基于PLC的辦公室自動(dòng)蓋章裝置設(shè)計(jì)

徐建強(qiáng) 徐志龍

摘要：針對(duì)辦公室文件需要批量蓋章，設(shè)計(jì)了一種基于PLC自動(dòng)蓋章裝置。設(shè)計(jì)了該裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)合工作原理，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件的設(shè)計(jì)。實(shí)際運(yùn)行證明：該系統(tǒng)能夠快速地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓋章的功能，運(yùn)行可靠，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：PLC，自動(dòng)蓋章

Design of office automatic seal device based on PLC

Jianqiang Xu

（School of Mechanical Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai，200093，China）

Abstract：Aiming at the need of batch stamping for office documents，an automatic stamping device based on PLC is designed. The mechanical structure of the device is designed. Based on the working principle，the hardware and software of the control system are designed. Practical operation proves that the system can realize the function of automatic seal quickly，run reliably，and has a good application prospect.

Keywords：PLC，Automatic stamping

引言

在銀行系統(tǒng)、現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)以及服務(wù)業(yè)中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的單據(jù)進(jìn)行蓋章，且蓋章工作量非常巨大[1]。而傳統(tǒng)的人工蓋章速度比較慢、位置不精確、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不利于提高工作效率。市場(chǎng)上雖然有通用的自動(dòng)蓋章機(jī)銷售，但其設(shè)計(jì)時(shí)考慮的工況較為單一，功能也固定，不能滿足一些企業(yè)的特殊需求。因此很多企業(yè)選擇與技術(shù)單位合作開發(fā)本單位專用設(shè)備，以提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度[2]。從節(jié)省人力成本，提高工作效率的角度出發(fā)，有必要設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)蓋章設(shè)備。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖一所示為自動(dòng)蓋章裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。主要包含底座、印章固定機(jī)構(gòu)、調(diào)位組件和移動(dòng)組件、蓋章驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。

底座用于承載各個(gè)機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)元件，為系統(tǒng)提供定位和支撐。印章固定機(jī)構(gòu)用于固定印章的位置，該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為可拆卸式，方便更換印章。調(diào)位組件包括豎直地設(shè)置在底盤上的固定桿、底部可滑動(dòng)地套設(shè)在固定桿外的調(diào)位筒和與該調(diào)位筒頂端連接的彈簧，移動(dòng)組件包括貫穿地設(shè)置在彈簧內(nèi)且底部可滑動(dòng)地嵌套在調(diào)位筒內(nèi)的導(dǎo)向桿、垂直地設(shè)置在該導(dǎo)向桿頂端上的導(dǎo)向板、設(shè)置在該導(dǎo)向板上的連接孔、設(shè)置在導(dǎo)向板靠近導(dǎo)向桿一端上的滾筒支座、轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在滾筒支座內(nèi)的滾筒、設(shè)置在導(dǎo)向板另一端上的夾具和與該夾具相配合的印章固定座。蓋章驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)印章進(jìn)行蓋章操作，包括固定在底盤上的第一電機(jī)、一端設(shè)置在該第一電機(jī)的輸出端上的聯(lián)軸器、一端連接在該聯(lián)軸器另一端上的連軸和垂直地設(shè)置在連軸的另一端上的凸輪。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)印章擺動(dòng)從而進(jìn)行涂印泥操作，包括固定在底盤上的第二電機(jī)、一端套設(shè)在該第二電機(jī)的輸出端上的曲柄和一端連接在曲柄的另一端上的連桿。

1.2裝置工作原理

該裝置設(shè)計(jì)了印章固定機(jī)構(gòu)和蓋章驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得蓋章能上下運(yùn)動(dòng)，對(duì)文件進(jìn)行蓋章；設(shè)計(jì)印章固定機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和蓋章驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得印章能移動(dòng)到印泥盒上方并進(jìn)行涂印泥操作。由于調(diào)位筒的下部設(shè)置為扇形筒，同時(shí)，固定桿設(shè)置有與調(diào)位筒下部相應(yīng)的扇形桿，使得調(diào)位筒的轉(zhuǎn)動(dòng)受到限制。固定桿上設(shè)置有沿豎直方向延伸的第一調(diào)位孔，調(diào)位筒的底部與第一調(diào)位孔的位置上設(shè)置有對(duì)應(yīng)的第二調(diào)位孔，第二調(diào)位孔內(nèi)設(shè)置有螺栓，該螺栓貫穿第二調(diào)位孔以及第一調(diào)位孔后被對(duì)應(yīng)的螺母固定，從而將調(diào)位筒和固定桿固定在一起，便于對(duì)印章的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。底盤上還設(shè)置有多個(gè)物品架支座和分別設(shè)置在物品架支座上的物品架，便于放置需要蓋章的文件或印泥盒。每個(gè)物品架支座上設(shè)置有沿豎直方向延伸的第一槽孔，物品架與第一槽孔的位置上設(shè)置有對(duì)應(yīng)的第二槽孔，第二槽孔內(nèi)還設(shè)置有螺栓，該螺栓貫穿第二槽孔以及第一槽孔后被對(duì)應(yīng)的螺母固定，從而將物品架支座和物品架固定在一起，能夠調(diào)節(jié)物品架的高度，從而使得滾筒和凸輪的外圓周面能接觸到，最終完成蓋章和涂印泥操作。夾具底部上設(shè)置有紅外傳感器，便于對(duì)放置在物品架上的文件和印泥盒進(jìn)行識(shí)別。印章固定座包括機(jī)座、緩沖墊圈、固定夾桿和機(jī)蓋，便于固定印章，同時(shí)緩沖墊圈還能夠?qū)τ≌滦纬删彌_，防止使用過(guò)程中印章因沖擊力而損壞。

2.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對(duì)前述自動(dòng)蓋章裝置設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)[3]。該控制系統(tǒng)主要由PLC控制器和兩個(gè)步

進(jìn)電機(jī)組成，還包含光電式傳感器和電感式傳感器。其中光電式傳感器用于檢測(cè)文件和印泥等非金屬件，電感式傳感器用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行限位?？刂葡到y(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 控制系統(tǒng)硬件選型

根據(jù)制定的控制系統(tǒng)總體方案，需要對(duì)硬件進(jìn)行選型。控制系統(tǒng)需要的硬件有PLC、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、電源開關(guān)、接近開關(guān)等電氣元件。PLC 為控制系統(tǒng)的主控制器，接收機(jī)器內(nèi)部傳感器和開關(guān)信號(hào)，控制電機(jī)完成一些列動(dòng)作。

本系統(tǒng)中共涉及2個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制，PLC對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制需要通過(guò)高速脈沖端口發(fā)射脈沖進(jìn)行控制。脈沖的頻率和速度決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和圈數(shù)。一般來(lái)講，一臺(tái)PLC最多有兩個(gè)到三個(gè)高速脈沖端口。因而對(duì)于2個(gè)步進(jìn)電機(jī)需要1個(gè)PLC進(jìn)行控制?？紤]傳感器的布置，一個(gè)步進(jìn)電機(jī)至少需要2個(gè)位置的傳感器來(lái)限位，有的環(huán)節(jié)工位不止一個(gè)的就需要用到多個(gè)傳感器。針對(duì)系統(tǒng)中的文件和印泥等非金屬器件，需要由光電感應(yīng)傳感器來(lái)跟蹤位置。

PLC控制回路設(shè)計(jì)主要是對(duì)PLC的輸入端信號(hào)和輸出端信號(hào)進(jìn)行分配。共涉及2個(gè)步進(jìn)電機(jī)和若干電器件的控制。PLC由24V/0V直流電源供電，將PLC的L N端分別接24V和0V。下面是對(duì)PLC的各個(gè)端口進(jìn)行輸入信號(hào)分配。PLC的com端為公共端。X0-X3為電機(jī)的限位傳感器輸入信號(hào)，其中X0為第一電機(jī)原點(diǎn)位，X1為第一電機(jī)極限位，X2為第二電機(jī)原點(diǎn)位；X3為第二電機(jī)極限位。X4為文件感應(yīng)傳感器輸入信號(hào)，X5為印泥位置信號(hào)。

輸出信號(hào)按照PLC的功能劃分進(jìn)行分配。PLC的com端為公共端。Y0 Y1分別為第一電機(jī)的脈沖頻率信號(hào)和方向信號(hào)，它們接在對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端。Y2 Y3分別為第二電機(jī)的脈沖頻率信號(hào)和方向信號(hào)，它們接在對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端。

2.3 PLC運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)

PLC編程主要分為過(guò)程控制和順序控制兩大類。順序控制就是按照預(yù)先制定的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流程，在傳感器等現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)控制下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序的執(zhí)行動(dòng)作。本文PLC運(yùn)動(dòng)控制程序就采用順序功能圖（SFC）的方法進(jìn)行編程[4]。主要包含上電復(fù)位程序和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序

原點(diǎn)復(fù)位程序：系統(tǒng)上電或者某些執(zhí)行電機(jī)執(zhí)行完畢后都要回到初始工位原點(diǎn)，等待下一次指令。這里我們通過(guò)在指定原點(diǎn)放置接近開關(guān)來(lái)定義原點(diǎn)。采用絕對(duì)坐標(biāo)的編程方法，每一個(gè)工位都用一定的脈沖數(shù)量去標(biāo)記。執(zhí)行回原點(diǎn)的主要程序如下：

DZRN指令中K7000表示剛開始回原點(diǎn)的脈沖頻率，當(dāng)檢測(cè)到X001的上升沿后，脈沖輸出頻率降為1000（以K1000表示）。當(dāng)再檢測(cè)到X001的下降沿后，脈沖輸出停止。

步進(jìn)電機(jī)定位指令：PLC控制器是通過(guò)控制個(gè)執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)和方向來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)預(yù)定的功能。編程時(shí)，我們首先利用接近開關(guān)定義該電機(jī)的工作原點(diǎn)，后面每一個(gè)工作位置都是通過(guò)計(jì)算該位置與工作原點(diǎn)的脈沖數(shù)來(lái)標(biāo)記。控制步進(jìn)電機(jī)的主要程序如下：

DDRVA表示絕對(duì)定位指令，K114800表示是PLC要發(fā)出脈沖的總數(shù)是114800個(gè)，K8000表示以每秒8000個(gè)的頻率來(lái)發(fā)出，通過(guò)PLC的Y0端口發(fā)出脈沖，以Y2端口來(lái)控制脈沖方向。DDRVA指令的好處是不用關(guān)注發(fā)脈沖的方向而是以K1值的正負(fù)性來(lái)區(qū)別兩個(gè)方向。

3 結(jié)論

本文介紹了利用PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了辦公桌自動(dòng)蓋章裝置。對(duì)自動(dòng)蓋章的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行原理設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)該裝置的自動(dòng)化運(yùn)行，有效提高了工作效率。

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作者簡(jiǎn)介：徐建強(qiáng)，碩士研究生，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論，PLC控制技術(shù)

徐志龍，碩士研究生，主要研究方向：PLC控制，

（作者單位：上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院）