涂 晨，王 偉，方順林

(1.中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院，山西 太原 030051; 2.清大天達(dá)光電科技有限公司，北京 101204)

本設(shè)備用于液晶屏生產(chǎn)過程中的玻璃基板清洗環(huán)節(jié)，玻璃基板的清洗與干燥是液晶屏生產(chǎn)流程中的第一步。玻璃基板清洗的潔凈度直接關(guān)乎到產(chǎn)品的良品率，因此超聲波干式清洗機(jī)的設(shè)計研發(fā)就顯得尤為重要。本文提出了一種基于PLC的超聲波干式清洗機(jī)的設(shè)計。

本設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分組成：升降部分、傳送部分、測厚部分、VCR部分、清洗系統(tǒng)部分、破片檢測部分以及整形部分。在設(shè)備的運(yùn)行過程中，上游機(jī)械手臂將玻璃基板放置到升降部分上，升降部分接收到玻璃基板后下降，玻璃基板就下降到了傳送部分的滾輪上。在玻璃基板往下游流片的過程中，測厚傳感器將玻璃的厚度進(jìn)行測量，并保證厚度的誤差在±0.05 mm以內(nèi)。VCR通過掃描玻璃基板上的碼來確定玻璃的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配。完成上述兩項(xiàng)檢測之后，玻璃基板將流經(jīng)清洗頭并同時進(jìn)行雙面的清洗，清洗結(jié)束后傳輸?shù)綕L輪的傳出位置。位于設(shè)備傳出位置四個角的破片檢測傳感器將對玻璃的完整度進(jìn)行檢測，并將結(jié)果反饋給PLC。當(dāng)玻璃完成了上述檢測和清洗之后，設(shè)備的整形部分將對玻璃基板進(jìn)行整形，來保證下游的機(jī)械手臂能夠準(zhǔn)確的將玻璃基板取走。清洗機(jī)工作過程時的流程圖如圖1所示。

本設(shè)備的操作面板采用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)人機(jī)的交互，可以通過觸摸屏來輸入設(shè)置各種參數(shù)，保證上下游的設(shè)備能夠準(zhǔn)確的完成協(xié)作。同時可以通過觸摸屏查看設(shè)備各部分的狀態(tài)，以及玻璃傳輸過程中的各個傳感器的狀態(tài)。

1 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能

1) 機(jī)架部分:本設(shè)備內(nèi)部機(jī)架使用了槽鋼焊接工藝，外部機(jī)架使用了鋁型材封裝。底部裝有可供移動的腳輪，同時腳輪旁邊裝有可調(diào)高度的固定地腳。

2) 外型尺寸部分：整體的機(jī)架三圍尺寸為4 225(長)×3 800(寬)×3 300(高)mm，可傳輸?shù)牟Ａб?guī)格是2 500(長)×2 200(寬)mm。

3)滾輪傳輸部分：通過PLC的62DA模塊輸出電壓量，電壓量高低決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢，即控制滾輪和升降平臺。在觸摸屏上可設(shè)的滾輪速度為20～300 mm/s。

4) 升降部分：此次設(shè)計的升降裝置是利用PIN柱支撐進(jìn)行升降的，即支撐玻璃的頂銷組件利用安裝有PIN頭及萬向球的64只支撐桿進(jìn)行支撐，它們分散在尺寸為2 250 mm×2 270 mm的矩形型材支架上，支撐柱通過軸座連接在升降支架上。

5) 測厚部分：測厚部件的測頭間隙與玻璃保持同一個水平線上，測厚部件安裝于玻璃入口處的型材架上，當(dāng)玻璃放置滾輪上后，氣缸向前推進(jìn)，使玻璃進(jìn)入兩個接觸式傳感器之間，在玻璃傳動當(dāng)中感應(yīng)出玻璃厚度并顯示在觸摸屏上。

6) 破片檢測部分：本設(shè)備中采用的是Han Mech公司的RGBS-10-2940破片傳感器，安裝在機(jī)架的四角來檢測傳輸過程中出現(xiàn)了破損的玻璃，并將結(jié)果及時的反饋到觸摸屏上。

7) VCR部分：本設(shè)備采用Salaer公司的ID-3000C-150-SLE型號的VCR，整個VCR部件放置在玻璃基板快傳入到清洗系統(tǒng)處的機(jī)架上。通過VCR可以及時的掃出玻璃基板的碼，比對身份信息并進(jìn)行玻璃傳輸清洗的計數(shù)。

8) 清洗系統(tǒng)部分：清洗系統(tǒng)的清洗頭裝置采用日本進(jìn)口超聲波發(fā)生器組合而成的干式除塵裝置，通過空氣過濾器等一起設(shè)計布局于設(shè)備的中間組成清洗系統(tǒng)。清洗頭提供的P壓和V壓分別進(jìn)行吹氣和吸氣，將玻璃基板上的各種顆粒物吸附干凈。

9) 電控系統(tǒng)部分:本設(shè)備由三菱Q系列PLC的CPU模塊進(jìn)行控制，通過SSCNET主站單元控制電機(jī)驅(qū)動，留有RS232/485通訊單元、CC-LINK單元、CC-LINK IE單元等在設(shè)備內(nèi)部以及與外部設(shè)備進(jìn)行通訊，以確保設(shè)備的可靠性。

2 PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

本設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中存在有兩種控制模式，分別是手動模式和自動模式。當(dāng)設(shè)備進(jìn)行各部分調(diào)試和檢查時，需要技術(shù)人員通過手動模式來對設(shè)備的各部分的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)檢測。特別是在設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)前的流片中，手動模式能逐項(xiàng)解決設(shè)備各部分出現(xiàn)的各種問題。在確認(rèn)設(shè)備的各項(xiàng)功能達(dá)到了指標(biāo)時，設(shè)備在實(shí)際的生產(chǎn)活動中就會以自動模式運(yùn)行下去，按照規(guī)定的控制要求完成動作。兩種模式通過觸摸屏中的虛擬按鍵控制，可以相互轉(zhuǎn)換。

2.1 CC-Link通信

液晶屏(LCD)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣復(fù)雜，針對超聲波干式清洗機(jī)各項(xiàng)工藝參數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、實(shí)時性要求以及調(diào)度過程的集中控制問題，提出采用開放型CC-Link總線技術(shù)，通過專用的QJ61BT11N通信模塊作為主站單元和專用電纜將分散的I/O模塊、特殊功能模塊等連接起來，在PLC的CPU模塊控制下，實(shí)現(xiàn)了對觸摸屏、伺服系統(tǒng)、智能儀器儀表等遠(yuǎn)程設(shè)備站的控制、通信和對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控、管理[2，3]。

CC-Link系統(tǒng)有兩種通信模式:遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模式和遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)模式。

1) 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模式

在本模式中，可以和所有站(遠(yuǎn)程I/O站、遠(yuǎn)程設(shè)備站、本地站、智能設(shè)備站和備用主站)通信。因此，可以根據(jù)使用情況配置不同的系統(tǒng)。

2) 遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)模式

在本模式中，僅包括主站和遠(yuǎn)程I/O站的系統(tǒng)才執(zhí)行高速循環(huán)傳送。因此和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模式相比，可以縮短鏈接掃描時間[4]。

在本設(shè)備中我們采用的是遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)模式，它的主站、遠(yuǎn)程I/O各站以及設(shè)備I/O站之間的連接順序如圖2所示。

圖2 CC-Link系統(tǒng)連接

通信的初始化是啟動數(shù)據(jù)鏈接環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)，Q系列PLC可以通過在GX Works2軟件中設(shè)置CC-Link的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)[5]。參數(shù)設(shè)置見圖3。

圖3 CC-LINK網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置

2.2 同VCR讀碼系統(tǒng)的通信

VCR部件是在玻璃傳送過程中對玻璃進(jìn)行掃碼及計數(shù)的部件，每一塊玻璃基板上都有一個標(biāo)志，通過調(diào)節(jié)鏡頭和光源控制器，使得CCD鏡頭對準(zhǔn)下面的背光板，將采集到的圖像信息通過圖像采集卡交由視覺處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。CCD叫做圖像傳感器，是一種半導(dǎo)體器件，它是可以把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的一種芯片。它并不是可以直接讀取玻璃標(biāo)碼，而是通過背光板，使其上面排列整齊的光電二極管感應(yīng)光線的傳遞，從而再將光信號轉(zhuǎn)化成為電信號反饋到系統(tǒng)當(dāng)中[4]。VCR讀碼系統(tǒng)將采集到的信息反饋到VCR的觸控顯示屏上進(jìn)行顯示，而PLC的CPU模塊則是將VCR讀取到的玻璃數(shù)據(jù)與CC-LINK IE模塊接收到的上游傳來的玻璃數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，驗(yàn)證是否是目標(biāo)玻璃，如果數(shù)據(jù)比對正確，就對設(shè)備觸摸屏顯示畫面中接收玻璃的塊數(shù)進(jìn)行自動加1。在此設(shè)備中我們選用的是安徽Salaer公司的讀碼系統(tǒng)。

VCR讀碼系統(tǒng)有串行通信和并行通信兩種，在本設(shè)備中，采用的是PLC串口通訊模塊QJ71C24N，將PLC與VCR讀碼系統(tǒng)進(jìn)行串行通信。PLC控制VCR的部分程序如圖4所示。

圖4 VCR控制程序

2.3 電機(jī)的控制

由于本設(shè)備整體是比較緊湊的，各個零部件不應(yīng)過大，因此所選電機(jī)應(yīng)為小巧緊湊型，在本設(shè)備中采用的是8臺型號為FBL575CW-15的東方無刷直流電機(jī)，其中6臺用于橫向的滾輪傳輸，兩臺用于控制清洗頭兩側(cè)升降部分的升降。通過運(yùn)動控制模塊QD77MS4與伺服驅(qū)動器的相連，以此來實(shí)現(xiàn)PLC的CPU模塊對電機(jī)的控制。PLC控制電機(jī)的部分程序如圖5所示。

圖5 電機(jī)控制程序

3 結(jié)束語

本文設(shè)計的超聲波干式清洗機(jī)經(jīng)過了機(jī)械安裝和電氣調(diào)試。在流片環(huán)節(jié)中，玻璃基板的潔凈度能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。由于采用了CC-Link通信、Q系列PLC以及觸摸屏，很好的將設(shè)備的各個部分都連接了起來，實(shí)現(xiàn)了完整的玻璃基板的清洗流程。該設(shè)備具有以下兩個特點(diǎn):1) 控制可靠。本設(shè)備采用三菱Q系列PLC控制，具有可靠性高，運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，很好的滿足了生產(chǎn)需要;2) 操作方便。通過在觸摸屏上設(shè)置各種工藝參數(shù)來操作設(shè)備，操作面板十分簡潔，并配有指示燈，按鈕功能清楚。