基于PLC和伺服单元的自动涂胶系统的开发.pdf

2 0 1 5年第 2期 工业仪表与 自动化装置 3 9 基 于 P L C和伺服单元 的自动涂胶 系统的开发 李瑞 青岛滨海学院 机电工程学院， 山东 青岛2 6 6 5 5 5 摘要 针对某玻璃公 司真空玻璃涂胶工作站改造项 目的需求， 对原有操作 台进行机械和 电气改 造。利用光纤传感器和 电磁传感器采集位置信 号， 西 门子 s 7 2 0 0系列 P L C采 集和处理数据， 通 过安川 ∑ 一V系列 S G D V伺服驱动单元对伺服 电机进行速度控制 ， 实现四边直线涂胶 系统的全 自 动控制。 系统具有手动和 自动涂胶控制功能、 位置检测、 伺服报警和保护等功能。 关键词 可编程控制器 ； 伺服单元 ； 自动涂胶 系统 中图分类号 T P 2 7 l 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 5 0 2 0 0 3 9 0 3 De v e l o pme n t o f t he a u t o ma t i c g l ue s y s t e m ba s e d o n PLC a nd s e r v o u ni t U Ru i Q i n g d a o B i n h a i U n i v e r s i ty ，S h a n d o n g Q i n g d a o 2 6 6 5 5 5 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e r e n o v a t i o n r e q u i r e me n t o f a v a c u u m g l a s s g l u e wo r k s t a t i o n f o r a g l a s s c o mp a n y，t h e t r a n s f o r m o f p l a tf o r m i n c l u d e s me c h a n i c a l a n d e l e c t r i c a 1 ．F i b e ro p t i c s e n s o r a n d e l e c t r o ma g ne t i c s e n s o r g a t h e r i n f o r ma t i o n a b o u t p o s i t i o n．S I MATI C S 7 2 0 0 P LC mo ni t o r s i n p ut s a n d ma k e s d e c i s i o n s b a s e d o n i t s p r o g r a m， a S G D V s e r v o d r i v e u n i t o f t h e s e r i e s o f Y a s u k a w a∑ 一V i s u s e d t o c o n t r o l t h e s p e e d o f s e r v o mo t o r ，a n d a c hi e v e t h e a u t o ma t i c c o n t r o l p r o c e s s i o n i n f o u rl i n e d g l ui ng ．Th i s c h a r - a c t e r i z a t i o n s y s t e m ha s h i g h a u t o ma t i c g l u i n g，p o s i t i o n d e t e c t i o n，s e I T o a l a r m a n d d e f e n s i v e s ． Ke y wo r d s PL C；s e r v o un i t ；a u t o ma t i c g l u i ng s y s t e m 针对某 玻璃厂涂胶工作 站生产线 上密封胶 浪 费， 涂胶质量差， 效率低等问题， 提出了对卧式真空 玻璃涂胶控制系统进行改造的要求 。 1 自动涂胶系统工艺要求 真空玻璃是一种复合玻璃制品， 它具有其他单层 玻璃无法相比的优势， 可以将多种节能玻璃按照不同 的结构粘结为一体， 达到最佳的节能效果。涂布丁基 胶在真空玻璃的制作中起到第一道密封作用。 被涂胶的玻璃到位后 ， 开启涂胶机依次对玻璃 的4个边进行涂胶， 涂胶后的玻璃利用空气悬空输 送至下一工序 ， 同时涂胶机 的托盘 回到初始位置为 下次涂胶做准备 。 2系统设计方案 2 ． 1系统的组成 改造前的卧式涂胶系统有涂胶台和导 向支撑部 收稿 日期 2 0 1 4 0 82 8 作者简介 李瑞 1 9 8 1 ， 女 ， 山西 省晋 中市 人 ， 硕 士， 助教 ， 主要 从 事电气控制 ， P L C的研究 和教 学工作 。 件 ， 涂胶机托盘固定在导向支撑梁上 ， 通过人工控制 导向支撑梁前进或后退进行单边涂胶 ， 完成一块玻 璃四条边的涂胶工作需对玻璃翻转 3次。 自动涂胶系统是一个 以 P L C为核心的机电一体 化系统， 主要由机械和电气两部分组成⋯。机械系 统包括支撑台、 导 向支撑部件、 导轨、 机械传动等部 分， 其中， 托盘和 y 轴导轨为新增结构。如图 1 所示。 1 ． 支撑台 导向支撑梁； 3 ． 托盘 胶枪固定柱； 5 ． x轴向导轨 ； 6 ． Y轴向导轨 图 1 改造后的涂胶系统机械结构示意图 电气系统包括可编程序控制器伺服单元、 伺服 电机和各类传感器。可编程序控制器接收现场传感 器的信号 ， 处理程序数据 ， 驱动执行单元 。伺服电机 由减速装置带动， 完成托盘 轴向和 y 轴向拖动； 4 0 工业仪表与自动化装置 2 0 1 5年第 2期 鼓风机的出风 口与支撑 台上 的气孔相连 ， 使玻璃悬 空于支撑台上 ， 实现对玻璃 的输送 。检测单元完成 涂胶机的位置、 玻璃位置、 极 限位置的检测。 2 ． 2 系统功能 涂胶 的控制方式有手动操作和 自动操作两种 ， 两种方式的切换通过转换 开关实现 ， 二者之间电的 连接相互独立。当转换开关置位 “ 手动 ” ， 按下操作 板上相应 的点动 开关实现点 动操 作 ； 置位 “自动 ” 时 ， 伺服电机 M 拖动导 向支撑梁沿 轴正反运行 ， 伺服 电机 M 拖动固定涂胶机的托盘沿 l ， 轴正反运 行 ， 使胶枪按照 一I ， 顺序， 根据预先下 载的控制程序及轨迹行程程序进行 自动且连续的四 边涂胶 ， 涂胶完毕后 自动退 回原点。同时 ， 控制鼓风 机完成被加工玻璃的输送 。 表 1 光纤传感器与伺服电机的逻辑关系图表 3 ． 3 P LC的选型 系统选用西门子公 司 s 72 0 0系列 P L C作 为 数据处理单元 ， 具有体积小、 重量轻 、 功耗低、 维护方 便等优点。 3 ． 4 伺服单元的选型 为实现出胶的精确定位 ， 系统选用了安川 ∑一V 系列 S G D V伺服驱动单元 2 0 0 V S G D V一 1 8 0 A 0 1 A 。 由于尺寸的需要选用 S G MG V一 2 0 A D C 6 1 伺服电机。 3 硬件选型 4 伺服单元参数设置 4 ． 1 参数 的设置 3 ． 1 涂胶机的选择 系统选用 了 I E I 岩下 A D一3 0 0 0 C点胶机控制 器 ， 滴胶速度快 ， 滴胶精准。参数设定如下 吐 出 压力调节 8 0 P a ， 吐出时间调节 1 s ， 吐出模式为固定 模式 连续吐出 。 A D一 3 0 0 0 C点胶机 的开始输入 和吐出完结 的 开关为无电压接点输入和无电压接点输出， 便于对 其进行控制。 3 ． 2 传感器的选型 胶枪原点位置的确定和运动机构的极限保护选 用 O MR O N磁性金属检测 的标准型 E 2 E X 1 0 D 1 S z磁传感器， 动作模式为 O N 。胶枪到达原点位置 和运动机构到达极限位置时传感器输 出 O N。 A D一 3 0 0 0 C的开始输入 点和吐出完结点的检 测选用 O MR O N的 E 3 ED A 2 1一S数字光纤传 感 器 ， N P N型集 电极 开路输出 ， 动作模式选定为 O N。 由于玻璃和操作台的反射率不同， 所以检测到操 作台时输出 O F F ， 检测 到玻璃 时输 出为 O N 。如 图 2所示 ， 光纤传感器安装在胶枪固定柱的下方。光 纤传感 器 的通 断与 伺 服 电机 的运行 关 系 如 表 1 所示 。 图2 光纤传感器安装位置 伺服单元的正常运行需对相关参数 进行如 下 设置 1 控制方式的选择 当点胶机的出胶量一定时， 伺服电机速度稳定 后才能涂胶均匀， 因此对伺服单元设置为速度控制 方式 ， 即 P n 0 0 0 ． 1 0 。 2 速度控制的设定 速度的调整是利用 电位器来实现的， 输入 电压 与速度成正 比， 输入电压与额定转速之间的关系称 作速度指令输入增益 ， 通 过 P n 3 0 0来设定。如 图 3 直线的斜率即速度输入增益。 l 5 0 0 l 0 0 0 5 0 0 图3 速度输入指令增益 P n 3 0 0的设定 范 围 1 5 03 0 0 0 ， 设 定 单 位 为 0 ． 0 1 V ／ 额定转速 ， 因此 P n 3 0 09 0 0 。 上位装置或外部回路的指令电压可能会发生现偏 移 ， 即使输入速度信号为 0 V时， 伺服电机也可能微速 旋转 ， 对偏移量的调整采用 自动调整。在伺服 O F F的 情况下， 将 F n 0 0 9的“ r E ” 属性设置为“ d o n E ” 。 3 软启动的设定 伺服电机在启动和停止的时候应保持恒定加速 度和减速度 ， 因此需设 定软启动功能。P n 3 0 5是 电 机从停止状态达到最 高转 速所需要 的时间， P n 3 0 6 是 电机从最高转速达到电机停止时间， 如图 4所示。 2 0 1 5年第 2期 工业仪表与 自动化装置 4 1 图中 ￡ 为实际加速 ， f 为实际减速 ， 为最高速度 即 额定速度 ， 为实际运行速度 。 图4 软启动加减速度表示图 因 t a n P n 3 0 5 ， f 6 n Pn 3 o6 ，经 变换可 得到 P n 3 0 5 n P n 3 0 6 2 电位器的电压 和转速 n满足 n U 3 根据经验调 整加减速 的时 间设定 t t 1 0 0 m s ， n 1 5 0 0 r ／ mi n ， 利用式 1 ～式 3 设定 P n 3 0 5 和 P n 3 0 6 。 4 基本功能的设定 结合控制要求 ， 伺服单元 的基本功能设定如下 1 伺服 O N 伺服 O N信号主要用来控制伺服电机通电和断 电。当 C N 1 4 0O N时 ， 伺服进入运行状态 ， 只有 伺服电机在停止的状态下才能输入伺服 O N信号， 防止内部元件老化。因此需设定使伺服 O N始终有 效 ， 即 P n 5 0 A． 1 0 。 2 电机旋转方 向的选择 导向支撑梁和托盘均需要正、 反转 ， 系统设计时 通过外部的继电器触点和极限磁传感器实现， 因此 需通 过 P n 0 0 0 ． 0来 切 换 伺 服 电机 的 旋 转 方 向， P n 5 0 A和 P n 5 0 B设定超程保护。即设定 P n 0 0 0 ． 0 0， Pn SOA． 32， P n 5 0B． 0 3。 3 伺服 电机的停止 当伺服 O F F或发生伺服 报警或发生超程 时伺 服电机将停止。停止伺服电机的方法有动态制动器 D B 停止， 减速停止和自由运行停止。 减速停 止是通过紧急停止转矩减速停止 ， 设置 P n 0 0 1 ． 1 2 ； 自由运行停止是通过 电机旋转经过摩 擦实现停止 ， 设置 P n 0 0 1 ． 0 2 。伺服单元 主回路 电 源的电压供给发生瞬时 O F F时， 通过设置 P n S 0 9来 确定电机的运行与停止 。 5 监视功能的显示 安川 ∑ 一V系列 S G D V伺服驱动单元可对其设 定的指令值、 输入输出信号的状态以及伺服单元 内 部的状态进行显示 。在面板上利用 MO D E ／ S E T键 选择监视显示 ， 按 U P ／ D O WN键显示不同的值。 5 软件的开发 玻璃 的涂胶过程具有严格的顺序性 ， 且对每块 玻璃的涂胶工艺都相 同， 采用状态转移 图的设 计思 路来编写 P L C程序。利用 S A来切换手动和自动控 制 ， 当 S A1时实现 自动控制 ， 当 S A0时实现手 动控制。 自动控制状态转移图如图 5所示。 S T A 。R T] _ _1 0 ． 0 _ ． 1 墨 生 I 1 0 ． 1 S O ． 1 卜 - { 置 位Q o ．o l M 1 沿 腹 行 1 0．6 1 0 ． 7／ I 1 ． 1 蔓 [ 圈 点 胶 机 出 胶 _ 一 ．7 ． I 翌 二 I 匡亘 M 沿 艇行 l 匝面 M 沿 艇行 雾 -I - 1 0 5 ‘ T 3 0 r 1 0 ． 2 E ND l 6 结论 利用西 门子 s 7 2 0 0系列 P L C和安川 ∑一V系 列 S G D V伺服驱动单元， 完成了对涂胶控制系统的 改造工作 ， 其硬件结构简单 ， 连线少 ， 可扩展性好 ， 更 换模块简单方便 。经过调试后 已投入使用 ， 各个功 能均达到了预期 的效果。 参考文献 [ 1 ] 王会香． 自动涂胶机械手的研制与 P L C应用[ D] ． 哈 尔滨 哈尔滨理工大学． 2 0 0 3 ． [ 2 ] I E I ．A D 3 0 0 0 C S p e c i f i c a t i o n[ E B ／ O L] ．h t t p ／ ／ w w w ． i w a s h i t ae n g ． C O ． j p ／ e n ／ 0 2 p r o d u c t ／ d i s ／ a d 3 0 0 0 c ．h t m1 ． 2 01 3．1 1． [ 3 ] 株式会社． 安川 ∑一V系列用户手册[ z ] ． 2 0 0 7 3 5m 37．51 9 _ 52 4．