雙組份環氧膠粘劑自動灌膠機控制系統的設計

李洪群，臧華東，孫嵐

(蘇州工業職業技術學院 電子與通信工程系，江蘇 蘇州 215104)

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雙組份環氧膠粘劑自動灌膠機控制系統的設計

李洪群，臧華東，孫嵐

(蘇州工業職業技術學院 電子與通信工程系，江蘇 蘇州 215104)

摘要：探討信捷PLC在自動灌膠機控制系統中多軸脈沖輸出驅動步進電機的應用。針對自動灌膠機要求混合比例正確，出膠速度可控，膠量可控的設計要求，采用信捷PLC作為控制器，運用浮點數運算，計算出精確的驅動脈沖數。由步進電機驅動兩臺齒輪計量泵，進行混合。系統出膠量大，能滿足生產的需求。

關鍵詞：灌膠機；自動混合；可編程控制器；觸摸屏

0引言

隨著電子、電器、電工、光電、新能源等行業產品生產對雙組份環氧膠粘劑用量的擴大，手工施膠已不能滿足產量、品質、新工藝的要求，同時從改善員工工作環境、減少手工施膠膠粘劑、清洗劑浪費的環保要求及降低人工成本、提高企業經濟效益、提升企業實力的綜合要求出發，越來越多企業選擇使用機器施膠替代手工施膠。

PLC是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發出來的，并逐漸發展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業控制裝置。可編程控制器越來越廣泛地應用于工業生產控制。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構，是機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用于各種工業自動化系統中[2]。齒輪計量泵是齒輪泵的一種，廣泛用于流體計量。齒輪計量泵具備膠液的計量輸出和提高膠液壓力的功能。它高精度、無脈動、重復性好等特點得以廣泛應用，并越來越多的應用在全自動化流體設備上。

1自動灌膠機控制系統的實現

潔凈行業過濾器的密封施膠采用雙組份A、B，即環氧樹脂膠粘劑，且用量大。一般采用計量缸的灌膠機輸出量滿足不了生產的需要，現采用齒輪計量泵，保證比例的同時提高了輸出的膠量。基本原理是通過PLC智能控制, 由雙精密計量泵分別把A、B料桶中的膠水按設定比例和流量,同步、連續輸送到混合器施膠口。借助齒輪泵的輸送壓力，將混合好的雙組份膠水澆注到待施膠的產品中。灌封機與機械手(工作臺),可實現自動涂膠、灌封功能。

1.1控制系統的組成

雙組份自動比例灌膠機的控制系統主要以信捷XC3-14T-E型PLC為自動控制系統的核心；控制系統中選用的三相混合式步進電機是110BYG350C，配套驅動器選用MS-3H110M細分型驅動器，其運行步數(細分數)達到16種，最大步數4萬。具有單雙脈沖方式，自測試功能，相位記憶功能，自動半電流功能。驅動器電源電壓AC 220 V。兩臺步進電機連接兩個齒輪計量泵，其中一個是15 CC，另一個為30 CC容量。實際工作時，要對A、B兩種膠水進行設置。0設置內容包括：膠水比重、配比、所需膠水總質量、增量系數等。故選用了TH765-MT觸摸屏、支持高速脈沖輸出的XC3-14T-E型PLC。系統采用信捷PLC為控制核心，步進電機、氣缸為執行元件的開環控制系統，實現了雙組份A、B膠自動配比混合的自動控制。系統框圖如圖1所示。

圖1　系統框圖

1.2自動灌膠機的控制要求

按運行按鈕，系統計算好各項數據，等待操作員按開始灌膠按鈕。雙組份自動灌膠機，可以設定每一次的出膠質量，比如2kg，根據設定的A、B膠比例，以及2種膠水的比重，算出這兩種膠水各需要多少ml，然后自動運算出步進電機需要轉動多少圈來輸出這么多雙組份膠水，進行混合。當以不同電機轉速時，自動計算出多長時間灌好一個工作單位的膠。灌完設定質量數的膠，自動停止，等待下一次按開始灌膠按鈕。

1.3控制系統的定量給膠控制

齒輪泵每周出膠量比為2：1，當要混合比例為2：1的雙組份膠水時，只需要以相同的速度驅動兩齒輪泵，這時速度越快，單位時間出膠量越大。這時不考慮兩臺齒輪泵在相同速度下輸出壓力差異引起的誤差。相對來說，速度相同時，這種差異可以忽略不計。但是當要求的混合比不是2：1時，比如是4：1，這時要求兩臺泵以2：1的速度運行時，理論上得到4：1的出膠比例。但這時，速度差引起的輸出壓力差變得突出，對混合時的實際影響不容忽視，這種影響會使小份量的膠輸出量不足，使實際比例大于4：1。為此需要加以修正。

表1是雙組份自動灌膠機控制系統設計中PLC的輸入/輸出端口分配表。

表1　PLC的I/O分配表

2控制系統的軟件設計[4-6]

XC3-14T-E型PLC的編程軟件為信捷XC系列PLC編程控制軟件XCPPro3.3，具有梯形圖與命令語兩種編程方式，可以進行聯機調試，監控寄存器和繼電器的狀態，隨時改變PLC的狀態(編程/運行)。利用此PLC提供的浮點數運算，將需要的總質量分別計算出A、B兩種膠水所需要的體積，再轉換算出對應電機轉動的周數，算出所需要的步進脈沖數。由相對位置多段脈沖控制指令[DPLSR] ，從PLC的Y0、Y1分別輸出一路步進脈沖給驅動器，從而驅動步進電機轉動相應的周數，達到輸出相應量的雙組份膠水。系統程序流程如圖2所示。

圖2　系統控制流程圖

系統參數設置的人機界面如圖3所示。

圖3　系統參數設置界面

界面中分別可以輸入一次灌膠的總質量，A、B兩種膠水的比例，比重及增量系數。

3結語

雙組份自動灌膠機系統設計成型后，經過了生產使用，經過程序優化及人機界面優化。使用灌膠機后，混合比例正確，效率高，隨用隨混，方便生產使用，大大提高了生產效率，提高了生產過程的自動化程度。

參考文獻:

[1] 殷慶縱. 可編程控制器原理與實踐[M]. 北京：清華大學出版社，2010.

[2] 蔡壽將，王培良. 步進電機PLC控制系統在吊粒燙色技術中的應用[J]. 制造業自動化，2012，(6):37-39.

[3] 宗光濤，等. 齒輪泵排量計算方法研究[J]. 液壓氣動與密封， 2009,(3).

[4] 信捷科技電子有限公司. XC系列可編程控制器用戶手冊[基本指令篇][Z]. 2010.

[5] 信捷科技電子有限公司. XC系列可編程控制器用戶手冊[特殊指令篇][Z]. 2010.

[6] 無錫信捷電氣有限公司. XC系列PLC擴展模塊用戶手冊[Z]. 2012.

Designof Automatic Bicomponent Epoxy Adhesives Glue Machine

LI Hong-qun,ZANG Hua-dong,SUN Lan

(Department of Electronics and Communication, Suzhou Institute of Industrial Technology, Shzhou 215104, China)

Abstract:This paper investigates the application of XINJE PLC in the control system of automatic bicomponent epoxy adhesives glue machine with a stepping motor of many pulses output drive According to the. design requirements of its automatic mixing ratio, plastic speed control and glue control, using XINJE PLC as controller, the floating point arithmetic is used to calculate the exact number of drive pulses. Two gear metering pumps driven by the stepper motor are used to mix. This mixing glue machine with high efficiency can meet the needs of production.

Keywords:plastic irrigation machines; automated mixing; programmable controller; touch screen

基金項目

收稿日期：2014-09-26

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0191-02

作者簡介：李洪群(1974-)，男，江蘇蘇州人，副教授，碩士，研究方向為電氣自動化。 國家自然科學(No. 50979029; No. 51209073)