基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计.docx

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基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计

毕业设计（论文）

《基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计》

专业（系）电气工程系电气自动化方向

班级工业控制103班

学生姓名朱鹏

指导老师姜海燕

2013届毕业设计任务书

一、课题名称：

基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计

二、指导老师：

姜海燕

三、设计内容与要求：

1、课题概述

　　　　当今社会，移动通讯迅速发展，手机已经成为人们现代生活必须的通讯工具之一。

手机的生产和销售越来越大，生产厂家为了节约生产成本，提高生产效率。

手机自动贴膜机可以提高手机贴膜的效率、稳定性和平稳性而取代人工贴膜，减少了劳动力，降低了生产厂家的生产成本。

2、　设计内容与要求

采用气动传动，实现快速准确的移动动作，工作过程采用plc控制，实现工作过程的自动循环作业。

（1）、采用伺服电机控制整个设备是运行，理解伺服电机的工作原理。

（2）、理解设备的运行结构，采用plc控制整套系统的自动循环作业。

同学们可以在实现基本要求的基础上，进行发挥，如：

组态监控软件等。

四、参考资料:

《可编程控制器原理及应用》

《电机与电气控制技术》

《可编程序控制器的编程方法与工程应用》

《可编程控制器系统开发实例导航》

五、设计说明书内容

1、封面

2、目录

3、内容摘要（200～400字左右，中英文）

4、引言

5、正文（设计方案与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）

6、结束语

7、附录（参考文献、图纸、材料清单等）

六、毕业设计进程安排

第1周：

方案设计讨论，

第2~3周：

元件选择、电气原理图等，

第4~7周：

编制程序、修改方案、设计说明书初稿，

第8~9周：

编写正式设计书2周

第10周：

答辩、完善。

。

七、毕业设计答辩与论文要求

1、毕业设计答辩要求

答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计基本内容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、毕业设计论文要求

文字要求：

说明书要求打印（除图纸外），不能手写。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求：

按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。

曲线图表要求：

所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制

摘要

　　　随着我国手机市场的迅猛发展，庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场。

现在大街上随处可见的手工手机贴膜生意个个忙得不亦乐乎，但传统手工贴膜速度慢，效率低，美观度差，缺乏个性化等缺点。

本文介绍了手机贴膜机的发展、原理、结构和特点，以及它的控制方法。

文章主要设计了ECMA系列的伺服电机和ASDA-B2系列伺服驱动器的手机贴膜机控制系统；设计了伺服电机、PLC程序及组态的信号通信。

该手机贴膜机控制系统能够实现贴膜机高效运行，能够达到节能降耗和提高产量的目的，并将大大提高贴膜机系统自动化程度。

该系统具有控制精度高，运行可靠性高，操作简便等特点，达到了贴膜机生产的要求。

该系统以PLC为控制核心，具有可靠性高、抗干扰能力强，同时，系统使用了触摸屏，因此具有良好的人机界面，使得其操作简便，不需要大量的专业知识就能掌握其使用方法，易于推广使用。

关键字：

手机贴膜机、伺服电机、伺服驱动器

Summary

WiththerapiddevelopmentofChina'smobilephonemarket,thehugemobilephonemarketanddigitalproductsspawnedapersonalizedbeautyservicesmarket.Handmobilephonefilmbusinessnowubiquitousonthestreetsalltoobusy,butthetraditionalhandfoilslow,lowefficiency,pooraesthetics,lackofpersonalizedshortcomings.Thisarticledescribesthedevelopmentofmobilephonefilmmachine,principle,structureandfeatures,aswellasitscontrolmethod.ThemaindesignECMAseriesservomotorandASDA-B2seriesservodrivesthethephonefilmmachinecontrolsystem;designedservomotor,PLCprogrammingandconfigurationofsignalcommunication.Thephonefilmmachinecontrolsystemisabletoachievethethefilmmachinerunefficiently,toachieveenergysavingandincreaseproductionpurposes,andwillgreatlyenhancethedegreeofautomationofthefilmmachinesystem.Thesystemhasthecontrolofhighprecision,highreliability,easytooperate,andtothefilmmachineproductionrequirements.PLCcontrolcore,thesystemhashighreliability,stronganti-jammingcapability,atthesametime,thesystemusesthetouchscreen,soithasagooduserinterface,makingiteasytooperate,doesnotrequirealotofexpertisewillbeabletomasterthemethodofuse,easytospread.

Keywords:

mobilephonefilmmachine,servomotor,servodrive

第一章引言

1.1手机贴膜机发展现状

随着我国手机市场的迅猛发展，庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场。

现在大街上随处可见的手工手机贴膜生意个个忙得不亦乐乎，但传统手工贴膜速度慢，效率低，美观度差，缺乏个性化等缺点。

而自动贴膜技术在我国并不常见，我国手机自动贴膜技术还处于发展阶段，有广阔得前景。

1.2手机贴膜机发展前景

手机贴膜机是一款最新的手机美容工具，手机贴膜机设计精巧方便携带，皮箱外装，美观大方，比费时费力的传统人工贴膜具有革命性进步，坚固耐用、稳定性高。

手机贴膜机的问世是手机美容行业革命性的产品，不仅操作简便，效率高，而且体积更小，方便携带。

以前贴膜的方法主要是人工手工粘贴,但贴膜质量不稳定、效率很低、尤其劳动力成本很高,降低了企业效益。

智能贴膜必将颠覆手机个性化服务市场，一经推出，供不应求。

该机设计精巧方便携带，随着我国手机市场的迅猛发展，手机贴膜机庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场，发展前景广阔。

1.3课题概述

当今社会，移动通讯迅速发展，手机已经成为人们现代生活必须的通讯工具之一。

手机的生产和销售越来越大，生产厂家为了节约生产成本，提高生产效率。

手机自动贴膜机可以提高手机贴膜的效率、稳定性和平稳性而取代人工贴膜，减少了劳动力，降低了生产厂家的生产成本。

第二章总体方案设计

2.1 机械结构

手机贴膜机机械结构如图2-1所示。

图2-1手机贴膜机机械结构

该机主要由机架﹑基板组件，吸料贴裝组件，剥料板组件，治具架组件，调整支架组件，收料盘组件，给料盘组件，主动轮组件。

1.机架主要由主支架、送料滑台支架和电控安裝箱三大部分組成。

2.基板组件主要用来支撑，安裝其它主要组件。

3.吸料贴裝组件主要用来保护膜剥离，贴合到产品表面。

4.治具架组件主要用来产品定位，以及角度调整。

5.调整支架组件主要用来调整保护膜与产品贴合时的位置。

6.收料盘组件主要用来保护膜剥离后定位底纸回收，辅助料台送料。

7.给料盘组件主要用来料带定位，张紧料带。

2.2工作步骤

放入产品

→按启动按钮

→产品夹紧机构将产品夹紧

→真空吸打开伺服模组带动载具移动到剥料机构位置

→压料滚轮下降保护膜随产品同步移动

→压料滚轮上升

→伺服模组带动载具返回

→产品夹紧机构打开

→真空吸关闭

2.3设计原则

（1）根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度满足控制要求。

（2）在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。

（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑到PLC的可扩展性。

（4）控制系统使用和维护方便、安全可靠。

2.4系统的整体设计

如图2-2所示：

图2-2

2.5设计步骤

本系统的设计步骤如图2-3所示。

（1）控制要求分析

在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。

（2）确定I/O设备

根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备并根据选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。

（3）选择合适的PLC

确定PLC的点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。

选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。

（4）I/O点数分配

点数分配就是PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。

（5）PLC程序设计

本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。

首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出流程图，最后再进行程序编制。

（6）模拟调试

程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。

（7）现场联机调试

现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。

在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。

（8）整理技术文件

这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。

第三章硬件系统设计

3.1硬件系统的组成

手机自动贴膜机硬件系统由光电传感器（TYBE4）、磁簧（HT-3）、红外线传感器（EROSUPXE-20）伺服电机（ECMA-c20602ES/ECMA-c20604PS）、伺服驱动（ASDA-B2-0221-B、ASDA-B2-0421-B）、威伦触摸屏（TPC7062KS）、接近开关（PDF-5）、PLC（H2u-2416MT）、电磁阀（DN15-8）、断路器（DZ47lE-32）、急停按钮（LA37-B5S5）、转换开关（HZ5D-60A/2）、电磁干扰滤波器（08TDT1W4S）、电磁接触器（SC-N1）。

3.2传感器的选择

传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

手机自动贴膜机选择光电传感器（红外线传感器）。

采用红外线传感器检测手机位置以及整个基座的运动位置的确定。

它是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行测量的。

常温下工作且价格便宜，不受可见光的影响。

选EROSUPXE-20型号红外线传感器接收传感信号，通过转化为电信号高电平启动控制设施。

3.3伺服系统

1、伺服系统：

伺服的定义：

是使物体的位置、方位、状态等输出被控量跟随输入目标值（或给定值）的任意变化的自动控制系统。

2、伺服的构成要素：

如图3-1所示：

图3-1

3.3.1伺服驱动器

▲容量范围:

0.1kW~3kW

▲  输入电压：

AC200V~230V，使用单相/三相输入或三相输入。

▲  位置/速度/转矩控制模式

▲  编码器分辨率为17bit（160000ppr）

▲  高速脉冲输入（4MPPS）

▲  支持Modbus通讯协议（通讯接口：

RS-485/RS-422/RS-232）高性能精准定位控制的实现

▲  ASDA-B2系列支持17bit（160000ppr）高分辨率编码器，满足机器设备高精度定位控制及平稳低速运转的应用需求。

▲  搭配三组自动共振抑制滤波器，有效抑制机构动作的振动，是运转更平稳也更完整。

▲  简单操作、节省成本

1.     动力线和编码器接线与ASDA-B系列共用，并搭配相同尺寸的ECMA系列电机，方便原有客户直接升级为ASDA-B2系列。

2.     面板操作控制，可直接在驱动器上进行设置调整。

（1）控制模式：

位子控制模式：

利用上位机产生脉冲控制伺服电机转动，脉冲个数来决定电机转动的角度。

脉冲的频率决定电机转速。

（2）伺服驱动接线图：

如图3-2所示：

图3-2

3.3.2伺服电机

（1）伺服电机

在手机自动贴膜机中选择伺服电机（ECMA-c20602ES/ECMA-c20604PS）,通过伺服电机精

通过伺服电机精确定位，使手机贴膜达到高效、精确的效果。

（2）伺服电机的特点

伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：

　1、起动转矩大

　2、运行范围较广

　3、无自转现象

（3）伺服电机工作原理：

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制U/V/W三相形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度。

3.3.3伺服通信

使用RS-232/485通讯时，伺服驱动器的通讯地址需藉由此参数各自设定不同的伺服驱动器局号。

使用RS-232/485通讯时，一组伺服驱动器仅能设定一局号。

若重复设定局号将导致无法正常通讯。

此站号代表本驱动器在通讯网路上的绝对地址，同时适用于RS-232/485。

当上层MODBUS的通讯局号为0xFF时具有自动回复功能，驱动器会接收并回复，不管局号是否符合，但是P3-00无法被设定0xFF。

使用RS-232/485串联通讯接口时，每一台伺服驱动器必须预先在参数『0300』上设定其伺服驱动器局号，电脑便根据局号对个别的伺服驱动器实施控制。

通讯的方法是使用MODBUSnetworks通讯，其中MODBUS可使用下列两种模式：

ASCII（AmericanStandardCodeforinformationinterchange）模式或RTU（RemoteTerminalUnit）模式。

ASCII模式：

每个8-bits数据由两个ASCII字节所组成。

例如：

一个1-byte数据64H（十六进位表示法），以ASCII”64”表示，包含了’6’的ASCII码（36H）及’4’的ASCII码（34H）。

数字0至9与字母A至F的ASCII码，如下表示：

字节符号

‘0’

‘1’

‘2’

‘3’

‘4’

‘5’

‘6’

‘7’

对应ASCII

码30H

31H

32H

33H

34H

35H

36H

37H

字节符号‘

‘8’

‘9’

‘A’

‘B’

‘C’

‘D’

E’

‘F’

对应ASCII

码38H

39H

41H

42H

43H

44H

45H

46H

RTU模式：

每个8-bits数据由两个4-bits的十六进位字节所组成。

例如：

1-byte数据64H。

3.5断路器的选择

断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。

而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。

故灭弧是高压断路器必须解决的问题。

吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。

断路器选用原则：

（1）额定工作电压大于等于线路额定电压。

（2）额定电流大于等于线路负载电流。

（3）电磁脱扣器整定电流大于等于最大峰值电流（负载短路时电流值达到脱扣器整定值，断路器瞬时跳闸。

一般D型代号的断路器出厂时，电磁脱扣器整定电流值为额定电流的8-12倍。

）也就是说短路跳闸而电机启动电流是可以避开的。

根据伺服电机及PLC的额定电流，选择断路器DZ47lE-32型号。

3.6气动系统的应用

气动系统的特点

　　气动系统在工业在广泛应用的主要原因如下：

　　贮存、设计和控制简单、运动的选择、经济、可靠性、恶劣环境适应性、环境干净、安全性

气动技术具有响应速度快、元件结构简单、抗环境污染、成本低廉、便于集中供气和工作时无污染等特点,被广泛应用于化工、医药、纺织、微电子、生物工程等工业自动化领域中,作为实现工业生产自动化的重要手段之一广受重视。

随着现代先进制造技术和传感技术的进一步发展,,现代气动技术也有迅猛的发展,与其它传动技术相比,已有了更多的优势。

在手机贴膜机中的运用，利于保持整个操作的洁净。

3.7电磁干扰滤波器

工作原理

因为有害的电磁干扰的频率要比正常信号频率高得多，所以电磁干扰滤波器是通过选择性地阻拦或分流有害的高频来发挥作用的。

基本上，电磁干扰滤波器的感应部分被设计作为一个低通器件使交流线路频率通过，同时它还是一个高频截止器件，电磁干扰滤波器的其他部分使用电容来分路或分流有害的高频噪声，使这些有害的高频噪声不能到达敏感电路。

这样，电磁干扰滤波器显著降低或衰减了所有要进入或离开受保护电子器件的有害噪声信号。

功能

电磁干扰滤波器的功能就是保持电子设备的内部产生的噪声不向外泄漏，同时防止电子设备外部的交流线路产生的噪声进入设备。

手机自动贴膜机选用（08TDT1W4S）电磁干扰滤波器是尽量使传入伺服电机的干扰信号降低从而提高精确度。

3.8电磁阀、磁簧

电磁阀

电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。

电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。

贴膜机上配备（DN15-8）电磁阀来提高手机贴膜的精度。

磁簧

磁簧开关是基于电磁感应原理制作的一种开关，早期是用于配合步进/转换与电子仪器和测试仪器中的。

密封的封口，品质与可靠性俱佳，可以存在或应用于大部份环境下。

3.9系统整体框架图

第四章PLC控制系统的设计

4.1可编程控制器简介

可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

4.2可编程控制器的功能及特点

　1.使用方便，编程简单

　　采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

　　2.功能强，性能价格比高

　　一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

　PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。

　　硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

　　4.可靠性高，抗干扰能力强

　　传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

　　PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

　　5.系统的设计、安装、调试工作量少

　　PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

　　PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。

　　PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

6.维修工作量小，维修方便

　　PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故

H2U可编程控制器的主要特点：

程序存储空间大，无需外部扩展内存卡即可达24K步；

模块内部集成了大容量电源，可直接给传感器、HMI、外部中间继电器等提供电源；

提供多通道高频率高速输入输出端口，丰富的运动和定位控制功能；

集成两个独立通讯口，提供了丰富的通信协议，提供MODBUS指令，方便系统集成；

提供完备的加密功能，保护用户知识产权；

命名规则；①公司产品信息H：

汇川控制器