一种基于PLC 全自动点胶机控制系统设计

刘振昌 天津电子信息职业技术学院 300350

【文章摘要】

本文主要介绍一种应用在太阳能电池板行业的自动点胶机的设备，本设备根据工艺要求能自动完成点胶需求，保证胶量分布均匀，同时解决了三轴协同控制、分时复用、实时坐标显示的技术难点，并且每次生产能对多个产品进行加工，可大大提高生产效率，确保设备使用的稼动率。

【关键词】

点胶机；控制；触摸屏；伺服电缸； PLC

点胶机是属于非标自动化产品，是需要考虑被加工产品的形状以及更换产品时通用性的特点，所以要具备设备具有即专一又通用的特点，那就需要所编写的一定的程序，并且该程序架构能够满足不同产品换型时简便操作，设备由控制系统来控制设备的伺服机械手臂和供胶系统使其相互配合，完成点胶工作。

现在很多的进口点胶机设备，采用机械手臂和计量泵控制出胶, 出胶具有稳定快速, 对外界因素有较好的抗干扰能力。整体工作原理是：通过伺服机械手臂来实现所需点胶位置点定位，当到位后触发点胶机控制器一个开始工作信号，点胶机控制器接收信号并控制电磁阀打开，开始涂胶。机械手臂是已经把伺服电机，驱动器，控制单元等等已经集成在一起，成为一种专用的工业自动化产品。但这种直接采用机械手臂的方案缺点是成本高，维护性差，每次换型都要重新矫正机械手臂的运行轨迹，对设备厂商依赖性很强，不便于自身系统产品升级。同时国内针对该设备设计，通常采用基于工控机的运动板卡、数字量卡、模拟量卡、工控机、伺服电机等，这样方案具有成本高、设备控制多、需要长期调试和试运行才能确定软硬件设备的稳定性等问题，并且设备具有单一化的不足。

对此提出采用PLC+ 伺服电缸+ 触摸屏+ 点胶机的全自动模式。这种方案的特点是，将运动控制和点胶机集成在一起，不仅成本降低，便于日后维护，电气线路相对，由于采用电缸本身就是将伺服电机和丝杠的集成，这样既减少了机械设计的工作量，同时精度上也大大保障，确保了系统的运行可靠。

1 控制系统硬件设备

本文主要控制器采用的PLC，PLC 是广泛应用在工业场合控制执行器件，在设备调试过程中可以根据工艺或客户的要求修改程序，所以本设备采用PLC 来作为控制器能大大提升了设备的通用性。本系统中的伺服电缸位置信息的显示和参数设定、报警信息的显示采用工业触摸屏，工业用触摸屏是能与PLC 配套使用， 便于人们及时了解设备的运行信息。图1 为本系统控制部分主要硬件示意图。

图1 控制系统主要硬件示意图

2 工艺分析

分析设备使用方提出的工艺要求得出：点胶机设备在每次进行点胶时，能对八个需加工制品进行点胶作业，当八个产品加工品完成后算为一次工作循环结束，然后迅速回到原点，等待下一下工作开始命令（其中每次待加工产品的数目可以根据触摸屏参数设定进行动作调整），设备在进行点胶时，运动上不但能速度可调， 还要保证运行平稳，点胶头迅速下降到接触工件时，在吐胶一瞬，需往反向有一个位移，目的是不要产生胶体推挤情况。然后纵向伺服电缸带着点胶头位移到安全位置后，水平方向伺服电缸系统快速移动到待机位，等待下一次开始动作命令。

3 解决方案

本设备采用的方案是：采用三套伺服电缸轴，其中X、Y 轴为水平方向的伺服系统，Z 轴为纵向的伺服系统。X,Y 伺服电缸是同时可以运动，提升设备的稼动率，Z 轴伺服电缸是选取带抱闸型的，保障设备紧急停止的情况时不让胶头自然滑落，造成损伤。主控单元采用三菱FX3U 系列PLC 和 FX3U-485ADP-MB MODBUS 通信模块，该模块作用是与IAI 伺服电缸进行通讯作用。并采用Proface-GC4000 系列的触摸屏，所有点胶位置点参数的设定和显示和设备报警信息均通过触摸屏完成；而PLC 需要分析、运算由触摸屏获得的各点位置参数，然后控制伺服电缸系统完成坐标定位和点胶运动。该设备需要一个PLC 同时对3 套伺服电缸系统进行控制。

一个FX3U-PLC 本身只有2 个高脉冲输出口，如果采用利用脉冲输出的模式来控制伺服电缸显然硬件本身无法满足。所以本设备采用的IAI 伺服控制器和PLC 之间的通讯采用的是Modbus 通讯协议， 因为目前Modbus 工业通讯协议已近得到了很多家PLC 生产厂家和工业自动化产品支持、应用。本系统采用MODBUS 协议中RTU 模式即当控制器设为在Modbus 网络上以RTU( 远程终端单元) 模式通信, 在消息中的每个8 位字节包含两个4 位的十六进制字符。IAI 伺服控制起有详细的关于Modbus RTU 编码说明作为程序设计人员首先要熟悉了解RTU 码制编写的规则如下表1 ：

表1 编码编写规则

4 IAI 伺服电缸控制器接线图

该部分电路接线图如图2 所示。

5 PLC 程序设计

由前面工艺要求分析可以知道, 整个点胶过程需要对八个工件进行加工。完整的动作过程如下: 上料完成以后, 检测门禁1、门禁2 是否关闭，夹紧气虹是否锁紧到位, 判断是否满足设备启动条件。然后水平方向的伺服电缸从待机位快速移动到点胶位，纵向的伺服电缸向下运动，当接近被加工工件时，给点胶机控制器一个启动信号，打开点胶机气动阀, 开始点胶, 点胶延时, 然后针头在水平方向的伺服电缸带动下进行点胶作业，以完成单个的制品的加工, 以此循环八次, 完成一次点胶作业。所以PLC 要与伺服电缸实时通讯，

图2 IAI 伺服电缸控制器接线图033

智能应用

Intelligence Application

电子制作

既要不断的发送控制命令还要接受伺服电缸反馈信息。我们在程序结构上采取一种类似状态机的编程结构。

将控制位置和读取位置分成两个程序块来完成，每个程序块均有各自独立的步号来完成，这样既满足PLC 设备工作流程，也满足MODBUS 问答式通讯模式的要求。如图3 梯形图里所示，其中D5000 就为控制字，当D5000=K10 时执行本程序段程序，其中ADPRW 就为MODBUS 通讯指令，当完成本程序段又给D5000 控制字里传送K20 执行下一段程序。

图3 读取位置点信息梯形图

6 触摸屏的使用

6.1 主控画面

本设备通过触摸屏来实现人机交互的信息交流，如图4 所示，为本系统的主控界面，即设备一些基础信息均可以显示，其中界面左侧主要包括X、Y、Z 伺服电缸的位置点显示，和伺服电缸的使能， 原点，报警等基础运行状态。右侧包括控制方式的选择，产品名称，涂胶技术等基本生产管理信息。这样设备运行时一些基本信息均都在本界面有所显示。

6.2 参数设置画面

参数设置画面如图5 所示。

图7 为参数设置画面，其中画面左侧主要可以进行产品类型读取，存储，编辑等操作，由于每一种产品都有不同位置点参数，所以此触摸屏程序具备配方功能，每次确认操作后会自动将位置信息传送到PLC 地址应用区，右侧画面可以进行产品位数的选择，大大增加设备实际使用时的灵活性，并且对于吐、断胶的距离也可以设定，其主要目的是可以根据实际生产情况，及时作出修订参数，来满足企业对生产品质的要求。

6.3 手动控制

手动控制画面如图6 所示。

在主控画面中选择手动控制模式，即自动跳转到手动调试画面，界面中左侧部分可对伺服电缸X、Y、Z 轴位置的进行手动调整和确认，右侧画面主要可以对气缸的夹紧，放松，吐胶，复位等功能进行操作。

7 结束语

通过设计，操作人员容易确定各点的参数。PLC 利用MODBUS 通讯协议与IAI 的伺服电缸来进行通讯控制，并根据所需加工制品来确定运动的轨迹，并且触摸屏具有配方功能，不用每次都重新定位，便于生产使用。在日常维护中可以利用手动界面进行加工位置点的微调。经现场调试，该设备运行稳定、定位精确的满足工艺要求，已经正式投入使用。

【参考文献】

[1] 高溥, 孟建军. 电气控制基础与可编程控制器应用教程[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社,2007.

[2] 赖指南. 机加工自动线仿真与控制系统的PLC 程序设计及特点[M]. 机床电器,2008.27

[3] 何瑞. 基于PLC 的控制的自动配料系统[M]. 大连：大连理工大学出版社,2008.

图4 主控画面

图5 参数设置画面

图6 手动控制画面034