【正文】 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 。 為了實現(xiàn)貼標(biāo)機高精度的性能，本文改進(jìn)了普通兩相混合式步進(jìn)電機的閉環(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。對貼標(biāo)機進(jìn)行功能性分析，分析出了貼標(biāo)機的動作過程， 貼標(biāo)機有送料 — 貼標(biāo) — 滾壓 — 移載 — 翻轉(zhuǎn)五個動作。需編寫相應(yīng)的設(shè)計說明書，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 ,而國外貼標(biāo)機的價格十分昂貴 ,很難被我國市場所接受。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。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。這是一項需要維持連續(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。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會出現(xiàn)抖動的問題。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。用單片機作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢。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。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。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)，貼標(biāo)過程的電氣控制，完成控制柜的電氣原理圖設(shè)計和接線圖設(shè)計，實現(xiàn)機 電 氣一體化。通過上位機 RS232 串口通信來對可編程控制器內(nèi)部輸入、輸出點、定時器和中間繼電器進(jìn)行讀寫操作。 標(biāo)簽是在貼標(biāo)輪與電池移動速度相同的情況下被貼在電池上的。 8 第 3 章 貼標(biāo)機系統(tǒng)硬件的設(shè)計 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計主要分為兩個部分，上位機貼標(biāo)的管理信息控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和下位機 PLC 貼標(biāo)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，并對電氣控制柜的元器件進(jìn)行布局。外部的各種開關(guān)信號、模擬信號，傳感器檢測的各種信號均為 PLC 輸入量，它們經(jīng)過 PLC 的外部輸入到內(nèi)部寄存器， PLC 做各種邏輯運算或其他運算處理送到 PLC 的輸出端，從而對現(xiàn)場設(shè)備提供各種控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的上業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。本設(shè)計系統(tǒng)選用的步進(jìn)電機為日本東方電機公司生產(chǎn)的 PK264A2 型步進(jìn)電機，該電機的轉(zhuǎn)子與軸直接是通過減速傳動，減速比 1： 18，因此 它的步進(jìn)角度僅為 度，為同行電機步距角度最小的一款。 （ 2）在緊急情況下為了實現(xiàn)對設(shè)備的可操作性，需要設(shè)置輸出開關(guān)信號給可編程控制器和合理布局控制面板，根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計的控制系統(tǒng)輸出開關(guān)信號鍵有開機鍵、復(fù)位鍵、手動 /自動鍵的切換、控制電池上升鍵和下降鍵、氣動機械手搬送鍵和緊急停止鍵，控 制面部的布局應(yīng)該簡潔，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，操作人員能夠第一時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 輸入信號地址分配 輸出信號 輸入信號分配地址 自動手動信號 X0 啟動信號 X1 停止信號 X2 光電開關(guān)檢測 X3 手機電池到位檢測 X5 貼標(biāo)精度檢測 X7 限位開關(guān) X10 電動機過載保護 X11 PLC 的輸出信號主要控制氣缸電磁閥的動作，如控制氣缸搬送、真空吸附、貼標(biāo)、下氣缸托住電池、氣動機械手夾住電池等動作，其 PLC 輸出地址分配如表 所示： 13 3 表 PLC 輸出信號地址分配 輸出信號 輸出信號分配地址 步進(jìn)電機 Y0、 Y5 交流電機一 Y3 交流電機二 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 聲光報警 Y16 .4 電氣控制柜的整體布局設(shè)計 貼標(biāo)機設(shè)備處在工業(yè)應(yīng)用場合，工作環(huán)境惡劣，各種干擾對設(shè)備的正常運行有著嚴(yán)重影響。三相異步電動機工作電壓是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。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。 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(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。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(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)的機械動作，并負(fù)責(zé)與 PLC 數(shù)據(jù)的傳輸，下位機 PLC 主要為控制貼標(biāo)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。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線，因而所有信號線共用一條信號地線構(gòu)成回路。 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(dāng)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。 三菱公司的 PLC 進(jìn)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(jìn)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)化國家已先后完成了手機電池貼標(biāo)機產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國從 20 世紀(jì) 90年代末開始起步，仍處于發(fā)展階段 。 感謝父母對我的支持和理解 ! 35 參考文獻(xiàn) [1] 袁志毅 .日本貼標(biāo)自動裝置的動向 [J].技術(shù)與機械， （ 5）： 2426. [2] 孫小寧 .全自動貼標(biāo)機的研究與開發(fā) [D].南京理工大學(xué)， 2020 [3] 魏國辰 .物流機械的運用與管理（第 2版） [M].北京：中國物質(zhì)出版社， 2020 [4] 徐偉 ， 陳衛(wèi)東 ， 譚樹人 .應(yīng)用 RVE3ST 的智能貼標(biāo)機系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J].制造工程，： 89. [5] 畢娟 ， 楊存祥 ， 馬慶華 ， 李學(xué)橋 .基于 PLC 的自動貼標(biāo)機控制系統(tǒng)的研制 [J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報， ： 9697. [6] 呼英俊 ， 王開和 ， 苗德華 ， 王冬生 ， 王寶光 .小型異形瓶貼標(biāo)機研制 [J].包裝與食品機械， （ 1）： 46. [7] 李標(biāo) 機 貼 標(biāo) 質(zhì) 量 的 因 素 探 討 [J]. 現(xiàn) 代 食 品 科 技 ，(22):8688. [8] 柳寧 ， 郭國安 ， 馬慶華 ， 陳鹿民 .自動貼標(biāo)機 PLC 系統(tǒng)的研制 [J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，（ 2）： 1416 [9] 許林成 .包裝機械原理與設(shè)計（第 1版） [M].上海：上?？萍汲霭嫔?， 1998 [10] 張芙蓉 .全自動粘貼式貼標(biāo)機 [J].輕工業(yè)機械 [J]， ： 3335. [11] 麥 進(jìn) ， 陳 麗 瓊 . 影 響 貼 標(biāo) 機 貼 標(biāo) 質(zhì) 量 的 因 素 探 討 [J]. 現(xiàn) 代 食 品 科 技 ， (22):8688. [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 。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(biāo)機有了一個深刻的認(rèn)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。 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(jìn)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(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。 （ 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(rèn)數(shù)據(jù)來自何處。 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? （ 4）過程特性也稱時序特性或規(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。一幀數(shù)據(jù)可以是任意比特。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 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。 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。 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。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。檢測標(biāo)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(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(biāo)簽、搬移電池和貼標(biāo)簽全過程的自動控制。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。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(jìn)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(jìn)電機脈沖輸出信號應(yīng)該與大信號分開，避免步進(jìn)電機的控制脈沖收到干擾。 （ 4）伺服系統(tǒng)的控制是本設(shè)計最重要的環(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，可以很好的對步進(jìn)電機進(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