【正文】 nly used for cosmetics, health care products, daily necessities, food and battery industries of packing. Because labeling machines is relatively plex, manufacturing is difficult, at present the most demand dependence on imports, and foreign labeling machines price is very expensive and difficult to China39。s market place is accepted. This paper research and development and a high degree of automation, simple structure, reliable operation of the cell phone battery to be automatic labeling machine has important practical value. Based on the research and development of the automatic labeling machines as the goal, the main pleted work:1. The labeling process on the wafer to do indepth studies, pleted the labelingmachine control system design, application of keyence’s FX2N32MRE/UL Series PLC to achieveelectrical design and control procedures can be achieved.2. In order to achieve high precision performance labeling machine, the paper improved the ordinary twophase hybrid stepping motor of the closedloop control method. 3． Draw circuit connection diagram, writing PLC control procedures.Key words: automatic labeling machines, programmable controller, serial1 / 46 第 1 章 緒論 貼標(biāo)機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢早在上世紀(jì) 70 年代，歐美等發(fā)達(dá)國家就開始應(yīng)用標(biāo)簽來管理產(chǎn)品。標(biāo)簽技術(shù)是利用標(biāo)簽上的產(chǎn)品的重要信息。將標(biāo)簽貼付在產(chǎn)品或者商品上一件繁瑣的工作，傳統(tǒng)的貼標(biāo)是靠人工手動貼標(biāo)，先將標(biāo)簽剝離，然后貼在產(chǎn)品上。不僅工人勞動強度大、貼標(biāo)順序難以一一對應(yīng)；而且不便于管理、誤差較高和造成標(biāo)簽的二次污染。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和制造行業(yè)的產(chǎn)品管理水平的提高，越來的越多的廠家傾向于使用一種高速自動貼標(biāo)機器，不僅可以改善貼標(biāo)質(zhì)量，而且可以極大的提高貼標(biāo)速度；降低勞動力成本。貼標(biāo)機的分類方法多樣。按自動化程度，貼標(biāo)機可分為半自動貼標(biāo)機和全自動貼標(biāo)機：按容器的運行方向可分為立式貼標(biāo)機和臥式貼標(biāo)機；按標(biāo)簽的種類可分為片式標(biāo)簽貼標(biāo)機、卷筒狀標(biāo)簽貼標(biāo)機、熱粘性標(biāo)簽貼標(biāo)機和感壓性標(biāo)簽貼標(biāo)機，收縮筒形標(biāo)簽貼標(biāo)機：按容器的運動形式可分為直通式貼標(biāo)機和轉(zhuǎn)盤式貼標(biāo)機；按貼標(biāo)機結(jié)構(gòu)可分為龍門式貼標(biāo)機、真空轉(zhuǎn)鼓式貼標(biāo)機、多標(biāo)盒轉(zhuǎn)鼓貼標(biāo)機、撥桿貼標(biāo)機、旋轉(zhuǎn)形貼標(biāo)機。按貼標(biāo)工藝特征可分為壓式貼標(biāo)機、滾壓式貼標(biāo)機、搓滾式貼標(biāo)機、刷撫式貼標(biāo)機等。目前，主要的自動貼標(biāo)技術(shù)有三種 [1]： (1)“吸貼法”(或“氣吸法”)這是最常用的貼標(biāo)技術(shù)。當(dāng)標(biāo)簽紙離開傳送帶后，分布到真空墊上，真空墊連接到一個機械裝置的末端。當(dāng)這個機械裝置伸展到標(biāo)簽與包裝件相接觸后，就收縮回去，此時就將標(biāo)簽貼附到包裝件上。這種技術(shù)可靠地實現(xiàn)正確地貼標(biāo)，且精度高，這種方法對于產(chǎn)品包裝件的高度有一定變化的頂部貼標(biāo)，或?qū)τ陔y于搬動的包裝件側(cè)面貼標(biāo)是非常適用的，但是它的貼標(biāo)速度較慢。(2)“吹貼法”(或“射流法”)這種技術(shù)的某些運作方式與上述所吸貼法相似的，就是將標(biāo)簽放置到真空表面墊上固定，直到貼附動作開始為止。但在本方法中真空表面是保持不動的，標(biāo)簽固定和定位在一個“真空柵”上， “真空柵”為一個上面具有幾百個小孔的平面，這些小孔是用來維持形成“空氣射流”的。由這些“空氣射流”吹出一股壓縮空氣，壓力很強，使真空柵上標(biāo)簽移動，讓它貼附到被包裝物品上。這是一項稍具復(fù)雜性的技術(shù)，它具有較高的精度和可靠性。(3)“擦貼法”(或“刷貼法”)第三種貼標(biāo)方法稱為同步貼標(biāo)法，也可稱作“擦貼法” 、 “刷貼法”或“接2 / 46觸粘貼法” 。在貼標(biāo)時，當(dāng)標(biāo)簽的前緣部分粘附到包裝上后，產(chǎn)品就馬上帶走標(biāo)簽。在這一種貼標(biāo)機中，只有當(dāng)包裝件通過速度與標(biāo)簽分配速度一致時，這種方法才能成功。這是一項需要維持連續(xù)作業(yè)的技術(shù)。此外，為使標(biāo)簽的貼附滿足完整恰當(dāng)?shù)囊螅袼⒆踊驖L筒那樣的第二套裝置也是不可缺少的。隨著自動化水平的提高，特別是伺服電機和步進(jìn)電機控制技術(shù)的發(fā)展以及 MRPII 和 ERP 等生產(chǎn)管理系統(tǒng)的出現(xiàn)貼標(biāo)機向著以下幾個發(fā)展方向:(1)工件或產(chǎn)品搬送的驅(qū)動改為步進(jìn)電機或者伺服電機來傳動滾珠絲杠，代替了傳統(tǒng)上用氣缸驅(qū)動工件，大大的提高了貼標(biāo)機在搬送工件的過程中的定位控制精度，改善了貼標(biāo)質(zhì)量。(2)自動化程度不斷提高，過去的手工半手工的復(fù)雜作業(yè)，己被半自動或自動的貼標(biāo)機所取代，且逐漸向控制智能化的方向發(fā)展。(3)先進(jìn)的機電技術(shù)和新元件被綜合應(yīng)用于貼標(biāo)機中，并通過采用先進(jìn)的設(shè)計方法提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，縮短制造周期。貼標(biāo)機作為包裝生產(chǎn)線的一個重要組成部分，直接影響到包裝質(zhì)量，因此要努力提高貼標(biāo)質(zhì)量，根據(jù)貼標(biāo)要求從設(shè)計、制造、裝配、調(diào)試等方面綜合考慮，以較低的成本滿足貼標(biāo)機的功能要求。 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串、并聯(lián)及時間繼電器的延遲動作來組成控制邏輯，其缺點是一個系統(tǒng)一但確定就很難輕易再改動。如果要在現(xiàn)場做一些更改和擴展更是難以實行。而 PLC 是利用其內(nèi)部的存儲器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲起來的，所以只要改變 PLC 內(nèi)存儲器的內(nèi)容，也就可以實現(xiàn)更改控制邏輯的目的。對于一個 PLC 來講，只要用 PLC 配備的編程器在現(xiàn)場就可以完成更改。至于 PLC 對外部的聯(lián)系，只有 I/O 點，只要輸入輸出對象不變，就無須對硬接線作任何改動。 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)的。工作頻率很低。一次動作一般為數(shù)十毫秒。對于復(fù)雜的控制，使用的繼電器越多，反應(yīng)就越慢。而PLC 是以微型計算機為基礎(chǔ)的控制裝置，其運行速度為每個指令步數(shù)十微秒(對于高速 PLC 則是 5 微秒以下) 。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會出現(xiàn)抖動的問題。對于限時控制，繼電器是利用時間繼電器的延時動作來實現(xiàn)的。由于時間繼電器是利用空氣陽力，半導(dǎo)體延時電路來實現(xiàn)延時的，所以其定時精度低，調(diào)整不一方便。且環(huán)境溫度變化等因素都會對定時精度有直接的影響。而 PLC則是由晶體振蕩器所產(chǎn)生的脈沖經(jīng)多次分頻后得到的時基脈沖進(jìn)行計數(shù)來定時3 / 46的，定時范圍一般為 秒，也有 秒的，精度一般高于 10 毫秒，只要根據(jù)需要由編程器送入時間常數(shù)即可實現(xiàn)定時時間的設(shè)定或更改。由于 PLC 的定時是對時基脈沖進(jìn)行計數(shù)來實現(xiàn)的，所以如果是對脈沖進(jìn)行計數(shù)，就成為計數(shù)器?，F(xiàn)代的 PLC 一般都具有定時器和計數(shù)器功能。 從可靠性和可維護(hù)性方面來看，繼電器控制邏輯由于使用了大量的機械觸點，連接線一也多，觸點開閉時產(chǎn)生的電弧會使觸點損壞，動作時的機械振動還可能使接線松動，所以可靠性和可維護(hù)性都較差。而 PLC 則采用了無觸點的電子電路來替代繼電器觸點，確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點，因此不存在下述缺點。而且體積小、功耗小、壽命長、可靠性高、還具有監(jiān)控功能和自檢功能，使程序的運行過程成為透明。 PLC 與單片機控制系統(tǒng)比較 雖然單片機的配置較微機系統(tǒng)簡單，成本也較易接受，擔(dān)它仍然不是為工業(yè)控制而設(shè)計的。同樣存在著編程難、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍較差，成本高等缺點。盡管其有較強的數(shù)據(jù)處理能力，但工業(yè)控制都為開關(guān)量控制，所以其長處仍得不到發(fā)揮。單片機與 PLC 的比較：在很大程度上，單片機是專一為工業(yè)控制而設(shè)計的。因此，它具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。事實上，現(xiàn)代 PLC 的核心就是單片微處理器。用單片機作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢。們是不可否認(rèn)，從單片機到工業(yè)控制裝置之間畢竟有一個硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的過程。雖然 PLC 也有必不可少的軟件開發(fā)過程，但兩者所用的語言差別很大，單片機主要使用匯編語言開發(fā)軟件。而 PLC 用專用的指令系統(tǒng)來編程的。前者復(fù)雜而易出錯，開發(fā)周期長。后者簡便易學(xué)，現(xiàn)場就可以開發(fā)調(diào)試。 單片機控制系統(tǒng)僅適用于較簡單的自動化項日。硬件上主要受 CPU、內(nèi)存容量及 I /O 接口的限制；軟件上主要受限于與 CPU 類型有關(guān)的編程語言。一般說來單片機或單片機系統(tǒng)的應(yīng)用只是為某個特定的戶二品服務(wù)的。其通用性、兼容性和擴展性都相當(dāng)差。 PLC 在全自動包裝機上的應(yīng)用 包裝機械的最大特點是動作復(fù)雜、頻繁，具有較多的執(zhí)行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用PLC 控制的情況下，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。從物理介質(zhì)方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存器，在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。一般的 PLC 都有上百點內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，而且還有多種專用4 / 46的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求但唯一需要做的就是對 PLC 進(jìn)行編程。事實上 PLC 用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟性的，然我們不能忽視了 PLC 的另一個優(yōu)點，那就是其運行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來講，PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場合。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點： 更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動，程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易，電氣硬件設(shè)計大人簡化。由于 PLC 除有繼電器功能外，尚有多種其他功能，可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機構(gòu)簡化，可靠性高； 成本相對于繼電器控制稍高，但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù)量的增加，成本急驟上升，而 PLC 控制幾乎保持不變，這一點對于復(fù)雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性； 因此，國外在注塑機、各種包裝機上已經(jīng)大量地采用了 PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我國包裝機械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用 PLC 來取代的話，則可以簡化機械結(jié)構(gòu)，機械和電氣設(shè)計都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn)，是機器在某種程度上實現(xiàn)科能化。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng)。 本課題研究內(nèi)容現(xiàn)代市場上可以直接購買的貼標(biāo)機雖然種類繁多，但是不僅價格昂貴，而且只是適應(yīng)某些產(chǎn)品的貼標(biāo)要求，貼標(biāo)的通用性不強。貼標(biāo)機大多針對產(chǎn)品的商標(biāo)貼標(biāo)，都是將標(biāo)簽直接貼在產(chǎn)品或者包裝件上，因此沒有上位機參與管理。本課題具體主要研究內(nèi)容如下：（1）據(jù)貼標(biāo)機的加工工序、工藝路線和工位參數(shù)，對貼標(biāo)機設(shè)計作了功能性分析。完成貼標(biāo)機的貼標(biāo)整體機構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)氣動機械手的取標(biāo)，