玻璃运动中

运动控制为玻璃制造带来精度、可靠性和可重复性。

玻璃制造是一种连续的方法，涉及巨大的热量，无论是玻璃熔体和生产线本身。根据机器类型，一旦调试，它可能会在十年或更长时间运行时钟。其他人可能会经常经常每周几次转换。在任何一种情况下，性能都是必不可少的。

在20世纪的大部分时间里，气动和液压玻璃制造机器主导着市场。然而，近几十年来，运动控制技术发挥了越来越重要的作用，从执行外围任务到为整个机器提供动力。运动控制提供精度、性能、智能诊断和严格控制，帮助玻璃行业实现新的经济和效率水平。

玻璃101
玻璃根据制造工艺分为两大类:浮法玻璃和中空玻璃。浮法玻璃包括用于镜子、平板显示器和窗户的平板玻璃。中空玻璃是指模压的器皿和形状，如酒杯、瓶子、眼镜等。这两种材料的制造方法非常不同，面临着不同的挑战。

浮法玻璃得名于它的制造过程，在这个过程中，熔融的玻璃在密度较高的熔化金属(如锡)上形成一条几米宽的带状。在到达生产线的冷端之前，玻璃要经过拉伸、磨边和退火。此时，丝带必须被切割成有用的尺寸并堆叠起来。这就是运动控制的作用。

浮法玻璃本身并不是切割的，而是刻出一条软线，然后沿着这条线被称为snap roller的元素打破。虽然听起来很简单，但执行起来却很有挑战性。

x轴切线，或划线，横过流体的方向。对于许多织网过程，x轴划线发生在一个精确的角度的垂直的流动，以产生一个直角切割而不停止缎带。这不仅需要精确的切割方向，还需要精确的时间。

y轴切口与流动方向平行。刻划轮必须放下，与玻璃接触一段确切的时间，然后立即收回，以产生尺寸和形状正确的薄片。

虽然浮法玻璃的制造和塑料薄膜或纸张的制造一样是一个网状过程，但玻璃的风险更高——速度或同步上的错误不会产生塑料的皱褶，而是一堆热的、破碎的玻璃。形成色带的熔化物需要一定比例的回收玻璃被称为碎玻璃，因此，由于生产线故障而破碎的玻璃仍然可以使用，但故障确实代表了制造时间和能源的浪费。运动控制提供的精度和高反馈有助于确保质量切割，在丝带的运动中没有中断。

带状通常经历多个y轴切割，较大的板块转移到附属线进一步分裂。事实上，制造机器可以包括多达16个沿y轴切割头。这是一个适合模块化设计和控制结构的过程。“这是一个简单的定位，但你必须看到所有这些不同的主管在获取信息时的协调，”约翰·瑞安(John Ryan)说西门子,正在(乔治亚州)。“切割头的动作需要微秒级的精度。”

与大多数织网工艺不同，玻璃制造是高度依赖于温度的。浮法玻璃线不能简单地打开或关闭。他补充道:“这不是一个批处理过程，你运行一些，然后休息一下。”“你建造一个熔炉，打开它，然后它就会在接下来的10到15年里连续生产玻璃。”

换句话说，在生产线上运行的自动化技术需要高度可靠。任何故障都需要易于诊断和修复。这就是今天的智能运动控制组件的作用，提供简单的诊断和即插即用操作。

紧迫的玻璃
中空玻璃产品是将熔化的玻璃挤压成玻璃瓶或瓶子的形状制成的http://www.youtube.com/watch?v=on-_oUajNso）。它们是在各个部分（IS）机器中制造的，该机器具有模块化，并行处理设计，使得允许部分选择性地关闭维护或转换，同时允许玻璃继续流动而不会中断。根据产品的截面数和尺寸，机器可以像700零件一样快。

这个过程首先要在一个叫做给料器的陶瓷碗中调节熔融玻璃。由伺服控制的针驱动，玻璃通过给料器的孔环挤压。然后它被切割成空穴，落入一个称为分配器的歧管结构中。采空区的形状和大小取决于成品的参数。分配器按特定的顺序将物料装入机器的各个部分。玻璃进入空白模子，模子将玻璃形成被称为parisons的前兆形状。根据特定的流程,型坯将形成最终的船通过机械创建一个抑郁的玻璃套管和吹空气扩大它的模具(媒体和打击)或通过使用飞机的空气创建初始抑郁和额外的空气中吹扩大(打击和打击)。从空白模具移除后，parisons被转移到生产模具，在那里它们被空气膨胀。

在分两部分的模具打开后，取出容器，外卖机构将它们取出，并将它们悬挂在一个“死”板上，用空气冷却底部，以确保它们不会因自身重量而坍塌。在外卖的过程中，瓶子在接触时仍然足够热，足以融合在一起，所以它们必须以精确的间隔转移到传送带上。一个清理机制将它们转移到传送带上，在传送带上它们进入被称为lehr的退火室，在那里它们被加热并慢慢冷却，以消除可能导致稍后自发粉碎的内部应力。

将伺服
在20世纪的大部分时间里，气动和液压技术主导了IS机械的设计。到了20世纪80年代，一流制造商发现自己面临着进一步降低价格的压力，他们已经采用了最高效率的技术。问题是如何做到。克利夫兰运动控制公司(Cleveland Motion Controls Inc.)的业务发展经理苏斯•达塔(Sus Datta)表示，成本有三个因素:制造玻璃所消耗的能量、机器上的劳动力和资本投资，以及材料本身。运动控制增加了精度和可重复性，允许制造商可靠地生产更轻、更薄的瓶子。“如果你回到过去，那时一切都是机械完成的，你会看到瓶子的厚度比今天大得多。运动控制还提供了产品的位置，因此他们可以提高两到三倍的过程速度。”

最初，机器建设者开始利用伺服电机进行摄入和外出步骤。例如，机器制造商和玻璃制造欧文伊利诺伊州伊利诺伊州利用猪肉形成和拿出面积的伺服电机，但使用气动吹气和模具操作。”We’re looking at about 30 servo axes for peripheral functions,” says Wayne Leidy, Manager of Research And Development, Process Innovation at Owens-Illinois Inc. “The machine itself has anywhere from eight to 12 sections, with probably 12 or 13 axes on each one.”

在20世纪90年代，机器制造商开始扩大运动控制的使用，试图获得进一步的优势。例如，Emhart Glass SA发布了一款全伺服机器NIS，该公司至今仍在生产。直线由8个、10个或12个部分组成，每个部分最多有8个伺服轴。通信在微秒级通过以太网通过CANOpen进行。与此同时，Sklostroj turv CZ s.r.o.与西门子合作发布了自己的全伺服机器，称为国际空间站。这台机器从9到17轴每个部分，所有协调在Profinet。

转向全机电设计带来了巨大的好处。IS机器中的进程往往是高度交错的。例如，一只手臂需要从工作信封中伸出来，才能让另一只手臂伸进去。在这种情况下，气动执行器的本质可能会造成问题。“气动执行器有一个气垫，你真的不知道它会停在哪里，”埃姆哈特玻璃研究中心(Emhart Glass Research Center)过程自动化和仿真经理斯蒂芬·奥斯汀(Stephen Austin)说。“你需要对气动机器进行大量调试，以确保它们不会发生碰撞。有了伺服系统，你就能准确地知道启动和停止的位置。你还能更好地控制加速度和挺举。它全部基于运动控制，以增加重复性，控制，设置和操作的机器。它将缩短你的周期时间。 You also will be able to eat into those collision zones, have a tighter tolerance between moving machine elements producing the container.”

运动控制的另一个重要属性是灵活性。虽然一次性机器存在，在今天的经济，公司需要更大的灵活性。他们可能会发现自己今天在做婴儿食品罐，明天又在做香槟瓶。对于基于伺服轴的机器，转换可能需要数小时，而不是几天。一旦机器被调整，生成正确的运动轮廓来生产给定的产品，配方就可以存储起来以备将来使用。

热门
运动控制组件可以提供很大的好处，但首先它们必须在严酷的环境条件下生存。中空玻璃制造的温度范围从熔化炉的2700°C左右到取出点的750°C和900°C，运动控制位于热端中部。特殊的碳基润滑剂和模具可以帮助系统抵御高温，但也会引入严重的污染。为了进行补偿，设计工程师使用解析器而不是编码器，并在冷却的外壳或控制室中使用隔离驱动器和控制器。

当然，这样做的代价是大幅增加了电缆的运行，而传统上，电缆是运动系统中最常见的故障点。为了增加电缆的使用寿命，机器制造商在电缆中保护电缆，并尽可能将其限制在低温区域。必要时，他们使用结构电缆与护套设计的高温应用。Leidy说:“当你需要弯曲或让电缆暴露在高温下时，你可以试着做短辫子，连接两端，这样如果出现故障，你可以非常迅速地更换。”

事实上，避免故障和减少停机时间是关键。一个错误不只是造成一堆纸板空白。如果一条线真的下降了，那么损失的生产时间和清理时间的成本可能是巨大的。达塔说:“这个系统不会失败。”“如果一家玻璃工厂倒闭，成本可能会达到数百万美元。再次提出这个问题需要两到三周时间，所以可靠性成了一个主要问题。”

“平均故障时间和平均修复时间对我们来说是非常重要的参数，”Leidy表示同意。

例如，功率调节假设具有更重要的作用。保护可以从有源线模块到允许系统存活电压尖峰的电容库。模块化设计和智能插头和播放组件也有所帮助。如果模块发生故障，则该方法是将其交换并脱机修复模块。“你不想在生产地板上做更多的故障排除，比你必须，”leidy笔记。

风扇或冷却器在高温面上延伸电机寿命的精细工作。缺点是它们代表另一个子系统，增加复杂性，部分计数，维护和成本。更好的选择是超大电机。适当的隔热屏蔽可以将环境温度的效果降至约200°C，这并不是坚固耐用的电动机的极端。

无刷电机提供了一个更强大的解决方案，然后刷版本，不仅固有的主题磨损，但容易电弧和电磁干扰。早期的无刷电机遭受转矩波动。该公司的高级运动控制工程师李·斯蒂芬斯(Lee Stephens)说，这个问题现在已经通过换相控制基本上解决了Kollmorgen(弗吉尼亚州Radford)。他说:“随着当今电子技术和控制系统的进步，我们的性能可以与从高极数刷刷电机到任何东西相媲美。”“今天的无刷电机的寿命实际上是基于轴承寿命，因为电机本身不会磨损。”对于要求100%占空比的应用程序，这是一个重要的属性。

提供高可靠性，灵活性和易于维护，伺服技术继续降低玻璃制造线路运营成本和所有权成本。随着每次通过的一年，运动控制技术提供更好的性能，帮助玻璃制造商满足市场需求和价格压力。