【正文】 2）氣動機械手搬送電池必須每次準(zhǔn)確的夾緊電池，然后搬送到貼標(biāo)位置，貼標(biāo)完畢以后準(zhǔn)確的放回； 11 （ 3）下位機控制系統(tǒng)必須有對機器良好的可操作性，必須輸入開關(guān)來控制設(shè)備。 設(shè)備的主要硬件配置： （ 1）以 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 為核心的控制器，用來對設(shè)備的各種狀態(tài)進行實時處理，通過傳感器的輸入信號得到設(shè)備的工作狀態(tài)，經(jīng)過實時處理，實現(xiàn)各種氣動閥、步進電機動作貼標(biāo)機動作。 （ 3）為了檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，合理選擇和安裝傳感器，保證傳感器信號可靠的輸給可編程控制器，本設(shè)計對于氣動閥的位置檢測選用磁性開關(guān)量傳感器，對于電池和電池標(biāo)簽選用光電接近開關(guān)傳感器。為了滿足電池貼標(biāo)工藝和要求，本設(shè)計的步進電機位置伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式，通過光電編碼器的脈沖檢測步進電機的位置送給可編程控制器，并在 PLC 內(nèi)部 設(shè)定一定的控制器進行處理來調(diào)整輸出脈沖，使步進電機的位置準(zhǔn)確的到達(dá)給定位置。 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 位置控制輸出脈沖單元分別為 500～503，占用 4 個輸出點。 12 圖 步進電機控制接線圖 PLC 輸入輸出信號地址分配 PLC 的輸入輸出 控制地址分配包括操作按鈕的輸入如包括開機按鈕、搬送按鈕、手自動按鈕切換和急停按鈕；氣缸位置傳感器的輸入信號、電池檢測光纖傳感器、標(biāo)簽檢測光纖傳感器、步進電機光電編碼器的輸入計數(shù)器，設(shè)備工作狀態(tài)的輸出顯示運行正常、運行報警和運行故障。在設(shè) 計電氣控制柜時必須充分考慮到設(shè)備的抗干擾措施。 （ 2）對于 PLC 的輸入輸出信號盡量選擇帶有屏蔽層的線，并且一點接地。 （ 4）電氣控制柜應(yīng)該遠(yuǎn)離電磁干擾比較嚴(yán)重的地方，比如大功率用電器、供電變壓器等器件， PLC 應(yīng)該避免在潮濕、腐蝕、有機械振動的地方。 系統(tǒng)主電路設(shè)計 電源供電模塊 貼標(biāo)機系統(tǒng)中，設(shè)備多，工作電壓也不盡相同。 (1)電源進線 如圖 所示，電源由滑線引入電器箱 l中， 經(jīng)過刀開關(guān) Qs 后，再經(jīng)由熔斷器后供給系統(tǒng)的控制回路及主電機電路部分。 (2)電源模塊 如圖 所示，直流電源能使電路中形成恒定電流的裝置，如干電池、蓄電 14 池、直流發(fā)電機等。 24V 電源模塊開關(guān)電源 為系統(tǒng)中的 A/D 模塊為電磁閥提供 24VDC 電壓?？刂七\動機構(gòu)各電機的交流接觸器是 KM16, KM閉合時相應(yīng)電機運行，驅(qū)動相應(yīng)裝置運動到指定位置。通過 PE 保護線，進行接地保護。保護系統(tǒng)的安全性，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)中需要多臺電動機。由于要控制電機，所以系統(tǒng)中還要運用交流接觸器來控制其通斷情況。 16 圖 控制系統(tǒng)主電路圖 PLC 系統(tǒng)控制電路設(shè)計 中央處理單元及 I/O 擴展單元、檢測元件 (光電開關(guān)和接近開關(guān)等 )、按鈕開關(guān)和 指示燈、電磁閥以及執(zhí)行元件 (電動機 )等幾部分。 PLC 分塊介紹 (1)輸入部分介紹 如圖 所示， PLC 控制的輸入部分，有限位開關(guān) SQ1(X10)，啟動按鈕 SB1(XI),停止按鈕 SB2(X2)，工作方式選擇開關(guān) SA(X0)，閉合時 為手動工作狀態(tài)，斷開時 17 為自動工作狀態(tài)。 圖 輸入部分電路圖 (2)輸出部分介紹 如圖 3. 8 所示， PLC 的輸出部分主要是通過控制接觸器的通斷來控制電機等的運行情況。輸出部分有推料氣缸電磁閥、前糾正氣 缸電磁閥、壓縮機和聲光報警等部分。 18 圖 PLC 輸出部分電路圖 PLC 總接線圖 PLC 總的接線圖如圖 所示。 PLC 包括輸入部分和輸出部分。 19 圖 PLC 總接線圖 本章小 結(jié) 本章主要對手機電池自動貼標(biāo)機 控制系統(tǒng)的選型和硬件設(shè)計，并根據(jù)控制要求，設(shè)計合理的位置伺服系統(tǒng)。 20 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 實現(xiàn)手機電池自動貼標(biāo)系統(tǒng)的連續(xù)運行是控制系統(tǒng)的重要手段，控制系統(tǒng)的程序設(shè)計不僅要使系統(tǒng)的機械動作連續(xù)可靠的運行，而且還要實現(xiàn)在上位機系統(tǒng)中的動作連續(xù)監(jiān)控，使得操作者可以很方便的看到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，因此在設(shè)計控制系統(tǒng)的程序時，要實現(xiàn)系統(tǒng)的功能有：通過 PLC 控制程序，使得系統(tǒng)的機械動作連續(xù)可靠的運行，如步進電機和氣缸對電池的搬送的準(zhǔn)確性模糊控制程序的實現(xiàn) 、氣動電磁閥通斷電的時序正確、以及系統(tǒng)故障狀態(tài)的顯示。下位機的軟件包括上位機的控制程序的實現(xiàn)和下位機的通信的程序的實現(xiàn)兩個部分。 PLC 控制的工作方式是采用循環(huán)掃描、集中輸入與輸出的工作方式。 PLC 上電以后， CPU 在系統(tǒng)程序的監(jiān)督下先進行內(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。在通信服務(wù)階段，PLC 應(yīng)該完成與一些帶處理器的智能模塊與其他外設(shè)通信，完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)、響應(yīng)編程器鍵入命 令、更新編程器顯示內(nèi)容、更新時鐘和特殊寄存器內(nèi)容等工作。 （ 2）系統(tǒng)與外圍設(shè)備進行信息交換，這一部分不是每個系統(tǒng)或者系統(tǒng)每次掃描都有的，而是隨著系統(tǒng)變化而變化的。 下位機程序的實現(xiàn) PLC 在編程時通常使用模塊化編程來是實現(xiàn)來實現(xiàn)整體功能，這種方法具有如下的優(yōu)點： （ 1）結(jié)構(gòu)清晰，類似 C 語言中的函數(shù)，可讀性性，在調(diào)試時便于修改； （ 2）程序可標(biāo)準(zhǔn)化，特別是一些功能可編制成標(biāo)準(zhǔn)的程序； （ 3）程序的模塊可以由多人來參與和編寫，減小程序開發(fā)的時間； PLC 輸入量的處理 在 PLC 輸入量信號中，開關(guān)量信號由于機械的原因易受到機械抖動而導(dǎo)致誤操作，因此在開關(guān)量輸入之前要進行處理，常規(guī)的 PLC 開關(guān)量信號加以軟件延時，也就 是當(dāng)某一控制信號高電平（或者低電平）出現(xiàn)時，通過軟件延時以后再去檢查它是否仍然是真實信號，如果在檢查該信號已經(jīng)消失，則證明該信號為假信號，應(yīng)將其舍去，如果延時以后檢查該信號為真實信號。通常的做法是 PLC 接收到錯誤信號以后進行延時濾波處理。 通信程序的設(shè)計 在手機電池貼標(biāo)機控制系統(tǒng)中， PLC 的貼標(biāo)動作在時序上必須與上位機的時序協(xié)調(diào)，同時下位機控制系統(tǒng)中一些機械動作信息必須傳遞給上位機，因此就必須實現(xiàn)下位機 PLC 與上位工控機之間的串口通信，通信程序的實現(xiàn)主要包括兩個部分，下位機 PLC 通信程序的設(shè)計和上位機通信程序的設(shè)計（本文不涉及） 。在進行系統(tǒng)軟件設(shè)計時，首先要解決 FX2N32MRE/UL 系列 PLC 與上位機的通信問題。 （ 2）可以各種工控組態(tài)軟件來實現(xiàn) PLC 與上位機的之間的通信，這種方法要有 PLC 與組態(tài)軟件之間的通信協(xié)議，而且組態(tài)軟件對 PLC 通信的點數(shù)是很昂貴的。 因此在開發(fā)控制系統(tǒng)的通信程序時為了考慮到成本和諸多因素，我們采用了第三種通信方式，這種通信方式簡單靈活、價格低廉。這種情況只要少數(shù)幾條線就可以實現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息交換，特別適合用于計算機與 PLC 之間的串口通信。單工通信只是允許數(shù)據(jù)向一個方向傳輸，一方作為數(shù)據(jù)的發(fā)送，另一方作為接受，這種方式目前已經(jīng)很少采用。為了控制線路切換，必須對 兩端設(shè)備進行控制，以確定數(shù)據(jù)流向。全雙工可以實現(xiàn)通信兩端同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以同時在兩個方向上傳輸。屬于 ISO 的七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。 24 （ 2）面向比特的同步協(xié)議：典型代表是 IBM 的數(shù)據(jù)鏈路控制（ SDLC）規(guī)程、 ISO 的高級數(shù)據(jù)鏈路控制（ HDLC）規(guī)程。 （ 3）起止式異步協(xié)議：逐個字符的地進行傳輸，傳輸一個字符總是以起始比特開始，以停止位結(jié)束，字符間沒有固定的實踐間隔要求。 RS232C 串行總線標(biāo)準(zhǔn)是由美國電子工業(yè)學(xué)會推薦的一直普及性異步通信總線標(biāo) 準(zhǔn)，原本為數(shù)據(jù)終段設(shè)備（ DTE）與 數(shù)據(jù)通信設(shè)備（ DCE）之間的一種物理接口標(biāo)準(zhǔn)用于電話網(wǎng)絡(luò)中。 （ 2）電氣特性規(guī)定了該總線各信號線的電氣連接方式及電氣參數(shù)。 （ 3）功能特性規(guī)定每條信號線實現(xiàn)的功能。 一般廠家 生產(chǎn) PLC 都會支持 RS232 串口通信，在通信協(xié)議上遵循標(biāo)準(zhǔn)的串口通信協(xié)議，但是各家公司的定義的串行通信的格式不大相同，如傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式、每次傳輸?shù)奈粩?shù)、停止位，校驗方式各不相同。在硬件連接方式三菱公司的 PLC 與 RS232 協(xié)議電平完全兼容，不需要另外設(shè)置電平轉(zhuǎn)換器。另外在連接 PLC 與上位機的電纜也是采 用三菱公司的標(biāo)準(zhǔn)連接網(wǎng)線 OP26487 和一個 25 針的 Dsub 接頭。一旦通信建立，另外不需要突變信號。 （ 2）響應(yīng)：命令的應(yīng)答，從 FX 系列可編程控制器到上位機的響應(yīng)。命令傳輸?shù)母袷叫盘枎兔铐憫?yīng)格式信號幀如圖 所示，其格式是以 CR分隔符號為結(jié)尾字符。如果校驗因為某些原因而出錯，則 FX 系列 PLC 將出錯的信息返回給上位機，并請求再發(fā)送一次。通常字符第一個字 是前導(dǎo)碼，設(shè)備根據(jù)前導(dǎo)碼辨認(rèn)是否應(yīng)該讀取字符、該字符屬于哪一個命令集（ Commad Set），以及用什么格式去解讀該字符串等。 （ 3）計算機端收到設(shè)備發(fā)送回來的字符串即將進行解讀檢查操作，當(dāng)檢查完成以后，便發(fā)送一個確定的字符串給設(shè)備，用以說明計算機端已成功收到了字符串；而發(fā)送失敗，計算機也在該回送的字符串中請求重新發(fā)送數(shù)據(jù)。 PLC 控制程序主要是用來控制系統(tǒng)的機械動作，主要根據(jù)傳感器來檢測系統(tǒng)機械動作，并根據(jù)檢測的狀態(tài)來控制包括電磁閥通斷電、系統(tǒng)機械協(xié)調(diào)。為了配合上位機與下位機 PLC 各動作上的時序配合，必須發(fā)送事先規(guī)定好用戶的通信協(xié)議。 圖 下位機 PLC 通信程序流程圖 27 系統(tǒng)控制部分梯形圖設(shè)計 貼標(biāo)機控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 28 手動操作的梯形圖 圖 手動操作梯形圖 29 plc 控制步進電機 程序 圖 步進電機程序 30 指令如下： 31 PLC 控制電磁閥程序 圖 電磁閥控制程序 程序指令如下： 0 LD X005 1 OUT Y012 2 LD X010 3 OUT Y010 4 LD X007 5 OUT Y011 6 END 32 第 5 章 結(jié)論與展望 全文總結(jié) 本文根據(jù)手機電池裝備設(shè)計了一套控制系統(tǒng)，具體內(nèi)容如下： 1. 介紹了手機電池設(shè)備研發(fā)的背景和意義，闡述了目前運動控制技術(shù)的發(fā) 展和應(yīng)用概況，分析了設(shè)備控制系統(tǒng)功能和特點，提出了幾種可行的控制方案，進行了硬件選型。 3. 介紹了伺服控制系統(tǒng)的組成，對常用位置控制算法進行了分析，闡述了 模糊控制器的控制算法和一般的整定步驟；針對全閉環(huán)系統(tǒng)，提出了一種雙反饋的控制算法，通過仿真和試驗證明，這種算法在保證裝備控制精度的同時，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；對裝備中點膠平臺和貼裝平臺進行了數(shù)學(xué)建模，通過仿真分析和實際整定結(jié)果，得出裝備的控制性能，并分析了伺服系統(tǒng)中的機械 因素對控制性能的影響。 研究展望 手機電池貼標(biāo)機的發(fā)展趨勢 高速、精密、智能和綠色是手機電池貼標(biāo)機發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。全數(shù)字交流伺服電機和驅(qū)動裝置，高技術(shù)含量的各個組件，高精度單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高手機電池貼標(biāo)機的技術(shù)水平 中國手機電池貼標(biāo)機業(yè)現(xiàn)狀及前景 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界貼標(biāo)機業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機電一體化時代，其中手機電池貼標(biāo)機就是代表產(chǎn)品之一。 34 致謝 經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)、研究終于 完成了畢業(yè)設(shè)計。 XXXXXX 老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)、平易近人的作風(fēng)和誨人不倦的精神，無不是我備受啟發(fā)，奮發(fā)向上。特此在論文完成之際，對 XXXXXX 老師的諄諄教悔表示崇高的敬意和衷心的感謝。 感謝同學(xué)們對我的幫助，營造了濃厚的學(xué)習(xí)氣氛和環(huán)境