【導讀】本人聲明，所呈交的學位論文是在導師的指導下完成的。的研究成果，也不包括本人為獲得其他學位而使用過的材料。磁盤，允許論文被查閱和借閱?；虿糠謨热菥幦胗嘘P數據庫進行檢索、交流。目前我國電子產品生產企業(yè)主要是沿海一些中小型企業(yè)，在經濟省錢、操作簡單、控制精確、更改方便的要求下，經濟型的數控系統有極大的發(fā)展。設計了運動控制系統操作界面.通過觸摸屏與PLC的通信，實現了點膠機的運動控制。使運動控制系統具有了平面點位運動控制和軌跡運動控制功能。操作性，進而確定基于PLC的自動點膠機控制系統。根據松下FP系列產品的編程習慣，經過試驗臺實驗，所開發(fā)的基于PLC的點膠機運動控制系統能夠按照要求正常運行，經過進一步完善，可以在實際中加以應用。

　　

【正文】 膠不均等問題 , 使得大多廠家只能采用人工涂膠。鑒于 PLC的優(yōu)點和運動控制功能以及平面運動控制所需控制電機數目少的特點，提出了用 PLC控制步 進 電機實現平面運動控制功能方案，研制一套采用 PLC為運動控制器的點膠機運動控制系統。 小型 PLC的功能越來越強，除了典型的順序控制外，在點位控制、 遠程 控制等領域的應用越來越多，但由于沒有圓弧插補指令，除非用高級位置模塊，否則無法應用在輪廓控制的領域。 自動點膠機 對 數控裝置插補精度和進給速度要求不 是 很高，采用可靠性高、性能優(yōu)良的 松下 FPX系列 小型 PLC開發(fā)這類 控制 裝置，解決了插補問題， 經濟實用 ，是較好的選擇。 故本文選用松下 FPX系列 小型 PLC作為運動控制器。 松下 FP 系列 PLC 松下 FPX 特點 松下 FPX是適用于小規(guī)模設備控制的小型通用 PLC，以其低廉的價格和強大的控制功東北大學碩士學位論文 第 2章點膠機的控制方案 14 能，在中小規(guī)模企業(yè)中得到廣泛應用。其特點如下： （ 1）基本性能 FPX作為適用于小規(guī)模設備控制的小型通用 PLC，具有充實的基本性能，雖然只是 AC 電源、螺絲端子臺、繼電器輸出的通用型式 ，但具有 1. 32k 步的程序容量 2. s 的指令處理速度 3. 最大 382 點的 I/O 控制（ E30R 發(fā)售時）的基本性能。 （ 2）特殊功能 在控制單元上標準裝載了單相 8ch、 2 相 4ch 的高速計數器功能。 能對來自傳感器、編碼器等外部的輸入進行計數，其值達到目標值時，可將任意的輸出 。 通過使用脈沖輸入輸出插卡，可使用高速計數器和脈沖輸出功能。脈沖輸出頻率最大可達 100kHz，因此，不僅能對應于使用步進電動機的位置控制，而且還能對應于使用伺服電動機的位置控制。 （ 3）擴展功能 作為可選件，準 備有豐富多彩的擴展插卡（ 5 種類型的功能插卡、 4 種通信插卡） : 功能插卡： DC8 點輸入型、晶體管 8 點輸出型、模擬 2ch 輸入型、高速計數器輸入＋脈沖輸出型、帶實時時鐘的主存儲器型（ 32k 步的程序可復制、保存） 通信插卡： RS232C 1ch 型、 RS232C 2ch 型、 RS485/RS422 切換 1ch 型、 RS232C＋ RS485 各 1ch 型 擴展單元：在專用的擴展單元上，可裝載 FP0 擴展單元。通過擴展 FP0 適配器，最多可裝載 3 臺 FP0 擴展單元。 （ 4）通信功能 可使用 USB 電纜與計算機進行直接連接（ C14 除外），不需要 USB? RS232C 適配器/電纜，同時還裝載了以往的編程口 RS232C。利用主機上的標準編程口（ RS232C）可以與顯示面板或計算機通信。另外，還備有作為 RS232C 端口及 RS485 端口通信用的通信插卡選件。在 FP－ X 上安裝 RS232C 2 通道型通信插卡后，可以連接 2 臺 RS232C 設備。另外還配備了 1:N 通信（最多 99 臺）、 PC（ PLC）之間鏈接（最多 16 臺）等豐富的通訊功能。 （ 5）其他功能 對應 PWM 輸出功能的加熱控制，使用 專用指令，可以取出任意占空比的脈沖輸出 . 主機上配備了標準模擬電位器。無需使用編程工具，能夠輕便地使用模擬定時東北大學碩士學位論文 第 2章點膠機的控制方案 15 器等。 可追加實時時鐘功能。安裝另外銷售的 FP－ X 主存儲器插卡（ AFPX－ MRTC）和備份電池（ AFPX－ BATT），即可使用實時時鐘功能。 FPX維護簡單，程序內存使用 EEPROM，無需備用電池；此外 FPX還增加了程序運行過程中的重寫功能。 松下 FP 系列 PLC 的編程元件 (1)輸入繼電器 (X) 輸入繼電器是 PLC接受外都輸入信號的窗口。 PLC通過光電耦合器，將外部信號的狀態(tài) 讀入并存儲在輸入鏡象寄存器中。輸入端可以外接常開觸點或常閉觸點，也可以接多個觸點組成的串并聯電路或電子傳感器 (如接近開關 )。在梯形圖中，可以多次使用輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點。松下 FP系列 PLC的輸入繼電器的元件號為十六進制。 PLC在每一個周期開始時讀取輸入信號，輸入信號的通、斷持續(xù)時間應大于 PLC的掃描周期。如果不滿足這一條件，可能會丟失輸入信號。 (2)輸出繼電器 (Y) 輸出繼電器是 PLC向外部負載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器用來將 PLC的輸出信號通過輸出電路硬件驅動外部負載。輸出繼電器的線圈在程序 設計時只能使用一次，不可重復使用。但觸點可以多次使用．輸出繼電器的線圈“通電”后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件輸出繼電器的常開觸點閉合，使外部負載工作。硬件輸出繼電器只有一個常開觸點，接在 PLC的輸出端子上．松下 FP系列 PLC的輸出繼電器的元件號為十六迸制。 (3)輔助繼電器 (R) PLC內有很多輔助繼電器。它們是用軟件實現的。輔助繼電器的線圈，可以由 PLC內部各軟繼電器的觸點驅動，它們不能象輸入繼電器那樣接收外部的輸入信號，也不能象輸出繼電器那樣直接驅動外部負載，而是一種內部的狀態(tài)標志，起到相當于繼電器控 制系統中的中間繼電器的作用。松下 FP系列 PLC的輔助繼電器分為通用輔助繼電器和特殊輔助繼電器，其元件號為十六進制。 (4)定時器 (T) PLC內有幾百個定時器，其功能相當于繼電控制系統中的時間繼電器。定時器是根據時鐘脈沖的累積計時的。時鐘脈沖有 l ms、 10ms、 100 ms和 1s四種，當所計時間到達設定值時，其輸出觸點動作。 (5)計數器 (C) 東北大學碩士學位論文 第 2章點膠機的控制方案 16 計數器在程序中用作計數控制。松下 FP系列 PLC的計數器是 16位減計數器，都有兩個輸入，一個用于計數，一個用于復位。 (6)數據寄存器 (DT) 數據寄存器是存儲數 值數據的軟組件，用 DT表示。數據寄存器可以存儲 16位 =進制數或稱一個字。要想存儲 32位二進制數據 (雙字 )，必須同時用兩個序號連續(xù)的數據寄存器進行數據存儲。例如用 DT0和 DT1存儲雙字， DT0存放低 16位， DT1存放高 16位。字或雙字的最高位為符號位， O表示為正數， 1表示為負數。數據寄存器數值的讀出與寫入一般采用應用指令完成，并可以利用顯示模塊及編程器直接讀出與寫入． 小結 運動控制卡在高精領域比 PLC更好 ， 二次開發(fā)性更強 ,未來將會是 PCBASE卡與系統總線統治數控界 ， 但 PLC也不會退出市場因為其價格 低廉 ， 完全可以勝任不少要求不高的工作 ， 節(jié)省成本 。 本課題研究的點膠機運動軌跡簡單，處理有限的幾種產品點膠，對運動控制的 能力要求不高 ， 企業(yè)經費有限，物美價廉的小型 PLC成為主要選擇 。在我國中小型企業(yè)，很多企業(yè)點膠設備還是手工操作，使用 PLC開發(fā)合理的應用程序，對設備進行改造，還大有可為。本課題開發(fā)的基于 PLC的自動點膠機控制系統，從 PLC的能力分析，可以完成自動點膠機對點，直線，弧線，圓，橢圓等各種情況的點膠。點膠機對操作界面要求不高，需要的控制場景不多，并且要求設計的界面簡單明了。松下松下 GT30觸摸屏價格便 宜，可以與多種型號的 PLC連接，滿足傳輸數據的要求。 東北大學碩士學位論文 第 3章點膠機的驅動方案 17 第三章點膠機的驅動 方案 進行 點膠機 的總體設計時，需要考慮到控制系統和驅動系統的協調。 點膠機 的動作控制絕大部分屬于邏輯控制，因此選擇 PLC（ 可編程序控制器 ） 來完成機床的動作控制。點膠機 驅動系統是 接收信號后 利用各種電動機產生的力矩和力，直接或間接地驅動 膠槍和工件 以 進行 各種 動作完成理想運動 的執(zhí)行機構。 驅動系統主要是實現對工作臺的控制，使其根據控制系統的指令做出合適的動作。 點膠機的傳動方式 XY平臺的運動方式有兩種可以選擇的方式，一種是基于單軸 運動模式，另一種就是基于多軸協調運動模式。單軸運動是極坐標的控制形式，通過控制單軸的長度和角度來實現各種運動軌跡。多軸模式是常見的 XY工作臺，通過多軸的協調動作實現理想軌跡。出于節(jié)約時間，提高效率的考慮，工作平臺采用多軸協調運動的方式實現直線插補和圓弧插補。 描述復雜的多軸協調運動軌跡的最簡單的方法是利用坐標系。由于在坐標系內能夠方便地描述運動對象的運動軌跡，所以多軸協調運動又稱為坐標系運動。在坐標系運動控制模式下可以實 現單段軌跡運動、多段軌跡連續(xù)運動。 東北大學碩士學位論文 第 3章點膠機的驅動方案 18 點 膠 膠 槍 運 行模 塊Y 軸 運 行 模 塊X 軸 運 行 模塊觸 摸 屏電 源 開 關 圖 XY工作臺示意圖 schemes of XY workbench 一個典型的控制進給系統，由 運動控制器 、驅動單元、機械傳動裝置和 執(zhí)行 元件等幾部分組成。其中，機械傳動裝置是位置控制中的一個重要環(huán)節(jié)。機械傳動裝置，是指將驅動源的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈 。 圖 控制進給示意圖 schemes of stepping control 點膠設備的工作臺，大多只需要完成平面 二維運動。每一維的運動機構，都由電機控制器 接口電路 執(zhí)行部件 傳動機構 XY 工作臺 東北大學碩士學位論文 第 3章點膠機的驅動方案 19 提供動力，傳動機構將電機的旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，或者直接采用直線電機的方式。傳統的傳動結構大都使用滾珠絲杠傳動和齒輪齒條傳動，傳動方式對運動控制有較大影響，要綜合考慮。 （ 1）絲桿螺母傳動：通過絲桿螺母將伺服電機的旋轉運動轉為定位平臺的直線運動，結構簡單、安裝維護方便。但是長距離滾珠絲杠受自身重力作用及旋轉時產生的慣性作用造成的絲杠變形負載不能太大，壽命低， 成本高，對污染較為敏感。 （ 2）齒輪齒條傳動：耗能小，可靠，噪音低，傳動功率大，效率高。但容易發(fā)生齒面磨損，并且 要求潤滑條件好。由于齒間間隙，會出現一段空行程，在數控機床中并不適用。 由于機械設備不斷向高精度、高速度、大功率、長壽命、低噪聲、低成本和緊湊化方向發(fā)展，近年來帶傳動產品在保證一定強度條件下逐步向輕薄方向發(fā)展。同步帶傳動在汽車制造、機床、紡織機械等行業(yè)得到廣泛應用。 同步帶傳動又稱齒形帶傳動。它集齒輪、鏈條、帶傳動等優(yōu)點于一體，具有傳動效率高、傳動比準確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點， 20世紀 80年代起，逐步成為精密機械的主導傳動產品。齒形帶與傳統傳動帶的最大差別在于同步、靜音。因此，它是當今最受推崇的環(huán)保 型產品。 同步帶的工作面呈齒形，與帶輪的齒槽作嚙合運動，并由帶的抗拉層承受載荷，以保持帶的接線長度不變，故帶與帶輪之間沒有相對滑動，可以實現帶與帶輪之間的同步傳動。同步帶除了傳遞運動動力外，還可以進行高精度的定位運動，精密輸送等。同步帶傳動的主要失效形式包括帶的疲勞斷裂、帶齒的剪切和壓潰以及同步帶兩側面的磨損。 同步帶的特點： （ 1）傳動精確。帶和帶輪之間的間隙很小，嚴格同步傳動，不打滑、傳動比準確，角速度恒定，故常用于精確傳動。 （ 2）傳動效率高。由于傳動無滑差，初張力較小，帶體輕薄，傳動時產生熱量小，傳動效率可達 %，因此傳動效率高。 （ 3）傳動大，載荷范圍大。其傳動比可高達 20以上，傳動功率從幾瓦到數百千瓦。 （ 4）傳動速度高。能適應現代機械要求，進行高速連續(xù)運轉，其速度可高達 80m/s。 （ 5）結構緊湊。同步帶強度高，帶體輕薄，曲擾性好，能適應較小的帶輪直徑，傳動中心矩小，故結構緊湊。 （ 6）沖擊小，傳動平穩(wěn)。同步帶傳動時，嚙合面為金屬與非金屬接觸，沖擊比齒東北大學碩士學位論文 第 3章點膠機的驅動方案 20 輪傳動小的多，也沒有鏈條傳動時節(jié)線上下跳動的現象。因此，同步帶傳動平穩(wěn)，沖擊小，適用于精密傳動。 （ 7）無需潤滑。同步帶的齒面具 有自潤滑性，與帶輪槽接觸時，無需潤滑，因此也無污染。 （ 8）維護保養(yǎng)方便。同步帶在使用過程中基本不伸長，所以在安裝時給定的初張力，在使用中不必調整，能適應在人員不宜接觸和操作的地方使用。 （ 9）噪聲小，它的噪聲小于齒輪傳動和鏈條傳動。 （ 10）傳動機構質量輕。同步帶傳動中的帶輪可以使用鋁合金或塑料，因此在傳動相同功率時，使用同步帶傳動可以減輕傳動機構的質量。 利用齒形帶傳動代替?zhèn)鹘y絲杠傳動，相對齒輪齒條傳 動中能量損耗較小 ， 可靠 ， 噪音低 ， 傳動功率大 ， 效率高 。介于此，