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【摘要】针对传统的胶条人工涂胶胶量误差大，原料浪费大，工作效率低等缺点，提出由FX2N型PLC与FX2N-20GM组成定位控制系统，采用伺服系统驱动的控制方案，传输了软件和硬件的设计与实现方法，该系统实现了胶条自动涂胶的自动化工作，提高涂胶精度，改造后对原材料的成本可节约50%以上。
【关键词】FX2N-20GM;PLC;涂胶机；定位模块
国内现有的玻璃胶条涂胶，大都还是保持着手工涂胶的模式，已大大不能买足一些高级车型对涂胶质量的要求，而且人工涂胶的胶量无法掌握，只能通过多涂胶，粘接时通过胶的溢出量来判断胶量是否满足质量要求,造成了玻璃胶的浪费。胶条自动涂胶机是根据汽车玻璃胶条的外形数模，制作专用的固定夹具，胶枪通过伺服电机的控制，实现插补功能，以适应胶条外形的变化，走出符合胶条外形的涂胶轨迹。胶量则是通过胶泵实现涂胶量的定量。
1 系统的硬件设计
1.1 汽车玻璃胶条涂胶的基本工艺：汽车玻璃胶条涂胶的最大特点是胶条易变形，而且形状不规则，所以传统的涂胶都是靠人工来完成的。一般生产工艺为：上料；涂黏合剂；养生；涂胶。
1.2 系统组成：经过分析，可以从机械设计和控制系统两个方面考虑，如何实现玻璃胶条的自动涂胶。首先在机械方面要做一个专用的固定夹具，来固定易变形的胶条。胶枪设计成X-Y轴二坐标联动的滚珠丝杠导轨滑台结构，使用PLC和交流伺服系统驱动，伺服系统的驱动器对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统。其位置控制分辨率高，可靠性好。自动涂胶机的定位控制系统的组成如图1所示。
图1自动涂胶机的系统组成框图
1.3 硬件选型
1.3.1 PLC及定位单元的选型：PLC选型的关键在于满足基本控制功能和容量，并考虑维护的方便性、备件的通用性、系统可扩展性以及特殊功能要求等。我们这里采用三菱的FX2N-32MT，该产品具有高速高性能的特性，基本指令的运算时间为0.08?s,输出是晶体管型输出，从而得到快速的输出性能。
为了满足高速、高精度平面定位的控制要求，我选用了FX2N-20GM定位单元，它具有如下特性，提供2路脉冲输出并实现直线插补、圆弧插补或独立两轴定位控制；不仅能处理单速定位和中断定位，而且能进行多速运行等复杂控制；最大输出脉冲串为200kHz(在插补期间最大为100kHz);定位单元的脉冲当量（即每个脉冲对应的进给量）由设置软件设定，最高设定可达到位移1μm/脉冲，比PLC主机脉冲高出一个数量级；采用流程图的编程软件可使程序的开发具有可视性。
1.3.2 交流伺服系统选型：选用三菱HC-KFS-43型电机，它的额定功率为0.4kW，属于小惯量，小功率类型电机，配套伺服放大器为MR-J2S-40A。该系统具有良好的机械响应性、低速稳定性、包含机械系统在内的最佳状态调整的特点等；速度频率响应达到550Hz以上，非常适合用于高速定位的场合。与MR-J2S系列配套的伺服电机编码器采用了分辨率为131072脉冲/转的绝对位置编码器，所以具有高精度的控制的能力。
2 软件设计及分析
本系统软件设计主要包括三部分：PLC控制程序、20GM定位单元的伺服程序及定位单元与PLC主机通讯程序设计。
2.1 定位模块的初始化设定：定位单元可通过与操作规格和控制规格相一致的参数设定来满足各方面需求，参数主要分为以下三种类型：定位参数（含单位体系、机械零點、速度等）、I/O控制参数（含程序号、m代码、手动脉冲发生器、绝对位置等）和系统参数（含系统、子任务等）。
2.2 定位单元与PLC主机通讯程序：PLC与定位单元之间的通讯是通过PLC的TO/FROM指令和定位单元内部的缓冲存储器来完成的。TO指令把PLC中的内容写入定位单元的BFM存储器，FROM指令把BFM存储器中的内容读到PLC中。
图2PLC程序流程图
程序如图2所示，其含义是，通过外部信号，调用定位模块中的程序号为No.0的定位程序。在PLC中，通过DTO指令，使PLC的M0~M31写入定位单元的BFM#20,BFM#21中，这条语句实现了PLC与定位单元中的控制继电器的连接，这样就可以通过触摸屏，外部按钮向FX20GM发出控制指令。通过DFROM指令，使定位模块中的BFM#23，BFM#24缓冲存储器对应PLC中的M48-80。这条语句实现了定位模块的执行状态可以通过PLC中的辅助继电器间的连接。
2.3 定位程序的编制：这一部分主要是完成定位位置和速度的设定，并在响应的点执行相应的任务。胶条涂胶机主要轨迹是个多段的斜线构成的，所以在定位程序的编制过程中，做了20段直线插补的设置。每段的坐标位置和运行速度，通过触摸屏里的输入域给定到PLC的数据存储区，再通过TO指令传送到定位模块中相应的数据区域。
FX20GM定位模块的程序编制可以通过专用的指令代码(cod)编制，也可通过三菱的FXVPS软件编写，用流程图的方式清晰的编写定位程序。如图3所示。
图3 定位程序的流程图
涂胶的顺序是，按下涂胶开始按钮，如果胶枪不在零点，自动回零点，然后进入第一个工作点，操作人员确认胶枪是否进入胶条内部，如果在，再按下涂胶开始按钮，胶枪开始按照定位程序子程序0内的涂胶轨迹开始行进，涂到胶条尾部后，自动抬起胶枪，关闭胶阀，返回零点，涂胶过程结束。
整个涂胶过程的涂胶轨迹和胶枪的工作状态都可以在触摸屏上显示，用以观察轨迹的变化，方便操作人员的调整。
3 结束语
利用PLC定位模块，充分的体现出了控制系统的灵活性，在调试过程中，缩短了调试时间，系统可靠性也比较高，与交流伺服传动系统组成了高效、高精度的位置控制系统。通过优化设计，利用两轴的控制系统，提高了胶条涂胶的涂胶量的精度，减少胶量误差，既节省了生产成本，又提高了工作效率。
（作者单位：辽宁冶金技术装备设计研究所）
【关键词】FX2N-20GM;PLC;涂胶机；定位模块
国内现有的玻璃胶条涂胶，大都还是保持着手工涂胶的模式，已大大不能买足一些高级车型对涂胶质量的要求，而且人工涂胶的胶量无法掌握，只能通过多涂胶，粘接时通过胶的溢出量来判断胶量是否满足质量要求,造成了玻璃胶的浪费。胶条自动涂胶机是根据汽车玻璃胶条的外形数模，制作专用的固定夹具，胶枪通过伺服电机的控制，实现插补功能，以适应胶条外形的变化，走出符合胶条外形的涂胶轨迹。胶量则是通过胶泵实现涂胶量的定量。
1 系统的硬件设计
1.1 汽车玻璃胶条涂胶的基本工艺：汽车玻璃胶条涂胶的最大特点是胶条易变形，而且形状不规则，所以传统的涂胶都是靠人工来完成的。一般生产工艺为：上料；涂黏合剂；养生；涂胶。
1.2 系统组成：经过分析，可以从机械设计和控制系统两个方面考虑，如何实现玻璃胶条的自动涂胶。首先在机械方面要做一个专用的固定夹具，来固定易变形的胶条。胶枪设计成X-Y轴二坐标联动的滚珠丝杠导轨滑台结构，使用PLC和交流伺服系统驱动，伺服系统的驱动器对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统。其位置控制分辨率高，可靠性好。自动涂胶机的定位控制系统的组成如图1所示。
图1自动涂胶机的系统组成框图
1.3 硬件选型
1.3.1 PLC及定位单元的选型：PLC选型的关键在于满足基本控制功能和容量，并考虑维护的方便性、备件的通用性、系统可扩展性以及特殊功能要求等。我们这里采用三菱的FX2N-32MT，该产品具有高速高性能的特性，基本指令的运算时间为0.08?s,输出是晶体管型输出，从而得到快速的输出性能。
为了满足高速、高精度平面定位的控制要求，我选用了FX2N-20GM定位单元，它具有如下特性，提供2路脉冲输出并实现直线插补、圆弧插补或独立两轴定位控制；不仅能处理单速定位和中断定位，而且能进行多速运行等复杂控制；最大输出脉冲串为200kHz(在插补期间最大为100kHz);定位单元的脉冲当量（即每个脉冲对应的进给量）由设置软件设定，最高设定可达到位移1μm/脉冲，比PLC主机脉冲高出一个数量级；采用流程图的编程软件可使程序的开发具有可视性。
1.3.2 交流伺服系统选型：选用三菱HC-KFS-43型电机，它的额定功率为0.4kW，属于小惯量，小功率类型电机，配套伺服放大器为MR-J2S-40A。该系统具有良好的机械响应性、低速稳定性、包含机械系统在内的最佳状态调整的特点等；速度频率响应达到550Hz以上，非常适合用于高速定位的场合。与MR-J2S系列配套的伺服电机编码器采用了分辨率为131072脉冲/转的绝对位置编码器，所以具有高精度的控制的能力。
2 软件设计及分析
本系统软件设计主要包括三部分：PLC控制程序、20GM定位单元的伺服程序及定位单元与PLC主机通讯程序设计。
2.1 定位模块的初始化设定：定位单元可通过与操作规格和控制规格相一致的参数设定来满足各方面需求，参数主要分为以下三种类型：定位参数（含单位体系、机械零點、速度等）、I/O控制参数（含程序号、m代码、手动脉冲发生器、绝对位置等）和系统参数（含系统、子任务等）。
2.2 定位单元与PLC主机通讯程序：PLC与定位单元之间的通讯是通过PLC的TO/FROM指令和定位单元内部的缓冲存储器来完成的。TO指令把PLC中的内容写入定位单元的BFM存储器，FROM指令把BFM存储器中的内容读到PLC中。
图2PLC程序流程图
程序如图2所示，其含义是，通过外部信号，调用定位模块中的程序号为No.0的定位程序。在PLC中，通过DTO指令，使PLC的M0~M31写入定位单元的BFM#20,BFM#21中，这条语句实现了PLC与定位单元中的控制继电器的连接，这样就可以通过触摸屏，外部按钮向FX20GM发出控制指令。通过DFROM指令，使定位模块中的BFM#23，BFM#24缓冲存储器对应PLC中的M48-80。这条语句实现了定位模块的执行状态可以通过PLC中的辅助继电器间的连接。
2.3 定位程序的编制：这一部分主要是完成定位位置和速度的设定，并在响应的点执行相应的任务。胶条涂胶机主要轨迹是个多段的斜线构成的，所以在定位程序的编制过程中，做了20段直线插补的设置。每段的坐标位置和运行速度，通过触摸屏里的输入域给定到PLC的数据存储区，再通过TO指令传送到定位模块中相应的数据区域。
FX20GM定位模块的程序编制可以通过专用的指令代码(cod)编制，也可通过三菱的FXVPS软件编写，用流程图的方式清晰的编写定位程序。如图3所示。
图3 定位程序的流程图
涂胶的顺序是，按下涂胶开始按钮，如果胶枪不在零点，自动回零点，然后进入第一个工作点，操作人员确认胶枪是否进入胶条内部，如果在，再按下涂胶开始按钮，胶枪开始按照定位程序子程序0内的涂胶轨迹开始行进，涂到胶条尾部后，自动抬起胶枪，关闭胶阀，返回零点，涂胶过程结束。
整个涂胶过程的涂胶轨迹和胶枪的工作状态都可以在触摸屏上显示，用以观察轨迹的变化，方便操作人员的调整。
3 结束语
利用PLC定位模块，充分的体现出了控制系统的灵活性，在调试过程中，缩短了调试时间，系统可靠性也比较高，与交流伺服传动系统组成了高效、高精度的位置控制系统。通过优化设计，利用两轴的控制系统，提高了胶条涂胶的涂胶量的精度，减少胶量误差，既节省了生产成本，又提高了工作效率。
（作者单位：辽宁冶金技术装备设计研究所）