发明内容
为了协调夹层玻璃生产线设备的一致性和控制同步性,本发明提出了夹层玻璃生产线的监控装置。该装置通过总监控装置与玻璃清洗机、合片机、预定位台、PVB胶膜摊铺机、辊压机、自动下片台、红外加热蒸压釜单独设备的控制系统连通,并由总监控装置将所有运行指令和状态数据进行整合,实现生产线整体协调统一,而且单独设备的控制系统也可以向总监控装置申请访问其他设备的控制系统的数据信息,解决夹层玻璃生产线监控的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的方案是:
监控装置由工控计算机与控制屏、第一控制站、第二控制站、第三控制站、第四控制站、变频器和仪表电路连接,执行元器件安装在玻璃清洗机、预定位台和合片机构成的合片段,胶膜摊铺机,辊压机和红外蒸压釜上,通过通讯网络与工控计算机进行接发信息和发出控制指令。第一至第四控制站是可编程逻辑控制器PLC。
工业计算机通过以太网或串口通讯的方式与控制屏和第一至第四控制控制站连接;安装在各操作机械上的执行元器件均由PLC的输出信号指令来控制;各传感器将开关和模拟信号通过电压或电流信号传输给相应的控制站PLC;所有的控制站PLC的数据信息又可以互相共享。生产线的运行通过与各控制站连接的一台工控计算机来进行操作和监视。
第一至第四控制站的PLC会将数据上传给与其相应的触摸屏,所有的触摸屏通过以太网络相互连接,同时与工业计算机连接。在以太网络中,所有触摸屏和工业计算机的信息共享,第一至第四控制站的信息和数据完全在工业计算机上进行整合,分别以表格、曲线、报警故障画面、仿真图像、操作界面的形式供主控人员监视生产线的运行,同时通过工业计算机对生产线现场设备进行远程监控。
监控装置构成:工控计算机分别与A触摸屏,B触摸屏,C触摸屏,D触摸屏,E触摸屏电路连接;A触摸屏与第一控制站连接后又与变频器电路连接;B触摸屏与C触摸屏配合使用,C触摸屏与第二控制站连接后又与变频器电路连接;D触摸屏与第三控制站连接后又与变频器2电路连接;E触摸屏与第四控制站连接后又与监测仪表电路连接。
由工控计算机作为监控级部件。
A触摸屏、B触摸屏、C触摸屏、D触摸屏和E触摸屏与第一控制站、第二控制站、第三控制站、第四控制站电路连接,和B触摸屏构成控制级。
由变频器和监测仪表组合构成执行级部件。
玻璃清洗机控制部件的设置:玻璃清洗机通过立柱支撑运转平台,在运转平台上安装有若干平行排列的玻璃输送辊,在运转平台上部设有清洗机框架,在清洗机框架上安装有清洗机框架电机。在清洗机框架的上方一侧安装有位移传感器,在运转平台上安装有位置传感器,位置传感器与第二控制站的A扩展模块信息联通。
C触摸屏通过电路接于第二控制站上,变频器通过电路接到第二控制站上,向第二控制站供应匹配电源,第二控制站内设有A扩展模块,其上连接有测厚传感器,第二控制站通过接触器与清洗机框架升降电机电路连接,并为清洗机框架升降电机供电,在清洗机框架电机一侧连接有编码器。通过编码器的电流、电压及运行状态信息经过导线回馈到第二控制站的PCL中。
PVB胶膜摊铺机控制部件的设置:C触摸屏通过电路接于第二控制站上,变频器通过电路接到第二控制站内,向第二控制站供应匹配电源,第二控制站内设有A扩展模块,其上连接有角度传感器,第二控制站通过接触器与PVB胶膜摊铺机电机电路连接,并为PVB胶膜摊铺机电机供电,在PVB胶膜摊铺机电机一侧连接有编码器。通过编码器的电流、电压及运行状态信息经过导线回馈到第二控制站的PCL中。
玻璃合片段控制部件的设置:合片段由玻璃清洗机、预定位台和合片机顺序排列,在合片段上部安装有玻璃吸盘,玻璃通过清洗机清洗后传送到预定位台上,然后通过合片机将两层玻璃间隔重合成为双层片状。玻璃吸盘用于玻璃的清洗、预定位和合片的移动工具。
与第二控制站连接的扩展模块为B扩展模块,C触摸屏和变频器分别与第二控制站连接,安装在预定位台上的光电传感器和光电开关的电路反馈给第二控制站的PCL中。
B触摸屏和C触摸屏分别与第二控制站的PLC通过串口通讯线连接。编码器与第二控制站的PLC通过控制电缆连接。
预压辊与终压辊运行及辊压机加热器控制机构设置:第三控制站通过RS485通讯线缆与动力变频器连接,并分别与预压辊电机和终压辊电机相连接,为预压辊电机和终压辊电机提供运行电力。
来自于动力变频器的电能驱动预压辊电机和终压辊电机运行,并为辊压机加热器提供电力,辊压机加热器的加热温度由温度传感器进行检测,并通过第三控制站的PCL进行控制。
积极效果,本发明监控装置能够对整条夹层玻璃生产线进行监控,具有控制灵活、可靠、高效和操作方便的优点。使用本发明监控装置监控夹层玻璃生产线能够比分步控制生产线提高功效20%以上。适宜在夹层玻璃加工生产线上安装使用。
具体实施方式
监控装置的组成:
据图1所示,工控计算机1分别与A触摸屏4.0,B触摸屏4.1,C触摸屏4.2,D触摸屏4.3,E触摸屏4.4电路连接;A触摸屏4.0与第一控制站5.1连接后又与变频器2电路连接;B触摸屏与C触摸屏配合使用,C触摸屏4.2与第二控制站5.2连接后又与变频器2电路连接;D触摸屏4.3与第三控制站5.3连接后又与变频器2电路连接;E触摸屏4.4与第四控制站5.4连接后又与监测仪表3电路连接。
由工控计算机作为监控级部件。
A触摸屏4.0、B触摸屏4.1、C触摸屏4.2、D触摸屏4.3和E触摸屏4.4与第一控制站5.1、第二控制站5.2、第三控制站5.3、第四控制站5.4电路连接,和B触摸屏4.1构成控制级。
由变频器2和监测仪表3组合构成执行级。
本生产线的监控系统是分三个级别来实现从现场到控制系统再到监控管理的整体运行的一个系统架构。第一控制站至第四控制站内分别安装有PLC。
监控级用途:生产管理级别,管理者可以用来监控整个生产过程的有效数据和工艺参数,并依据监控系统反应的信息管理生产人员、掌握生产节奏、了解设备运行情况。工业计算机为中央控制中心。
控制级用途:生产操作与设备维护级别,是操作者操作生产线和输入工艺参数的一个人机平台界面,同时可以监控到生产线的运行情况。设备维护人员也可以通过它的人机界面了解设备的故障信息及运行状况。控制级通过第一至第四控制站进行控制。
第一控制站:用于上片台设备的控制。
第二控制站:用于清洗机、合片段设备的控制。
第三控制站:用于平压机、下片台设备的控制。
第四控制站:用于高压釜设备的控制。
执行级:生产设备所有电动元器件根据控制系统的信号执行生产运行动作。
第一控制站工作原理及运行过程:
自动上片台可自动到玻璃架上取玻璃片,然后平放在上片台上对正位置后,传送给清洗机。
整个运行过程由第一控制站5.1的PLC全程控制,并在触摸屏上操作。可实现全自动运行无需人员辅助。PLC会根据很多位置传感器6.2发回来的信号,分析数据并自动判断运行的动作并发出指令。A触摸屏4.0与第一控制站5.1的PLC通过串口通讯线连接。
第二控制站控制原理及运行过程:
玻璃清洗机控制部件的设置:
据图2所示,玻璃清洗机11通过立柱支撑运转平台,在运转平台上安装有若干平行排列的玻璃输送辊,在运转平台上部设有清洗机框架,在清洗机框架上安装有清洗机框架电机8.1。在清洗机框架的上方一侧安装有位移传感器6,在运转平台上安装有位置传感器6.2,位置传感器6.2与第二控制站5.2的A扩展模块7.0信息联通。
据图3所示,C触摸屏4.2通过电路接于第二控制站5.2上,变频器2通过电路接到第二控制站5.2上,向第二控制站5.2供应匹配电源,第二控制站5.2内设有A扩展模块7.0,其上连接有测厚传感器6.1,第二控制站5.2通过接触器8与清洗机框架升降电机8.1电路连接,并为清洗机框架升降电机8.1供电,在清洗机框架电机8.1一侧连接有编码器6.3。通过编码器6.3的电流、电压及运行状态信息经过导线回馈到第二控制站5.2的PCL中。
PVB胶膜摊铺机控制部件的设置:
据图4所示,C触摸屏4.2通过电路接于第二控制站5.2上,变频器2通过电路接到第二控制站5.2内,向第二控制站5.2供应匹配电源,第二控制站5.2内设有A扩展模块7.0,其上连接有角度传感器6.4,第二控制站5.2通过接触器8与PVB胶膜摊铺机电机8.2电路连接,并为PVB胶膜摊铺机电机8.2供电,在PVB胶膜摊铺机电机8.2一侧连接有编码器6.3。通过编码器6.3的电流、电压及运行状态信息经过导线回馈到第二控制站5.2的PCL中。
玻璃合片段控制部件的设置:
据图5所示,合片段由玻璃清洗机11、预定位台12和合片机13顺序排列,在合片段上部安装有玻璃吸盘15,玻璃通过玻璃清洗机11清洗后传送到预定位台12上,然后通过合片机13将两层玻璃间隔重合成为双层片状。玻璃吸盘15作为玻璃的清洗、预定位和合片的玻璃移动工具。
据图6所示,与第二控制站5.2连接的扩展模块为B扩展模块7.1,C触摸屏4.2和变频器2分别与第二控制站5.2连接,安装在预定位台12上的光电传感器14.1和光电开关14.2的电路反馈给第二控制站5.2的PCL中。
清洗机11、合片段设备的运行由第二控制站5.2的PLC控制,原理是:在玻璃清洗机11、合片段分别通过操作B触摸屏4.1和C触摸屏4.2来发出相应的运行指令,运行指令通过以太网络和串口通讯线发送给第二控制站5.2的PLC,PLC将接收的指令和数据按照预定的程序进行处理,然后发出执行指令,电动执行设备根据指令开始运行。
B触摸屏4.1和C触摸屏4.2分别与第二控制站5.2的PLC通过串口通讯线连接。编码器6.3与第二控制站5.2的PLC通过控制电缆连接。
清洗机自动控制原理:玻璃清洗机11,能够实现一键启动。在触摸屏上点击“一键启动”按钮,玻璃清洗机11按照工艺要求所有设备顺序启动,玻璃清洗机开始工作。
整个工作过程是全自动的,将玻璃从上片端开始传输,当玻璃到达位置传感器6.2处传动停止,测厚传感器6.1下降接触玻璃开始监测玻璃厚度,测厚传感器6.1将感应到的玻璃厚度以模拟量4——20mA的信号输出给合片室内PLC,根据PLC的程序控制调整清洗机框架升降电机8.1运行,将清洗机框架高度调节到与玻璃厚度相对应,清洗机框架高度是通过位移传感器6传给PLC数据来测量清洗机框架高度的。清洗机框架高度调整与玻璃厚度相对应后测厚传感器6.1抬起,传动开启,开始玻璃清洗,清洗完毕后将玻璃传送到预定位台12上。
测厚传感器6.1和位移传感器6与A扩展模块7.0用控制电缆线连接。
为防止由于干扰信号产生误差而导致清洗机框架高度频繁调整,将1mm以内的数据变化设为盲区。
合片段自动控制原理:自动定位,自动合片的纵向定位挡板换成欧姆龙激光对射光电开关E3Z-LT61,由投光器和受光器组成光电开关14.2。调整好位置后投光器发出直线光,受光器接收到后给PLC一个开关信号,当玻璃通过时挡住光源受光器接收不到直线激光,则常闭信号断开。
玻璃从玻璃清洗机11下片到达预定位台12段继续传动,当到达由投光器与受光器组成的光电开关14.2时,传动减速,横向挡板伸出将玻璃横向定位,传动继续直到当玻璃挡住投光器发出的光源使受光器接收不到直线激光,此时给PLC一个纵向定位信号,传动立即停止,定位完成。玻璃吸盘15下降吸取玻璃,然后吸盘提升,激光对射光电开关14.2使光电传感器14.1感应不到玻璃后,传动开启,作为一个定位周期。此工作过程保证了每块尺寸相同的玻璃定位后都能保证重合。投光器和光电开关14.2通过光电传感器14.1与第二控制站5.2和变频器2用控制电缆线连接。
自动铺放膜控制原理:PVB胶膜摊铺机共有三个放膜轴,可选择使用。在合片室内的C触摸屏4.2上输入放膜长度,系统可自动控制放膜机构放出指定长度的膜片,并将膜片切割。角度传感器6.4与变频器2用控制电缆线连接。
第三控制站控制原理及运行过程:
玻璃合片和覆膜后需要胶结压实,压实通过预压辊电机10.0和终压辊电机10.1来实现。
预压辊与终压辊运行及辊压机加热器控制机构设置:
据图7所示,第三控制站5.3通过RS485通讯线缆9与动力变频器2.1连接,并分别与预压辊电机10.0和终压辊电机10.1相连接,为预压辊电机10.0和终压辊电机10.1提供运行电力。
据图8所示,来自于动力变频器2.1的电能驱动预压辊电机10.0和终压辊电机10.1运行,并为辊压机加热器10.2提供电力,辊压机加热器10.2的加热温度由温度传感器6.5进行检测,并通过第三控制站5.3的PCL进行控制。
预压辊和终压辊分别独立传动,上下辊各一个电机由一台变频器带动,并要实现预压辊和终压辊与平压机主传动的线速度相等。
独立传动控制原理:PLC通过RS485的通讯形式控制变频器的输出,从而实现对预压辊和终压辊电机的控制。预压辊和终压辊电机的转速根据平压机的主传动速度由PLC自动计算出,并随着主传动速度的变化而变化。动力变频器2.1与第三控制站5.3的PLC通过RS485通讯线缆9连接。
自动加热控制原理:用温度变送器将热电阻的变化量转换成4—20mA模拟量信号输入给PLC,PLC根据设定的温度来判断是否继续加热,并采用PID控温方式。温度变送器与第三控制站5.3的PLC通过控制线缆连接控制。
第四控制站控制原理及运行过程:
一键式自动运行程序:在自动运行模式时,点击“开始工作”按键,整个设备按照工艺流程自动运行,第四控制站5.4的PLC控制整个运行程序,并且能够实时调整玻璃蒸压釜釜内的温度和压力,保证夹层玻璃的成品率。
温度自动控制原理:在玻璃蒸压釜的釜内上、中、下、底四个区域装有温度传感器6.5,多点测温,保证温度的真实性和安全性能。同时又分中区、下区、底区三个区进行加热。温度传感器6.5将温度值以电压信号传输给第四控制站5.4的PLC,第四控制站5.4的PLC根据设定的温度采用PID控温方式,提高控温精度。再加上磁力搅拌系统,进一步提高温度的均匀性和冷却速度。
在玻璃蒸压釜工作过程中,压力和温度曲线随时通过E触摸屏4.4和工控计算机1显示,并有无纸记录功能,可完成工艺曲线和过程参数记录,具备将数据全部拷贝出系统的功能;在升温升压过程中,设有温度、压力等温度的控制程序,保证温度和压力按设定的工艺曲线同步进行;在恒温恒压进程中,由温度自动补偿进行控制。
本发明监控部件的用途:
触摸屏:触控屏(Touch panel)又称为触控面板,是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置,当接触了屏幕上的图形按钮时,屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置,可用以取代机械式的按钮面板。
PLC:PLC = Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器,一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
变频器:变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,能实现对交流异 步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。
编码器:编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。
扩展模块:扩展模块属于扩展PLC功能的辅助添加设备。
光电开关:光电开关是传感器大家族中的成员,它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。
传感器:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
3、本装置的特点
(1)操作界面直观,简单方便,工艺参数可根据系统的配方功能随时下载到控制系统里改变生产线的运行。
(2)生产过程的全程监控,监控画面采用立体仿真在线设备的运行情况,监控画面直观、真实、可靠。
(3)历史记录、实时曲线和报警提示,不但实时监控全生产线工艺参数的变化,而且可以回顾记录以前生产过程中的数据信息,可存储1-2年的数据信息。系统可自动分析数据然后向操作者发出报警或提示。
(4)通讯系统是以网络技术、数据库技术、WEB技术和GIS技术为框架。利用工业以太网实现整线通讯,信息共享,并能够实现随时随地的通过网络监控生产情况。
(5)人员管理功能,可记录每个班组人员操作生产产品的产量,合格率、工作时间等相关信息,帮助企业有效的管理生产、调整人员安排。
本发明装置借鉴成熟的夹层玻璃生产工艺及最佳技术路线,利用工业以太网和无线通讯技术,基于嵌入式控制平台,打破原有的夹层玻璃生产线控制粗放、信息滞后的屏障。通过信息的共享和集成,为玻璃深加工行业打造生产有序、管理到位、反应迅速、运行可靠并且能够实时全线监控的系统化运行控制及管理体系的夹层玻璃生产线监控装置。