基于PLC和伺服控制的自動點膠機

王林

摘 要采用PLC控制，配合伺服控制輸送帶，設計制作自動點膠機，能夠實現液晶電視機背板自動點膠，方便LED燈帶的安裝，節(jié)約人工成本，提高生產效率。硬件主要采用臺灣FATEK/永宏PLC FBS-20MAT、信捷TH465-MT觸摸屏、湯姆斯TMSDD-30A伺服驅動器、湯姆斯TMS130ST-M6025伺服電機實現。

【關鍵詞】永宏PLC FBS-20MAT 湯姆斯伺服 信捷觸摸屏

1 引言

XX公司主要生產液晶電視機，LED液晶屏的背光源由多組LED背光燈組成。背光源又分側入式和直下式兩種安裝方式，結構也略有不同：直下式是把LED做成密集的點陣（俗稱燈帶），放置在屏幕的背后，直接照射屏幕。原來使用螺釘固定LED燈帶方式，將其組裝到電視機背板上，由于燈帶較多，一般為6-8條，每條需4-6顆螺釘固定，人工成本高，且生產效率低下，企業(yè)效益得不到提升。維修管理部針對此情況，決定自主設計新型LED燈帶的固定裝置。

2 設計思路

2.1 自動螺釘安裝機

采用PLC控制，配合氣動裝置、機械手、伺服輸送帶、傳感定位，設計制作自動螺釘安裝機，完成LED燈帶的自動安裝。

2.2 自動點膠機

采用PLC控制，配合氣動裝置、伺服輸送帶、定位傳感，設計制作自動點膠機，采用新工藝，在背板上涂上粘膠，配合人工固定，完成LED燈帶的安裝。

經過團隊研究對比，發(fā)現兩個設計思路各有千秋，對比如表1。從實施難度和經濟效益對比，第一種思路需要復雜的控制技術，技術上實現程度難度大，所以決定采用第二個思路——自動點膠機。

3 設備硬件簡介

設計主要硬件有：臺灣FATEK/永宏PLC FBS-20MAT、信捷TH465-MT觸摸屏、湯姆斯TMSDD-30A伺服驅動器、湯姆斯TMS130ST-M6025伺服電機、BJ10M-TDT光電定位傳感器、24V開關電源。

3.1 PLC：臺灣FATEK/永宏PLC FBS-20MAT

永宏FATEK FBs系列PLC為一外型小巧卻具有媲美中大型PLC功能的新一代小型PLC，其通訊端口最多擴展至5個，RS232、RS485硬件接口可供客戶自由選配，支持自由協議、MODBUS協議、永宏協議。最大I/O點數輸入、輸出點都可擴展至256點。FBs-PLC指令超過300種以上，并采用最人性化，可讀性最高之多輸入/多輸出指令格式，一個指令即可達成大部分其他PLC數個指令才能做到的功能，使程式大為精簡，同時運算結果可直接由內部或外部輸出取得。FBs主機有MA經濟型；MC高功能型及MN高速NC型，FBS-20MAT擁有12點24VDC數字輸入、8點繼電器或晶體管輸出、一個RS232或USB通訊端口。

3.2 伺服驅動器：湯姆斯TMSDD-30A

采用湯姆斯TMSDD-30A的伺服驅動器，工作電流30A，配套湯姆斯TMS130ST-M6025伺服電機，輸出功率1.5KW。控制方式為IGBT PWM正弦波控制方式，控制模式有：位置控制模式（外部脈沖輸入或內部位置指令）；速度控制模式（外部模擬電壓輸入或內部速度指令）；位置/速度控制模式。在控制特性上，調速比達到1：5000，速度頻率響應可達到400HZ，脈沖頻率可達500KHZ?？梢允褂肦S-232或RS-485串口進行通訊。伺服驅動器、伺服電機和編碼器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3.3 觸摸屏：信捷TH465-MT

觸摸屏采用信捷的TH465-MT觸摸屏，7英寸顯示屏幕，流線型6萬色真彩，支持bmp、jpeg格式圖片顯示，有靈簡單開關設置切換模式，有觸摸區(qū)校準功能，支持RS-232或RS-485串口通訊。采用24V開關電源為PLC、觸摸屏、光電傳感器、電磁閥、繼電器供電。

4 工作原理說明

4.1 電氣原理接線圖

PLC FBS-20MAT采用順序控制，觸摸屏通過RS485與FBS可編程控制器進行通訊，Y1輸出端控制伺服驅動的方向控制，Y0輸出端控制伺服驅動器的速度，Y2端控制點膠升降架的汽缸電磁閥，Y3端控制點膠繼電器，繼電器控制6個注膠針嘴電磁閥，（如圖1所示）。

4.2 I/O分配表

根據控制要求，作出輸入、輸出點分配表，如表2所示。

4.3 控制流程說明

按下啟動按鍵，啟動自動點膠模式，PLC控制伺服驅動器開啟輸送帶，將背板輸送到點膠工作臺下，定位傳感器檢測背板到位，開啟汽缸電磁閥，點膠升降臺下降，然后開啟點膠繼電器，打開各點膠針頭電磁閥，開始點膠，伺服電機運轉，完成A處點膠，然后關閉繼電器，關閉針頭；到B處時，開啟繼電器，繼續(xù)點膠，直至完成LED燈帶C處、D處、E處點膠。

當膠水桶液位下降到低位時，液位傳感器檢測到，啟動液位報警，工作人員便可添加膠水；遇到緊急狀態(tài)，按下急停按鍵，系統(tǒng)自動停止運行。

4.4 觸摸屏界面

觸摸屏采用6個界面，分別完成主界面，自動模式、參數設置和查看點膠閥計數、直通模式及廠商信息。

5 系統(tǒng)聯合調試注意事項

（1）PLC程序和觸摸屏程序需要反復的軟件仿真實驗，甚至電氣連接調試后，仍需修改完善，使控制達到最優(yōu)，設備整機見圖2，硬件連接見圖3。

（2）伺服驅動器的控制參數設定必須要結合實際，例如電磁閥的開啟相應速度，在最終運行中調節(jié)設定，以達到理性控制。

（3）在設計中，加入膠水桶液位報警，以免裝置在沒有膠水狀態(tài)下運轉，在觸摸屏中加入計數功能，方便統(tǒng)計。

6 結束語

6.1 節(jié)約人力資源、提高生產效益

使用PLC配合伺服控制，重新改變LED燈條的安裝工藝，使用膠粘方式代替原來的螺釘固定方式，在不降低燈條安裝要求的前提下，使得LED燈條安裝崗位的人力需求從原來的4～5人，減少到1人（專門粘貼燈條），降低了人力成本，同時加快燈條的安裝速度，提高生產效益。

6.2 改善工藝，提升工序的合格率

原來螺釘安裝燈條，由于工人操作不當，容易造成燈條損壞，降低了該工序的合格率，LED燈條安裝工藝的從螺釘固定改為膠粘固定后，燈條的安裝要求沒有降低，卻極大降低了螺釘安裝燈條的損壞率。

6.3 硬件穩(wěn)定，出錯率低

使用PLC、配合伺服控制，系統(tǒng)運行可靠，整機出錯率低，而且設置了緊急停止按鈕和蜂鳴器報警，減少了故障的發(fā)生。

6.4 有待改進之處

該設計雖然實現了液晶電視機背板燈條的自動點膠功能，卻仍然需要人工粘貼燈條，未實現全自動的燈條安裝、測試功能，且PLC未能同與計算機或其他控制器連接，實現柔性制造。

參考文獻

[1]廣東省職業(yè)技能鑒定指導中心.工業(yè)控制新技術教程[M].廣州：華南理工大學出版社，2014.

[2]臺灣永宏公司.永宏FBS-PLC使用手冊（硬件篇）（中文）[R].

[3]臺灣永宏公司.永宏FATEK PLC應用手冊（100例）[R].

[4]信捷電子公司F.信捷觸摸屏使用手冊[R].

作者單位

中山市技師學院 廣東省中山市 528400