3411 手機(jī)電池標(biāo)簽包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3411 手機(jī)電池標(biāo)簽包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),手機(jī)電池,標(biāo)簽,裝機(jī),控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 手機(jī)電池標(biāo)簽包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要貼標(biāo)機(jī)是一種自動(dòng)化程度高、復(fù)雜系數(shù)大的機(jī)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。由于貼標(biāo)機(jī)較為復(fù)雜, 制造難度大, 目前這方面的需求大多依賴進(jìn)口,而國(guó)外貼標(biāo)機(jī)的價(jià)格十分昂貴,很難被我國(guó)市場(chǎng)所接受。本文研究和開發(fā)一種自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠的手機(jī)電池自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)具有重要的實(shí)際價(jià)值。本文以研究和開發(fā)全自動(dòng)的貼標(biāo)機(jī)為目標(biāo)，主要完成的工作有：1、對(duì)手機(jī)電池的貼標(biāo)工藝做了深入研究，完成了貼標(biāo)機(jī)的控制系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)，應(yīng)用三菱公司的 FX2N-32MR-E/UL 系列 PLC 實(shí)現(xiàn)電氣部分設(shè)計(jì)和控制程序的實(shí)現(xiàn)。2、為了實(shí)現(xiàn)貼標(biāo)機(jī)高精度的性能，本文改進(jìn)了普通兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制方法，并根據(jù)位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分別設(shè)計(jì)了 PID 控制器和模糊控制器，3、繪制電路連接圖，編寫 PLC 控制程序。關(guān)鍵詞：自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)，可編程控制器，模糊控制，串口通信AbstractLabeling machine is a high degree of automation, complex factor is big electromechanical integration products, mainly used for cosmetics, health care products, daily necessities, food and battery industries of packing. Because labeling machines is relatively complex, manufacturing is difficult, at present the most demand dependence on imports, and foreign labeling machines price is very expensive and difficult to China'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 completed work:1. The labeling process on the wafer to do in-depth studies, completed the labelingmachine control system design, application of keyence’s FX2N-32MR-E/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 two-phase hybrid stepping motor of the closed-loop control method, and in accordance with location Servo System mathematical model designed PID controller and the fuzzy controller.3． Draw circuit connection diagram, writing PLC control procedures.Key words: automatic labeling machines, programmable controller, fuzzy control, serial目 錄摘要 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------IAbstract--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------II第 1 章 緒論 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1 貼標(biāo)機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) -------------------------------------------------------------------------11.2 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 -----------------------------------------------------------------------21.2.1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 -----------------------------------------------------------------21.2.2 PLC 與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較 --------------------------------------------------------------------31.3 PLC 在全自動(dòng)包裝機(jī)上的應(yīng)用 --------------------------------------------------------------------------41.4 本課題研究?jī)?nèi)容 ---------------------------------------------------------------------------------------------4第 2 章 貼標(biāo)機(jī)的功能分析和總體設(shè)計(jì) -----------------------------------------------------------------------62． 1 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的功能分析 --------------------------------------------------------------------------62.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) ----------------------------------------------------------------------------------------62.2.1 系統(tǒng)的整體架構(gòu) -----------------------------------------------------------------------------------62.2.2 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的原理及工作過程 ---------------------------------------------------------72.3 本章小節(jié) ------------------------------------------------------------------------------------------------------8第 3 章 貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) ---------------------------------------------------------------------------------93.1 下位機(jī)控制系統(tǒng)的選型 ----------------------------------------------------------------------------------93.1.1 PLC 技術(shù)的簡(jiǎn)介 ------------------------------------------------------------------------------------93.1.2 可編程控制器的選型 ---------------------------------------------------------------------------103.1.3 伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)和絲杠選型 -------------------------------------------------------------113.2 下位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件配置 --------------------------------------------------------------------------113.2.1 下位機(jī)控制硬件配置要求 --------------------------------------------------------------------113.2.2 PLC 輸入輸出信號(hào)地址分配 ------------------------------------------------------------------133.3 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) -------------------------------------------------------------------------------------------153.3.1 電源供電模塊 -------------------------------------------------------------------------------------153.3.2 系統(tǒng)控制總電路圖 -------------------------------------------------------------------------------173.4 PLC 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) ----------------------------------------------------------------------------------173.4.1 PLC 分塊介紹 --------------------------------------------------------------------------------------173.4.2 PLC 總接線圖 --------------------------------------------------------------------------------------183.3 本章小節(jié) ----------------------------------------------------------------------------------------------------19第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) --------------------------------------------------------------------------------------204.1 下位機(jī) PLC 程序的實(shí)現(xiàn) -------------------------------------------------------------------------------204.1.1 PLC 程序執(zhí)行的基本原理 ----------------------------------------------------------------------204.1.2 下位機(jī)程序的實(shí)現(xiàn) ------------------------------------------------------------------------------224.1.3 PLC 輸入量的處理 -------------------------------------------------------------------------------224.1.4 模糊控制 PLC 程序設(shè)計(jì) ----------------------------------------------------------------------234.2 通信程序的設(shè)計(jì) ------------------------------------------------------------------------------------------254.2.1 上位機(jī)與 PLC 串口通信的協(xié)議 ------------------------------------------------------------254.2.2 下位機(jī)通信程序設(shè)計(jì) ---------------------------------------------------------------------------284.3 系統(tǒng)控制部分梯形圖設(shè)計(jì) ------------------------------------------------------------------------------294.3.1 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖 -------------------------------------------------------------304.3.2 plc 控制步進(jìn)電機(jī)程序 --------------------------------------------------------------------------314.3.3 plc 控制電磁閥程序 -----------------------------------------------------------------------------33第 5 章 結(jié)論與展望 ------------------------------------------------------------------------------------------------355.1 全文總結(jié) ----------------------------------------------------------------------------------------------------355.2 研究展望 ----------------------------------------------------------------------------------------------------35參考文獻(xiàn) -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------III1第 1 章 緒論1.1 貼標(biāo)機(jī)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)早在上世紀(jì) 70 年代，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家就開始應(yīng)用標(biāo)簽來管理產(chǎn)品。標(biāo)簽技術(shù)是利用標(biāo)簽上的產(chǎn)品的重要信息。將標(biāo)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(biāo)是靠人工手動(dòng)貼標(biāo)，先將標(biāo)簽剝離，然后貼在產(chǎn)品上。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。隨著自動(dòng)化技術(shù)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(dòng)貼標(biāo)機(jī)器，不僅可以改善貼標(biāo)質(zhì)量，而且可以極大的提高貼標(biāo)速度；降低勞動(dòng)力成本。貼標(biāo)機(jī)的分類方法多樣。按自動(dòng)化程度，貼標(biāo)機(jī)可分為半自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)和全自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)：按容器的運(yùn)行方向可分為立式貼標(biāo)機(jī)和臥式貼標(biāo)機(jī)；按標(biāo)簽的種類可分為片式標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)、卷筒狀標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)、熱粘性標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)和感壓性標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)，收縮筒形標(biāo)簽貼標(biāo)機(jī)：按容器的運(yùn)動(dòng)形式可分為直通式貼標(biāo)機(jī)和轉(zhuǎn)盤式貼標(biāo)機(jī)；按貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)可分為龍門式貼標(biāo)機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓式貼標(biāo)機(jī)、多標(biāo)盒轉(zhuǎn)鼓貼標(biāo)機(jī)、撥桿貼標(biāo)機(jī)、旋轉(zhuǎn)形貼標(biāo)機(jī);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。目前，主要的自動(dòng)貼標(biāo)技術(shù)有三種 [1]：(1)“吸貼法”(或“氣吸法”)這是最常用的貼標(biāo)技術(shù)。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。當(dāng)這個(gè)機(jī)械裝置伸展到標(biāo)簽與包裝件相接觸后，就收縮回去，此時(shí)就將標(biāo)簽貼附到包裝件上。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。(2)“吹貼法”(或“射流法”)這種技術(shù)的某些運(yùn)作方式與上述所吸貼法相似的，就是將標(biāo)簽放置到真空表面墊上固定，直到貼附動(dòng)作開始為止。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。由這些“空氣射流”吹出一2股壓縮空氣，壓力很強(qiáng)，使真空柵上標(biāo)簽移動(dòng)，讓它貼附到被包裝物品上。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。(3)“擦貼法”(或“刷貼法”)第三種貼標(biāo)方法稱為同步貼標(biāo)法，也可稱作“擦貼法” 、 “刷貼法”或“接觸粘貼法” 。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。在這一種貼標(biāo)機(jī)中，只有當(dāng)包裝件通過速度與標(biāo)簽分配速度一致時(shí)，這種方法才能成功。這是一項(xiàng)需要維持連續(xù)作業(yè)的技術(shù)。此外，為使標(biāo)簽的貼附滿足完整恰當(dāng)?shù)囊螅袼⒆踊驖L筒那樣的第二套裝置也是不可缺少的。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。(2)自動(dòng)化程度不斷提高，過去的手工半手工的復(fù)雜作業(yè)，己被半自動(dòng)或自動(dòng)的貼標(biāo)機(jī)所取代，且逐漸向控制智能化的方向發(fā)展。(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。貼標(biāo)機(jī)作為包裝生產(chǎn)線的一個(gè)重要組成部分，直接影響到包裝質(zhì)量，因此要努力提高貼標(biāo)質(zhì)量，根據(jù)貼標(biāo)要求從設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試等方面綜合考慮，以較低的成本滿足貼標(biāo)機(jī)的功能要求。1.2 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1.2.1 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，利川繼電器觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及時(shí)問繼電器的延遲動(dòng)作來組成控制邏輯，其缺點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)一日.確定就很難輕易再改動(dòng)。如果要在現(xiàn)場(chǎng)做一些更改和擴(kuò)展更是難以實(shí)行。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。對(duì)一」飛 PLC 來講，只要用 PLC 配備的編程器在現(xiàn)場(chǎng)就可以完成更改。至于 PLC 對(duì)外部灼聯(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)。3繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。工作頻率很低。一次動(dòng)作一般為數(shù)十毫秒。對(duì)于復(fù)雜的控制，使用的繼電器越多，反應(yīng)就越慢。而PLC 是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制裝置，其運(yùn)行速度為每個(gè)指令步數(shù)十微秒(對(duì)于高速 PLC 則是 5 微秒以下) 。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)于限時(shí)控制，繼電器是利用時(shí)問繼電器的延時(shí)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。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。且環(huán)境溫度變化等因素都會(huì)對(duì)定時(shí)精度有直接的影響。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 0.1 秒，也有 0.01 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 PLC 的定時(shí)是對(duì)時(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，所以如果是對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，就成為計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)代的 PLC 一般都具有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能。從可靠性和可維護(hù)性方面來看，繼電器控制邏輯由于使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連接線一也多，觸點(diǎn)開閉時(shí)產(chǎn)生的電弧會(huì)使觸點(diǎn)損壞，動(dòng)作時(shí)的機(jī)械振動(dòng)還可能使接線松動(dòng)，所以可靠性和可維護(hù)性都較差。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)。而且體積小、功耗小、壽命長(zhǎng)、可靠性高、還具有監(jiān)控功能和自檢功能，使程序的運(yùn)行過程成為透明。1.2.2 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。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(diǎn)。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(zhǎng)處仍得不到發(fā)揮。單片機(jī)與 PLC 的比較：在很大程度上，單片機(jī)是專一為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的。因此，它具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。事實(shí)上，現(xiàn)代 PLC 的核心就是單片微處理器。用單片機(jī)作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢(shì)。們是不可否認(rèn)，從單片機(jī)到工業(yè)控制裝置之間畢竟有一個(gè)硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的過程。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。而 PLC 用專用的指令系統(tǒng)來編程的。前者復(fù)雜而易出錯(cuò)，開發(fā)周期長(zhǎng)。后者簡(jiǎn)便易學(xué)，現(xiàn)場(chǎng)就可以開發(fā)調(diào)試。4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。硬件上主要受 CPU、內(nèi)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(guān)的編程語言。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。其通用性、兼容性和擴(kuò)展性都相當(dāng)差。1.3 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。在這種場(chǎng)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(duì)其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。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 PL 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。一般的 PLC 都有上百點(diǎn)內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，而且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求甲唯一需要做的一「作就是對(duì) PLC 進(jìn)行編程。事實(shí)上 PLC 用于這種場(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。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點(diǎn)：更改控制邏輯只需修改軟件，無需對(duì)硬件作改動(dòng)，程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易，電氣硬件設(shè)計(jì)大人簡(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(guó)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。我國(guó)包裝機(jī)械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。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。更重要的是可以使原來無法實(shí)現(xiàn)的某些功能得以實(shí)現(xiàn)，是機(jī)器在某種程度上實(shí)現(xiàn)科能化。通5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)。1.4 本課題研究?jī)?nèi)容現(xiàn)代市場(chǎng)上可以直接購買的貼標(biāo)機(jī)雖然種類繁多，但是不僅價(jià)格昂貴，而且只是適應(yīng)某些產(chǎn)品的貼標(biāo)要求，貼標(biāo)的通用性不強(qiáng)。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。本課題具體主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）據(jù)貼標(biāo)機(jī)的加工工序、工藝路線和工位參數(shù)，對(duì)貼標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)作了功能性分析。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。（2）為了實(shí)現(xiàn)電池搬送位置伺服系統(tǒng)的高精度和較好的快速性，本文討論了步進(jìn)電機(jī)的位置伺服系統(tǒng)的升降曲線,根據(jù)模型導(dǎo)出初 PID 控制參數(shù)以及 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)。并介紹了模糊控制的結(jié)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)位置伺服系統(tǒng)模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合傳統(tǒng)的 PID 控制和模糊控制的。（3）實(shí)現(xiàn) PLC 控制程序的實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)氣動(dòng) PLC 程序，包括氣缸貼標(biāo)動(dòng)作的控制和步進(jìn)電機(jī)位置伺服系統(tǒng)的模糊 PID 控制。6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。要實(shí)現(xiàn)這一功能必須對(duì)電池抽屜盒進(jìn)給量進(jìn)行精確定位控制。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。（2）要求所有動(dòng)作自動(dòng)運(yùn)行，無須人工參與，通過控制系統(tǒng)完成所有動(dòng)作協(xié)調(diào)和連續(xù)執(zhí)行。（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。要實(shí)現(xiàn)這一功能就必須對(duì) PLC 的位遠(yuǎn)見，如輸出點(diǎn)、中間繼電器點(diǎn)和定時(shí)器點(diǎn)可在在上位機(jī)的人機(jī)交互式界面進(jìn)行操作。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。2.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)的整體架構(gòu)本文設(shè)計(jì)的手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的控制系統(tǒng)主要是自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)的控制，該系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)、通信、機(jī)械、人工智能等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的理論知識(shí)。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 FX2N-32MR-E/UL 系列 PLC 作為下位機(jī)。手機(jī)電池自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案框圖如圖 2.1 所示：7圖 2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案框圖由圖 2.1 分析可以得出，PLC 控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的下位機(jī)，主要負(fù)責(zé)標(biāo)簽貼標(biāo)動(dòng)作控制，如：氣動(dòng)電磁閥的控制貼標(biāo)、吸附標(biāo)簽、氣動(dòng)機(jī)械手搬送電池、電池盒搬送系統(tǒng)位置伺服步進(jìn)電機(jī)的精確定位控制。2.2.2 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)的原理及工作過程原理：工作過程的開始是箱子在傳送帶上以一個(gè)不變的速度向貼標(biāo)機(jī)進(jìn)給。機(jī)械上的固定裝置將箱子之間分開一個(gè)固定的距離，并推動(dòng)箱子沿傳送帶的方向前進(jìn)貼標(biāo)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)貼標(biāo)輪，和一個(gè)卷軸。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)簽帶壓在箱子上。在卷軸上采用了開環(huán)的位移控制，用來保持標(biāo)簽帶的張力因?yàn)闃?biāo)簽在標(biāo)簽帶上是彼此緊密相連的，所以標(biāo)簽帶必須不斷起停。標(biāo)簽是在貼標(biāo)輪與箱子移動(dòng)速度相同的情況下被貼在箱子上的。當(dāng)傳送帶到達(dá)了某個(gè)特定的位置時(shí)，標(biāo)簽帶驅(qū)動(dòng)輪會(huì)加速到與傳送帶匹配的速度，貼上標(biāo)簽后，再減速到停止。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。登記標(biāo)志通過一個(gè)傳感器來讀取，在標(biāo)簽帶減速階段，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)從新調(diào)整位置以修正標(biāo)簽帶上的任何位置錯(cuò)誤。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8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。形成九十度的直角，對(duì)吸標(biāo)板上的標(biāo)簽進(jìn)行精確校正，出標(biāo)工序完成。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。2.3 本章小節(jié)本章根據(jù)貼標(biāo)機(jī)的貼標(biāo)工藝與要求，對(duì)貼標(biāo)機(jī)的功能進(jìn)行了分析；并根據(jù)貼標(biāo)功能和要求對(duì)貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行了整體方案設(shè)計(jì)，對(duì)貼標(biāo)系統(tǒng)機(jī)械動(dòng)作控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。9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。3.1 下位機(jī)控制系統(tǒng)的選型3.1.1 PLC 技術(shù)的簡(jiǎn)介可編程控制器（Programmable Controller）是早期應(yīng)用于開關(guān)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(chǔ)，高集成度的新型工業(yè)裝置，是計(jì)算機(jī)與工業(yè)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)品。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。它不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，還具有數(shù)字運(yùn)算、模擬調(diào)節(jié)、監(jiān)控、記錄、計(jì)算機(jī)接口、數(shù)據(jù)傳輸功能，而且還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過程控制、遠(yuǎn)程控制、向上能與上位機(jī)進(jìn)行通訊，向下能直接控制生產(chǎn)設(shè)備，可以通過下級(jí) PLC 直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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)。它能夠較好的解決工業(yè)控制普遍關(guān)心的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、靈活、經(jīng)濟(jì)等問題?？删幊炭刂破鞑捎糜?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。如圖 3－4 所示，PLC 內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。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。10圖 3.1 PLC 的機(jī)構(gòu)示意圖3.1.2 可編程控制器的選型市場(chǎng)上可供選擇的 PLC 種類繁多，各種型號(hào)的 PLC 也有各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)合也不大相同。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。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，本控制系統(tǒng)的下位機(jī)采用的是日本三菱公司的 FX2N-32MR-E/UL 系列 PLC 作為下位機(jī)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(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。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。FX2N-32MR-E/UL 系列 PLC 系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。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。它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。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。如:沖壓機(jī)床、印刷機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等等。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 是一款可視化編程的 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。（2）FX2N-32MR-E/UL 提供了豐富的硬件資源，不僅有兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)控制11伺服定位控制接口；還提供了 4 通道的高速計(jì)數(shù)器，特別適合伺服系統(tǒng)的控制，如步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)以及光電編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。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。（3）該系列 PLC 帶有 USB 編程口，與上位機(jī)進(jìn)行串口通信調(diào)試時(shí)不會(huì)占用串口，可以在編程軟件中可以很方便的看到相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器里面上位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)。3.1.3 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)性格是衡量系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。在步進(jìn)電機(jī)的選型時(shí)，必須充分考慮步進(jìn)電機(jī)的一些相關(guān)物理量，步進(jìn)電機(jī)的步距角度和最大靜態(tài)轉(zhuǎn)距，一般的靜態(tài)轉(zhuǎn)距越大，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)距越抗擾動(dòng)性能會(huì)更好，在負(fù)載變化時(shí)不容易失步，同樣步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)越小，但是步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格會(huì)更昂貴。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 0.1 度，為同行電機(jī)步距角度最小的一款。絲杠選擇選擇必須考慮到系統(tǒng)的最小日本 THK 公司生產(chǎn)的 THK-KR30 滾珠絲杠，其導(dǎo)程 t 為 1 毫米，根據(jù)初步估算滿足系統(tǒng)載荷要求。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。這種控制方式可以大大減小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作量，而且 PLC 具有實(shí)時(shí)刷新功能，輸出頻率可以到達(dá)數(shù)千赫茲或者更高，使步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)速度更快。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： 360t????代入數(shù)字得 m =2926。3.2 下位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件配置3.2.1 下位機(jī)控制硬件配置要求12下位機(jī)控制系統(tǒng)的主要用來對(duì)貼標(biāo)的機(jī)械動(dòng)作進(jìn)行控制，主要包括電池升降位置伺服系統(tǒng)、搬送電池的機(jī)械手動(dòng)作控制、真空吸附氣缸吸附標(biāo)簽的動(dòng)作控制、貼標(biāo)氣缸的對(duì)電池的貼標(biāo)控制，下位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)必須滿足以下幾個(gè)方面的要求：（1）實(shí)現(xiàn)電池貼標(biāo)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；（2）氣動(dòng)機(jī)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；（3）下位機(jī)控制系統(tǒng)必須有對(duì)機(jī)器良好的可操作性，必須輸入開關(guān)來控制設(shè)備。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 3.2 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 3.2 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)。圖 3.2 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)硬件配置設(shè)備的主要硬件配置：（1）以 FX2N-32MR-E/UL 系列 PLC 為核心的控制器，用來對(duì)設(shè)備的各種狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過傳感器的輸入信號(hào)得到設(shè)備的工作狀態(tài)，經(jīng)過實(shí)時(shí)處理，13實(shí)現(xiàn)各種氣動(dòng)閥、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作貼標(biāo)機(jī)動(dòng)作。（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。（3）為了檢測(cè)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(hào)可靠的輸給可編程控制器，本設(shè)計(jì)對(duì)于氣動(dòng)閥的位置檢測(cè)選用磁性開關(guān)量傳感器，對(duì)于電池和電池抽屜選用光電接近開關(guān)傳感器。（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。為了滿足電池貼標(biāo)工藝和要求，本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)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(cè)步進(jìn)電機(jī)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(jìn)行處理來調(diào)整輸出脈沖，使步進(jìn)電機(jī)的位置準(zhǔn)確的到達(dá)給定位置。FX 2N-32MR-E/UL 系列 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)接線圖如圖 3.3 所示。FX 2N-32MR-E/UL 系列 PLC 位置控制輸出脈沖單元分別為 500～503，占用 4 個(gè)輸出點(diǎn)。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。圖 3.3 步進(jìn)電機(jī)控制接線圖3.2.2 PLC 輸入輸出信號(hào)地址分配14PLC 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(jī)按鈕、搬送按鈕、手自動(dòng)按鈕切換和急停按鈕；氣缸位置傳感器的輸入信號(hào)、電池檢測(cè)光纖傳感器、電池盒檢測(cè)光纖傳感器、步進(jìn)電機(jī)光電編碼器的輸入計(jì)數(shù)器，設(shè)備工作狀態(tài)的輸出顯示運(yùn)行正常、運(yùn)行報(bào)警和運(yùn)行故障。其 PLC 地址分配如表 3-1 所示：表 3.1 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) X11PLC 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 3.2 所示：表 3.2 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)一 Y0步進(jìn)電機(jī)二 Y2推料電磁閥 Y3步進(jìn)電機(jī)三 Y4伺服電機(jī)一 Y10伺服電機(jī)二 Y12前糾正氣缸電磁閥 Y13伺服電機(jī)三 Y14聲光報(bào)警 Y16153.4 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。在設(shè)計(jì)電氣控制柜時(shí)必須充分考慮到設(shè)備的抗干擾措施。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)輸入給 PLC 主要有位置傳感器信號(hào)、光電接近開關(guān)信號(hào)、按鈕等；輸出信號(hào)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。（2）對(duì)于 PLC 的輸如輸出信號(hào)盡量選擇帶有屏蔽層的線，并且一點(diǎn)接地。（3）對(duì)于 PLC 的供電電源必須有專門的接地。（4）電氣控制柜應(yīng)該遠(yuǎn)離電磁干擾比較嚴(yán)重的地方，比如大功率用電器的、供電變壓器等器件，PLC 應(yīng)該避免在潮濕、腐蝕、有機(jī)械振動(dòng)的地方。由于設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)的不同，上位機(jī)的相關(guān)器件的選型在本文就不具體涉及了。3.3 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)3.3.1 電源供電模塊貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)備多，工作電壓也不盡相同。三相異步電動(dòng)機(jī)工作電壓是 380V(AC), PLC 的工作電壓為 220V (AC)，傳感器的工作電壓為 24V DC。(1)電源進(jìn)線如圖 3.4 所示，電源由滑線引入電器利 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(jī)電路部分。三相電源的線電壓為 380V，相電壓為 220v，因此系統(tǒng)采用三相中的 A 相相電壓提供 220V 的交流電要壓。(2)電源模塊如圖 3.5 所示，直流電源能使電路中形成恒定電流的裝置，如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)等。在 24V 電壓范圍內(nèi)又叫 24A 直流電源，直流電源有正負(fù)兩個(gè)電極，正極的電勢(shì)高，負(fù)極的電勢(shì)低；當(dāng)兩個(gè)電極與電路連通后，直流電源能維持兩個(gè)電極之間的恒定電勢(shì)差，從而在外電路中形成山正極到負(fù)極的恒16定電流。24V 電源模塊開關(guān)電源為系統(tǒng)中的 A/D 模塊和電磁閥提供 24VDC 電壓。圖 3.4 電源進(jìn)線主電路圖 圖 3.5 PLC 電源模塊主電路圖(3)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)電路如圖 3.6 所示，在控制系統(tǒng)中有很多電機(jī)需要控制，如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等，以控制各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)?？刂七\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)各電機(jī)的交流接觸器是 KM1-6, KM 閉合時(shí)相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)裝置運(yùn)動(dòng)到指定位置。在電機(jī)控制電路中，為了防止過載等情況加入熱繼電器 FR 進(jìn)行過載保護(hù)。通過 PE 保護(hù)線，進(jìn)行接地保護(hù)。接地技術(shù)可以減小線纜等因素對(duì)設(shè)備造成的電磁干擾，提高控制精度。保護(hù)系統(tǒng)的安全性，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。17圖 3.6 電機(jī)電路3.3.2 系統(tǒng)控制總電路圖全自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)主電路圖如圖 3.8 所示。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)中需要多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。另外，電源模塊是給電磁閥和 A/D 模塊提供工作電壓的。由于要控制電機(jī)，所以系統(tǒng)中還要運(yùn)用交流接觸器來控制其通斷情況。為了防止過載等情況的發(fā)生還要加人熱繼電器等。18圖 3.8 控制系統(tǒng)主電路圖3.4 PLC 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)中央處理單元及 I/O 擴(kuò)展單元、檢測(cè)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(dòng)機(jī)) 等幾部分。檢測(cè)標(biāo)簽剝離位置、電池位置，以及各部分的動(dòng)作完成情況；PLC 自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系更新輸出點(diǎn)的狀態(tài)，通過通斷交流接觸器和換向電磁閥來控制電動(dòng)機(jī)的啟停和氣缸的動(dòng)作，從而完成從剝離標(biāo)簽、搬移電池和貼標(biāo)簽全過程的自動(dòng)控制。3.4.1 PLC 分塊介紹(1)輸入部分介紹如圖 3.9 所示，PLC 控制的輸入部分，有限位開關(guān) SQ1(X10)，啟動(dòng)按鈕SB1(XI),停止按鈕 SB2(X2)，工作方式選擇開關(guān) SA(X0)，閉合時(shí)為手動(dòng)工作狀態(tài)，斷開時(shí)為自動(dòng)工作狀態(tài)。光電開關(guān)檢測(cè) X3, X5 是手機(jī)電池的到位檢測(cè)、X7 是貼標(biāo)精度檢測(cè)、電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)信號(hào) X11 等，通過以上信號(hào)的檢測(cè)來控制電機(jī)19等的動(dòng)作情況。圖 3.9 輸入部分電路圖(2)輸出部分介紹如圖 3. l0 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(jī)等的運(yùn)行情況。由于一個(gè) PLC 只能直接控制兩臺(tái)電機(jī)，而本設(shè)計(jì)需要控制六個(gè)電機(jī)，所以本設(shè)計(jì)采用擴(kuò)展模塊的方法來實(shí)現(xiàn)這些功能，控制模塊選擇三菱的一軸脈沖輸出模塊 FX2N-1PG。輸出部分有推料氣缸電磁閥、前糾正氣缸電磁閥、壓縮機(jī)和聲光報(bào)警等部分。其中有六個(gè)控制部分要用到氣動(dòng)控制，且它們都共用一個(gè)氣源，即空氣壓縮機(jī)提供的空氣。20圖 3.10 PLC 輸出部分電路圖3.4.2 PLC 總接線圖PLC 總的接線圖如圖 3.14 所示。包裝機(jī)控制系統(tǒng)采用的是 PLC 控制，所以所有的執(zhí)行元件都是用過可編程控制器來控制的。PLC 包括輸入部分和輸出部分?？删幊炭刂破魍ㄟ^采集輸入部分即傳感器、開關(guān)等的信號(hào)來控制輸出部分即電機(jī)、電磁閥和聲光報(bào)警等。圖 3.14 PLC 總接線圖3.3 本章小節(jié)本章主要對(duì)手機(jī)電池自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)的選型和硬件設(shè)計(jì)，并根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)合理的位置伺服系統(tǒng)。為了提高控制系統(tǒng)的抗干擾性，對(duì)電氣控制柜元件進(jìn)行布局。2122第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)手機(jī)電池自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行是控制系統(tǒng)的重要手段，控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)不僅要使系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)作連續(xù)可靠的運(yùn)行，而且還要實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)系統(tǒng)中的動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的程序時(shí)，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能有：通過 PLC 控制程序，使得系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)作連續(xù)可靠的運(yùn)行，如步進(jìn)電機(jī)和氣缸對(duì)電池的搬送的準(zhǔn)確性模糊控制程序的實(shí)現(xiàn)、氣動(dòng)電磁閥通斷電的時(shí)序正確、以及系統(tǒng)故障狀態(tài)的顯示。因此根據(jù)以上分析可以控制系統(tǒng)的軟件只需對(duì)下位機(jī)的軟件進(jìn)行開發(fā)。下位機(jī)的軟件包括上位機(jī)的控制程序的實(shí)現(xiàn)和下位機(jī)的通信的程序的實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部分。4.1 下位機(jī) PLC 程序的實(shí)現(xiàn)4.1.1 PLC 程序執(zhí)行的基本原理PLC 的控制任務(wù)是在硬件的支持的基礎(chǔ)上，通過執(zhí)行反應(yīng)控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，這跟計(jì)算機(jī)的工作原理是一樣的，但是 PLC 完成的主要是順序開關(guān)量的控制，控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制有關(guān)邏輯關(guān)系的實(shí)現(xiàn)，PLC 實(shí)際的工作機(jī)制是巡回掃描的工作方式。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。這種工作方式的顯著特點(diǎn)是：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，這種工作方式會(huì)給系統(tǒng)相應(yīng)帶來一定的延時(shí)，但是 PLC 的掃描速度很快，一般能夠滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。PLC 上電以后，CPU 在系統(tǒng)程序的監(jiān)督下先進(jìn)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。在執(zhí)行用戶程序之前還應(yīng)完成通信服務(wù)與自診檢查。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(shí)鐘和特殊寄存器內(nèi)容等工作。PLC 的 CPU 工作原理圖如圖 5.1 所示：23圖 4.1 PLC 的 CPU 工作流程圖總體說來 PLC 的一個(gè)掃描周期由三個(gè)部分組成：（1）保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行的公共操作：這一部分掃描時(shí)間是固定的，隨著 PLC 的 CPU 類型不同而不同。（2）系統(tǒng)與外圍設(shè)備進(jìn)行信息交換，這一部分不是每個(gè)系統(tǒng)或者系統(tǒng)每次24掃描都有的，而是隨著系統(tǒng)變化而變化的。（3）用戶執(zhí)行程序，這一部分是根據(jù)用戶程序執(zhí)行的要求而執(zhí)行的，其具體占用的掃描時(shí)間要根據(jù)用戶編程的執(zhí)行程序的長(zhǎng)短來決定的。4.1.2 下位機(jī)程序的實(shí)現(xiàn)PLC 在編程時(shí)通常使用模塊化編程來是實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)整體功能，這種方法具有如下的優(yōu)點(diǎn)：（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(shí)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(shí)間；對(duì)于三菱系列 PLC 其程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，最基本的方法就是使用子程序，在控制系統(tǒng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)候去調(diào)用程序模塊的子程序，本控制系統(tǒng)的下位機(jī)程序主要由圖 4.3 模塊的組成。圖 4.3 下位機(jī)控制系統(tǒng)程序模塊設(shè)計(jì)4.1.3 PLC 輸入量的處理在 PLC 輸入量信號(hào)中，開關(guān)量信號(hào)由于機(jī)械的原因易受到機(jī)械抖動(dòng)而導(dǎo)致25誤操作，因此在開關(guān)量輸入之前要進(jìn)行處理，常規(guī)的 PLC 開關(guān)量信號(hào)加以軟件延時(shí)，也就是當(dāng)某一控制信號(hào)高電平（或者低電平）出現(xiàn)時(shí)，通過軟件延時(shí)以后再去檢查它是否仍然是真是信號(hào)，如果在檢查該信號(hào)已經(jīng)消失，則證明該信號(hào)為假信號(hào)，應(yīng)將其舍去，如果延時(shí)以后檢查該信號(hào)為真實(shí)信號(hào)。以 PLC 控制系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)作控制為例，在因?yàn)槟承╅_關(guān)量輸入信號(hào)的機(jī)械抖動(dòng)而導(dǎo)致設(shè)備工作狀態(tài)時(shí)序不正確，可能會(huì)使得機(jī)械貼標(biāo)動(dòng)作錯(cuò)誤，系統(tǒng)不能正常工作，因此在 PLC 輸入信號(hào)必須加以處理。通常的做法是 PLC 接收到錯(cuò)誤信號(hào)以后進(jìn)行延時(shí)濾波處理。三菱 FX 系列自帶的 HSP 指令可以將輸入開關(guān)量進(jìn)行輸入處理，在使用 HSP指令進(jìn)行輸入時(shí)，配合中斷指令進(jìn)行輸入信號(hào)處理，因此本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)合三菱的特殊功能繼電器 2813 來設(shè)置開關(guān)量的輸入時(shí)間，將系統(tǒng)的輸入開關(guān)量延時(shí) 10 微妙，10 微妙的開關(guān)延時(shí)這樣可以消除系統(tǒng)的開關(guān)量輸入抖動(dòng)。4.1.4 模糊控制 PLC 程序設(shè)計(jì)在電池步進(jìn)電機(jī)的