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基于PLC和伺服控制的自动点胶机
作者：王林
来源：《电子技术与软件工程》2017年第03期
摘 要采用PLC控制，配合伺服控制输送带，设计制作自动点胶机，能够实现液晶电视机背板自动点胶，方便LED灯带的安装，节约人工成本，提高生产效率。硬件主要采用台湾FATEK/永宏PLC FBS-20MAT、信捷TH465-MT触摸屏、汤姆斯TMSDD-30A伺服驱动器、汤姆斯TMS130ST-M6025伺服电机实现。
【关键词】永宏PLC FBS-20MAT 汤姆斯伺服 信捷触摸屏 1 引言
XX公司主要生产液晶电视机，LED液晶屏的背光源由多组LED背光灯组成。背光源又分侧入式和直下式两种安装方式，结构也略有不同：直下式是把LED做成密集的点阵（俗称灯带），放置在屏幕的背后，直接照射屏幕。原来使用螺钉固定LED灯带方式，将其组装到电视机背板上，由于灯带较多，一般为6-8条，每条需4-6颗螺钉固定，人工成本高，且生产效率低下，企业效益得不到提升。维修管理部针对此情况，决定自主设计新型LED灯带的固定装置。 2 设计思路 2.1 自动螺钉安装机
采用PLC控制，配合气动装置、机械手、伺服输送带、传感定位，设计制作自动螺钉安装机，完成LED灯带的自动安装。 2.2 自动点胶机
采用PLC控制，配合气动装置、伺服输送带、定位传感，设计制作自动点胶机，采用新工艺，在背板上涂上粘胶，配合人工固定，完成LED灯带的安装。
经过团队研究对比，发现两个设计思路各有千秋，对比如表1。从实施难度和经济效益对比，第一种思路需要复杂的控制技术，技术上实现程度难度大，所以决定采用第二个思路——自动点胶机。 3 设备硬件简介
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设计主要硬件有：台湾FATEK/永宏PLC FBS-20MAT、信捷TH465-MT触摸屏、汤姆斯TMSDD-30A伺服驱动器、汤姆斯TMS130ST-M6025伺服电机、BJ10M-TDT光电定位传感器、24V开关电源。
3.1 PLC：台湾FATEK/永宏PLC FBS-20MAT
永宏FATEK FBs系列PLC为一外型小巧却具有媲美中大型PLC功能的新一代小型PLC，其通讯端口最多扩展至5个，RS232、RS485硬件接口可供客户自由选配，支持自由协议、MODBUS协议、永宏协议。最大I/O点数输入、输出点都可扩展至256点。FBs-PLC指令超过300种以上，并采用最人性化，可读性最高之多输入/多输出指令格式，一个指令即可达成大部分其他PLC数个指令才能做到的功能，使程式大为精简，同时运算结果可直接由内部或外部输出取得。FBs主机有MA经济型；MC高功能型及MN高速NC型，FBS-20MAT拥有12点24VDC数字输入、8点继电器或晶体管输出、一个RS232或USB通讯端口。 3.2 伺服驱动器：汤姆斯TMSDD-30A
采用汤姆斯TMSDD-30A的伺服驱动器，工作电流30A，配套汤姆斯TMS130ST-M6025伺服电机，输出功率1.5KW。控制方式为IGBT PWM正弦波控制方式，控制模式有：位置控制模式（外部脉冲输入或内部位置指令）；速度控制模式（外部模拟电压输入或内部速度指令）；位置/速度控制模式。在控制特性上，调速比达到1：5000，速度频率响应可达到400HZ，脉冲频率可达500KHZ。可以使用RS-232或RS-485串口进行通讯。伺服驱动器、伺服电机和编码器组成闭环控制系统。 3.3 触摸屏：信捷TH465-MT
触摸屏采用信捷的TH465-MT触摸屏，7英寸显示屏幕，流线型6万色真彩，支持bmp、jpeg格式图片显示，有灵简单开关设置切换模式，有触摸区校准功能，支持RS-232或RS-485串口通讯。采用24V开关电源为PLC、触摸屏、光电传感器、电磁阀、继电器供电。 4 工作原理说明 4.1 电气原理接线图
PLC FBS-20MAT采用顺序控制，触摸屏通过RS485与FBS可编程控制器进行通讯，Y1输出端控制伺服驱动的方向控制，Y0输出端控制伺服驱动器的速度，Y2端控制点胶升降架的汽缸电磁阀，Y3端控制点胶继电器，继电器控制6个注胶针嘴电磁阀，（如图1所示）。 4.2 I/O分配表
根据控制要求，作出输入、输出点分配表，如表2所示。
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4.3 控制流程说明
按下启动按键，启动自动点胶模式，PLC控制伺服驱动器开启输送带，将背板输送到点胶工作台下，定位传感器检测背板到位，开启汽缸电磁阀，点胶升降台下降，然后开启点胶继电器，打开各点胶针头电磁阀，开始点胶，伺服电机运转，完成A处点胶，然后关闭继电器，关闭针头；到B处时，开启继电器，继续点胶，直至完成LED灯带C处、D处、E处点胶。 当胶水桶液位下降到低位时，液位传感器检测到，启动液位报警，工作人员便可添加胶水；遇到紧急状态，按下急停按键，系统自动停止运行。 4.4 触摸屏界面
触摸屏采用6个界面，分别完成主界面，自动模式、参数设置和查看点胶阀计数、直通模式及厂商信息。
5 系统联合调试注意事项
（1）PLC程序和触摸屏程序需要反复的软件仿真实验，甚至电气连接调试后，仍需修改完善，使控制达到最优，设备整机见图2，硬件连接见图3。
（2）伺服驱动器的控制参数设定必须要结合实际，例如电磁阀的开启相应速度，在最终运行中调节设定，以达到理性控制。
（3）在设计中，加入胶水桶液位报警，以免装置在没有胶水状态下运转，在触摸屏中加入计数功能，方便统计。 6 结束语
6.1 节约人力资源、提高生产效益
使用PLC配合伺服控制，重新改变LED灯条的安装工艺，使用胶粘方式代替原来的螺钉固定方式，在不降低灯条安装要求的前提下，使得LED灯条安装岗位的人力需求从原来的4～5人，减少到1人（专门粘贴灯条），降低了人力成本，同时加快灯条的安装速度，提高生产效益。
6.2 改善工艺，提升工序的合格率
原来螺钉安装灯条，由于工人操作不当，容易造成灯条损坏，降低了该工序的合格率，LED灯条安装工艺的从螺钉固定改为胶粘固定后，灯条的安装要求没有降低，却极大降低了螺钉安装灯条的损坏率。