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(jī)已不能滿足生產(chǎn)的需要,所以,研制新型浮法玻璃拉邊機(jī)已成為當(dāng)務(wù)之急。

本文在介紹現(xiàn)有拉邊機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上,對(duì)已有拉邊機(jī)功能的缺陷進(jìn)行分析,提出了解決方案并加以改進(jìn)實(shí)施。

1玻璃拉邊機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

拉邊機(jī)是用于浮法玻璃生產(chǎn)線錫槽內(nèi)生產(chǎn)平板玻璃時(shí)控制玻璃成型過程的專用設(shè)備。在玻璃成型過程中,對(duì)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(shè)備一般都為手動(dòng)或者半自動(dòng)式的簡易拉邊機(jī),主要是憑借工人的經(jīng)驗(yàn)來操作,穩(wěn)定性差,精度低,這些缺點(diǎn)已經(jīng)嚴(yán)重制約了玻璃產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。

圖1是玻璃拉邊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

單臺(tái)拉邊機(jī)的設(shè)計(jì)原理:拉邊機(jī)采用一個(gè)主機(jī),主機(jī)的安裝位置在拉邊機(jī)機(jī)身軌道上,安放的模式為小車模式,機(jī)身的前端進(jìn)行了位置固定,固定在回轉(zhuǎn)軸與錫槽的鋼結(jié)構(gòu)上,機(jī)身可沿錫槽方向運(yùn)動(dòng)。拉邊輪的進(jìn)伸運(yùn)動(dòng)主要依靠齒輪、齒條傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。升降機(jī)構(gòu)被安裝在小車下面,依靠蝸輪蝸桿傳動(dòng)、導(dǎo)柱完成垂直升降運(yùn)動(dòng)。平面傾角機(jī)構(gòu)被安裝在升降機(jī)構(gòu)下方,為了更好地實(shí)現(xiàn)平面傾角運(yùn)動(dòng),該機(jī)構(gòu)主要通過蝸輪蝸桿及絲桿絲母來操作。拉邊機(jī)后端被安裝在鋼結(jié)構(gòu)軌道中,為了更好地實(shí)現(xiàn)拉邊輪的左右擺角運(yùn)動(dòng),該部分主要通過齒輪、齒條傳動(dòng)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(yuǎn)程和本地。

浮法玻璃生產(chǎn)對(duì)拉邊機(jī)的工藝要求:速度無級(jí)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(dòng)小:拉邊輪不侵蝕玻璃,不粘玻璃,對(duì)玻璃帶的嚙合效率高,拉邊輪與玻璃帶的嚙合點(diǎn)可根據(jù)生產(chǎn)玻璃寬度、速度和拉邊機(jī)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(shí)的拉邊機(jī)放置示意圖。

2拉邊機(jī)的控制要求分析

玻璃拉邊機(jī)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(duì)象拉邊機(jī)、測量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入/輸出通道和帶操作系統(tǒng)的觸摸屏微機(jī)組成。

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

玻璃拉邊機(jī)的控制要求如下:

(1)機(jī)桿徑向跳動(dòng)不高于0.2mm:

(2)調(diào)速范圍較大:

(3)水平進(jìn)伸機(jī)構(gòu)移動(dòng)范圍較大:

(4)兩臺(tái)拉邊機(jī)支持對(duì)稱定位操作:

(5)各種操作都能本地和遠(yuǎn)程數(shù)字顯示。

2.1拉邊機(jī)控制方案

使用同步電機(jī)(圖5)成對(duì)控制拉邊機(jī),每對(duì)拉邊機(jī)由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)控制,為了檢測拉邊機(jī)頭輪的轉(zhuǎn)速是否在規(guī)定范圍內(nèi),在拉邊桿的末端設(shè)有一個(gè)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(dòng)和拉邊機(jī)轉(zhuǎn)速不一致,然后,按照標(biāo)準(zhǔn)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(jī)機(jī)頭輪轉(zhuǎn)速:

(2)增大或減小拉邊機(jī)角度。

具體控制機(jī)理如圖6所示。

玻璃承受的拉力Fc(V一W),當(dāng)W減小,則拉力F相應(yīng)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(dāng)增大拉邊機(jī)角度。時(shí),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(yuǎn)遠(yuǎn)高于邊部溫度,呈現(xiàn)出一種溫度差,拉邊機(jī)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(huì)逐步減小。因此,在實(shí)際控制過程中,根據(jù)厚度檢測系統(tǒng)檢測到的玻璃實(shí)際厚度數(shù)據(jù),經(jīng)過運(yùn)算得到應(yīng)該改變的角度和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),控制裝置會(huì)自動(dòng)調(diào)整拉邊機(jī)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(dá)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(jí)

在拉邊機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場,為確保各項(xiàng)工序的順利完成,采用了優(yōu)先級(jí)切換的操作單元,同樣,這種方法也運(yùn)用于遠(yuǎn)程控制室中。在機(jī)體上,根據(jù)實(shí)際工作的需求,安裝具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示功能的操作按鈕箱,同時(shí)對(duì)其設(shè)置一級(jí)優(yōu)先級(jí)切換。在遠(yuǎn)程控制室中,采用功能強(qiáng)大的上位計(jì)算機(jī)和控制面板。數(shù)據(jù)傳輸采用電纜來實(shí)現(xiàn),使得五個(gè)可調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的檢測參數(shù)全部被傳送至計(jì)算機(jī)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(shè)備加工生產(chǎn)工藝的要求和其本身的特點(diǎn),制定出如下符合要求的電氣控制方案:在選擇實(shí)現(xiàn)電機(jī)位置反饋的傳感器時(shí),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用絕對(duì)值編碼器:對(duì)所有拉邊機(jī)實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化管理與控制:所有位置調(diào)整的驅(qū)動(dòng)電機(jī)都帶有電磁制動(dòng)功能:設(shè)置完善的安全保護(hù)措施:選用PLC,其主要的功能是管理拉邊機(jī)的運(yùn)行。

2.5電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

遠(yuǎn)程控制可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場實(shí)時(shí)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(gè)層次:一層是多點(diǎn)傳輸協(xié)議網(wǎng)MPI,用于將設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場控制每對(duì)拉邊機(jī)的各臺(tái)PLC跟遠(yuǎn)程控制室的上位計(jì)算機(jī)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(yùn)行,主要依靠拉邊機(jī)的PLC來完成這項(xiàng)操作,同時(shí),還需要?jiǎng)討B(tài)化監(jiān)管絕對(duì)值編碼器的情況,同時(shí)反饋給觸摸屏上的軟件控制應(yīng)用程序,并接收程序所發(fā)出的決策指令。絕對(duì)值編碼器有斷電保護(hù)功能,能在下次上電時(shí)準(zhǔn)確記錄上次掉電時(shí)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(jī)的選擇:本系統(tǒng)單臺(tái)拉邊機(jī)需要3臺(tái)伺服電機(jī)來分別控制機(jī)桿進(jìn)伸、機(jī)桿壓伸和水平擺腳機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)?？紤]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(jī)MADDT1205003。

步進(jìn)電機(jī)的選擇:步進(jìn)電機(jī)用來控制機(jī)桿的垂直升降運(yùn)動(dòng),由于機(jī)頭輪的垂直升降應(yīng)平穩(wěn),且不能發(fā)生過沖現(xiàn)象,本系統(tǒng)選用的是型號(hào)為RK596BC一H50的步進(jìn)電機(jī)。本次控制系統(tǒng)單臺(tái)整機(jī)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(jī)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(yīng)用程序界面可分為以下四個(gè)模塊:參數(shù)設(shè)置模塊、機(jī)身調(diào)節(jié)控制模塊、自動(dòng)運(yùn)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(jī)的光電編碼器檢測到的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù),從而確定當(dāng)前的位置狀態(tài)。本文所述控制系統(tǒng)所用的伺服電機(jī),分辨率為2000線,即電機(jī)主軸轉(zhuǎn)一圈,光電編碼器將輸出2000個(gè)脈沖信號(hào)。為了保證0EP電路采集到的光電編碼器的脈沖個(gè)數(shù)能準(zhǔn)確反映電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置,要求采集電路的頻率要高于電機(jī)產(chǎn)生脈沖的頻率。假設(shè)電機(jī)以2400r/m的高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),那么每秒轉(zhuǎn)動(dòng)40圈,產(chǎn)生的脈沖數(shù)為40x2000=80000個(gè),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(dāng)前主軸的位置狀態(tài)。

6結(jié)語

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)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(gè)人計(jì)算機(jī)或工控觸摸屏開發(fā)具有開放式網(wǎng)絡(luò)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(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)發(fā)展方向。在本文的浮法玻璃拉邊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,集成了帶操作系統(tǒng)的觸摸屏技術(shù),而應(yīng)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。