手機電池標簽包裝機控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 輯控制器，現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裝置，是計算機與工業技術結合的產品。自 PLC 問世以來，經過 20 多年的發展，以及稱為工業控制類產品。它不僅具有邏輯運算、定時、計數等功能，還具有數字運算、模擬調節、監控、記錄、計算機接口、數據傳輸功能，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設備，可以通過下級 PLC 直接去控制執行機構。它之所以高速發展，除了工業自動化的客觀需求以外，還有許多有點。它能夠較好的解決工業控制普遍關心的可靠、安全、經濟、靈活、經濟等問題。可編程控制器采用計算機結構，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 個部分。如圖 3－4 所示，PLC 內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。外部的各種開關信號、模擬信號，傳感器檢測的各種信號均為PLC 輸入量，它們經過 PLC 的外部輸入到內部寄存器，PLC 做各種邏輯運算或其他運算處理送到 PLC 的輸出端，從而對現場設備提供各種控制。 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 也有各自的優勢和特點，應用場合也不大相同。因此在設計之初，選擇一款符合手機電池貼標機控制系統工藝和要求的可編程控制器顯得十分重要。經過市場調研，本控制系統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。由于它具有極強的通信功能，即使在大型的網絡控制系統中也能充分發揮作用。FX2N32MRE/UL系列PLC系統是緊湊型可編程序控制器。系統的硬件構架是由成系統的CPU模塊和豐富的擴展模塊組成。它能夠滿足各種設備的自動化控制需求。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的上業及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設備等等。如:沖壓機床、印刷機械、中央空調、電梯控制、運動控制系統等等。FX系列除了具有以上一般 PLC 具有的基本控制功能以外，還在以下三個方面有獨到之處：（1）三菱的FX系列 PLC 是一款可視化編程的 PLC，它具有強大的指令集、功能強大、速度快，掃描 30000 步時僅需要1毫秒。（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通道的高速計數器，特別適合伺服系統的控制，如步進電機或者伺服電機以及光電編碼器構成閉環控制系統。相對常規的可編程控制器而言，省去了定位控制單元，給安裝調試帶來方便。（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用串口，可以在編程軟件中可以很方便的看到相關數據寄存器里面上位機發來的數據。 伺服系統步進電機和絲杠選型在電池位置伺服系統中，步進電機和滾珠絲杠的選型關系到電池每次搬送的位置精度，伺服系統的精度和抗擾動性格是衡量系統的重要性能指標。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轉距，一般的靜態轉距越大，系統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，系統的穩態誤差會越小，但是步進電機的價格會更昂貴。本設計系統選用的步進電機為日本東方電機公司生產的 PK264A2 型步進電機，該電機的轉子與軸直接是通過減速傳動，減速比 1：18，因此它的步進角度僅為 ，為同行電機步距角度最小的一款。絲杠選擇選擇必須考慮到系統的最小日本 THK公司生產的 THKKR30 滾珠絲杠，其導程t為1毫米，根據初步估算滿足系統載荷要求。在現代控制系統中，為了配合步進電機的控制，許多 PLC 都配有脈沖輸出功能，并設置了相關指令，可以很好的對步進電機進行控制。這種控制方式可以大大減小系統的設計工作量，而且 PLC 具有實時刷新功能，輸出頻率可以到達數千赫茲或者更高，使步進電機響應速度更快。PLC 直接控制步進電機時，必須考慮脈沖當量，根據貼標工藝和要求，系統為直線每次進給量為δ=8 .13mm，根據步進電機的步距角度α ，滾珠絲杠導程t＝1mm，那么步進電機每次搬送相鄰兩個電池需要的脈沖數m ，根據公式：代入數字得 m =2926。 下位機控制系統的硬件配置 下位機控制硬件配置要求下位機控制系統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、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，下位機控制系統的硬件設計必須滿足以下幾個方面的要求：（1）實現電池貼標系統的高精度位置伺服系統，電池位置伺服系統每次搬送的距離為10mm；（2）氣動機械手搬送電池必須每次準確的夾緊電池，然后搬送到貼標位置，貼標完畢以后準確的放回；（3）下位機控制系統必須有對機器良好的可操作性，必須輸入開關來控制設備。根據設計要求，，各種位置傳感器將設備的狀態，如氣缸的位置、電池的位置等傳給PLC進行處理，由CPU做各種運算處理來，對執行機構進行實時調節。 手機電池貼標機系統硬件配置設備的主要硬件配置：（1）以FX2N32MRE/UL系列PLC為核心的控制器，用來對設備的各種狀態進行實時處理，通過傳感器的輸入信號得到設備的工作狀態，經過實時處理，實現各種氣動閥、步進電機動作貼標機動作。（2）在緊急情況下為了實現對設備的可操作性，需要設置輸出開關信號給可編程控制器和合理布局控制面板，根據設計要求，本設計的控制系統輸出開關信號鍵有開機鍵、復位鍵、手動/自動鍵的切換、控制電池上升鍵和下降鍵、氣動機械手搬送鍵和緊急停止鍵，控制面部的布局應該簡潔，當設備發生故障時，操作人員能夠第一時間通過操作面板的操作來阻止重大事故的發生。（3）為了檢測設備的工作狀態，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，本設計對于氣動閥的位置檢測選用磁性開關量傳感器，對于電池和電池抽屜選用光電接近開關傳感器。（4）伺服系統的控制是本設計最重要的環節，它的控制效果好壞關系到設備能否貼標成功。為了滿足電池貼標工藝和要求，本設計的步進電機位置伺服系統采用閉環控制方式，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內部設定一定的控制器進行處理來調整輸出脈沖，使步進電機的位置準確的到達給定位置。FX2N32MRE/UL系列 PLC 。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。本設計的位置采用502和503輸出脈沖分別控制步進電機的正轉和反轉，光電編碼器將步進電機的位置脈沖數給 PLC 的高速計數器CTC0計數來檢測步進電機的位置。 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、電池盒檢測光纖傳感器、步進電機光電編碼器的輸入計數器，設備工作狀態的輸出顯示運行正常、運行報警和運行故障。其PLC地址分配如表 31 所示： PLC輸入信號地址分配輸出信號輸入信號分配地址自動手動信號X0啟動信號X1停止信號X2光電開關檢測X3手機電池到位檢測X5貼標精度檢測X7限位開關X10電動機過載保護X11PLC的輸出信號主要控制氣缸電磁閥的動作，如控制氣缸搬送、真空吸附、貼標、下氣缸托住電池、氣動機械手夾住電池等動作，其PLC輸出地址分配如表 ： PLC輸出信號地址分配輸出信號輸出信號分配地址步進電機一Y0步進電機二Y2推料電磁閥Y3步進電機三Y4伺服電機一Y10伺服電機二Y12前糾正氣缸電磁閥Y13伺服電機三Y14聲光報警Y16 電氣控制柜的整體布局設計貼標機設備處在工業應用場合，工作環境惡劣，各種干擾對設備的正常運行有著嚴重影響。在設計電氣控制柜時必須充分考慮到設備的抗干擾措施。本設計的控制系統輸入給 PLC 主要有位置傳感器信號、光電接近開關信號、按鈕等；輸出信號主要有繼電器線圈、電磁閥線圈、步進電機驅動器等，處理這些信號時應時應充分考慮到系統的抗干擾性，因此在電氣控制柜布局時應注意以下幾點：（1）輸入信號弱信號電纜應該與強盡量分開敷設，特別是控制步進電機脈沖輸出信號應該與大信號分開，避免步進電機的控制脈沖收到干擾。（2）對于 PLC 的輸如輸出信號盡量選擇帶有屏蔽層的線，并且一點接地。（3）對于 PLC 的供電電源必須有專門的接地。（4）電氣控制柜應該遠離電磁干擾比較嚴重的地方，比如大功率用電器的、供電變壓器等器件，PLC 應該避免在潮濕、腐蝕、有機械振動的地方。 由于設計側重點的不同，上位機的相關器件的選型在本文就不具體涉及了。 貼標機系統中，設備多，工作電壓也不盡相同。三相異步電動機工作電壓是380V(AC), PLC 的工作電壓為220V (AC)，傳感器的工作電壓為24V DC。 (1)電源進線 ，電源由滑線引入電器利l中，經過刀開關Qs后，再經由熔斷器后供給系統的控制回路及主電機電路部分。三相電源的線電壓為380V，相電壓為220v，因此系統采用三相中的A相相電壓提供220V的交流電要壓。 (2)電源模塊 ，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、直流發電機等。在24V電壓范圍內又叫24A直流電源，直流電源有正負兩個電極，正極的電勢高，負極的電勢低；當兩個電極與電路連通后，直流電源能維持兩個電極之間的恒定電勢差，從而在外電路中形成山正極到負極的恒定電流。24V電源模塊開關電源為系統中的A/D模塊和電磁閥提供