口罩生產(chǎn)的超聲波焊接機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要2020年，在新冠疫情的沖擊下，口罩生產(chǎn)需求由最初供過于求，變成供不應(yīng)求。隨著口罩需求量的不斷增加，口罩機(jī)的產(chǎn)能也隨之增大。這一現(xiàn)象引起了口罩機(jī)生產(chǎn)效率的提高，也成了眾多廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。目前口罩機(jī)多采用人工焊接方式來完成整個(gè)生產(chǎn)線，但是這種傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式存在較大的弊端?；诖耍疚尼槍?duì)口罩的人工焊接存在生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)成本稍高等弊端，為大眾廠家設(shè)計(jì)了生產(chǎn)成本較低的控制系統(tǒng)。重點(diǎn)介紹了可編程序控制器（PLC）在面罩焊接機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。同時(shí)，筆者還兼顧了以后系統(tǒng)的保養(yǎng)和日常系統(tǒng)的維護(hù)，注重系統(tǒng)的可拓展性，對(duì)主要硬件組成及軟件進(jìn)行了描述，并結(jié)合編程思路，最后畫出電氣原理圖以及系統(tǒng)控制梯形圖。本論文主要采用三菱FX3U系列，在程序之上，選擇了價(jià)格較實(shí)惠的臺(tái)達(dá)DOP100系列觸摸屏，從而實(shí)現(xiàn)了可視化監(jiān)測(cè)。這樣就可以有效減少人工成本，同時(shí)也能夠促進(jìn)維護(hù)費(fèi)用的降低，并讓操作人員能更正確的使用這一控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：PLC觸摸屏自動(dòng)控制系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 引言呼吸道作為保護(hù)人民健康的第一道防線，怎樣挑選一個(gè)達(dá)到防疫標(biāo)準(zhǔn)的口罩，對(duì)大家來說是個(gè)大事。受到新冠疫情的影響，口罩逐漸走進(jìn)我們的視野并開始進(jìn)入尋常百姓家。另外，隨著人們對(duì)健康意識(shí)的不斷提高，越來越多的人選擇在多種場(chǎng)合佩戴口罩。通過對(duì)當(dāng)前與以往疫情進(jìn)行對(duì)比，口罩需求逐步走向穩(wěn)定。隨著國家對(duì)疫情防控的重視以及經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的好轉(zhuǎn)，口罩行業(yè)迎來了新一輪發(fā)展機(jī)遇，也為企業(yè)帶來更多的商機(jī)與挑戰(zhàn)。目前，我國已經(jīng)成為全球口罩生產(chǎn)最多，年出口外銷最多的國家，據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，年產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的50%。因此，口罩在國際市場(chǎng)中占據(jù)了很大的份額。但是，由于當(dāng)前我國新冠肺炎疫情逐步得到控制之后，所造成國內(nèi)口罩需求已不像2020年年初的那么嚴(yán)峻。這樣就造成了這些口罩原有材料，熔噴布、口罩機(jī)及其他有關(guān)產(chǎn)品的價(jià)格迅速大幅下跌，甚至還發(fā)生了一些廠家為減少虧損，把手中的原材料按1/5以下的價(jià)格脫手的情況，業(yè)內(nèi)人士無奈自嘲“先來的有豪宅住，后來的只有天臺(tái)住”，口罩行業(yè)的發(fā)展速度也因此放緩。2020年2月份，新冠疫情爆發(fā)最嚴(yán)重，由此，中國口罩的價(jià)格驟然狂飆，由此帶來的供需問題層出不窮。口罩行業(yè)的上游供應(yīng)商和下游企業(yè)都紛紛加入到了這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中，口罩產(chǎn)能急劇增加。此類供需問題中，口罩中部過濾層的主材料熔噴布，生產(chǎn)口罩的生產(chǎn)線，口罩機(jī)等材料及防疫物資搭各行業(yè)需求吃緊，最后造成需求全部飆漲的局面。從這個(gè)角度看，這是個(gè)“口罩商機(jī)”。只是，這個(gè)“口罩商機(jī)”，來的很快，走的也很快，在當(dāng)今疫情得到控制的情況下，口罩生產(chǎn)企業(yè)陷入進(jìn)退兩難的境地。由于那段時(shí)間，口罩制造業(yè)的突然火熱，使一大批半路出家殺進(jìn)來的設(shè)備廠應(yīng)運(yùn)而生。這些企業(yè)的產(chǎn)品大都為普通的一次性口罩或醫(yī)用級(jí)無紡布，而口罩本身又屬于一種特殊材料。這樣便造成了還沒有掌握準(zhǔn)確制作出合格口罩的技術(shù)的工人和企業(yè)開始著手生產(chǎn)口罩，因?yàn)榇汗?jié)期間大批精通技術(shù)的工人回家過年，所以上述問題將導(dǎo)致口罩的品質(zhì)達(dá)不到防疫標(biāo)準(zhǔn)，也使口罩制造機(jī)器及口罩制造技術(shù)的費(fèi)用大幅增加，最后造成入不敷出，甚至出現(xiàn)廠家破廠倒閉等情況。所以在目前口罩生產(chǎn)模式下，有一臺(tái)快捷操作、自動(dòng)化程度較高的口罩焊接機(jī)，生產(chǎn)效益將會(huì)大大增加。換句話說，傳統(tǒng)人力加工及其管理，已不能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)狀和口罩出口標(biāo)準(zhǔn)要求。需要對(duì)現(xiàn)有的口罩生產(chǎn)線進(jìn)行改造并引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量地生產(chǎn)。而PLC作為生產(chǎn)控制工具，具有多種特有的自動(dòng)化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，能夠有效提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率，同時(shí)減少人工投入。所以設(shè)計(jì)快速方便的口罩熔接機(jī)PLC控制系統(tǒng)顯得尤為重要。另外，口罩焊接機(jī)運(yùn)行安全與否，也會(huì)直接影響口罩生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量和工作人員人身安全。如果在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了安全問題的話，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。所以在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不但要關(guān)注系統(tǒng)有無自檢的功能，并且要注意能否避免機(jī)械與程序帶來的人身安全問題。

2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)方案2.1控制方案的對(duì)比選擇本設(shè)計(jì)中，因涉及多個(gè)控制對(duì)象，例如伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。為了保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，我們需要采用不同的方法來實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。其中，步進(jìn)電機(jī)負(fù)責(zé)帶子原料遞送，伺服電機(jī)承擔(dān)著使超聲波焊接機(jī)投入焊接，并由氣缸負(fù)責(zé)推動(dòng)帶子與無紡布緊密貼合，同時(shí)后退。那么如何選擇一個(gè)合適的工作環(huán)境設(shè)計(jì)方案？筆者想了想，認(rèn)為下面兩個(gè)方案需要比較一下。2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.2.1控制方案的確定綜合以上表格，并針對(duì)本設(shè)計(jì)要求中需更方便快捷控制方式，其目的是為了能及時(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，并能根據(jù)生產(chǎn)需求來改變我們?cè)O(shè)計(jì)的程序指令。通過這樣一個(gè)完整的過程來實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制，同時(shí)也為以后類似的項(xiàng)目提供了一種新的思路和方法。本設(shè)計(jì)中，我們?cè)谙到y(tǒng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間和速度方面都要求響應(yīng)快，速度能滿足我們預(yù)設(shè)的生產(chǎn)需求。同時(shí)也為了滿足不同用戶對(duì)于生產(chǎn)效率以及質(zhì)量的不同要求，必須要做到能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程。同時(shí)兼顧人工成本和外在產(chǎn)品的要求，要求系統(tǒng)也是無人控制的，并且安全性和穩(wěn)定性，保證生產(chǎn)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。另外，對(duì)于一些特殊的設(shè)備如機(jī)器人來說，它是一種自動(dòng)化程度較高，并且具有較強(qiáng)功能的機(jī)械設(shè)備。它對(duì)系統(tǒng)提出了一些穩(wěn)點(diǎn)性的要求，并且故障率比較低，控制難度也比較小。另外，系統(tǒng)本身也要有很好的抗干擾性以及穩(wěn)定性等特性，這樣才能滿足生產(chǎn)實(shí)際需求。最后是這次口罩超聲波焊接機(jī)因?yàn)榭刂票容^復(fù)雜，需配合觸摸屏進(jìn)行共同操控。將以上各項(xiàng)要求和考慮因素結(jié)合起來，最后選擇了采用PLC對(duì)系統(tǒng)控制的方案。2.2.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案示意圖本設(shè)計(jì)主要是靠可編程控制器和其相關(guān)編程軟件實(shí)現(xiàn)既定功能，因采用日本三菱公司FX3U系列PLC，所以此次用三菱編程Gworks2編寫程序。觸摸屏采用臺(tái)達(dá)官網(wǎng)下載DOPSOft4.00.40軟件包編寫。圖2.1控制方案示意圖2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3.1PLC原理圖電氣原理圖的繪制，主要用于闡明該裝置基本運(yùn)行原理和各電器元件間配合方式，以及電子電路和電氣結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，如果要想保證電氣設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，就必須要學(xué)習(xí)合理使用和畫出電器原理圖，可便于以后電路故障和電路的定期維護(hù)。圖2.2PLC接線線2.3.2端口及軟元件對(duì)應(yīng)電氣圖，下面就是對(duì)端口的說明：表2.3輸入輸出IO分配表表2.4軟元件IO分配表3控制系統(tǒng)的選型分析3.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理控制系統(tǒng)的首要目標(biāo)就是要達(dá)到能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象進(jìn)行有效的控制，這既提高了工作效率，又改善了產(chǎn)品質(zhì)量，并利于今后的二次更新。因此，設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)之前，需考慮如下幾個(gè)方面：能夠無限接近滿足被控對(duì)象當(dāng)初設(shè)計(jì)的要求就控制系統(tǒng)而言，是否達(dá)到了設(shè)計(jì)之初所要求的目的，這是判斷一套控制系統(tǒng)能否達(dá)到成功的關(guān)鍵。因此，在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要搜集各種數(shù)據(jù)指標(biāo)，通過對(duì)各零部件與我們預(yù)期設(shè)想的吻合程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。然后就是要把電氣原理圖做好，把預(yù)想的控制部分和機(jī)械部分連接起來，來分析一下如何較好地做到機(jī)、電合作。最后，就是程序編制，經(jīng)過前面兩個(gè)流程，程序是把構(gòu)想變成現(xiàn)實(shí)產(chǎn)物的過程。我們要用編程語言書寫邏輯思路，然后配合現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械配合繼續(xù)改進(jìn)。最終就能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。擁有優(yōu)秀的可靠性和安全性經(jīng)過計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)來考察其所用電器元件與機(jī)械元件之間能否合理配合，自身程序能否安全驅(qū)動(dòng)，能否長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。檢修和修理方便，元件的價(jià)格合理在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境中，一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的控制系統(tǒng)，是絕大多數(shù)廠家都要求具備的。在實(shí)際應(yīng)用中，許多設(shè)備都需要配套多種元器件組成系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行，這就導(dǎo)致了一些器件的更換頻率較高。為此，設(shè)計(jì)者不能僅僅著眼于配用的電器元件能否配合得盡善盡美，卻忽視了它在大修與維修中的難度，及各部件的價(jià)格。3.2PLC的選型3.2.1PLC的控制功能概述1．邏輯控制功能邏輯控制功能是PLC中最為基礎(chǔ)的一種，這是它使用較多的一項(xiàng)功能。由于它不僅能采用以往常規(guī)繼電器那樣的觸點(diǎn)吸合控制，而且還能實(shí)現(xiàn)以往繼電器所不能實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化控制，如采用設(shè)計(jì)之初就設(shè)置好的控制指令，采用某些模擬繼電器進(jìn)行計(jì)數(shù)，具有時(shí)間定時(shí)的特點(diǎn)等。所以，PLC常廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)線或?qū)σ酝a(chǎn)線進(jìn)行改造等領(lǐng)域。2．定時(shí)控制功能可編程控制器依靠其內(nèi)部不同作用定時(shí)器模塊，例如，有些能達(dá)到單純的時(shí)間控制功能，某些特殊計(jì)時(shí)器可實(shí)現(xiàn)停電自保持。這些計(jì)時(shí)器既降低了對(duì)費(fèi)用的要求，又便于簡(jiǎn)單的控制。3．計(jì)數(shù)控制功能除此之外，PLC的基礎(chǔ)功能還有計(jì)數(shù)控制。4．I/O模塊及點(diǎn)數(shù)（1）這一經(jīng)驗(yàn)提供了一個(gè)基本上滿足使用要求的輸入輸出端口，這些端口扮演了橋梁角色。（2）輸入接口，主要充當(dāng)信號(hào)接收的媒介。（3）輸出接口，扮演著交換角色，主要是端口弱電信號(hào)和強(qiáng)電信號(hào)的變換。5.I/O接口的作用：電平轉(zhuǎn)換，將輸入輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需的強(qiáng)電或弱電信號(hào)，發(fā)揮控制作用。3.2.2PLC輸出類型選擇PLC的輸出類型分為以下兩種：一是晶體管；二是繼電器。下面就這二者的差異進(jìn)行詳細(xì)說明：本設(shè)計(jì)超聲波口罩焊接機(jī)，因需配套若干步進(jìn)電機(jī)及伺服電機(jī)，所以，有必要考慮PLC所提供的脈沖輸出口能否滿足我們所要求的個(gè)數(shù)，因此，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的詢問，筆者發(fā)現(xiàn)，需選用T型，也就是帶晶體管輸出PLC就能滿足這種要求。另外因?yàn)楸竞附舆^程是由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的，而這些功能都要通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn)，所以在此情況下也需要將觸摸屏作為人機(jī)界面。再者，本設(shè)計(jì)所需之輸入端口更多，為了控制焊接機(jī)的運(yùn)行，和與所述脈沖輸出相匹配地用于高速傳送數(shù)據(jù)指令，最后選擇輸入端口24的PLC比較合適。另外，參照三菱官網(wǎng)上PLC選型時(shí)和本設(shè)計(jì)了多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，最后選擇三菱PLC，型號(hào)是FX3U-48MT。圖3.1PLC基本尺寸圖產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：一、PLC輸出脈沖由原來2個(gè)發(fā)展為3個(gè)。之前的三菱可編程控制器FX系列（FX3U之前產(chǎn)品：FX1S/FX1N/FX2N）主體脈沖輸出功能只有Y0、Y1兩個(gè)（其中FX1S/FX1N為100KHz,FX2N為20KHz），產(chǎn)品FX3U的功能上提升至3個(gè)，即Y0、Y1、Y2和100KHz的頻率。二、添加定位指令。FX3U除了之前的FX系列的定位指令A(yù)BS/ZRN/PLSV/DRVI/DRVA外，增加了DSZR（帶DOG搜索的原點(diǎn)回歸），DVIT（中斷定位），TBL（表格定位）。三、可擴(kuò)展的高速脈沖輸出模塊。模塊FX3U-2HSY-ADP能夠用于其本體左側(cè)展開，用作200KHz脈沖輸出，與所述差動(dòng)輸入型伺服電機(jī)相連，可以擴(kuò)展兩個(gè)模塊和四個(gè)獨(dú)立軸。3.3步進(jìn)電機(jī)的選型3.3.1步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)也叫控制電機(jī)，即將電脈沖信號(hào)送入定子繞組，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，向前邁進(jìn)一步，如果脈沖信號(hào)持續(xù)不斷地輸入，這好比是人們行走的方式，沒走一步就需要更換一個(gè)方向，所以叫步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)眾多，比如不受電壓波動(dòng)、負(fù)載變化的影響。盡管步進(jìn)電機(jī)每次行走所轉(zhuǎn)角度與理論步距之間都會(huì)有一定誤差，但步距累積誤差并沒有長(zhǎng)時(shí)間累積。所以，步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。3.3.2確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)電動(dòng)機(jī)選型的正確與否，對(duì)于我們后面的控制和機(jī)械配合都會(huì)產(chǎn)生極大的影響。當(dāng)被選中的功率低于我們要求的功率，電動(dòng)機(jī)不能支撐我們負(fù)載，處于超載運(yùn)行狀態(tài)。這樣不但導(dǎo)致了不能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的預(yù)定目的，并使得電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作在過載狀態(tài)，將導(dǎo)致電機(jī)損壞等不良后果。因此我們必須要選用合適的電機(jī)來保證我們能夠正常地進(jìn)行工作。例如，在我們選擇的電機(jī)功率太大時(shí)，盡管大功率能達(dá)到我們生產(chǎn)的要求，但這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)勢(shì)能過剩，電機(jī)運(yùn)行過程中溫度過高。力矩計(jì)算T=9550式中P———為步進(jìn)電機(jī)所需功率N———為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速功率計(jì)算P=式中P———為步進(jìn)電機(jī)所需功率η——為總傳動(dòng)效率經(jīng)計(jì)算，帶子被傳送到工作臺(tái)上大約需要0.5s的時(shí)間，并在此0.5s內(nèi)完成，加速時(shí)間在0.1s左右，中間勻速運(yùn)動(dòng)是0.3s，而且減速的時(shí)間也在0.1s左右，由帶子總盤至工作臺(tái)，直線降低距離在20cm左右。由于帶子質(zhì)量很輕，無法估量質(zhì)量，我們就采用模擬實(shí)驗(yàn)的方法，求得其最合理的地力。由機(jī)械手冊(cè)可查出P=F?VP為步進(jìn)電機(jī)的功率(kw),F為力(N),V為速度(m/s)v=a?ta表示加速度，t表示時(shí)間，按上述公式和已知這次電機(jī)作半圓形旋轉(zhuǎn)，因此，經(jīng)過計(jì)算，得出了一條27.33cm的大致路徑，同時(shí)帶入公式可計(jì)算加速度a是2.186/s，然后帶入公式，并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)和分析計(jì)算，所需F在1.5N左右。按照公式T*W=F*V，T為扭矩(N*M)，W=πn30單位為rad/min，n為轉(zhuǎn)速(r/min)按照預(yù)設(shè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為n=400r/min，將上述代入公式所得T=0.3346N*m，而42HS02電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩則是0.36N.M。所以，3.3.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇步進(jìn)電機(jī)因其特點(diǎn)不能直接獨(dú)立應(yīng)用，所以我們一定要根據(jù)需要配備相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器，這樣才可以正常運(yùn)行。選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)，首先，要關(guān)注驅(qū)動(dòng)器輸出電流是否屬于我國步進(jìn)電機(jī)額定電流范圍。因此，在上述的需求和網(wǎng)上資料查詢的基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電機(jī)所配驅(qū)動(dòng)器均出自他們公司的產(chǎn)品DM542A，驅(qū)動(dòng)器的工作電壓a在24v-36v之間，輸出范圍有1A-4.2A，就電流來看，我們采用的步進(jìn)電機(jī)，額定電流為1.68A，電流輸出在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，由此可見，其完全滿足了我們對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的要求，并且尺寸大小也非常合適。同時(shí)，綜合考慮步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境、驅(qū)動(dòng)器安全運(yùn)行溫度和濕度等因素，這次作業(yè)的場(chǎng)地為小型廠房，而且處于梅雨季節(jié)以外，不需要考慮空氣濕度可能導(dǎo)致接觸不良。另外考慮到該驅(qū)動(dòng)器本身具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，并且可以有效防止灰塵進(jìn)入內(nèi)部影響性能。且在廠房的溫度也不會(huì)高于人體正常溫度以外，因此也是可以接受的。與此同時(shí)，筆者在查閱完有關(guān)使用說明書，了解到這種驅(qū)動(dòng)器還經(jīng)常地應(yīng)用于各種小的制造設(shè)備和一些機(jī)床改造與之相配合的42步進(jìn)電機(jī)中。3.4伺服電機(jī)選型3.4.1伺服電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，伺服電機(jī)為執(zhí)行元件，能夠?qū)⒔邮盏碾娦盘?hào)變換成轉(zhuǎn)軸輸出角位移或者角速度，以及驅(qū)動(dòng)所述控制對(duì)象移動(dòng)，并由于其服從信號(hào)，故稱為伺服電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電機(jī)的性能要求越來越高，因此對(duì)其也提出了更多更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。按所用電流劃分，我們可把伺服電機(jī)分成直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。3.4.2伺服電機(jī)選型本設(shè)計(jì)中，認(rèn)為輸送帶的位置控制主要靠光電傳感器來實(shí)現(xiàn)，就想到了采用伺服電機(jī)。由于伺服電機(jī)具有良好機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速將與控制電壓成線性關(guān)系，能夠提高自身控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度。從步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn)，兩口罩夾具相距約6cm，且伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈，能使完工的口罩被送走，并把完成一半的口罩送去下個(gè)工位，最后，又把一只尚未處理好的口罩送到啟動(dòng)工位上。在此情況下，通過分析伺服電機(jī)與皮帶間摩擦力大小以及其作用方向來確定伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的時(shí)間。從上面可以知道，轉(zhuǎn)一圈，電機(jī)帶動(dòng)傳送帶向前運(yùn)動(dòng)48cm。伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈0.3s，其中勻速時(shí)間是0.1s，加速度時(shí)間0.1s，減速時(shí)間為0.1s。并且一個(gè)輸送帶和輸送帶上口罩夾具的總重量約為20kg。由機(jī)械手冊(cè)可查出P=F?VP為伺服電機(jī)的功率(kw),F為力(N),V為速度(m/s)v=a?t根據(jù)公式S=12由此可得a=96m/s2，V=9.6m/s代入公式F-F1=ma得到F=188N根據(jù)公式T*W=F*V，其中T為扭矩（N*M）,單位為rad/min，n為轉(zhuǎn)速（r/min）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為n=500r/min將F帶入上述公式可得T=15N*m。因此我們選擇來自三菱公司的HF-SP352(B)可以適合使用。3.4.3伺服編碼器選型伺服電機(jī)要與它的編碼器配套，針對(duì)電機(jī)的選擇建議時(shí)，本人選擇三菱公司MR-J3-350A編碼器。由于它的輸出電流是16A，與電機(jī)額定電流的選取相一致。該變頻器存在過電流斷路的問題，過負(fù)載斷路和伺服電機(jī)的過熱保護(hù)，編碼器的異常保護(hù)及其他功能。筆者查了一下它的用戶手冊(cè)，就知道它對(duì)于溫度、濕度沒有太高的要求，可在工廠里正常使用。

4控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)4.1PLC程序的編寫超聲波焊接機(jī)的主要作用如下：1、把口罩向前送去。2、接觸器獲得信號(hào)時(shí)，引發(fā)停止移動(dòng)，使得壓線氣缸獲得電力，使步進(jìn)電機(jī)工作3、額定帶子的長(zhǎng)度，由剪線氣缸切斷，使得推料氣缸與口罩。4、固定連接、使焊接機(jī)啟動(dòng)預(yù)熱，以備投入使用，通過伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，使焊接機(jī)向前焊接。5、進(jìn)行前進(jìn)焊接、焊接時(shí)間到來的時(shí)候，使焊接機(jī)倒退，回到初始狀態(tài)，繼續(xù)焊接下面的口罩。圖4.1PLC流程圖4.2主要?jiǎng)幼鱌LC程序說明4.2.1脈沖輸入指令設(shè)計(jì)之初，筆者就考慮了PLC與觸摸屏的配套，脈沖的輸出頻率可由觸摸屏來實(shí)現(xiàn)。查詢完編程手冊(cè)之后，結(jié)合FX3U的一些新的功能，查找到D5000、D5010、D5020、D5100、D5110為數(shù)據(jù)寄存器，適合停電維護(hù)專用，適用32位數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這些寄存器對(duì)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的采集，我們選擇了一個(gè)通用的單片機(jī)芯片來完成這個(gè)任務(wù)。此后又查找了部分PLC編程示范程序，本人采用DPLSR指令為步進(jìn)電機(jī)及伺服電機(jī)提供脈沖輸入指令。將這些控制參數(shù)都保存在數(shù)據(jù)庫里，以便后期對(duì)它們進(jìn)行修改。本人在程序的手動(dòng)與自動(dòng)之間，單獨(dú)加上數(shù)據(jù)的變化，使程序運(yùn)行達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)。圖4.2脈沖輸入指令4.2.2寄件數(shù)程序編寫每完成一個(gè)數(shù)據(jù)，筆者給程序添加了每次伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)之后，都會(huì)驅(qū)動(dòng)32位計(jì)數(shù)器，用于寄存和判斷是否滿足我們的日常目的。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到下一循環(huán)時(shí)，就會(huì)發(fā)出下降沿來觸發(fā)程序的執(zhí)行，此時(shí)如果要改變當(dāng)前計(jì)數(shù)狀態(tài)則需要重新計(jì)算并輸出結(jié)果。利用下降沿來觸發(fā)命令，在S90的狀態(tài)結(jié)束時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)程序的自動(dòng)觸發(fā)。圖4.3寄件數(shù)指令4.2.3急停指令考慮場(chǎng)景中可能存在的各種復(fù)雜條件時(shí)，急停指令需用于保護(hù)焊接機(jī)，同時(shí)也要保護(hù)人員安全。向主程序啟動(dòng)添加長(zhǎng)閉指令，系統(tǒng)可安全停止工作。同時(shí)也增加了一個(gè)重入控制功能，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)后，可以允許操作者通過該重入控制來重新開啟焊接設(shè)備。為使得再開機(jī)時(shí)能進(jìn)行再統(tǒng)計(jì)，分別向程序添加復(fù)位清零指令，向觸摸屏添加清零按鈕。圖4.4急停按鈕

結(jié)論該控制系統(tǒng)能夠更加方便快捷的投入使用。觸摸屏能夠?qū)Ω鞑课贿M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能夠?qū)λ欧姍C(jī)、步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定位，也可通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)脈沖輸出變化，各主時(shí)間再設(shè)置。該系統(tǒng)也可以作為一個(gè)單獨(dú)的模塊來使用，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行全程的監(jiān)控以及記錄。這種便捷性，在野外無電腦控制的情況下，我們也可以用觸摸屏來修改一項(xiàng)重大數(shù)據(jù)，增強(qiáng)系統(tǒng)利用率和快捷性。另外，還有一些輔助模塊來對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行調(diào)節(jié)。從程序內(nèi)部看，它被分成兩大部分，其中，人工調(diào)試部分旨在使系統(tǒng)與機(jī)械部分得到更完善的配合。因?yàn)橄到y(tǒng)是基于一個(gè)合理構(gòu)想而設(shè)計(jì)出來的，而且在實(shí)際情況下，總有部分的偏差，因此，我們可利用手動(dòng)調(diào)試功能，在每個(gè)步驟中都做了嘗試性工作，這樣能夠?qū)崟r(shí)的改變數(shù)據(jù)，并且利于系統(tǒng)能夠與機(jī)械部分進(jìn)行完美的匹配。同時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中也可以對(duì)各部件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。總之，在實(shí)際使用中，通過上述介紹，我們能夠看出，對(duì)于控制器來說，其性能好壞直接影響著整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和應(yīng)用效果，所以說在日