【正文】 容 ................................................. 4 第 2 章 貼標(biāo)機(jī)的功能分析和總體設(shè)計(jì) .................................. 5 2． 1 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的功能分析 ...................................... 5 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) .............................................. 5 本章小 結(jié) ....................................................... 7 第 3 章 貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) ......................................... 8 下位機(jī)控制系統(tǒng)的選型 .......................................... 8 下位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件配置 ..................................... 10 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ................................................ 13 PLC 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) .......................................... 16 本章 小結(jié) ..................................................... 19 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................ 20 下位機(jī) PLC 程序的實(shí)現(xiàn) ........................................ 20 通信程序的設(shè)計(jì) ............................................... 22 系統(tǒng)控制部分梯形圖設(shè)計(jì) ........................................ 27 第 5 章 結(jié)論與展望 ................................................... 32 全文總結(jié) ..................................................... 32 研究展望 ..................................................... 32 致謝 .................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ............................................................... 35 附錄 I 外文原文 ......................................................... 36 附錄 II 外文翻譯 ......................................................... 41 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī) 摘要： 貼標(biāo)機(jī)是一種自動(dòng)化程度高、復(fù)雜系數(shù)大的機(jī)電一體化產(chǎn)品 ,主要用于化妝品 ,保健品、日用品、食品和電池等行業(yè)的包裝。 根據(jù)三菱公司的 FX2N32MRE/UL 系列 的程序指令，畫出系統(tǒng)控制部分的 梯形圖，繼 而寫出控制部分程序的指令表。最后一步進(jìn)行控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) ， PLC 實(shí)際的工 作機(jī)制是循環(huán) 掃描的工作方式。對(duì)貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行功能性分析，分析出了貼標(biāo)機(jī)的動(dòng)作過(guò)程， 貼標(biāo)機(jī)有送料 — 貼標(biāo) — 滾壓 — 移載 — 翻轉(zhuǎn)五個(gè)動(dòng)作。完成貼標(biāo)機(jī)的貼標(biāo)整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手的取標(biāo)，貼標(biāo)過(guò)程的電氣控制，完成控制柜的電氣原理圖設(shè)計(jì)和接線圖設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī) 電 氣一體化。需編寫相應(yīng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書，畫出控制系統(tǒng)的主電路圖， PLC 的接線 圖，畫出系統(tǒng)控制部分的梯形圖，并寫出語(yǔ)句表。接著進(jìn)行貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)， 選用日本三菱公司的 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 作為下位機(jī)控制 ，畫出 PLC 直接控制 步進(jìn)電機(jī)的接線圖，確定 PLC 輸入輸出信號(hào)地址的分配。 PLC 上電以后， CPU 在系統(tǒng)程序的監(jiān)督下先進(jìn)行內(nèi)部 處理，包括硬件初始化， I/O 模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及其他 初始化處理等工 作。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 該同學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，態(tài)度積極。由于貼標(biāo)機(jī)較為復(fù)雜 ,制造難度大 ,目前這方面的需求大多依賴進(jìn)口 ,而國(guó)外貼標(biāo)機(jī)的價(jià)格十分昂貴 ,很難被我國(guó)市場(chǎng)所接受。 關(guān)鍵詞 ： 自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)，可編程控制器，串口通信 Mobile phone battery labeling machine Abstract:Labeling machine is a high degree of automation, plex factor is big electromechanical integration products, mainly 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。不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、貼標(biāo)順序難以一一對(duì)應(yīng)；而且不便于管理、誤差較高和造成標(biāo)簽的二次污染。按貼標(biāo)工藝特征可分為壓式貼標(biāo)機(jī)、滾壓式貼標(biāo)機(jī)、搓滾式貼 標(biāo)機(jī)、刷撫式貼標(biāo)機(jī)等。這種技術(shù)可靠地實(shí)現(xiàn)正確地貼標(biāo)，且精度高，這種方法對(duì)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(dòng)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。這是一項(xiàng)稍具復(fù)雜性的技術(shù)，它具有較高的精度和可靠性。這是一項(xiàng)需要維持連續(xù)作業(yè)的技術(shù)。 (3)先進(jìn)的機(jī)電技術(shù)和新元件被綜合應(yīng)用于貼標(biāo)機(jī)中，并通過(guò)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短制造周期。而 PLC 是利用其內(nèi)部的存儲(chǔ)器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲(chǔ)起來(lái)的，所以只要改變 PLC 內(nèi)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，也就可以實(shí)現(xiàn)更改控制邏輯的目的。工作頻率很低。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問(wèn)題。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(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)定時(shí)的，定時(shí)范圍一般為 3 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(shí)間常數(shù)即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間的設(shè)定或更改。而 PLC 則采用了無(wú)觸點(diǎn)的電子電路來(lái)替代繼電器觸點(diǎn)，確切地說(shuō)是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來(lái)代替觸點(diǎn)，因此不存在下述缺點(diǎn)。盡管其有較強(qiáng)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(zhǎng)處仍得不到發(fā)揮。用單片機(jī)作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢(shì)。前者復(fù)雜而易出錯(cuò)，開發(fā)周期長(zhǎng)。一般說(shuō)來(lái)單片機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用只是為某個(gè)特定的戶二品 服務(wù)的。從物理介質(zhì)方面來(lái)講，前者是要用具體的電氣元件來(lái)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(fèi)額外的費(fèi)用來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。由于 PLC 除有繼電器功能外，尚有多種其他功能，可以實(shí)現(xiàn)繼電器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的控制功能，實(shí)現(xiàn)某種程度上的智能化，并有 可能使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，可靠性高； 成本相對(duì)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(diǎn)對(duì)于復(fù)雜的控制來(lái)講具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性； 因此，國(guó)外在注塑機(jī)、各種包裝機(jī)上已經(jīng)大量地采用了 PLC 來(lái)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。通過(guò)對(duì)各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng)。完成貼標(biāo)機(jī)的貼標(biāo)整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手的取標(biāo)，貼標(biāo)過(guò)程的電氣控制，完成控制柜的電氣原理圖設(shè)計(jì)和接線圖設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī) 電 氣一體化。需要設(shè)計(jì)一個(gè)精確的位置伺服系統(tǒng)，要求手機(jī)電池在上升位移量過(guò)程中無(wú)位置靜差、無(wú)超調(diào)或者小超調(diào)、響應(yīng)速度快和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好。通過(guò)上位機(jī) RS232 串口通信來(lái)對(duì)可編程控制器內(nèi)部輸入、輸出點(diǎn)、定時(shí)器和中間繼電器進(jìn)行讀寫操作。 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的原理及工作過(guò)程 原理：工作過(guò) 程的開始是電池在傳送帶上以一個(gè)不變的速度向貼標(biāo)機(jī)進(jìn)給。 標(biāo)簽是在貼標(biāo)輪與電池移動(dòng)速度相同的情況下被貼在電池上的。 工作過(guò)程： 步進(jìn)馬達(dá)帶動(dòng)卷料軸、出料盤運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)出料盤與卷料盤的拉力，標(biāo)簽在剝標(biāo)板處剝離，由光電檢測(cè)頭確認(rèn)剝離位置，并發(fā)出停止指令，此時(shí)，送料馬達(dá)帶動(dòng)吸標(biāo)裝置前移，吸標(biāo)板吸住標(biāo)簽，吹氣裝置開始工作，標(biāo)簽隨馬達(dá)前移至限定位置，左糾偏氣缸及前糾偏氣缸同時(shí)推出。 8 第 3 章 貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分，上位機(jī)貼標(biāo)的管理信息控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和下位機(jī) PLC 貼標(biāo)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)電氣控制柜的元器件進(jìn)行布局。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求以外，還有許多有點(diǎn)。外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)，傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均為 PLC 輸入量，它們經(jīng)過(guò) PLC 的外部輸入到內(nèi)部寄存器， PLC 做各種邏輯運(yùn)算或其他運(yùn)算處理送到 PLC 的輸出端，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供各種控制。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，即使在大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的上業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。相對(duì)常規(guī)的可編程控制器而言，省去了定位控制單元，給安裝調(diào)試帶來(lái)方便。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的步進(jìn)電機(jī)為日本東方電機(jī)公司生產(chǎn)的 PK264A2 型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子與軸直接是通過(guò)減速傳動(dòng)，減速比 1： 18，因此 它的步進(jìn)角度僅為 度，為同行電機(jī)步距角度最小的一款。 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須考慮脈沖當(dāng)量，根據(jù)貼標(biāo)工藝和要求，系 統(tǒng)為直線每次進(jìn)給量為δ =8 .13mm，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步距角度α ，滾珠絲杠導(dǎo)程 t＝ 1mm，那么步進(jìn)電機(jī)每次搬送相鄰兩個(gè)電池需要的脈沖數(shù) m ，根據(jù)公式： 360360m tt??? ???? 代入數(shù)字得 m =2926。 （ 2）在緊急情況下為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的可操作性，需要設(shè)置輸出開關(guān)信號(hào)給可編程控制器和合理布局控制面板，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)輸出開關(guān)信號(hào)鍵有開機(jī)鍵、復(fù)位鍵、手動(dòng) /自動(dòng)鍵的切換、控制電池上升鍵和下降鍵、氣動(dòng)機(jī)械手搬送鍵和緊急停止鍵，控 制面部的布局應(yīng)該簡(jiǎn)潔，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，操作人員能夠第一時(shí)間通過(guò)操作面板的操作來(lái)阻止重大事故的發(fā)生。 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)接線圖如圖 所示。其 PLC 地址分配如表 31 所示： 表 PLC 輸入信號(hào)地址分配 輸出信號(hào) 輸入信號(hào)分配地址 自動(dòng)手動(dòng)信號(hào) X0 啟動(dòng)信號(hào) X1 停止信號(hào) X2 光電開關(guān)檢測(cè) X3 手機(jī)電池到位檢測(cè) X5 貼標(biāo)精度檢測(cè) X7 限位開關(guān) X10 電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù) X11 PLC 的輸出信號(hào)主要控制氣缸電磁閥的動(dòng)作，如控制氣缸搬送、真空吸附、貼標(biāo)、下氣缸托住電池、氣動(dòng)機(jī)械手夾住電池等動(dòng)作，其 PLC 輸出地址分配如表 所示： 13 3 表 PLC 輸出信號(hào)地址分配 輸出信號(hào) 輸出信號(hào)分配地址 步進(jìn)電機(jī) Y0、 Y5 交流電機(jī)一 Y3 交流電機(jī)二 Y4 側(cè)位夾氣缸電磁閥 Y10 切割氣缸電磁閥 Y11 前糾正氣缸電磁閥 Y13 聲光報(bào)警 Y16 .4 電氣控制柜的整體布局設(shè)計(jì) 貼標(biāo)機(jī)設(shè)備處在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，工作環(huán)境惡劣，各種干擾對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行有著嚴(yán)重影響。 （ 3）對(duì)于 PLC 的供電電源必須有專門 的接地。三相異步電動(dòng)機(jī)工作電壓是380V(AC), PLC 的工作電壓為 220V (AC)，傳感器的工作電壓為 24V DC。在 24V 電壓范圍內(nèi)又叫 24A 直流電源，直流電源有正負(fù)兩個(gè)電極，正極的電勢(shì)高，負(fù)極的電勢(shì)低；當(dāng)兩個(gè)電極與電路連通后，直流電源能維持兩個(gè)電極之間的恒定電勢(shì)差，從而在外電路中形成由正極到負(fù)極的恒定電流。在電機(jī)控制電路中，為了防