第1章緒論1.1研究背景及意義該自動貼標流水線主要負責的工作是將不干膠紙標簽（紙或金屬箔）粘貼到產(chǎn)品或包裝上。它是當下包裝生產(chǎn)的過程中極其重要的一部分。隨著中國在包裝行業(yè)的自動化水平的提高，自動貼標機對于該行業(yè)的作用也越來越重要。在中國市場的發(fā)展過程中，貼標機的發(fā)展歷程主要概括如下階段：在第一個階段，只是簡單模仿國外的貼標機，在第二個階段，我國自己研制半自動貼標機，在第三個階段，我國自己研制自動貼標機，在第四個階段，我國自己研制智能化、人性化的自動貼標機對產(chǎn)品進行貼標。通過不斷的發(fā)展我國貼標機的功能越來越完善，在19世紀，標簽工具被出版。單純的人工貼標需求已不能滿足社會大規(guī)模生產(chǎn)的出現(xiàn)，所以說貼標機的發(fā)展經(jīng)歷了半自動貼標、自動貼標和人性化三個階段的發(fā)展。半自動打標機需要手動作為輔助設備來進行貼標任務，這樣減少了手動打標的難度并且減輕勞動力，提高了貼標的工作效率。全自動貼標機是在半自動的基礎上進行改進而成的的貼標機，它無需人工即可獨立完成貼標任務，只需對設備進行定期的檢查和維護，即可實現(xiàn)自動化的貼標任務，大大提高了貼標機的效率，同時也為企業(yè)降低了運營成本。由于經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，需要在每一種商品上標明生產(chǎn)日期和其他有關產(chǎn)品的信息。并且商標是商品信息的載體，貼標機是用于對產(chǎn)品進行貼標的機器。另外，因為貼標機控制參數(shù)較多，難以控制該自動貼標機穩(wěn)定工作。此外，在包裝領域中，貼標的不合格率普遍較高，并且導致該行業(yè)無法接著發(fā)展；高效率、低功耗以及運行穩(wěn)定的自動貼標機一直是所有企業(yè)夢寐以求的。因此，在自動貼標機控制系統(tǒng)原有基礎上，繼續(xù)對其研究是非常有必要的。以進一步提高貼標生產(chǎn)線的工作效率以及運行的穩(wěn)定性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀在全自動貼標的生產(chǎn)線上中，經(jīng)常選取伺服電機以及步進電機驅動該設備中的回收輪；此外，該自動貼標設備的控制系統(tǒng)以PLC為核心?？傮w來說，給設備及其控制系統(tǒng)的成本較高。劉俊等人設計了以可編程控制器為核心的貼標器，可以實現(xiàn)無標時自動報警，對標簽不合格的產(chǎn)品進行剔除等一系列功能。在以PLC為核心的的自動貼標設備控制系統(tǒng)中，通過采用MT6070IH觸摸屏為該設備設計人機交互界面的功能，實現(xiàn)貼標機的智能化，功能化。單相調(diào)速電機和伺服電機為此設備提供執(zhí)行端的動力。此外，滕燕等人通過對全自動貼標機做了綜合系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)了貼標機在正常運行方面的需求，通過對貼標機需求的研究，和技術的不斷進步，解決了貼標機在貼標過程中所遇到的問題?，F(xiàn)階段需要面對的問題是：產(chǎn)品紙盒的運輸方式的選擇、標簽的運輸方式的選擇、如何實現(xiàn)對標簽的剝離工作、以及如何完善PLC控制系統(tǒng)。此生產(chǎn)設備的長期使用依舊穩(wěn)定且貼標效率依然保持較高的水準，表明該設備的控制系統(tǒng)非常合理。全自動貼標機是一種安全可靠的貼標機器。1.2.2國外研究現(xiàn)狀Dae-HyunCho等人研究了不同聚合物對貼標機摩擦磨損的影響因素。并且對載荷，速度，漆層的涂裝效果進行了研究。由美國威斯康星州GreenBelW和意大利Mantoa公司合作設計的自動化系統(tǒng)部門，其中包括用于p-s標簽應用的一系列旋轉標簽設備。WSPackaging公司在美國和墨西哥擁有ILTI的獨家專利權。Ahmed等人對圖像分割器的線性時間算法進行了研究。

第2章貼標機結構及控制系統(tǒng)總體設計2.1自動貼標機的工作原理下圖是對雙頭貼標機整體結構的展示，此本文設計的雙頭貼標機機構的主要組成如下：機械身、標簽出標器、基帶回收輪、標簽壓輪和剝離板組成，此外，檢測部分有檢測標簽有無泄露的標簽泄漏檢測光纖傳感器和用于檢測標簽是否定位完成的標簽定位光纖傳感器等。圖2.1自動雙頭貼標機結構自動貼標機主要分為以下幾個流程：首先將標簽卷放入標簽卷輪中以便標簽的輸送，然后讓步進電機驅動基帶回收輪來進行運轉，從而使得標簽帶可以正常輸送標簽。標簽放卷輪的運動跟隨基帶回收輪的運動，緊跟此運動之后，標簽壓輪開始工作，即貼標生產(chǎn)線中的最后一步工作：將標簽壓在需要貼標的產(chǎn)品上。它會使標簽卷輪下壓標簽卷，從而使標簽卷壓向產(chǎn)品進行貼標。如果該設備沒有被停止或者出現(xiàn)故障，則該設備會依次循環(huán)以上的動作。雙頭貼標生產(chǎn)線中的各組成部分的功能如下：（1）標簽的傳遞輪：帶動標簽的傳動功能。（2）對基帶進行回收的輪子：用于間歇拖動標簽放卷輪，完成標簽帶輸送標簽的動作。（3）對標簽進行壓平的輪子：將貼標完成的商品進行對商標按壓。（4）對標簽進行定位的光纖傳感器：完成對標簽的定位工作，檢查變遷位置并向控制器發(fā)出相應信號，PLC根據(jù)接收到的信號向基帶回收輪發(fā)出相應的指令。（6）剝離板：將檢測到的貼標不合格的產(chǎn)品，通過剝離板給剔除出去。2.2貼標機控制系統(tǒng)總體設計自動貼標機控制系統(tǒng)如下圖。該控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。①檢測信號的傳感器；包括檢測標簽位置的定位光纖傳感器和檢測標簽有無貼到產(chǎn)品上的漏貼標簽定位光纖傳感器。②輸出驅動控制；標簽基帶回收輪驅動和壓標簽電磁鐵驅動。標簽基帶回收輪驅動標簽基帶回收輪驅動漏貼標簽定位光纖定位標簽光纖貼標控制器PLC漏貼標簽定位光纖定位標簽光纖貼標控制器PLC壓標簽電磁鐵驅動壓標簽電磁鐵驅動圖2.2貼標機控制系統(tǒng)框圖貼標機控制部分的結構圖如下所示。通過牽引機構帶動基紙回收機構的運動，從而使整個貼標機進行運動，帶動標簽的輸送到貼標商品的位置，然后將貼好標簽但不合格的商品通過檢測進行剔除。圖2.3貼標機控制部件示意圖雙頭貼標機控制方法有自動控制方式和手動控制方式兩種。（1）自動模式：啟動貼標機系統(tǒng)后，標簽卷放入標簽卷輪中以便標簽的輸送，然后讓步進電機驅動基帶回收輪來進行運轉，從而使得標簽帶可以正常輸送標簽。標簽放卷輪的運動跟隨基帶回收輪的運動，緊跟此運動之后，標簽壓輪開始工作，即貼標生產(chǎn)線中的最后一步工作：將標簽壓在需要貼標的產(chǎn)品上。它會使標簽卷輪下壓標簽卷，從而使標簽卷壓向產(chǎn)品進行貼標。（2）手動模式：當進行對商品的貼標時，首先是對雙頭貼標機的手動啟動，當遇到安全系統(tǒng)報警時，對雙頭貼標機進行手動停止。當貼標完成后進行對貼標機手動的停止工作運行。2.3工藝流程雙頭貼標機控制系統(tǒng)的工藝流程：剔除卷瓶出標傳送標簽檢測各部件狀態(tài)剔除卷瓶出標傳送標簽檢測各部件狀態(tài)圖2.4工藝流程圖檢測各部件狀態(tài)：首先在工作之前，我們要確保機器能夠安全生產(chǎn)，我們必須要檢測各部件是否存在安全報警，如果有要及時進行修理，讓每個部件都處于安全狀態(tài)，這樣我們才能開啟機器。傳送標簽：通過電機的動力，讓傳送帶把標簽傳送到等待貼標的物品的位置處，從而實現(xiàn)貼標。出標：當標簽傳送到所要貼標物品的位置時，立刻將標簽貼在該物品上。卷瓶：物品貼上標簽以后，我們要保證所貼標簽能夠平整的粘貼在物品上，所以我們需要設計一個卷瓶裝置。通過一個推板來讓標簽更平整的粘貼在物品上。剔除：通過檢測裝置，來檢測貼標不合格的物品，將不合格的物品進行剔除，從而得到貼標合格的物品，從而確保貼標機對商品的貼標率。第3章硬件設計按照貼標機控制器硬件接口的需求，設計出雙頭貼標機的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成為主控芯片、步進電機的驅動電路、電源電路、電磁鐵的驅動電路、人機交互通信電路、光纖輸入信號檢測電路、IO輸入輸出電路。電源電路電源電路人機交互通訊電路人機交互通訊電路主控芯片 3.3V24V主控芯片步進電機驅動電路步進電機驅動電路貼標請求貼標請求電磁鐵驅動電路光纖信號檢測電路電磁鐵驅動電路光纖信號檢測電路圖3.1貼標控制器硬件框圖3.1硬件部件設計3.1.1PLC的選型和配置可編程程序的控制器很早就在開關數(shù)量控制方面進行應用，現(xiàn)代的可編程邏輯控制器是在微處理器的基礎上形成的，它的主要功能是把計算機技術和工業(yè)技術合在一起進行應用。在設計PLC的系統(tǒng)時，首先我們應該做的就設計出一個控制方案，然后選擇一個適合本系統(tǒng)的PLC。PLC的選取需要根據(jù)設備的控制要求來決定；此外PLC具有非常豐富的內(nèi)部功能與外部擴展模塊。所以PLC的選擇需要綜合考慮。對控制流程進行詳細分析之后，我們就可以定義以及確定定義所需的作業(yè)控制任務，通過對控制系統(tǒng)要求的分析，可以推算出PLC的輸入和輸出的點數(shù)，從而我們就可以確定PLC的存儲量，最后我們選擇出符合貼標機控制系統(tǒng)設計要求的PLC。圖3.2可編程控制器總體結構示意圖通常PLC選型的依據(jù)有：（1）估計輸入輸出點數(shù)（I/O）；（2）估計存儲容量；（3）控制函數(shù)的選擇；（4）選擇設備型號；①PLC的主要類型：整體型、模塊型；②對輸入輸出模塊的選擇；③使用電源的選擇：一般PLC選擇220VAC作為電源，其他的應用場合，應該選用不間斷電源或者穩(wěn)壓電源；（5）經(jīng)濟因素購買PLC，首要考慮的還是性價比的問題。在完成所要求的功能后，還需要考慮是否符合經(jīng)濟性、I/O口的分配是否符合該控制系統(tǒng)的要求、是否具有可操作性等因素，通過比較和綜合考慮，選擇與系統(tǒng)相適配的PLC。根據(jù)結合上述的PLC選型原則與該系統(tǒng)需要完成的控制功能，本文選擇西門子S7-200系列PLC，因為它的結構比較緊湊、具有非常好的擴展性、指令功能也非常強，并且它的經(jīng)濟實用性也比較好，非常適合大眾。其S7-200PLC實物圖如下所示。圖3.3西門子S7-200PLC實物圖就SIMATICS7-200PLC系統(tǒng)而言，SIMATICS7-200PLC主要具有多種優(yōu)勢：它具有強大的性能功能；結構非常緊湊，對小空間的應用程序都非常適合；因為它具有最佳模塊和所有CPU型號所具有的高級功能；并且還具有多樣式開放的通信方式，它還可以儲存大容量的程序和數(shù)據(jù)。S7-200PLC提供多種類型的CPU，可以適用于不同的應用場合，不同CPU的性能參數(shù)如下所示。表3.1S7-200PLC的技術指標特性CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226*M外形尺寸（mm）90*80*6090*80*62120.5*80*62190*80*62190*80*62程序存儲區(qū)（字)20482048409640968192數(shù)據(jù)存儲區(qū)（字）10241024256025605120掉電保持時間（小時）5050190190190本機I/O（入/出）6/48/614/1024/1624/16擴展模塊數(shù)量02777脈沖輸出DC（KHz）2路202路202路202路202路20模擬電位器11222實時時鐘配時鐘卡配時鐘卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1RS4851RS4851RS4852RS4852RS485浮點數(shù)運算有S7-200系列PLC中CPU的供電方式：直流DC24V、交流AC220V。其中直流電壓在20.4~28.8V之間，交流電壓在85~264V之間。對于直流電源，其中CPU集成數(shù)字量的輸出是晶體管型的信號；而對于交流電源，PLC中CPU集成數(shù)字量的輸出是繼電器型的信號；其中集成數(shù)字量是由24V電壓輸入。兩種供電方式的接線圖如下所示。圖3.4兩種供電類型的接線圖根據(jù)上表對西門s7-200系列PLC的各個CPU技術指標的對比，本文選擇的芯片是CPU226。3.1.2I/O口地址分配表3.3控制系統(tǒng)I/O分配表輸入端口用途輸出端口用途I0.0自動模式Q0.0貼標脈沖信號IO.1手動模式Q0.1標簽脈沖信號I0.2急停Q0.2貼標方向信號I0.3來瓶檢測信號Q0.3標簽方向信號I0.4標簽檢測檢測信號Q0.4漏標剔除電磁閥工作I0.5貼標前進限位Q0.5I0.6貼標后退限位Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1貼標手動啟動Q1.1I1.2貼標手動停止Q1.2I1.3標簽手動啟動Q1.3I1.4標簽手動停止Q1.4I1.5貼標方向選擇Q1.5I1.6剔除電磁閥手動控制Q1.63.1.3定位光纖傳感器設計光導纖敏元件的工作原理是通過光纖將光信號傳送到調(diào)制器，這樣被測物理量的參數(shù)和被測物理量之間就會發(fā)生交互作用，從而改變被測物理量的特性，變成調(diào)制信號，然后再通過光導纖敏元件傳送到光檢測器。由傳感器的檢測信號以及傳送信號的工作方式，我們將傳感器分為有功能的和無功能的二大類。此次設備選用的是有功能的傳感器中被工業(yè)普遍使用的布拉格光柵的光纖傳感器。其具體型號為FS-V31，實物圖如下。圖3.5基恩士FS-V31光纖傳感器FS-V31光纖傳感器，其工作參數(shù)如表2-1所示。表3.2FS-V31光纖傳感器參數(shù)型號輸出方式輸出導線工作電壓工作電流FS-V31NPN2M5-40VDC50mA傳感器的輸出方式由NPN型和PNP型兩中，分別簡稱為N型和P型。其區(qū)別為：信號端的輸出是正電壓還是負電壓。FS-V31型光纖傳感器輸出接口電路如下圖所示。需要特別說明的是，開關信號線是NPN三極管的形式進行輸出的，因此需要控制器端和加載負載電路形成回路。圖3.6FS-V31輸出電路接口圖3.1.4回收輪電機的設計標簽的回收是通過回收輪順時針旋轉的方式來進行對標簽的回收，所以回收輪的電機應該選擇旋轉電機。旋轉電動機通常根據(jù)電動機的使用進行分類。因為步進電機具有定位控制的功能，又因為它的價格比較低，所以我們選擇步進電機作為貼紙回收輪的驅動電機。此次設計采用上海明志23HS1.8度系列的電機，這種電機是一種兩相混合的步進電機，主要參數(shù)見下表所示。因為需要的輪載力矩回收較少，要求安裝空間較小，根據(jù)要求所需我們選擇23HS0421-01步進電機。表3.3步進電機參數(shù)型號長度(mm)靜力矩(Nm)電流(A)電阻(Ω)重量(kg)23HS0421-01410.62.21.80.4223HS0421-02541.22.22.40.623HS2450-01761.82.22.9123HS2450-02410.64.50.480.4223HS3455-01541.24.50.630.623HS3455-02761.84.50.751步進電機外觀圖，如下圖所示。圖3.7步進電機外觀圖3.1.5壓標電磁鐵的設計壓標機壓標輪驅動負荷較小，但動作速度要求高，故選用電磁鐵作為壓標輪的驅動執(zhí)行機構。電磁式驅動器是根據(jù)電磁效應原理設計制造的一種驅動器。將線圈繞于鐵芯外部，當線圈通路上有電流時，就會產(chǎn)生磁場，因此又稱電磁鐵。電磁學在我們的日常生活中有著非常廣泛的應用，本系統(tǒng)選用磯法牌JF-0530B24V型推拉式直流電磁學，實物圖如下。圖3.8電磁鐵外觀圖該電磁鐵詳細參數(shù)如下表所示。表3.4電磁鐵參數(shù)型號電壓電流吸力行程重量JF-0530B24V24V300mA5N10mm0.07kg3.2硬件電路設計3.2.1電源電路在該雙頭貼標機控制器中需要3個電源。具體電源電路圖如下。（a）24V電源回路（b）5V電源回路圖3.9雙頭貼標機控制器電源電路（1）24V電源回路在24V電源回路中如圖（a），節(jié)點V24表示為控制器的供電電源?？刂破鞯?4V電源從端口J1引入，并且該電源通過保險管F1結點之后才可以正式為控制器供電。在該電路中，元器件C1為470uF/SOV的電解電容，其放在電路此處的作用是低頻濾波。在電路中放置電流保險管如上圖的F1元器件，其作用是防止控制器電路發(fā)生短路引起過流甚至燒毀元器件的現(xiàn)象，保護電路。（2）5V電源回路在5V電源回路中如圖（b），節(jié)點VCC表示為控制器的供電電源。為了防止工作人員在連接電路時出現(xiàn)錯誤，例如：將電源的正負極反接于電路。在該電路中應用了可以將外界為24V的電壓轉化為5V的電壓電路。在該子電路中采用了一個二極管為圖中的DI元器件，其采用SMA封裝；在此利用二極管獨有的正向連接時電路相同、反向連接時截至的特性，可以完全避免因為電源反接導致電路出現(xiàn)的各種故障。同時在該子電路中使用了電源芯片LM2576將24V的電壓降低到5V。通常情況，控制器電路回路中的電流穩(wěn)定在100毫安，但是在該電路中采用了將壓子電路，約有19V的較大的電壓差。所以線性穩(wěn)壓芯片與該電路完全不適配，在該電路中采用開關性電源芯片與該電路的適配性很高，相應的效率也會提高不少，因此本文在此選擇LM2576穩(wěn)壓芯片。其主要參數(shù)在下方列出。（1）最大電流：3A（2）振動頻率：52kHZ（3）轉換效率：75%-88%（4）輸入電壓：5V-45V（5）輸出電壓：5V（3）3.3V電源電路圖中控制電路的節(jié)點+3.3V為電源輸入節(jié)點3.3V。3.3V電源輸出主要由兩部分組成。其一是三端穩(wěn)壓器AMS117-3.3；其二是正向且低壓降的穩(wěn)壓器為AMS1117-3.3。總電壓輸出為3.3V。AMS1117-3.3主要參數(shù)如下所示：（1）輸出電壓：3.267V～3.333V；（2）調(diào)整電壓：10mV；（3）電流：0.9A～1.5A芯片輸出端采用AMS1117-3.3單片機并聯(lián)100uF和1uF電容進行電源濾波，提高了3.3V供電質量。3.2.2步進電機驅動電路本文將TB6560選作為步進電機的驅動芯片，是因為其有以下優(yōu)點。①該芯片的集成度很高，不用另加元器件；②該芯片的功耗較小，節(jié)約能源等等。因此，圍繞該驅動芯片對外圍電路進行設計與優(yōu)化，就可以成為低功耗、高性能以及使用簡便的步進電機驅動模塊。TB6560驅動芯片主要參數(shù)如下表。（1）驅動橋方式：雙全橋MOSFET驅動（2）耐壓：40V（3）峰值電流：3.5A（4）電機細分方式可配置（5）保護功能：溫度保護及過流保護基于TB6560產(chǎn)品與其他元件的設計手冊，可以設計出以TB6560驅動芯片為核心的步進電機驅動模塊，該模塊的電路原理圖如下。圖3.10TB6560AHQ驅動電路圖在上面的電路原理圖中，TQ1和TQ2兩個管腳均為步進電機配置力矩。具體配置的力矩值如下表?？捎绍浖唧w設置通過的電流比值。表3.5力矩配置表TQ2TQ1電流值LL100%LH75%HL50%HH20%在上面的電路原理圖中，M1和M2為細分數(shù)選擇，配置表如表下所示。本系統(tǒng)配置為1/8細分。表3.6細分配置表M2M1細分00整步01二分一10十六分一11八分一在上面的電路原理圖中，DCY1和DCY2兩個管腳為衰減分配口，此處配置慢衰減。對這兩個管腳的具體分配如下表所示。表3.7衰減配置表DECY2DECY1衰減00快0125%快1050%快11慢衰減CLK端是步進電機的脈沖接收端口，因此脈沖只有從此端口輸入才可以控制該步進點擊?？刂撇竭M電機電子轉動方向的指令只可以由CW/CCW端識別并接受?？刂撇竭M電機電子轉動力矩的指令只可以由ENABLE端識別并接受。并且上述三個端口均受MCU控制。OSC管腳控制PWM斬波頻率。若選取的電容值C=1000pF，則PWM斬波頻率f=44kHz；選取C=330pF，則f=130kHz。對相電流的檢測是必不可少的一個環(huán)節(jié)。在此本文選取NFA和NFB兩個管腳對其進行檢測工作。此外，在檢測相電流時，要求這兩個管腳均串聯(lián)一個阻值不小于0.2歐姆的電阻。經(jīng)查閱文獻得出該電路中電阻與電流的配置關系，其配置關系如下：當電阻選擇值為0.2Ω/1W，電流I=2.5A，依次是0.22Ω/1W與2.0A；0.3Ω/1W與1.5A；0.35Ω/1W與1.25A。由此可知，在此出選擇串聯(lián)的電阻阻值越大，電路中的相電流越小。此外，由于流經(jīng)該步進電機的電流約為2安培，因此需要將電阻阻值配置為0.22歐姆。3.2.3電磁鐵驅動電路電磁鐵驅動電路設計如下圖所示。圖3.11電磁鐵驅動電路圖從圖中可以看出，該驅動電路的控制方法為通過TLP521光電耦合器間接實現(xiàn)對繼電器通斷的控制。TLP521主要特性參數(shù)如下表所示。表3.8TLP521主要參數(shù)參數(shù)IFVCEOIcTjtrtf額定值70mA55V50mA125°C2us3us3.2.4數(shù)碼管按鍵電路在對該自動貼標設備中的人機交互系統(tǒng)設計中。實現(xiàn)人機通信的方式為IIC與按鍵數(shù)字管模塊。其電源要求為直流3.3V，模塊端口有GND端口、STB控制端口、SCLK端口和SDA端口。IIC通信接口電路如下圖所示。圖3.12MCU端IIC通訊電路在按鍵數(shù)碼管的模塊中，是靠外界來提供動力的，所以我們一般是采用芯片TM168來為它提供所需要的動力。TM168構件的里面是設有鍵盤掃描器的，它還有LED數(shù)碼管專用的電路，無須另加設備也可以在人機交互子系統(tǒng)中迅速實現(xiàn)數(shù)碼管按鍵顯示功能。TM168主要參數(shù)如下：（1）顯示模式：10段×8位；（2）鍵掃描：（8×3bit）；（3）串行接口：CLK，STB，DIO；（4）內(nèi)置上電復位電路。TM1638得引腳說明如下表所示。表3.9TM168引腳說明符號引腳名稱說明DIO數(shù)據(jù)輸入/數(shù)據(jù)輸出在時鐘上升沿，從低位開始STB片選初始化CLK時鐘輸入上升沿輸入/輸出串行數(shù)據(jù)。K1～K3鍵掃數(shù)據(jù)輸入輸入數(shù)據(jù)，顯示周期結束后被鎖存Seg1～seg8段輸出段輸出,P管開漏輸出Seg9～Seg10段輸出段輸出，P管開漏輸出Grid1～Grid8段輸出位輸出，N管開漏輸出VDD邏輯電源5V±10%GND邏輯地接系統(tǒng)地應用TM168專用驅動芯片設計得按鍵數(shù)碼管模塊如下所示。圖3.13TM168數(shù)碼管電路圖3.14TM168按鍵電路

第4章軟件設計4.1Step7Micro/WIN32簡介該自動貼標機系統(tǒng)選用的控制器為西門子S7-200系列的PLC，然而西門子的官方的博圖編程軟件，編程麻煩且對電腦性能要求較高。因此，本文選擇的編程軟件為STEP7-Micro/WIN32。該軟件完全滿足西門子S7-200PLC的編程需要。此外，Micro/WIN32編程軟件與Windows系統(tǒng)完全適配。它除可以編輯程序的功能之外，兼有強大的監(jiān)控功能，實時監(jiān)控程序的運行狀態(tài)。STEP7-Micro/WIN32的主界面如下所示。圖4.1STEP7-Micro/WIN32的主界面STEP7-Micro/WIN32的默認主界面的z主要構成如下：菜單欄、用戶窗口、瀏覽欄、狀態(tài)欄、工具欄、指令樹、輸出窗口。STEP7-Micro/WIN32作為基于Windows系統(tǒng)的PLC編程軟件，其具有以下幾種強大功能：①進入脫機（離線）模式；在該模式下可以通過編程軟件對原有的PLC程序或者原有的參數(shù)進行修改，修改完成之后退出該模式，并下載至PLC中即可，因為PLC與PC機在該模式下依然連接但是無法通信。②直接進入聯(lián)機模式；在該模式下PLC與PC機保持連接就可以完成相互之間的通信。以進行下載、上傳程序和其他配置參數(shù)等動作。③具備語法檢查功能；若程序輸入有無或者不符合邏輯，該軟件會自動在相應位置做出標記，以供用戶更改。④具有文件加密功能；可以更好的保護用戶程序。4.2主程序設計當系統(tǒng)通電之后，PLC首先會向控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使系統(tǒng)進入初始化狀態(tài)。初始化的有包括高速計數(shù)器、相關變量、運動軸以及中斷等等。此外，系統(tǒng)的初始化還會啟用AXISO_CTRL命令?？刂葡到y(tǒng)的初始化完成之后，傳感器開始檢測功能，當被貼物被輸送過來時，傳感器檢測到，并將檢測到的信號轉化成數(shù)字信號傳送至PLC。PLC接收到信號后，就會向高速脈沖計數(shù)器發(fā)出啟動指令，計數(shù)器開始運行，計算編碼器的脈沖輸出總數(shù)，其中編碼器放置在傳送帶上。這樣一來可以方便的跟蹤被貼物的位置。當高速計數(shù)器的計數(shù)器數(shù)值與預設值一致時，標簽機構的伺服馬達起動，標簽底紙移動。電子眼探測到標簽間的空隙時，伺服發(fā)動機在規(guī)定的距離停止工作，并且標簽處理結束。一直等到下一個插入的對象通過并且重復這個動作。主程序流程圖見下圖。開始開始初始化初始化是否檢測到被貼物 否是否檢測到被貼物HSC2啟動，開始計數(shù) 是HSC2啟動，開始計數(shù)HSC2是否等于預設值 否HSC2是否等于預設值出標機構伺服電機啟動是出標機構伺服電機啟動標簽底紙運動，標簽與底紙分離標簽底紙運動，標簽與底紙分離是否檢測到標簽間的縫隙是否檢測到標簽間的縫隙 否是伺服電機運動一定距離后停止伺服電機運動一定距離后停止貼標過程完成貼標過程完成結束結束圖4.2主程序流程圖4.3控制程序設計整個標簽系統(tǒng)的控制程序具體包括：自動模式、手動模式、急停模式和漏標剔除控制。手動模式：進行貼標手動啟動和手動停止，手動模式中又包括對貼標方向的選擇。自動模式：在自動模式下，檢測來瓶信號，從而進行貼標控制，完成貼標后后退。急停模式：當遇到緊急情況，貼標機自動啟動急停模式。漏標剔除控制模式：當完成貼標時，啟動漏標剔除控制模式，對漏標的不合格產(chǎn)品進行剔除。保證貼標的合格率。第5章系統(tǒng)的模擬仿真5.1硬件調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)的運行過程和控制方法，對貼標機的貼標動作進行模擬仿真分析。本文將對貼標系統(tǒng)的模擬，重點放在了PC機分別與掃描器和打印機的通信、設計標簽的過程以及標簽信息的輸入過程上。5.2軟件調(diào)試基于工廠里現(xiàn)有的貼標生產(chǎn)線以及貼標設備的控制系統(tǒng)，對貼標工作進行模擬。模擬過程如下。第一步：在系統(tǒng)中輸入不盡相同的九位數(shù)的條碼，例如：代表雞翅的100000001九位數(shù)條碼和代表杏鮑菇的100000002九位數(shù)條碼。第二步：打開軟件b1d.BRAIN來進行標簽的設計，分別對100000001條碼和10000002條碼中含有的商品信息進行設計與編輯。標簽設計完成的效果如下圖所示：（a）、（b）分別為100000001條碼以及10000002條碼含有的信息。（a）代表商品雞翅標簽樣式（b）代表商品杏鮑菇的標簽樣式圖5.1商品標簽設計樣式第三步：將設計好的標簽依次發(fā)送到標簽打印機中，步驟方法如下圖所示。圖5.2標簽發(fā)送到打印機設備第四步：建立打印標簽的打印機與PC機之間的通信回路，以保持PC機與打印機之間的正常通信。該通信回路建立完成之后，就可以通過PC機實現(xiàn)對負責打印標簽的打印機的遠程控制。該遠程控制的操作界面如下圖所示。圖5.3標簽發(fā)打印機的遠程操作面板當工作人員進入遠程控制的操作界面后，需要第一檢查標簽的信息有無成功輸入或者有無錯誤存在，尤其是上一步對標簽的信息定義。檢查無誤之后，就可以記錄在PLC中，最后就可以按照先后順序將與各個商品對應的標簽打印出。標簽打印出來的效果圖如下。圖5.4打印出來標簽第五步：在確定打印出的標簽沒有任何錯誤之后，就可以開始對此通信回路設置通訊參數(shù)。該回路包括條碼掃描器、PC機和標簽打印機。從實際模擬上來說，該標簽打印機在使用的時候，其數(shù)據(jù)位會被取消，所以該校驗為奇校驗。此外，由于標簽打印機采用手動控制的方式，缺點就是條形碼無法自動輸送；但是，經(jīng)過手動輸送條形碼后，可以控制標簽按照條形碼的改變而做出相應的變化并自動打印出來。第六步：確認PC機和條形碼掃描器之間的通信回路無誤后，在開始對其進行調(diào)試。下圖為調(diào)試界面。圖5.5條形碼掃描調(diào)試從圖中可以看出，該系統(tǒng)中共有兩種方式可以接收到上述的條形碼。一種是被廣泛使用的ASCII碼接收，如：10000001；另一種是采用十六進制接收，如：313030303031。由于在本模擬仿真中，采用的是BIZER開發(fā)的打印機設備，該打印設備與其他品牌的打印設備相比較為特殊，因為其對條形碼格式也有要求，具體要求如下：首先，它與其他打印設備相比，不能接收ASCII碼，只可以識別十六進制表示的條形碼；其次，在接收十六進制表示的條形碼時，除02開頭并以03結尾之外的十六進制條形碼均不可接收。如：02313030303030303103。所以，工作人員只有在原有的條形碼的開頭加上02、末尾加上03才可以發(fā)送條形碼，而某些品牌的打印設備并不需要重復此操作。第七步：條形碼格式是由串口調(diào)試軟件編輯的，編輯工作完成之后，點擊發(fā)送按鈕。然后就在PC機上的關于標簽打印設備的遠程控制界面上觀察PLC的變化，PLC有無發(fā)出切換條形碼的指令，條形碼掃描后標簽自動切換圖如下。圖5.6條形碼掃描后標簽自動切換PLC有發(fā)出切換條形碼的指令，并且條形碼信息成功切換后，點擊打印按鈕，(在這里如果采用的打印設備可以自動控制，那么打印機會在切換條形碼的時候，同時進行標簽打印工作)，該系統(tǒng)的模擬仿真完成。本文在對貼標系統(tǒng)的模擬仿真中，主要模擬了兩部分。一是自動貼標功能；二是當掃描器掃描到條形碼后，會向PLC發(fā)出信號，PLC在發(fā)出控制指令，使得標簽自動切換并打印。兩部分成功的模擬說明驗本文的方法可行。通過這次實驗，為以后在掃碼雙面雙頭貼標機上進行研究打下了基礎?？偨Y此貼標機的設計主要分為硬件設計和軟件設計。硬件是各各器件的選型，需要考慮經(jīng)濟性能各方面的因素，要選出一個最適合貼標機的器件。本設計中選用的是西門子S7-200PLC，對貼片機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)進行了軟件設計，并對貼片機任務管理系統(tǒng)進行了設計。在此基礎上，對西門子S7-200SmartPLC、伺服電機及西門子SMARTLINE觸摸屏的控制系統(tǒng)進行設計，通過對雙頭貼標機的工作原理進行分析，提出了基于西門子S7-200SmartPLC的雙頭貼標機控制系統(tǒng)。通過對雙頭貼標機出標機構運動的分析，利用S7-200PLC的控制系統(tǒng)，完成了對出標機構伺服電機的運動控制，從而實現(xiàn)了貼標功能。在此基礎上，對雙頭貼標機的控制系統(tǒng)進行測試，測試結果表明了貼標機控制系統(tǒng)的各項性能指標均達到了設計要求，具有推廣應用的價值。參考文獻[1]Dae-HyunCho;BharatBhushan.Frictionandwearofvariouspolymerpairsusedforlabelandwiperinlabelingmachine.2016:10-19.[2]Anonymous.WSPackagingToSupplyLabels&LabelingMachines[J].Paper,FilmandFoilConverter.2011:122-126.[3]CSFahn,KLLin.Methodforlabelingconnectedcomponentsandcomputersystemusingthemethod.2013:233-237.[4]MichaelGurney.Controlsystemretrofitextendsoldlabelingmachinelife,improvingthroughput25070[J].InTech,2013,60(1):52.[5]朱飛虎.基于多線程的自動貼標機通訊系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機,2015,000(004):81-82.[6]程瑞,張秀艷,薄濤,等.平面貼標機的設計[J].價值工程,2017(17):118-119.[7]劉方,吳吉平,陳維克,等.全自動卷筒型煙花貼標機設計[J].綠