電容器墊片自動印字機控制系統的研制

姚興田，邱自學，毛 建，周一丹

YAO Xing-tian1,QIU Zi-xue1,MAO Jian2,ZHOU Yi-dan1

（1. 南通大學 機械工程學院，南通 226019；2. 南通海立電子有限公司，南通 226361）

0 引言

電容器是電子設備中大量使用的電子元件之一，通常起隔直、濾波、調諧、旁路、耦合、去耦、轉相等作用。大型鋁電解電容器在制造過程中往往在外部包覆一層熱縮套管，底部則放置一層墊片，其材料一般為PVC、PET、聚烯等，電容器的生產批號等參數則采用燙印方法印制在底板墊片上。目前，由于缺少專用的自動化生產設備，國內電容器生產企業在電容器墊片燙印過程中，往往采用的是手工方式，這勢必會引起產品質量不穩定，同時生產效率較低。為了滿足電容器企業現代化生產的需要，我們開發了一套電容器墊片自動印字設備。

1 技術指標及控制要求

1）墊片材質：PVC、PET、聚烯；墊片尺寸：厚度0.5mm±0.05mm，直徑Φ35-Φ100mm；

2）中心無孔墊片印字位置為其中心，帶孔墊片印字位置盡量靠近中心孔，質量要求反面無印痕，字體清晰；

3）燙印頭加熱溫度0-300℃連續可調，恒溫精度±5℃；

4）燙印時間0-2秒可調；

5）燙印頭氣缸行程可調；

6）設置兩個通道，可同時加工兩種規格尺寸的墊片；可快速更換不同規格尺寸的產品；

7）兩通道獨立控制，可自動燙印、單只燙印及單動調整，兩通道同時工作時節奏同步；

8）各通道燙印速度不低于1200片/小時。

2 整機結構組成及功能

圖1為電容器墊片自動印字機的實物照片。整機設置前后兩個通道，期結構主要由推料部件、燙印部件、拾取部件、PLC控制系統、氣動系統、人機界面、傳感器及機體等構成。推料部件的功能是將疊放在料筒中的圓形薄墊片一片一片推出，送至燙印工位，同時將在燙印工位已完成燙印的墊片送至拾取工位，完成拾取動作后再退回起始位。燙印部件的功能是在燙印頭模具已加熱到設定溫度的條件下，對處于燙印工位的墊片實施燙印。拾取部件的功能是采用真空吸盤對送至拾取工位的墊片進行拾取，并放入集料筒。PLC控制系統實現對燙印頭模具的溫度控制以及有關工作氣缸、真空吸盤的動作控制。氣動系統則接受PLC的程序指令，執行有關運動動作。人機界面的功能是對燙印參數進行設置以及有關操作控制。

圖1 電容器墊片自動印字機實物圖

3 控制系統硬件設計

3.1 溫度控制系統設計

電容器墊片的燙印通常采用正燙印方法，即采用正性雕刻金屬印模（標記文字凸起），通過加熱使其達到適當溫度，在一定壓力作用下與電容器墊片接觸并保持一定時間，使電容器墊片表面留下相應標記。燙印質量取決于壓力與熱的綜合作用效果，其中溫度與燙印接觸時間是最重要的因素。溫度太低或者接觸時間太短，墊片表面尚未塑化變軟，不能形成清晰的標記；溫度太高或者接觸時間太長，會塑化過度，使燙印標記變形或塌軟[1]。為此需要對燙印頭模具溫度及燙印時間進行精確控制。

本設備的溫度控制采用三菱公司的FX2N-2LC溫度調節模塊[2]，通過嵌入兩只燙印頭中的熱電偶、加熱管進行溫度檢測與控制，從而精確控制燙印頭的模具溫度。圖2為溫度控制電路圖。

圖2 溫度控制電路圖

4.2 運動控制系統設計

本設備的運動包括推料部件的左右移動、燙印部件的上下移動、拾取部件的上下移動以及墊片的吸取釋放動作四大部分，根據工作需要，分別采用雙行程直線氣缸、可調行程直線氣缸、普通單行程直線氣缸以及真空吸盤來執行。

PLC控制系統的核心采用三菱公司的FX1N-60MR主模塊[3]。各直線氣缸相應的行程位置檢測接近開關、料筒有無料傳感器、燙印工位有無料傳感器以及計數傳感器接入PLC的輸入端口，各直線氣缸、真空吸盤驅動用電磁閥及指示燈接入PLC的輸出端口。表1為PLC控制系統I/O地址分配表。

表1 PLC控制系統I/O地址分配表

4 控制系統軟件設計

4.1 PLC控制程序設計

電容器墊片自動印字機的核心控制任務是燙印頭模具的溫度控制、各氣缸的運動以及真空吸盤的控制。圖3為單一通道的自動燙印程序控制流程圖。

溫控模塊FX2N-2LC是三菱FX系列PLC是擴展模塊，具有兩通道溫度檢測與控制功能。其內部集成了簡單的通斷控制算法和較復雜的PID參數控制算法。本系統中采用PID參數自動調節算法，即根據溫度給定值與測量值之間的誤差大小及變化趨勢，自動調節P、I、D三個參數值，通過OUT端口控制固態繼電器SSR在設定控制周期內的開通度，從而達到滿意的溫度控制精度。有關溫控設定值及實際測量值通過緩沖存儲單元BFM的FROM、TO指令實現溫控模塊與PLC主模塊之間的讀寫操作。

運動控制程序可采用三菱FX系列PLC的順序控制指令或步進指令來編制。須保證前后兩個通道可獨立控制相應運動，同時當兩通道同時工作時又要保持其動作協調性。編程軟件采用三菱FXPCS-WIN-C3.3C，具體程序這里不再贅述[4]。

圖3 自動燙印程序控制流程圖

3.2 人機界面操作畫面設計

人機界面是人機交互的窗口，本系統選用三菱公司的GT1150-QLBD-C人機界面，操作畫面采用GT Designer2軟件進行設計 [5]。其與個人電腦間的畫面程序寫入與讀出通過RS-232C接口完成，與PLC間的數據通信通過RS-422接口完成。本系統操作界面分三個層次，第一層次為“操作主畫面”，可選擇相應加工通道，進入下一層次操作畫面；第二層次為“前側通道”和“后側通道”的具體操作畫面，可進行燙印參數設置、選擇相關按鍵操作及顯示有關加工參數；第三層次為“前側通道單動”和“后側通道單動”操作畫面，可單獨對相應通道推料氣缸、印字氣缸、拾取氣缸及真空吸盤進行點動控制操作，主要用于檢測調整。圖4為前向通道的具體操作畫面。

圖4 前向通道操作畫面

5 結束語

本文介紹的電容器墊片自動印字機采用先進的PLC控制技術，實現了電容器墊片燙印生產的自動化，同時對料筒有無料、燙印位有無料具有自動檢測及報警功能，拾取位具有計數功能，燙印溫度、燙印時間、燙印只數可在一定范圍內任意設定。該設備具有控制可靠、參數設置方便、產品更換快速、適應性強及操作簡便等特點。自投入企業生產以來，顯著地提高了產品質量及生產效率，大大減輕了操作人員的勞動輕度，完全滿足企業自動化生產的需要。該技術可推廣應用到包裝、印刷等領域。

[1] 葉洪勛.淺談塑料燙印技術[J].網印工業,2002,(2)：18-21.

[2] FX2N-2LC Temperature Control Block User Manual[M].Japan：Mitsubishi Electric,2000.

[3] The FX1N Series Programmable Controllers Hardware Manual[M].Japan：Mitsubishi Electric,2000.

[4] The FX Series Programmable Controllers Programming Manual[M].Japan：Mitsubishi Electric,1999.

[5] GT Designer2 Version2 Screen Design Manual (For GOT 1000 Series)[M].Japan：Mitsubishi Electric,2005.