基于PLC的全自动盖章机控制系统设计

2021-06-17刘欢欢

电子制作 2021年8期

刘欢欢

（天津理工大学中环信息学院，天津，300380）

0 引言

随着科学技术的发展，办公自动化程度的提高，人们对办公设备的需求也越来越高。所以急需一种自动化设备替代人工盖章。盖章机在其中有着非常重要的地位，特别是在一些需要大量盖章的地点，如高等院校、工厂企业、行政机关等。目前较多都是手动盖章，不但操作强度大、效率低，而且存在着印章质量不稳定、字迹不清晰等缺陷。全自动盖章机的发明将解决人工盖章时存在的隐患，减少办公室的盖章业务的工作量，减少人工操作，促进业务发展，降低企业运营成本，提高经济效应和工作效率[1]。

1 盖章机总体设计

盖章机的机械结构示意图如图1所示，其中盖章机模块通过伺服电机1和伺服电机2带动滚珠丝杠直线单元来定位盖章位置，进纸位置由搓纸轮电机带动搓纸轮进行定位，皮带轮电机带动皮带转动，进行纸张的输送，实现待盖章文件的传送。

图1 盖章机机械结构示意图

盖章机的传感器布置示意图如图2所示，光电开关123自右向左分别是光电开关1、光电开关2、光电开关3，其中光电开关1用来检测纸张是否到达搓纸轮位置，光电开关2用来检测纸张是否到达皮带轮进纸位置，光电开关3用来检测纸张是否到达待盖章位置。出纸传感器也可以采用光电开关来实现，可以检测纸张是否已经经过盖章机，用来计算盖章数量[2]。

图2 盖章机传感器布置示意图

2 盖章机工作流程分析

按下启动按钮，整机通电，复位，机器处于待机状态，可以通过触摸屏进行登录验证，并令两个伺服轴手动回原点，通过触摸屏输入需盖章纸张的数量和盖章位置之后，按下触摸屏启动按钮，伺服电机1进行横向定位，之后伺服电机2进行纵向定位[3]。

如果光电开关1检测到纸张到达进纸处，则直流电机1控制的搓纸轮运行，将需要盖章的纸张搓入机器中，这时，如果光电开关2检测到纸张到达预定位置，搓纸轮将停止运行，直流电机2控制的皮带轮运行，将纸带入盖章地点，如果光电开关3检测到纸张到达盖章地点，则直流电机3控制的盖章机构运行，进行盖章动作，完成盖章动作后，印章回到原来位置，蘸取印泥之后，如果光电开关3检测到纸张还在盖章位置，则直流电机2控制的皮带轮运行，将纸送出盖章机[4]。

在纸到达出纸口的过程中，如果出纸传感器检测到纸张通过，则计数一次，如果计数次数小于需盖章纸张数量时，则继续进行进纸盖章的往复动作，如果计数次数大于等于需盖章纸张数量时，伺服电机2在纵向进行复位，通过伺服原点接近开关2回零，伺服电机1在横向进行复位，通过伺服原点接近开关1回零。

盖章机运行工作流程图如图3所示。

图3 盖章机运行工作流程图

3 PLC选型及设计

PLC是一种可编程逻辑控制器，它使用可编程存储器来存储内部程序、面向用户的指令，如逻辑操作、顺序控制、定时，通过数字或模拟输入和输出，计算并执行算术运算，控制不同类型的机器或生产过程。上述盖章机工作流程可以使用顺序控制的方法来实现，选用西门子S7-200系列PLC，所需输出信号为：2台伺服电机的控制，每台伺服电机需要脉冲输出控制与方向控制；3台直流电机的控制，其中盖章电机需要控制正反转，采用两个继电器进行控制，搓纸轮运行电机和皮带轮运行电机只需要控制一个方向的运行，各需要一个继电器控制，因此输出总共需要8个输出点。所需输入信号包含整机启动、整机停止、各位置传感器，各轴限位传感器等，共12个输入点。PLC的I/O分配表如表1所示。

表1 PLC I/O分配表

盖章动作下降限位开关 SQ9 I1.3 下限位检测出纸检测开关 SQ12 I1.4 检测出纸

综上，全自动盖章机需要12个输入点和8个输出点，其中2个输出点为高速脉冲输出，因此CPU选用CPU224型号，其具有14个输入点和10个输出点，2个20kHz高速脉冲输出点，此外具有一个RS-485通信接口，可用于程序下载以及触摸屏连接。CPU224型号的DC5V供电能力为660mA，DC24V供电能力为280mA，DC5V可用于扩展模块供电，为系统预留了充足的可扩展空间，DC24V供电源可用于传感器供电，本盖章机系统需要10个传感器，共同工作时可能会引起供电电流不足带来的传感器不灵敏的现象，为了保证系统的可靠稳定运行，传感器电源采用外部单独供电的方式。本控制系统的PLC输出为外接继电器方式，工作频率并不高，因此可以选定PLC的CPU型号为CPU224 DC/DC/RLY。

完成PLC接线以后，采用顺序控制编程方法根据给定的工作顺序，在每个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，使每个输出信号在生产过程中自动地、有序地工作，因此按照顺序控制的方法绘制控制流程图，并完成全自动盖章机的程序编写，经过仿真运行，可以实现盖章工作的有序进行。