【正文】 性標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)和感壓性標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)，收縮筒形標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)：按容器的運(yùn)動(dòng)形式可分為直通式貼標(biāo)機(jī)和轉(zhuǎn)盤式貼標(biāo)機(jī)；按貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)可分為龍門式貼標(biāo)機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓式貼標(biāo)機(jī)、多標(biāo)盒轉(zhuǎn)鼓貼標(biāo)機(jī)、撥桿貼標(biāo)機(jī)、旋轉(zhuǎn)形貼標(biāo)機(jī) 。 為了實(shí)現(xiàn)貼標(biāo)機(jī)高精度的性能，本文改進(jìn)了普通兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制方法 繪制電路連接圖，編寫 PLC控制程序。 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。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。需編寫相應(yīng)的設(shè)計(jì)說明書，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。 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。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。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。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)需要維持連續(xù)作業(yè)的技術(shù)。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。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問題。而 PLC 則采用了無觸點(diǎn)的電子電路來替代繼電器觸點(diǎn)，確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點(diǎn)，因此不存在下述缺點(diǎn)。用單片機(jī)作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢(shì)。一般說來單片機(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。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)雜的控制來講具有無可比擬的優(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。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。通過上位機(jī) RS232 串口通信來對(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。 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。 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。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 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。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。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。 （ 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)間通過操作面板的操作來阻止重大事故的發(fā)生。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。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。在電機(jī)控制電路中，為了防止過載等情況加入熱繼電器 FR 進(jìn)行過載保護(hù)。為了防止過載等情況的發(fā)生還要加入熱繼電器等。其中有六個(gè)控制部分要用到氣動(dòng)控制，且它們都共用一個(gè)氣源，即空氣壓縮機(jī)提供的空氣。 因此根據(jù)以上分析可以控制系統(tǒng)的軟件只需對(duì)下位機(jī)的軟件進(jìn)行開發(fā)。 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(gè)掃描周期由三個(gè)部分組成： （ 1）保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行的公共操作：這一部分掃描時(shí)間是固定的，隨著 PLC 的 CPU 類型不同而不同。下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要為主要負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)作，并負(fù)責(zé)與 PLC 數(shù)據(jù)的傳輸，下位機(jī) PLC 主要為控制貼標(biāo)的各種動(dòng)作，并即將系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)作傳遞給上位機(jī)顯示出來。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。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(jìn)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。其電氣連接方式規(guī)定每條電路使用一條信號(hào)線，因而所有信號(hào)線共用一條信號(hào)地線構(gòu)成回路。 三菱公司 PLC 與上位機(jī)連接好串口通信電纜以后，要起動(dòng)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(dòng)串口的通信的決策權(quán)有PLC 來控制，當(dāng)系統(tǒng)需要起動(dòng)串口通信傳輸數(shù)據(jù)時(shí)， PLC 向上位機(jī)發(fā)送上位機(jī)發(fā)送一個(gè)突變信號(hào)，該信號(hào)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(gè)延時(shí) 10 毫秒的或者大于 100 毫秒的突變信號(hào)。 三菱公司的 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，還定義了通信協(xié)議，在每次上位機(jī)給計(jì)算 上位機(jī)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)會(huì)有 3 個(gè)步驟，說明如下： （ 1）設(shè)備要求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算機(jī)每次都會(huì)發(fā)送一串字符過去。下位機(jī)進(jìn)行串口通信的 程 26 序流程圖如圖 所示。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從 20 世紀(jì) 90年代末開始起步，仍處于發(fā)展階段 。 感謝父母對(duì)我的支持和理解 ! 35 參考文獻(xiàn) [1] 袁志毅 .日本貼標(biāo)自動(dòng)裝置的動(dòng)向 [J].技術(shù)與機(jī)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(jì) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020.37 。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)最后一門必修課，這讓我收獲了很多，特別是對(duì)手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)有了一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì) PLC 知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)了如何在軟件上畫梯形圖。 2. 在 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備各個(gè)模塊的具體工藝要求，對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)；依據(jù)所選用控制卡和伺服電機(jī)，對(duì)裝備強(qiáng)電電路、控制電路和保護(hù)電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 （ 2）當(dāng)設(shè)備收到要求的字符串，并經(jīng)過解讀確認(rèn)以后，便會(huì)送出計(jì)算機(jī)所要求的數(shù)據(jù)，同樣，數(shù)據(jù)送出時(shí)會(huì)在數(shù)據(jù)之前加上前導(dǎo)碼與站號(hào)，計(jì)算機(jī)也以此前導(dǎo)碼和站號(hào)來辨認(rèn)數(shù)據(jù)來自何處。 除了傳輸突變信號(hào)以外，三菱公司的 PLC 與上位機(jī)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(jī)之間的“命令”與“響應(yīng)”的定義如下： 25 （ 1）命令：從上位機(jī)傳輸?shù)娇删幊炭刂破鞯南ⅰ? （ 4）過程特性也稱時(shí)序特性或規(guī)程特性， RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)的過程特性規(guī)定了各信號(hào)線如何按一定的先后順序配合動(dòng)作使物理接口狀態(tài)轉(zhuǎn)移，控制數(shù)據(jù)位流的傳送。一幀數(shù)據(jù)可以是任意比特。半雙工通信允許兩個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)，但是不能同時(shí)傳輸，只能每次一個(gè)站發(fā)送，一個(gè)站接收。上位機(jī)與 FX2N32MRE/UL系列 PLC 通信有以下三種方法來實(shí)現(xiàn)： （ 1）使用三菱公司自帶的軟件通信包來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與 FX 系列 PLC 來實(shí)現(xiàn)通 23 信，這種方法簡(jiǎn)單，但是這種方法軟件包價(jià)格昂貴，而且靈活性差，不便于實(shí)現(xiàn)用戶所需要的 功能。 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(shí)間要根據(jù)用戶編程的執(zhí)行 程序的長(zhǎng)短來決定的。 下位機(jī) PLC 程序的實(shí)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(shí)現(xiàn)的，這跟計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)， PLC 實(shí)際的工作機(jī)制是循環(huán)掃描的工作方式。包裝機(jī)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。檢測(cè)標(biāo)簽剝離位置、電池位置，以及各部分的動(dòng)作完成情況； PLC 自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的當(dāng)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(diǎn)的狀態(tài)，通過通斷交流接觸器和換向電磁閥來控制電動(dòng)機(jī)的啟停和氣缸的動(dòng)作，從而完成從剝離標(biāo)簽、搬移電池和貼標(biāo)簽全過程的自動(dòng)控制。接地技術(shù)可以減小線纜等因素對(duì)設(shè)備造成的電 磁干擾，提高控制精度。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。 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)輸入給 PLC 主要有位置傳感器信號(hào)、光電接近開關(guān)信號(hào)、按鈕等；輸出信號(hào)主要有繼電器線圈、電磁閥線圈、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等，處理這些信號(hào)時(shí)應(yīng)時(shí)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(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1）輸入信號(hào)弱信號(hào)電纜應(yīng)該與強(qiáng)盡量分開敷設(shè)，特別是控制步進(jìn)電機(jī)脈沖輸出信號(hào)應(yīng)該與大信號(hào)分開，避免步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖收到干擾。 （ 4）伺服系統(tǒng)的控制是本設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)，它的控制效果好壞關(guān)系到設(shè)備能否貼標(biāo)成功。 在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，為了配合步進(jìn)電機(jī)的控制，許多 PLC 都配有脈沖輸出功能，并設(shè)置了相關(guān)指令，可以很好的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。 FX 系列除了具有以上一般 PLC 具有的基本控制功能以外