全自动盖章机系统的设计_金宇.pdf

电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering119目前市场上的盖章机都是手动或者半自动完成盖章，尤其在高校里面基本上都是使用手动施压的方式进行盖章，即使使用半自动盖章的机器，也需要人工进行送纸、盖章位置调整来进行盖章，耗费了大量的人力进行操作，自动化程度和工作效率都很低。随着智能化装备的发展，具备全自动化系统应运而生1，全自动盖章机实现了对证书可以自动有序的进出、检测及自动定位盖章，改变了手工操作盖章的方式，大大提高了盖章效率，并通过 PLC 的控制方式保证了整个系统的稳定性和可靠性。该盖章机采用了打印机的进出纸机构，保证了进纸和出纸的顺序以及效率，同时可以对不同大小、盖章位置不同的证书进行自动定位以及盖章，体现了该装置的柔性化2。全自动盖章机系统具有自动进出纸、检测、定位和盖章功能，基于 PLC 的控制系统3，通过 F940GOT-LWD-C 型触摸屏快速实现自动定位与任意定位相结合人机交互方式，该装置在提高工作效率、安全性的同时，能够满足用户人性化的要求，根据要求该装置主要完成一下设计要求：（1）机构自动定位：为了实现多次盖印，自动定位机构能够准确地移动至需要盖印的位置，保证精确钢印位置的实现和操作的可靠性；（2）检测纸张：能够随时检测走纸机构中是否有待盖印的纸张，判断是否继续盖印，如果没有纸张，机构一段时间后自动复位；（3）连续盖印：为了实现系统的自动化，节省工作时间，提高工作效率，连续性盖印可以满足工作需要；（4）操作简单方便，效率高：自动化系统控制操作流程可以简化操作，从而节省人力；（5）安全性可靠：机器的安全性是设计者设计时必须考虑的重要因素，只有可靠安全的设备才能投入生产。1 全自动盖章机系统的结构设计全自动盖章机系统主要由是定位机构，盖章机构和走纸机构三部分组成，每个部分都是一个独立的系统，但是通过 PLC 系统进行有机的结合在一起，变成一个顺序控制的过程，根据设计的流程对这三个部分的机械结构部分进行了具体的设计。定位机构通过齿轮齿条传动，在程序的控制下，实现机构水平前后运动的功能，即机构的运动，通过限位开关控制其极限位移，可以手动设置运动方向和运动距离，完成定位功能；利用电机、丝杠传动等结构的配合使用，实现盖印动作的实现；利用光电传感器检测结构之中是否有待盖印的证书；通过借鉴打印机走纸原理，设计出自动进出走纸机构；利用可靠性强、控制能力强的 PLC 来对检测结果进行分析和处理，实现对整个流程的控制。1.1 定位机构该机构是这个系统的核心动作执行机构，它的作用在于能够根据用户不同的工作需求在不同的位置上盖全自动盖章机系统的设计金宇李东亚*范捷（苏州大学应用技术学院 江苏省苏州市 215000）摘要：本文基于 FX 系列 PLC 控制技术，针对高校、机关等事业单位的各种证书进行全自动盖章系统的设计，该盖章装置由进纸机构、盖章机构、走纸和出纸机构 4 个部分组成，具有自动进纸和出纸、盖章位置自动定位、检测有无纸张等功能，并且通过 F940GOT-LWD-C 型触摸屏进行人机交互，能够提高工作效率和安全性，尤其是在对不同大小、盖章位置不同的证书上盖章实现了完全自动化。关键词：全自动盖章机；PLC；自动走纸和定位电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering120印，从而减轻人工劳动，实现盖章的位置判断以及盖章。定位机构通过电机带动齿轮齿条的直线运动来实现盖章机构的水平前后的运动进给4，定位机构的安装以航车为原型，在导轨固定在整体框架上，滑块在导轨上可以进行自由运动，滑块固定在连接板上，当滑块运动时，连接板上安装的零件都可以运动。连接板上还固定电机齿条等物。当电机通电运转后，带动整个机构前后左右运动，在程序的控制下，即可完成自动定位这一功能。因为程序控制的定位位置是固定的，为了解决其设定的位置不满足用户的需求这一问题，在程序控制方面我们还可以进行触摸屏控制操作，在触摸屏上设有几个档位，用户可以根据需求的不同在定位时控制机构运行到不同的位置，完善了自动定位人性化这一功能。定位机构结构图见图 1、图 2。1.2 盖印机构该机构主要完成印章上下运动，即盖印功能。盖印机构的运动主要通过丝杠来完成，将章头固定在运动板上，通过将丝杠安装在设计的固定板上，电机转动时，丝杠沿着轨迹上下运动，带动章头完成盖印和抬章的功能。根据工作平台的位置，在章头运动的下限位置上装有限位开关，当机构向下运动触动开关时，完成一次盖章。然后电机反转，螺旋机构上升，完成抬章。在丝杠运动的上极限端同样安装有限位开关，当全部纸张盖印完成章头运行至上限位开关处，完成复位。当运动发生故障引警报，再次通电复位时，首先运行盖印机构，将章头运动至上限位开关处，然后再将定位机构进行复位，完成整体机构初始化。该机构的章头连接装置5可以根据不同大小的章进行调节安装，同时还可以调节弹簧的松紧力进行盖普通的章和钢印，使全自动盖章机可以盖章的种类具备了多样性，盖印机构结构图见图 3。1.3 自动进出走纸机构自动走纸机构完成的功能是纸张的有序输入，走纸，检测以及输出。该机构的运行参考打印机原理，当定位机构执行完毕时，进出走纸机构执行6。纸张通过进纸机构的凸轮输送进工作平台，走纸机构在电机的带动下将纸张向前运行，光电传感器检测到有纸张进入后，进出走纸机构暂停运行，执行盖章指令，在盖章后该机构恢复工作，将完成盖章的纸张证书送出机构，完成整套进出走纸机构的功能。进出走纸的机构根据章头的下限位置和工作台的高度不断调试所得，能够限制每次有且仅有一张纸能够进出。自动进出走纸机构结构示意图见图 1：定位机构结构俯视图图 2：定位机构结构主视图图 3：盖印机构结构图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering121图 4。2 全自动盖章机系统的电路设计2.1 电路设计方案全自动盖章机控制系统的要求功能有：自动定位（用户可以根据自己需求设定）、盖章、进纸和送纸。PLC系统电路主要控制：定位装置（确定盖章的位置）、走纸装置、盖印装置、复位的顺序动作。在盖章位置定位功能采用了 F940GOT-LWD-C 型触摸屏取代机械式的按钮面板，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。其硬件结构框图如图 5 所示。2.2 软件设计软件是整个系统的灵魂，是系统正常运行的指导者，是保证主控制系统与各模块之间进行有序协调工作的桥梁。该系统中主控采用了 FX 系列的 PLC 为控制核心。主程序是一个系统的核心，在主程序里首先需要对所用到模块进行初始化，使得各个外硬件处于正常状态，为后续工作做好准备，主程序流程如图 6 所示。其他分支流程如下：（1）急停/启动流程：当设备在运行中遇到紧急情况需要立刻停止时按下急停按钮，这时所有的电机停止其他机构保持原位静止不动，当故障排出后按下运行按钮时，设备按照原先执行的步骤继续向下执行。（2）限位开关/光电开关流程：限位开关和光电开关采用扫描法原理，即程序在执行中每次循环都逐行扫描程序的输入状态，若某限位开关按下会在 PLC 的 I/O上产生一个输入信号，则 PLC 扫描到该信号后执行相应程序。（3）双地流程：双地控制指有在两个地方同时可以控制设备7，其优点为可以远距离控制，程序采用并联方式；当一地发生故障时，不至于导致机构无法工作。一般其中一个安装在设备上，另一个安装在控制室并使用触摸屏进行控制。（4）定位流程8：系统采用 F940GOT-LWD-C 型触摸屏进行操作控制9，实现了人机界面的交互，改变了传统的按钮模式，实现快速定位的设置，同时为操作者编写程序提供了方便。快速定位主要采用了二进制输入，以 0.1s(约 30mm)为单位来计算行程。（时间单位还有 0.01s 和 0.001s，行程分别约为 3mm 和 0.3mm）。例如：需要在 90150（mm）处盖章。需要在向前位，图 4：进出走纸机构结构俯视图图 5：系统硬件结构框图图 6：全自动盖章机控制流程图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering122点击 0.1s 和 0.2s 位（0.1+0.2=0.3）；在向后位，点击 0.1s和 0.4s 位。如果用户不定位，则按照默认设置定位。该功能可以任意位置定位，使证书盖印位置没有限制；同时也可以扩大行程，并以更精确的时间单位（10ms和 1ms）和十进制来设置，但开发周期长，成本高。改程序启动之后，不能再进行定位，否则，启动类似急停功能，可以防止误操作，定位方法采用触摸屏进行操作，解决了每次变化盖印位置而修改程序的麻烦，实现快速定位设置。3 应用分析选 用 100 张 A4 纸 大 小 的 证 书 进 行 测 试，通 过F940GOT-LWD-C 型触摸屏选择单步模式，首先根据文件的内容进行设置盖章的坐标位置，可以直接将坐标值大小通过触摸屏输入系统内部，电机就会驱动定位机构快速移动到设定的坐标位置；然后调整盖印机构的上下限位控制盖章的清晰度；此时 PLC 控制系统根据单步模式下的运动步骤自动生成连续运行模式的程序。通过F940GOT-LWD-C型触摸屏选择连续运行模式，系统就会按照图 6 所示的控制流程进行运行，通过 100张证书进行测试得出有 2 张证书在进纸机构中出现卡纸现象。经过分析得出卡纸的原因是进纸机构与走纸机构的连接距离太大，证书走到该位置时由于惯性会向上突出一部分，无法进入到走纸机构，后续一张新的证书就会出现卡纸现象。通过调整进纸机构与走纸机构的距离和降低进纸机构电机的速度解决了卡纸现象，使整个系统可以在没有人的情况下正常运行。4 结论对全自动盖章机系统的机构进行设计完成制作，通过使用人机交互界面的触摸屏、系统单步自学习功能进行软件设计，使整个系统具有盖章的自动定位、纸张的检测、自动进纸和走纸的功能，提高了盖章的效率；本文还借助控制系统的自学习功能，简化了编制程序的繁琐操作步骤，操作更加便捷；在走纸机构中增加了检测纸张的功能，降低了盖章机构的空行程次数；该系统还可以尝试与打印机连接，完成同步工作，实现打印、盖印一体化工作；通过应用分析得出全自动盖章机系统满足了用户的需求，达到了设计要求，同时提出了后续的扩展性能需求。参考文献1 肖维荣,齐蓉.装备自动化工程设计与实践 M.北京：机械工业出版社,2015.2 梁景凯,盖玉先.机电一体化技术与系统 M.北京：机械工业出版社,2006.3 李响初,周泽湘.三菱 PLC、变频器与触摸屏综合应用技术 M.北京：机械工业出版社,2016.4 徐灏.机械设计手册:第 5 卷 M.北京:机械工业出版社,2000.5 于惠力,冯新敏,李广慧.连接零部件设计实例精解 M.机械工业出版社,2009.6 张峻岭,韩晓东.印刷机送纸机构虚拟设计 J.包装工程,2006,27(6):172-174,178.7 宋阳.基于 PLC 的双恒压供水控制系统设计研究J.制造业自动化,2012,34(8):138-140.8 李宁.PLC 在准确定位控制系统中的应用 J.现代电子技术,2011,33(11):195-197.9 陈奇峰,薛瑞,赵琳.基于 PLC 的啤酒发酵智能温度控制系统J.自动化技术与应用,2013,32(12):59-63.作者简介金宇（2001-），男，江苏省建湖县人。大学本科在读。研究方向为非标设备控制系统设计。李东亚（1984-）（通讯作者），男，山东省枣庄市人。硕士研究生，副教授。研究方向为非标设备设计。范捷（1993-），男，江苏省淮安市人。大学本科学历，工程师。研究方向为非标设备结构设计。