中空玻璃自动涂胶系统的开发
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【摘 要】针对某玻璃公司中空玻璃涂胶控制过程改造项目的需求，对原有操作台进行机械和电气改造。利用PLC和伺服单元，实现四边直线涂胶系统的全自动控制。利用MCGS组态技术实现对涂胶过程的监控，监控系统具有手自动涂胶控制、胶枪位置检测、伺服故障报警和数据查询功能。
【关键词】可编程控制器；伺服单元；四边涂胶系统；MCGS
中空玻璃是一种良好的隔热、隔音并可降低建筑物自重的新型建筑材料，在绿色节能、安全、防雾等方面起着重要的作用。它将两片或多片玻璃与密封条、玻璃条粘接、密封。涂布丁基胶在制作中起到第一道密封作用。某玻璃厂涂胶过程存在密封胶浪费，涂胶不均匀，效率低等问题，迫切需要进行改进。
一、系统总体设计
原有系统有支撑台和支撑梁，涂胶机托盘固定在导向支撑梁上，胶枪固定在支撑梁尾端，支撑梁的每次移动可完成玻璃的单边涂胶，同一块玻璃四条边的涂胶工作需对玻璃翻转三次。系统设计的目的是要实现自动化程度较高的涂胶控制，不但可以避免涂胶的浪费、提高涂胶质量，还可以降低成本。根据现场的需要和对操作工人的调研，综合分析后确定方案如下：
（1）改造机械结构完成涂胶枪的两轴向运行
（2）选用PLC控制器提高涂胶的自动化程度
（3）选用伺服单元和伺服电机实现速度控制
（4）选用传感器实现对出胶和断胶的准确控制
（5）开发上位机监控软件实现涂胶过程的实时监控
二、系统结构及硬件选型
系统主要由机械和电气两部分组成[1]。机械部分新增托盘和Y轴向导轨为新增结构。如图1所示。
1.支撑台 2.导向支撑梁 3.托盘 4.胶枪固定柱 5.X轴向导轨 6.Y轴向导轨
图1 涂胶系统机械结构示意图
电气系统包括控上位机部分和下位机。上位机完成涂胶过程信息的实时显示和控制。下位机PLC接受现场传感器的信号，执行程序处理数据，驱动执行单元。主要器件选型情况如表1所示。
表1 主要器件选型
三、伺服单元参数设置
伺服单元的正常运行需对相关参数进行设置[2]，如下：
（一）速度控制方式的设定
当点胶机的出胶量一定时，伺服电机速度稳定时才能涂胶均匀，因此对伺服单元设置为速度控制方式，即Pn000.1=0。利用输入电压与速度成正比的关系，对速度输入指令进行设定。设定速度指令输入为+9V时，电机正向转速为1500r/min，输入为+3V时，电机正向转速为500 r/min。Pn300=900，Fn009的“rEF_0”属性设置为“donE”。
（二）启停时间的设定
为了得到较为平滑的恒定加减速度，需设定其软启动功能。如图2所示。图中Pn305是电机从停止状态达到最高转速所需要的时间，Pn306是电机从最高转速达到电机停止时间，ta为实际加速的，tb为实际减速的，nN为最高速度即额定速度，n为实际运行速度。
图2 软启动加减速度表示图
因，，经变换可得到：，
PLC模拟量输出信号的电压U和转速n满足：
根据经验调整加减速的时间设定ta=tb=100ms，nN=1500r/min，利用上述公式设置Pn305和Pn306。
（三）运行基本功能的设定
结合控制要求，伺服单元的控制需满足伺服ON始终有效、导向支撑梁和托盘均的正、反转控制；超程保护；电机自由运行停止和紧急停止。参数设定为：
Pn50A.1=0，Pn000.0=0，Pn50A.3=2，Pn50B.0=3，Pn001.1=2，Pn001.0=2。
四、软件的开发
（一）PLC软件的设计
PLC程序采用模块化的设计方法，用功能块来完成，如图3所示。FC1 进行初始化，通过磁传感器完成托盘的复位；FC2采集上位机信息，根据上位机确定的玻璃规格选择伺服电机的运行速度；FC3玻璃初始位置的确认，通过光纤传感器检测以此判断是否进入自动四边涂胶过程；FC4四边涂胶功能，涂胶过程有4个顺序状态，状态1为X轴向，状态2为Y轴向，状态3为-X轴向，状态4为-Y轴向；FC5对下一玻璃到位情况进行检测，在设定的时间内如果检测到玻璃到位，则对该玻璃的规格进行确认，如果未检测到下一玻璃则完成控制过程。
图3PLC程序结构图
（二）MCGS组态软件设计
上位机监控系统主画面包括用户登录，手/自动控制，通讯测试，历史查询和打印四个子画面。在进行控制或参数设置之前，需先对PLC和上位机的通讯连接进行检测。所有电机的启动、手动、自动的检测以及传感器的检测用Light控件显示检测状态，并以颜色区分连接状态。进入手/自动控制方式后，先选择玻璃规格，确定涂胶量和电机运行速度后进入控制模式，每个伺服电机均可实现正反转手/自动，二者之间设有互锁。此外显示已涂胶玻璃的规格、加工时间、伺服报警情况，可对历史数据条件查询、打印。
五、结论
自动涂胶监控系统。经过调试后已投入使用，各个功能均达到了改造要求，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PLC应用[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学.2003.
[2] 株式会社.安川∑-Ⅴ系列用户手册[Z].2007：3-5―3-7，5-19―5-24.