【導(dǎo)讀】本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。磁盤，允許論文被查閱和借閱。或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。目前我國電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)主要是沿海一些中小型企業(yè)，在經(jīng)濟(jì)省錢、操作簡單、控制精確、更改方便的要求下，經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)有極大的發(fā)展。設(shè)計了運動控制系統(tǒng)操作界面.通過觸摸屏與PLC的通信，實現(xiàn)了點膠機(jī)的運動控制。使運動控制系統(tǒng)具有了平面點位運動控制和軌跡運動控制功能。操作性，進(jìn)而確定基于PLC的自動點膠機(jī)控制系統(tǒng)。根據(jù)松下FP系列產(chǎn)品的編程習(xí)慣，經(jīng)過試驗臺實驗，所開發(fā)的基于PLC的點膠機(jī)運動控制系統(tǒng)能夠按照要求正常運行，經(jīng)過進(jìn)一步完善，可以在實際中加以應(yīng)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(jī)數(shù)目少的特點，提出了用 PLC控制步 進(jìn) 電機(jī)實現(xiàn)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(jī)運動控制系統(tǒng)。 小型 PLC的功能越來越強(qiáng)，除了典型的順序控制外，在點位控制、 遠(yuǎn)程 控制等領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)用在輪廓控制的領(lǐng)域。 自動點膠機(jī) 對 數(shù)控裝置插補精度和進(jìn)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(jīng)濟(jì)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(shè)備控制的小型通用 PLC，以其低廉的價格和強(qiáng)大的控制功東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2章點膠機(jī)的控制方案 14 能，在中小規(guī)模企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。其特點如下： （ 1）基本性能 FPX作為適用于小規(guī)模設(shè)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(biāo)準(zhǔn)裝載了單相 8ch、 2 相 4ch 的高速計數(shù)器功能。 能對來自傳感器、編碼器等外部的輸入進(jìn)行計數(shù)，其值達(dá)到目標(biāo)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(shù)器和脈沖輸出功能。脈沖輸出頻率最大可達(dá) 100kHz，因此，不僅能對應(yīng)于使用步進(jìn)電動機(jī)的位置控制，而且還能對應(yīng)于使用伺服電動機(jī)的位置控制。 （ 3）擴(kuò)展功能 作為可選件，準(zhǔn) 備有豐富多彩的擴(kuò)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(shù)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(fù)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(kuò)展單元：在專用的擴(kuò)展單元上，可裝載 FP0 擴(kuò)展單元。通過擴(kuò)展 FP0 適配器，最多可裝載 3 臺 FP0 擴(kuò)展單元。 （ 4）通信功能 可使用 USB 電纜與計算機(jī)進(jìn)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(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)編程口（ RS232C）可以與顯示面板或計算機(jī)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(shè)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(yīng) 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(jī)上配備了標(biāo)準(zhǔn)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(xué)碩士學(xué)位論文 第 2章點膠機(jī)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(hù)簡單，程序內(nèi)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(lián)電路或電子傳感器 (如接近開關(guān) )。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(jìn)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(yīng)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(fù)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(qū)動外部負(fù)載。輸出繼電器的線圈在程序 設(shè)計時只能使用一次，不可重復(fù)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(yīng)的硬件輸出繼電器的常開觸點閉合，使外部負(fù)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(nèi)有很多輔助繼電器。它們是用軟件實現(xiàn)的。輔助繼電器的線圈，可以由 PLC內(nèi)部各軟繼電器的觸點驅(qū)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(qū)動外部負(fù)載，而是一種內(nèi)部的狀態(tài)標(biāo)志，起到相當(dāng)于繼電器控 制系統(tǒng)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(jìn)制。 (4)定時器 (T) PLC內(nèi)有幾百個定時器，其功能相當(dāng)于繼電控制系統(tǒng)中的時間繼電器。定時器是根據(jù)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(dāng)所計時間到達(dá)設(shè)定值時，其輸出觸點動作。 (5)計數(shù)器 (C) 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2章點膠機(jī)的控制方案 16 計數(shù)器在程序中用作計數(shù)控制。松下 FP系列 PLC的計數(shù)器是 16位減計數(shù)器，都有兩個輸入，一個用于計數(shù)，一個用于復(fù)位。 (6)數(shù)據(jù)寄存器 (DT) 數(shù)據(jù)寄存器是存儲數(shù) 值數(shù)據(jù)的軟組件，用 DT表示。數(shù)據(jù)寄存器可以存儲 16位 =進(jìn)制數(shù)或稱一個字。要想存儲 32位二進(jìn)制數(shù)據(jù) (雙字 )，必須同時用兩個序號連續(xù)的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shù)， 1表示為負(fù)數(shù)。數(shù)據(jù)寄存器數(shù)值的讀出與寫入一般采用應(yīng)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(jié) 運動控制卡在高精領(lǐng)域比 PLC更好 ， 二次開發(fā)性更強(qiáng) ,未來將會是 PCBASE卡與系統(tǒng)總線統(tǒng)治數(shù)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(jī)運動軌跡簡單，處理有限的幾種產(chǎn)品點膠，對運動控制的 能力要求不高 ， 企業(yè)經(jīng)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(shè)備還是手工操作，使用 PLC開發(fā)合理的應(yīng)用程序，對設(shè)備進(jìn)行改造，還大有可為。本課題開發(fā)的基于 PLC的自動點膠機(jī)控制系統(tǒng)，從 PLC的能力分析，可以完成自動點膠機(jī)對點，直線，弧線，圓，橢圓等各種情況的點膠。點膠機(jī)對操作界面要求不高，需要的控制場景不多，并且要求設(shè)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(shù)據(jù)的要求。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3章點膠機(jī)的驅(qū)動方案 17 第三章點膠機(jī)的驅(qū)動 方案 進(jìn)行 點膠機(jī) 的總體設(shè)計時，需要考慮到控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。 點膠機(jī) 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(jī)床的動作控制。點膠機(jī) 驅(qū)動系統(tǒng)是 接收信號后 利用各種電動機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動 膠槍和工件 以 進(jìn)行 各種 動作完成理想運動 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 驅(qū)動系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對工作臺的控制，使其根據(jù)控制系統(tǒng)的指令做出合適的動作。 點膠機(jī)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(xié)調(diào)運動模式。單軸運動是極坐標(biāo)的控制形式，通過控制單軸的長度和角度來實現(xiàn)各種運動軌跡。多軸模式是常見的 XY工作臺，通過多軸的協(xié)調(diào)動作實現(xiàn)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(xié)調(diào)運動的方式實現(xiàn)直線插補和圓弧插補。 描述復(fù)雜的多軸協(xié)調(diào)運動軌跡的最簡單的方法是利用坐標(biāo)系。由于在坐標(biāo)系內(nèi)能夠方便地描述運動對象的運動軌跡，所以多軸協(xié)調(diào)運動又稱為坐標(biāo)系運動。在坐標(biāo)系運動控制模式下可以實 現(xiàn)單段軌跡運動、多段軌跡連續(xù)運動。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3章點膠機(jī)的驅(qū)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(guān) 圖 XY工作臺示意圖 schemes of XY workbench 一個典型的控制進(jìn)給系統(tǒng)，由 運動控制器 、驅(qū)動單元、機(jī)械傳動裝置和 執(zhí)行 元件等幾部分組成。其中，機(jī)械傳動裝置是位置控制中的一個重要環(huán)節(jié)。機(jī)械傳動裝置，是指將驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機(jī)械傳動鏈 。 圖 控制進(jìn)給示意圖 schemes of stepping control 點膠設(shè)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(jī)構(gòu)，都由電機(jī)控制器 接口電路 執(zhí)行部件 傳動機(jī)構(gòu) XY 工作臺 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3章點膠機(jī)的驅(qū)動方案 19 提供動力，傳動機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，或者直接采用直線電機(jī)的方式。傳統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)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(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為定位平臺的直線運動，結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護(hù)方便。但是長距離滾珠絲杠受自身重力作用及旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性作用造成的絲杠變形負(fù)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(xiàn)一段空行程，在數(shù)控機(jī)床中并不適用。 由于機(jī)械設(shè)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(chǎn)品在保證一定強(qiáng)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(jī)床、紡織機(jī)械等行業(yè)得到廣泛應(yīng)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(zhǔn)確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點， 20世紀(jì) 80年代起，逐步成為精密機(jī)械的主導(dǎo)傳動產(chǎn)品。齒形帶與傳統(tǒng)傳動帶的最大差別在于同步、靜音。因此，它是當(dāng)今最受推崇的環(huán)保 型產(chǎn)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(xiàn)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(jìn)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(cè)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(yán)格同步傳動，不打滑、傳動比準(zhǔn)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(chǎn)生熱量小，傳動效率可達(dá) %，因此傳動效率高。 （ 3）傳動大，載荷范圍大。其傳動比可高達(dá) 20以上，傳動功率從幾瓦到數(shù)百千瓦。 （ 4）傳動速度高。能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械要求，進(jìn)行高速連續(xù)運轉(zhuǎn)，其速度可高達(dá) 80m/s。 （ 5）結(jié)構(gòu)緊湊。同步帶強(qiáng)度高，帶體輕薄，曲擾性好，能適應(yīng)較小的帶輪直徑，傳動中心矩小，故結(jié)構(gòu)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(xué)碩士學(xué)位論文 第 3章點膠機(jī)的驅(qū)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(xiàn)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(hù)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(diào)整，能適應(yīng)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(jī)構(gòu)質(zhì)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(jī)構(gòu)的質(zhì)量。 利用齒形帶傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)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，