基于自動點膠機控制系統的設計與實現

潘杰

（廣西機電職業技術學院，廣西 南寧530007）

自動點膠機廣泛應用在電子、汽車等行業。其本身較為復雜，但操作起來簡單，操作方法不一。點膠機屬非標產品，根據工件的形狀以及點膠過程所經過的路線，編訂一定的程序，由控制系統控制機器人和供膠系統相互配合，完成點膠工作。

1 技術現狀

目前較多來自進口的自動點膠機，其控制方案是采用四軸機器人+外部點膠控制器，工作原理是：四軸機器人完成各點的精確、可靠定位，運動到位后，給一個信號給點膠控制器，點膠控制器控制電磁閥打開，完成壓膠動作，四軸機器人和外部點膠控制器需要通信和協調，四軸機器人已經把伺服電機、驅動器、主運動控制單元、教導編程器、絲杠、導軌接近完美地集成。

這種方案的缺點，是成本太高，互換性差，一旦主控板損壞，維修困難，而且周期長。

當前流行的自動點膠機的控制方案是：采用四軸運動控制卡+IO卡+工控機（主機和顯示器）+伺服系統，這種方案的缺點，是成本高，設備體積龐大，設備啟動速度慢，開發周期長，需要強大的硬件和軟件開發團隊的支持。

本團隊自主開發的自動點膠機，采用的方案是PLC+觸摸屏+伺服系統。這種方案的優點，就是集運動控制和點膠控制于一體，因而成本很低，設備維護方便，線路相對簡單，系統運行可靠。主控單元是PLC，其運行可靠、穩定、互換性好、程序更新升級方便，隨時可以根據現場或客戶的要求修改控制程序，最大程度地發揮機器的工作效率和減少操作人員的勞動強度。數據顯示和參數設定采用觸摸屏，人機界面友好，參數設置直觀，而且可以實時監控設備的運行狀態。當機器出現某種異常情況的時候，人機界面會自動彈出提示畫面，方便維護人員對設備進行檢修。當不需要顯示和設定參數的時候，可以把它拆下，不影響機器的運行。

2 工藝要求

自動點膠機的主要功能要求是：兩工位輪流工作，各點的位置坐標參數可以設定，當啟動某工位的啟動按鈕時，點膠頭自動運動到該工位預設的點，依次給各點點膠，當給所有的點點膠完畢后，回到原點，待機；而當另外一個工位的啟動按鈕按下時，點膠頭自動運動到該工位，給該工位的工件點膠。設備點膠時，運動要求精確而平穩，點膠頭迅速下降到將接觸工件時，慢速，點膠時，稍微停頓，然后迅速回到原位。

3 解決方案

本團隊采用的方案是：各點的水平位置定位采用X、Y兩軸伺服系統，而Z向點膠運動控制采用單軸伺服系統。由于要求兩工位輪流工作，故Y向需要兩套獨立的伺服系統，每個系統分別控制一個工位和X軸進行聯動定位。主控單元采用三菱FX系列PLC+Easy View觸摸屏組合，各點的位置參數的設定和顯示通過觸摸屏完成；而PLC分析、運算由觸摸屏獲得的各點位置參數，然后控制伺服系統完成坐標定位和點膠運動。該設備共有4套伺服系統，但是我們只用一個PLC來對4套伺服系統進行控制。

針對一個PLC的高速輸出口只有2個的問題，我們采用分時復用的辦法來加以解決。Y軸的兩個伺服系統可以共用Y1高速輸出口，通過一個可控選擇開關完成轉換，當系統控制Y1伺服系統時，開關開；當需要控制Y2伺服系統時，開關關。這個開關可以通過PLC控制繼電器來完成轉換。同理，X軸系統和Z軸系統共用一個高速輸出通道Y0，也是通過控制繼電器來完成切換。點膠量可以通過調節氣體壓力和壓膠時間來進行調整。壓膠時間也可以通過觸摸屏來輸入。兩工位可以自動輪換，也可以手動啟動按鈕，來啟動相應的工位。該方案也可以適應需要點弧型膠的工件。當需要點成弧型的形狀時，可以設置弧型的幾個關鍵點就可以了。

4 自動點膠機原理接線圖

（1）觸摸屏接線圖。如圖1所示。

圖1 觸摸屏接線圖

（2）PLC I/O接口圖。如圖2所示。

圖2 PLC I/O接口圖

（3）伺服電機接口圖。如圖3所示。

圖3 伺服電機接口圖

5 觸摸屏的使用

5.1 初始畫面

把前操作面板的船型開關打到1的位置，船型開關內的燈亮，系統已經通電。經過2 s后，觸摸屏上顯示初始畫面（如圖4）。

圖4 觸摸屏初始畫面

這時，可以對設備進行操作了。初始畫面的中部可以顯示當前的北京時間。如果時間不準確，可以在參數設置里面修改。按下原點按鈕，X，Y1，Y2，Z軸分別回原點。如果各產品的參數已經確定好，放好工件，按下左邊的蘑菇頭啟動按鈕，就可以自動進行點膠了。

5.2 生產監控

生產監控畫面如圖5所示。

圖5 生產監控畫面

生產監控畫面顯示當前已經完成的工件數量和累計完成的工作數量，觸清零鍵，可以對這些數值清零。在“當前位置”一欄中，動態顯示X、Y、Z當前的坐標和點膠時間值。在“當前產品”一欄中，顯示的是現在正在運行的某個產品的參數。當要改變一個產品運行的參數的時候，輕觸該數字，這時會彈出一個數字鍵盤，在數字鍵盤當中輸入一個數值后輕觸ENT鍵，就可以改變系統的運行參數了。

5.3 手動調試

在主畫面當中輕觸手動調試按鈕（如圖6），即可彈出手動調試畫面，手動調試畫面有一個切換開關，其作用就是切換Z軸、Y1軸與X軸、Y2軸之間的運動許可。當切換開關如圖6所示的狀態時，Z軸、Y1軸禁止運動，而X軸、Y2軸運動被許可。觸摸各軸相對應的控制鍵時，即可控制該軸的運動。當Z軸和Y1軸已經回到原點時，其下面的原點燈閃亮；X、Y2軸亦然。

圖6 手動調試畫面

6 結束語

本方案的優點是，操作人員容易確定各點的參數。PLC不需要進行插補運算，由外部輸入各點來確定工作臺運動的軌跡。只用一個PLC控制4個伺服系統，硬件開銷很小，由PLC程序實現復雜功能。解決了四軸協同控制、分時復用、實時坐標顯示的技術難點。目前，本點膠機從移動的速度、點膠的節奏看，已經很接近或達到現有的自動點膠機的性能。從精度看，膠點本身已經有3 mm左右的直徑，而如果位置偏差±0.10 mm，基本上肉眼看不出來。Z軸和Y軸偏差已經基本控制到0.05 mm以內，而X軸控制到0.20 mm以內。

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