基于组态王和PLC的玻璃立式数控钻孔设备控制系统设计.pdf

1 l 0 工业仪表与自动化装置 2 0 1 5年第 4期 基 于组态王和 P L C 的玻璃 立式数 控钻孔设备 控 制 系统 设 计 孙清 ， 魏海波 ， 林抬 ， 张君薇 1 ． 沈阳药科大学 医疗器械 学院； 2 ． 辽宁装备制造职业技术学院 自动控制工程 学院， 沈阳 1 1 0 0 0 0 摘要 针对玻璃数控钻孔过程 中钻头定位精度低， 孔的加工质量差 ， 将 交流伺服驱动、 步进驱 动、 交流变频等技 术应用于玻璃钻孔设备 中， 提 出基 于组态王和 P L C的玻璃立式数控钻孔设备的 控制 系统。对玻璃立式数控钻孔设备的结构和工艺流程进行 了介 绍， 研 究了以上位 工控机和 2台 P L C为核心的控制 系统结构 ， 给 出了伺服驱动位置控制方法和步进驱动钻头进给控制方法 ， 并完成 上位机监控软件的开发； 解决了孔的定位精度和钻孔的质量问题， 提高了加工精度和设备可靠性。 关键词 玻璃钻孔 ； P L C； 组 态王； 位置控制 中图分类号 T G 5 2 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 5 0 4 0 1 1 O一 0 4 De s i g n o f v e r t i c a l g l a s s dr i l l i ng e qu i pme nt ’ s c o nt r o l s y s t e m b a s e d o n Ki n g Vi e w a n d PLC S U N Q i n g ， WE I Ha i b o ， L I N Z h e ， Z H A N G J u n w e i 1 ．Me d ic a l D e v i c e s C o l le g e ， S h e n y a n g P h a r m a c e u t i c a l U n i v e r s i t y ； 2 ．F a c u l t y o fA u t o m a t i c C o n t r o l E n g i n e e r i n g， L i a o n i n g E q u ip m e n t Ma n u f a c t u ri n g V o c a t i o n a l a n d T e c h n ic a l C o l l e g e ，S h e n y a n g 1 1 0 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r o b l e ms o f l o w p o s i t i o n i n g p r e c i s i o n a n d p o o r d r i l l i n g q u a l i t y i n NC g l a s s d ril l i ng p r o c e s s，t h e AC s e r v o d riv i n g，s t e p p e r d riv i ng a n d AC f r e qu e n c y c o n v e r s i o n t e c h n i q u e s we r e a p p l i e d i n g l a s s d ri l l i n g e q u i p me n t s ，a v e r t i c a l g l a s s d ri l l i n g c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n K i n g Vi e w s o f t w a r e a n d P L C w a s p r o p o s e d ．T h e e q u i p me n t ’ S s t r u c t u r e a n d i t s p r o c e s s fl o w w e r e i n t r o d u c e d ．T h e c o n t r o l s y s t e m wh i c h i n c l u d e d u p pe r I P C a n d t wo PLC d e v i c e s h a s b e e n r e s e a r c h e d a n d t h e d e v e l o p me n t o f u p p e r mo ni t o ting s o ftwa r e h a s b e e n c o mp l e t e d．Th e p r o b l e m o f l o w p o s i t i o n i n g p r e c i s i o n a n d p o o r dr i l l i ng q ua l i t y wa s s o l v e d，t h e p r o c e s s a c c u r a c y a n d r e l i a b i l i t y h a s b e e n g r e a t l y i mp r o v e d ． Ke y wor ds g l a s s d r i l l i n g；PLC；Ki n g Vi e w ；p o s i t i o n c o n t r o l 0引言 1 设备结构及 工艺流 程介绍 随着现代高层建筑 的迅速崛起 ， 点式幕墙玻璃 得到了广泛应用 。玻璃立式数控钻孔设备是一种能 够实现在大幅面玻璃上多点、 快速、 精确定 位 ， 并 自 动双面钻孔 ， 代替 卧式 钻孔设备 和人工手动钻孔 。 近年来 ， 它在玻璃深加工企业得到了广泛 的应用 ， 提 高了生产效率 ， 保证了点式幕墙玻璃的加工质量 。 收稿 日期 2 0 1 5 0 31 1 基金项 目 2 0 1 3年辽宁省教育厅科学研究项 目 L 2 0 1 3 5 2 2 作者简介 孙 清 1 9 6 6 ， 女 ， 浙 江宁波人 ， 硕士 ， 副教 授 ， 主要 从 事检测技术与 自动化装置方面的研究 。 1 ． 1 设 备结 构 玻璃立式数控钻孔设备的组成如图 1所示 ， 它 由钻头机构、 钻头垂直传送机构、 玻璃水平传送机 构 、 立钻钻架 、 进料端和出料端等组成。 1 ． 2工艺流 程 玻璃立式数控钻孔设备在系统上电后 ， 首先在 上位机参数画面输入钻头参数 、 钻孔参数 和玻璃参 数 ， 然后将被加工玻璃放在进料端 ， 设备启动 ， 开始 运行 ， 其工艺过程如图2所示 。 2 0 1 5年第 4期 工业仪表与 自动化装置 A l 鞋 A 1 ． 立钻进料端 ； 2 ． 玻璃立钻钻架 ； 3 ． 立钻 出料端 ； 4 ． 地脚 ； 5 ． 水平同 步带传送槽； 6 ． 垂直传送电机； 7 ． 水平传送电机； 8 ． 钻头机构； 9 ． 变频 电机 ； 1 0 ． 步进 电机 ； 1 1 ． 钻头 ； 1 2 ． 压盘 ； 1 3 ． 气缸 图 1 玻璃立式数控钻孔设备结构示意图 图 2 设 备工艺流程 图 1 ． 3 控制系统设计要求 1 可靠性 能够保证设备按照工艺流程长期稳 定运行 ， 具有 自锁和互锁功能 ； 2 实 用性 设置 密码 ， 防止非 法操作 ； 能够快 速、 精确进行孔的定位 ； 实时监控设备 的运行状态 ； 具有 自我诊断和异常报警功能 ； 3 操作性 人机操作 界面简 明， 能够现 场设定 各种控制参数 ； 4 主要技术指标 4 0 0 4 0 0 m m≤玻璃加工 尺寸 ≤ 3 0 0 0 2 5 0 0 mm，玻璃厚度为 3～2 5 mm， 可钻孔孔径为 一 1 0 0 m m， 中 L ,ffL 误差为 士 0 ． 1 n Ⅱ n ， 两孔对角线误差≤ 0 ． 3 1 1 1 1 1 “1 ， 同心度误差为 0 ． 1 I 砌 ， 每片玻璃最多可钻 1 6 个孔。 2 控 制系统结构设计 根据玻璃立式数控钻孔设备的工艺流程和控制 要求 ， 控制系统的结构框图如图 3所示。 I I 1 I P LC P LC 图 3 控制系统 的结构框 图 系统采用 2台三菱 F X1 S系列 P L C进行控制 ， 其中一台 P L C对水平传动系统、 垂直传动系统进行 控制 ； 另一 台 P L C对前、 后钻 头的步进给进进行控 制。上位工控机采用组态王软件提供人机界面 ， 相 关参数通过人机界面由上位机下传到 P L C中； 根据 上位机的指令完成相应操作 ， 实时采集运行参数 ， 由 工控机统一管理， 实时监控设备的运行状态 。 1 孔的位置控制 孔的 轴方向由水平传动系 统定位， 采用松下 M I N A S A系列 A C伺服驱动器 MD D A1 5 3 A I A 和伺 服电机 MD MA 1 5 2 A 进行 控 制 ， 玻璃在水平方 向的移动距离取决于被钻孔 的 坐标值 。孑 L 的 】 ， 轴方 向的位 置 由垂直传动 系统定 位 ， 采用 A C伺 服驱动器 MD D A 2 0 3 A I A 和伺 服电 机 MD MA 2 0 2 A 进行控制 ， 钻头机构上 下移动距 离 取决 于被钻孔的 y坐标值。 2 钻头的进给及复位控制 该设备加工玻璃 为 立式放置， 采用 H型支架和钻头机构， 使前、 后钻头 对称分布在玻璃两侧 ， 调整钻头机构 ， 保证前 、 后钻 头同心。通过气动压盘夹紧机构夹紧玻璃 ， 进行双 侧钻孔。为了提高钻孔的效率， 钻孔时， 在钻头未到 达玻璃表面前， 要求钻头能够快速给进； 同时， 由于 玻璃厚度 、 钻孔孔 径的不 同， 钻孔 的攻进 速度也不 同 ， 因此在钻头接近玻璃表面时 ， 钻头按照上位机 的 设定控制钻头的攻进速度 ； 当钻孔深度达到玻璃厚 度 1 ／ 2时 ， 要求钻头快速退出复位 。系统采用传动 丝杠机构 ， 直线导轨 ， 步进驱动器 P MMB D一 5 3 1 3 1 O 和 步进 电机 1 0 3 H 8 5 8 27 0 4 1 分段 步进控 制 。通过 P L C输 出步进脉冲频率和脉冲数 ， 控制钻 头的进给速度和进给量。 3 钻头 的旋转速度控 制 玻璃 的不 同厚度 、 不 同直径 ， 要求钻头的旋转速度不 同， 系统采用交流变 频调速器和交流电机进行控制。按照工艺要求， 由 上位工控机设定钻头的旋转速度。