【正文】 止過載等情況加入熱繼電器 FR 進行過載保護。 15 圖 電機電路 系統(tǒng)控制總電路圖 全自動貼標機控制系統(tǒng)主電路圖如圖 所示。為了防止過載等情況的發(fā)生還要加入熱繼電器等。光電開關(guān)檢測 X3, X5 是手機電池的到位檢測、 X7 是貼標精度檢測、電動機過載保護信號 X11 等，通過以上信號的檢測來控制電機等的動作情況。其中有六個控制部分要用到氣動控制，且它們都共用一個氣源，即空氣壓縮機提供的空氣。可編程控制器通過采集輸入部分即傳感器、開關(guān)等的信號來控制輸出部分即電機、電磁閥和聲光報警等。 因此根據(jù)以上分析可以控制系統(tǒng)的軟件只需對下位機的軟件進行開發(fā)。這種工作方式的顯著特點是：可靠性高、抗干擾能力強等特點，這種工作方式會給系統(tǒng)相應(yīng)帶來一定的延時，但是 PLC 的掃描速度很快，一般能夠滿足系統(tǒng)實時性的要求。 PLC 的 CPU 工作原理圖如圖 所示： 21 圖 PLC 的 CPU 工作流程圖 總體說來 PLC 的一個掃描周期由三個部分組成： （ 1）保證系統(tǒng)的正常運行的公共操作：這一部分掃描時間是固定的，隨著 PLC 的 CPU 類型不同而不同。以 PLC 控制系統(tǒng)的機械動作控制為例，在因為某些開關(guān)量輸入信號的機械抖動而導(dǎo)致設(shè)備工作狀態(tài)時序不正確，可能會使得機械貼標動作錯誤，系統(tǒng)不能正常工作，因此在 PLC 輸入信號必須加以處理。下位機的軟件設(shè)計兩個部分，上位機的軟件設(shè)計主要為主要負責顯示系統(tǒng)的機械動作，并負責與 PLC 數(shù)據(jù)的傳輸，下位機 PLC 主要為控制貼標的各種動作，并即將系統(tǒng)的機械動作傳遞給上位機顯示出來。 （ 3）使用自由端口模式，用戶通過各種高級編程軟件實現(xiàn)上位機與 FX 系列PLC 之間實現(xiàn)串口通信，這種方法實現(xiàn)時需要知道 PLC 與上位機的通信協(xié)議，需要用戶從底層編寫，但是實現(xiàn)程序比較靈活，可以實現(xiàn)用戶自己定義的一些軟件協(xié)議包。根據(jù)信息傳遞的方式可以分為圖 所示的單工、半雙工、全雙工三種。這種協(xié)調(diào)可以增加接口的附加控制線來實現(xiàn)，也可以利用軟件來實現(xiàn)。目前串行通信協(xié)議有異步協(xié)議和同步協(xié)議之分 : （ 1） 面向字符的同步協(xié)議：典型代表是 IBM 公司的二進制同步傳輸（ BSC）協(xié)議，一次傳輸由若干字符組成的數(shù)據(jù)模塊。可靠性高，效率低。其電氣連接方式規(guī)定每條電路使用一條信號線，因而所有信號線共用一條信號地線構(gòu)成回路。因此在實現(xiàn)三菱公司 PLC 與上位機之間的串口通信時必須嚴格按照三菱公司的串口通信協(xié)議來實現(xiàn)。 三菱公司 PLC 與上位機連接好串口通信電纜以后，要起動串口通信傳輸數(shù)據(jù)還必須按照三菱公司的串口通信命令來初始化串口，起動串口的通信的決策權(quán)有PLC 來控制，當系統(tǒng)需要起動串口通信傳輸數(shù)據(jù)時， PLC 向上位機發(fā)送上位機發(fā)送一個突變信號，該信號用來初始化 FX 的阿通信參數(shù)設(shè)置，在開始通信之前，有必要傳輸一個延時 10 毫秒的或者大于 100 毫秒的突變信號。 命令響應(yīng)的格式如下： （ 1）命令格式：用下面的格式來傳輸從上位機到 FX 系列可編程控制器的命令。 三菱公司的 PLC 進行數(shù)據(jù)交換時，還定義了通信協(xié)議，在每次上位機給計算 上位機進行交換數(shù)據(jù)會有 3 個步驟，說明如下： （ 1）設(shè)備要求發(fā)送數(shù)據(jù)時，計算機每次都會發(fā)送一串字符過去。 下 位機通信程序設(shè)計 下位機 PLC 通信程序主要是將貼標機的配合上位機的一系列動作，將控制系統(tǒng)的機械動作發(fā)送給上位機工控機，包括機械系統(tǒng)的動作程序設(shè)計和下位機與上位機通信程序的設(shè)計兩個部分。下位機進行串口通信的 程 26 序流程圖如圖 所示。 4. 對控制系統(tǒng)下位機程序開發(fā)環(huán)境進行了介紹，并結(jié)合系統(tǒng)中的回零程序和急停處理程序闡述了下位機程序的開發(fā)過程；針對系統(tǒng)多控制卡的特點，提出了利用控制卡中斷功能來實現(xiàn)多卡之間的協(xié)調(diào)，提高了系統(tǒng)的效率。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了手機電池貼標機產(chǎn)業(yè)化進程，而中國從 20 世紀 90年代末開始起步，仍處于發(fā)展階段 。我不僅接受了老師全新的思想觀念，領(lǐng)會了基本的思考方式，掌握了通用的研究的方法，還明白了許多待人接物與人相處的道理，增強了自己的溝通能力。 感謝父母對我的支持和理解 ! 35 參考文獻 [1] 袁志毅 .日本貼標自動裝置的動向 [J].技術(shù)與機械， （ 5）： 2426. 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[12] 劉艷梅等著作 .三菱 PLC基礎(chǔ)與系統(tǒng)設(shè)計 .北京 :機械工業(yè)出版社 ， 2020.37 。 首先感謝譚志飛老師耐心的指導(dǎo)，感謝 他抽出寶貴的時間來指導(dǎo)我們，正是在他的幫助下，本次畢業(yè)設(shè)計才能順利完成。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)最后一門必修課，這讓我收獲了很多，特別是對手機電池貼標機有了一個深刻的認識，加深了對 PLC 知識的理解，學(xué)會了如何在軟件上畫梯形圖。主要表現(xiàn)在： 更智能化，采用機械手自行掛料，自行填料，并完成成品分盤、包裝或直接配合成品檢測，智能化提升設(shè)備的功能和品質(zhì)，無須人工的智能設(shè)備 ； 更高速，產(chǎn)出效率更高，使單臺機的產(chǎn)量翻倍，完全擺脫人工貼裝的模式，使手機電池或其他電池產(chǎn)業(yè)達到或超越國外水平，能夠讓國產(chǎn)電池整套產(chǎn)業(yè)提升或升級 ； 貼標更精確，拋棄傳統(tǒng)運行模式和夾具控標模式，使貼標精度達到更理想的精度，并適用于任何形狀的電池，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、設(shè)備零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及動態(tài)誤差補償技術(shù)，提高貼標加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代 ； 33 能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方 向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。 2. 在 控制系統(tǒng)硬件平臺基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備各個模塊的具體工藝要求，對系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的控制方式進行了設(shè)計；依據(jù)所選用控制卡和伺服電機，對裝備強電電路、控制電路和保護電路進行了詳細設(shè)計。 PLC 通信的程序主要用來與上位機的通信連接、通信參數(shù)設(shè)置、以及傳輸系統(tǒng)機械動作給上位機。 （ 2）當設(shè)備收到要求的字符串，并經(jīng)過解讀確認以后，便會送出計算機所要求的數(shù)據(jù)，同樣，數(shù)據(jù)送出時會在數(shù)據(jù)之前加上前導(dǎo)碼與站號，計算機也以此前導(dǎo)碼和站號來辨認數(shù)據(jù)來自何處。 圖 上位機與 PLC 的通信命令與響應(yīng)格式 以自定義協(xié)議來實現(xiàn)上位機與 PLC 的串口通信，過上位機發(fā)送數(shù)據(jù)來對 PLC 來讀寫操作，是通過命令和響應(yīng)來設(shè)置的，當 FX 系列 PLC 接收到上位機發(fā)送來的報文以后，對線管的數(shù)據(jù)進行校驗，如奇偶校驗、異或校驗，冗余校驗，如果校驗正確，則 PLC 發(fā)送相隔的響應(yīng)數(shù)據(jù)給上位機，并且以新格式的形式報文返回。 除了傳輸突變信號以外，三菱公司的 PLC 與上位機的 串口通信還設(shè)置了傳輸命令響應(yīng)， FX 系列可編程控制器與上位機之間的“命令”與“響應(yīng)”的定義如下： 25 （ 1）命令：從上位機傳輸?shù)娇删幊炭刂破鞯南ⅰ? 在三菱公司的 PLC 和上位機連接實現(xiàn)串口通信時，務(wù)必保證他們的通信參數(shù)與規(guī)定的參數(shù)一致，否則通信將會導(dǎo)致失敗。 （ 4）過程特性也稱時序特性或規(guī)程特性， RS232C 總線標準的過程特性規(guī)定了各信號線如何按一定的先后順序配合動作使物理接口狀態(tài)轉(zhuǎn)移，控制數(shù)據(jù)位流的傳送?；緝?nèi)容包括： （ 1） 機械特性規(guī)定了該總線的引腳（信號線）數(shù)目、引腳排列位置與次序、連接器的幾何尺寸。一幀數(shù)據(jù)可以是任意比特。 圖 串行通信的數(shù)據(jù)傳送模式 （ a）單工方式；（ b）半雙工方式；（ c）全雙工方式 串口通信協(xié)議是雙方規(guī)定好的通信格式，如傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式、波特率、傳送速度、傳送步驟、糾錯方式、控制字符定義等問題做出統(tǒng)一的規(guī)定，通信雙方的格式必須統(tǒng)一 [11]。半雙工通信允許兩個方向傳輸數(shù)據(jù)，但是不能同時傳輸，只能每次一個站發(fā)送，一個站接收。 上位機與 PLC 串口通信的協(xié)議 串口通信是計算機常用的通信方式之一，其通信方式是一位一位的依次傳輸，每傳輸一位數(shù)據(jù)都占用一個固定的時間長度。上位機與 FX2N32MRE/UL系列 PLC 通信有以下三種方法來實現(xiàn)： （ 1）使用三菱公司自帶的軟件通信包來實現(xiàn)上位機與 FX 系列 PLC 來實現(xiàn)通 23 信，這種方法簡單，但是這種方法軟件包價格昂貴，而且靈活性差，不便于實現(xiàn)用戶所需要的 功能。 三菱 FX 系列自帶的 HSP 指令可以將輸入開關(guān)量進行輸入處理，在使用 HSP 指令進 行輸入時，配合中斷指令進行輸入信號處理，因此本設(shè)計控制系統(tǒng)結(jié)合三菱的特殊功能繼電器 2813 來設(shè)置開關(guān)量的輸入時間，將系統(tǒng)的輸入開關(guān)量延時10 微妙， 10 微妙的開關(guān)延時這樣可以消除系統(tǒng)的開關(guān)量輸入抖動。 22 （ 3）用戶執(zhí)行程序，這一部分是根據(jù)用戶程序執(zhí)行的要求而執(zhí)行的，其具體占用的掃描時間要根據(jù)用戶編程的執(zhí)行 程序的長短來決定的。在執(zhí)行用戶程序之前還應(yīng)完成通信服務(wù)與自診檢查。 下位機 PLC 程序的實現(xiàn) PLC 程序執(zhí)行的基本原理 PLC 的控制任務(wù)是在硬件的支持的基礎(chǔ)上，通過執(zhí)行反應(yīng)控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的，這跟計算機的工作原理是一樣的，但是 PLC 完成的主要是順序開關(guān)量的控制，控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制有關(guān)邏輯關(guān)系的實現(xiàn)， PLC 實際的工作機制是循環(huán)掃描的工作方式。為了提高控制系統(tǒng)的抗干擾性，對電氣控制柜元件進行布局。包裝機控制系統(tǒng)采用的是 PLC 控制，所以所有的執(zhí)行元件都是用過可編程控制器來控制的。由于一個 PLC 只能直接控制兩臺電機，而本設(shè)計需要控制六個電機，所以本設(shè)計采用擴展模塊的方法來實現(xiàn)這些功能，控制模塊選擇三菱的一軸脈沖輸出模塊 FX2N1PG。檢測標簽剝離位置、電池位置，以及各部分的動作完成情況； PLC 自動循環(huán)掃描各個輸入輸出點的當前狀態(tài)，并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系更新輸出點的狀態(tài)，通過通斷交流接觸器和換向電磁閥來控制電動機的啟停和氣缸的動作，從而完成從剝離標簽、搬移電池和貼標簽全過程的自動控制。另外，電源模塊是給電磁閥和 A/D 模塊提供工作電壓的。接地技術(shù)可以減小線纜等因素對設(shè)備造成的電 磁干擾，提高控制精度。 圖 電源進線主電路圖 圖 電源模塊主電路圖 (3)運動機構(gòu)電機電路 如圖 所示，在控制系統(tǒng)中有很多電機需要控制，如步進電機、伺服電機等，以控制各個機構(gòu)的運動。三相電源的線電壓為 380V，相電壓為 220v，因此系統(tǒng)采用三相中的 A 相相電壓提供 220V 的交流電要壓。 由于設(shè)計側(cè)重點的不同，上位機的相關(guān)器件的選型在本文就不具體涉及了。 本設(shè)計的控制系統(tǒng)輸入給 PLC 主要有位置傳感器信號、光電接近開關(guān)信號、按鈕等；輸出信號主要有繼電器線圈、電磁閥線圈、步進電機驅(qū)動器等，處理這些信號時應(yīng)時應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)的抗干擾性，因此在電氣控制柜布局時應(yīng)注意以下幾點： （ 1）輸入信號弱信號電纜應(yīng)該與強盡量分開敷設(shè)，特別是控制步進電機脈沖輸出信號應(yīng)該與大信號分開，避免步進電機的控制脈沖收到干擾。本設(shè)計的位置采用 502 和 503 輸出脈沖分別控制步進電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，光電編碼器將步進電機的位置脈沖數(shù)給 PLC 的高速計數(shù)器CTC0