【正文】 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。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。本設(shè)計(jì)的位置采用 502 和 503 輸出脈沖分別控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，光電編碼器將步進(jìn)電機(jī)的位置脈沖數(shù)給 PLC 的高速計(jì)數(shù)器CTC0 計(jì)數(shù)來檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的位置。 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)接線圖如圖 所示。 （ 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。 （ 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。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)的電池貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖如圖 所示，通過各種開關(guān)量的傳感器將設(shè)備工作的各種狀態(tài)輸入給本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng) PLC 輸入輸出配置硬件框圖如圖 所示，各種位置傳感器將設(shè)備的狀態(tài)，如氣缸的位置、電池的位置等傳給 PLC 進(jìn) 行處理，由 CPU 做各種運(yùn)算處理來，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須考慮脈沖當(dāng)量，根據(jù)貼標(biāo)工藝和要求，系 統(tǒng)為直線每次進(jìn)給量為δ =8 .13mm，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步距角度α ，滾珠絲杠導(dǎo)程 t＝ 1mm，那么步進(jìn)電機(jī)每次搬送相鄰兩個(gè)電池需要的脈沖數(shù) m ，根據(jù)公式： 360360m tt??? ???? 代入數(shù)字得 m =2926。 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。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。 伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)和絲 杠選型 在電池位置伺服系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的選型關(guān)系到電池每次搬送的位置精度，伺服系統(tǒng)的精度和抗擾動(dòng)性是衡量系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。相對(duì)常規(guī)的可編程控制器而言，省去了定位控制單元，給安裝調(diào)試帶來方便。 FX 系列除了具有以上一般 PLC 具有的基本控制功能以外，還在以下三個(gè)方面有獨(dú)到之處： （ 1）三菱的 FX 系列 PLC 是一款 編程的 PLC，它具有強(qiáng)大的指令集、功 能強(qiáng)大、速度快，掃描 30000 步時(shí)僅需要 1 毫秒。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。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的 CPU 模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，即使在大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。因此在設(shè)計(jì)之初，選擇一款符合手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)工藝和要求的可編程控制器顯得十分重要。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。 可編程控制器采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU、存取器、輸入輸出模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源 6 個(gè)部分。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求以外，還有許多有點(diǎn)。自 PLC 問世以來，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，以及稱為工業(yè)控制類產(chǎn)品。 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。 推料氣缸推動(dòng)電池至電池豎截面限位位置，前糾正氣缸推出，對(duì)電池進(jìn)行精 7 密定位，移載馬達(dá)帶動(dòng)第一吸頭至電池定位位置，下移并吸住電池，前糾正氣缸退出，第一吸頭提起電池移至標(biāo)簽位置并落下，頂滾位抬起 ，手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī) .粘附標(biāo)簽的電池隨第一吸頭后移，至頂滾位滾壓，趕出氣泡并抬起后移至側(cè)滾位，吸標(biāo)裝置回至原點(diǎn)，并準(zhǔn)備下一流程，側(cè)滾前出，第一吸頭下壓，使側(cè)面標(biāo)簽隨側(cè)滾滾動(dòng)定位，側(cè)位夾緊氣缸夾緊電池，側(cè)滾后退，第一吸頭放下電池，提起，移至下一工作位置，側(cè)滾前推，滾壓電池側(cè)面標(biāo)簽，后移，第二吸頭前移至側(cè) 滾位，下移并吸住電池，側(cè)位夾松開，第二吸頭提起電池至雙側(cè)滾位，雙側(cè)滾同步前出，第二吸頭下落，電池通過雙側(cè)滾的平衡張力完成電池雙肩部位的貼標(biāo)，同時(shí)下移至前后夾緊位，前后夾夾緊電池，雙側(cè)滾后退，第二吸頭放下電池抬起，雙側(cè)滾按設(shè)定程序前滾 后退 后滾 后退，完成標(biāo)簽結(jié)合處貼標(biāo)，第二吸頭前移至下一工作位，第三吸頭前移至雙側(cè)滾位，下落并吸起電池，前后夾松開，第三吸頭抬起并后移至出料口放下電池，貼標(biāo)工序完成。 工作過程： 步進(jìn)馬達(dá)帶動(dòng)卷料軸、出料盤運(yùn)轉(zhuǎn)，通過出料盤與卷料盤的拉力，標(biāo)簽在剝標(biāo)板處剝離，由光電檢測(cè)頭確認(rèn)剝離位置，并發(fā)出停止指令，此時(shí)，送料馬達(dá)帶動(dòng)吸標(biāo)裝置前移，吸標(biāo)板吸住標(biāo)簽，吹氣裝置開始工作，標(biāo)簽隨馬達(dá)前移至限定位置，左糾偏氣缸及前糾偏氣缸同時(shí)推出。 由于標(biāo)簽帶有可能會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，所以它上面有登記標(biāo)志，用來保證每一張標(biāo)簽都被正確地放置。 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。驅(qū)動(dòng)輪間歇性地拖動(dòng)標(biāo)簽帶運(yùn)動(dòng)，標(biāo)簽帶從卷軸中被拉出，同時(shí)經(jīng)過貼標(biāo)輪貼標(biāo)輪會(huì)將標(biāo)簽帶壓在電池上。 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的原理及工作過程 原理：工作過 程的開始是電池在傳送帶上以一個(gè)不變的速度向貼標(biāo)機(jī)進(jìn)給。根據(jù)上一節(jié)貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)功能要求，擬采用工控機(jī)用來作為上位機(jī)，以三菱的 FX2N32MRE/UL系列 PLC 作為下位機(jī)。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。 （ 3）有良好的人機(jī)交互式界面，通過上位機(jī)的監(jiān)控界面可以對(duì)設(shè)備的良好的操作，如對(duì)通過計(jì)算機(jī)可以對(duì)設(shè)備的單步和連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。需要設(shè)計(jì)一個(gè)精確的位置伺服系統(tǒng)，要求手機(jī)電池在上升位移量過程中無位置靜差、無超調(diào)或者小超調(diào)、響應(yīng)速度快和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好。 5 第 2 章 貼標(biāo)機(jī)的功能分析和總體設(shè)計(jì) 2． 1 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的功能分析 根據(jù)貼標(biāo)工藝和要求，本論文設(shè)計(jì)手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)必須滿足以下設(shè)計(jì)功能要求： （ 1）將標(biāo)簽精確的貼在手機(jī)電池上。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。 貼標(biāo)機(jī)大多針對(duì)產(chǎn)品的商標(biāo)貼標(biāo)，都是將標(biāo)簽直接貼在產(chǎn)品或者包裝件上，因此沒有上位機(jī)參與管理。通過對(duì)各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng)。如果能用 PLC 來取代的話，則可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡(jiǎn)化。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。事實(shí)上 PLC 用 4 于這種場(chǎng)合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性的，然我們不能忽視了 PLC 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是其運(yùn)行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來講， PLC最適合于需要大量中間繼電器的場(chǎng)合。從物理介質(zhì)方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存器，在PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費(fèi)額外的費(fèi)用來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。 PLC 在全自動(dòng)包裝機(jī)上的應(yīng)用 包裝機(jī)械的最大特點(diǎn)是動(dòng)作復(fù)雜、頻繁，具有較多的執(zhí)行元件。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。 單片機(jī)控制系統(tǒng)僅適用于較簡(jiǎn)單的自動(dòng)化項(xiàng)日。前者復(fù)雜而易出錯(cuò)，開發(fā)周期長。雖然 PLC 也有必不可少的軟件開發(fā)過程，但兩者所用的語言差別很大，單片機(jī)主要使用匯編語言開發(fā)軟件。用單片機(jī)作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢(shì)。因此，它具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。盡管其有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，但工業(yè)控制都為開關(guān)量控制，所以其長處仍得不到發(fā)揮。 PLC 與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較 雖然單片機(jī)的配置較微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本也較易接受，擔(dān)它仍然不是為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的。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)?，F(xiàn)代的 PLC 一般都具有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能。而 PLC 則是由晶體振蕩器所產(chǎn)生的脈沖經(jīng)多次分頻后得到的時(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來定時(shí)的，定時(shí)范圍一般為 3 秒，也有 秒的 ，精度一般高于 10 毫秒，只要根據(jù)需要由編程器送入時(shí)間常數(shù)即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間的設(shè)定或更改。由于時(shí)間繼電器是利用空氣陽力，半導(dǎo)體延時(shí)電路來實(shí)現(xiàn)延時(shí)的，所以其定時(shí)精度低，調(diào)整不一方便。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。對(duì)于復(fù)雜的控制，使用的繼電器越多，反應(yīng)就越慢。工作頻率很低。至于 PLC 對(duì)外部的聯(lián)系，只有 I/O 點(diǎn)，只要輸入輸出對(duì)象不變，就無須對(duì)硬接線作任何改動(dòng)。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。 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯，利 用繼電器觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及時(shí)間繼電器的延遲動(dòng)作來組成控制邏輯，其缺點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)一但確定就很難輕易再改動(dòng)。 (3)先進(jìn)的機(jī)電技術(shù)和新元件被綜合應(yīng)用于貼標(biāo)機(jī)中，并通過采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短制造周期。 隨著自動(dòng)化水平的提高，特別是伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及 MRPII 和 ERP 等生產(chǎn)管理系統(tǒng)的出現(xiàn)貼標(biāo)機(jī)向著以下幾個(gè)發(fā)展方向 : (1)工件或產(chǎn)品搬送的驅(qū)動(dòng)改為步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)來傳動(dòng)滾珠絲杠，代替了傳統(tǒng)上用氣缸驅(qū)動(dòng)工件，大大的提高了貼標(biāo)機(jī)在搬送工件的過程中的定位控制精度，改善了貼標(biāo)質(zhì)量。這是一項(xiàng)需要維持連續(xù)作業(yè)的技術(shù)。在貼標(biāo)時(shí)，當(dāng)標(biāo)簽的前緣部分粘附到包裝上后，產(chǎn)品就馬上帶 走標(biāo)簽。這是一項(xiàng)稍具復(fù)雜性的技術(shù)，它具有較高的精度和可靠性。但在本方法中真空表面是保持不動(dòng)的，標(biāo)簽固定和定位在一個(gè)“真空柵”上，“真空柵”為一個(gè)上面具有幾百個(gè)小孔的平面，這些小孔是用來維持形成“空氣射流”的。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。當(dāng)標(biāo)簽紙離開傳送帶后，分布到真空墊上，真空墊連接到一個(gè)機(jī)械裝置的末端。按貼標(biāo)工藝特征可分為壓式貼標(biāo)機(jī)、滾壓式貼標(biāo)機(jī)、搓滾式貼 標(biāo)機(jī)、刷撫式貼標(biāo)機(jī)等。 貼標(biāo)機(jī)的分類方法多樣。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。標(biāo)簽技術(shù)是利用標(biāo)簽上的產(chǎn)品的重要信息。 關(guān)鍵詞 ： 自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)，可編程控制器，串口通信 Mobile phone battery labeling machine