基于PLC的貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)課件

1、Contents貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)綜述1硬件電路設(shè)計(jì)2控制程序設(shè)計(jì)3總結(jié)與系統(tǒng)改進(jìn)4第1頁(yè)/共28頁(yè) 目前，可編程控制器(PLC)、觸摸屏和伺服電機(jī)越來(lái)越普遍的應(yīng)用于各種包裝機(jī)械。其中，PLC的使用可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性；伺服電機(jī)的使用則可以精確定位機(jī)械運(yùn)動(dòng)位置；觸摸屏的使用可清晰地提供人機(jī)操作界面。貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)綜述第2頁(yè)/共28頁(yè)貼標(biāo)機(jī)分類貼標(biāo)機(jī)(Labeller)，是以粘合劑把紙或金屬箔標(biāo)簽粘貼在規(guī)定的包裝容器上的設(shè)備。品的型式分為直線式貼標(biāo)機(jī)和回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)。主要分類有：貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)綜述第3頁(yè)/共28頁(yè)貼標(biāo)機(jī)工作示意圖貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)綜述第4頁(yè)/共28頁(yè)硬件電路設(shè)計(jì)硬件概述控制要求分析

2、系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)調(diào)試第5頁(yè)/共28頁(yè)硬件概述系統(tǒng)整體方案框圖第6頁(yè)/共28頁(yè)硬件概述1.伺服驅(qū)動(dòng)器 三菱通用交流伺服MELSERVO-J2-Super系列是在MELSERVO-J2的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的具有更高性能的更多功能的伺服系統(tǒng)。 控制模式有位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制3種控制模式。還有位置/速度控制、速度/轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)矩/位置控制這些切換的工作模式可供選擇。其應(yīng)用廣泛，不但可以用于工作般工業(yè)機(jī)械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)機(jī)械和一速度控制的領(lǐng)域，而且也用于速度控制和張力控制的領(lǐng)域。第7頁(yè)/共28頁(yè)硬件概述2.傳感器 光電傳感技術(shù)用于檢測(cè)非電量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非接觸，高可靠性

3、，高精度和反應(yīng)快的特點(diǎn)。 光電開(kāi)關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成。發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于發(fā)光二極管（LED）。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強(qiáng)度在發(fā)射中經(jīng)過(guò)多次選擇，朝著目標(biāo)不間接地運(yùn)行。接收器有光電二極管或光電三極管組成。 在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。第8頁(yè)/共28頁(yè)硬件概述MR-J2S-60AMR-J2S-60AFX2N-16MT-0013.選型控制標(biāo)簽帶驅(qū)動(dòng)輪控制傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)輪HC-SFS53HC-SFS53第9頁(yè)/共28頁(yè)硬件概述登記傳感器選擇對(duì)射式光電開(kāi)關(guān) 對(duì)射式

4、光電開(kāi)關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。零位傳感器選擇鏡反射式光電開(kāi)關(guān) 鏡反射式光電開(kāi)關(guān)亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反光鏡，反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。第10頁(yè)/共28頁(yè)系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路系統(tǒng)控制電路1.電路組成第11頁(yè)/共28頁(yè)系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)2.電路接線的關(guān)鍵技術(shù) 通過(guò)Y7輸入高低電平來(lái)選擇控制模式。速度模式時(shí)Y7為1，位置模式時(shí)Y7為0.2.1模式切換2.2 PLSR指令 貼標(biāo)過(guò)

5、程的1秒，采用PLSR可調(diào)速脈沖指令，此指令脈沖只能從Y0或Y1輸出，且輸出類型只能是晶體管型，這就要求我們選PLC只能選擇T型輸出的PLC.第12頁(yè)/共28頁(yè)2.電路接線的關(guān)鍵技術(shù)2.3 光電傳感器系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用二線式光電開(kāi)關(guān)，接線如總原理圖所示。一條線接到指令輸入端子，另一條接到COM端。第13頁(yè)/共28頁(yè)伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱初始值設(shè)定值說(shuō)明NO.0控制模式00000001設(shè)置為位置/速度模式NO.2自動(dòng)調(diào)整01050105設(shè)置為自動(dòng)調(diào)整NO.3電子齒輪分子116462設(shè)置為16462NO.4電子齒輪分母14239設(shè)置為4239NO.9內(nèi)部速度指令25001000

6、設(shè)置為1000r/minNO.19參數(shù)范圍選擇0000000E選擇對(duì)所有參數(shù)都能控制NO.21指令脈沖選擇00000011負(fù)邏輯（脈沖串+符號(hào)）NO.54功能選擇900000000/0001用于選擇指令脈沖的方向標(biāo)簽帶驅(qū)動(dòng)輪伺服驅(qū)動(dòng)器第14頁(yè)/共28頁(yè)伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)輪伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱初始值設(shè)定值說(shuō)明NO.0控制模式00000002設(shè)置為速度模式NO.2自動(dòng)調(diào)整01050105設(shè)置為自動(dòng)調(diào)整NO.8內(nèi)部速度指令110030設(shè)置為30r/min（10in/s）NO.19參數(shù)范圍選擇0000000E選擇對(duì)所有參數(shù)都能控制第15頁(yè)/共28頁(yè)系統(tǒng)調(diào)試合上NFB后，PLC得電，伺服

7、驅(qū)動(dòng)器控制電源L11、L12得電，RA繼電器得電。接觸器MC吸合，伺服驅(qū)動(dòng)器主電路接通。按下PLC的啟動(dòng)信號(hào)按鈕，PLC的程序運(yùn)行，而且有相應(yīng)的Y輸出，伺服電機(jī)按程序運(yùn)行。按下PLC的停止信號(hào)按鈕，PLC的Y端無(wú)輸出，而且伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，再次按啟動(dòng)按鈕時(shí)，系統(tǒng)重新啟動(dòng)。首先進(jìn)行主電路和控制電路接線的檢查。第16頁(yè)/共28頁(yè)貼標(biāo)機(jī)原理圖程序控制流程電子齒輪比的計(jì)算PLSR指令參數(shù)的確定程序仿真與系統(tǒng)調(diào)試控制程序設(shè)計(jì)第17頁(yè)/共28頁(yè)貼標(biāo)機(jī)機(jī)械原理圖貼標(biāo)機(jī)原理圖第18頁(yè)/共28頁(yè)貼標(biāo)機(jī)原理圖貼標(biāo)機(jī)簡(jiǎn)化原理圖第19頁(yè)/共28頁(yè)本課題中我們采用三菱FX-2N系列PLC作為上位機(jī)，MR-J2S伺服驅(qū)動(dòng)

8、器為下位機(jī)，為使貼標(biāo)控制系統(tǒng)便于操作我們加入人機(jī)界面，系統(tǒng)的人機(jī)界面采用GT11系列觸摸屏控制。按下貼標(biāo)系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕X3后，1號(hào)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽帶驅(qū)動(dòng)輪以速度模式恒速運(yùn)動(dòng)尋找登記信號(hào)X1，感應(yīng)到登記信號(hào)后停止運(yùn)動(dòng)等待貨物信號(hào)，當(dāng)感應(yīng)到貨物信號(hào)X2進(jìn)入位置控制模式進(jìn)行貼標(biāo)，周而復(fù)始。程序控制流程第20頁(yè)/共28頁(yè) 由于要用到PLSR指令，所以我們需要計(jì)算出伺服驅(qū)動(dòng)器的電子齒輪比，脈動(dòng)當(dāng)量設(shè)置為0.01mm/plus,標(biāo)簽帶驅(qū)動(dòng)輪直徑 d1=107.95mm, 周長(zhǎng)s=339.1mm。PLSR指令參數(shù)的確定其中CMX,CDV數(shù)值手動(dòng)輸入伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)NO.3和NO.4中。本課題就是通過(guò)PLSR指令

9、控制最重要的貼標(biāo)過(guò)程，所以我們單獨(dú)列出說(shuō)明本指令。PLSR指令格式如下：PLSR S1 S2 S3 D其中S1為最高頻率，S2為脈沖總數(shù)，S3加減速時(shí)間，D為脈沖輸出口.電子齒輪比計(jì)算第21頁(yè)/共28頁(yè)t1,t2,t3依次為標(biāo)簽帶加速、勻速、減速時(shí)間。N1、N2、N3依次為對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)量。N為貼標(biāo)過(guò)程總脈沖數(shù)量。PLSR指令參數(shù)的確定頻率f（Hz）20012001400時(shí)間t（ms）6541加速段勻速段減速段第22頁(yè)/共28頁(yè) 經(jīng)計(jì)算最高頻率s1=6541Hz,脈沖數(shù)s2=7849Hz ，加減速時(shí)間s3=200ms,脈沖輸出口定為Y0. 另外，本貼標(biāo)系統(tǒng)具有設(shè)定標(biāo)簽帶長(zhǎng)度的功能，所以為了驗(yàn)證后

10、文仿真部分的正確性，我們像上文一樣計(jì)算出標(biāo)簽帶長(zhǎng)度為8inch時(shí)PLSR指令的各個(gè)參數(shù)。這里由于標(biāo)簽間隔不變，所以t1=t3依然是200ms。由于標(biāo)簽長(zhǎng)度為8inch，所以貼標(biāo)時(shí)間t2=0.8s，總脈沖數(shù)n經(jīng)計(jì)算為6540。PLSR指令參數(shù)的確定第23頁(yè)/共28頁(yè) 人機(jī)界面我們同樣采用三菱HMI專用設(shè)計(jì)軟件GT-designer2，并通過(guò)GT-simulator2進(jìn)行仿真調(diào)試。最后將設(shè)計(jì)的人機(jī)界面與PLC建立通訊形成完整的”自動(dòng)貼標(biāo)系統(tǒng)”。程序仿真與系統(tǒng)調(diào)試1.步進(jìn)梯形圖的仿真 我們使用三菱PLC專用編程軟件GX-developer進(jìn)行梯形圖的編制，通過(guò)GX-simulator進(jìn)行仿真，主要檢驗(yàn)邏輯動(dòng)作和預(yù)設(shè)功能。其中預(yù)設(shè)功能包括：計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、定數(shù)、定時(shí)、標(biāo)簽長(zhǎng)度設(shè)定。2.人機(jī)界面仿真第24頁(yè)/共28頁(yè)總結(jié)與系統(tǒng)改進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判定貼標(biāo)過(guò)程中的標(biāo)簽由于帶輪打滑而造成的貼標(biāo)不準(zhǔn)問(wèn)題；人機(jī)界面可以方便的設(shè)置貼標(biāo)數(shù)和貼標(biāo)時(shí)間。可以貼不同長(zhǎng)度的標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)簽長(zhǎng)度的柔性化。系統(tǒng)劣勢(shì)由于標(biāo)簽帶是變速運(yùn)動(dòng)，張緊輪上的力是不斷大幅度變化，因此皮帶的壽命會(huì)變短。第25頁(yè)/共28頁(yè)改進(jìn)方案加上一個(gè)張力傳感器，控制系統(tǒng)的張力