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PLC前沿技術(shù)討論
托馬斯.J.拜耶斯 美國 普林斯頓大學(xué) 電氣測(cè)試與應(yīng)用專業(yè)
Email：t_byers@hotmail.com
2011.10.31接收，2011.11.1修改2011.11.9收錄
摘要
這篇文章主要介紹基于PLC控制系統(tǒng)的對(duì)傳統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。為了整體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，必須分作兩部分介紹，第一部分是PLC軟件設(shè)計(jì)，第二部分是基于試驗(yàn)程序相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)。該P(yáng)LC系統(tǒng)使用LS工業(yè)控制系統(tǒng)公司的GM7-DR40A系列24/16數(shù)字端口以及單一類似I/O模塊，兩個(gè)atonic公司的光電傳感器：一個(gè)要有BR100-DDT-P模型，另一個(gè)要有BEN10M-TFR模型。一個(gè)測(cè)試過的具有5向靈敏度的接近開關(guān)。四個(gè)由CD4511B驅(qū)動(dòng)的7段BCD-CMOS管。兩極和三極繼電器各一個(gè)，六個(gè)電壓表和一個(gè)電流表。一個(gè)直流電機(jī)一個(gè)24V直流電源，導(dǎo)線若干，按鈕若干。通過執(zhí)行24組經(jīng)典控制實(shí)驗(yàn)可以得到可信的結(jié)果，以前由PID實(shí)現(xiàn)的實(shí)用系統(tǒng)現(xiàn)在可以由PLC實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng) 光電傳感器
1．PLC介紹
PLCS（可編程邏輯控制器）是用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)和過程的可控網(wǎng)絡(luò)集線器。他們包含多個(gè)輸入輸出，輸入輸出是用晶體管和其它電路，模擬開關(guān)和繼電器來控制設(shè)備的。PLCS用軟件接口，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算器接口，專門的語言和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備編程。
可編程邏輯控制器I/O通道規(guī)則包括所有的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)，擴(kuò)展能力和最大數(shù)量的通道。觸點(diǎn)數(shù)量是輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的總和。PLCS可以指定這些值的任何可能的組合。擴(kuò)展單元可以被堆?；蚧ハ噙B接來增加總的控制能力。最大數(shù)量的通道是在一個(gè)擴(kuò)展系統(tǒng)中輸入和輸出通道的最大總數(shù)量。PLC系統(tǒng)規(guī)則包括掃描時(shí)間，指令數(shù)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)。掃描時(shí)間是 PLC需要的用來檢測(cè)輸入輸出模塊的時(shí)間。指令是用于PLC軟件（例如數(shù)學(xué)運(yùn)算）的標(biāo)準(zhǔn)操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。程序存儲(chǔ)是控制軟件的能力。
用于可編程邏輯控制器的輸入設(shè)備包括DC，AC，中間繼電器，熱電偶，RTD，頻率或脈沖，晶體管和中斷信號(hào)輸入；輸出設(shè)備包括DC，AC，繼電器，中間繼電器，頻率或脈沖，晶體管，三端雙向可控硅開關(guān)元件；PLC的編程設(shè)備包括控制面板，手柄和計(jì)算機(jī)。
可編程邏輯控制器用各種軟件編程語言來控制。這些語言包括IEC61131-3，順序執(zhí)行表（SFC），動(dòng)作方塊圖（FBD），梯形圖（LD），結(jié)構(gòu)文本（ST），指令序列（IL），繼電器梯形圖（RIL），流程圖，C語言和Basic語言。IEC61131-3編程環(huán)境能支持五種語言，用國際標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范，分別為SFC，F(xiàn)BD，LD，ST和IL。這便允許了多賣主兼容性和多種語言編程。SFC是一種圖表語言，它提供了編程順序的配合，就能支持順序選擇和并列選擇，二者擇其一即可。FBD用一種大的運(yùn)行庫，以圖表形式建立了一些復(fù)雜的過程。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)行可以與用戶交流和接口運(yùn)行相結(jié)合。LD是適用于離散控制和互鎖邏輯的圖表語言。它在離散控制上與FBD是完全兼容的。ST是一種文本語言，用于復(fù)雜的數(shù)學(xué)過程和計(jì)算，不太適用于圖表語言。IL是與組合編碼相似的低級(jí)語言。它用在相對(duì)比較簡單的邏輯指令。繼電器梯形圖或梯形圖是適用于可編程邏輯控制器的重要的編程語言。梯形圖編程是設(shè)計(jì)成繼電器邏輯程序的圖表表示法。流程圖是一種圖表語言，用于在一個(gè)控制器或應(yīng)用軟件中描述順序操作，它用于建立有標(biāo)準(zhǔn)組件的可循環(huán)使用的運(yùn)行庫。C語言是一種高級(jí)編程語言，適用于處理最復(fù)雜的計(jì)算，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。它典型地在PC機(jī)上運(yùn)行調(diào)試。BASIC語言是用于處理數(shù)據(jù)的連續(xù)的數(shù)字采集和接口運(yùn)行的高級(jí)語言。
可編程邏輯控制器也規(guī)范了許多計(jì)算機(jī)接口設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)規(guī)則和特色。PLC能源設(shè)備和運(yùn)行環(huán)境也是非常重要的。
2．指令
對(duì)于簡單的編程，繼電器型PLC是有效的。隨著功能的復(fù)雜化，復(fù)雜的VonNeaman型PLC就必須被采用。一個(gè)VonNeaman計(jì)算機(jī)一次只能執(zhí)行一個(gè)指令，他們是這樣運(yùn)行的，盡管許多計(jì)算機(jī)看上去一次在做許多事情。正如圖1所示的計(jì)算機(jī)組成。
圖 1 簡化個(gè)人計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)圖
輸入是通過鍵盤和鼠標(biāo)得到的。輸出被送到屏幕。磁盤和存儲(chǔ)器用于輸入和輸出存儲(chǔ)（注意：這些箭頭的方向?qū)τ谠O(shè)計(jì)者是非常重要的，要注意表明信息是流向哪里的。）這個(gè)圖表可以像圖2那樣能被重新擬訂來闡明輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的作用。
在這個(gè)圖表中數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備進(jìn)入左邊。（注意：大多數(shù)設(shè)計(jì)圖表都是左邊輸入，右邊輸出的。）在進(jìn)入CPU之前，它穿過緩沖電路。CPU通過其他回路輸出數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器和磁盤用語存儲(chǔ)要輸出的數(shù)據(jù)。如果我們把個(gè)人計(jì)算機(jī)看作一個(gè)控制器，它通過在屏幕上輸出激勵(lì)和輸入來自鼠標(biāo)和鍵盤的響應(yīng)來控制用戶。
PLC也是一個(gè)控制過程的計(jì)算機(jī)。當(dāng)與應(yīng)用程序完全結(jié)合起來時(shí)，類似之處變成：
輸入設(shè)備—鍵盤與接近開關(guān)相類比。
輸入電路—連續(xù)輸入芯片就像一個(gè)直流24V的輸入卡。
計(jì) 算 機(jī)—686CPU就像一個(gè)PLC的CPU模塊。
輸出電路—圖形卡就像一個(gè)三相開關(guān)輸出卡。
輸出設(shè)備—監(jiān)控器就像指示燈。
存 儲(chǔ) 器—PLC的存儲(chǔ)器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器相似。
用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行PLC，雖然則并不被提倡做。就PLC來說，輸入和輸出
設(shè)備設(shè)計(jì)得更加可靠，更加粗糙，更適合惡劣的制造環(huán)境。
3．運(yùn)行順序
所有的PLC系統(tǒng)有每秒鐘重復(fù)多次的四種基本運(yùn)行階段。最初被第一次接通時(shí)，它會(huì)檢測(cè)它的硬件和軟件是否有錯(cuò)誤。如果沒有錯(cuò)誤，它會(huì)把所有輸入和輸入值復(fù)制到存儲(chǔ)器，這叫輸入掃描。只用復(fù)制了輸入值的存儲(chǔ)器，梯形邏輯圖將被解決一個(gè)，這叫邏輯掃描。在解決梯形圖期間，輸出值只在臨時(shí)存儲(chǔ)器中被改變。當(dāng)梯形圖掃描完成后，輸出將用存儲(chǔ)器中臨時(shí)值修正，這叫做輸出掃描。PLC此時(shí)將從自我檢測(cè)開始重新啟動(dòng)這個(gè)過程，這個(gè)過程很明顯地每秒鐘重復(fù)10到100次，正如圖3所示
自我檢測(cè)—檢測(cè)是否所有的卡沒有錯(cuò)誤，把時(shí)間繼電器復(fù)零等。（如果在很小一段時(shí)間內(nèi)沒有復(fù)零，時(shí)間繼電器會(huì)引起錯(cuò)誤，關(guān)閉PLC系統(tǒng)?！@會(huì)表明梯形圖沒有被正常掃描。）
輸入掃描—從芯片上的輸入卡讀取輸入值，并把輸入值復(fù)制到存儲(chǔ)器，這能使PLC更快速地運(yùn)行，并且避免從程序開始到結(jié)束輸入變化。（例如：意外停止）有一些特殊的PLC功能，能直接讀取輸入值，避免了輸入表格。
邏輯處理/掃描—基于存儲(chǔ)器的輸入表格，程序被一次執(zhí)行一步，同時(shí)輸出值也被修正，這是其它節(jié)的集中。
輸出掃描—輸出表格從存儲(chǔ)器復(fù)制到輸出芯片，這些芯片然后驅(qū)動(dòng)輸出儀器。
輸入輸出掃描經(jīng)常會(huì)令初學(xué)者感到迷惑，但是他們是很重要的。輸入掃描是輸入值的快照，并且解決邏輯關(guān)系。在一個(gè)梯形圖掃描期間，如果一個(gè)輸入在梯形圖的多個(gè)地方被用到，它就會(huì)起變化，潛在問題就可能發(fā)生，而輸入掃描卻避免了這些問題。這個(gè)邊境效應(yīng)是如果在一段持續(xù)時(shí)間內(nèi)如果一個(gè)輸入變化太短，它可能在輸入掃描之間會(huì)減少或者丟失。
當(dāng)PLC最初被啟動(dòng)時(shí)，通常的輸出會(huì)被關(guān)閉，這不會(huì)影響輸入值。
3．1 輸入輸出掃描
當(dāng)輸入值被掃描到PLC時(shí)，自然輸入值被復(fù)制到存儲(chǔ)器。當(dāng)輸出值被掃描到PLC時(shí)，他們將從存儲(chǔ)器復(fù)制到自然輸出設(shè)備。當(dāng)梯形圖被掃描時(shí)，它將用存儲(chǔ)器中的值，并不是實(shí)際的輸入輸出值。這樣做的主要原因是如果一個(gè)程序在多個(gè)地方用一個(gè)輸入值，那么輸入值的變化將使其邏輯關(guān)系無效。而且，如果隨著每塊的變化，輸出模塊也變化，在掃描結(jié)束時(shí)PLC的運(yùn)行速度將大大減慢。
3．2 邏輯掃描
梯形邏輯程序圖是模仿繼電器邏輯圖的。在繼電器邏輯圖中，程序的每個(gè)元件將盡可能快地開關(guān)。但是在一個(gè)程序中，元件只能按固定的順序一次檢測(cè)一個(gè)。如圖4所示，梯形圖將按從左到右，從上到下的順序被解釋。在圖中，梯形邏輯掃描將從最高層開始。在底層，它將先解釋高層輸出，然后輸出它下面的分支。在第二層，沿著梯形邏輯圖移動(dòng)之前，將先解釋分支。
圖 4 梯形圖邏輯執(zhí)行順序
解決梯形邏輯程序時(shí)，邏輯掃描順序會(huì)變得非常重要。梯形圖輸出作為輸入，考慮輸出應(yīng)用時(shí)，它也變得非常重要。如圖5所示，梯形圖第一行將檢測(cè)輸入并把輸出X置1，得到相同的值。第二行將檢測(cè)輸入B并把輸出X置1，得到相反的值。因此，直到梯形圖的第二行被掃描時(shí)X值才能與A相等。在邏輯掃描期間，輸出值只能在存儲(chǔ)器中被改變，只有當(dāng)梯形邏輯掃描完成時(shí)，實(shí)際的輸出才能被修正。因此，在第二行的基礎(chǔ)上，輸出掃描將修正實(shí)際輸出值。并且梯形圖的第一行將無效。
4．PLC狀態(tài)顯示
在一個(gè)PLC中，缺少鍵盤和其他的輸入輸出設(shè)備是非常值得注意的。在PLC前端通常有一定數(shù)量的狀態(tài)指示燈。通常指示燈表明：
電源啟動(dòng)—只要PLC帶電，它將被啟動(dòng)。
程序運(yùn)行—這將指示是否程序正在運(yùn)行或是否沒有程序正在運(yùn)行。
錯(cuò)誤顯示—當(dāng)PLC有大的硬件或軟件錯(cuò)誤時(shí)，這將有顯示。
這些燈通常用于調(diào)試。一定數(shù)量的按鈕也將提供給PLC的硬件。最普通的按鈕是一個(gè)運(yùn)行/編程選擇開關(guān)，當(dāng)在保持狀態(tài)時(shí)，它將被調(diào)到編程；當(dāng)在生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，它將被調(diào)到運(yùn)行。一個(gè)PLC系統(tǒng)幾乎沒有一個(gè)啟動(dòng)關(guān)閉開關(guān)或復(fù)位開關(guān)在前面。這需要被設(shè)計(jì)到系統(tǒng)剩余部分。
PLC的狀態(tài)也能被梯形邏輯圖檢測(cè)。檢測(cè)程序是否第一次被執(zhí)行是非常普遍的。如圖6所示?！甪irst scan’輸入在梯形圖被第一次掃描時(shí)，將是對(duì)的，而在其余的每次掃描時(shí)是錯(cuò)誤的。這種情況下，PLC—5的‘first scan’的地址是‘S2：1/14’。根據(jù)例子中的邏輯關(guān)系，第一次掃描將封上‘light’，直到‘clear’被啟動(dòng)。因此燈將在PLC被啟動(dòng)之后變亮，但在‘clear’被啟動(dòng)之后，它將關(guān)閉并且保持在關(guān)閉狀態(tài)。‘first scan ’模塊在‘first pass’模塊中被提到。
圖 6 核驗(yàn)PLC第一次掃描的程序
5．存儲(chǔ)器類型
有幾種基本的現(xiàn)在經(jīng)常使用的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器類型：
RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）—這種存儲(chǔ)器速度很快，但是當(dāng)沒電時(shí)，它的內(nèi)容將被丟失。這是一種不穩(wěn)定存儲(chǔ)器，每個(gè)PLC在運(yùn)行時(shí)，都用這種存儲(chǔ)器作為中央處理器 。
ROM（只讀存儲(chǔ)器）—這種存儲(chǔ)器是永久性的不可擦除的。它通常用于存放PLC的操作系統(tǒng)。
EPROM（可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器）—這是一種像ROM一樣可編程的存儲(chǔ)器，但是它能用紫外線光擦除并且可以重新編程。
EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器）—這種存儲(chǔ)器能像ROM一樣存放程序。它能被編程并且用電壓擦除，因此它正變得比EPROM更加普遍。
所有的PLC系統(tǒng)都用RAM做CPU，用ROM存儲(chǔ)PLC的基本操作系統(tǒng)。當(dāng)有電時(shí)，RAM的內(nèi)容被保存，但是問題在于當(dāng)供給存儲(chǔ)器的電源失去時(shí)會(huì)發(fā)生什么。原先PLC賣主用帶有電池的RAM，這樣如果不失電，存儲(chǔ)器的內(nèi)容就不會(huì)丟失。這種方法現(xiàn)在仍被使用，但變得不那么受歡迎。EPROMS也是PLC編程的比較好的選擇。EPROM在PLC外部編程，然后被放入PLC。當(dāng)PLC被啟動(dòng)時(shí)，在EPROM上的梯形邏輯程序被下載PLC并且運(yùn)行。這種方法非?？煽?，但是擦除和編程技術(shù)都是很消耗時(shí)間的。EEPROM存儲(chǔ)器是PLC的永久部分，程序能EPROM一樣被存放在他們中。存儲(chǔ)器的價(jià)錢一直在下降，新類型正變得可被利用，這些變化將繼續(xù)對(duì)PLC系統(tǒng)發(fā)生影響。
6．基于軟件的PLC系統(tǒng)
個(gè)人計(jì)算機(jī)持續(xù)下降的價(jià)格增加了他們?cè)诳刂葡到y(tǒng)中的應(yīng)用，包括PLC的替代品。安裝了軟件就能用個(gè)人計(jì)算機(jī)解決梯形圖邏輯.從傳感器中讀取輸入，修改輸出送到激勵(lì)。這些對(duì)于維持是很重要的，因?yàn)樗麄儾挥米袷匾郧暗挠?jì)時(shí)模式.例如，計(jì)算機(jī)正運(yùn)行一個(gè)游戲，就可能減慢或停止計(jì)算機(jī).這個(gè)以及其它問題現(xiàn)在正被研究，好的解決方案不久就會(huì)出現(xiàn)。
7．概要
?PLC系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)與輸入設(shè)備，輸出設(shè)備,存儲(chǔ)器等很相似。
?PLC系統(tǒng)不斷地執(zhí)行系統(tǒng)檢查，輸入掃描,邏輯掃描和輸出掃描這個(gè)循環(huán)。
?當(dāng)邏輯圖被掃描時(shí)，輸入的變化沒有被發(fā)現(xiàn),輸出也沒有被修正。
?PLC系統(tǒng)用RAM，有時(shí)用EPROM存放永久程序。
8．實(shí)際問題
?一個(gè)PLC系統(tǒng)通常包括RAM，ROM，EPROM和/或電池嗎？
?PLC的指示燈用于什么？
?為什么一個(gè)PLC系統(tǒng)每秒鐘只能掃描梯形圖幾次？
?如果一個(gè)PLC系統(tǒng)的掃描時(shí)間比輸入脈沖長，會(huì)發(fā)生什么?為什么？
?一個(gè)PLC系統(tǒng)與一部臺(tái)式計(jì)算機(jī)的不同是什么？
?為什么PLC系統(tǒng)每次掃描要做自我檢查？
?PLC檢測(cè)時(shí)間會(huì)比簡單程序所需時(shí)間長嗎？
?下面的梯形邏輯有什么錯(cuò)誤？如果它被用會(huì)發(fā)生什么？
?當(dāng)一個(gè)PLC系統(tǒng)已經(jīng)被啟動(dòng)時(shí)，表明啟動(dòng)的存儲(chǔ)器地址是什么？
9．實(shí)際問題解答
?每個(gè)PLC系統(tǒng)包括RAM和ROM，但是他們也包括EPROM或電池。
?診斷和保持。
?盡管程序是空的，PLC系統(tǒng)仍需掃描輸入和輸出，做自我檢測(cè)。
?如果在兩次輸入掃描之間發(fā)生，脈沖就會(huì)丟失。
?主要的區(qū)別包括輸入設(shè)備輸出設(shè)備和應(yīng)用。PLC系統(tǒng)是為工廠設(shè)計(jì)的，因此它沒有鼠標(biāo)鍵盤之類的輸入設(shè)備。(雖然，一些較新型PLC能夠達(dá)到)他們也沒有屏幕聲音之類的輸出設(shè)備，.取而代之，他們有電壓,電流這樣的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。PLC使用戶為專門的任務(wù)設(shè)計(jì)程序,然而在個(gè)人計(jì)算機(jī)上給系統(tǒng)編程是不常見的。
?這能幫助檢測(cè)硬件和軟件錯(cuò)誤。如果一個(gè)錯(cuò)誤發(fā)生了，PLC還繼續(xù)運(yùn)行,控制器就可能以一種不可預(yù)見的方式運(yùn)行，這對(duì)人和機(jī)器是非常危險(xiǎn)的。自我檢測(cè)則幫助檢查出這些錯(cuò)誤，并且安全地關(guān)閉系統(tǒng)。
?是的，在許多PLC系統(tǒng)中，自檢大約需要1ms，但一個(gè)單一程序需1mms。
?通常輸出Y被重復(fù)兩次。在這個(gè)例子中，Y的值將總等于B。前一層的A將對(duì)Y沒有影響。
?S2:1/14用于微機(jī)，S2:1/15用于PLC—5。
10. 總結(jié)
本次試驗(yàn)的所獲得的結(jié)果均根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所推出，并經(jīng)過LD指令程序運(yùn)行測(cè)試。可以很明顯看出利用傳統(tǒng)PLC實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證新的邏輯程序?qū)嵱眯?，并且該步驟是不可或缺的。本次實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)很讓我們滿意，實(shí)驗(yàn)設(shè)備可靠性也很高，因此效率得到提高，成功率得以保證。
介于本次試驗(yàn)處于驗(yàn)證階段，成果可用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以利用大學(xué)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行教學(xué)與推廣。
致謝
P.謝夫特索夫,S.希金斯,S.沙夫納以及D.薩德曼，“杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的PLC底層支撐軟件”，杰斐遜實(shí)驗(yàn)室，紐波特·紐斯，2002.
J.R.海科沃斯和F.D.?？莆炙?，“PLC實(shí)用程序和應(yīng)用”，普林迪斯霍爾出版社，上塞得河鎮(zhèn)，新澤西，13頁.
L.A.布萊恩和E.A.布萊恩，“PLC相關(guān)理論與實(shí)現(xiàn)”，第二版，工業(yè)文獻(xiàn)出版公司，亞特蘭大，1997.
H.杰克，“由PLC控制的自動(dòng)生產(chǎn)線，4.7節(jié)”，胡夫·杰克，2005.
S.約科維奇和K.M.帕西諾，“模糊控制的一種實(shí)驗(yàn)方式”，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)教育期刊，42篇”，第一期，1999,15-20頁.
A. 賽林特里克斯，“廣泛應(yīng)用于制造工業(yè)程序的發(fā)展”，美國工程師教育協(xié)會(huì)出版社，華盛頓特區(qū)，2006.
X.于，X.馮，C.熊和孫霽彤，“電梯控制系統(tǒng)研究平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)”，國際信息安全與應(yīng)用工作組2009年合集，青島，21-22頁，2009年11月.
１２
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求：
1.1熟悉曲面印刷機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理；了解輪轉(zhuǎn)凸版印刷技術(shù)；
1.2應(yīng)用三菱可編程控制器及交流變頻調(diào)速電機(jī)等，實(shí)現(xiàn)“曲面印刷機(jī)”的主機(jī)自動(dòng)控制，并編制控制程序（梯形圖及指令清單）；
1.3完成“曲面印刷機(jī)”主機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)PLC程序進(jìn)行仿真模擬；
1.4 完成操作面板、控制柜及電器件配置設(shè)計(jì)，完成控制柜布線圖；
1.5書寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
2.1參考方案：
參考專利名稱：《全自動(dòng)曲面印刷機(jī)》，專利號(hào)：ZL93248040.3；
《可自動(dòng)對(duì)版的高速曲面印刷機(jī)》，專利號(hào)：CN200710185449；
附圖1 主機(jī)示意圖 附圖2 整機(jī)布局圖
2.2 數(shù)字化模型的可控參數(shù)包括：
①主機(jī)運(yùn)行速度：240杯/分鐘，最高運(yùn)行速度300杯/分鐘；
2.3 分析計(jì)算內(nèi)容包括：
①驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算；②自動(dòng)控制系統(tǒng)響應(yīng)速度設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.4 特殊要求：①系統(tǒng)過載保護(hù)策略；②無杯不印、污染防止的檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)控制策略。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書
3．對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖紙、實(shí)物樣品等)：
3.1 提交分析計(jì)算報(bào)告；
3.2 提交自己繪制的設(shè)計(jì)圖紙（電控柜及布件圖、電氣原理接線圖、控制程序等，相當(dāng)于一張A0圖）。
3.3 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一份（包括相關(guān)內(nèi)容的外文文獻(xiàn)的翻譯）；
3.4 提交計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)資料的光盤（包括說明書和全部附圖）。
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2016年
2月29日 ~ 3月18日
3月19日 ~ 3月21 日
3月22日 ~ 4月20日
4月20日 ~ 5月1日
5月1日 ~ 5月20日
5月20日 ~ 5月25日
5月25日 ~ 5月31日
6月01日 ~ 6月05日
查閱文獻(xiàn)，消化資料,確定設(shè)計(jì)方案，撰寫開題報(bào)告；
提交并檢查開題報(bào)告（參考文獻(xiàn)15篇以上,英文5篇）；
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，PLC程序編制，完成工程圖；
完善設(shè)計(jì)，翻譯英文文獻(xiàn)一份（約10頁）；
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，整理、打印資料；
提交設(shè)計(jì)說明書，導(dǎo)師審核，完善修改；
提交正式設(shè)計(jì)說明書，專家評(píng)閱；
論文答辯
系主任審查意見：
同意下發(fā)任務(wù)書。
簽字：
2016 年 2 月 29 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
隨著印刷機(jī)械的自動(dòng)化，數(shù)字化工作流程的不斷更新和完善，印刷技術(shù)創(chuàng)新層出不窮。其中，曲面印刷是網(wǎng)版印刷的一個(gè)分支，主要應(yīng)用于一些飲用杯具和廣告禮品等的印刷中，分為凸印和凹印，其曲面承印物的組成材料主要有金屬、玻璃、陶瓷等高分子材料。[1]凸版印刷機(jī)的特點(diǎn)有：（1）印跡清晰，墨色飽滿 （2）印刷的版材形式多樣 （3）印刷機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便 （4）適合于印刷面積小，數(shù)量少，超厚和紙質(zhì)粗、松、不平整以及塑料等。印刷方法為：墨輥給印刷部分敷墨，壓印使版與承印物接觸，油墨轉(zhuǎn)移。[2]
本課題所研發(fā)的是一種專用于圓柱形、圓弧形或截錐形物品的全自動(dòng)多色曲面印刷機(jī)。包括有輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)、料盤機(jī)構(gòu)、上下料機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由程控器協(xié)調(diào)上下料和各部件的同步聯(lián)動(dòng)。[3]其中，輪轉(zhuǎn)印刷采用滾筒印版和滾筒壓印，有獨(dú)立的供墨系統(tǒng)，承印物從兩個(gè)滾筒之間經(jīng)過時(shí)，在壓印滾筒作用下，版印上的圖文隨機(jī)轉(zhuǎn)移到承物上，完成印刷后，再把卷筒紙裁切成單張印刷品，故輪轉(zhuǎn)印刷適合于大批量生產(chǎn)。[4]其次，該曲面印刷機(jī)的主機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是三菱FX2N-64M系列的PLC。調(diào)整控制采用的是交流變頻調(diào)速。通過對(duì)全自動(dòng)曲面印刷機(jī)的工作狀態(tài)和操作的相關(guān)信息的整體分析，然后編寫梯形圖實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、印刷機(jī)的急停等的控制。[5] PLC不僅能實(shí)現(xiàn)繼電器控制所具有的邏輯判斷、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)等順序控制，同時(shí)還具有執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能，PLC已經(jīng)發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，它能生成報(bào)表、可診斷自身故障及機(jī)器故障。具有編程簡單、功能強(qiáng)大而性價(jià)比高、可靠性高使用壽命長、接線簡單維修工作量小等突出優(yōu)點(diǎn)，能夠取代傳的繼電器控制電路，完成各種電氣控制功能。除此之外，與單片機(jī)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較，PLC具有兼容性、擴(kuò)展性、抗干擾性強(qiáng)、負(fù)載能力強(qiáng)大的特性，適用于各種復(fù)雜的工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。[6]
隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，交流變頻技術(shù)已廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的張力系統(tǒng)，具有許多磁粉系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)放卷、收卷方向的正反轉(zhuǎn)切換，在不停機(jī)換軸時(shí)減少由于張力波動(dòng)產(chǎn)生的廢料等等。因此，在進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，可以通過控制變頻器的輸出功率使電動(dòng)機(jī)工作在轉(zhuǎn)差率較小的范圍，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍較寬，并可以達(dá)到提高運(yùn)行效率的目的。一般來說，通用性變頻的調(diào)速范圍可以達(dá)到1：10以上。目前變頻器已部分取代了印刷機(jī)械傳統(tǒng)的電磁調(diào)速和機(jī)械調(diào)速方式。通過交流主電機(jī)調(diào)速完成印刷過程中的一系列動(dòng)作，改善了系統(tǒng)功能，使其操作方便，維修簡單，而且使印刷機(jī)的高性能，高功能得以充分發(fā)揮，并使原來機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步向小型化發(fā)展。[7]
由PLC和變頻器及其電機(jī)組成的印刷機(jī)控制系統(tǒng)，通過控制驅(qū)動(dòng)印刷版筒的主電機(jī)以及上料、下料等各個(gè)電機(jī)的線速度同步來達(dá)到張力穩(wěn)定，具有響應(yīng)快速的特點(diǎn)，并且可以提供良好的設(shè)定功能，以滿足各種材料的工藝特性。[8]
20世紀(jì)80年代以來，交流調(diào)速技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展很快，打破了“直流傳動(dòng)調(diào)速，交流傳動(dòng)不調(diào)速”的傳統(tǒng)分工格局。交流伺服電動(dòng)機(jī)廣泛用在數(shù)控機(jī)床上，并有取代直流伺服電動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)。[9]在交流伺服系統(tǒng)中采用同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)和異步型交流感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)。隨著大功率電力電子器件、新型變頻技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)等在實(shí)際應(yīng)用中取得的重要進(jìn)展，促進(jìn)了交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，使得交流伺服驅(qū)動(dòng)逐漸代替直流伺服驅(qū)動(dòng)。[10]
變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是為交流電動(dòng)機(jī)提供變頻變壓電源的變頻器。目前，用的最多的是交-直-交變頻器。在電壓逆變器中，電路的作用是將直流電壓切換成等效正弦的一串方波電壓，所用的器件多為大功率晶體管，或可關(guān)斷晶閘管GTO和絕緣柵雙極晶體管等。在PWM變頻器中，通常采用二極管橋式整流器，其輸出的直流電壓是恒定的，然后經(jīng)脈寬調(diào)制得到可調(diào)的輸出電壓（變頻、變壓）。[11]
SPWM變頻器，即正弦波PWM變頻器，屬于交-直-交靜止變頻裝置。[12]它先將50Hz的工頻電源經(jīng)整流變壓器變到所需的電壓后，經(jīng)二極管可控整流和電容濾波，形成恒定直流電壓，再送入由大功率晶體管構(gòu)成的逆變器主電路，輸出三相頻率和電壓均可調(diào)整的等效于正弦波的脈寬調(diào)制波（SPWM波），去驅(qū)動(dòng)交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。[13]由于SPWM型變頻器采用脈寬調(diào)制原理，克服或改善了相控原理中的一些缺點(diǎn)，具有輸入功率因數(shù)高和輸出波形好的優(yōu)點(diǎn)，因而在調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。SPWM調(diào)制的基本特點(diǎn)是等距、等幅而不等寬，中間脈沖寬而兩邊脈沖窄，其各個(gè)脈沖面積和與正弦波下的面積成比例，脈寬基本上按正弦分布，是一種最基本也是應(yīng)用最廣泛的調(diào)制方法。[14]
由此，我們可以看出PLC未來發(fā)展的方向：
（1） 與PC機(jī)結(jié)合。PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透，使控制系統(tǒng)的性能價(jià)格比不斷提高。
（2） 開放式設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)成為主流。開放式就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、元器件選擇、網(wǎng)絡(luò)通信操作系統(tǒng)，監(jiān)控顯示等方面都采用國際或者公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠家的PLC產(chǎn)品能夠在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。與以太網(wǎng)相結(jié)合，PLC將向者小型、高速、分散化的方向發(fā)展。PLC
（3） 容錯(cuò)系統(tǒng)。PLC的高功能也體現(xiàn)在近年發(fā)展起來的容錯(cuò)系統(tǒng)上，故障的自搜索、自診斷、自處理等。系統(tǒng)的堅(jiān)韌性，使之在某些故障和軟件錯(cuò)誤的情況下，仍能安全運(yùn)行。[15]
參考文獻(xiàn)：
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【2】《凸版印刷機(jī)概論》，舒茨主編.北京：商務(wù)印書館，1958.
【3】馬維金，李鳳蘭.全自動(dòng)曲面印刷機(jī).中北大學(xué).
【4】五百川一哉，野口和司.輪轉(zhuǎn)印刷機(jī).CN，2003.
【5】彭瑜.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的新途徑--簡介日本三菱PLC的運(yùn)動(dòng)控制模塊. 制造業(yè)自動(dòng)化，1990（3）:46-49.
【6】張智杰.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2002,24（6）:50-51.
【7】李巖，趙亞威，隋濤.變頻器在印刷機(jī)上的應(yīng)用.變頻器世界，2004 （11）：108-109.
【8】李俊奇.基于PLC和變頻器在印刷機(jī)上的應(yīng)用.電子世界，2013（2）：87-88.
【9】王愛玲.機(jī)床數(shù)控技術(shù).北京：高等教育出版社，2006.
【10】王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床伺服及檢測(cè)機(jī)術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，2009.
【11】張士雄.數(shù)控機(jī)床用高性能交流伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)研究..廣州：華南理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,2010.
【12】趙剛.數(shù)控機(jī)床交流伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析與參數(shù)整定技術(shù)研究.濟(jì)南：山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2010.
【13】于東，郭銳鋒.數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng).伺服控制，2006（1）:16-18.
【14】楊叔子.機(jī)械工程控制基礎(chǔ).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.
【15】王廣才.二十一世紀(jì)PLC發(fā)展方向.油田電氣工程，2004（3）:5-7.
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題題目是“曲面印刷機(jī)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是以日本三菱重工曲面印刷機(jī)為
例進(jìn)行展開研究的。因此，我需要先消化《曲面印刷機(jī)控制系統(tǒng)說明書日文版》及《三
菱PLC編程手冊(cè)》。在馬維金老師悉心輔導(dǎo)和精準(zhǔn)翻譯下，完成了對(duì)該資料的學(xué)習(xí)和理
解。該課題主要的任務(wù)就是對(duì)照日文資料把老式的繼電器控制系統(tǒng)改成目前流行的PLC
控制系統(tǒng)。這就需要我加強(qiáng)在PLC編程應(yīng)用以及電路控制等方面的綜合學(xué)習(xí)。完成PLC
梯圖設(shè)計(jì)后，為了驗(yàn)證該程序能否運(yùn)行，需要我們應(yīng)用“PLC仿真模擬系統(tǒng)”軟件進(jìn)行
測(cè)試。除此之外，我們還要設(shè)計(jì)電氣原理接線圖、電控柜及布件圖。這就需要我們熟練
的應(yīng)用CAD軟件和SolidWorks軟件進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。最后，我們還需要翻譯一篇相關(guān)題
目的英文文獻(xiàn)資料。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
何振宇同學(xué)通過閱讀相關(guān)的參考文獻(xiàn)，對(duì)于所選題目的意義和設(shè)計(jì)工作內(nèi)容有了比較深入的了解，初步設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)工作進(jìn)度安排合理，預(yù)計(jì)能按時(shí)圓滿的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
同意開題。
所在系審查意見：
同意開題。
系主任：
2016 年 3 月 22 日
I 曲面印刷機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：全自動(dòng)曲面印刷機(jī)所應(yīng)用 PLC 程序，不僅可以控制上下料結(jié)構(gòu)和各 部件的同步聯(lián)動(dòng)而且還可控制其自動(dòng)對(duì)版，提高對(duì)版精度，增強(qiáng)印刷準(zhǔn)確率， 加快印刷效率，效率達(dá)每分鐘 300 件。 曲面印刷控制系統(tǒng)由 PLC 組成，不僅增加了印刷機(jī)械的自動(dòng)化程度，也大 大提高了生產(chǎn)效率。PLC 的應(yīng)用代替了老式三菱重工中大量的繼電器、電磁閥 等實(shí)體元器件，提高了安全因素，簡化了設(shè)計(jì)空間，節(jié)省了生產(chǎn)成本，降低了 維修難度和成本，更為重要的是增強(qiáng)了機(jī)械的反應(yīng)靈敏和自動(dòng)化程度。降低了 操作者的工作量，提高了工作印刷效率。 “十二五”期間，我國的曲面印刷機(jī)發(fā)展迅速，信息化發(fā)展、原創(chuàng)技術(shù)應(yīng) 用也得到了大大的增強(qiáng)。面向“十三五”，在“中國制造 2025”的大背景下， 曲面印刷機(jī)等電氣控制機(jī)械行業(yè)將會(huì)迎來一個(gè)前所未有的提速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的 應(yīng)用，大數(shù)據(jù)的共享，將會(huì)是一個(gè)大的趨勢(shì)。因此，這就需要我們對(duì) PLC 技術(shù) 進(jìn)行更加熟練的應(yīng)用和創(chuàng)新。 關(guān)鍵詞：曲面印刷機(jī)；PLC；電氣控制；自動(dòng)化 II Curved surface print machine Abstract:Curved surface automatic printing machine is a kind of equipment that used to print cylindrical,circular,conical colored products,that equipment contains cyclic printing organ,raw material organ,load and unload mechanism and transmission mechanism.it works depend on PLC to synchronous load,unload,printing and all of synchronization operation.Traditional products adopts manual version,and slower version of the low accuracy, and can cause a certain amount of material waste. In automatic version of surface printing machine, adopted automatically through PLC control technology of edition, can achieve multi-color overprint accurately, top speed of 300 per minute of a complete printing of high efficiency surface printing. The whole system is controlled by PLC to realize the electrical, automation degree is high, multiplied improve production efficiency.Use PLC control system instead of the original large-scale use of physical components relay, solenoid valves, etc., can save a lot of costs, simplify volume control system, reducing cabling, timely and convenient debugging changes. Use PLC control system can significantly improve the control of each part reflects the speed, but also help to reduce the workload of the control system design. Keywords:curved surface printing machine；PLC ；electrical control；automatically III 目 錄 摘要 ..............................................................................................................................Ⅰ Abstract......................................................................................................................Ⅱ 目錄 ..............................................................................................................................Ⅲ 1 引言 ............................................................................................................................1 2 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)的介紹 ........................................................................................2 2.1 工作原理 .................................................................................................................2 2.2 技術(shù)特色 .................................................................................................................2 2.3 組成結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)工作原理 .....................................................................................2 2.4 國內(nèi)外曲面印刷機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................3 3 上杯控制電機(jī) ............................................................................................................5 3.1 主電機(jī)功率計(jì)算 .....................................................................................................5 3.2 主電機(jī)轉(zhuǎn)速確定 .....................................................................................................5 3.3 主電機(jī)型號(hào)確定 .....................................................................................................5 4 可編程控制器（PLC）介紹與選擇 ........................................................................6 4.1 基本結(jié)構(gòu) .................................................................................................................6 4.2 工作原理 .................................................................................................................6 4.3 功能與特點(diǎn) .............................................................................................................7 4.4 選型規(guī)則 .................................................................................................................7 4.5 PLC 型號(hào)確定 ..........................................................................................................8 5 自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件選型 ............................................................................................9 5.1 真空泵選型 .............................................................................................................9 5.2 空氣壓縮機(jī)選型 .....................................................................................................9 5.3 抽風(fēng)機(jī)選型 .............................................................................................................9 5.4 變頻器選型 ...........................................................................................................10 5.5 光纖傳感器 ...........................................................................................................11 5.5.1 光纖傳感器的特點(diǎn) ............................................................................................11 IV 5.5.2 光纖傳感器的選型 ............................................................................................11 5.6 調(diào)速電機(jī)的選擇 ...................................................................................................12 5.7 PLC 顯示器 ............................................................................................................12 5.7.1 PLC 顯示器的選擇 .............................................................................................12 5.7.2 顯示器與 PLC 的連接 .......................................................................................13 5.8 接近開關(guān) ...............................................................................................................13 5.9 光電編碼器 ...........................................................................................................14 5.10 開關(guān)電源的選擇 .................................................................................................14 5.11 速度調(diào)節(jié)器的選擇 .............................................................................................14 6 曲面印刷機(jī)控制系統(tǒng)與外圍設(shè)備設(shè)計(jì) ..................................................................16 6.1 主機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) ...........................................................................................16 6.2 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)電氣布件圖 ...........................................................................17 6.3 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)電氣連接圖 ...........................................................................18 6.4 電器控制柜的設(shè)計(jì) ...............................................................................................19 6.5 操作臺(tái)的設(shè)計(jì) .......................................................................................................20 7 梯形圖設(shè)計(jì)說明 ......................................................................................................22 8 總結(jié) ..........................................................................................................................30 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................31 致謝 ..............................................................................................................................32 附錄 A ..........................................................................................................................33 1 1 引言 隨著商品經(jīng)濟(jì)尤其是包裝品業(yè)的快速發(fā)展，曲面印刷的需求也日益增加， 新型產(chǎn)品和新型印刷也日新月異，突飛猛進(jìn)。包裝印刷業(yè)迎來了一個(gè)蓬勃發(fā)展 的井噴期，在印刷業(yè)的市場(chǎng)份額中也占據(jù)了舉重若輕的地位?？v觀“十二五” 期間，我國的印刷機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器產(chǎn)品的換代升級(jí)，結(jié)構(gòu)組織更加精準(zhǔn)科 學(xué)，分門別類更加齊全，實(shí)現(xiàn)了高、中、低不同層次的高低搭配，最大化的發(fā) 揮各類機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)。尤其是民營企業(yè)的快速發(fā)展，一方面通過市場(chǎng)競爭，不斷 提高印刷機(jī)械的技術(shù)水平，新產(chǎn)品的更新速度大大提高。另一方面民營企業(yè)發(fā) 揮自身能動(dòng)性，積極出口海外，展現(xiàn)了民族工業(yè)的實(shí)力。未來“十三五時(shí)期”， 以大數(shù)據(jù)，大網(wǎng)絡(luò)為依托的具有高度信息含量的印刷機(jī)械將成為未來發(fā)展的趨 勢(shì)。 2 2 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)的介紹 2.1 工作原理 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)的心軸上套有內(nèi)軸套和外軸套，通過導(dǎo)桿聯(lián)接的版輥和 周向調(diào)節(jié)斜齒輪裝置套在外軸套上。心軸銷穿過心軸并與心軸固定，其兩端分 別穿過內(nèi)外軸套上的孔，心軸銷與周向調(diào)節(jié)斜齒輪裝置滾動(dòng)。內(nèi)軸銷與內(nèi)軸套 和版輥固定。各色版輥在轉(zhuǎn)印橡皮布上獲得套色再通過模把，把圖案文字承印 在物體表面 [2]。 2.2 技術(shù)特色 1. 應(yīng)用渦形凸輪間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)八工位料盤。 2. 主機(jī)采用單一傳動(dòng)鏈，通過一臺(tái)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)各部位，使之同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 3. 用偏心使機(jī)構(gòu)調(diào)整大墨輥與版輥以及版輥與大膠輥間的壓力。 4. 版輥和墨輥箱衛(wèi)星式的分布，實(shí)現(xiàn)了圖案的套印。 5. 光電編碼器的引入應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了部位氣動(dòng)元件電磁閥精準(zhǔn)的時(shí)序控制。 6. 為了防止印刷過程中上杯失敗，油墨污染模頭，應(yīng)用了無杯不印快速控 制技術(shù)。 7. 在版輥上應(yīng)用 PS 感光樹脂版，用來調(diào)整安裝位置。 8. PLC 控制的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)對(duì)版輥圓周方向和軸向的回轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整， 通過 CCD 傳感器采集圖像信息，分析色標(biāo)位置誤差，快速消除誤差，實(shí)現(xiàn)精確 快速對(duì)版。 2.3 組成結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)工作原理 如下圖所示為曲面印刷機(jī)的整體結(jié)構(gòu)分布，其系統(tǒng)組成如下所示 [1]： A：大膠輥周圍分布著六組版輥和墨輥箱 [2]，墨輥箱內(nèi)布置著大墨輥 (23)組 成的傳墨輥系。 B：主傳動(dòng)鏈與輪轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的版輥(1)、大膠輥(4)、墨輥箱內(nèi)的傳墨輥系相 聯(lián)一起作同步運(yùn)轉(zhuǎn)。 C：八工位料盤(6) 上右工位為上杯工位，其正前方安裝了一個(gè)四螺頭上杯 機(jī)構(gòu)(61)；上工位為前處理工位 [3]，其下方安裝了一個(gè)電火花處理器，上方安裝 了一條驅(qū)動(dòng)平皮帶 [4]；左工位為印刷工位，該工位大膠輥(4)與模把(5)接觸對(duì)滾 印刷圖案 [5]；下工位為下杯工位，其前方安裝了一條真空吸附接杯皮帶(33)。 3 D：光電編碼器(8)安裝在主傳動(dòng)鏈上 [6]。 圖2-1 曲面印刷機(jī)整體布局圖 2.4 國內(nèi)外曲面印刷機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 1. 如下圖所示為某國產(chǎn)曲面印刷機(jī)，該型機(jī)器增加了幾項(xiàng)新的技術(shù)：1) 用 PLC觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 [7]。2) 配備了自動(dòng)倒換三塊。3) 增加了六塊橡皮功能。 因此，該型機(jī)器具有操作簡單、安全可靠以及可自動(dòng)顯示檢測(cè)故障并顯示處理 辦法的優(yōu)點(diǎn)?！半娔X記憶數(shù)控調(diào)墨”這一新型技術(shù)的運(yùn)用使得機(jī)器能夠準(zhǔn)確自 如的增減油墨的使用量，致使印刷機(jī)械運(yùn)行工作長期不跑色，更為重要的是通 過自身存儲(chǔ)設(shè)備記錄印刷產(chǎn)品時(shí)使用相關(guān)油墨的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品在下次印刷 相同產(chǎn)品時(shí)可快速調(diào)用先前儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)墨，方便快捷。 圖 2-4-1 國產(chǎn)曲面印刷機(jī) 2. 如下圖所示為某國外公司生產(chǎn)的曲面印刷機(jī)，該型曲面印刷機(jī)可在瓶蓋、 剛性和柔性的圓管、以及圓棒上進(jìn)行六色膠印 [8]。其特點(diǎn)有：1) 整套設(shè)備耐用 4 且工作效率高，能夠保證印刷質(zhì)量。2) 芯棒抽吸可配置16 或 20 根芯棒。3) 印刷輥組由兩個(gè)加墨輥組成，一起為版輥加墨。4) 中心輥上可以用1塊、2塊或 4塊橡皮布對(duì)制盤上相關(guān)部件進(jìn)行設(shè)置，該機(jī)器配備了光學(xué)印版對(duì)中技術(shù)裝置。 5) 印刷單元能夠靈活的前后移動(dòng)并能夠精確快速復(fù)位，便于清潔、維護(hù)。 6) 可更換橡皮布。7) 墨輥配備了清洗裝置。8) 印刷輥組配備了清洗裝置。9) 電 子加墨控制的應(yīng)用。10) 通過兩臺(tái)電機(jī)的電子軸線控制實(shí)現(xiàn)印刷單元與工件輸 送裝置的同步。11) 該設(shè)備可從一側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)。12) 整臺(tái)設(shè)備可與連續(xù)生產(chǎn)線 連接。 圖 2-4-2 意大利卡夫公司生產(chǎn)的 LITHO 6 型六色曲面印刷機(jī) 5 3 上杯控制電機(jī) 主電機(jī)選則變頻調(diào)速電機(jī)：功率 7.5KW 額定電流 19A 型號(hào)為 YTSP L-8 3.1 主電機(jī)功率計(jì)算 最大工作速度 V 為 300/MIN，料盤運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短為 0.1S， 八工位料盤最大角速度 W=8RAD/S（45°/0.1S） [9]。 可以認(rèn)為八工位料盤為空心圓柱體 = * ( - )*L=150KG[10]M???2Rr 八工位料盤的驅(qū)動(dòng)扭矩 T=1/2*M( + )*W=45N*M2Rr 大膠輥角速度為 20RAD/MIN;質(zhì)量計(jì)算為 M=20KG 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 I=2.5KG* 2m 大膠輥驅(qū)動(dòng)扭矩 T=I*M=50N*M 因此總驅(qū)動(dòng)扭矩 T=45+50=95N*M 假設(shè)機(jī)械傳動(dòng)效率為 0.95 則要求電動(dòng)機(jī)輸出扭矩至少為 100N*M 根據(jù)功率扭矩轉(zhuǎn)速公式 T=9550*P/N N=600R/MIN T=100N*M P=T*N/9550=6.3KW 考慮到輸出功率冗余及其他各種因素，因此額定功率應(yīng)大于 6.3KW 3.2 主電機(jī)轉(zhuǎn)速確定 首先齒輪箱減速比為 2/1[11]，其次由于技術(shù)要求為每分鐘印刷 300 個(gè)杯子， 故間歇機(jī)構(gòu)需要達(dá)到每分鐘 300 次周期旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這要求電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速應(yīng) 大于 600 轉(zhuǎn)。8 級(jí)電動(dòng)機(jī)磁極轉(zhuǎn)速為 750 轉(zhuǎn)，由于電機(jī)采用異步電動(dòng)機(jī)，所以 其實(shí)際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 720 轉(zhuǎn)。 3.3 主電機(jī)型號(hào)確定 通過查閱相關(guān)手冊(cè)，我們選擇功率為 7.5KW 的三相異步電動(dòng)機(jī) [12]，該電機(jī) 可通過運(yùn)用變頻器進(jìn)行大范圍調(diào)速，因此選擇“YTSPL-8 型”異步變頻調(diào)速電 機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)速為 720R/MIN。 6 4 可編程控制器（PLC）介紹與選擇 可編程序控制器 PC（PROGRAMMBLE CONTROLLER ）又稱作可編程邏 輯控制器 PLC（PROGRAMMBLE LOGIC CONTROLLER ），它是一種可存儲(chǔ) 其內(nèi)部程序的存儲(chǔ)器，采用特點(diǎn)的采用單一的編寫程序（PLC），用來執(zhí)行邏 輯運(yùn)算、定時(shí)、順序控制、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出來控制各類型的機(jī)械。 4.1 基本結(jié)構(gòu) 可編程邏輯控制器從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說，就是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，其內(nèi)部硬件 組成有以下部分構(gòu)為： 1. 電源 2. 存儲(chǔ)器 3. 中央處理單元(CPU) 4. 通信模塊 5. 功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 6. 輸入輸出接口電路 4.2 工作原理 當(dāng)可編程邏輯控制器（如圖4-2所示）的工作過程一般可分為三個(gè)階段 [13]： 圖4-2 可編程邏輯控制器 1. 輸入采樣 2. 用戶程序執(zhí)行 3. 輸出刷新。這三個(gè)工作階段通常稱為一 個(gè)掃描周期。運(yùn)行過程就是可編程邏輯控制器內(nèi)的 CPU 重復(fù)執(zhí)行這三個(gè)工作階 段。 7 4.3 功能與特點(diǎn) 1. 編程簡單，易于操作 2. 性價(jià)比高 3. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 4. 安全性能高，抗干擾能力強(qiáng) 5. 硬件配套齊全，適應(yīng)性強(qiáng) 6. 維修工作量小，維修方便 4.4 選型規(guī)則 1. 合理的結(jié)構(gòu)型式選擇 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式 [14]。 從價(jià)格因素考慮，整體式 PLC 相對(duì)于模塊式而言占有較大優(yōu)勢(shì)，整體式的 空間體積也相對(duì)更小，因此在小型控制系統(tǒng)中一般首先考慮運(yùn)用整體式。但一 些較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)一般選用模塊式 PLC。 2. 正確的安裝方式的選擇 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I/O 硬件 [15]，因而系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I/O 式系統(tǒng)的裝置分布范圍廣，可分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，適用于大型系統(tǒng)； 由多臺(tái)設(shè)備 PLC 組成的聯(lián)網(wǎng)，既可相互交流并載，亦可分開單獨(dú)控制，在運(yùn)用 小型 PLC 時(shí)，須附加通訊模塊。 3. 響應(yīng)速度 作為工業(yè)自動(dòng)化的通用控制器，對(duì)于不同程度的需求，我們應(yīng)該慎重選擇 PLC 的響應(yīng)速度。當(dāng)需要跳轉(zhuǎn)使用不同檔次 PLC 時(shí)，應(yīng)該選用具有：1) 高速 I/O 處理功能 2) 具有快速響應(yīng)模塊 3) 具有中斷輸入模塊。 4. 系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 一般系統(tǒng)的 PLC 可靠性相對(duì)而言容易滿足。但對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)， 我們應(yīng)考慮是否采用熱備用系統(tǒng)或冗余系統(tǒng)。 5. 機(jī)型的統(tǒng)一性 PLC 的機(jī)型統(tǒng)一有以下三方面優(yōu)點(diǎn)： 1) 機(jī)型統(tǒng)一，模塊間可相互拼裝備用，方便零部件的采購和管理。 2) 機(jī)型統(tǒng)一，功能和使用方法的統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的傳承和技術(shù)水平 8 的提高。 3) 機(jī)型統(tǒng)一，外部設(shè)備通用，易于聯(lián)網(wǎng)共享資源，且,配上計(jì)算機(jī)后可形成 一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 4.5 PLC 型號(hào)確定 PLC 選型為 “ FN2N-64MT-D”，結(jié)構(gòu)： 64 個(gè) I/O 基本單元、 繼電器、 輸入輸出 24V 的直流電源。 9 5 自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件選型 5.1 真空泵選型 真空泵主要為八工位料盤上的 C 前處理，E 印刷， A 上料等提供真空源吸 氣，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，參數(shù)為： 1. 抽氣速率 4 升/秒 2. 極限真空 6X10-2PA 3. 轉(zhuǎn)速 1440R/MIN 4. 進(jìn) 氣口直徑 Φ19MM 5. 泵油溫升 45℃ 6. 電機(jī)功率 0.55KW 7. 噪音 70DB 圖 5-1 真空泵 5.2 空氣壓縮機(jī)選型 在整個(gè)印刷機(jī)工作中，空氣壓縮機(jī)的作用是為各部分吹氣裝置提供氣源 [16]。 根據(jù)設(shè)計(jì)及技術(shù)性能要求，我們選擇空氣壓縮機(jī)型為 開山 V-0.7/30。其主要參 數(shù)為：型號(hào)：V-0.7/30（如下圖所示） 型式:雙列 V 型兩級(jí)級(jí)差活塞式 冷卻方式: 風(fēng) 冷 排氣量： 0.7(M3/MIN) 額定壓力：3.0(MPA) 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速：1000(R.P.M.) 電機(jī)功率：1.1(KW) 外形尺寸為： 1650X700X1400 (MM) 圖 5-2 空氣壓縮機(jī) 5.3 抽風(fēng)機(jī)選型 抽風(fēng)機(jī)的主要作用為當(dāng)杯子從下杯工位下來時(shí)能夠穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)奈皆谄?10 上，且在傳輸過程中不會(huì)移位滑落。抽風(fēng)機(jī)一般安裝在箱體內(nèi)，其產(chǎn)生效果的 原理是：空氣流動(dòng)越快，壓力越低。這樣，在抽風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)下，產(chǎn)生瞬間負(fù)壓， 杯子就能牢牢的吸附在皮帶上。 設(shè)杯子質(zhì)量 M=20G，杯底半徑 D=2.5CM，則根據(jù) P=F/S 得，杯子吸附在 皮帶上的最小壓強(qiáng) P= =10.2PA。0196.2 圖 5-3 抽風(fēng)機(jī) 5.4 變頻器選型 印刷機(jī)所需變頻器的主電機(jī)功率為 7.5KW,額定工作電壓為 380V,額定電流 為 19A，綜合考慮國內(nèi)性價(jià)比較高的的變頻器為匯川的產(chǎn)品且變頻器選擇型號(hào) 為“ 匯川 MD 310T11B”該變頻器最大輸入電流 26.0A 最大輸出電流 25.0A 所配電機(jī)為 11KW，其 端 子 詳 解 圖 如 圖 5-4 所 示 。 如 圖 所 示 端 子 有 1 正 傳 運(yùn) 行 /停 止 、 3 異 常 復(fù) 位 、 4 外 部 異 常 。 圖 5-4 匯川 VS-616G5 端 子 詳 解 圖 11 5.5 光纖傳感器 5.5.1 光纖傳感器的特點(diǎn) 光 纖 傳 感 器 的 精 度 比 較 高 ， 物 體 經(jīng) 過 時(shí) ， 當(dāng) 光 線 切 斷 這 時(shí) 就 會(huì) 有 信 號(hào) 輸 出 。 光 纖 傳 感 器 的 優(yōu) 點(diǎn) ： 1. 靈 敏 度 較 高 。 2. 良 好 的 安 全 性 。 3. 輕 細(xì) 柔 韌 便 于 安 裝 埋 設(shè) 。 4. 使 用 壽 命 長 ， 傳 輸 容 量 大 。 5.5.2 光纖傳感器的選型 選 取 正 確 的 傳 感 器 對(duì) 于 印 刷 機(jī) 能 否 快 速 靈 敏 的 檢 測(cè) 出 是 否 有 印 刷 物 品 十 分 重 要 。 可 以 避 免 墨 料 不 必 要 的 損 失 并 且 保 護(hù) 機(jī) 器 不 被 污 染 腐 蝕 。 因 此 這 就 需 求 傳 感 器 傳 輸 迅 速 ， 反 應(yīng) 靈 敏 。 由 于 光 纖 的 電 阻 小 ， 傳 輸 快 ， 熔 點(diǎn) 高 。 所 以 ， 光 纖 傳 感 器 越 來 越 受 到 制 造 商 的 青 睞 。 如 圖 5-5 所 示 為 某 型 光 纖 傳 感 器 。 圖 5-5 E3F-5DN1 型 光 纖 傳 感 器 歐 姆 龍 E3F-5DN1 型 光 纖 傳 感 器 的 相 關(guān) 參 數(shù) 如 下 ： 安 裝 方 式 ： 對(duì) 射 型 電 壓 類 型 ： 直 流 6-36V 輸 出 方 式 ： 三 線 制 （ NPN） 檢 測(cè) 距 離 ： 5M 工 作 溫 度 ： -20～ +55℃ 12 5.6 調(diào)速電機(jī)的選擇 主機(jī)控制系統(tǒng)主要使用兩個(gè)調(diào)速電機(jī)，其分別安裝在下杯傳輸皮帶和下杯 吸附皮帶處。 為了保證電動(dòng)機(jī)能夠提供足夠的動(dòng)力，在這里我們?nèi)‰妱?dòng)機(jī)的功率 P 為 100W,根據(jù)公式回推可得出相對(duì)預(yù)緊力 F0 為 540N。 如下圖所示為某型號(hào)電動(dòng)機(jī)，在這里我們?cè)O(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)為： 功率為：100W 電壓： 380V 轉(zhuǎn)速：1400R/MIN 外形尺寸；180MM×115MM×140MM [17]。 YS 系列三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起動(dòng)和運(yùn)行特點(diǎn)，加之其結(jié)構(gòu)簡單，使用、 維修方便，因而適用于擁有三相電源的小型機(jī)械。 圖 5-6 調(diào)速電機(jī) 5.7 PLC 顯示器 5.7.1 PLC 顯示器的選擇 MD204L 可 編 程 顯 示 器 的 主 要 功 能 是 顯 示 印 刷 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 以 及 印 刷 杯 子 的 速 度 。 將 MD204L 的 9 芯 通 訊 口 和 個(gè) 人 計(jì) 算 機(jī) 的 9 芯 通 訊 口 用 通 訊 電 纜 MD2-PC 連 接 起 來 可 下 載 畫 面 數(shù) 據(jù) ， 用 MD2-FX2N 連 接 起 來 可 與 PLC 通 訊 。 調(diào) 試 當(dāng) 中 ， 可 以 用 小 尺 寸 螺 絲 刀 來 旋 轉(zhuǎn) 顯 示 器 背 面 右 側(cè) 的 對(duì) 比 度 調(diào) 節(jié) 電 位 器 以 此 調(diào) 整 液 晶 屏 的 對(duì) 比 度 ， 直 至 合 適 為 止 。 圖 5-7 MD204L 可編程顯示器 13 5.7.2 顯示器與 PLC 的連接 MD204L 目 前 可 以 和 三 菱 FX 系 列 PLC 通 訊 ， 通 訊 口 為 PLC 的 編 程 口 。 三 菱 FX 系 列 PLC 的 RS422 串 行 通 訊 接 口 采 用 了 9 針 通 訊 口 。 以 下 為 MD204L 顯 示 器 與 PLC 的 連 接 的 項(xiàng) 目 和 內(nèi) 容 ， 如 表 5-7 所 示 。 表 5-7 MD204L 與 PLC 連接的項(xiàng)目和內(nèi)容 項(xiàng)目 內(nèi)容 MD204L通訊口 9針通訊口 PLC通訊口 編程口 缺省通訊參數(shù) 9600BPS、7BITS、1STOP、EVEN 站號(hào)號(hào) 1局 通信距離（最大） 70米 通訊方式 RS-422串形通訊接口 電纜型號(hào) MD2-FX2N（必須用此專用線纜） 開關(guān)量對(duì)應(yīng)地址 M000-M511 數(shù)字量對(duì)應(yīng)地址 D000-D511 5.8 接近開關(guān) 根 據(jù) 工 作 條 件 和 印 刷 機(jī) 所 需 動(dòng) 作 我 們 選 用 “歐 姆 龍 公 司 E2E-X2E1 型 ” 接 近 開 關(guān) 。 如 下 圖 所 示 ， 手 輪 插 入 開 關(guān) ON 和 自 動(dòng) 動(dòng) 作 的 停 止 都 由 手 輪 旋 轉(zhuǎn) 控 制 。 E2E-X2E1 型接近開關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下： 檢測(cè)距離：5MM±10% 設(shè)定距離：0～4MM 應(yīng)答頻率：直流 200HZ 工作環(huán)境：-20～+60℃ 便準(zhǔn)檢測(cè)物：12*12*1MM [18] 圖 5-8 接近開關(guān) 14 5.9 光電編碼器 在 本 次 曲 面 印 刷 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) 中 ， 根 據(jù) 工 作 要 求 可 選 用 增 量 式 光 電 編 碼 器 。 增 量 式 編 碼 器 的 輸 出 方 波 脈 沖 為 A、 B、 Z 相 三 種 。 其 中 A、 B 兩 組 脈 沖 用 來 判 斷 旋 轉(zhuǎn) 方 向 ， 其 相 位 相 差 90o， Z 相 的 每 一 個(gè) 脈 沖 都 用 來 基 準(zhǔn) 點(diǎn) 定 位 [19]。 但 缺 點(diǎn) 是 無 法 輸 出 其 軸 所 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 絕 對(duì) 位 置 信 息 。 如 圖 5-9 所 示 為 TR 公 司 的 IE－ 40 編 碼 器 。 圖 5-9 光電編碼器 5.10 開關(guān)電源的選擇 由于在全自動(dòng)曲面印刷機(jī)中需要應(yīng)用 DC24V 為部分電子元件提供電源 [20]， 因而必須選取可提供直流電源的開關(guān)電源，用以給電磁制動(dòng)器等電器提供電源。 根據(jù)所用電器的綜合考慮，我們選用上海翔惠電子有限公司型號(hào)為“SW60-1G- 24”的開關(guān)電源。如圖 5-10 所示，該電源的輸出電流為 2.5A，輸出電壓 24V， 功率 60W，效率 86%。 圖 5-10 功率開關(guān)電源 5.11 速度調(diào)節(jié)器的選擇 如圖 5-11 所示為某型號(hào)無極調(diào)速器，該調(diào)速器自帶電源反接保護(hù)與控制電 壓過壓保護(hù)，并用一根 20A 的快速熔斷陶瓷保險(xiǎn)絲用以保護(hù)。 15 圖 5-11 無極調(diào)速器 主要技術(shù)指標(biāo): 1. 工作電壓 : DC6V-DC90V 2. 控制功率 : 0.01-1000W （最大電流 15A） 3. 靜態(tài)電流 : 0.005A（待機(jī)狀態(tài)） 4. PWM 占空比：0%-100% 5. PWM 頻率 ：15KHZ 6. 控制電壓 ：0-5V （電壓控制型，可以用 PLC 直接控制電機(jī)的速度） 16 6 曲面印刷機(jī)控制系統(tǒng)與外圍設(shè)備設(shè)計(jì) 6.1 主機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 主電機(jī) M1 為三相異步電機(jī)，采 用 電 壓 為 380V 的 三 相 交 流 電 源 ， 在過熱 保護(hù) FR1 和輸出交流電抗器 ACL2 的作用下實(shí)現(xiàn)了與變頻器輸出端子 U、V、W 的相連接。 整機(jī)主要由主電機(jī) M1 提供動(dòng)力源對(duì)印刷機(jī)進(jìn)行順序同步控制；空氣壓縮 機(jī) M2 為各部分吹氣裝置提供氣源，完成各個(gè)操作動(dòng)作；真空泵 M3 則為間歇 回轉(zhuǎn)料盤提供負(fù)壓力，使八工位料盤的各個(gè)工位上的杯子在相關(guān)操作時(shí)能夠有 效的吸附在其模把上，不會(huì)脫落；為了使杯子在下杯工位能夠準(zhǔn)確的運(yùn)送到干 燥箱皮帶上，在設(shè)計(jì)中需要在下杯機(jī)構(gòu)的傳輸皮帶上安裝電機(jī)，如圖所示為電 機(jī) M4、 M5； M6、M7、 M8、M9 分別是副機(jī)部分各個(gè)機(jī)構(gòu)所用的電動(dòng)機(jī)，分 別由開關(guān) QS2、QS3 、QS4、QS5、QS6、QS7 控制，可進(jìn)行：料杯上料傳輸、 干燥、下料傳輸?shù)炔僮鳎瓿伤枰南嚓P(guān)加工處理。全自動(dòng)曲面印刷機(jī)的電 氣控制原理圖如圖 6-1 所示。 17 圖 6-1 電氣控制原理圖 6.2 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)電氣布件圖 電器位置圖反映了各電器元件的實(shí)際安裝位置。圖 6-2 所示為全自動(dòng)曲面 印刷機(jī)的電器位置圖。 FU1FU2RR2R34FR5F6F7F89KM1KM2KM3KM4 5TTCTRXTRHXMCAL1AL2RBQFVS-61G5FX2N端 子 板XT XTXT 線 槽 ： 10m×80 120 圖 6-2 電控柜電器布置圖 18 6.3 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)電氣連接圖 從圖中 6-3 所示，我們可以得到各電器設(shè)備的各元件空間位置和接線情況， 可在安裝或檢修時(shí)對(duì)照原理圖使用。 電氣連接圖是根據(jù)各個(gè)電器經(jīng)過合理性，經(jīng)濟(jì)性布置之后制圖而成的，如 圖 6-3 的接線圖是根據(jù)圖 6-2 電器原理圖繪制的。它清晰的表現(xiàn)了機(jī)車電器設(shè) 備與各個(gè)單元之間的接線關(guān)系，并明確的標(biāo)注出了其外部接線所需的數(shù)據(jù)。因 此根據(jù)此接線圖我們就可以對(duì)機(jī)床電器設(shè)備進(jìn)行總裝接線。而對(duì)于稍微復(fù)雜的 一些電器設(shè)備，當(dāng)其電器安裝板上的元器件較多時(shí)，可畫出安裝板的接線圖進(jìn) 行接線。對(duì)于簡單設(shè)備僅畫出接線圖就可以了。實(shí)際工作中，接線圖常與電器 原理圖結(jié)合起來使用。 L123QS1MM23M4 5M67M89接 地 銅 板電 氣 控 制 柜XTXTXT啟 動(dòng)SB1停 止SB2復(fù) 位3AHL123HL456HL789HL10HL12HL1345HL167SAELRPMD2-FN電 纜 MD204L顯 示 器上 料 電 磁 閥 卡 杯 電 磁 閥拉 杯 電 磁 閥 推 杯 電 磁 閥YV1YV2YV3YV4 圖 6-3 電氣連接圖 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)電氣連接圖清晰的表現(xiàn)了電器設(shè)備中電源進(jìn)線、按鈕板、 行程開關(guān)、照明燈、電動(dòng)機(jī)與機(jī)床安裝板接線端之間的連接關(guān)系，表 6-3 提供 19 了連接線所采用包塑金屬軟管的直徑和長度、連接導(dǎo)線的根數(shù)、截面積及顏色。 表 6-3 連接線說明 連接線材料名稱 連接線的尺寸 連接導(dǎo)線的尺寸 連接線的位置 包塑金屬軟管 Ф20MM×1M 1×1MM2(黃綠) + 7×1MM2（紅） + 1×1MM2(白) L1、L2、L3 包塑金屬軟管 Ф20MM×3M 3×1.5MM2(黑) ﹢ 1×1.5MM2(黃綠) M1、M2、M3、M4、M5、M6 、M7、M8 、M9 包塑金屬軟管 Ф10MM×1M 3×1MM2(紅) 電器柜中元件 包塑金屬軟管 Ф10MM×3M 1×1MM2(紅)+ 1×1MM2(白) EL、UC 包塑金屬軟管 Ф10MM×3M 1×1MM2(紅)+ 1×1MM2(白) HL1、HL2、HL3、HL4、HL5 、HL6、HL7 、HL8 、HL9、H L10、HL11、HL12、HL13、H L14、HL15、HL16、HL17 20 6.4 電器控制柜的設(shè)計(jì) 電氣控制柜是用來布置擺放電器元件的柜子，圖 6-4 所示為電器柜設(shè)計(jì)。 包塑金屬軟管 Ф15MM×3M 3×1MM2(紅) SB1、SB2、SB3、SA1 SA2、SA3、SA4 、SA5、SA6 包塑金屬軟管 Ф10MM×1M 1×1MM2(白) HT、SP、A、RP 21 圖 6-4 電器控制柜 6.5 操作臺(tái)的設(shè)計(jì) 如 圖 6-5 所 示 為 操 作 臺(tái) 設(shè) 計(jì) 。 22 A B B4×?30 20 101030 技術(shù)要求 1、MD204L出長隨帶四個(gè)鐵質(zhì)安裝螺釘 ，顯示器背部外 殼的上下側(cè)面各有兩個(gè)方形固定孔，使 用安裝螺釘將 其固定在安裝孔上。 2、用通許電纜連接顯示器及PLC的通訊 口，并接入 0V的交流電源。 3、表面防銹處理，噴塑或烤漆，灰白 色，外形美觀大 方。890 370 90550QS3×?27050806 46681083SB1SB2 SB3HL 電位器 A方向視圖 140608088409217?.540 593電流表MD20L16586132.5 圖 6-5 全自動(dòng)曲面印刷機(jī)的操作臺(tái) 7 梯形圖設(shè)計(jì)說明 如圖，當(dāng)電源開關(guān) X000 閉合，由于按鈕 X001 為常閉按鈕，所以主電機(jī) M1 得電， M1 常開觸點(diǎn)閉合自鎖，接著操作電源指示燈亮，盤內(nèi)風(fēng)扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)。 23 X024 為常閉按鈕，在正常的情況下，電動(dòng)機(jī) M8 得電，M8 常開觸閉合， 正常的情況下由于按鈕 X016，X017，X020，X021 為常閉，M5 為常閉觸點(diǎn)， 所以空氣壓縮機(jī) M2 得電，M2 常開觸點(diǎn)閉合自鎖，這一步也是實(shí)現(xiàn)非常停止的。 按下真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕，X023 和 X024 閉合，因此真空泵 M3 得電以及對(duì)應(yīng) 輸出端子 Y005 得電，常開觸點(diǎn) Y005 閉合自鎖。 隨即常開觸點(diǎn) M3 閉合真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈 Y006 亮。 由前面所述 M8 得電了，在正常運(yùn)作的情況下，印刷機(jī)過載開關(guān) X010、 壓 杯 機(jī) 構(gòu) 四 螺 頭 過 載 開 關(guān) X011、 杯 子 供 給 異 常 開 關(guān) X012、 杯 子 排 出 異 常 開 關(guān) X013、 模 頭 模 棒 異 常 開 關(guān) X014 都 是 閉 合 的 ， 因 此 對(duì) 應(yīng) 的 電 機(jī) M4、 M5、 M6、 M7 都 得 點(diǎn) 并 且 相 應(yīng) 的 自 鎖 ， 這 時(shí) M9 得 電 ， 這 些 都 是 在 異 常 的 情 況 下 斷 開 的 程 序 。 當(dāng) 接 近 傳 感 器 得 知 手 輪 已 插 入 后 ， 手 輪 插 入 確 認(rèn) 開 關(guān) X044 閉 合 ， 電 機(jī) M100 得 電 ， 常 開 觸 點(diǎn) M100 閉 合 ， 這 時(shí) 電 機(jī) M10 得 電 。 X040 為 調(diào) 整 /運(yùn) 轉(zhuǎn) 按 鈕 ， 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 時(shí) 候 這 個(gè) 按 鈕 是 斷 開 的 ， 當(dāng) 把 干 燥 器 互 鎖 按 鈕 X035 按 下 去 閉 合 ， 再 將 點(diǎn) 動(dòng) /連 動(dòng) 按 鈕 X041 切 換 到 點(diǎn) 動(dòng) 處 即 斷 開 狀 態(tài) ， 閉 合 運(yùn) 轉(zhuǎn) 按 鈕 X027， 閉 合 印 刷 機(jī) 點(diǎn) 動(dòng) 按 鈕 X028， M13 得 電 ， M11 就 能 得 電 印 刷 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 點(diǎn) 動(dòng) 繼 續(xù) 計(jì) 時(shí) 器 T2 也 開 始 計(jì) 時(shí) ,當(dāng) 計(jì) 時(shí) 完 成 后 常 閉 觸 點(diǎn) T2 斷 開 ， 電 機(jī) M13 失 電 ， M11 也 失 電 ， 印 刷 機(jī) 停 止 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 這 樣 就 實(shí) 現(xiàn) 了 印 刷 機(jī) 的 點(diǎn) 動(dòng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 。 同 理 ， 當(dāng) 切 換 按 鈕 X041 切 換 至 連 動(dòng) 處 即 閉 合 狀 態(tài) ， M14 得 電 ， 常 開 觸 點(diǎn) M14 閉 合 ， 閉 合 運(yùn) 轉(zhuǎn) 按 鈕 X027， 閉 合 印 刷 機(jī) 連 動(dòng) 按 鈕 X026， 此 時(shí) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 開 始 定 時(shí) 器 計(jì) 時(shí) 同 時(shí) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 開 始 報(bào) 警 燈 亮 ， 當(dāng) 計(jì) 時(shí) 完 成 后 ， 常 開 觸 點(diǎn) T1 閉 合 ， 電 機(jī) M12 得 電 ， M11 就 能 得 電 ， 而 且 常 開 觸 點(diǎn) M12 閉 合 自 鎖 ， 這 樣 就 實(shí) 現(xiàn) 了 印 刷 機(jī) 的 連 續(xù) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 。 當(dāng) 印 刷 機(jī) 停 止 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 不 管 是 手 輪 插 入 確 認(rèn) 還 是 M2、 M4、 M5、 M6、 M7 任 一 個(gè) 有 故 障 ， 只 要 閉 合 電 磁 制 動(dòng) 器 開 關(guān) X036 就 能 使 磁 粉 制 動(dòng) 器 動(dòng) 作 從 而 實(shí) 現(xiàn) 制 動(dòng) 。 印 刷 機(jī) 連 續(xù) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 閉 合 按 鈕 X045、 印 壓 開 關(guān) X034， 電 機(jī) M200、 輸 出 24 端 子 Y012 得 電 ， 常 開 觸 點(diǎn) M200 閉 合 ， 輸 出 端 子 Y011 得 電 ， 開 始 無 杯 不 印 檢 測(cè) 。 當(dāng) 電 機(jī) M2 由 于 出 現(xiàn) 故 障 不 得 電 時(shí) ， 輸 出 端 子 Y013 對(duì) 應(yīng) 的 非 常 停 止 動(dòng) 作 指 示 燈 就 亮 起 。 當(dāng) 電 機(jī) M4 由 于 出 現(xiàn) 故 障 不 得 電 時(shí) ， 輸 出 端 子 Y014 對(duì) 應(yīng) 的 印 刷 單 元 過 負(fù) 載 指 示 燈 就 亮 起 。 當(dāng) 電 機(jī) M5 由 于 出 現(xiàn) 故 障 不 得 電 時(shí) ， 輸 出 端 子 Y015 對(duì) 應(yīng) 的 壓 杯 機(jī) 構(gòu) 四 螺 頭 過 負(fù) 載 指 示 燈 就 亮 起 。 當(dāng) 電 機(jī) M6 由 于 出 現(xiàn) 故 障 不 得 電 時(shí) ， 輸 出 端 子 Y016 對(duì) 應(yīng) 的 供 給 排 出 部 分 異 常 指 示 燈 就 亮 起 。 當(dāng) 電 機(jī) M7 由 于 出 現(xiàn) 故 障 不 得 電 時(shí) ， 輸 出 端 子 Y017 對(duì) 應(yīng) 的 模 頭 模 棒 異 常 指 示 燈 就 亮 起 。 當(dāng) 電 機(jī) M100 由 于 出 現(xiàn) 故 障 不 得 電 時(shí) ， 輸 出 端 子 Y020 對(duì) 應(yīng) 的 手 輪 插 入 指 示 燈 就 亮 起 。 X015 為 印 壓 確 認(rèn) 限 位 開 關(guān) ， 閉 合 后 輸 出 端 子 Y022 對(duì) 應(yīng) 的 確 認(rèn) 指 示 燈 就 亮 起 。 印 刷 機(jī) 只 要 是 在 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) M11 就 是 得 電 的 ， 因 此 UV 干 燥 箱 電 機(jī) M21 得 電 ， 常 開 觸 點(diǎn) M21 閉 合 ， 輸 出 端 子 Y021 對(duì) 應(yīng) 的 為 UV 干 燥 箱 準(zhǔn) 備 的 指 示 燈 就 亮 起 。 閉 合 抽 風(fēng) 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 按 鈕 X030， 輸 出 端 子 Y023 得 電 ， 常 開 觸 點(diǎn) Y023 閉 合 自 鎖 ， 輸 出 端 子 對(duì) 應(yīng) 的 抽 風(fēng) 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 指 示 燈 就 亮 起 。 閉 合 下 杯 吸 附 驅(qū) 動(dòng) 按 鈕 X032， 輸 出 端 子 Y025 得 電 ， 電 機(jī) M31 得 電 ， 常 開 觸 點(diǎn) Y025 閉 合 自 鎖 。 常 開 觸 點(diǎn) M31 閉 合 ， 輸 出 端 子 Y026 對(duì) 應(yīng) 的 下 杯 吸 附 驅(qū) 動(dòng) 指 示 燈 就 會(huì) 亮 起 。 程 序 設(shè) 計(jì) 梯 形 如 圖 7 所 示 ： 圖 7 梯 形 圖 25 26 27 28 29 30 31 8 總結(jié) 作為印刷術(shù)的發(fā)源地，工業(yè)革命以前我國的印刷技術(shù)一直領(lǐng)先世界，活字 印刷術(shù)的發(fā)明為世界各國文化的傳播發(fā)展起到了推動(dòng)作用，進(jìn)而促進(jìn)了人類文 化進(jìn)步的進(jìn)程。在經(jīng)濟(jì)全球化及信息數(shù)據(jù)化的時(shí)代下，印刷產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷著數(shù)字 化網(wǎng)絡(luò)化變革。由于凹版印刷的工藝繁雜，制版費(fèi)時(shí)，成本較高，因而在未來 的市場(chǎng)份額中，膠版印刷仍然會(huì)占據(jù)很大的比例。就從目前的趨勢(shì)來看，在未 來的幾十年印刷制品將會(huì)有一個(gè)的增長，但之后將呈下降趨勢(shì)。因而我們要努 力發(fā)揮自己的聰明才智和創(chuàng)新妙想，在大數(shù)據(jù)條件下繼承已有印刷技術(shù)，并將 之發(fā)揚(yáng)光大創(chuàng)造出方便快捷且具有高度信息化、智能化的印刷設(shè)備，這將大大 提高生產(chǎn)率和文化發(fā)展。所以對(duì)曲面印刷機(jī)的最新研發(fā)和不斷改進(jìn)仍有很大的 應(yīng)用意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的印刷技術(shù)取得了迅猛和顯著的 成績。在十三五時(shí)期，我們要積極進(jìn)取，厚積薄發(fā)，不斷提高我國機(jī)械裝備業(yè) 的科技水平。在新的全球經(jīng)濟(jì)背景和格局下，對(duì)于我國印刷業(yè)而言機(jī)遇與挑戰(zhàn) 并存，增加印刷機(jī)的科技含量和信息水平已是大勢(shì)所趨。我們將以優(yōu)良產(chǎn)品一 展中國印機(jī)風(fēng)采！ 32 參 考 文 獻(xiàn) [1] 馬維金，李風(fēng)蘭.全自動(dòng)曲面印刷機(jī)[J]. 中國專利：ZL93248040.3，1994-08-17 [2] 張琦.曲面印刷常見問題分析[M]. 絲網(wǎng)印刷,2006,10:6 ～9 [3] 金銀河.曲面網(wǎng)印機(jī)[L]. 網(wǎng)印工業(yè),2005,3:34 ～35 [4] 陸長安.中國印刷及印刷機(jī)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析[D].印刷工業(yè),2005,1:19 [6] 徐世垣.2008-印刷業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn) [J].今日印刷,2008,1:6～7 [7] 林其水.淺