玻璃清洗機(jī)論文39848

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1、 摘要 玻璃清洗機(jī)是玻璃生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，清洗大面積曲面玻璃是目前玻璃 清洗技術(shù)的難題。本文所述的研究工作，是對清洗大面積曲面玻璃的清洗機(jī)電氣 控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。目的在于通過電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大面積曲面玻璃自動 或手動完成清洗、吹干、旋轉(zhuǎn)等工作過程的自動控制，并能通過人機(jī)界面動態(tài)顯 示現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)操作人員對設(shè)備的控制。 本文的主要工作包括以下幾方面: 首先，介紹玻璃清洗機(jī)的組成和結(jié)構(gòu)，分析清洗機(jī)的工作過程，從而制定各工 作過程的控制要求。 其次，根據(jù)上述控

2、制要求，設(shè)計(jì)清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體方案。包括電氣控 制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、驅(qū)動系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC與人機(jī)界面的連接、交流調(diào) 速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。 再次，進(jìn)行了電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括主要 電氣元件的計(jì)算和選型、變頻器的選型和參數(shù)設(shè)計(jì)、軟啟動器的選型、PLC的選 型、觸摸屏的選型等。軟件設(shè)計(jì)主要包括PLC的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和觸摸屏軟件設(shè)計(jì)。 最后，進(jìn)行了電氣系統(tǒng)的安裝和調(diào)試。通過電氣控制系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行，驗(yàn) 證了本文所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)能滿足清洗機(jī)的工作要求。 本文采用PLC完成數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)工藝過程的控制，采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)監(jiān)控， 達(dá)到

3、了讓玻璃清洗機(jī)按照生產(chǎn)工藝要求清洗大曲面玻璃的目的，提高了玻璃清洗 質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了能耗。實(shí)際運(yùn)行表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有自動化程度高、 可靠性高和人機(jī)交互友好等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞:清洗機(jī)，電氣控制系統(tǒng)，PLC，觸摸屏 Abstract The glasses cleaning machine is necessary equipment in glasses production. Washing large一area glasses with curved face is one of the unres

4、olved problems in the current glasses一cleaning technologies. This research work is the design on electrical control system of the glasses cleaning machine which washes large一area glasses with curved face. The purpose of the design is to realize the automatic and manual process controls of cleani

5、ng, blow一drying and rotating, display measured data real-timely and control the equipment by means of HMI (Human Machine Interface).The main research works of this paper are as follows: First, the components and configuration of the glasses cleaning machine were introduced. The work processe

6、s of the machine were analyzed. The control requirements for those processes were decided. Secondly, the general project of electrical control system of the machine was designed according to the requirements mentioned above. It include the design of electrical principle scheme, the design of

7、 driving and measuring systems, connections between PLC and HMI, and the design of AC timing system etc. Thirdly, the hardware and software of the electrical control system were designed. The hardware design mainly include the calculation and selection of electrical components, the selection

8、 and parameter design of frequency changer, andthe selection of soft一starter, PLC and touch screen. The software designs include design of PLC program, touch screen software. Finally, the electrical control system were installed and tested. The experiments and running verified that the requir

9、ements of the glasses washing machine can be satisfied. In this paper, PLC was adopted to collect measured data, and to control the production process, and the touch screen was used to monitor and control. The purpose that the glasses cleaning machine washes large一area glasses with a curved

10、 face according to the requirements of production technology was achieved. The 目錄 摘要....................……。....................................................................................................... Abstract.............................................

11、................................................................................... 目錄.................................................................................................................................... Content........................................................................

12、........................... 第一章緒論...............................................................................................................................1 1.1引言...................................................................................................1 1.

13、2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢........................................................................................2 1.2.1國外現(xiàn)狀和存在的問題.................................................................................... 2 1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀和存在的問題..............................................................

14、...................... 3 1.2.3國內(nèi)外發(fā)展趨勢................................................................................................ 4 1.3項(xiàng)目背景及意義...........................................................................................................4 1.3.1項(xiàng)目背景.............

15、............................................................................................... 4 1.3.2項(xiàng)目實(shí)施的目的、意義.................................................................................... 5 1.4主要工作內(nèi)容，............................................................................

16、..................................5 第二章玻璃清洗機(jī)工藝過程分析............................................................................................7 2. 1設(shè)備總體結(jié)構(gòu)...............................................................................................................7 2.2設(shè)備組成和工藝過程分析....

17、......................................................................................7 第三章電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)..................................................……，...............................…… 3. 1總體方案設(shè)計(jì)................................................................................................

18、.............15 3.1.1電氣控制系統(tǒng)總體布置...........................................................................……16 3.1.2電動機(jī)的布置...........................................................................................……16 3.1.3傳感器的布置及類型.............................................

19、...................................……18 3.1.4 PLC與觸摸屏的連接...................................................................................... 20 3.2主電路和控制回路.....................................................................................................21 3.2.1傳輸電機(jī)的主電路....

20、...................................................................................... 21 3.2.2水泵電機(jī)控制回路.......................................................................................... 22 第四章電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..................................................................................

21、............28 4. 1電動機(jī)的選型............................................................................................................28 4.1.1電動機(jī)選型原則............................................................................................. 28 4.1.2電動機(jī)的計(jì) 4.2風(fēng)機(jī)的選型….

22、............................................................................................................30 4.3軸流風(fēng)機(jī)的選型.........................................................................................................30 4.4水泵的選型.....................................................

23、...........................................................30 4. 5變頻器的選型.............................................................................................................31 4.5.1變頻器的型號...........................................................................................

24、....... 31 4.5.2MICROMASTER 420變頻器與電機(jī)的連接................................................... 31 4.5.3變頻器的參數(shù)設(shè)置.......................................................................................... 33 第五章電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)......................................................

25、........................................50 5. 1 PLC的程序設(shè)計(jì).........................................................................................................50 5.1.1西門子PLC的軟件說明................................................................................. 50 5.1.2硬件組態(tài)...

26、..........................................................................................50 5.1.3使用符號定義變量......................................................................................... 50 5.1.4創(chuàng)建組織塊和功能塊....................................................................

27、................... 51 5.1.5 PLC主程序OBI設(shè)計(jì)流程............……。...........................................……，，..……53 5.1.6自動模式流程.................................................................................................. 54 5.1.7手動模式........................................

28、……。...........................................……。...……55 5.1.8驅(qū)動輸出繼電器程序...................................................................................... 55 5.1.9公共程序.......................................................……，，，..…。..................……。...……55 5.1.10報(bào)警程序

29、...............................................................……。..................……，...……56 5.2觸摸屏的程序設(shè)計(jì).....................................................................................................56 5.2.1觸摸屏通訊.............................................................……。..

30、..........................……57 5.2.2觸摸屏變量的生成與屬性設(shè)置....................................................................... 57 5.2.3報(bào)警管理......……，.…，.........……，..…，............................................................……58 5.2.4監(jiān)控界面的生成與組態(tài)................................

31、................................................. 59 第六章電氣控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試.....................................................................................64 6.1 PLC程序和觸摸屏程序調(diào)試......................................................................................64 6.1.1 S7-300調(diào)試步驟.......

32、...............................................……，........................……64 6.1.2 WinCC flexible項(xiàng)目文件下載和運(yùn)行.......................................................... 65 6.2電氣元件的安裝.........................................................................................................6

33、5 6.2.1電氣主要元器件清單...................................................................................... 65 6.3控制系統(tǒng)運(yùn)行效果......................................................................................................69 結(jié)論............................................................

34、...........................................................................70 參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................72 致謝................................................................................

35、.........................................................75 第一章緒論 隨著我國加入W TO，國際化市場競爭越來越激烈，我國又是世界生產(chǎn)玻璃最大國家， 玻璃機(jī)械需求與日俱增。玻璃清洗機(jī)是玻璃深加工行業(yè)必不可少的設(shè)備，這是因?yàn)椴Ａг? 加工過程中，由于機(jī)械處理、環(huán)境因素或人為因素等情況會對玻璃造成污染，玻璃表面如 果有污垢或油污，嚴(yán)重影響玻璃的質(zhì)量。目前，生產(chǎn)上玻璃清洗方法有人工清洗和自動清 洗兩種方法。人工清洗法不但清洗質(zhì)量不能保證，還容易造成玻璃的二次污染，增加了工 人的勞動強(qiáng)度，同時也

36、降低了企業(yè)的生產(chǎn)效率。自動清洗法是采用專用的玻璃清洗機(jī)完成 清洗工作，自動玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)利用先進(jìn)的自動控制技術(shù)，提高了工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì) 量、數(shù)量和生產(chǎn)設(shè)備的效率，并改善了勞動條件，所以自動清洗機(jī)在玻璃生產(chǎn)過程中替代 人工清洗己成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然。 目前，玻璃加工行業(yè)的玻璃清洗機(jī)產(chǎn)品很多，玻璃清洗的工藝方法也有多種，按清洗 的原理分類有:毛刷清洗、高壓水沖刷和超聲波清洗‘，，。采用毛刷進(jìn)行清洗時，毛刷一般 可以配合洗滌液使用的，依據(jù)毛刷的長短可分為長毛刷和短毛刷，長毛刷長大約1-2m, 在洗滌中，可以隨著輥輪的轉(zhuǎn)動甩動，以此來清洗玻璃表面，這種清洗方法有拋光工件表

37、 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，短毛刷主要是 清洗平面玻璃，采用毛刷清洗不適合精密的零件，容易劃傷零件表面，但優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、節(jié) 水。采用超聲波清洗，主要是清洗表面形狀復(fù)雜的精密零件。采用高壓水射流清洗，優(yōu)點(diǎn) 是不容易劃傷零件表面，缺點(diǎn)是高壓水泵消耗的能量大，不利于節(jié)能。以上清洗工藝各有 優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求來選擇合適的清洗工藝。 玻璃清洗機(jī)的清洗對象也有很多種類，按玻璃的用途分類:普通玻璃、光學(xué)玻璃和液 晶玻璃[2]。按玻璃的形狀分類:平面玻璃、彎曲玻璃和玻璃瓶。按玻璃的大小分類有:小 片的和大片的玻璃。各種類型的玻璃加工過程中，清

38、洗潔凈度要求也不同，玻璃清洗機(jī)的 選用要依據(jù)玻璃的用途、形狀和大小選用。 綜上所述，玻璃清洗工藝‘;玻璃的種類、廠家的實(shí)際要求是密切相關(guān)的，玻璃清洗的 關(guān)鍵就是選擇一種適合企業(yè)生產(chǎn)需要的玻璃清洗機(jī)來完成清洗工作。 目前，玻璃清洗工藝巳非常成熟f21，一般都采用預(yù)洗一清洗一烘干(或吹干)的方法清洗，這種清洗方法經(jīng)實(shí)踐證明清洗效果非常好，所以清洗工藝并沒有什么爭議。清洗效果好壞 主要與水質(zhì)、吹干時間、水的溫度控制有關(guān)，其關(guān)鍵在于玻璃清洗機(jī)的設(shè)計(jì)。玻璃清洗機(jī) 設(shè)計(jì)包括兩大部分:機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)‘川關(guān)系到設(shè)備運(yùn) 行平穩(wěn)度和使用壽命，電氣系統(tǒng)設(shè)

39、計(jì)」，關(guān)系到設(shè)備定位是否精確、自動化程度的高低，電 氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定了清洗過程水溫、吹干和清洗時間、速度等過程參數(shù)的控制，電氣控 制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、測控技術(shù)等，使自動化生產(chǎn)線數(shù)字化、集成化，實(shí)現(xiàn) 企業(yè)生產(chǎn)、管理的高度自動化，所以玻璃清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對提高現(xiàn)代工業(yè)自動化 顯得尤為重要。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 I .2. I國外現(xiàn)狀和存在的問題 目前，許多大型的玻璃生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線都引進(jìn)國外玻璃清洗機(jī)，國外先進(jìn)的玻璃清 洗機(jī)具有控制可靠、設(shè)備使用時間長等優(yōu)點(diǎn)。分析國外的玻璃清洗機(jī)發(fā)現(xiàn)，它們主要采用 可編程控制

40、器PLC控制。PLC是專門應(yīng)用于工業(yè)控制的微型計(jì)算機(jī)，它能根據(jù)生產(chǎn)需要， 靈活地改變控制程序，使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性、通用性和可靠性。玻璃清洗機(jī)要控 制的參數(shù)有數(shù)字量和模擬量，而目前有一些國外某著名廠家生產(chǎn)的小型PLC備有模擬量模 塊，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場模擬量數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)算工作，所以國外企業(yè)生產(chǎn)的清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng) 也大多采用PLC控制，國外清洗機(jī)應(yīng)用較多的PLC品牌有:西門子公司S70300/400，歐 姆龍公司OMRON CPM系統(tǒng)，二三菱公司FX系統(tǒng)。 玻璃清洗工藝要求玻璃傳動過程中速度可以調(diào)節(jié)，一般都采用電動機(jī)調(diào)速改變傳動速 度，國外的玻璃清洗機(jī)大多采)月變頻調(diào)速，

41、它通過改變異步電動機(jī)定子電源頻率f來改變 同步轉(zhuǎn)速n，從而進(jìn)行調(diào)速。變頻調(diào)速可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，具有機(jī)械特性硬，調(diào)速范圍大， 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 綜合分析表明，國外玻璃清洗機(jī)基本具有以下優(yōu)點(diǎn)【"-g1: 1)控制系統(tǒng)性能可靠;2)清 洗速度可以自由調(diào)節(jié);3)獨(dú)立操作臺，操作方便。國外玻璃清洗機(jī)雖有以上優(yōu)點(diǎn)，但其 價格昂貴，一臺玻璃清洗機(jī)的價格要5001000萬人民幣，性價比并不高，同時提高了企 業(yè)的生產(chǎn)成本，對于中小企業(yè)來說是一筆不小的開支。此外，國外玻璃清洗機(jī)清洗僅適用 于平面玻璃，要清洗形狀不規(guī)則的曲面玻璃，需采用特制專用設(shè)備。 1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀和存在的問題

42、目前，我國大部分玻璃深加工企業(yè)正在發(fā)展階段，對玻璃機(jī)械品質(zhì)和功能還沒有更高 的要求。此外，我國玻璃機(jī)械企業(yè)對新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)能力弱，管理粗獷，只顧眼前利潤， 大部分企業(yè)沒有在產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品性能上下工夫，為降低成本粗制濫造，這對我國玻璃機(jī) 械產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力大打折扣[1}- 101 國內(nèi)玻璃清洗機(jī)使用數(shù)量頗為廣泛，但由于用戶對清洗機(jī)的能量分布和如何更好地利 用能量不熟悉，造成了極大的浪費(fèi)，能耗大、效率低，該清掉的污垢物清洗不下來。為了 開發(fā)高效、節(jié)能的洗滌設(shè)備，目前許多企業(yè)也正在積極研發(fā)新產(chǎn)品。 縱觀國內(nèi)玻璃機(jī)械行業(yè)，玻璃清洗機(jī)電氣控制有兩種控制方法:繼電

43、器一接觸器控制和 PLC控制。 繼電器一接觸器控制是由繼電器、接觸器及保護(hù)元件組成，依據(jù)電氣控制原理圖，把各 種電氣元件安裝布置。它具有使用上的單一性，即一臺控制裝置只適用于某一固定控制程 序的設(shè)備，若程序發(fā)生改變，必須重新接線，而且這種控制的輸入、輸出信號只有通和斷 兩種狀態(tài)，控制是斷續(xù)的。它不適應(yīng)復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)越復(fù)雜，采用繼電器一接觸 器控制接線越復(fù)雜，線路多，所需的中間繼電器多，電氣控制柜容量也要求大。繼電器- 接觸器控制長期使用故障率高，因?yàn)榫€路接頭在振動時容易松動等原因，又加上線路復(fù)雜， 造成維護(hù)不便。所以，目前國內(nèi)采用繼電器一接觸器控制的大型玻璃清

44、洗設(shè)備正在積極進(jìn)行 自動控制系統(tǒng)的改造，以提高控制系統(tǒng)的工作可靠性，實(shí)現(xiàn)過程自動化。 隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)最新研發(fā)的玻璃清洗機(jī)也采用了PLC控制，玻璃清洗機(jī) 的性能得到了很大提高，例如廣東中環(huán)真空設(shè)備有限公司生產(chǎn)的玻璃清洗機(jī)由毛刷滾擦、 清水沖洗、去離子水凈化、強(qiáng)風(fēng)吹干及熱風(fēng)干燥等部分組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、 工作可靠、占地面積小等特點(diǎn)。值得注意的是，由于控制成本的需要，國內(nèi)一些廠家使用 價格便宜的PLC，電氣元件性能較差，使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性受到很大影響，同時也大大縮短 了設(shè)備的使用壽命。目前，國內(nèi)有一些企業(yè)開始研制曲面玻璃清洗機(jī)的定型產(chǎn)品，但清洗 對象僅限于

45、小面積的曲面玻璃，這是因?yàn)樾∶娣e的曲面玻璃應(yīng)用較廣，占市場份額較大。 能清洗面積較大的曲面玻璃清洗機(jī)尚無企業(yè)研制。當(dāng)清洗大曲面玻璃時，清洗機(jī)必須要向 國外廠家定做。 1.2.3國內(nèi)外發(fā)展趨勢 玻璃清洗機(jī)的未來發(fā)展趨勢將是:提高清潔度、節(jié)能環(huán)保、高效、耐用度高、使用方 便等方向發(fā)展‘910 1、清潔度:當(dāng)前，由于世界人口的劇增、人類的過度索取和浪費(fèi)，以及工業(yè)污染等原因， 環(huán)境污染己成為全世界人民關(guān)注的問題，而高品質(zhì)清洗機(jī)設(shè)備無論在空氣、水質(zhì)、噪聲等 多方面均不存在任何污染。清潔度則為選擇清洗機(jī)的最主要技術(shù)指標(biāo)之一。 2、效率:玻璃清洗設(shè)備是玻璃生產(chǎn)線

46、中的一部分，玻璃清洗機(jī)未來的發(fā)展趨勢應(yīng)該 是現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，與生產(chǎn)線上其它設(shè)備通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，并采用先進(jìn)的控制技術(shù)和 多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)過程自動化、管理自動化己成為必然。 3、節(jié)能環(huán)保:世界能源緊缺，節(jié)能迫在眉睫。玻璃清洗機(jī)是玻璃加工中使用較多的設(shè) 備，降低玻璃清洗機(jī)的能耗，對提高企業(yè)競爭力，減少環(huán)境污染，緩解能源短缺都具有巨 大的意義。玻璃清洗機(jī)的研發(fā)必然朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。 4、耐用度:設(shè)備質(zhì)量好，使用壽命長，故障率低，就提高了設(shè)備的性價比。 以I二幾個指標(biāo)是玻璃清洗機(jī)要綜合考慮的問題，也是國內(nèi)廠家研發(fā)玻璃清洗機(jī)的主要方向。 1.3項(xiàng)目背景及意

47、義 1.3.1項(xiàng)目背景 本項(xiàng)目的研究背景是為某大型玻璃生產(chǎn)企業(yè)的玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該企業(yè) ‘}三產(chǎn)的玻璃是大型的曲面玻璃，玻璃在經(jīng)過預(yù)洗、高溫加熱、彎曲鋼化一系列工藝后清洗 干凈，然后根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要求在玻璃表面貼防爆膜lz]0山于生產(chǎn)的曲面玻璃面積較大， 要經(jīng)過清洗、吹干、翻轉(zhuǎn)和貼模等工序，企業(yè)無法在市場}幾找到合適的曲面玻璃清洗機(jī)， 必須根據(jù)玻璃大小和形狀訂做一臺曲面玻璃清洗機(jī)，國內(nèi)研發(fā)的玻璃清洗機(jī)性能不如國外 企業(yè)的優(yōu)越，而向國外企業(yè)訂做一臺曲面玻璃清洗機(jī)成本太高，性價比不高，設(shè)計(jì)、運(yùn)輸 和安裝周期太長，不能及時投入生產(chǎn)和滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求。

48、鑒于上述原因，為滿足企業(yè)生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率，企業(yè)決定和學(xué)校共同研發(fā)一臺 玻璃清洗機(jī)以滿足生產(chǎn)需求。 1.3.2項(xiàng)目實(shí)施的目的、意義 玻璃清洗機(jī)的設(shè)計(jì)分為機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品的功能及要求，在參 考了國外的先進(jìn)清洗設(shè)備后，清洗機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)己由企業(yè)設(shè)計(jì)完畢。本項(xiàng)目的任務(wù)是按照 玻璃清洗的工藝要求為玻璃清洗機(jī)設(shè)計(jì)整套電氣控制系統(tǒng)，擬結(jié)合具體生產(chǎn)工藝，合理設(shè) 計(jì)控制系統(tǒng)硬件和軟件，使清洗過程自動化，并與后面的生產(chǎn)工序相結(jié)合。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 關(guān)鍵部分是把西門子S7-300PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)和觸摸屏技術(shù)等自動化技術(shù)相融合，設(shè)

49、 計(jì)出一套玻璃清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)以提高生產(chǎn)能力，具有性能可靠、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，同 時能滿足生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一臺清洗機(jī)只需要一 百萬左右的成本，只有國外同類產(chǎn)品價格的五分之一，大大節(jié)約了企業(yè)的設(shè)備成本。本項(xiàng) 目設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過電氣設(shè)備的安裝和軟件的必要調(diào)試，就可以直接用于生產(chǎn)線，運(yùn)行后， 它不但滿足了生產(chǎn)的實(shí)際要求，還實(shí)現(xiàn)了過程自動化，提高了生產(chǎn)效率，并且還便于操作 人員的使用和監(jiān)控。所以本項(xiàng)目具有非常高的實(shí)用價值。 1.4主要工作內(nèi)容 本項(xiàng)目完成的玻璃清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有: 1、對玻璃清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，詳細(xì)說

50、明玻璃清洗機(jī)的組成及工藝流程，為電氣控 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出具體的控制要求。 2、電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。按玻璃清洗機(jī)的工藝流程提出控制系統(tǒng)總體方案，包括電 氣系統(tǒng)布置圖、傳感器的布置及選用類型、PLC和觸摸屏通訊、交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 3、電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。包括各種電機(jī)的計(jì)算和選型、風(fēng)機(jī)的選型、水泵的選型， 變頻器的選型和參數(shù)設(shè)定、觸摸屏的選型、PLC的選型等。 4、電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。包括PLC的程序設(shè)計(jì)和觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)。 5、電氣控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。包括電氣控制系統(tǒng)的安裝、軟件和硬件的調(diào)試。 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)中，吸收了

51、國內(nèi)外先進(jìn)的控制技術(shù)，整套控制方案以PLC 作為工業(yè)控制器，結(jié)合變頻器調(diào)速，配合使用觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，使設(shè)備操作更方 便，使整個控制系統(tǒng)控制過程最優(yōu)化和生產(chǎn)管理自動化。 本章小結(jié) 本章敘述了國內(nèi)外清洗設(shè)備電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展趨勢，提出了項(xiàng)目研 究背景及意義，說明了項(xiàng)目的主要工作內(nèi)容。 第二章玻璃清洗機(jī)工藝過程分析 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的對象是玻璃清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)前，需要分析玻璃清 洗機(jī)設(shè)備的組成及工作過程，以便明確玻璃清洗機(jī)各過程的具體控制要求，為控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的

52、基礎(chǔ)。 2.1設(shè)備總體結(jié)構(gòu) 本項(xiàng)目的玻璃清洗機(jī)專門清洗曲面玻璃。玻璃清洗機(jī)的組成包括上片段、清洗室、干 燥室、過渡傳輸段1、旋轉(zhuǎn)架和過渡傳輸段2組成。清洗機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 玻璃清洗機(jī)的工藝流程:上片、高壓水沖洗*干燥*過渡傳輸1*旋轉(zhuǎn)*過渡傳輸20 彎曲的玻璃首先上片，然后被送到清洗室經(jīng)高壓水沖洗掉表面的污垢，進(jìn)入到干燥室吹干， 除靜電后，又經(jīng)過渡傳輸段1送到旋轉(zhuǎn)架，旋轉(zhuǎn)架把玻璃旋轉(zhuǎn)1800后翻轉(zhuǎn)，最后再送到過 渡傳輸段2進(jìn)行下一道工序。 2.2設(shè)備組成和工藝過程分析 下面詳細(xì)介紹各部分的組成，并對每個工作段進(jìn)行詳細(xì)的工藝過程分析，同時提出

53、各 工作段的控制要求。 1.上片段 上片段裝置如圖2-2所示。玻璃在清洗前放在上片段上，通過上片段把玻璃傳輸?shù)角? 洗室。上片段由傳輸鏈和傳輸電機(jī)Ml組成。傳輸鏈由傳輸電機(jī)M1傳動，因?yàn)閭鬏斔俣? 要求可任意調(diào)速，所以傳輸電機(jī)M1調(diào)速應(yīng)該采用無級調(diào)速。在沒有玻璃通過時，如果開 啟傳輸電機(jī)M1，電機(jī)M1是在低速下運(yùn)行的，傳輸鏈的傳輸速度慢，如果有玻璃傳輸， 傳輸速度應(yīng)該加快以提高工作效率。 以下為圖2-1 玻璃清洗機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖： 圖2-2上片段裝置結(jié)構(gòu)圖 Fig.2-2 The equipment

54、structure map of theater section 2.清洗室 洗滌裝置如圖2-3所示。清洗室由7個水箱、7個水泵、7個水加熱器、噴頭、傳輸電 機(jī)M2和傳輸鏈組成。玻璃通過上片段傳輸后，進(jìn)入清洗室。洗滌時，用高壓水沖刷玻璃， 所以玻璃的上下兩面都設(shè)了高壓水噴頭，水的高壓是由水泵產(chǎn)生的，水壓要求加到 10}12kg/m2。清洗要求水溫要達(dá)到500C左右，以保證洗滌效果，如果水溫達(dá)不到要求，用 水加熱器加熱。洗滌用的水是去離子水，水經(jīng)過去離子設(shè)備進(jìn)入到水箱，為節(jié)約成本，洗 滌用的水要循環(huán)使用，在水箱里設(shè)過濾網(wǎng)和去離子設(shè)備都能保證水質(zhì)，最后的水箱進(jìn)新鮮的

55、水，這樣即保證了水的純凈又能節(jié)約用水。洗滌時傳輸鏈?zhǔn)怯蓚鬏旊姍C(jī)2帶動的，洗滌過 程中也要求傳輸速度可以調(diào)整。 圖2-3洗滌裝置結(jié)構(gòu)圖 Fig 2-3 The structure map of washing equipment 3.干燥室 玻璃經(jīng)過清洗后，必須快速吹干，由于高溫加熱、彎曲鋼化后的玻璃再次加熱會造成 幾何尺寸和透光性能的變化，所以不宜采用烘干方式l2]。本設(shè)備采用過濾后高速且有一定 壓力的空氣吹干玻璃表面的水分。離心式的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，壓縮空氣由軟管送到風(fēng)刀， 風(fēng)刀的安裝位置靠近玻璃表面，風(fēng)刀出來的壓縮空氣吹干玻璃。 千燥室控制要

56、求及解決措施: 1)由于玻璃彎曲且面積較大，要求風(fēng)刀根據(jù)玻璃的彎曲曲率可以上下調(diào)整。 措施:由于玻璃面積較大，所以每臺風(fēng)機(jī)接六個風(fēng)刀，如圖2-4B所示，三個風(fēng)刀并列排 在玻璃前段，另三個風(fēng)刀并列排在玻璃后段。位于中間的風(fēng)刀水平布置，兩側(cè)風(fēng)刀沿著玻 璃曲面傾斜安裝，如圖2-4A所示。風(fēng)刀的安裝角度依據(jù)玻璃的彎曲曲率調(diào)整，風(fēng)刀的位 置調(diào)整采用致動器(微型電動螺桿)進(jìn)行上下調(diào)速。風(fēng)刀貼近玻璃，可以更快吹干玻璃表 面的水分，并且使玻璃表面水分蒸發(fā)的速度一致，玻璃表面就不會留一F痕跡。圖2-5是風(fēng)刀和致動器照片。 A附視圖

57、 B鋇J視圖 圖2-4風(fēng)刀與致動器布置圖 Fig 2-4 Arrangement map of wind knife and actuator \ 軟管 傳輸鏈 致動器 風(fēng)刀裝

58、 訂 線 圖2-5風(fēng)刀和致動器照片 Fig 2-5 Photo of wind枷fe and actuator 2)吹干的速度要求快，以便提高整個生產(chǎn)線的速度。 措施:選用較大功率的風(fēng)機(jī)。 3)如果有玻璃從清洗室進(jìn)入干燥室，則風(fēng)機(jī)的風(fēng)門打開，如果玻璃離開干燥室，則風(fēng) 「1關(guān)閉，以降低能耗。 措施:當(dāng)干燥室有玻璃時，風(fēng)機(jī)開啟，同時風(fēng)門打開，依據(jù)傳輸?shù)乃俣扔?jì)算玻璃從進(jìn) 入干燥室到離開干燥室時需要的時間，在PLC程序中設(shè)

59、置風(fēng)門的延時關(guān)閉的時間，使玻璃 離開干燥室時，風(fēng)門關(guān)閉，以達(dá)到節(jié)能的最佳效果。 4)干燥室的傳輸速度也應(yīng)該是可調(diào)的。 措施:干燥室內(nèi)傳輸電機(jī)M3采用變頻器調(diào)速。 第三章電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 上一章介紹了玻璃清洗機(jī)的組成及工藝流程，本章將在前面章節(jié)的基礎(chǔ)上，對玻璃清 洗機(jī)的電氣控制系統(tǒng)提出總體控制方案，敘述玻璃清洗機(jī)的電氣系統(tǒng)原理圖，對伺服電機(jī)、 各種按鈕和傳感器的位置和作用作具體說明。 3.1總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)對玻璃清洗機(jī)生產(chǎn)工藝的實(shí)際調(diào)研和其生產(chǎn)情況的具體了解得知，玻璃制造現(xiàn)場 溫度較高，電磁干擾較大。因此，對控制系統(tǒng)可靠性要求較高，為此，

60、在設(shè)計(jì)時主要考慮 到控制系統(tǒng)的高可靠性。根據(jù)可編程控制器可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)[121，本文采用 可編程控制器進(jìn)行邏輯控制?？刂葡到y(tǒng)分為兩種工作模式，一種為手動模式，一種為自動 模式。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備需要調(diào)試和維護(hù)時，采用手動模式。正常工作時，采用自動模式完成玻 璃的清洗任務(wù)。其核心是對可編程控制器軟件和硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 由于本玻璃清洗機(jī)工藝參數(shù)較多，為方便操作人員在線監(jiān)控，控制系統(tǒng)配合采用人機(jī) 界面(觸摸屏)進(jìn)行人機(jī)對話，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。控制系統(tǒng)中，觸摸屏為監(jiān)控機(jī)，PLC為下 位機(jī)。 控制系統(tǒng)的主要功能包括:現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、傳輸速度控制、水溫控制、報(bào)警實(shí)現(xiàn)等。 其中

61、，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集包括以下幾類:水溫信號、傳輸速度、水位信號等參數(shù)采集;傳輸速 度的控制通過變頻器調(diào)速，變頻器調(diào)頻率采用模擬量給定方式，即通過變頻器的模擬量端 子從外部輸入模擬量信號進(jìn)行給定;水溫控制通過溫度控制器接PLC模擬量模塊，PLC直 接對模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化并運(yùn)算;報(bào)警實(shí)現(xiàn)是通過觸摸屏設(shè)定外部變量與PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 交互完成。 本項(xiàng)目中離心風(fēng)機(jī)功率較大，為降低啟動電流，在電路中采用軟啟動器進(jìn)行降壓啟動。 3.1.1電氣控制系統(tǒng)總體布置 電氣控制系統(tǒng)總體布置如圖3-2所示，圖3-2上方為設(shè)備的正視圖，圖3-2下方為設(shè) 備的俯視圖。從電氣控制系統(tǒng)布置圖中可知:各

62、種電機(jī)、傳感器、按鈕等電氣元件的位置 介J置。下面分別對各種電機(jī)和傳感器的具體布置和作用加以說明。 3.1.2電動機(jī)的布置 電氣控制系統(tǒng)中的電動機(jī)有傳輸電機(jī)、離心風(fēng)機(jī)電機(jī)、水泵電機(jī)和致動器電機(jī)，下面 分別簡述它們的作用及布置方式。 1.傳輸電機(jī):由于清洗機(jī)的工作段是由五個部分組成，每部分都有傳輸帶，并且每段 的傳輸都需要調(diào)速，所以在每段都設(shè)了傳輸電機(jī)，電機(jī)M1是上片傳輸電機(jī)，電機(jī)M2是 i肯洗室傳輸電機(jī)，電機(jī)M3是干燥室傳輸電機(jī)，電機(jī)M22是過渡傳輸段1傳輸電機(jī)，電機(jī) M23是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，電機(jī)M24是過渡傳輸段2傳輸電機(jī)。各傳輸電機(jī)的布置詳見圖3-2。其 ‘1，

63、，上片傳輸速度、過渡傳輸段1傳輸速度、過渡傳輸段2傳輸速度和旋轉(zhuǎn)電機(jī)速度有高、 低兩種速度轉(zhuǎn)換，高低速轉(zhuǎn)換采用變頻器實(shí)現(xiàn)。而清洗段和干燥段的傳輸速度利用觸摸屏 給定，這兩個可連續(xù)變化的變量是模擬量。模擬量的輸入和輸出通過以下方法實(shí)現(xiàn)的:變 頻器U2和U3分別與清洗段傳輸電機(jī)M2和干燥室傳輸電機(jī)M3連接，以上兩臺變頻器的 模擬輸入端子連接PLC模擬輸出端子。 2.離心風(fēng)機(jī)電機(jī):本項(xiàng)目在千燥室設(shè)置了兩臺離心風(fēng)機(jī)，于飛燥室的大小可同時容納兩 塊玻璃，每臺離心風(fēng)機(jī)吹干一塊玻璃，兩臺離心風(fēng)機(jī)可同時吹于兩塊玻璃。因?yàn)榇蹈蓵r風(fēng) 1 1.Eli.要求較大，所以選擇的離心式風(fēng)機(jī)功率較大，離

64、心風(fēng)機(jī)電機(jī)動，以減小啟動電流。yi 3.水泵電機(jī):清洗室下面共設(shè)置了七個水箱和七臺水泵，每臺水泵接4個噴嘴，噴嘴 要傳輸帶上下對稱布置。水箱內(nèi)裝有去離子裝置，水經(jīng)過去離子裝置成為處理過的純凈水， 水泵把純凈水的水壓提高后，純凈水經(jīng)由噴嘴噴射到玻璃上下表面，沖掉玻璃表面的污垢 和灰塵。 4.致動器電機(jī):致動器電機(jī)的作用是移動風(fēng)刀，調(diào)整風(fēng)刀與玻璃之間角度。 3.1.3傳感器的布置及類型‘14-151 傳感器檢測系統(tǒng)主要被用來檢測機(jī)電一體化系統(tǒng)自身的作業(yè)對象、作業(yè)環(huán).境的狀態(tài)， 為有效地控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的動作提供信息。 傳感器按輸出信號分為開關(guān)型、模

65、擬型和數(shù)字型，在本項(xiàng)目中，設(shè)置的傳感器大多屬 于開關(guān)型，只有檢測水溫的溫度傳感器屬于模擬型傳感器。 依據(jù)第二章的控制要求，傳感器布置如圖3-2所示。下面將說明各工作段傳感器的作 用。 1、上片段:在上片段初始位置設(shè)置傳感器14.0，在上片段結(jié)束位置設(shè)置傳感器14.10 14.0是檢測上片段有無玻璃在傳輸帶上的信號，14.1是檢測玻璃在上片段快要結(jié)束、將要進(jìn) 入清洗段的信號。因?yàn)楣怆妭鞲衅骶哂蟹墙佑|檢測靈敏度高、精度高、測量范圍寬、響應(yīng) 快、體積小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，所以兩個傳感器都選用光電式傳感器。 2、清洗段:在清洗段的傳感器有兩種傳感器:浮球液位控制器和

66、水溫傳感器。 水箱液位控制器位置如圖3-3所示，圖中13.013.7是檢測水位的傳感器，KO-K6是熱 電阻傳感器。 水位控制的原理:水箱在一定的高度設(shè)置了浮球液位控制器，七個水箱共有七個浮球 液位控制器13.013.6和一個溢水閥浮球液位控制器13.7，浮球液位控制器13.0-13.6所在位 置是水箱設(shè)定的最低水位，浮球液位控制器13.7所在位置是水箱設(shè)定的最高水位，通過以 上浮球液位控制器控制水箱水位在最低水位與最高水位之間。浮球液位控制器13.013.7與 PLC的數(shù)字量輸入模塊連接，溢水閥電磁閥和補(bǔ)水電磁閥與PLC數(shù)字量輸出模塊連接。通 過PLC軟件編程，當(dāng)水箱的水位高于溢水閥液位控制器13.7時，控制溢水閥開啟;‘與水箱 的水位低于浮球液位控制器13.013.6時，控制補(bǔ)水電磁閥開啟補(bǔ)水，直到水箱喂的水位達(dá) 到設(shè)定高度。 水溫控制的原理:水箱內(nèi)的水溫通過熱電阻溫度傳感器KO-K6檢測。熱電阻溫度傳感器 模擬量信號(電壓)傳輸?shù)絇LC模擬量模塊中，PLC與觸摸屏設(shè)定的水溫值進(jìn)行比較、運(yùn) 算后，控制水加熱器的起停。\ 3.1