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玻璃切割控制系统设计与控制方法研究

作　者: 孙建
导　师: 张金泉
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 玻璃切割伺服控制插补 PLC 二维排料优化
分类号: TQ171
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

玻璃是一种重要的建筑和装饰材料,被广泛应用于楼房搭建、汽车生产、家具制造等各个领域,而玻璃切割是形成玻璃成品的一个重要工序。目前,国产的切割系统在精度、速度、可靠性方面与国外同类产品相比都还有一定的差距,国内玻璃切割厂家的切割设备大多依赖于进口。因此,自主开发自动玻璃切割系统具有重要的现实意义,它将大大增强国内玻璃机械生产厂家的国际竞争力。根据玻璃切割的工艺流程,本文设计了由上位机、PLC、伺服驱动器、伺服电机和一些辅助设备组成的玻璃切割系统。该系统实现了玻璃自动上片功能,控制器可接收来自上位机的图形信息进行自动切割。为了提高剥片效率,设计了气动式剥片结构。在切割的精度方面,系统采用了插补算法。本文采用最小偏差法、数字积分法分别实现直线和圆弧插补。玻璃深加工产品的排料优化问题,是提高产品成品率的关键,也是难题。由于任意异形图形都可以被某个最小矩形所包容,因此异形玻璃的优化排版问题转化为二维矩形的排版优化问题,此问题属于NP (Non-deterministic Polynomial)完全问题。本文在分析玻璃加工的排料特点与工艺要求的基础上,对一般排料问题的数学模型进行了分析,将二维排料问题通过降维启发式方法转化为一维问题,即将长度或宽度相近矩形块生成矩形条料。采用FFD启发式算法和直接搜索法分别解决大、小规模的一维排料问题。以Visual C++6.0为开发工具,实现了二维排料优化。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的研究背景、意义  10-11
    1.1.1 玻璃及玻璃切割工业的现状、特点  10-11
    1.1.2 论文的目的、意义  11
  1.2 国内外控制系统研究现状  11-14
    1.2.1 硬件控制系统  11-12
    1.2.2 排料优化  12-14
  1.3 玻璃切割系统的工艺流程  14
  1.4 本文主要研究内容  14-16
第2章玻璃切割系统总体设计  16-24
  2.1 控制系统的组成  16-17
  2.2 伺服控制系统  17-19
  2.3 PLC与伺服驱动器的选型  19-20
    2.3.1 PLC选型  19
    2.3.2 伺服驱动器与伺服电机的选型  19-20
  2.4 PLC与伺服驱动器的功能  20-24
第3章插补算法  24-34
  3.1 PLC实现直线插补原理  24-27
  3.2 PLC实现圆弧插补原理  27-34
第4章软件设计与仿真  34-52
  4.1 cx-programmer7.1概述  34-35
  4.2 PLC扫描工作与用户程序设计的特殊性  35-36
  4.3 PLC实现插补前的准备  36
  4.4 PLC直线插补的软件设计  36-44
    4.4.1 最小偏差法直线插补流程图及插补参数的隔离  36-38
    4.4.2 最小偏差法直线插补的各子程序梯形图设计  38-44
  4.5 圆弧插补的软件设计  44-50
    4.5.1 数字积分法圆弧插补流程图及插补参数的隔离  44-46
    4.5.2 数字积分法圆弧插补的各子程序梯形图设计  46-50
  4.6 插补运算控制输出的进给轨迹仿真结果及分析  50-52
第5章异形玻璃的排料优化  52-68
  5.1 排料的特点与工艺要求  52-54
  5.2 排料优化设计思想  54-56
    5.2.1 排料问题数学模型分析  54-55
    5.2.2 排料问题的设计思想  55-56
  5.3 排料优化的实现  56-68
    5.3.1 排样模式分析  56-57
    5.3.2 矩形板条的生成  57-59
    5.3.3 矩形板条的优化排放  59-62
    5.3.4 余料区间的递归填充  62-64
    5.3.5 排料的实现  64-68
第6章总结  68-70
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-72
致谢  72

玻璃切割控制系统设计与控制方法研究

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