傳動和拉邊機轉(zhuǎn)速不一致,然后,按照標準要求給玻璃帶橫斷面拉力,最后就可以獲得所需要的玻璃拉薄效果。

壓力和厚度是呈反比例的關(guān)系,壓力越大,玻璃厚度越薄:反之,玻璃厚度越厚。調(diào)節(jié)壓力的方法有:

(1)調(diào)整拉邊機機頭輪轉(zhuǎn)速:

(2)增大或減小拉邊機角度。

具體控制機理如圖6所示。

玻璃承受的拉力Fc(V一W),當W減小,則拉力F相應提高,玻璃厚度減小,W和玻璃厚度呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系:而當增大拉邊機角度。時,玻璃厚度變薄。

在錫槽中的玻璃液,溫度是不同的,中部溫度遠遠高于邊部溫度,呈現(xiàn)出一種溫度差,拉邊機先作用于邊部,接下來繼續(xù)作用于中部,但是壓力的數(shù)值會逐步減小。因此,在實際控制過程中,根據(jù)厚度檢測系統(tǒng)檢測到的玻璃實際厚度數(shù)據(jù),經(jīng)過運算得到應該改變的角度和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),控制裝置會自動調(diào)整拉邊機的角度。和轉(zhuǎn)速,使玻璃板中部與邊部的厚薄差變小,從而達到控制玻璃厚度均勻,生產(chǎn)出符合厚度要求的玻璃的目的。

2.3工藝操作和控制優(yōu)先級

在拉邊機生產(chǎn)現(xiàn)場,為確保各項工序的順利完成,采用了優(yōu)先級切換的操作單元,同樣,這種方法也運用于遠程控制室中。在機體上,根據(jù)實際工作的需求,安裝具有實時數(shù)據(jù)顯示功能的操作按鈕箱,同時對其設置一級優(yōu)先級切換。在遠程控制室中,采用功能強大的上位計算機和控制面板。數(shù)據(jù)傳輸采用電纜來實現(xiàn),使得五個可調(diào)節(jié)運動的檢測參數(shù)全部被傳送至計算機中,控制面板可以調(diào)整各參數(shù)。

2.4電氣控制系統(tǒng)方案

根據(jù)設備加工生產(chǎn)工藝的要求和其本身的特點,制定出如下符合要求的電氣控制方案:在選擇實現(xiàn)電機位置反饋的傳感器時,根據(jù)實驗結(jié)果,采用絕對值編碼器:對所有拉邊機實行網(wǎng)絡化管理與控制:所有位置調(diào)整的驅(qū)動電機都帶有電磁制動功能:設置完善的安全保護措施:選用PLC,其主要的功能是管理拉邊機的運行。

2.5電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)成

遠程控制可以實現(xiàn)設備現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的反饋監(jiān)控和指令操作。如圖7所示,電氣控制系統(tǒng)大致可以分為兩個層次:一層是多點傳輸協(xié)議網(wǎng)MPI,用于將設備生產(chǎn)現(xiàn)場控制每對拉邊機的各臺PLC跟遠程控制室的上位計算機相連:另一層是ProfiBus一DP,它是開放式的工業(yè)現(xiàn)場總線,其核心作用是管理變頻器的運行,主要依靠拉邊機的PLC來完成這項操作,同時,還需要動態(tài)化監(jiān)管絕對值編碼器的情況,同時反饋給觸摸屏上的軟件控制應用程序,并接收程序所發(fā)出的決策指令。絕對值編碼器有斷電保護功能,能在下次上電時準確記錄上次掉電時各編碼器所在的數(shù)值狀態(tài)。

3控制系統(tǒng)硬件選型

伺服電機的選擇:本系統(tǒng)單臺拉邊機需要3臺伺服電機來分別控制機桿進伸、機桿壓伸和水平擺腳機構(gòu)的運動。考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精度的要求,最終選擇了松下伺服電機MADDT1205003。

步進電機的選擇:步進電機用來控制機桿的垂直升降運動,由于機頭輪的垂直升降應平穩(wěn),且不能發(fā)生過沖現(xiàn)象,本系統(tǒng)選用的是型號為RK596BC一H50的步進電機。本次控制系統(tǒng)單臺整機主要相關(guān)硬件選型如表1所示。

4總體模塊框架

根據(jù)拉邊機的控制要求和功能分析,本系統(tǒng)的軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖8所示,應用程序界面可分為以下四個模塊:參數(shù)設置模塊、機身調(diào)節(jié)控制模塊、自動運行模塊和系統(tǒng)監(jiān)控模塊。

5系統(tǒng)測試

正交脈沖編碼(0EP)電路主要用于采集伺服電機的光電編碼器檢測到的脈沖信號個數(shù),從而確定當前的位置狀態(tài)。本文所述控制系統(tǒng)所用的伺服電機,分辨率為2000線,即電機主軸轉(zhuǎn)一圈,光電編碼器將輸出2000個脈沖信號。為了保證0EP電路采集到的光電編碼器的脈沖個數(shù)能準確反映電機的轉(zhuǎn)動位置,要求采集電路的頻率要高于電機產(chǎn)生脈沖的頻率。假設電機以2400r/m的高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),那么每秒轉(zhuǎn)動40圈,產(chǎn)生的脈沖數(shù)為40x2000=80000個,則0EP電路采集的頻率不能低于80kHz,中斷采集的周期不大于1/80000=12.5μs。測試表明,0EP讀取編碼器數(shù)據(jù)的周期比編碼器產(chǎn)生數(shù)據(jù)的周期短,保證了光電編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)據(jù)全部都能讀到,從而能夠精確反饋當前主軸的位置狀態(tài)。

6結(jié)語

本系統(tǒng)的設計沒有采用基于觸摸屏的軟PLC技術(shù),軟PLC是一種基于工業(yè)控制計算機或嵌入式PC的軟邏輯控制軟件,它是將PLC功能集成到觸摸屏控制器上的方法,即利用觸摸屏控制器實現(xiàn)軟PLC功能。采用這一技術(shù)還可省掉觸摸屏和PLC之間通信占用的時間,大大提高系統(tǒng)效率,并減少系統(tǒng)的安裝調(diào)試成本。因此,結(jié)合個人計算機或工控觸摸屏開發(fā)具有開放式網(wǎng)絡功能的PLC將成為未來PLC技術(shù)發(fā)展的主要方向,也是浮法玻璃拉邊機控制系統(tǒng)開發(fā)的一個發(fā)展方向。在本文的浮法玻璃拉邊機控制系統(tǒng)設計中,集成了帶操作系統(tǒng)的觸摸屏技術(shù),而應用軟PLC技術(shù)的高集成度控制系統(tǒng)也必將成為未來玻璃生產(chǎn)領(lǐng)域控制產(chǎn)品發(fā)展的一種趨勢。