玻璃清洗机论文39848.doc

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1、摘要玻璃清洗机是玻璃生产中必不可少的设备，清洗大面积曲面玻璃是目前玻璃清洗技术的难题。本文所述的研究工作，是对清洗大面积曲面玻璃的清洗机电气控制系统进行设计。目的在于通过电气控制系统设计，实现大面积曲面玻璃自动或手动完成清洗、吹干、旋转等工作过程的自动控制，并能通过人机界面动态显示现场数据，实现操作人员对设备的控制。 本文的主要工作包括以下几方面: 首先，介绍玻璃清洗机的组成和结构，分析清洗机的工作过程，从而制定各工作过程的控制要求。 其次，根据上述控制要求，设计清洗机电气控制系统总体方案。包括电气控制系统原理图设计、驱动系统和检测系统设计、PLC与人机界面的连接、交流调速系统的设计等。 再次

2、，进行了电气控制系统的硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括主要电气元件的计算和选型、变频器的选型和参数设计、软启动器的选型、PLC的选型、触摸屏的选型等。软件设计主要包括PLC的程序结构设计和触摸屏软件设计。 最后，进行了电气系统的安装和调试。通过电气控制系统的调试和运行，验证了本文所设计的电气控制系统能满足清洗机的工作要求。 本文采用PLC完成数据采集和生产工艺过程的控制，采用触摸屏实现监控，达到了让玻璃清洗机按照生产工艺要求清洗大曲面玻璃的目的，提高了玻璃清洗质量和生产效率，降低了能耗。实际运行表明，所设计的系统具有自动化程度高、可靠性高和人机交互友好等特点。关键词:清洗机，电气控制系统，

3、PLC，触摸屏 Abstract The glasses cleaning machine is necessary equipment in glasses production.Washing large一area glasses with curved face is one of the unresolved problems in thecurrent glasses一cleaning technologies. This research work is the design on electricalcontrol system of the glasses cleaning m

4、achine which washes large一area glasses withcurved face. The purpose of the design is to realize the automatic and manual processcontrols of cleaning, blow一drying and rotating, display measured data real-timely andcontrol the equipment by means of HMI (Human Machine Interface).The mainresearch works

5、of this paper are as follows: First, the components and configuration of the glasses cleaning machine wereintroduced. The work processes of the machine were analyzed. The controlrequirements for those processes were decided. Secondly, the general project of electrical control system of the machine w

6、asdesigned according to the requirements mentioned above. It include the design ofelectrical principle scheme, the design of driving and measuring systems, connectionsbetween PLC and HMI, and the design of AC timing system etc. Thirdly, the hardware and software of the electrical control system were

7、designed. The hardware design mainly include the calculation and selection ofelectrical components, the selection and parameter design of frequency changer, andthe selection of soft一starter, PLC and touch screen. The software designs includedesign of PLC program, touch screen software. Finally, the

8、electrical control system were installed and tested. The experimentsand running verified that the requirements of the glasses washing machine can besatisfied. In this paper, PLC was adopted to collect measured data, and to control theproduction process, and the touch screen was used to monitor and c

9、ontrol. Thepurpose that the glasses cleaning machine washes large一area glasses with a curvedface according to the requirements of production technology was achieved. The 目录摘要.。.Abstract.目录.Content. 第一章绪论.1 1.1引言.1 1.2国内外研究现状和发展趋势.2 1.2.1国外现状和存在的问题. 2 1.2.2国内现状和存在的问题. 3 1.2.3国内外发展趋势. 4 1.3项目背景及意义.4 1

10、.3.1项目背景. 4 1.3.2项目实施的目的、意义. 5 1.4主要工作内容，.5第二章玻璃清洗机工艺过程分析.7 2. 1设备总体结构.7 2.2设备组成和工艺过程分析.7第三章电气控制系统方案设计.，. 3. 1总体方案设计.15 3.1.1电气控制系统总体布置.16 3.1.2电动机的布置.16 3.1.3传感器的布置及类型.18 3.1.4 PLC与触摸屏的连接. 20 3.2主电路和控制回路.21 3.2.1传输电机的主电路. 21 3.2.2水泵电机控制回路. 22第四章电气控制系统硬件设计.28 4. 1电动机的选型.28 4.1.1电动机选型原则. 28 4.1.2电动机的

11、计 4.2风机的选型.30 4.3轴流风机的选型.30 4.4水泵的选型.30 4. 5变频器的选型.31 4.5.1变频器的型号. 31 4.5.2MICROMASTER 420变频器与电机的连接. 31 4.5.3变频器的参数设置. 33 第五章电气控制系统软件设计.50 5. 1 PLC的程序设计.50 5.1.1西门子PLC的软件说明. 50 5.1.2硬件组态.50 5.1.3使用符号定义变量. 50 5.1.4创建组织块和功能块. 51 5.1.5 PLC主程序OBI设计流程.。.，.53 5.1.6自动模式流程. 54 5.1.7手动模式.。.。.55 5.1.8驱动输出继电器程

12、序. 55 5.1.9公共程序.，.。.。.55 5.1.10报警程序.。.，.56 5.2触摸屏的程序设计.56 5.2.1触摸屏通讯.。.57 5.2.2触摸屏变量的生成与属性设置. 57 5.2.3报警管理.，.，.，.，.58 5.2.4监控界面的生成与组态. 59第六章电气控制系统的安装与调试.64 6.1 PLC程序和触摸屏程序调试.64 6.1.1 S7-300调试步骤.，.64 6.1.2 WinCC flexible项目文件下载和运行. 65 6.2电气元件的安装.65 6.2.1电气主要元器件清单. 65 6.3控制系统运行效果.69结论.70参考文献.72致谢.75 第一

13、章绪论 随着我国加入W TO，国际化市场竞争越来越激烈，我国又是世界生产玻璃最大国家，玻璃机械需求与日俱增。玻璃清洗机是玻璃深加工行业必不可少的设备，这是因为玻璃在加工过程中，由于机械处理、环境因素或人为因素等情况会对玻璃造成污染，玻璃表面如果有污垢或油污，严重影响玻璃的质量。目前，生产上玻璃清洗方法有人工清洗和自动清洗两种方法。人工清洗法不但清洗质量不能保证，还容易造成玻璃的二次污染，增加了工人的劳动强度，同时也降低了企业的生产效率。自动清洗法是采用专用的玻璃清洗机完成清洗工作，自动玻璃清洗机控制系统利用先进的自动控制技术，提高了工业生产产品的质量、数量和生产设备的效率，并改善了劳动条件，所

14、以自动清洗机在玻璃生产过程中替代人工清洗己成为现代工业发展的必然。 目前，玻璃加工行业的玻璃清洗机产品很多，玻璃清洗的工艺方法也有多种，按清洗的原理分类有:毛刷清洗、高压水冲刷和超声波清洗，。采用毛刷进行清洗时，毛刷一般可以配合洗涤液使用的，依据毛刷的长短可分为长毛刷和短毛刷，长毛刷长大约1-2m,在洗涤中，可以随着辊轮的转动甩动，以此来清洗玻璃表面，这种清洗方法有抛光工件表面的效果，主要是清洗不平整的工件;短毛刷就是直接在玻璃表面上洗刷，短毛刷主要是清洗平面玻璃，采用毛刷清洗不适合精密的零件，容易划伤零件表面，但优点是节能、节水。采用超声波清洗，主要是清洗表面形状复杂的精密零件。采用高压水射

15、流清洗，优点是不容易划伤零件表面，缺点是高压水泵消耗的能量大，不利于节能。以上清洗工艺各有优缺点，应根据生产实际要求来选择合适的清洗工艺。 玻璃清洗机的清洗对象也有很多种类，按玻璃的用途分类:普通玻璃、光学玻璃和液晶玻璃2。按玻璃的形状分类:平面玻璃、弯曲玻璃和玻璃瓶。按玻璃的大小分类有:小片的和大片的玻璃。各种类型的玻璃加工过程中，清洗洁净度要求也不同，玻璃清洗机的选用要依据玻璃的用途、形状和大小选用。 综上所述，玻璃清洗工艺;玻璃的种类、厂家的实际要求是密切相关的，玻璃清洗的关键就是选择一种适合企业生产需要的玻璃清洗机来完成清洗工作。 目前，玻璃清洗工艺巳非常成熟f21，一般都采用预洗一清

16、洗一烘干(或吹干)的方法清洗，这种清洗方法经实践证明清洗效果非常好，所以清洗工艺并没有什么争议。清洗效果好坏主要与水质、吹干时间、水的温度控制有关，其关键在于玻璃清洗机的设计。玻璃清洗机设计包括两大部分:机械系统设计和电气控制系统设计。机械系统的设计川关系到设备运行平稳度和使用寿命，电气系统设计，关系到设备定位是否精确、自动化程度的高低，电气控制系统设计决定了清洗过程水温、吹干和清洗时间、速度等过程参数的控制，电气控制系统采用计算机技术、通信技术、测控技术等，使自动化生产线数字化、集成化，实现企业生产、管理的高度自动化，所以玻璃清洗机电气控制系统设计对提高现代工业自动化显得尤为重要。1.2国内

17、外研究现状和发展趋势I .2. I国外现状和存在的问题 目前，许多大型的玻璃生产企业的生产线都引进国外玻璃清洗机，国外先进的玻璃清洗机具有控制可靠、设备使用时间长等优点。分析国外的玻璃清洗机发现，它们主要采用可编程控制器PLC控制。PLC是专门应用于工业控制的微型计算机，它能根据生产需要，灵活地改变控制程序，使控制系统具有较大的灵活性、通用性和可靠性。玻璃清洗机要控制的参数有数字量和模拟量，而目前有一些国外某著名厂家生产的小型PLC备有模拟量模块，可实现现场模拟量数据的采集和运算工作，所以国外企业生产的清洗机电气控制系统也大多采用PLC控制，国外清洗机应用较多的PLC品牌有:西门子公司S703

18、00/400，欧姆龙公司OMRON CPM系统，二三菱公司FX系统。 玻璃清洗工艺要求玻璃传动过程中速度可以调节，一般都采用电动机调速改变传动速度，国外的玻璃清洗机大多采)月变频调速，它通过改变异步电动机定子电源频率f来改变同步转速n，从而进行调速。变频调速可实现连续调节，具有机械特性硬，调速范围大，转速稳定等优点。 综合分析表明，国外玻璃清洗机基本具有以下优点【-g1: 1)控制系统性能可靠;2)清洗速度可以自由调节;3)独立操作台，操作方便。国外玻璃清洗机虽有以上优点，但其价格昂贵，一台玻璃清洗机的价格要5001000万人民币，性价比并不高，同时提高了企业的生产成本，对于中小企业来说是一笔

19、不小的开支。此外，国外玻璃清洗机清洗仅适用于平面玻璃，要清洗形状不规则的曲面玻璃，需采用特制专用设备。1.2.2国内现状和存在的问题 目前，我国大部分玻璃深加工企业正在发展阶段，对玻璃机械品质和功能还没有更高的要求。此外，我国玻璃机械企业对新产品设计与开发能力弱，管理粗犷，只顾眼前利润，大部分企业没有在产品质量和产品性能上下工夫，为降低成本粗制滥造，这对我国玻璃机械产品在国际市场上的竞争能力大打折扣1- 101 国内玻璃清洗机使用数量颇为广泛，但由于用户对清洗机的能量分布和如何更好地利用能量不熟悉，造成了极大的浪费，能耗大、效率低，该清掉的污垢物清洗不下来。为了开发高效、节能的洗涤设备，目前许

20、多企业也正在积极研发新产品。 纵观国内玻璃机械行业，玻璃清洗机电气控制有两种控制方法:继电器一接触器控制和PLC控制。 继电器一接触器控制是由继电器、接触器及保护元件组成，依据电气控制原理图，把各种电气元件安装布置。它具有使用上的单一性，即一台控制装置只适用于某一固定控制程序的设备，若程序发生改变，必须重新接线，而且这种控制的输入、输出信号只有通和断两种状态，控制是断续的。它不适应复杂的电气系统，电气系统越复杂，采用继电器一接触器控制接线越复杂，线路多，所需的中间继电器多，电气控制柜容量也要求大。继电器-接触器控制长期使用故障率高，因为线路接头在振动时容易松动等原因，又加上线路复杂，造成维护不

21、便。所以，目前国内采用继电器一接触器控制的大型玻璃清洗设备正在积极进行自动控制系统的改造，以提高控制系统的工作可靠性，实现过程自动化。 随着自动化技术的发展，国内最新研发的玻璃清洗机也采用了PLC控制，玻璃清洗机的性能得到了很大提高，例如广东中环真空设备有限公司生产的玻璃清洗机由毛刷滚擦、清水冲洗、去离子水净化、强风吹干及热风干燥等部分组成，具有结构简单、操作方便、工作可靠、占地面积小等特点。值得注意的是，由于控制成本的需要，国内一些厂家使用价格便宜的PLC，电气元件性能较差，使控制系统稳定性受到很大影响，同时也大大缩短了设备的使用寿命。目前，国内有一些企业开始研制曲面玻璃清洗机的定型产品，但

22、清洗对象仅限于小面积的曲面玻璃，这是因为小面积的曲面玻璃应用较广，占市场份额较大。能清洗面积较大的曲面玻璃清洗机尚无企业研制。当清洗大曲面玻璃时，清洗机必须要向国外厂家定做。1.2.3国内外发展趋势 玻璃清洗机的未来发展趋势将是:提高清洁度、节能环保、高效、耐用度高、使用方便等方向发展910 1、清洁度:当前，由于世界人口的剧增、人类的过度索取和浪费，以及工业污染等原因，环境污染己成为全世界人民关注的问题，而高品质清洗机设备无论在空气、水质、噪声等多方面均不存在任何污染。清洁度则为选择清洗机的最主要技术指标之一。 2、效率:玻璃清洗设备是玻璃生产线中的一部分，玻璃清洗机未来的发展趋势应该是现代

23、工业的发展，与生产线上其它设备通过计算机网络连接，并采用先进的控制技术和多媒体技术，实现过程自动化、管理自动化己成为必然。 3、节能环保:世界能源紧缺，节能迫在眉睫。玻璃清洗机是玻璃加工中使用较多的设备，降低玻璃清洗机的能耗，对提高企业竞争力，减少环境污染，缓解能源短缺都具有巨大的意义。玻璃清洗机的研发必然朝着节能环保的方向发展。 4、耐用度:设备质量好，使用寿命长，故障率低，就提高了设备的性价比。 以I二几个指标是玻璃清洗机要综合考虑的问题，也是国内厂家研发玻璃清洗机的主要方向。1.3项目背景及意义1.3.1项目背景 本项目的研究背景是为某大型玻璃生产企业的玻璃清洗机控制系统进行设计。该企业

24、三产的玻璃是大型的曲面玻璃，玻璃在经过预洗、高温加热、弯曲钢化一系列工艺后清洗干净，然后根据生产的实际要求在玻璃表面贴防爆膜lz0山于生产的曲面玻璃面积较大，要经过清洗、吹干、翻转和贴模等工序，企业无法在市场几找到合适的曲面玻璃清洗机，必须根据玻璃大小和形状订做一台曲面玻璃清洗机，国内研发的玻璃清洗机性能不如国外企业的优越，而向国外企业订做一台曲面玻璃清洗机成本太高，性价比不高，设计、运输和安装周期太长，不能及时投入生产和满足企业的生产要求。 鉴于上述原因，为满足企业生产需要，提高生产效率，企业决定和学校共同研发一台玻璃清洗机以满足生产需求。1.3.2项目实施的目的、意义 玻璃清洗机的设计分为

25、机械系统设计和电气系统设计。根据产品的功能及要求，在参考了国外的先进清洗设备后，清洗机的机械系统己由企业设计完毕。本项目的任务是按照玻璃清洗的工艺要求为玻璃清洗机设计整套电气控制系统，拟结合具体生产工艺，合理设计控制系统硬件和软件，使清洗过程自动化，并与后面的生产工序相结合。控制系统设计关键部分是把西门子S7-300PLC技术、变频器技术和触摸屏技术等自动化技术相融合，设计出一套玻璃清洗机电气控制系统以提高生产能力，具有性能可靠、操作方便的优点，同时能满足生产过程的实时监控，实现生产管理自动化。本项目设计的一台清洗机只需要一百万左右的成本，只有国外同类产品价格的五分之一，大大节约了企业的设备成

26、本。本项目设计完成后，经过电气设备的安装和软件的必要调试，就可以直接用于生产线，运行后，它不但满足了生产的实际要求，还实现了过程自动化，提高了生产效率，并且还便于操作人员的使用和监控。所以本项目具有非常高的实用价值。1.4主要工作内容 本项目完成的玻璃清洗机电气控制系统设计主要内容有: 1、对玻璃清洗机的结构进行分析，详细说明玻璃清洗机的组成及工艺流程，为电气控制系统的设计提出具体的控制要求。 2、电气控制系统方案设计。按玻璃清洗机的工艺流程提出控制系统总体方案，包括电气系统布置图、传感器的布置及选用类型、PLC和触摸屏通讯、交流调速系统设计。 3、电气控制系统的硬件设计。包括各种电机的计算和选型、风机的选型、水泵的选型，变频器的选型和参数设定、触摸屏的选型、PLC的选型等。 4、电气控制系统的软件设计。包括PLC的程序设计和触摸屏的软件设计。 5、电气控制系统的安装与调试。包括电气控制系统的安装、软件和硬件的调试。 本项目设计的电气控制系统中，吸收了国内外先进的控制技术，整套控制方案以PLC作为工业控制器，结合变频器调速