《全自動玻璃切割機控制系統(tǒng)設計》9800字（論文）

全自動玻璃切割機控制系統(tǒng)設計TOC\o"1-3"\h\u14748摘要 I20869引言 17618玻璃切割機控制系統(tǒng)設計 410748系統(tǒng)方案選擇 428653采用PLC作為控制器 426096采用單片機作為控制器 421845玻璃切割機的工作原理 522536工藝過程 519898玻璃切割機的控制要求 725072硬件設計 914681控制部分設計 94345驅動部分設計 109073步進電機及驅動器的選型 1032605步進電機驅動器接口電路設計 1225808切割刀頭的旋轉 1328481整體輸入輸出設計 1427708玻璃切割機的控制系統(tǒng)設計 1431314軟件設計 1729485開發(fā)環(huán)境 1718617信號輸出設計 1719310程序流程圖 1711828實物模型設計 199823實物模型的選型和安裝 1930937部件選型 1915145部件安裝 1918157項目調(diào)試 2127579硬件調(diào)試 219333軟件調(diào)試 2118057結束語 2429538參考文獻 26第PAGEI頁摘要為了設計出應用在工業(yè)級生產(chǎn)當中，高效、精準的玻璃自動切割機器，改變傳統(tǒng)費時費力的人工切割玻璃的方式，實現(xiàn)對不同規(guī)格的玻璃進行理想圖形切割，減少人工操作帶來的風險，提升企業(yè)效率和利益，本設計利用PLC作為自動玻璃切割機的控制系統(tǒng)，步進電機作為主要傳動裝置，PLC發(fā)出信號至步進電機驅動器，控制步進電機的正反轉和轉動速度，步進電機前端的齒輪帶動皮帶實現(xiàn)前后運動。同時控制三個步進電機，實現(xiàn)玻璃刀頭在X、Y、Z三軸中的自由運動以及速度控制。PLC發(fā)出旋轉刀頭信號，通過氣壓閥帶動氣壓裝置，觸發(fā)90°定位銷裝置，實現(xiàn)玻璃刀頭的0°、90°、180°的旋轉功能。能夠控制刀頭自由運動的方向和速度，便可以滿足玻璃切割機對規(guī)則圖形切割功能。采用PLC來控制玻璃切割機，能實現(xiàn)切割過程中速度和角度精準把控，對于生產(chǎn)速度以及生產(chǎn)質量也有著顯著提升，企業(yè)收益也會隨著水漲船高。結果表明，玻璃自動切割機控制系統(tǒng)設計在技術上是可行的，符合當今市場上自動玻璃切割機的功能要求，有著良好的市場前景。關鍵詞：PLC；步進電機；自動控制；角度控制；速度控制引言玻璃及其加工產(chǎn)物已經(jīng)全面覆蓋到生活中的各個角落，因其美觀、可塑形狀多樣的特性作為重要的裝飾材料被應用到家居裝修行業(yè)中；其采光性又讓它在建筑行業(yè)同樣大放異彩；根據(jù)普通玻璃加工而成的安全玻璃也被賦予了汽車風擋等的安全功能。通過對目前已知信息的查閱得知，如今全世界普通玻璃通過功能訴求演化出的加工玻璃(含特種玻璃)已有上千種，玻璃行業(yè)呈現(xiàn)了品種多樣、質量優(yōu)異的趨勢，并在自動化工業(yè)生產(chǎn)加工的模式下逐漸實現(xiàn)了系統(tǒng)化和標準化。世界主要發(fā)達國家的工業(yè)化程度高，導致了加工玻璃市場份額正從二十世紀八、九十年代的60%、二十一世紀初的70%上升到如今的75%以上，其中數(shù)量龐大、品質優(yōu)異的加工玻璃如安全類玻璃、節(jié)能環(huán)保型玻璃、外觀改造的裝飾型玻璃等市場生產(chǎn)量和需求量都在不斷擴張。為挽救中國玻璃制造行業(yè)的頹勢，“十五”期間，國家開放了諸多政策，我國玻璃產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般迅速發(fā)展。這5年時間里，浮法生產(chǎn)線增設了76條，平板玻璃增產(chǎn)了近2億重箱，特別是“十五”期間的最后兩年時間里，浮法生產(chǎn)線增設了47條，相較前三年，平均每年遞增超過6000多萬重箱，每年產(chǎn)量平均增長速度達14.7%。這幾年時間里，建筑行業(yè)也是飛速發(fā)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標準、政策和法規(guī)，加上國內(nèi)各企業(yè)嚴格的執(zhí)行和精密合作，建筑安全玻璃正式問世，之后例如中空玻璃和安全玻璃等深加工玻璃也是以勢如破竹之勢飛速發(fā)展，中空玻璃總產(chǎn)值較往年增長了7倍，Low-E玻璃的總產(chǎn)值也突破至4倍，加工玻璃機器的生產(chǎn)率在“十五”期間從15%提升了十個百分點至25%。之后十年，我國玻璃制造業(yè)依舊不斷革新，融入新技術，仍處于高速發(fā)展，尤其是深加工玻璃領域，不僅僅是在產(chǎn)量，還是國內(nèi)外的銷售量方面每一年都呈遞增趨勢，有著非常廣闊的前景。二十一世紀初期，我國玻璃制造業(yè)在國際上產(chǎn)生了巨大反響，在第十七屆國際玻璃工業(yè)技術展覽會中，我國眾多玻璃制造加工企業(yè)一鳴驚人，正式開啟國產(chǎn)玻璃制造的新浪潮。此次展會展出的作品幾乎囊括了所有的玻璃品種和玻璃產(chǎn)出技術和裝置，其中玻璃品種包括用于家居的裝飾玻璃、用于機械設備的工業(yè)玻璃、用于電子產(chǎn)品的屏幕玻璃、用于保障人身或物品的安全玻璃、用于生活或工藝用途的玻璃藝術品。飲水思源，上訴玻璃生產(chǎn)涉及的設備和材料也是展會一大亮點，最為突出的有傳統(tǒng)玻璃切割機改造進化而來的玻璃深加工機械、罕見的自動控制系統(tǒng)以及最新的耐火材料和輔助材料等。盡管參展作品種類如此多樣，但有一類展品卻成為此次展會最炙手可熱的話題，占全部展出作品的60%，它就是由計算機控制的玻璃切割設備，這次展會給未來玻璃制造業(yè)的智能化發(fā)展提供了許多新思路。國內(nèi)參展單位超過總參展數(shù)一半，包括私有企業(yè)在內(nèi)一共由334個參展團隊，參展的產(chǎn)品性能與國際頂尖水平相比絲毫不處于劣勢。盡管已經(jīng)取得了空前的成績，但是國內(nèi)玻璃制造產(chǎn)業(yè)仍存在著致命弊病，沒有自主研發(fā)核心技術，無法自主生產(chǎn)完整的配套設施。現(xiàn)如今，自動玻璃切割機控制系統(tǒng)很多都是直接購買外國研發(fā)的產(chǎn)品，核心技術仍然由國外的幾家大型玻璃制造加工企業(yè)壟斷。這些企業(yè)主要有：百超（BYSTRONIC，瑞士）、李賽克（LISEC，奧地利）、保特羅（BOTTERO，意大利）等。上訴這些都是玻璃制造行業(yè)中的佼佼者，均能獨立研發(fā)全套的自動玻璃深加工系統(tǒng)，完全舍棄人工操作，集合了自動上片、自動切割、自動掰片、自動磨邊、自動清洗、自動鍍膜、自動刻花等一系列全自動玻璃切割所需功能。然而，這些企業(yè)之所以能夠成為行業(yè)籠統(tǒng)，更重要的是他們注重系統(tǒng)軟件的開發(fā)，有著世界一流的CAD計算機輔助系統(tǒng)，執(zhí)行從原料到訂單、包括圖形處理在內(nèi)的諸多數(shù)據(jù)的管理，還能根據(jù)不同的產(chǎn)品要求，進行切割工藝的調(diào)整，還附加了NC程序自動生成功能以及設備實時監(jiān)控等尖端技術，無論是在實行生產(chǎn)自動化，還是解決自動信息交換、自動信息共享、自動信息傳輸?shù)榷喾N信息處理方面，都有著傲視全球的成績。玻璃切割機控制系統(tǒng)設計系統(tǒng)方案選擇采用PLC作為控制器PLC即可編程邏輯控制器，為了迎合現(xiàn)代自動化工業(yè)的發(fā)展應運而生的電子設備，采用數(shù)字運算，內(nèi)部搭載用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算數(shù)操作等面向用戶的指令的可編程儲存器，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。采用單片機作為控制器單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構成一個小而完善的微型計算系統(tǒng)。PLC和單片機優(yōu)缺點對比：（1）PLC屬于單片機的子產(chǎn)物，但是青出于藍而勝于藍，經(jīng)過長期的應用調(diào)試，PLC已經(jīng)成為技術成熟，效果穩(wěn)定的獨立產(chǎn)品，而且有著較強的通用性。（2）單片機自身成本低，但是需要和其他元件和軟件共同應用，開發(fā)任務艱難；PLC成本較高，但在國內(nèi)工業(yè)領域已廣泛應用，配套設備更加完善，而且開發(fā)周期短，可靠性高。（3）PLC多在工業(yè)生產(chǎn)中作為控制器，作為此次設計的控制器針對性更強；而單片機在各個領域廣泛應用，質量卻參差不齊，學習、維護都十分困難。（4）PLC具有一定的互換性，有質量保障，軟件編程方面也已經(jīng)標準化。綜上所訴，結合玻璃切割機的需求，最終選擇PLC作為本次設計的控制器最優(yōu)。玻璃切割機的工作原理本設計以PLC作為控制系統(tǒng)的控制核心，步進電機作為驅動系統(tǒng)的驅動核心，切割的玻璃采用真空吸附的方式進行加固，還可實現(xiàn)手動切割與自動切割自由轉換的工作方式。手動方式切割時，通過人工操作確定落刀位置，以及X、Y軸的移動，手動進行刀頭0°、90°、180°的旋轉控制。自動方式切割時，根據(jù)客戶所需產(chǎn)品要求，預先設定參數(shù)，玻璃切割機自動運作，把玻璃精準的切割成預先設定的規(guī)則圖形。另外在功能設計的基礎上還要添加安全裝置，如急停開關，急停開關屬于主令控制電器的一種，無論發(fā)生任何意外狀況，急停開關可直接切斷電源，讓設備停止運作，從而保全設備尤其是保障使用者的安全。還有真空吸附報警裝置，當玻璃沒有完全吸附時，發(fā)生報警，以便及時調(diào)整。在軟件設計方面也應有安全設計，比如在機器進行回歸原點操作時，刀頭應控制在抬起狀態(tài)，避免損毀刀具和玻璃。工藝過程玻璃切割過程中機器原點和玻璃原件的擺放如圖2-1所示。圖2-1玻璃切割位置圖如圖2-1所示，X0和Y0分別表示機器原點與工件原點在X、Y軸上的距離，默認設置機器向右的和向下運動的方向分別為X、Y的正方向。圖中a、b是待切割玻璃的長度和寬度，X、Y是玻璃切割成品的長度和寬度。XL和YL是自動工作狀態(tài)下刀頭在X、Y直線方向上的最大距離。實際的生產(chǎn)制造時，a、b的值應小于XL和YL的值。在實際工作中處于自動方式切割時還存在一個參數(shù)限制，設置刀頭在X方向的切割次數(shù)為n1和Y方向的切割次數(shù)為n2，n1和n2的值取決于切割的玻璃塊數(shù)，由于n1的數(shù)值影響著設備的抬刀與落刀，所以要判斷其為奇數(shù)還是偶數(shù)，以執(zhí)行不同的抬、落刀程序，Y方向由于處在X方向運動后，沒有這種限制。整個工藝過程關系圖如圖2-2所示。圖2-2整個工藝關系圖圖示中的工作準備就是要完成開機上電，切割刀頭回原點和玻璃的固定，無論是手動還是自動操作，想要進行都要在完成工作準備之后。急停操作在工作準備、手動方式切割、自動方式切割時都可以進行。玻璃切割機的控制要求根據(jù)以往玻璃切割機的特點，再結合實際客戶的需求，列出玻璃自動切割機控制系統(tǒng)設計的控制要求如下：存在手動和自動兩種可切換的玻璃切割操作方式，可以根據(jù)實際操作情況自由選擇。采用手動方式操作時，啟動需用腳始終踏住腳踏開關，控制步進電機帶動轉動軸下降，使刀頭落到切割原點位置，然后進行切割操作，切割過程的切割速度由玻璃厚度及本身硬度來擬算得出，然后根據(jù)預先設定的速度值控制，切割角度自由控制。采用自動方式操作時，腳踩一下腳踏開關啟動，步進電機帶動轉動軸在預先設定的時間內(nèi)下降到指定位置，等待預設時間結束，帶動玻璃刀按照PLC發(fā)出的帶有角度和速度信息的脈沖信號進行自動切割作業(yè)，切割完成后自動返回原點。設置三個BCD數(shù)字開關，用作時間設定、速度設定、以及角度設定。根據(jù)實際工作要求，時間設定范圍大致在0至9秒即可，速度的設定范圍為兩位可調(diào)0-99，角度設定范圍為三位可調(diào)0-999。設置操作指示燈和操作按鈕。按下手動/自動轉換按鈕后，可切換工作狀態(tài)，當處于自動切割方式時，自動狀態(tài)指示燈點亮；踩下腳踏開關，無論何種工作狀態(tài)，啟動指示燈點亮；機器切割運行時，切割只是燈點亮；無論機器處于什么操作，只要按下停止按鈕，設備停止工作。計數(shù)器對切割次數(shù)進行計算，方便統(tǒng)計已切割的塊數(shù)。硬件設計控制部分設計由于是使用PLC作為控制器，所以控制部分設計的主要內(nèi)容就是以選擇符合設計要求的PLC型號為主。PLC選型主要考慮以下方面：（1）I/O點數(shù)。計算系統(tǒng)預計需要多少輸入量，多少輸出量；（2）計算系統(tǒng)對于PLC響應時間的要求（掃描速度）；（3）根據(jù)設計要求選取是否需要附加功能，如高速計數(shù)器等；根據(jù)本設計系統(tǒng)中控制對象的輸入/輸出量判斷所需I/O點數(shù)如下：步進電機（4個）：輸出量4個、高速脈沖輸出4個；氣壓裝置：輸出量1個、高速脈沖輸出1個；位置傳感器：輸入量2個；數(shù)字開關（設定速度、角度、時間）：輸入量12個；控制按鈕：輸入量4個；指示燈：輸出量3個；計數(shù)器：輸出量1個；總計：輸入量18個，輸出量9個，脈沖輸出5個。根據(jù)本次設計的控制條件，首先將目光鎖定在了三菱Fx-3U系列PLC，但是由于Fx-3U主要是用于小型設備開發(fā)，而同為三菱電機出品的Q系列PLC則是應用在大中型設備中的，雖然在價格上Fx-3U占據(jù)一定優(yōu)勢，但是在工業(yè)中指令處理速度應該是重點考慮因素之一，而Q系列PLC在這方面顯然做的更為優(yōu)異，所以最終應選用三菱QD77MSPLC作為控制器，它是三菱電機推出的大中型PLC產(chǎn)品，具有1024個IO點數(shù)，16個脈沖輸出口，十分適用于做大型設備的控制器，另外他還具有控制精密度高，可拓展性強等優(yōu)勢。驅動部分設計步進電機及驅動器的選型因為玻璃刀主要是步進電機帶動下進行運作的，所以驅動部分的設計主要以步進電機及驅動器的選型為主。步進電機有三種類型：反應式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機。其中混合式步進電機功能更為全面，顧名思義，混合式步進電機綜合了反應式步進電機和永磁式步進電機的優(yōu)點，而且動態(tài)性能更加穩(wěn)定，綜合性能也是最為優(yōu)異，所以此次設計的最終選型在混合式步進電機中敲定。按照目前工業(yè)設施的應用來看，兩相和四相步進電機應用最為廣泛，又因四相電機較兩相電機動態(tài)性能方面強、效率更高、發(fā)熱小、可靠性高，所以最終將選用四相混合式步進電機。除去上述內(nèi)容外，步進電機及驅動器在選型時還應關注以下內(nèi)容：（1）計算步進電機拖動負載所需轉矩（下為電機負載轉矩計算公式）；1）水平直線運動軸計算公式：式中PB：滾珠絲桿螺距（m)μ：摩擦系數(shù)：傳動系數(shù)的效率1/R：減速比W：工作臺及工件重量（KG）2）垂直直線運動軸計算公式：式中WC：配重塊重量（KG）旋轉軸運動計算公式：式中T1：負載轉矩（N·M）（2）力矩和速度作為此次設計電機選型的兩個重要衡量標準，從電機的“矩頻特性”中可以體現(xiàn)出來，但在最終選擇時，不能只選擇滿足要求的電機，還需要保證電機留有力矩余量和速度余量；（3）挑選適用于工業(yè)場合可高速運作的電機，但這里有一個誤區(qū)，不是電機標稱上的力矩值越大性能越優(yōu)異，因為有的電機雖然標稱上的值很大，但是隨著電機的轉速不斷上升，它的力矩衰減的也十分迅速，所以應該選擇力矩衰減緩慢的步進電機作為備選；（4）選用配套的步進電機和步進電機驅動器，匹配度較混搭高，性能更強勁；根據(jù)以上四點要求，通過查找對比，最終選用了由北京精工成機電設備有限公司生產(chǎn)的85BYG450A步進電機和SH-2H090M驅動器。電機為四相混合式步進電機，參數(shù)如下：步距角：1.8°；電壓：2.8V；電流：4.5A；機身長：113mm；最大靜轉矩：4.1N·m；轉動慣量：3.5kg·cm2。矩頻特性如圖3-1：圖3-185BYG450A步進電機矩頻特性圖SH-2H090M驅動器由超大規(guī)模的集成電路控制，穩(wěn)定性高，響應迅速。最大細分數(shù)為200，電源電壓為AC40V。還具有半電流自鎖功能，輸入采用光耦隔離，有脈沖/方向和增/減脈沖兩種輸入方式，用于驅動二相或四相混合式步進電機。步進電機驅動器接口電路設計（1）步進電機工作頻率選擇結合實際工業(yè)加工情況，根據(jù)粗略計算得出，步進電機的細分數(shù)為30，細分后電機的步距角為0.06°（6000步/每轉），PLC輸出頻率及步進電機驅動器輸入脈沖頻率范圍如下表3-1：表3-1PLC輸出頻率及步進電機驅動器輸入頻率范圍表PLC輸出頻率倍頻率驅動器輸入頻率X軸方向0-500Hz*1000-50kHzY軸方向10Hz-10kHz*10100Hz-100kHzZ軸方向10Hz-10kHz不倍頻10Hz-10kHz（2）SH-2H090M驅動器控制信號接口驅動器的功能是將PLC發(fā)出的弱電信號放大到步進電機能夠接受的強電流信號，驅動器接收的信號主要有三種：步進脈沖信號CP。用于控制步進電機的旋轉角度和速度。驅動器每接收一個脈沖信號就驅動步進電機轉動一個步距角（細分時為一個細分步距角），控制CP脈沖的個數(shù)，就等于實現(xiàn)了步進電機的角度控制，脈沖的頻率改變則同時控制著步進電機的速度。方向電平信號DIR。用于控制步進電機的轉向，由高/低電平控制，高/低電平對應不同的電機轉向。使能信號EN。此信號在不連接時默認為有效狀態(tài)，這時驅動器正常工作。當此信號回路導通時，驅動器停止工作。驅動器的接線圖如圖3-2所示。圖3-2步進電機驅動器接線圖切割刀頭的旋轉玻璃刀頭的旋轉是PLC向電磁閥發(fā)出指令，控制氣壓裝置，從而實現(xiàn)旋轉控制指令。氣壓裝置主要由旋轉氣缸和90°定位銷構成，切割刀頭的可以進行0°、90°和180°旋轉。定位銷由于長期處于易磨損狀態(tài)，需要極高的耐磨性，所以選取T10A材料的定位銷，淬火硬度在HRC55以上；氣缸選用自動化工廠中應用較多的SMC基本型擺氣旋轉缸，電磁閥選用SMC的SY5000。切割刀頭默認初始位置為0°位置，當有旋轉信號輸出時產(chǎn)生氣壓推動并碰到90°定位銷時，刀頭轉至90°，如果沒有觸碰到90°定位銷，則刀頭跳過90°直接轉至180°，同理刀頭反向旋轉時觸碰到90°定位銷時刀頭轉至90°位置，否則直接轉至0°位置。由于切割頭可能處于0°、90°或180°，存在著三個位置判定，理應添加三個位置傳感器，但實際工作中監(jiān)測兩個位置足矣，因為非此即彼，如果已有的兩個傳感器的檢測不到刀頭位置，則一定在另一個位置，這樣可以節(jié)省一個位置傳感器，只需在編寫程序時多加一個判定即可。整體輸入輸出設計根據(jù)以上對自動玻璃切割機控制系統(tǒng)的整體設計，繪制PLC的輸入輸出分配如圖3-3，圖中還實現(xiàn)了時間設定、角度設定、速度設定BCD數(shù)字開關的接線。為了能夠節(jié)省輸出點，對于時間設定BCD數(shù)字開關，將其公共端接在了輸入的公共端子上。圖3-3PLCI/O分配圖玻璃切割機的控制系統(tǒng)設計根據(jù)以上控制要求，設計其控制系統(tǒng)如圖3-4。圖3-4玻璃切割機控制系統(tǒng)簡圖圖3-4簡明的反映了玻璃自動切割機的器件組成以及各個器件之間的控制關系。如圖，腳踏開關是控制系統(tǒng)啟動的開關，PLC接收到其信號并發(fā)出指令后設備啟動；出現(xiàn)意外或設備故障時，急停按鈕向PLC發(fā)送急停信號，接收信號后控制設備停止運轉；手動/自動轉換按鈕根據(jù)實際選擇要選擇的工作方式后，向PLC輸送選擇信號，PLC輸出信號確定最終的工作方式。根據(jù)上文提到的時間設定、速度設定以及角度設定的估值，可使用一位BCD數(shù)字開關設定時間值，用兩位BCD數(shù)字開關設定速度值，用三位BCD數(shù)字開關設定角度值。當PLC接收到自動工作信號、啟動信號、切割信號時，發(fā)出控制對應信號的輸出指令，控制對應指示燈點亮，接收到切割信號后，發(fā)出信號控制計數(shù)器進行計數(shù)。PLC接收旋轉指令后，向電磁閥發(fā)出通斷信號，并通過電磁閥控制氣缸旋轉運動，從而達到刀頭旋轉的效果。PLC接收回原點或切割指令時，向步進電機驅動器發(fā)出脈沖列，通過步進電機驅動器進而控制步進電機按接收到的脈沖信號進行運動。上訴元器件除了腳踏開關、電磁閥、氣缸和步進電機以外，其余都布置在電控箱上。根據(jù)上訴內(nèi)容設計控制箱面板如圖3-5，控制箱面板上裝有設備總開關、計數(shù)器、手動/自動轉換按鈕，時間BCD數(shù)字開關，速度BCD數(shù)字開關，角度BCD數(shù)字開關，啟動指示燈，切割指示燈，停止按鈕。圖3-5電控箱面板圖控制部分需要頻繁使用的元器件都布置在電控箱面板上，除了腳踏開關同樣使用較多，但是為了方便使用，需要將其接線從電控箱引出，放置到地面上。對于PLC和步進電機驅動器，將其直接放置在電控箱內(nèi)即可，可以保持外型美觀，還能防止誤觸導致接線松動。驅動部分的接線則從電控箱引出，接到相應器件上。電磁閥的控制線接到PLC上后另一端從電控箱內(nèi)引出，接到電磁閥上，步進電機的控制線接到步進電機驅動器上，另一端從電控箱引出，接到步進電機上。軟件設計開發(fā)環(huán)境因為設計中的控制器是三菱系列PLC，所以采用三菱綜合PLC編程軟件GXWORKS2作為此次設計的編程軟件。GXWORKS2是三菱電機出品與三菱PLC配合使用的，用來做PLC設計、調(diào)試以及維護的編程工具。GXWORKS2與傳統(tǒng)的GXDeveloper相比，不僅增加了許多新功能，還提升了操作性能，使用起來更加便捷。新建工程后，進行編程即可，操作界面如圖4-1。圖4-1GXWORKS2操作界面圖信號輸出設計在速度和角度信號輸出時，采用帶加減速脈沖輸出指令DPLSR指令，帶加減速設定可以防止電機在瞬間加減速情況下，發(fā)生失步，失步會使角度控制失準，造成角度誤差。程序流程圖玻璃自動切割機的主要工作流程：設備接電，真空吸附裝置吸附住玻璃原片，確認真空吸附后，切割刀頭抬起并回原點。切割刀頭沿Y軸正向運行Y0到達（0，Y0），沿X正向走X0，到達切割原點，并轉動刀頭至0°，完成準備工作。切割時，默認設置向右為X軸正方向，向下為Y軸正方向刀頭沿X軸方向走X距離，轉動刀頭至90°并沿Y軸方向走Y距離，然后刀頭旋轉至180°位置并沿著X軸反方向走X距離，最后刀頭旋轉回90°沿著Y軸反方向走Y距離，一次切割完成，抬刀回原點。程序流程圖如圖4-2。圖4-2程序流程圖實物模型設計實物模型的選型和安裝部件選型實物設計無需達到工業(yè)級那種精密的水平，所以最終選用了性價比較高的三個SST43D2125型號和一個T7308-01型號的兩相混合式步進電機，搭配三組滑臺導軌和一個絲桿導軌。將一個SST43D2125型號步進電機與一個滑臺導軌相連組成X軸，將另兩個SST43D2125型號步進電機與另兩個滑臺導軌相連組成兩個Y軸，T7308-01型號與絲桿導軌相連組成Z軸。原本Y軸只需要設置一個，但是考慮到實物裝置不同于工業(yè)設備，為了完善其穩(wěn)定性，在垂直于X軸的兩端分別固定了一個Y軸。實物控制部分設計中原定的是三菱Q系列PLC，但考慮到實際不易獲取，所以采用了和其類似控制原理的尚躍微控制器，其內(nèi)部搭載了驅動器，但是其只能接受路徑指令，所以我們需要把位圖（常見的jpg、png圖片）轉換成控制板能理解的G-Code代碼或.svg格式的矢量圖。G-Code代碼可通過JediMaste、InkScape等軟件生成，.svg格式的矢量圖可通過VectorMagic軟件生成，將生成的G-Code代碼或.svg格式的矢量圖導入到微控制器中，就可以實現(xiàn)對切割形狀的設計，雖然舍棄了一定的控制精度，但是操作更加簡單，方便自動玻璃切割機的功能展示。部件安裝步進電機的接線一般根據(jù)線的顏色來區(qū)分即可，但是不同公司生產(chǎn)的步進電機線的顏色有所差異，所以為了保險起見，接線應該用萬用表打表。2相4線步進電機沒有com公共抽線，所以a組和b組是絕對絕緣的，只需用萬用表將a組和b組分開，不接通的是一組。接線完成的X、Y軸的步進電機前方的齒輪通過齒帶連接，將步進電機固定在滑臺導軌上，此時電機正反轉就可以實現(xiàn)在滑臺上的左右移動。Z軸的步進電機通過絲桿與滑臺相連，電機正反轉可實現(xiàn)絲桿導軌的上下移動，最后將玻璃刀固定在Z軸導軌前端。裝置有效行程180-180-10（mm），外部結構370-310-50（mm）。驅動部分實物接線及拼接完成圖如下：控制部分的接線要求如下圖：由于兩個Y軸電機是正對著擺放的，所以在接線時一定要把一組線圈對調(diào)下?？刂撇糠謱嵨锝泳€完成圖如下圖：項目調(diào)試硬件調(diào)試將安裝完成的整體裝置水平放置，撥動滑臺上的電機保證流暢無卡頓，各電機可獨立正反旋轉。接電后，通電指示燈點亮。用計算機完成切割圖形繪制，Z軸電機轉動，絲桿滑臺下降，帶動刀頭下降到切割原點位置，到達指定位置之后，X、Y軸電機帶動滑臺進行平面內(nèi)的圖形切割運動，切割完成后，X、Y、Z軸電機恢復到初始位置。若按此運行方式運行則證明設備無誤。軟件調(diào)試雖然沒有在實物上應用到PLC，但是GXWORKS2軟件在沒有硬件PLC的情況下，仍可通過自帶的程序仿真功能在一定程度上驗證編程的正確性，進而達到驗證設計可行性的目的。仿真驗證步驟如下：單擊主菜單中的“模擬開始/停止”選項；彈出PLC寫入窗口，等待寫入完成后，單擊“關閉”；在彈出的GXSimulator2窗口中，選擇“RUN”啟動仿真，選擇“STOP”則為停止仿真，“RUN”指示燈變?yōu)榫G色則證明軟件程序正常運行；選擇梯形圖中的軟元件，打開右鍵菜單欄，單擊選中“調(diào)試”→“當前值更改”，在彈出的“當前值更改”窗口中選擇“on”按鈕；根據(jù)“操作編輯區(qū)”內(nèi)的開關量變化，判斷是否達到預期控制要求，如果沒有達到，則修改程序中的錯誤。結束語根據(jù)以上分析，確定了此次設計的可行性，進而也確定了其在實際生產(chǎn)中的實用性，以及本