南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 摘要 我國首臺(tái)壓吹式玻璃器皿成型機(jī)樣機(jī)的研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)玻璃器皿無壓吹成 型工藝的空白。但是由于其電氣化、自動(dòng)化程度低，使其動(dòng)作過程不能達(dá)到壓吹式工 藝要求，難以發(fā)揮壓吹式工藝的先進(jìn)性。 本文以壓吹式玻璃器皿成型機(jī)樣機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)目前控制方式的不足，分析 了控制系統(tǒng)的新要求，應(yīng)用可編程控制器、藍(lán)牙通信、變頻調(diào)速、組態(tài)軟件等技術(shù)， 設(shè)計(jì)開發(fā)了以上位機(jī)北京昆侖通態(tài)的n t o u c h 系列觸摸屏( 過程管理級(jí)) 、下位機(jī)三菱 q 系列可編程控制器( 現(xiàn)場控制級(jí)) 為核心的二級(jí)集散式控制系統(tǒng)。上位機(jī)監(jiān)控軟件采 用嵌入式m c g s 組態(tài)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視、參數(shù)設(shè)定、歷史數(shù)據(jù) 查詢等功能。下位機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，主要實(shí)現(xiàn)主電機(jī)和供料機(jī)的同步控制、工 位自轉(zhuǎn)電機(jī)的控制、爐溫的p i d 控制、自動(dòng)排料等功能并接收上位機(jī)的控制指令以 完成工藝參數(shù)的設(shè)定。 現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行表明：本文設(shè)計(jì)的壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的 功能要求，具有較好的可靠性和實(shí)用性，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的要求。 關(guān)鍵詞：玻璃器皿成型機(jī)可編程控制器藍(lán)牙技術(shù)變頻調(diào)速嵌入式組態(tài)軟件 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) a b s t r a c t i n0 1 1 1 - c o u n t r yt h es u c c e s so ft h ef i r s tp r e s s u r e b l o w ng l a s sw a l em o l d i n gp r o t o t y p e m a c h i n e sd e v e l o p m e n tf i l l su pt h ev a c a n c yo ft h ep 地s s u r e b l o w nm o l d i n gt e c h n i c s h o w e v e rb e c a u s eo f t h el o wd e g r e eo f i t se l e c t r i z a t i o na n da u t o m a t i z a t i o n , i t sp r o c e s sc a n t r e a c ht h ep r e s s e - b l o w nt e c h n i c s d e m a n d a n di t sd i f f i c u l tt os h o wt h ea d v a n c e m e n to f t h a tt e c h n i c s c o n t r a p o s i n gt b el a c k o ft h ec o n t r o lm o d ep r e s e n t l yt h i st h e s i sc h o o s e s t h e p r e s s u r e - b l o w ng l a s sw a r em o l d i n gp r o t o t y p em a c h i n ea st h er e s e a r c ho b j e c tt oa n a l y z et h e n e wd e m a n do ft h ec o n t r o ls y s t e m t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no fp r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r ( p l c ) t e c h n i q u e ，b l u e - t o o t hc o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e ，f r e q u e n c yc o n v e r s i o n a n ds p e e d - r e g u l a t i n gt e c h n i q u ea n dc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e , i td e s i g n sa n dd e v e l o p s t w o l a y e rd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，b a s e do nt h ec o r eo ft h eu p p e rt o u c hs c r e e n ( t h e p r o c e s ss u p e r v i s o r yl e v e l ) a n dt h el o w e rp r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r ( t h ef i e l dc o n t r o ll e v e l ) t h es y s t e mc h o o s e sb e i j i n gk u n l u nt o n g t a ic o r p o r a t i o n sn t o u c hs e r i e st o u c h8 c l e 汜nf o r t h el l i p m i t s u b i s h im e l s e c - qs e r i e sp l cf o rt h el o w e r t h eu p p e rs u p e r v i s o r ys o f t w a r e d 鏹i g n e dw i t he m b e d d e dm c g sc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ei sm a i n l yu s e dt or e a l i z ef u n c t i o n s s u c h 勰r e a lt i m es u p e r v i s i o n ，p a r a m e t e r ss e t t i n g ，h i s t o r i c a ld a t ai n q u i r ya n ds oo n t h e l o w e rb e i n gt h ec o r eo f t h ec o n t r o ls y s t e mi sm a i n l yu s e dt od e a lw i t hf u n c t i o n ss u c h 勰t h e s y n c h r o n o u sc o n t r o lb e t w e e nt h em a i nm o t o ra n dt h em a t e r i a l s u p p l ym a c h i n e ，t h ec o n t r o l o f p o s i t i o nr o t a t i o nm o t o r , t h ep i dc o n t r o lo f t h ef l u t l a c et e m p e r a t u r e ，t h ea u t o m a t i cw a s t e r e m o v i n ga n dr e c e i v i n gc o n t r o li n s t r u c t i o n sf r o mt h eu p p e rt or e a i i z et h es e t t i n go f t e c h n i c sp a r a n a e t e r s i ti sp r o v e db yf i e l de x p e r i m e n ta n do p e r a t i o nt h a tt h ed e s i g n e dc o n t r o ls y s t e mo ft h e p r e s s u r e - b l o w ns t y l eg l a s sw a r em o l d i n gp r o t o t y p em a c h i n er e a c h e st h ee x p e c t e df u n c t i o n d e m a n d t h ed e s i g nw h i c hi sd e p e n d a b l ea n dp r a c t i c a b l es a t i s f i e st h em d t m r i a l r e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：g l a s sw a r em o l d i n gm a c h i n e ，p l c ，b l u e t o o t ht e c h n i q u e ，f r e q u e n e y c o n v e r s i o na n ds p e e d - r e g u l a t i n g ，e m b e d d e dc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e 聲明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在 本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā) 表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W 歷而使用過的材料。與我同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均 己在論文中作了明確的說明。 研究生簽名： 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱 或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送 交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。對(duì) 于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 研究生簽名：彩叁杰盤一 沙7 年7 月扣 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓畋式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) l 緒論 1 i 課題研究的背景和意義 我國是玻璃器皿生產(chǎn)大國，但不是玻璃器皿生產(chǎn)強(qiáng)國。玻璃器皿生產(chǎn)行業(yè)一直存 在著能耗大、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不高、工人勞動(dòng)環(huán)境差的問題。玻璃器皿成型機(jī) 技術(shù)不高自動(dòng)化程度低，以及玻璃器皿的成型工藝陳舊是造成這一現(xiàn)象的主要原因。 南通威明精工有限公司成功研制了國內(nèi)第一臺(tái)壓吹式玻璃器皿成型機(jī)樣機(jī)，其壓吹式 玻璃器皿制造工藝尚屬國內(nèi)首創(chuàng)。 玻璃器皿的成型方法主要有壓餅式吹吹法、吸料式吹吹法、滴料式吹吹法和壓吹 法。其中，采用壓吹法的玻璃器皿成型過程如下：將熔融的玻璃料經(jīng)供料機(jī)剪成所需 形狀和重量的料滴，料滴經(jīng)同步擺動(dòng)的導(dǎo)料滑槽落入初型模，經(jīng)沖壓成初型再吹制成 型。與國內(nèi)現(xiàn)行的吹吹法成型工藝相比，壓吹法成型工藝具有產(chǎn)量多、品位高、質(zhì)量 好、品種多、耗能低等優(yōu)點(diǎn)。它可吹制普通圓筒形( 束腰、鼓筒、直筒) 杯、內(nèi)瓜輪 杯、帶厚底盤杯、多邊形或橢圓形等各種異形杯；其杯子的口部比其它吹制工藝制成 的杯子要均勻且厚，一般可達(dá)1 8 m m 、超過普通杯子0 6 - 1 o n ；杯子的透明度和亮 度可與進(jìn)口高檔玻璃杯相比美；水資源耗用可減少7 0 、煤電能節(jié)省6 0 。壓吹法 成型工藝己成為玻璃器皿生產(chǎn)的發(fā)展方向。 目前美國的埃姆哈特公司研制的h 2 8 型壓吹成型機(jī)，意大利“o l i v o t t o ”研制 的“0 9 0 ”系列壓吹機(jī)在該領(lǐng)域一直處于國際領(lǐng)先地位。但由于進(jìn)口設(shè)備不但價(jià)格昂 貴，而且售后服務(wù)困難，所以不適宜國內(nèi)引進(jìn)使用。我國雖對(duì)壓吹法玻璃器皿成型工 藝有所研究，但至今因沒有壓吹法玻璃器皿成型設(shè)備，直接影響了我國玻璃器皿行業(yè) 的優(yōu)化升級(jí)。 南通威明精工機(jī)械有限公司的第一臺(tái)壓吹式玻璃成型機(jī)2 0 0 5 年1 0 月研制成功。 玻璃器皿成型機(jī)能否完好的實(shí)現(xiàn)壓吹法工藝是生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在。因此，開發(fā) 一套操作靈活，運(yùn)行可靠的自動(dòng)化的控制系統(tǒng)保證壓吹式成型機(jī)實(shí)現(xiàn)壓吹式工藝有著 極其重要的意義。它關(guān)系到玻璃器皿的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)安全。 本課題研究的控制系統(tǒng)正是基于該8 工位的壓吹機(jī)樣機(jī)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃器皿生 產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，靈活改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，滿足壓吹式工藝要求。同時(shí)，能夠提高 生產(chǎn)效率。降低生產(chǎn)成本和改善工人勞動(dòng)環(huán)境。項(xiàng)目將為我國玻璃器皿制造業(yè)提供一 套工藝先進(jìn)，能耗低，自動(dòng)化程度高，替代進(jìn)口，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的玻 璃器皿專用制造裝備，為國內(nèi)高檔玻璃器皿的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)掃除障礙，鋪平道路。 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓畋式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 1 2 國內(nèi)外玻璃器皿成型機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前國內(nèi)玻璃器皿成型機(jī)使用的成型方法基本上都是吹吹法工藝。由于成型工藝 緣故存在兩大缺陷：一是料滴形成初型并擠入口鉗成頸環(huán)是借助供料機(jī)泥碗離成型機(jī) 初型模約2 5 米的高度，料滴依靠重力加速度生產(chǎn)的沖擊力滴進(jìn)口鉗，初型僅圓柱面 與初型模接觸，上部敞開在大氣中，故初型表面散熱不同，溫度、粘度和張力不一樣， 同時(shí)剪切料滴的剪刀疤就在初型頂面，造成吹成的杯子厚薄均勻度差，品位不高；二 是初型在初型模中只是形成頸環(huán)的一團(tuán)料，先由頂芯頂出氣穴吹氣，離開初型模后自 轉(zhuǎn)，緩慢吹氣發(fā)泡，翻轉(zhuǎn)水平揚(yáng)料，翻轉(zhuǎn)垂直延伸等過程才能入模吹成杯子，放吹制 過程周期長、產(chǎn)量低。 雖然國內(nèi)外高檔玻璃器皿市場需求強(qiáng)勁，但當(dāng)前國內(nèi)玻璃器皿成型機(jī)由于成型方 法的緣故，生產(chǎn)出的杯子普遍存在厚薄均勻度差、合格率低、能耗大、產(chǎn)品檔次低等 缺點(diǎn)，難以參與高檔玻璃器皿市場的競爭。 與目前國內(nèi)使用的滴料式吹吹法相比，國外流行的壓吹法成型工藝具有如下優(yōu) 點(diǎn)： ( 1 ) 料滴成球料無沖擊的正確落入初型模，料型好，同時(shí)提高了初型模壽命； ( 2 ) 初型及頸環(huán)是沖壓形成并擠入口鉗成頸環(huán)，因?yàn)闆_壓成型的緣故，初型表面 全部與初型接觸，激模均勻，表面溫度、粘度和張力一致： ( 3 ) 料滴的剪刀疤經(jīng)沖壓完全消失，玻璃料的均勻性好； ( 4 ) 初型是沖壓成型的，已初顯形狀，所以入成型模前的吹氣發(fā)泡基本不要或只 需要很短的時(shí)間； ( 5 ) 入模吹氣定型是吹高壓氣，其吹氣時(shí)間和壓力大小要求較高； ( 6 ) 要根據(jù)加工器皿的形狀、容量、底厚來確定料性、料溫、初型模和沖頭的形 狀、尺寸等參數(shù)所以此先進(jìn)工藝能夠產(chǎn)出高質(zhì)量、高品位的玻璃器皿。 壓吹法成型工藝可吹制各種異形杯，如束腰杯、鼓筒杯、橢圓形等。采用壓吹法 工藝的成型機(jī)稱為壓吹機(jī)，它生產(chǎn)出的玻璃器皿具有品位高、質(zhì)量好、品種多、等優(yōu) 點(diǎn)滿足人們對(duì)高檔玻璃器皿的追求。此外壓吹法成型工藝具有產(chǎn)量高、能耗低等優(yōu) 點(diǎn)，己成為玻璃器皿生產(chǎn)的發(fā)展方向。 美國的埃姆哈特公司憑借研制出的h 2 8 型壓吹成型機(jī)，在該領(lǐng)域一直處于國際領(lǐng) 先地位。由于價(jià)格和售后服務(wù)的困難等問題，目前僅有法國、日本等國家在使用該機(jī)。 另外由于該機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，自動(dòng)化程度高，制造難度大等原因，目前僅在美國生產(chǎn)。 意大利“o l i v o t t o ”是專業(yè)生產(chǎn)壓餅式吹吹法吹泡機(jī)的廠家。在2 0 世紀(jì)9 0 年代末， o l i v o t t o 看到了壓吹工藝成型器皿的先進(jìn)性和發(fā)展前途，研制了具有2 、4 、6 、1 2 工位的“0 9 0 ”系列壓吹機(jī)。德國霖德公司目前正處于研制階段。 2 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 鹺吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 國內(nèi)方面，雖對(duì)壓吹法玻璃器皿成型工藝有所研究，但至今因沒有壓吹法玻璃器 皿成型設(shè)備，而從國外進(jìn)口設(shè)備又價(jià)格昂貴，所以壓一吹工藝生產(chǎn)器皿在我國處于空 白( 玻璃瓶除外) ，直接影響了我國玻璃器皿行業(yè)的優(yōu)化升級(jí)。 南通威明精工機(jī)械有限公司是國內(nèi)從事玻璃器皿機(jī)械研制、生產(chǎn)、銷售的專業(yè)廠 家，是我國日用玻璃器皿協(xié)會(huì)的理事單位之一。目前國內(nèi)玻璃器皿廠家的器皿生產(chǎn)設(shè) 備絕大多數(shù)為該公司生產(chǎn)的吹吹法吹泡機(jī)。公司近幾年來一直瞄準(zhǔn)玻璃器皿成型的先 進(jìn)工藝，自主創(chuàng)新研制能適應(yīng)國內(nèi)工藝技術(shù)水平和投資能力的壓吹機(jī)。于2 0 0 2 年開 始進(jìn)行壓吹工藝試驗(yàn)以及先行口鉗的設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究，在初步取得成果的基礎(chǔ)上，第一 臺(tái)8 工位( 可以裝1 2 工位) 的壓吹機(jī)樣機(jī)于2 0 0 5 年1 0 月研制成功。經(jīng)南通市產(chǎn)品 質(zhì)量檢驗(yàn)所檢測，樣機(jī)的主要技術(shù)性能、參數(shù)達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平，經(jīng)江蘇省科技 查新中心查新，表明本項(xiàng)目為國內(nèi)首創(chuàng)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 壓吹機(jī)樣機(jī)的研制成功，已經(jīng)填補(bǔ)了國內(nèi)玻璃器皿無壓吹成型工藝的空白，該機(jī) 還具備吹制多邊形和橢圓形等異形杯的功能，故也填補(bǔ)了國產(chǎn)成型機(jī)吹制異形杯工藝 的空白。隨著壓吹機(jī)性能的不斷提高，我國將自主開發(fā)出一套工藝先進(jìn)、能耗低、 自動(dòng)化程度高、替代進(jìn)口、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的玻璃器皿專用制造裝備，為我國高檔玻璃器皿 的大規(guī)模生產(chǎn)提供條件，使我國成為世界玻璃器皿生產(chǎn)強(qiáng)國。 1 3d c s 集散式控制系統(tǒng) d c s ( d i s t r u b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) ，亦稱d i s t r i b u t e dc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m 即分 布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是集4 c 技術(shù)( c o m p u t e r , c o n t r o l ，c o m m u n i c a t i o n , c r t ) 為一體的 高技術(shù)系統(tǒng)l l l l 2 】。c o m p u t e r 包含信號(hào)處理技術(shù)和控制算法；c o n t r o l 包含傳感器、變送 器和泵閥等控制部件；c o m m u n i c a t i o n 包含計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸和通信；c r t ( c a t h o d er a yt u b e ) 顯示器是人機(jī)交互的重要窗口。 d c s 控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理，而將 對(duì)現(xiàn)場裝置的控制分散實(shí)現(xiàn)的一種新型控制技術(shù)p 】。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技 術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。它既不同 于分散的儀表控制系統(tǒng)，又有別于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是在吸收了兩者優(yōu)點(diǎn)的基 礎(chǔ)上發(fā)展完善起來的- f 7 系統(tǒng)工程技術(shù)，具有很強(qiáng)的生命力。集散控制系統(tǒng)的集中管 理使系統(tǒng)具有操作監(jiān)督方便的特點(diǎn)，同時(shí)，分散控制又使系統(tǒng)的功能分散、危險(xiǎn)分散， 提高了設(shè)備的可利用率。目前，層次化己經(jīng)成為集散控制系統(tǒng)的體系特點(diǎn)，它體現(xiàn)了 集中操作管理、分散控制的思想i4 1 。集散控制系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)一般可分為四層，如 圖1 3 1 所示。 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 第四層 第三層 圖1 3 1 集散控制系統(tǒng)四層結(jié)構(gòu)模式 第一層是直接控制級(jí)：處于這一級(jí)的控制設(shè)備直接與現(xiàn)場各類設(shè)備相連接，對(duì)所 連接的設(shè)備實(shí)施檢測與控制，同時(shí)它接受過程管理級(jí)設(shè)備的管理信息，并向上傳遞設(shè) 備的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。第二層是過程管理級(jí)：這一級(jí)上的計(jì)算機(jī)通過監(jiān) 視生產(chǎn)過程的所有信息，集中顯示、操作、修改過程參數(shù)、優(yōu)化過程處理等。第三層 是生產(chǎn)管理級(jí)：在這一級(jí)上的管理計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)各單元級(jí)的參數(shù)設(shè)定，是產(chǎn)品的總體協(xié) 調(diào)員和控制器。第四層是經(jīng)營管理級(jí)：它將生產(chǎn)管理與辦公室自動(dòng)化連接起來，擔(dān)負(fù) 起全廠的總體協(xié)調(diào)管理【5 l 。 與以往的控制系統(tǒng)相比，集散控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)【6 】【7 j 【s 】= ( 1 ) 功能分層體系。層次化的體系結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了集中操作管理、分散控制的思 想，成為d c s 的重要特點(diǎn)。 ( 2 ) 容錯(cuò)能力強(qiáng)。d c s 系統(tǒng)具有很高的可靠性，廣泛采用了容錯(cuò)、冗余技術(shù)，此 外還具有軟、硬件自診斷功能，使設(shè)備的故障率大為下降，且故障后修復(fù)快。 ( 3 ) 通信功能強(qiáng)。d c s 系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)以數(shù)據(jù)通信的形式，通過網(wǎng)絡(luò)相互連 接構(gòu)成的綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)。內(nèi)部數(shù)據(jù)可以共享，因而節(jié)約大量的控制電纜、一次元 件和變送器等，簡化了各子系統(tǒng)間的接口，降低了維護(hù)、管理的費(fèi)用。 ( 4 ) 功能齊全。d c s 功能齊全，人機(jī)界面友好，集中操作顯示功能，精簡了常規(guī) 監(jiān)視儀表，為運(yùn)行人員提供了綜合性的畫面和信息，有利于全面掌握和分析工況，以 及對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的操作控制。從計(jì)算機(jī)歷史記錄中，可以迅速分析出事故的發(fā)生原 因，處理事故并恢復(fù)運(yùn)行。 ( 5 ) 擴(kuò)展方便、組態(tài)靈活。d c s 控制系統(tǒng)的這個(gè)特點(diǎn)便于控制方案的調(diào)整，能方 便的實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜控制功能，提高控制品質(zhì)，而且系統(tǒng)易于調(diào)試。 ( 6 ) 自動(dòng)系統(tǒng)投入率高。采用d c s 系統(tǒng)以后，主要參數(shù)的控制精度以及自動(dòng)控制 系統(tǒng)的投入率均會(huì)有較大的提高，因此可以節(jié)約能源，提高生產(chǎn)部門的經(jīng)濟(jì)效益。 近年來，隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，d c s 控制系統(tǒng)也在不斷的改進(jìn)中， 使之更適合工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用。d c s 的主要發(fā)展方向1 9 】： 4 蘭一 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 0 ) d c s 向開放化發(fā)展。 ( 2 ) d c s 軟件不斷豐富 ( 3 ) 采用通用工作站，應(yīng)用大屏顯示技術(shù) ( 4 ) d e s 功髓覆蓋面一體化 1 4 課題的研宄內(nèi)容和章節(jié)安排 本課題是以南通威明精工機(jī)械有限公司的第一臺(tái)壓吹式玻璃器皿成型機(jī)為研究 對(duì)象。由于這臺(tái)成型機(jī)采用了先進(jìn)的壓吹式工藝，所以在生產(chǎn)中，動(dòng)作較多、控制要 求較高。根據(jù)合作單位提出的功能需求，在深入了解壓歐法工藝要求，分析現(xiàn)有控制 方式的基礎(chǔ)上，本論文提出了新控制系統(tǒng)的整體方案，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行研究。 由于玻璃行業(yè)的特殊性，所以本課題開發(fā)的控制系統(tǒng)必須具有高可靠性、低故障 率、故障修復(fù)快等特點(diǎn)。主要研究內(nèi)容利用可編程控制器、藍(lán)牙通信、變頻調(diào)速、組 態(tài)軟件等技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)一套高性能價(jià)格比的控制系統(tǒng)，對(duì)壓吹式玻璃器皿成型機(jī)生 產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)控制。本控制系統(tǒng)是由可編程控制器p l c ( 現(xiàn)場控制級(jí)) 、上位機(jī)觸摸 屏( 過程管理級(jí)) 組成的二級(jí)集散式控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)充分發(fā)揮新一代p l c 硬 件的高可靠性和通信功能，確保系統(tǒng)能長期、準(zhǔn)確、可靠地運(yùn)行。同時(shí)，集散式的控 制方式又使系統(tǒng)的功能分散、危險(xiǎn)分散，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了設(shè)備的故障率。 作者所做的主要工作： ( 1 ) 在深入了解成型機(jī)結(jié)構(gòu)和壓吹法工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶的功能需求，論證 并確立系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，明確各部分的功能劃分： ( 2 ) 詳細(xì)分析系統(tǒng)的輸入輸出，- 完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括電氣柜的設(shè)計(jì)和p l c 、 藍(lán)牙模塊、變頻器、傳感器等硬件的選型。此外，完成了系統(tǒng)電氣原理圖、設(shè)備接線 圖設(shè)計(jì)工作。 ( 3 ) 在掌握系統(tǒng)各部分通信機(jī)制基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶的功能要求，進(jìn)行了系統(tǒng)中p l c 的程序設(shè)計(jì)。根據(jù)電氣柜面板設(shè)計(jì)的按鈕功能，編寫各部分程序，并有異常處理功能 模塊，保證系統(tǒng)能正常工作滿足用戶的要求。 ( 4 ) 在上位機(jī)觸摸屏專用的編程軟件中組態(tài)，建立友好的人機(jī)交互界面，完成系 統(tǒng)的監(jiān)視、控制、集中管理功能。觸摸屏上開發(fā)的監(jiān)控畫面，可以使用戶更方便的了 解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并可以根據(jù)需要修改參數(shù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的靈活控制。 ( 5 ) 控制系統(tǒng)的現(xiàn)場綜合集成、安裝調(diào)試，及最后的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用。 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓畋式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 全文共分為七章，安排如下： 第一章緒論 第二章壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 第三章系統(tǒng)通信機(jī)制及其關(guān)鍵技術(shù)研究 第四章控制系統(tǒng)硬軟件的設(shè)計(jì) 第五章上位機(jī)觸摸屏功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第六章控制系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行 第七章總結(jié)與展望 6 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓歐式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 2 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 1 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析 2 1 1 原玻璃器皿成型機(jī)生產(chǎn)線系統(tǒng)簡介 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)是采用先進(jìn)壓吹式工藝的新式玻璃器皿成型機(jī)。由于其獨(dú) 特的工藝要求和生產(chǎn)加工過程，所以壓吹式玻璃器皿成型機(jī)的生產(chǎn)線是個(gè)復(fù)雜的系 統(tǒng)。它主要包括主工作臺(tái)的壓吹系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、排料和噴灰系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供氣 系統(tǒng)等。其中，主工作臺(tái)的壓吹系統(tǒng)和供料系統(tǒng)是兩大重點(diǎn)，工藝要求也相當(dāng)特殊。 主回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是個(gè)直徑約三米，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的大圓臺(tái)，在圓周上均勻分布著 8 個(gè)生產(chǎn)工位。每個(gè)工位在接料位( 視為0 度點(diǎn)) 接受玻璃料滴，然后進(jìn)行壓、吹、 口鉗自轉(zhuǎn)等工藝過程，在3 0 0 度左右玻璃杯加工成型，操作工取杯，此工位又可進(jìn)行 下一次接料。這就是一個(gè)工位的生產(chǎn)周期。供料系統(tǒng)則是由一臺(tái)同步電機(jī)帶動(dòng)特制剪 刀進(jìn)行周而復(fù)始的剪切運(yùn)動(dòng)。顯然主工作臺(tái)每轉(zhuǎn)一周，剪刀剪切8 次。每次剪切會(huì)有 一熔融的玻璃料滴經(jīng)擺動(dòng)的導(dǎo)料槽落下，進(jìn)入正在作勻速圓周運(yùn)行的工位的初型模 中。主工作臺(tái)和剪刀的同步控制則是正常生產(chǎn)的基本前提，也是本課題研究的一個(gè)重 點(diǎn)。噴灰、排料、冷卻等操作則是根據(jù)工藝要求進(jìn)行設(shè)置的，也是生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。 其中，排料和噴灰都是用電磁閥進(jìn)行控制的。只有各部分的協(xié)調(diào)工作，才能保證玻璃 器皿的質(zhì)量。 2 1 2 壓吹式工藝過程的簡介 本項(xiàng)目設(shè)備所采用的器皿壓吹法是難度大的高新技術(shù)成型工藝，在國內(nèi)尚屬首 創(chuàng)。此成型機(jī)的玻璃器皿壓吹成型方法己申請(qǐng)國家發(fā)明專利即本項(xiàng)目產(chǎn)品采用企業(yè) 獨(dú)有的壓吹式玻璃器皿成型方法。 壓吹法的玻璃器皿成型過程如下：將熔融的玻璃料經(jīng)供科機(jī)剪成所需形狀和重量 的料滴，料滴經(jīng)同步擺動(dòng)的導(dǎo)料滑槽落入初型模，經(jīng)沖壓成初型再吹制成型。與國內(nèi) 現(xiàn)行的吹吹法成型工藝相比，在玻璃器皿吹制成型工藝中，加入壓制成型工藝，即熔 融狀的玻璃料滴經(jīng)沖壓成型后，吹入2 5 0 - 4 0 0 m m 水柱的低壓氣，在初步形成杯子外形 時(shí)瞬間吹入9 0 0 1 2 5 0 m m 水柱高壓氣，最后成型。壓吹法工藝過程如圖2 1 2 1 所示i i i j l l 2 1 1 3 。 7 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 圖2 1 2 1 壓吹法生產(chǎn)工藝過程圖 壓吹式成型工藝的實(shí)現(xiàn)難度大，影響其產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多。生產(chǎn)不同產(chǎn)品的工 藝參數(shù)都要經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試才能摸索出來。如：料性、料溫、料滴重量、初型模和 沖頭尺寸、沖頭的沖壓速度、氣壓大小、自轉(zhuǎn)速度等等。這些都是加工工藝中不可忽 視的環(huán)節(jié)。但正是由于壓吹式工藝的復(fù)雜性、先進(jìn)性，才可以加工生產(chǎn)內(nèi)瓜輪杯、帶 厚底盤杯、多邊形或橢圓形等異形杯，不但質(zhì)量高、品位高，而且能耗低、效率高。 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓歡式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 2 1 3 現(xiàn)有玻璃器皿成型機(jī)控制上存在的不足 現(xiàn)有的壓吹式玻璃器皿成型機(jī)樣機(jī)由于其電氣化、自動(dòng)化程度低，使其在生產(chǎn)中 問題重重。不但影響產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率，而且操作工的工作環(huán)境也是相當(dāng)惡劣的。 總的來說，以下幾點(diǎn)問題是急需解決的。 ( 1 ) 主工作臺(tái)與供料剪刀的同步主回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和供料電機(jī)是由一臺(tái)變頻器帶 兩臺(tái)同步電機(jī)進(jìn)行工作的。由于機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，兩者雖然在周期上達(dá)到了l ：8 的關(guān) 系，但是因?yàn)槌跏嘉恢猛诫y以控制，導(dǎo)致在每次正常生產(chǎn)前，要花大量的時(shí)間進(jìn)行 人工調(diào)整主電機(jī)和供料電機(jī)的同步。調(diào)整的方法則是通過不斷的機(jī)械起停主電機(jī)來實(shí) 現(xiàn)兩者同步。這種方法嚴(yán)重影響了設(shè)備的壽命，也降低了生產(chǎn)的效率。同時(shí)由于同步 過程中，需要工人對(duì)廢料的進(jìn)行人工處理，也帶來了安全問題。 ( 2 ) 工位的自轉(zhuǎn)原成型機(jī)系統(tǒng)中，除了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和供料剪刀是由變頻器控 制電機(jī)來驅(qū)動(dòng)外，其它各個(gè)部分( 如：各工位口鉗的自轉(zhuǎn)) 的運(yùn)動(dòng)均是由機(jī)械傳動(dòng)來 實(shí)現(xiàn)的。也就是說主工作臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)力來源僅是一臺(tái)4 k w 的同步電機(jī)。因此。系統(tǒng)中 各個(gè)工位自轉(zhuǎn)的速度和運(yùn)行范圍是不可調(diào)節(jié)的，影響其生產(chǎn)多品種、高質(zhì)量的玻璃器 皿產(chǎn)品。 ( 3 ) 工位的隔離在以往的生產(chǎn)過程中，如果發(fā)生某一工位不能正常自轉(zhuǎn)工作， 則檢修又是一大問題。由于主工作臺(tái)的周期大約為3 0 秒，所以完全可以在不停機(jī)的 情況下，進(jìn)行檢修。但由于工位的自轉(zhuǎn)是不能獨(dú)立調(diào)節(jié)控制的，所以檢修變得困難。 同時(shí)，由于系統(tǒng)不能進(jìn)行玻璃料滴的自動(dòng)排料。所以又需要進(jìn)行人工處理廢料，也帶 來安全隱患。 ( 4 ) 爐溫的控制在玻璃器皿生產(chǎn)中，爐溫是重要工藝參數(shù)，它影響到料性的 好壞，決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。過去人工控制風(fēng)門開度的方式，調(diào)節(jié)不方便、精度不高、 溫度波動(dòng)大。 ( 5 ) 剪刀控制問題剪刀是供料系統(tǒng)中一重要的設(shè)備，為防止其被熔融的料滴 燒壞，在停止?fàn)顟B(tài)下，一定要處于張開位置。但由于系統(tǒng)中，沒有任何有效的控制措 施，剪刀的停止位置難以控制。 ( 6 ) 實(shí)時(shí)監(jiān)控問題由于原系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，所以各現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)無法集 中監(jiān)控。操作任一設(shè)備，都要到現(xiàn)場進(jìn)行操作，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排料、自動(dòng)噴灰。這些 問題都將影響到生產(chǎn)的效率和安全，同時(shí)也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的不利因素。 2 1 4 控制系統(tǒng)的新要求 基于對(duì)目前成型機(jī)控制系統(tǒng)存在問題的分析，為滿足壓吹式工藝的要求，成型機(jī) 系統(tǒng)總體上應(yīng)具有以下功能，具體功能要求如下： 9 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) ( 1 ) 控制指標(biāo)滿足壓吹法玻璃器皿的成型工藝控制要求： ( 2 ) 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)供料機(jī)與壓吹機(jī)的同步及自動(dòng)跟蹤控制； ( 3 ) 系統(tǒng)能根據(jù)壓吹機(jī)的不同機(jī)速，隨意調(diào)整口鉗自轉(zhuǎn)的速度和范圍： ( 4 ) 對(duì)爐膛溫度進(jìn)行恒溫控制；此外還要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排料、噴灰等功能； ( 5 ) 系統(tǒng)具有玻璃器皿壓吹成型工藝設(shè)定、生產(chǎn)運(yùn)行信息采集與存儲(chǔ)、設(shè)備工況 顯示； ( 6 ) 現(xiàn)場監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計(jì)分析功能。 2 2 玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)單位現(xiàn)有的設(shè)備條件和實(shí)際現(xiàn)場情況，以高可靠性、高性價(jià)比、實(shí)用性、先 進(jìn)性為設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。因?yàn)榇丝刂葡到y(tǒng)應(yīng)用于玻璃器行業(yè)，成 型機(jī)將是不間斷工作的，所以系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)的第一原則。在控制系統(tǒng) 中，本課題將采用成熟的p l c 控制技術(shù)，作為現(xiàn)場控制核心。經(jīng)過現(xiàn)場環(huán)境實(shí)地的 考察，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的粉塵很大，所以在設(shè)備的控制上，盡量使用數(shù)字化控制，以提高系 統(tǒng)長期可靠運(yùn)行的能力，降低系統(tǒng)的故障率。在實(shí)際實(shí)施的方案中，將組建現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)， 進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理。另外，為了解決現(xiàn)場存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的p l c 問的通信問 題，在該系統(tǒng)中引用了成熟的藍(lán)牙通信技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無線電通信技術(shù) 1 4 1 。目前藍(lán)牙技術(shù)在移動(dòng)電話、掌上電腦等各類數(shù)據(jù)和話音設(shè)備中應(yīng)用廣泛，在工業(yè) 控制領(lǐng)域中應(yīng)用還很少【5 】【】6 】。本控制系統(tǒng)將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于玻璃行業(yè)，應(yīng)該是一大 創(chuàng)新之處。 2 2 1 成型機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)合作單位的要求，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，盡量降低成本，并保證控制的 高可靠性。本課題采用新一代三菱q 系列p l c 作為系統(tǒng)的控制核心，以觸摸屏作為 上位機(jī)，從而構(gòu)成簡單的二級(jí)集散式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場控制級(jí)p l c 負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采 集和處理，并對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。同時(shí)，它和過程管理級(jí)的觸摸屏進(jìn)行串行通信， 一方面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的上傳，另一方面接受上位機(jī)的控制指令。上位機(jī)觸摸屏主要根據(jù)接 收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，提供給用戶直觀化的界面，同時(shí)可以接受用戶的設(shè) 定，對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制和管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 2 1 1 所示。 0 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓歐式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 幸幸 幸幸幸幸申幸 現(xiàn)場設(shè)備 過程管理級(jí) 贏接控制級(jí) 現(xiàn)場各信號(hào) 圖2 2 1 1 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 在控制系統(tǒng)中，并沒有將觸摸屏置于r s 4 8 5 網(wǎng)絡(luò)中。主要有以下幾方面原因： ( 1 ) 觸摸屏中預(yù)裝了m c g s 組態(tài)軟件，所以可以提供給直觀的操作界面。但由 于其實(shí)時(shí)性不高，所以系統(tǒng)的主要控制功能，如同步控制、隔離控制等，都通過p l c 來實(shí)現(xiàn)。 ( 2 ) 由于玻璃器皿行業(yè)的特殊性，現(xiàn)場的工作環(huán)境很差，粉塵很大。所以觸摸 屏將進(jìn)行防塵保護(hù)。它主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的顯示，及時(shí)反映現(xiàn)場運(yùn)行情況。同時(shí)， 具有運(yùn)行時(shí)接受參數(shù)設(shè)置的功能。正常生產(chǎn)中，一般在開機(jī)時(shí)對(duì)其進(jìn)行操作。 ( 3 ) 考慮到p l c 的長期運(yùn)行可靠性遠(yuǎn)高于觸摸屏，所以控制系統(tǒng)的主要控制功 能將通過p l c 來實(shí)現(xiàn)。處于現(xiàn)場控制級(jí)的p l c 主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行檢測、控制。 這種基于可編程控制器的集散控制方式，可確保系統(tǒng)的可靠性。 2 2 2 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 基于對(duì)目前成型機(jī)控制系統(tǒng)存在問題的分析以及工廠的總體要求，成型機(jī)系統(tǒng)總 體上應(yīng)具有以下功能，分為控制與監(jiān)控兩大塊，各級(jí)具體功能如下： ( 1 ) 控制 壓吹式玻璃器皿生產(chǎn)控制； 生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集與處理； 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理； 報(bào)警與緊急事件處理； 工位實(shí)時(shí)通信。 ( 2 ) 監(jiān)控 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控； 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 關(guān)鍵工藝參數(shù)監(jiān)控； 歷史數(shù)據(jù)收集、歸檔和分析； 數(shù)據(jù)分析及參數(shù)優(yōu)化； 信息集成服務(wù)。 2 2 3 系統(tǒng)總體方案 經(jīng)過對(duì)成型機(jī)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能的深入研究，考慮到樣機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)上的尺寸、 特殊的工作環(huán)境、工藝要求，最終決定壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)主要由工業(yè)觸摸屏、藍(lán)牙通信模塊、p l c 控制系 統(tǒng)、變頻器、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、溫度和壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器等組成。成型機(jī)控 制系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖如圖2 2 3 1 所示。 藍(lán)牙接口 l 串口通信模塊 i # p l c p l c c p u 系統(tǒng) 定位模塊 8 路步進(jìn)電機(jī)控制 工業(yè)t p c 一r s 2 3 2 廣 rs232i r s 485 網(wǎng)絡(luò) 藍(lán)牙接口 爐膛l l 氣源| | 風(fēng)門 溫度0 壓力i i 開度 變頻器i ll 變頻器2 回轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī) 南由由舊b 圖2 2 3 1 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖 處于“過程管理級(jí)”的上位機(jī)選用工業(yè)觸摸屏，它主要通過r s 2 3 2 與2 # p l c 系 統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃成型機(jī)生產(chǎn)線的監(jiān)控作用。第一、實(shí)現(xiàn)玻璃成型機(jī)生產(chǎn)線生 產(chǎn)狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的顯示，提供給用戶良好的人機(jī)界面：第二、依賴于 2 卯l c 系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)主電機(jī)、供料機(jī)、自轉(zhuǎn)電機(jī)等設(shè)備的控制。 2 撐p l c 系統(tǒng)處于系統(tǒng)的“現(xiàn)場控制級(jí)”，是控制核心，它主要有三大功能：第一、 通過r s 4 8 5 實(shí)現(xiàn)與變頻器l 、變頻器2 通信，對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)電機(jī)與供料電機(jī)的速度進(jìn) 行調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)同步控制：第二、通過r s 4 8 5 、藍(lán)牙通信模塊實(shí)現(xiàn)與l # p l c 系統(tǒng)的 1 2 通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)8 工位自轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行控制，滿足用戶的故障時(shí)工位隔離的要求： 第三、完成生產(chǎn)過程中供料溫度、氣源壓力的測量和控制，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)起點(diǎn)、剪刀開 合、噴涂氣缸等開關(guān)量的檢測和控制。 1 # p l c 系統(tǒng)裝置在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，通過藍(lán)牙模塊接收2 # p l c 系統(tǒng)的控制指令， 通過智能功能模塊( 定位模塊) 實(shí)現(xiàn)對(duì)8 路回轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行起停控制和速度調(diào)節(jié)， 以滿足生產(chǎn)要求。 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文壓吹式玻璃囂皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) 3 系統(tǒng)通信機(jī)制及其關(guān)鍵技術(shù)研究 3 1 系統(tǒng)的通信機(jī)制 由于玻璃器皿生產(chǎn)現(xiàn)場的工作環(huán)境極其惡劣，為了保證可編程控制器對(duì)現(xiàn)場設(shè)備 控制的可靠性，本控制系統(tǒng)中，將控制中心2 號(hào)p l c 、1 號(hào)p l c 、變頻器組成r s 4 8 5 網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)字化通信方式，進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的控制。同時(shí)，2 號(hào)p l c 還和觸摸屏進(jìn)行 通信，負(fù)責(zé)現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的上傳和接受上位機(jī)的參數(shù)設(shè)定。因此，有必要對(duì)系統(tǒng)的整 個(gè)通信機(jī)制進(jìn)行研究，選擇合適的通信協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的信息傳輸，最終實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制。 3 1 1 串行通訊模塊( q j 7 1 c 2 4 ) 的三種通訊協(xié)議 q j 7 1 c 2 4 是三菱q 系列串行口通信模塊，簡稱為“q 系列c 2 4 ”。q 系列c 2 4 是 連接q 系列p l cc p u 和外部設(shè)備的模塊，通過使用r s 2 3 2 或r s - 4 2 2 ，4 8 5 串行通訊 電纜，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。 q 系列c 2 4 可以通過三種通訊協(xié)議與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，滿足不同場合信 息傳輸?shù)男枰?。三種通訊協(xié)議分別是：m e l s e c 通訊協(xié)議、無順序通訊協(xié)議、雙向 通訊協(xié)議1 1 7 1 舯。下面對(duì)這三種通訊協(xié)議作簡單的介紹。 ( 1 ) m e l s e c 通訊協(xié)議 m e l s e c 協(xié)議( m c 協(xié)議) 是q 系列p l c 用的通訊系統(tǒng)。使用此項(xiàng)協(xié)議，外部設(shè) 備可以通過q 系列c 2 4 或q 系列以太網(wǎng)接口模塊讀寫軟元件數(shù)據(jù)和p l cc p u 用的 程序。任何可以安裝應(yīng)用程序的外部設(shè)備，以及根據(jù)m e l s e cp l c 協(xié)議傳送和接收 數(shù)據(jù)的外部設(shè)備都可以使用m c 協(xié)議與p l cc p u 進(jìn)行通訊。 m c 協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊信息格式 外部設(shè)備可以通過m c 協(xié)議指定的通訊格式進(jìn)行p l cc p u 的訪問。如表3 1 1 1 所示。 表3 1 1 1 訪問c 2 4 使用m c 協(xié)議的通訊信息格式 對(duì)象模塊能夠使用的通訊幀 通訊數(shù)據(jù)的代碼 q n a 兼容3 c 幀 形式1 - - 4a s c l l 代碼 q n a 兼容4 c 幀 q 系列c 2 4 形式5二進(jìn)制代碼 q n a 兼容2 c 幀 形式i a s c l l 代碼 a 兼容i c 幀 1 4 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文璉歐式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) ( 2 ) 無順序通訊協(xié)議 使用無順序協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊是一種在p l cc p u 和外部設(shè)備之間發(fā)送及接收數(shù) 據(jù)的功能，這種通訊使用由用戶指定的信息格式和傳送控制步驟i j 8 1 。 當(dāng)使用無順序協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)，可以用g i n p u t 指令進(jìn)行外部設(shè)備發(fā)送數(shù) 據(jù)的接收。當(dāng)使用無順序協(xié)議進(jìn)行p l cc p u 至 j c f 部設(shè)備數(shù)據(jù)傳送時(shí)，可以用 g o u t p u t 指令。但如果p l cc p u 與外部設(shè)備是使用用戶自定義幀進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 那么使用g p r r 指令。 ( 3 ) 雙向通訊協(xié)議。 使用雙向協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊是一種使用q 系列c 2 4 雙向協(xié)議的信息格式和傳送控 制順序在外部設(shè)備和p l cc p u 之間接收，發(fā)送數(shù)據(jù)的功能【1 0 8 l 。 當(dāng)使用雙向協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)，可以用g b i d i n 指令進(jìn)行外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù) 的接收。p l cc p u 使用雙向協(xié)議接收外部設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)，使用g b i d o u t 指令。 綜上所述，q 系列c 2 4 使得p l cc p u 可以通過串口通信與外部設(shè)備進(jìn)行信息傳 輸。新一代p l c 在提高c p u 指令處理能力的同時(shí)也不斷加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能，使其能 夠方便的與外部設(shè)備進(jìn)行通信，有利組網(wǎng)應(yīng)用【2 0 】。上述的三種通訊協(xié)議各有其特點(diǎn)， 適用于不同的場合。在本控制系統(tǒng)中，應(yīng)用了m c 協(xié)議和無順序協(xié)議，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè) 備間的通信功能。 3 1 2 觸摸屏和2 號(hào)p l c 的通訊實(shí)現(xiàn) 本控制系統(tǒng)中，觸摸屏和2 號(hào)p l c 的通訊是通過m c 協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。觸摸屏通過 m c 協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)p l cc p u 內(nèi)部寄存器的讀、寫操作，而不需要在p l c 中編寫任何順 控程序配合m c 協(xié)議通訊。p l cc p u 能根據(jù)觸摸屏的訪問指令自動(dòng)響應(yīng)，麗不影響 其程序的正常執(zhí)行。 ( 1 ) 觸摸屏和2 號(hào)p l c 的硬件連接 q 系列c 2 4 模塊有兩種端口配置，一種是兩個(gè)通道都是r s 2 3 2 接口，一種則是 一個(gè)r s 2 3 2 和一個(gè)r s 4 2 2 4 8 5 接1 3 。本課題中選用了型號(hào)為q j 7 1 c 2 4 的串行通信模 塊，是r s 2 3 2 加上r s 4 2 2 4 8 5 配置的。r s - 4 8 5 接口用于p l c 和變頻器形成r s - 4 8 5 網(wǎng)絡(luò)所以觸摸屏和2 號(hào)p l c 用兩個(gè)r s 2 3 2 串口進(jìn)行通信聯(lián)接。 在實(shí)際應(yīng)用中沒有使用d c 碼控制和d t r d s r 控制，兩設(shè)備間進(jìn)行無控制協(xié) 議通信。值得注意的是：雖然沒有使用任何控制協(xié)議進(jìn)行通信，但是應(yīng)用中發(fā)現(xiàn) q j 7 1 c 2 4 端的引腳4 和6 、7 和8 要進(jìn)行短接，否則會(huì)發(fā)生定時(shí)器2 超時(shí)錯(cuò)誤。詳細(xì) 接線如圖3 1 2 1 所示。 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 壓吹式玻璃器皿成型機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā) q j 7 1 c 2 4 信號(hào)名稱針號(hào) c d r d ( r x d ) 2 s d ( t x d ) 3 d t r ( e r ) 4 5 d s r ( d r ) 6 r s ( r t s ) 7 c s ( c t s ) 8 r i ( o ) 9 觸摸屏串口 信號(hào)名稱 c d r d ( r x d l s d ( t x d ) d t r ( e r ) s g d s r ( d r ) r s ( r t s ) c s ( c t s ) 圖3 1 2 1 觸摸屏串口與q j 7 1 c 2 4 的接線圖 ( 2 ) 觸摸屏和2 號(hào)p l c 的通訊格式 觸摸屏和2 號(hào)p l c 的通訊使用q n a 兼容3 c 幀的控制順序和傳輸文件格式。此 種數(shù)據(jù)通訊控制順序有5 種格式，本課題選用格式l 進(jìn)行通訊。 串口通信格式：1 9 2 0 0 ，8 ，1 ，n 因?yàn)樯衔粰C(jī)監(jiān)控軟件是用m c g s 進(jìn)行開發(fā)的，所以使用中只需要進(jìn)行通信參數(shù) 進(jìn)行設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與2 號(hào)p l c 的通訊。具體參數(shù)設(shè)置在5 3 2 節(jié)中介紹。 3 1 3 變頻器和2 號(hào)p l c 的通訊實(shí)現(xiàn) 在本控制系統(tǒng)中，變頻器的控制是通過通信方式來進(jìn)行的。這種控制方式可靠穩(wěn) 定、精度高1 2 4 1 ，適合玻璃器皿惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。2 號(hào)p l c 和變頻器之間的通信采用 無順序通訊協(xié)議。依據(jù)變頻器的通信格式，2 號(hào)p l c 發(fā)送命令幀對(duì)變頻器進(jìn)行讀寫操 作，同時(shí)接收變頻器的返回幀，完成一次通信過程。 ( 1 ) 富士變頻器的通信規(guī)范【2 5 1 | 2 6 1 1 2 7 】 工廠現(xiàn)有的變頻器是富士g l i s 系列。富士變頻器提供d x “r s 4 8 5a 端) 、 d x ( p s 4 s 5b 端) 、s d ( 通信電纜屏蔽層連接) 三個(gè)通信端子。一臺(tái)主機(jī)最多連接3 l 臺(tái) 變頻器最大傳輸距離為5 0 0 m ，1 2 k b p s 1 9 2 k b p s 。變頻器在通信時(shí)，一般處于等待 主機(jī)來選擇( 要求寫入) 或查詢( 要求讀出