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全自动玻璃切割机控制系统设计和实现机械自动化专业

发布时间:2024-09-26

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  采用PLC来控制玻璃切割机,能实现切割过程中速度和角度精准把控,对于生产速度以及生产质量也有着显著提升,企业收益也会随着水涨船高。结果表明,玻璃自动切割机控制系统设计在技术上是可行的,符合当今市场上自动玻璃切割机的功能要求,有着良好的市场前景。

  玻璃及其加工产物已经全面覆盖到生活中的各个角落,因其美观、可塑形状多样的特性作为重要的装饰材料被应用到家居装修行业中;其采光性又让它在建筑行业同样大放异彩;根据普通玻璃加工而成的安全玻璃也被赋予了汽车风挡等的安全功能。通过对目前已知信息的查阅得知,如今全世界普通玻璃通过功能诉求演化出的加工玻璃(含特种玻璃)已有上千种,玻璃行业呈现了品种多样、质量优异的趋势,并在自动化工业生产加工的模式下逐渐实现了系统化和标准化。

  国外的自动玻璃切割机控制发展较我国超前许多,虽然在性能方面十分先进,但在设计上比较单一,无法完全满足我国内部的生产需要;而且出售价格十分高昂,维修周期长;另外,这些主要是针对欧美国家销售的,大多采用英文的操作界面,国内工人使用起来不是十分方便。

  随着智能化的逐渐普及,类似玻璃切割这种需要高精度的产业,一定会全面取替人工作业。因此,借鉴国外现有的玻璃切割方面的先进技艺,再结合我国玻璃制造行业的短板,开发拥有自主知识产权的玻璃切割机控制系统,用来取代同类进口设备,极具现实意义。

  结合国内外自动玻璃切割机及其控制系统的现状,分析得出,采用国内广泛应用的工业控制器,开发出一套完整的玻璃切割控制系统,从而应用到我国的玻璃加工生产当中,将极大的推动我国玻璃生产制造业的发展。PLC性能高、价格低、功能性强、稳定性强、简单易学,而且已经被广泛应用于工业领域,硬件配套设备已经十分完善,系统设计过程中的设备选型,后期的调试及维修都十分方便,体积小能耗低也是其在工业中应用广泛的一大优势。这些都完美契合玻璃切割机本身需要的属性,故采用PLC作为此次设计的控制器。传动装置同样作为系统中的一个重要组成环节,也需要同样的属性来满足玻璃切割机的精准等属性,步进电机的属性恰好对应了玻璃切割机的要求。步进电机强于其它电机的地方,就在于其可通过驱动器输入端接收到的脉冲数和频率控制步进电机的角度和速度,实现开环控制,无需反馈信号。由PLC输出信号控制步进电机,再由步进电机带动刀头在空间内自由移动就实现了全自动玻璃切割机控制系统的设计功能框架。

  (2)单片机自身成本低,但是需要和其他元件和软件共同应用,开发任务艰难;PLC成本较高,但在国内工业领域已广泛应用,配套设备更加完善,而且开发周期短,可靠性高。

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  尽管已经取得了空前的成绩,但是国内玻璃制造产业仍存在着致命弊病,没有自主研发核心技术,无法自主生产完整的配套设施。现如今,自动玻璃切割机控制系统很多都是直接购买外国研发的产品,核心技术仍然由国外的几家大型玻璃制造加工企业垄断。这些企业主要有:百超(BYSTRONIC,瑞士)、李赛克(LISEC,奥地利)、保特罗(BOTTERO,意大利)等。上诉这些都是玻璃制造行业中的佼佼者,均能独立研发全套的自动玻璃深加工系统,完全舍弃人工操作,集合了自动上片、自动切割、自动掰片、自动磨边、自动清洗、自动镀膜、自动刻花等一系列全自动玻璃切割所需功能。然而,这些企业之所以能够成为行业笼统,更重要的是他们注重系统软件的开发,有着世界一流的CAD计算机辅助系统,执行从原料到订单、包括图形处理在内的诸多数据的管理,还能根据不同的产品要求,进行切割工艺的调整,还附加了NC程序自动生成功能以及设备实时监控等尖端技术,无论是在实行生产自动化,还是解决自动信息交换、自动信息共享、自动信息传输等多种信息处理方面,都有着傲视全球的成绩。

  为了设计出应用在工业级生产当中,高效、精准的玻璃自动切割机器,改变传统费时费力的人工切割玻璃的方式,实现对不同规格的玻璃进行理想图形切割,减少人工操作带来的风险,提升企业效率和利益,本设计利用PLC作为自动玻璃切割机的控制系统,步进电机作为主要传动装置,PLC发出信号至步进电机驱动器,控制步进电机的正反转和转动速度,步进电机前端的齿轮带动皮带实现前后运动。同时控制三个步进电机,实现玻璃刀头在X、Y、Z三轴中的自由运动以及速度控制。PLC发出旋转刀头信号,通过气压阀带动气压装置,触发90°定位销装置,实现玻璃刀头的0°、90°、180°的旋转功能。能够控制刀头自由运动的方向和速度,便可以满足玻璃切割机对规则图形切割功能。

  世界主要发达国家的工业化程度高,导致了加工玻璃市场份额正从二十世纪八、九十年代的60%、二十一世纪初的70%上升到如今的75%以上,其中数量庞大、品质优异的加工玻璃如安全类玻璃、节能环保型玻璃、外观改造的装饰型玻璃等市场生产量和需求量都在不断扩张。

  为挽救中国玻璃制造行业的颓势,“十五”期间,国家开放了诸多政策,我国玻璃产业如雨后春笋般迅速发展。这5年时间里,浮法生产线亿重箱,特别是“十五”期间的最后两年时间里,浮法生产线条,相较前三年,平均每年递增超过6000多万重箱,每年产量平均增长速度达14.7%。这几年时间里,建筑行业也是飞速发展,急需一套符合安全要求的建筑玻璃,政府推行了大批建筑安全标准、政策和法规,加上国内各企业严格的执行和精密合作,建筑安全玻璃正式问世,之后例如中空玻璃和安全玻璃等深加工玻璃也是以势如破竹之势飞速发展,中空玻璃总产值较往年增长了7倍,Low-E玻璃的总产值也突破至4倍,加工玻璃机器的生产率在“十五”期间从15%提升了十个百分点至25%。之后十年,我国玻璃制造业依旧不断革新,融入新技术,仍处于高速发展,尤其是深加工玻璃领域,不仅仅是在产量,还是国内外的销售量方面每一年都呈递增趋势,有着非常广阔的前景。二十一世纪初期,我国玻璃制造业在国际上产生了巨大反响,在第十七届国际玻璃工业技术展览会中,我国众多玻璃制造加工企业一鸣惊人,正式开启国产玻璃制造的新浪潮。此次展会展出的作品几乎囊括了所有的玻璃品种和玻璃产出技术和装置,其中玻璃品种包括用于家居的装饰玻璃、用于机械设备的工业玻璃、用于电子产品的屏幕玻璃、用于保障人身或物品的安全玻璃、用于生活或工艺用途的玻璃艺术品。饮水思源,上诉玻璃生产涉及的设备和材料也是展会一大亮点,最为突出的有传统玻璃切割机改造进化而来的玻璃深加工机械、罕见的自动控制系统以及最新的耐火材料和辅助材料等。尽管参展作品种类如此多样,但有一类展品却成为此次展会最炙手可热的线%,它就是由计算机控制的玻璃切割设备,这次展会给未来玻璃制造业的智能化发展提供了许多新思路。国内参展单位超过总参展数一半,包括私有企业在内一共由334个参展团队,参展的产品性能与国际顶尖水平相比丝毫不处于劣势。

  单片机是一种集成电路芯片,采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成一个小而完善的微型计算系统。

  (1)PLC属于单片机的子产物,但是青出于蓝而胜于蓝,经过长期的应用调试,PLC已经成为技术成熟,效果稳定的独立产品,而且有着较强的通用性。

  PLC即可编程逻辑控制器,为了迎合现代自动化工业的发展应运而生的电子设备,采用数字运算,内部搭载用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数操作等面向用户的指令的可编程储存器,并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

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