1、基于PLC的贴标机控制系统设计ContentsContents贴标机系统综述1硬件电路设计2控制程序设计3总结与系统改进4v 目前，可编程控制器(PLC)、触摸屏和伺服电机越来越普遍的应用于各种包装机械。其中，PLC的使用可以提高控制系统的稳定性，增强系统的抗干扰性；伺服电机的使用则可以精确定位机械运动位置；触摸屏的使用可清晰地提供人机操作界面。贴标机系统综述贴标机系统综述贴标机分类v 贴标机(Labeller)，是以粘合剂把纸或金属箔标签粘贴在规定的包装容器上的设备。品的型式分为直线式贴标机和回转式贴标机。v 主要分类有：贴标机系统综述贴标机系统综述全自动立式圆瓶贴标机全自动卧式圆瓶贴标机全
2、自动转角贴标机平面贴标机上下不干胶贴标机双侧气动贴标机单侧气动贴标机贴标机工作示意图贴标机工作示意图贴标机系统综述贴标机系统综述硬件电路设计v硬件概述v控制要求分析v系统控制电路设计v伺服驱动器参数设置v系统调试硬件概述硬件概述系统整体方案框图硬件概述硬件概述1.伺服驱动器u 三菱通用交流伺服MELSERVO-J2-Super系列是在MELSERVO-J2的基础上开发的具有更高性能的更多功能的伺服系统。u 控制模式有位置控制、速度控制、转矩控制3种控制模式。还有位置/速度控制、速度/转矩控制、转矩/位置控制这些切换的工作模式可供选择。其应用广泛，不但可以用于工作般工业机械等需要高精度位置控制和
3、平稳机械和一速度控制的领域，而且也用于速度控制和张力控制的领域。硬件概述硬件概述2.传感器 光电传感技术用于检测非电量，具有结构简单，非接触，高可靠性，高精度和反应快的特点。 光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管组成。 在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。硬件概述硬件概述MR-J2S-60AMR-J2S-60AMR-J2S-6
4、0AMR-J2S-60AFX2N-16MT-001FX2N-16MT-0013.选型控制标签带驱动轮控制标签带驱动轮控制传动带驱动轮控制传动带驱动轮HC-SFS53HC-SFS53HC-SFS53HC-SFS53硬件概述硬件概述登记传感器选择对射式光电开关 对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。零位传感器选择镜反射式光电开关 镜反射式光电开关亦是集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反光镜，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就
5、产生了检测开关信号。系统控制电路设计系统控制电路设计系统主电路系统控制电路1.电路组成系统控制电路设计系统控制电路设计2.电路接线的关键技术 通过Y7输入高低电平来选择控制模式。速度模式时Y7为1，位置模式时Y7为0.2.12.1模式切换模式切换2.2 PLSR2.2 PLSR指令指令 贴标过程的1秒，采用PLSR可调速脉冲指令，此指令脉冲只能从Y0或Y1输出，且输出类型只能是晶体管型，这就要求我们选PLC只能选择T型输出的PLC.2.电路接线的关键技术2.3 2.3 光电传感器光电传感器系统控制电路设计系统控制电路设计本系统采用二线式光电开关，接线如总原理图所示。一条线接到指令输入端子，另一
6、条接到COM端。可编辑伺服驱动器参数设置伺服驱动器参数设置参数设置参数名称初始值设定值说明NO.0控制模式00000001设置为位置/速度模式NO.2自动调整01050105设置为自动调整NO.3电子齿轮分子116462设置为16462NO.4电子齿轮分母14239设置为4239NO.9内部速度指令25001000设置为1000r/minNO.19参数范围选择0000000E选择对所有参数都能控制NO.21指令脉冲选择00000011负逻辑（脉冲串+符号）NO.54功能选择900000000/0001用于选择指令脉冲的方向标签带驱动轮伺服驱动器标签带驱动轮伺服驱动器伺服驱动器参数设置伺服驱动器
7、参数设置传动带驱动轮伺服驱动器传动带驱动轮伺服驱动器参数设置参数名称初始值设定值说明NO.0控制模式00000002设置为速度模式NO.2自动调整01050105设置为自动调整NO.8内部速度指令110030设置为30r/min（10in/s）NO.19参数范围选择0000000E选择对所有参数都能控制系统调试系统调试合上合上NFBNFB后，后，PLCPLC得电，伺服驱动器控制电源得电，伺服驱动器控制电源L11L11、L12L12得电，得电，RARA继电器得电。继电器得电。接触器接触器MCMC吸合，伺服驱动器主电路接通。吸合，伺服驱动器主电路接通。按下按下PLCPLC的启动信号按钮，的启动信号
8、按钮，PLCPLC的程序运行，而且有相的程序运行，而且有相应的应的Y Y输出，伺服电机按程序运行。输出，伺服电机按程序运行。按下按下PLCPLC的停止信号按钮，的停止信号按钮，PLCPLC的的Y Y端无输出，而且伺端无输出，而且伺服电机停止转动，再次按启动按钮时，系统重新启动。服电机停止转动，再次按启动按钮时，系统重新启动。首先进行主电路和控制电路接线的检查。首先进行主电路和控制电路接线的检查。v贴标机原理图v程序控制流程v电子齿轮比的计算vPLSR指令参数的确定v程序仿真与系统调试控制程序设计贴标机机械原理图贴标机机械原理图贴标机原理图贴标机原理图贴标机原理图贴标机原理图贴标机简化原理图贴标
9、机简化原理图本课题中我们采用三菱FX-2N系列PLC作为上位机，MR-J2S伺服驱动器为下位机，为使贴标控制系统便于操作我们加入人机界面，系统的人机界面采用GT11系列触摸屏控制。按下贴标系统启动按钮X3后，1号伺服电机驱动标签带驱动轮以速度模式恒速运动寻找登记信号X1，感应到登记信号后停止运动等待货物信号，当感应到货物信号X2进入位置控制模式进行贴标，周而复始。程序控制程序控制流程流程33913指令脉冲数 n 由于要用到PLSR指令，所以我们需要计算出伺服驱动器的电子齿轮比，脉动当量设置为0.01mm/plus,标签带驱动轮直径 d1=107.95mm, 周长s=339.1mm。131072
10、164623.88346339134239电机编码器分辨率电子齿轮指令脉冲数CMXCDVPLSRPLSR指令参数的确定指令参数的确定其中CMX,CDV数值手动输入伺服驱动器参数NO.3和NO.4中。本课题就是通过PLSR指令控制最重要的贴标过程，所以我们单独列出说明本指令。PLSR指令格式如下：PLSR S1 S2 S3 D其中S1为最高频率，S2为脉冲总数，S3加减速时间，D为脉冲输出口.电子齿轮比计算电子齿轮比计算t1,t2,t3依次为标签带加速、匀速、减速时间。N1、N2、N3依次为对应的脉冲数量。N为贴标过程总脉冲数量。123220010/10100010/220010/inchtms
11、inchsinchtmsinchsinchtmsinchs21322325.4 10 /3.8834665425.4 10 /3.88346654025.4 10 /3.8834665465465406547849NNNNPLSRPLSR指令参数的确定指令参数的确定频率频率f f（HzHz）20020012001200 14001400时间时间t t（msms）65416541加速段加速段匀速段匀速段减速段减速段 经计算最高频率s1=6541Hz,脉冲数s2=7849Hz ，加减速时间s3=200ms,脉冲输出口定为Y0. 另外，本贴标系统具有设定标签带长度的功能，所以为了验证后文仿真部分的正
12、确性，我们像上文一样计算出标签带长度为8inch时PLSR指令的各个参数。这里由于标签间隔不变，所以t1=t3依然是200ms。由于标签长度为8inch，所以贴标时间t2=0.8s，总脉冲数n经计算为6540。PLSRPLSR指令参数的确定指令参数的确定 人机界面我们同样采用三菱HMI专用设计软件GT-designer2，并通过GT-simulator2进行仿真调试。最后将设计的人机界面与PLC建立通讯形成完整的”自动贴标系统”。程序仿真与系统调试程序仿真与系统调试1.1.步进梯形图的仿真步进梯形图的仿真 我们使用三菱PLC专用编程软件GX-developer进行梯形图的编制，通过GX-sim
13、ulator进行仿真，主要检验逻辑动作和预设功能。其中预设功能包括：计数、计时、定数、定时、标签长度设定。2.2.人机界面仿真人机界面仿真总结与系统改进总结与系统改进1. 系统的优势该系统可以实现自动判定贴标过程中的标签由于带轮打滑而造成的贴标不准问题；人机界面可以方便的设置贴标数和贴标时间。可以贴不同长度的标签，实现了标签长度的柔性化。2. 系统劣势由于标签带是变速运动，张紧轮上的力是不断大幅度变化，因此皮带的寿命会变短。v改进方案加上一个张力传感器，控制系统的张力在某个确定的范围内，以保证驱动轮主轴和皮带的寿命。可以在此系统的基础上改造出能同时贴多个标签的系统，这样不仅节约成本，也加快了贴标效率。由于系统运行过程中，PLC发的脉冲偶尔会丢失，为了防止该情况发生，在程序编制中可采用软件容错技术。总结与系统改进总结与系统改进可编辑
