【正文】 ............ 32 致謝 .................................................................... 34 參考文獻 ............................................................... 35 附錄 I 外文原文 ......................................................... 36 附錄 II 外文翻譯 ......................................................... 41 手機電池貼標機 摘要： 貼標機是一種自動化程度高、復雜系數(shù)大的機電一體化產(chǎn)品 ,主要用于化妝品 ,保健品、日用品、食品和電池等行業(yè)的包裝。本文研究和開發(fā)一種自動化程度高，結構簡單，操作可靠的手機電池自動貼 標機具有重要的實際價值。 為了實現(xiàn)貼標機高精度的性能，本文改進了普通兩相混合式步進電機的閉環(huán)控制方法 繪制電路連接圖，編寫 PLC控制程序。s market place is accepted. This paper research and development and a high degree of automation, simple structure, reliable operation of the cell phone battery to be automatic labeling machine has important practical value. Based on the research and development of the automatic labeling machines as the goal, the main pleted work: 1. The labeling process on the wafer to do indepth studies, pleted the labelingmachine control system design, application of keyence’s FX2N32MRE/UL Series PLC to achieveelectrical design and control procedures can be achieved. 2. In order to achieve high precision performance labeling machine, the paper improved the ordinary twophase hybrid stepping motor of the closedloop control method. 3． Draw circuit connection diagram, writing PLC control procedures. Key words: automatic labeling machines, programmable controller, serial 1 第 1 章 緒論 貼標機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 早在上世紀 70 年代，歐美等發(fā)達國家就開始應用標簽來管理產(chǎn)品。將標簽貼付在產(chǎn)品或者商品上一件繁瑣的工作，傳統(tǒng)的貼標是靠人工手動貼標，先將標簽剝離，然后貼在產(chǎn)品上。隨著自動化技術的發(fā)展和制造行業(yè)的產(chǎn)品管理水平的提高，越來的越多的廠家傾向于使用一種高 速自動貼標機器，不僅可以改善貼標質量，而且可以極大的提高貼標速度；降低勞動力成本。按自動化程度，貼標機可分為半自動貼標機和全自動貼標機：按容器的運行方向可分為立式貼標機和臥式貼標機；按標簽的種類可分為片式標簽貼標機、卷筒狀標簽貼標機、熱粘性標簽貼標機和感壓性標簽貼標機，收縮筒形標簽貼標機：按容器的運動形式可分為直通式貼標機和轉盤式貼標機；按貼標機結構可分為龍門式貼標機、真空轉鼓式貼標機、多標盒轉鼓貼標機、撥桿貼標機、旋轉形貼標機 。 目前，主要的自動貼標技術有三種 [1]： (1)“吸貼法” (或“氣吸法” ) 這是最常用的貼標技術。當這個機械裝置伸展到標簽與包裝件相接觸后，就收縮回去，此時就將標簽貼附到包裝件上。 (2)“吹貼法” (或“射流法” ) 這種技術的某些運作方式與上述所吸貼法相似的，就 是將標簽放置到真空表面墊上固定，直到貼附動作開始為止。由這些“空氣射流”吹出一股壓縮空氣，壓力很強，使真空柵上標簽移動，讓它貼附到被包裝物品上。 (3)“擦貼法” (或“刷貼法” ) 第三種貼標方法稱為同步貼標法，也可稱作“擦貼法”、“刷貼法”或“接觸 2 粘貼法”。在這一種貼標機中，只有當包裝件通過速度與標簽分配速度一致時，這種方法才能成功。此外，為使標簽的貼附滿足完整恰當?shù)囊?，像刷子或滾筒那樣的第二套裝置也是不可缺少的。 (2)自動化程度不斷提高，過去的手工半手工的復雜作業(yè)，己被半自動或自動的貼標機所取代，且逐漸向控制智能化的方向發(fā)展。 貼標機作為包裝生產(chǎn)線的一個重要組成部分，直接影響到包裝質量，因此要努力提高貼標質量，根據(jù)貼標要求從設計、制造、裝配、調試等方面綜合考慮，以較低的成本滿足貼標機的功能要求。如果要在現(xiàn)場做一些更改和擴展更是難以實行。對于一個 PLC 來講，只要用 PLC 配備的編程器在現(xiàn)場就可以完成更改。 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)的。一次動作一般為數(shù)十毫秒 。而 PLC 是以微型計算機為基礎的控制裝置，其運行速度為每個指令步數(shù)十微秒 (對于高速PLC 則是 5 微秒以下 )。對于限時控制，繼電器是利用時間繼電器的延時動作來實現(xiàn)的。且環(huán)境溫度變化等因素都會對定時精度有直接的影響。由于 PLC 的定時是對時基脈沖進行計數(shù)來實現(xiàn)的，所以如果是對脈沖進行計數(shù)，就成為計數(shù)器。 從可靠性和可維護性方面來看，繼電器控制邏輯由于使用了大量的機械觸點，連接線一也多，觸點開閉時產(chǎn)生的電弧會使觸點損壞，動作時的機械振動還可能使接線松動，所以可靠性和可維護性都較差。而 且體積小、功耗小、壽命長、可靠性高、還具有監(jiān)控功能和自檢功能，使程序的運行過程成為透明。同樣存在著編程難、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍較差，成本高等缺點。單片機與 PLC 的比較：在很大程度上，單片機是專一為工業(yè)控制而設計的。事實上，現(xiàn)代PLC 的核心就是單片微處理器 。們是不可否認，從單片機到工業(yè)控制裝置之間畢竟有一個硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的過程。而 PLC 用專用的指令系統(tǒng)來編程的。后者簡便易學，現(xiàn)場就可以開發(fā)調試。硬件上主要受 CPU、內存容 量及 I /O 接口的限制；軟件上主要受限于與 CPU 類型有關的編程語言。其通用性、兼容性和擴展性都相當差。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下，就可以對其內部的輔助繼電器進行編程后來取代。一般的 PLC 都有上百點內部輔助繼電器甚至更多，而且還有多種專用的內部電器，足可以應付一般的控制要求但唯一需要做的就是對 PLC 進行編程。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點： 更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動，程序可以復制，批量生產(chǎn)很容易，電氣硬件設計大人簡化。 我國包裝機械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。更重要的是可以使原來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn)，是機器在某種程度上實現(xiàn)科能 化。 本課題研究內容 現(xiàn)代市場上可以直接購買的貼標機雖然種類繁多，但是不僅價格昂貴，而且只是適應某些產(chǎn)品的貼標要求，貼標的通用性不強。本課題具體主要研究內容如下： （ 1）據(jù)貼標機的加工工序、工藝路線和工位參數(shù)，對貼標機設計作了功能性分析。 （ 2）實現(xiàn) PLC 控制程序的實現(xiàn)，包括系統(tǒng)氣動 PLC 程序，包括氣缸貼標動作的控制。要實現(xiàn)這一功能必須對電池抽屜盒進給量進行精確定位控制。 （ 2）要求所有動作自動 運行，無須人工參與，通過控制系統(tǒng)完成所有動作協(xié)調和連續(xù)執(zhí)行。要實現(xiàn)這一功能就必須對 PLC 的位編程，如輸出點、中間繼電器點和定時器點可在在上位機的人機交互式界面進行操作。 系統(tǒng)整體方案設計 系統(tǒng)的整體架構 本文設計的手機電池貼標機的控制系統(tǒng)主要是自動貼標系統(tǒng)的控制，該系統(tǒng)涉及計算機、通信、機械、人工智能等多個技術領域的理論知識。手機電池自動貼標機的整體設計方案框圖如圖 所示： 6 圖 系統(tǒng)整體設計方案框圖 由圖 分析可以得出， PLC 控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的下位機，主要負責標簽貼標動作控制，如：氣動電磁閥的控制貼標、吸附標簽、氣動機械手搬送電池、電池搬送系統(tǒng)位置伺服步進電機的精確定位控制。機械上的固定裝置將電池之間分開一個固定的距離，并推動箱子沿傳送帶的方向前進，貼標機的機械系統(tǒng)包括一個驅動輪，一個貼標輪，和一個卷軸。在卷軸上采用了開環(huán)的位移控制，用來保持標簽帶的張力因為標簽在標簽帶上是彼此緊密相連的，所以標簽帶必須不斷起停。當傳送帶到達了某個特定的位置時，標簽帶驅動輪會加速到與傳送帶匹配 的速度，貼上標簽后，再減速到停止。登記標志通過一個傳感器來讀取，在標簽帶減速階段，驅動輪會從新調整位置以修正標簽帶上的任何位置錯誤。形成九十度的直角，對吸標板上的標簽進行 精確校正，出標工序完成。 本章小 結 本章根據(jù)貼標機的貼標工藝與要求，對貼標機的功能進行了分析；并根據(jù)貼標功能和要求對貼標機進行了 整體方案設計，對貼標系統(tǒng)機械動作控制系統(tǒng)進行設計。 下位機控制系統(tǒng)的選型 PLC 技術的簡介 可編程控制器（ Programmable Controller）是早期應用于開關量控制，因此也稱為 PLC(Programmable Logical Controller)即可編程邏輯控 制器，現(xiàn)代的可編程邏輯控制器是以微處理器為基礎，高集成度的新型工業(yè)裝置，是計算機與工業(yè)技術結合的產(chǎn)品。它不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，還具有數(shù)字運算、模擬調節(jié)、監(jiān)控、記錄、計算機接口、數(shù)據(jù)傳輸功能，而且還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制、向上能與上位機進行通訊，向下能直接控制生產(chǎn)設備，可以通過下級 PLC 直接去控制執(zhí)行機構。它能夠較好的解決工業(yè)控制普遍關心的 可靠、安全、經(jīng)濟、靈活、經(jīng)濟等問題。如圖 3－ 4 所示， PLC 內部采用總線結構，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 9 圖 PLC 的機構示意圖 可編程控制器的選型 市場上可供選擇的 PLC 種 類繁多，各種型號的 PLC 也有各自的優(yōu)勢和特點，應用場合也不大相同。經(jīng)過市場調研，本控制系統(tǒng)的下位機采用的是日本三菱公司的 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 作為下位機控制，它是一款可視化的 PLC，屬于中小型可編程序控制器，可用于簡單的控制場合，也可用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。它能夠滿足各種設備的自動化控制需求。如 :沖壓機床、印刷機械、中央空調、電梯控制、運動控制系統(tǒng)等等。 （ 2） FX2N32MRE/UL 提供了豐富的硬件資源，不僅有兩個軸的運動控制伺服定位控制接口；還提供了 4 通道的高速計數(shù)器，特別適合伺服系統(tǒng)的控制，如步進電機或者伺服電機以及光電編碼器構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 3）該系列 PLC 帶有 USB 編程口，與上位機進行串口通信調試時不會占 10 用串口，可以在編程軟件中可以很方便的看到相關數(shù)據(jù)寄存器里面上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)。在步進電機的選型時，必須充分考慮步進電機的一些相關物理量，步進電機的步距角度和最大靜態(tài)轉距，一般的靜態(tài)轉距越大，系統(tǒng)的轉距越抗擾動性能會更好，在負載變化時不容易失步，同樣步進電機的步距角越小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差會越小，但是步進電機的價格會更昂貴。絲杠選擇必須考慮到系統(tǒng)的最小日本 THK 公司生產(chǎn)的 THKKR30 滾珠絲杠，其導程 t 為 1 毫米，根據(jù)初步估算滿足系統(tǒng)載荷要求。這種控制方式可以大大減小系統(tǒng)的設計工作量，而且 PLC 具有實時刷新功能，輸出頻率可以到達數(shù)千赫茲或者更高，使步進電機響應速度更快。 下位機控制系統(tǒng)的硬件配置 下位機控制硬件配置要求 下位機控制系統(tǒng)的主要用來對貼標的機械動作進行控制，主要包括電池升降位置伺服系統(tǒng)、搬送電池的機械手動作控制、真空吸附氣缸吸附標簽的動作控制、貼標氣缸的對電池的貼標控制，下位機控制系統(tǒng)的硬件設計必須滿足以下 幾個方面的要求： （ 1）實現(xiàn)電池貼標系統(tǒng)的高精度位置伺服系統(tǒng)，電池位置伺服系統(tǒng)每次搬送的距離為 10mm； （