铝锭喷码机自动控制系统毕业设计说明书论文.docx

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铝锭喷码机自动控制系统毕业设计说明书论文

铝锭喷码机自动控制系统毕业设计说明书

摘要

工业自动化技术在近年来发展十分迅猛，当前工业自动化三大支柱技术之一的PLC技术以其很高的可靠性和抗干扰能力受到广泛的欢迎，在各行各业的技术改造过程中被大量地应用。

然而，单机控制往往因为点数的限制，无法实现对于较复杂的系统的控制。

表面处理工程领域是当前一个倍受关注的领域，作为一个新兴的边缘学科领域，有着蓬勃的生机，这一工程领域内的喷码生产则是一项非常传统的产业，生产率低下生产技术水平不高的现实迫切需要对其加以技术改造。

本文就如何提高喷码生产领域的自动化水平，运用PLC技术在生产线上实现控制。

论文首先分析了喷码打标行业的生产状况，比较了几种常用的控制策略的优缺点，确定具体的控制方案，接着分析并设计了系统的控制流程，再就设备级的控制进行深入的研究，在硬件和软件两个层面上的控制进行了设计，最后对于系统的可靠性进行了设计。

关键词：

PLC；铝锭；喷码机；控制；伺服电机

Abstract

Industryautomationtechnologydevelopsveryfastinrecentyears,asoneofthethreesupporttechnologiesinindustryautomation,PLCisgreatlywelcomedwithitsveryhighreliabilityandanti-interenceability,andappliedlargelyinthetechnologyreformationprocessofallwalksofindustries.However,thesinglemachinecontrolusuallycan'tcarryoutforthecontrolofmorecomplicatedsystembecauseoftherestrictionofpoint.

Thesurfacetreatmentengineeringrealmispaidcloseattentionatpresent,asanewfrontiersubjectrealmithasboomingsourceofvitality,however,inthisengineeringrealm,markingproductionisaverytraditionalindustry,therealityoflowproductionrateandlowproductiontechnologylevelneedurgentlytechnologyreformation.Thispaperanalyseshowtoraisemarkingautomation

levelofproducingtherealm,andusePLCtechnologytocontrolintheproductionline.Thethesisanalyzedmarkingontheproductionconditionofprofessionfirst,comparedwiththemeritandshortcomingofafewcontrolstrategiesincommonuse,gaveconcretecontrolproject,analyzedanddesignedthestructureofthecontrollingprocess,alsocarriedonathoroughresearchforthecontrolofequipmentsclass,designedtwolevels’scontrolwithproductionlineofhardwareandsoftware,finallydesignedthecredibilityofthesystem.

Keywords：

PLC；Aluminumingots；inkjetprintingmachine；control；servomotor.

一、绪论………………………………………………………………………………….…5

1.1项目研究的背景…………………………………….…………………………….….5

1.1.1喷码机概述……………………………………………………………..……..5

1.1.2国外喷码机的发展…………………………………………………..………..9

1.1.3我国喷码机的发展现状……………………………………………….…11

1.2铝锭喷码机在铝锭生产中的作用…………….……………………………....12

1.3设计提出的意义………………………………….………………………….…13

二、系统方案设计…………………………………………………………….............13

2．1设计的技术背景和设计依据…………………..………………………………..13

2．2提出方案及对比论证…………………………..………………………………….14

2.2.1控制器的选择……………………………………………………..……...14

2.2.2电机的选择……………………………………………………………...15

2.2.3总设计方案………………………………………………………..…….15

三、硬件系统设计……………………………………………………......................16

3.1PLC的型号选择及分析………………………………...……………………...16

3.1.1可编程控制器的应用与发展………………………………………......16

3.1.2PLC的工作原理及其性能分析………………………………….…….19

3.1.3PLC的型号选择……………………………………………...………....20

3.1.4PLC中CPU的选择…………………………………………………….22

3.1.5PLC的扩展模块的选择………………………………...……………..22

3.2伺服电机的型号选择与分析………….………………………………….......23

3.2.1伺服电机的概述……………………………………………………..….23

3.2.2伺服电机与其他电机的功能及作用比较…………………………..…24

3.2.3伺服电机的制动方式………………………………………………...…26

3.2.4伺服驱动器的概述…………………………………………………...…27

3.2.5伺服驱动器的工作原理………………………………………………...27

3.2.6最终选型和参数、接线介绍…………………………………………...27

3.3伺服的保护电器的型号选择与分析…….……………………………….…..33

3.3.1断路器的选型与分析………………………………………………..….33

3.3.2接触器的选型与分析……………………………………………….…..34

3.3.3EMI滤波器的选型与分析…………………………………………...…35

3.3.4熔断器的选型与分析……………………………………………..….37

3.4开关的型号选择与分析………………………..………………………………37

3.4.1按钮开关的选型与分析……………………………………………...…37

3.4.2行程开关的选型与分析…………………………………………….…..39

3.4.3接近开关的选型与分析………………………………………………...40

3.4.4刀开关的选型与分析………………………………………………….42

3.5开关电源的选型…………………..………………………………………….…42

3.6PLC的I/O分配表……………………...……………………………………….43

3.7PLC的外部接线图……………………………….…….……………………….44

3.8伺服电机的电气图…………………………………………………………..…..45

四、软件系统设计…………………………………………………………….............46

4.1伺服电机参数的设置………………………………………..…………………..46

4.2编程软件的简单介绍………………………………...……………………………...46

4.3EM253参数设置……………...……………………………………………………...48

4.4程序的设计…………………………………………………………………………...51

4.5流程图设计………………………………………………………………………55

参考文献……………………………………………………………………….58

外文原文……………………………………………………………………….59

外文译文……………………………………………………………………….69

致谢…………………………………………………………………………….77

附录1PLC外部接线图…………………………………………………….78

附录2电气图……………………………………………………………….79

一、绪论

1.1项目研究的背景

在机械成品和半成品加工过程中，为了及时而准确的产品的零部件，往往需要在自己的产品上标以明显的标志或记号，因此标记打印加工是机械制造的重要工序之一。

过去，大多靠手工在产品上建立各种字符，图形等。

采用人工方式速度慢，图像单调，在复杂的环境下难以进行，不利用现代化操作流程。

随着计算机技术、自动控制技术、传动技术及CAD技术的发展，在成批、大量的现代化生产过程中，标记设备采用自动控制方式已成为主流。

这种标记设备称之为喷码机。

传统的工业零部件标记打印，一般多是采用字模冲压、电化学腐蚀、电火花加工。

这些方法，不仅效率低、不美观，而且防伪性差，很难达到同一规格，所以废品率极高，尤其难以适应现代化大生产的需求。

激光打印技术，虽然较好的克服了传统工艺的许多缺点，但由于受到激光器本身寿命低与在环境恶劣的生产现场缺乏长期稳定性工作特点的制约；同时，由于有色金属对激光的吸收较差，打印深度浅，所以这一方法不能满足生产实际的需求，除了特殊材料如金刚石、硬质金属或对打印深度无特别要求的场景外，未能得到普及推广。

为了弥补上述方法之不足，适应现代化大批、大量生产的需要，出现了一种全新的工业标记打印工艺-----气动标记打印工艺。

从1988年之后，这工艺便在一些西方国家相继采用，特别是在汽车、摩托车行业得到迅速推广。

像美、日、意、德、法、等国的通用、福特、克莱斯勒、本田、菲亚特、奔驰、标致、雪铁龙、雅马哈等汽车、摩托制造厂，均都大量采用。

我国汽车、摩托车（集团）公司近年来也有了应用与发展。

相比较而言，气动和电动相结合的方式由于结构简单。

成本低，可控性好，速度快，特别适合与标记速度有较严格要求的流水线作业场合，并能方便的控制标记内容的深度。

1.1.1喷码机概述

喷码机是一种通过软件控制，使用非接触方式在产品上进行标识的设备。

从喷码机所用耗材来分类：

一类是墨水喷码机；一类是非墨水喷码机（激光喷码机）；从工作形态来分：

一类为在线式喷码机，主要是给流水生产线配套用；一类移动式喷码机，就是被喷物体不动，喷码机动，类似市场上出现手持喷码机。

目前中国市场上有进口机器、国产机器以及合资机器。

最近几年，国产喷码机增长强劲，有些性能以及或者超过进口喷码机。

喷码机以应用范围广泛、适用性强被广大用户接受。

（1）喷码机的工作原理

①连续喷射式喷码机

（continueinkjetprinter）简称cij式。

　　连续式喷码机（inkjetprinter）是一种由软件控制，非接触式喷墨标识系统。

其通过控制内部齿轮泵或由机器外部供应压缩气体，向系统内墨水施加一定压力，使墨水经由一个几十微米孔径喷嘴射出。

并由加在喷嘴上方晶体振荡信号将射出连续墨线分裂成频率相同，大小相等，间距一定的墨滴，然后，墨滴在经过充电电极时被分别充电，其所带电量大小由中央处理器CPU进行控制；再经过检测电极检测墨滴实际所带电量与相位是否正确；最后，带电墨滴在偏转电极形成偏转电场中发生偏转，从喷头处射出，分别打在产品表面不同位置，形成所需各种文字，图案等标识。

而没有被充电墨滴则打入回收槽，重新进入机器内部的墨水循环系统。

　　因为油墨喷射是连续式的，连续式喷墨编码机可以使用许多类型的油墨，特别是那些干燥速度非常快的油墨（1秒以内）。

因此连续式喷墨编码技术对于那些在印码后需要迅速处理的具有非渗透性表面的产品（比如说罐头和塑料）的印码是非常理想的。

此外还可以使用颜色更鲜明的颜料油墨。

　　由于连续式喷印有著相对较高的喷射速度，通常连续式喷印的喷印距离比脉冲式喷印的喷印距离（一般超过10mm）远得多，而喷印质量却不会下降，这样喷头位置的放置就可以有较大的选择余地。

　　大多数工业喷墨系统使用cij技术。

工业cij喷印系统的速度可达到每分钟1000英尺，比dod快得多，但是图像的质量也比应用dod技术的要低。

cij对于大量直邮订单操作，食品、饮料、药物和美容的包装印刷产品的编号和标记，是最佳的解决方案。

它还被用于彩票的标记和编码。

②按需供墨式喷码机

（dropondemand）简称dod式。

　　工业按需供墨系统喷头由多个高精密阀门组成，在喷字时，字型相对应的阀门迅速启闭，墨水依靠内部恒定压力喷出，在运动的表面形成字符或图形。

一个数字信号在纸上产生的是一滴墨，而不是一条墨流。

最新的dod喷头，颜色在纸上以更精确的网点集合形成，与传统胶印较为近似。

因此在质量是最重要因素的四色高精密印刷，dod是最理想选择，它可以产生接近照相质量的效果。

dod的印刷速度在每分钟100到300英尺之间。

dod用途包括宽幅印刷、包装的彩色图标、购物点显示牌、织物和大幅面标识。

但在工业包装行业，由于印刷速度的限制，无法应用在高速包装流水线上。

许多公司都在研制可用于包装用途的高速dod打印设备，仅在欧洲就有将近十多个品牌。

③按需喷墨技术（dropondemand）简称DOD式。

DOD工作原理的喷码机又分为三种，压电式喷墨技术、压阀式喷墨技术、热发泡式喷墨技术

1、压电式喷墨技术：

压电式喷码机又叫高解像喷码机或者高解像喷码机。

集成的喷头上有128或更多个压电陶瓷晶体分别来控制喷嘴上的喷孔通过CPU的处理，再通过驱动板输出一连串的电信号给各个压电晶体，压电晶体产生变形，这样，油墨便从喷嘴中喷射出来，落在移动的物品表面形成点阵，从而形成文字、数字或图形。

然后，压电晶体恢复原状，新的油墨进入喷嘴。

因为每平方厘米的墨点密度很大，所以应用压电技术可以喷印在高质量的文字、复杂的徽标和条形码等信息。

　　2、压阀式喷墨技术又叫大字符喷码机；喷头有7组或者16组高精密智能微型阀门组成，在喷印时要喷印的字符或图形通过电脑主板的处理，通过输出板输出一连串的电信号给智能微型电磁阀，阀门迅速启动，墨水依靠内部恒定压力成墨点喷出，墨点在运动的配喷印物表面形成字符或图形。

④TIJ工作原理

热发泡喷墨技术（ThermalInkjetTechnolog简称TIJ。

热发泡喷墨技术是利用一个薄膜电阻器在墨水喷出区中将小于0．5％的墨水加热，形成一个汽泡。

这个汽泡以极快的速度（小于10微秒）扩展开来，迫使墨滴从喷嘴喷出。

汽泡再继续成长数微秒，便消逝回到电阻器上。

当汽泡消逝，喷嘴的墨水便缩回，接着表面张力会产生吸力，拉引新的墨水去补充到墨水喷出区中。

热发泡喷印技术，便是由这样一个整合的循环技术程序所架构出来。

（2）喷码机应用领域

当今，标识技术的应用正逐步深入每一个角落，尤其在工业方面的应用范围越来越广，应用的复杂性大为增加，使得标识成为各种行业生产中不可缺少的重要组成部分。

生产厂家对他们的产品进行标识的原因主要有以下几方面：

①有利于产品识别。

通过在产品上标注特殊的标识、品牌名称和商标图案等，可以使产品在竞争中脱颖而出，提高品牌的知名度

②产品跟踪记录的需要。

产品的批号、班次或生产日期直接印在产品上，使得每一件产品均具良好的可追溯性，大大方便企业的质量管理及产品的区域管理。

③防止假冒。

制造商常可通过对产品的标识预防、抑制假冒，新技术的应用使得那些合法生产厂商能够一直领先于制假者。

④增加产品的附加值。

在塑料管材上标识商标或生产厂家的名称意味着一种承诺，消费者通常认为这是一个质量跟踪比较完善、对产品质量负责的企业的产品。

⑤提高生产效率，降低生产成本。

喷码机在不同行业的选择（该词段由重庆喷特尔公司提供）喷码机在食品，饮料，建材，电线电缆，医药，化工，电子等等众多行业都有应用，所以，选择最适合产品种类的喷码机尤其重要。

（3）喷码机的主要机型

①小字符先点喷码机：

可以在几乎所有的行业使用，用途广泛，占有80%市场。

不适合的种类：

硅橡胶，铁氟龙等。

这类喷码机是利用油墨带电偏转的方式将油墨偏移出正常的飞行路线，射向工作物的表面，利用给墨滴充电的电量控制每一个墨滴的位置。

通常墨滴只有垂直方向的变化，必须使被喷印物和喷头相对移动，才可形成我们想要打印的资料。

它的优点：

Ⅰ.非接触

由于是喷射的油墨，与工作物表面并不需要直接接触，不会破坏被喷印物表面

Ⅱ.速度快

以汽水可乐的生产为例，每分钟可达1000瓶以上。

Ⅲ.容易编辑和修改喷印资料内容

由于是电脑控制资料，所以可以很轻易的变化资料，资料内容中可加入日期时间、流水号码、批号等会变动性的资料。

Ⅳ.应用的表面材质广泛

喷印机有各种不同的墨水可供选择，不论是纸张、塑胶、金属、玻璃、坚硬的表面或是柔软易碎的表面均可得到良好的喷印效果

②大字符喷码机：

大字符喷码机的原理与小字符喷码机完全不同，其油墨喷出的方式是利用每一个单独的阀门控制开关。

如果是7个点的喷头就有7个独立的阀门控制其喷印的字体较大，一般应用于外箱、外包装上或是大型的工件上，如粗水管或石棉板、隔热板等工件。

其优点与小字体相似，只是其工作速度较慢平均每分钟60米，依喷印字体的宽广而定。

大字符喷码机最早由welldraw公司开发制造，一般分为lc-07和lc-16型号，墨水分为水基、醇基、酮基、高温四种材质。

③高解析喷码机：

高解析喷码机在原理上属于DOD（按需供墨）式喷墨打印，一般使用XAAR公司生产的喷头，特点是喷印内容解析度高。

高解析喷印机又叫高解析喷码机、高解像喷码机，其喷头跟办公室使用的打印机是属于同一种的方式，都属于DOD式，在喷嘴上密布式排列了很多的小孔径喷孔，这一特点决定了该类机器一般采用油性墨，而油性墨只有喷在吸附性材料，如不覆膜的纸张、不覆膜的木板等，墨水才会干的快。

若是喷在塑料或者金属等非吸附性材料上，墨水干燥时间会更长。

高解像喷码机有更大范围的字符高度1.0mm--70mm

可喷印点阵式字体（针点式），高解像字体印刷体，甚至可以喷印电脑上的任意字体。

喷印速度不受字型点阵影响，最快可达到120m/min。

机器运行时，按需喷墨，墨水不循环使用，，墨水浓度始终如一。

不需添加稀释剂（溶剂），运行成本比CIJ式低。

墨水不需回收，供墨系统密封良好，避免墨水污染。

墨水直接喷出，自带压力，无需压力泵或其他设备提供压力，故障率低。

控制系统简单可靠，操作简便易于维护。

墨水不循环使用，使用环保油墨，无刺激性气味，对环境污染较小。

机器内没有大功率器件，工作时，无需散热，设备系统密闭良好，不受工作环境影响。

机器内没有易损件，维护成本相对CIJ式喷码机大幅度降低。

可扩展性强，用高解析喷码机专用的控制软件，通过windows平台编辑喷印内容和控制喷码机，操作可视化使喷码机功能更强大，也使用户操作和使用喷码机时变的更有趣。

高解析喷码机的这些优点正被市场所关注，销量不断增大。

④手持先点喷码机：

适用于板材和纸箱等大件商品和没有固定的生产流水线的产品，主要特点是用手拿着进行标示喷印比较方便，弊端：

喷印的位置不固定，美观度较差。

⑤激光先点喷码机：

适用于几乎所有的行业，对于酒类行业来讲，热灌装流水线温度很高，油墨喷码机都不适合，只能用激光喷码机来喷印。

但是使用激光喷码机进行喷印的时候，会将产品的表面损坏，所以用户在进行选择的时候应当慎重考虑。

1.1.2国外喷码机的发展

喷码机问世已有一个多世纪，从当初单一的印刷用喷码机到今天的包括印刷用喷码机、办公用喷码机和特殊用途喷码机三大类、几百个品种。

生产喷码机历史最悠久的国家是美国，其次是英、德、法等欧洲工业化国家。

五十年代，日本开始大力研制和生产各类喷码机，并在许多方面都逐步接近或赶上美国。

现在国际市场上，印刷用喷码机80℅被没过和德国占领，办公用喷码机60℅以上被日本占领，而特殊用途喷码机（主要是金属编号机）仍然由美国垄断。

七十年代中期以前，喷码机的质量主要体现在整体跳动的准确程度和喷码机的清晰度（即字面高度、字面倾斜、字脚高低的综合反映）上。

进入七十年代后期，随着喷码机的不断更新换代，印刷用喷码机也随之发生重大变革，喷码机上普遍使用的平型喷码机逐步被轮转喷码机所取代，轮转喷码机的加工技术和使用性能都远远优于平型喷码机，从而提高了产品的档次。

现在轮转喷码机已经占喷码机市场的85℅以上，而且还有上升的趋势。

由于平型喷码机在一些发展中国家仍有不小的市场，因此，美国、德国、意大利等国家在大力研制发展轮转喷码机的同时，还在积极改进平型喷码机，通过将喷码机的递加递减功能的复合，以及外观的深加工来提高产品的档次。

平型喷码机整体体积正在趋向小型化。

再就办公喷码机而言，七十年代中后期以来，随着自动化技术、微电子技术的发展，美国和日本先后研制出多功能电脑自动化喷码机。

另一方面，日本许多公司企业为满足用户多层次的需要，大力发展系列化的手动喷码机，改进表面精饰，以吸引用户。

由于日本喷码机的规格多、品种全、价格适中，因此畅销全世界。

而英国、法国则以提高使用功能和外观造型上取胜，在欧洲市场上仍处于举足轻重的地位。

这个时期喷码机的商品特性主要体现在潮流化和艺术化。

英‘法等欧洲国家的手动喷码机讲究外观造型的板直化、直线状，凌角鲜明，配以电镀精饰或喷漆着色，既古朴典雅又粗犷大方，而日本、美国则讲究造型的多样化和色调的复合化，在加以电镀精饰，有令人赏心悦目之感。

手动喷码机的艺术化大大增加了它作为办公机械商品的美学功能。

当代。

喷码机的技术特性主要体现在规格系列化和功能多样化上。

为了适应印刷机械和办公机械的更新换代上，满足用户多层次、多方面的需求。

无论是印刷喷码机还是办公喷码机以及特殊用途的喷码机，都从号码位数上、外形尺寸上、字体大小上、甚至选材档次上加以系列化。

随着高新技术的发展应用、喷码机的使用功能大为拓展，往往具有计数、复零、算术、存贮、查取、翻译、显示等十余种功能。

当前，美国、日本、德国、英国、法国、意大利等国家都在提高喷码机的附加价值。

通过改进技术，从内部结构和外观造型、表面精饰两方面下功夫，实现产品实用性与艺术性的完美结合。

目前喷码机的发展特点是：

（1）重视产品开发，使之具有雄厚的产品技术储备。

如美国的ATLANTIC/FORCE公司和ROBERTS-L