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点胶机毕业论文
本科毕业设计（论文）说明书
基于PLC的点胶机控制系统设计
学院机械工程学院
专业班级机械工程及自动化6班
学生姓名叶剑桐
学生学号2
指导教师刘其洪
提交日期2015年5月10日
华南理工大学广州学院
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：
日期：
2015年5月10日
学位论文版权使用授权书
本人完全了解华南理工大学广州学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：
按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本；华南理工大学广州学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，可以公布论文的部分或全部内容。
学位论文作者签名：
日期：
2015年5月10日
指导教师签名：
日期：
2015年5月10日
作者联系电话：
电子邮箱：
摘要
随着信息产业的发展，人们对电子封装的要求越来越严格，对生产效率也越来越高，从手工劳动力逐渐向机械化趋势，控制机械的生产速度已经满足不了现在化的生产，点胶机提高了生产效率和电子封装的精准稳定性。
目前，我国电子产品生产企业主要是沿海一些中小型企业，点胶机的运用经济省钱、操作简单、控制精准、安全可靠、更改方便，数控型的自动化点胶机系统有极大的发展空间。
本文分析的是一种基于PLC的点胶机控制系统，使用PLC（即可编程控制器）为系统控制器，控制点胶机各机械部分的运动，保证其精准性与稳定性。
本文主要分析有以下方面：
1）分析各种类型控制系统的结构和应用特点，控制技术当前在国内外发展状况，比较当前各种运动控制器的功能与优缺点；
2）设计控制系统的组成方案，由可编程控制器、机械结构以及上位机操作部分组成；
3）分析可编程控制器特点，选取适合型号作为本次分析系统的控制器，因素包括I/O数量及输入、输出类型，还有扩展单元；
4）设计点胶机的传动方式、执行元件和控制系统硬件；
5）分析点胶机的运动控制；
6）软件编程和触摸屏软件界面开发，PLC程序梯形图和人机操作界面设计；
7）各部分结论分析以及出现问题分析。
关键词：
自动点胶机；运动控制系统；PLC（可编程控制器）；触摸屏
Abstract
Withthedevelopmentofinformationindustry,peopleinelectronicpackagingrequirementsmorestringent,theproductionefficiencyismoreandmorehigh,frommanuallabortomachinegraduallytrend,controlofmechanicalproductionspeedhasnotsatisfiedthepresentproduction,dispensingmachineimprovestheprecisionproductionefficiencyandstabilityofelectronicpackaging.Atpresent,China'selectronicproductsmanufacturingenterprisesaremainlysmallandmediumenterprisesincoastalareas,dispensingwitheconomicsaving,simpleoperation,accuratecontrol,convenientchange,automaticdispensingsystemforNCtypehasgreatdevelopmentspace.
TheanalysisinthispaperisakindofcontrolsystemfordispensingmachinebasedonPLC,usingthePLC（programmablecontroller）asthecontroller,controleachmechanicalpartdispensingmachinemovement,ensuretheaccuracyandstability.
1）analysisofthestructureandapplicationcharacteristicsofvarioustypesofcontrolsystem,controltechnologycurrentlyindevelopmentathomeandabroad,comparisonofvariouscurrentmotioncontrollerfunctionandadvantagesanddisadvantages;
2）composedofschemedesignofthecontrolsystem,composedofaprogrammablecontroller,themechanicalstructureandtheuppercomputeroperatingparts;
3）analysisoftheprogrammablecontrollerfeatures,selecttheappropriatemodelastheanalysisofthesystemfactorsincludingI/Otypecontroller,thenumberandtheinput,output,andtheexpansionunit;
4）transmissionmode,designdispensingmachineexecutionofhardwarecomponentsandcontrolsystem;
5）analysisofdispensingmachinemotioncontrol;
6）softwareprogrammingandtouchscreeninterfacesoftware,thePLCprogramofladderdiagramandtheman-machineinterfacedesign;
7）thestudyanalysisandproblemanalysis.
Keywords:
automaticdispensingmachine;motioncontrolsystem;PLC（programmablelogiccontroller）;touchscreen
第一章绪论
1.1背景
随着现代科技的发展，电子信息技术越高，人类逐渐步入信息时代，无论是电脑、电视、手机等家用电器电子设备，还是军事、航空、航天领域，都离不开电子产品的的封装制造，因此，对于电子封装的要求越来越高，数量越来越多，效率也正在逐步提升，这使得点胶机的运用越来越广泛。
我国是电子产品的生产大国、出口大国，电子制造主要分部在我国东南沿海地区，也是我国沿海地区的支柱产业。
因为我国劳动力充足，使得电子生产领先于世界，电子工业也取得较大的成就，但是，随着电子机械自动化的发展，人工制造的速度远远不足以拟补自动化不发达的缺陷，在人口缺乏的地区更是跟不上基本水平，我国在电子工业生产发展中就存在着极度不平衡的现象。
因此，我国电子工业有两个方面，一方面，电子工业的发展如火如荼，在轻工业中占的比重越来越大，另一方面，电子工业中自动化程度很低，生产效率低下，工作条件恶劣。
因此，虽然我国是电子制造业大国，生产规模庞大，但与发达国家相比，电子产品的质量水平和生产效率都很低，制造装备的落后是一个最主要的原因。
然而，电子产品的有焊接、贴片、组装、涂胶，打螺丝等各个环节，这些中涂胶工序的数量大，精细，花费人工多，耗时时间长，减低了一个电子产品的生产效率，同时工人的工作条件，恶劣的环境因素，往往影响电子产品的质量。
一大部分的涂胶都是由人工去完成，人工涂胶速度慢，完成率低，喷涂效果不均匀，层度轻的影响美观，严重的导致线路短路，发生设备故障，影响使用者的安全。
为了改变现状，自动点胶机的使用，速度快，喷涂精准，提高产品的品质和生产率，保护人身安全。
点胶机主要用于将要喷涂的材料，通过浇口实现点、涂和轨迹的变化，精准到产品每一个位置。
轨迹上有直线轨迹、曲线轨迹和椭圆轨迹。
自动点胶机是一种为电子精密设备密封要求而研制的自动涂胶设备，以设备硬件为基础，控制系统技术为核心，根据程序，做点、直线、圆弧等任意不规则的点胶产品。
所以，自动点胶机的工作效率和工作质量，主要取决于运动控制系统。
1．2控制系统的内容
【运动控制（MotionControl）通常是指在复杂的条件下，通过将指定的方案或动作指令，规划转变成有目的性的机械运动，实现机械6运动精准的位置控制、路径控制、速度控制、加速度控制、力的强度控制和转矩或力矩的控制，使运动单位以非常准确的的设定速度在规定的时间到达准确的位置的可控运动。
】运动控制的定义分析，如表1-1所示。
路径
从一个初始位置到一个终点位置，以理想的方式行动。
动作
有相应快慢和动作稳定性来衡量。
位置
有绝对位置和相对位置。
表1-1运动单元的运动特点
运动控制系统具有多样性，但每一种运动控制系统都有一个基本结构，所有结构的离不开由上位控制器、执行电机、机械传动机构和位置检测元件，基本结构图由图1-1所示。
图1．1运动控制系统结构框图
其中，上位控制器作为整个运动控制系统的核心，如人的大脑，把方案指令控制讯号传送到下位驱动器中，然后驱动如神经，对数据进行转换，驱动执行电机则是能量提供动力，电机带动机械结构为执行单元，最后再通过传感器等定位设备，如眼睛一般对运动元件的位置、速度等，再反馈到控制器进行分析,为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。
电机通过传动机构带动机械结构运动，得到预期的动作幅度。
1．3控制系统的分类
1．3．1按是否型成闭合回路分类
根据位置控制系统原理，即有无检测反馈传感器及其检测部件，可分为开环、半闭环和闭环三种基本的控制方案。
（1）开环控制系统
一个控制系统，输入信号中不包含输出端反馈回来的信号时，则为开环控制系统。
优点是，结构容易实现，方便和成本低。
缺点是精度低，容易受干扰。
所以运用在对控制要求不高的小型机器设备，如图1-2所示。
图1-2开环控制系统结构框图
（2）半闭环控制系统
【一个控制系统，在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。
】半闭环控制系统稳定性好，使用广泛，为大多数中小型数控机床所采用。
如图1-3所示。
图1-3半闭环控制系统框图
位置
控制单元
速度
控制单元
执行元件
工作台
速度
检测单元
位置
检测单元
脉冲
指令
（3）闭环控制系统
一个控制系统，输入信号中包含有输出端反馈回来的信号，则为闭环控制系统，或称为反馈控制系统。
如图1-4所示。
这是一种自动控制系统，其中包括功率放大和反馈，使输出变量的值响应输入变量的值。
通过传感器的元件，测量运动部件的位置、速度和加速度等，反馈到控制器中进行分许，以相对和绝对量与理想位置进行比较，得出差值，在再控制运动元件运动至完全到达理想位置。
同开环、半闭环控制系统相比较，闭环控制系统有防干扰性、精准性，能改善系统的的响应特性。
但是对测量元件要求较高，以至于成本也较高，适用于要求精度高的机床所使用。
位置
控制单元
速度
控制单元
执行元件
工作台
速度
检测单元
位置
检测单元
脉冲
图1-4闭环控制系统结构框图
1．3．2按被控量的性质和运动控制方式分类
（1）点位运动控制
即只对终点位置有要求，起点到终点的过程与轨迹不作要求的运动控制。
所以此控制要求点精度要高，运动速度要快，在加速度段与减速度的采用控制迅速准确。
（2）连续轨迹运动控制
该控制又称为轮廓控制，主要应用在传统的数控系统、切割系统的运动轮廓控制。
对小线段加工时，有多段程序预处理功能。
（4）同步运动控制
同步运动控制是实现多个轴一起运动，相互协调控制，以达到运动过程中各个轴的同步性，保证系统的同步控制。
1．3．3按给定值信号的特点分类
（1）恒值控制系统
是在生产过程中被控量在保持恒定的值不变。
（2）随动控制系统
是给定信号随时间的变化规律事先不能确定的控制系统，随动控制系统的任务是在各种情况下快速、准确地使被控量跟踪给定值的变化。
（3）程序控制系统
它的给定值按事先预定的规律变化，是一个已知的时间函数，控制的目的是要求被控量按确定的给定值的时间函数来改变。
1．3．4按控制系统元件的特性分类
（1）线性控制系统
一个控制系统中，当输入特性与输出特性呈线性特性，控制系统的动态过程可以通过线性微分方程来表达出来时，则称控制系统为线性控制系统。
（2）非线性控制系统
一个控制系统中，当输入特性与输出特性呈非线性特性，系统的动态过程要通过非线性的方程来描述，则称其控制系统为非线性控制系统内。
1．3．5按驱动方式不同分类
运动控制系统按不同的驱动方式可分为电气控制、液压控制和气压控制，不同的驱动方式都有其特点。
电气控制为电气设备控制的二次回路；液压控制为用液压设备进行控制；气压可能就是以气动阀、气管等气压设备控制。
1．4课题研究目的
本文分析的是自动点胶机中控制系统的关键技术，介绍企业运用的点胶机的例子简单分析其结构，深入分析每个结构涉及到的知识内容，通过模拟设计一种自动点胶机，开发控制系统，使用基于可编程控制器PLC的点胶机控制系统，控制各个执行元件和运动结构，提出研究一种实现点位运动控制功能的控制方案，在上位PC机中设计控制界面，通过调用PLC的程序，来实现主要功能。
主要进行的工作有以下方面：
1）分析以不同角度分类的各种控制系统结构；
2）设计控制系统的组成方案，由可编程控制器、机械结构以及上位机操作部分组成；
3）分析可编程控制器特点，选取适合型号作为本次分析系统的控制器，因素包括I/O数量及输入、输出类型，还有扩展单元；
4）设计点胶机的传动方式、执行元件和控制系统硬件；
5）分析点胶机的运动控制；
6）软件编程和触摸屏软件界面开发，PLC程序梯形图和人机操作界面设计；
7）各部分结论分析以及出现问题分析。
第二章点胶机的控制方案
2．1点胶机简介
点胶机是由机械部分、驱动电机部分和运动控制器部分组成。
点胶机结构图2-1如下所示：
通讯接口
运动控制器
驱动电机
机械
接收指令
图2-1点胶机结构示意图
机械部分是一个三轴（三个自由度）传动机构平台，胶头可以通过机械传动机构移动到平台空间的（X、Y、Z）坐标的任意一点。
运动控制器相当于人的大脑，它把信号发送脉冲给驱动电机，提供动力带动机械部分。
运动控制器根据指令方案控制灵活控制胶头运动速度、加速度到达期望位置，体现出精准性、高效性和灵活性。
企业根据产品的特点，参考市场上的点胶机产品，选择最适合的型号，在满足运动性能指标的前提下，适应在点胶过程中的灵活快速的要求，不仅要提高产品的可靠性，有效降低产品成本，还要操作简单快捷。
2．2点胶机的机械结构
点胶机的机械结构主要由机床结构、传输结构和点胶机构组成。
（1）机床结构
机床结构是由主体为XY方向的平台，具有适当的重量承受机械运动时产生的振动，使得工作不受影响。
工作平台上有一个可纵向运动的同步带传动机构，由一个伺服电机提供运动动力，控制机床的纵向运动。
横向运动由横向放置的同步带传动机构控制，也是一个步进电机驱动。
点胶口机构上，由一个上下放置的同步带传动步进电机驱动，默认最高点为初始状态，工作时，下降到工件的准确位置，完成动作后，回复初始最高点，等待下一步的执行。
（2）传输结构
传输结构的作用是把胶水总储存罐里的胶水传输到点胶机构的注射器中，等待注射动作，当注射器内的胶水用完，自动执行传输动作。
（3）点胶结构
点胶结构是符合工件需要的形状，设置适合大小的点浇口，控制每次点胶的量。
2．3运动控制系统的控制要求分析
研制这套基于PLC的平面运动控制系统的主要针对点位运动控制的运动控制系统，主要实现点胶机的点位运动和直线运动轨迹要求。
2．3．1点位运动
点位运动就是是从一点移动到另一点，无轨迹，并且准确定位。
至于点与点之间的移动轨迹并无要求，各个坐标之间没有相互关系，是独立的。
点胶机的点位控制主要包括三个方面，一方面是胶枪的原点回归，二方面是胶枪的快速移动以及三方面的手动微调设置。
要求每一个坐标有较高的定位精准，为了能提高点胶机的工作效率，采用机床设定的最高的进给速度进行点位运动，当移动部件接近定位点时，为了能准确到达定位点，降低进给速度，以至于低速接近至定位点，从而减少因为运动惯性而产生的冲击力导致定位误差，在这移动的过程中，对于移动的轨迹没有任何的要求，只求快速。
2．3．2直线插补
直线插补是轮廓控制的其中一项，轮廓控制是对两个或两个以上的的运动坐标进行连续地对位移和速度相关控制，使胶枪与工件间的运动轨迹达到相应的点胶要求。
因此对于这种运动控制方式，要求数控装置具有插补运算的功能，即对加工数据与工件之间的基本运算，通过数控系统进行插补的数学处理，把理论点与实际点相关坐标计算出来，并控制胶头移动正确的轨迹。
2．3．3系统操作界面的设计要求
系统操作界面是操作人员直接跟运动控制系统的桥梁，操作人员通过界面对机器进行控制，输入指令，接受指令，读取数据，将永和的运动控制指令传输到运动控制器PLC中。
系统操作界面体现的是简洁性，无需要用户对机器控制原理充分了解，只要清楚操作方法即可完成工作工序。
所以对设计系统操作界面的要求：
简单、明了、直接、清楚，就能降低使用者的要求，让更多的人能进行操作，降低技术缺乏的压力。
系统操作界面也有手动控制和自动控制，手动控制是根据操作员的意愿控制部件的移动动作，自动控制是根据上传程序方案，自动运行运动，记录数据，自动报警的功能。
根据点胶机的界面要求，本研究课题选用三菱G15系列的触摸屏，因为学校实验室也使用过进行人机交流，使用起来更加熟悉。
其界面设计软件为GTDesigner,该触摸屏为黑白机，在明亮、易读的液晶画面上，不仅能显示信息、图形，还可以根据需要自由的显示按键、指示灯、PLC数据、图表、时钟等，使运行状况一目了然。
而且此型号，占用位置小，机体紧凑，安装方便，可以安装在任何地方。
用一根数据线就能连接三菱fx系列的PLC，也能直接跟电脑连接通讯，操作简单，节省布线所花的时间，不仅画面清晰，轻轻触碰就能完成动作，快关明显容易操作。
2．3．4运动控制系统控制方案
这是一个基于PLC的点胶机控制系统的设计，是现代常用的经济性的控制系统之一，另外一种是采用单片机来控制，单片机控制系统成本虽然会比PLC的便宜，灵活性也好，效益也不错易于产品化，但是抗干扰性差，稳定性方面会比plc控制系统较差，可能需要长期维修的，使用起来不够PLC系统安全可靠。
PLC系统质量保证，功能齐全，配套完善。
PLC发展过程中，越来越多的大中小型企业在开发、生产和产品中运动到PLC为核心控制部分，适用性实用性强。
PLC型号系列不断在更新，适合各种规模的企业工业控制场合使用，同一样的PLC工作原理，让厂家能更好的熟悉运用，有一定的互换性。
而且，PLC编程方便，容易修改程序，大大减少企业开发修改方案的周期。
本课题研究的点胶机是专为小型LED灯涂胶，矩形阵列的LED减低了研究开发的难度，却更能清晰了解点胶机的运动控制系统，达到一样的目的。
点胶机通过PLC运动控制系统的点位运动，对每一颗LED灯涂胶，重复循环，达到完全自动化。
2．4三菱FX系列PLC
2．4．1三菱FX系列PLC特点
FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，近几年来连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。
它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。
微型PLC体积小，结构美观的外部结构，处理反应速度高，功能强大，灵活多变的配置适合开发用户的不同要求，使用起来也方便。
（1）FX1S
FX1S体积虽小，但功能强大：
●输出类型分为晶体管输出和继电器输出，CPU的I/O点数分别有10、14、20、30：
●2000步存储容量，是以前的FX0S的2.5倍：
●定位和脉冲输出功能：
●能通过模块连接扩展板，增加输入输出点数，添加拓展模块。
比如数字量模块、模拟量模块，将模拟量转化成数字量传送到CPU分析或者讲数字量转化为模拟量传送到CPU分析和显示模块等等。
●网络和数据通讯功能
（2）FX1N
FX1N系列在功能比FX1S更加的强大，处理速度更快，更添加了特殊功能模块和拓展板，使得PLC用得范围更广，能普及到各个领域的控制管理上。
微小的体积，方便安装携带，通信链接和特殊功能模块得到提升。
●输出类型分为晶体管输出和继电器输出，CPU的I/O点数分别有14.24.40.60，可扩展到128点。
●8000步存储容量
●定位和脉冲输出功能
●能通过模块连接扩展板，增加输入输出点数，添加拓展模块。
比如数字量模块、模拟量模块，将模拟量转化成数字量传送到CPU分析或者讲数字量转化为模拟量传送到CPU分析和显示模块等等。
●网络和数据通信功能
通过485/232/422通讯线实现PLC与PLC，PLC与电脑，PLC与变频器等通讯链接。
●CC-LINK
通过FX2N-16CCL及FX2N-32CCL，可充当CC-LINK主站或从站。
（3）FX2N
FX2N系列PLC体积上是FX1N系列的两倍左右，但是运行处理速度大大提升，达到0.08μs/step的超高运算速度，性能上也比上代有明显的进步，各种丰富的软元件，增加控制的多样化。
CPU内置程序容量8000步，可拓展步数增加到16000步，实现更大型的程序编写。
最大IO点数也增加到128个，最大拓展到256个，输出类型依旧分为晶体管输出和继电器输出。
能采用多种不同的特殊功能模块，实现在温度控制领域，定位控制领域等的控制开发。
通过FX2N-16CCL及FX2N-32CCL，可充当CC-LINK主站或从站。
（3）FX3U
●节省空间：
其体积仅相当于以前ANS系列PLC的60%
●节省配线：
优越的模块插口设置可节省配线时间和空间
●安装灵活：
有多种主基板和扩展基板供选择
●强大的网络功能：
相比前产品更为支持CC-LINK，在软件GX-Developer的设置下，可以方便地使用CC-LINK模块，减小编程时间。
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