基于PLC的全自動(dòng)蓋章機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉歡歡

（天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院，天津，300380）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，辦公自動(dòng)化程度的提高，人們對(duì)辦公設(shè)備的需求也越來越高。所以急需一種自動(dòng)化設(shè)備替代人工蓋章。蓋章機(jī)在其中有著非常重要的地位，特別是在一些需要大量蓋章的地點(diǎn)，如高等院校、工廠企業(yè)、行政機(jī)關(guān)等。目前較多都是手動(dòng)蓋章，不但操作強(qiáng)度大、效率低，而且存在著印章質(zhì)量不穩(wěn)定、字跡不清晰等缺陷。全自動(dòng)蓋章機(jī)的發(fā)明將解決人工蓋章時(shí)存在的隱患，減少辦公室的蓋章業(yè)務(wù)的工作量，減少人工操作，促進(jìn)業(yè)務(wù)發(fā)展，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和工作效率[1]。

1 蓋章機(jī)總體設(shè)計(jì)

蓋章機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中蓋章機(jī)模塊通過伺服電機(jī)1和伺服電機(jī)2帶動(dòng)滾珠絲杠直線單元來定位蓋章位置，進(jìn)紙位置由搓紙輪電機(jī)帶動(dòng)搓紙輪進(jìn)行定位，皮帶輪電機(jī)帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行紙張的輸送，實(shí)現(xiàn)待蓋章文件的傳送。

圖1 蓋章機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

蓋章機(jī)的傳感器布置示意圖如圖2所示，光電開關(guān)123自右向左分別是光電開關(guān)1、光電開關(guān)2、光電開關(guān)3，其中光電開關(guān)1用來檢測(cè)紙張是否到達(dá)搓紙輪位置，光電開關(guān)2用來檢測(cè)紙張是否到達(dá)皮帶輪進(jìn)紙位置，光電開關(guān)3用來檢測(cè)紙張是否到達(dá)待蓋章位置。出紙傳感器也可以采用光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，可以檢測(cè)紙張是否已經(jīng)經(jīng)過蓋章機(jī)，用來計(jì)算蓋章數(shù)量[2]。

圖2 蓋章機(jī)傳感器布置示意圖

2 蓋章機(jī)工作流程分析

按下啟動(dòng)按鈕，整機(jī)通電，復(fù)位，機(jī)器處于待機(jī)狀態(tài)，可以通過觸摸屏進(jìn)行登錄驗(yàn)證，并令兩個(gè)伺服軸手動(dòng)回原點(diǎn)，通過觸摸屏輸入需蓋章紙張的數(shù)量和蓋章位置之后，按下觸摸屏啟動(dòng)按鈕，伺服電機(jī)1進(jìn)行橫向定位，之后伺服電機(jī)2進(jìn)行縱向定位[3]。

如果光電開關(guān)1檢測(cè)到紙張到達(dá)進(jìn)紙?zhí)?，則直流電機(jī)1控制的搓紙輪運(yùn)行，將需要蓋章的紙張搓入機(jī)器中，這時(shí)，如果光電開關(guān)2檢測(cè)到紙張到達(dá)預(yù)定位置，搓紙輪將停止運(yùn)行，直流電機(jī)2控制的皮帶輪運(yùn)行，將紙帶入蓋章地點(diǎn)，如果光電開關(guān)3檢測(cè)到紙張到達(dá)蓋章地點(diǎn)，則直流電機(jī)3控制的蓋章機(jī)構(gòu)運(yùn)行，進(jìn)行蓋章動(dòng)作，完成蓋章動(dòng)作后，印章回到原來位置，蘸取印泥之后，如果光電開關(guān)3檢測(cè)到紙張還在蓋章位置，則直流電機(jī)2控制的皮帶輪運(yùn)行，將紙送出蓋章機(jī)[4]。

在紙到達(dá)出紙口的過程中，如果出紙傳感器檢測(cè)到紙張通過，則計(jì)數(shù)一次，如果計(jì)數(shù)次數(shù)小于需蓋章紙張數(shù)量時(shí)，則繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)紙蓋章的往復(fù)動(dòng)作，如果計(jì)數(shù)次數(shù)大于等于需蓋章紙張數(shù)量時(shí)，伺服電機(jī)2在縱向進(jìn)行復(fù)位，通過伺服原點(diǎn)接近開關(guān)2回零，伺服電機(jī)1在橫向進(jìn)行復(fù)位，通過伺服原點(diǎn)接近開關(guān)1回零。

蓋章機(jī)運(yùn)行工作流程圖如圖3所示。

圖3 蓋章機(jī)運(yùn)行工作流程圖

3 PLC選型及設(shè)計(jì)

PLC是一種可編程邏輯控制器，它使用可編程存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)內(nèi)部程序、面向用戶的指令，如邏輯操作、順序控制、定時(shí)，通過數(shù)字或模擬輸入和輸出，計(jì)算并執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算，控制不同類型的機(jī)器或生產(chǎn)過程。上述蓋章機(jī)工作流程可以使用順序控制的方法來實(shí)現(xiàn)，選用西門子S7-200系列PLC，所需輸出信號(hào)為：2臺(tái)伺服電機(jī)的控制，每臺(tái)伺服電機(jī)需要脈沖輸出控制與方向控制；3臺(tái)直流電機(jī)的控制，其中蓋章電機(jī)需要控制正反轉(zhuǎn)，采用兩個(gè)繼電器進(jìn)行控制，搓紙輪運(yùn)行電機(jī)和皮帶輪運(yùn)行電機(jī)只需要控制一個(gè)方向的運(yùn)行，各需要一個(gè)繼電器控制，因此輸出總共需要8個(gè)輸出點(diǎn)。所需輸入信號(hào)包含整機(jī)啟動(dòng)、整機(jī)停止、各位置傳感器，各軸限位傳感器等，共12個(gè)輸入點(diǎn)。PLC的I/O分配表如表1所示。

表1 PLC I/O分配表

蓋章動(dòng)作下降限位開關(guān) SQ9 I1.3 下限位檢測(cè)出紙檢測(cè)開關(guān) SQ12 I1.4 檢測(cè)出紙

綜上，全自動(dòng)蓋章機(jī)需要12個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)，其中2個(gè)輸出點(diǎn)為高速脈沖輸出，因此CPU選用CPU224型號(hào)，其具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，2個(gè)20kHz高速脈沖輸出點(diǎn)，此外具有一個(gè)RS-485通信接口，可用于程序下載以及觸摸屏連接。CPU224型號(hào)的DC5V供電能力為660mA，DC24V供電能力為280mA，DC5V可用于擴(kuò)展模塊供電，為系統(tǒng)預(yù)留了充足的可擴(kuò)展空間，DC24V供電源可用于傳感器供電，本蓋章機(jī)系統(tǒng)需要10個(gè)傳感器，共同工作時(shí)可能會(huì)引起供電電流不足帶來的傳感器不靈敏的現(xiàn)象，為了保證系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，傳感器電源采用外部單獨(dú)供電的方式。本控制系統(tǒng)的PLC輸出為外接繼電器方式，工作頻率并不高，因此可以選定PLC的CPU型號(hào)為CPU224 DC/DC/RLY。

完成PLC接線以后，采用順序控制編程方法根據(jù)給定的工作順序，在每個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，使每個(gè)輸出信號(hào)在生產(chǎn)過程中自動(dòng)地、有序地工作，因此按照順序控制的方法繪制控制流程圖，并完成全自動(dòng)蓋章機(jī)的程序編寫，經(jīng)過仿真運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)蓋章工作的有序進(jìn)行。

4 總結(jié)

本論文中全自動(dòng)蓋章機(jī)在控制方面采用了PLC控制，通過編寫梯形圖，控制PLC發(fā)出控制信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成精準(zhǔn)的蓋章動(dòng)作。蓋章機(jī)將用于在高等院校、工廠企業(yè)、行政機(jī)關(guān)等地點(diǎn)，代替低效率，傳統(tǒng)的手工蓋章[5]。