電容器墊片自動印字機(jī)控制系統(tǒng)的研制

姚興田，邱自學(xué)，毛 建，周一丹

YAO Xing-tian1,QIU Zi-xue1,MAO Jian2,ZHOU Yi-dan1

（1. 南通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南通 226019；2. 南通海立電子有限公司，南通 226361）

0 引言

電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，通常起隔直、濾波、調(diào)諧、旁路、耦合、去耦、轉(zhuǎn)相等作用。大型鋁電解電容器在制造過程中往往在外部包覆一層熱縮套管，底部則放置一層墊片，其材料一般為PVC、PET、聚烯等，電容器的生產(chǎn)批號等參數(shù)則采用燙印方法印制在底板墊片上。目前，由于缺少專用的自動化生產(chǎn)設(shè)備，國內(nèi)電容器生產(chǎn)企業(yè)在電容器墊片燙印過程中，往往采用的是手工方式，這勢必會引起產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，同時生產(chǎn)效率較低。為了滿足電容器企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，我們開發(fā)了一套電容器墊片自動印字設(shè)備。

1 技術(shù)指標(biāo)及控制要求

1）墊片材質(zhì)：PVC、PET、聚烯；墊片尺寸：厚度0.5mm±0.05mm，直徑Φ35-Φ100mm；

2）中心無孔墊片印字位置為其中心，帶孔墊片印字位置盡量靠近中心孔，質(zhì)量要求反面無印痕，字體清晰；

3）燙印頭加熱溫度0-300℃連續(xù)可調(diào)，恒溫精度±5℃；

4）燙印時間0-2秒可調(diào)；

5）燙印頭氣缸行程可調(diào)；

6）設(shè)置兩個通道，可同時加工兩種規(guī)格尺寸的墊片；可快速更換不同規(guī)格尺寸的產(chǎn)品；

7）兩通道獨立控制，可自動燙印、單只燙印及單動調(diào)整，兩通道同時工作時節(jié)奏同步；

8）各通道燙印速度不低于1200片/小時。

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)組成及功能

圖1為電容器墊片自動印字機(jī)的實物照片。整機(jī)設(shè)置前后兩個通道，期結(jié)構(gòu)主要由推料部件、燙印部件、拾取部件、PLC控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、人機(jī)界面、傳感器及機(jī)體等構(gòu)成。推料部件的功能是將疊放在料筒中的圓形薄墊片一片一片推出，送至燙印工位，同時將在燙印工位已完成燙印的墊片送至拾取工位，完成拾取動作后再退回起始位。燙印部件的功能是在燙印頭模具已加熱到設(shè)定溫度的條件下，對處于燙印工位的墊片實施燙印。拾取部件的功能是采用真空吸盤對送至拾取工位的墊片進(jìn)行拾取，并放入集料筒。PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)對燙印頭模具的溫度控制以及有關(guān)工作氣缸、真空吸盤的動作控制。氣動系統(tǒng)則接受PLC的程序指令，執(zhí)行有關(guān)運動動作。人機(jī)界面的功能是對燙印參數(shù)進(jìn)行設(shè)置以及有關(guān)操作控制。

圖1 電容器墊片自動印字機(jī)實物圖

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

電容器墊片的燙印通常采用正燙印方法，即采用正性雕刻金屬印模（標(biāo)記文字凸起），通過加熱使其達(dá)到適當(dāng)溫度，在一定壓力作用下與電容器墊片接觸并保持一定時間，使電容器墊片表面留下相應(yīng)標(biāo)記。燙印質(zhì)量取決于壓力與熱的綜合作用效果，其中溫度與燙印接觸時間是最重要的因素。溫度太低或者接觸時間太短，墊片表面尚未塑化變軟，不能形成清晰的標(biāo)記；溫度太高或者接觸時間太長，會塑化過度，使?fàn)C印標(biāo)記變形或塌軟[1]。為此需要對燙印頭模具溫度及燙印時間進(jìn)行精確控制。

本設(shè)備的溫度控制采用三菱公司的FX2N-2LC溫度調(diào)節(jié)模塊[2]，通過嵌入兩只燙印頭中的熱電偶、加熱管進(jìn)行溫度檢測與控制，從而精確控制燙印頭的模具溫度。圖2為溫度控制電路圖。

圖2 溫度控制電路圖

4.2 運動控制系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)備的運動包括推料部件的左右移動、燙印部件的上下移動、拾取部件的上下移動以及墊片的吸取釋放動作四大部分，根據(jù)工作需要，分別采用雙行程直線氣缸、可調(diào)行程直線氣缸、普通單行程直線氣缸以及真空吸盤來執(zhí)行。

PLC控制系統(tǒng)的核心采用三菱公司的FX1N-60MR主模塊[3]。各直線氣缸相應(yīng)的行程位置檢測接近開關(guān)、料筒有無料傳感器、燙印工位有無料傳感器以及計數(shù)傳感器接入PLC的輸入端口，各直線氣缸、真空吸盤驅(qū)動用電磁閥及指示燈接入PLC的輸出端口。表1為PLC控制系統(tǒng)I/O地址分配表。

表1 PLC控制系統(tǒng)I/O地址分配表

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 PLC控制程序設(shè)計

電容器墊片自動印字機(jī)的核心控制任務(wù)是燙印頭模具的溫度控制、各氣缸的運動以及真空吸盤的控制。圖3為單一通道的自動燙印程序控制流程圖。

溫控模塊FX2N-2LC是三菱FX系列PLC是擴(kuò)展模塊，具有兩通道溫度檢測與控制功能。其內(nèi)部集成了簡單的通斷控制算法和較復(fù)雜的PID參數(shù)控制算法。本系統(tǒng)中采用PID參數(shù)自動調(diào)節(jié)算法，即根據(jù)溫度給定值與測量值之間的誤差大小及變化趨勢，自動調(diào)節(jié)P、I、D三個參數(shù)值，通過OUT端口控制固態(tài)繼電器SSR在設(shè)定控制周期內(nèi)的開通度，從而達(dá)到滿意的溫度控制精度。有關(guān)溫控設(shè)定值及實際測量值通過緩沖存儲單元BFM的FROM、TO指令實現(xiàn)溫控模塊與PLC主模塊之間的讀寫操作。

運動控制程序可采用三菱FX系列PLC的順序控制指令或步進(jìn)指令來編制。須保證前后兩個通道可獨立控制相應(yīng)運動，同時當(dāng)兩通道同時工作時又要保持其動作協(xié)調(diào)性。編程軟件采用三菱FXPCS-WIN-C3.3C，具體程序這里不再贅述[4]。

圖3 自動燙印程序控制流程圖

3.2 人機(jī)界面操作畫面設(shè)計

人機(jī)界面是人機(jī)交互的窗口，本系統(tǒng)選用三菱公司的GT1150-QLBD-C人機(jī)界面，操作畫面采用GT Designer2軟件進(jìn)行設(shè)計 [5]。其與個人電腦間的畫面程序?qū)懭肱c讀出通過RS-232C接口完成，與PLC間的數(shù)據(jù)通信通過RS-422接口完成。本系統(tǒng)操作界面分三個層次，第一層次為“操作主畫面”，可選擇相應(yīng)加工通道，進(jìn)入下一層次操作畫面；第二層次為“前側(cè)通道”和“后側(cè)通道”的具體操作畫面，可進(jìn)行燙印參數(shù)設(shè)置、選擇相關(guān)按鍵操作及顯示有關(guān)加工參數(shù)；第三層次為“前側(cè)通道單動”和“后側(cè)通道單動”操作畫面，可單獨對相應(yīng)通道推料氣缸、印字氣缸、拾取氣缸及真空吸盤進(jìn)行點動控制操作，主要用于檢測調(diào)整。圖4為前向通道的具體操作畫面。

圖4 前向通道操作畫面

5 結(jié)束語

本文介紹的電容器墊片自動印字機(jī)采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)，實現(xiàn)了電容器墊片燙印生產(chǎn)的自動化，同時對料筒有無料、燙印位有無料具有自動檢測及報警功能，拾取位具有計數(shù)功能，燙印溫度、燙印時間、燙印只數(shù)可在一定范圍內(nèi)任意設(shè)定。該設(shè)備具有控制可靠、參數(shù)設(shè)置方便、產(chǎn)品更換快速、適應(yīng)性強(qiáng)及操作簡便等特點。自投入企業(yè)生產(chǎn)以來，顯著地提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，大大減輕了操作人員的勞動輕度，完全滿足企業(yè)自動化生產(chǎn)的需要。該技術(shù)可推廣應(yīng)用到包裝、印刷等領(lǐng)域。

[1] 葉洪勛.淺談塑料燙印技術(shù)[J].網(wǎng)印工業(yè),2002,(2)：18-21.

[2] FX2N-2LC Temperature Control Block User Manual[M].Japan：Mitsubishi Electric,2000.

[3] The FX1N Series Programmable Controllers Hardware Manual[M].Japan：Mitsubishi Electric,2000.

[4] The FX Series Programmable Controllers Programming Manual[M].Japan：Mitsubishi Electric,1999.

[5] GT Designer2 Version2 Screen Design Manual (For GOT 1000 Series)[M].Japan：Mitsubishi Electric,2005.