蓋章機自動控制系統設計探討

俞群愛

摘 要：我們的生活中經常需要使用印章，且印章在單位使用頻繁，花費在蓋章上的時間很多。為節省人力成本，提高工作效率，在充分利用網絡資料的情況下，本設計探討下面幾個任務模塊：PLC 程序的設計與編寫；步進電機及其驅動器的選型與配合；機械系統的設計。以上設計通過三個Series Model 42H4812步進電機，由PLC西門子S7-200 控制來實施文件的蓋章與移動，以達到提高工作效率、降低勞動強度、促進節約人力成本的目的。

關鍵詞：蓋章機；自動控制系統 Series Model 42H4812；西門子S7-200

傳統的蓋章方式比較低效，蓋章業務量大時，急需一種高效的設備來實現蓋章自動化，自動控制的蓋章機一改傳統蓋章方式的低效，讓蓋章變得方便快捷，極大地節省了蓋章工作的人力成本。本設計由PLC控制系統通過控制步進電機的運轉，來實現移動蓋章的功能，就是為了提高蓋章的工作效率。

1 現有自動蓋章機存在的問題

1.1 因為紙張的厚度影響蓋章進程

如銀行系統、辦證中心這些單位，蓋章的工作量非常大，蓋章紙張都是厚厚一疊，而傳統的自動蓋章機，其紙張移動一般采用摩擦力推動方式，這就會導致因蓋章紙張厚度太大而出現倒塌的情況發生，影響正常蓋章的進行。本設計完全解決這個問題，它基于PLC控制系統，紙張移動采用吸盤的方式來控制，不需要顧慮由于紙張的厚度問題影響蓋章進程。當一張文件蓋章完成，紙張就會被吸盤吸起來，與后面需要蓋章的文件完全分開，因此就不需要考慮后面的蓋章文件被影響。

1.2 因為固定的蓋章位置影響蓋章的適用范圍

傳統的自動蓋章機大多蓋章位置固定，使用不夠靈活，因此開發一套能根據文件需要改變蓋章位置的設備大有應用價值。通過設置蓋章位置坐標的方法， 應用X 軸電機來確定X 軸坐標，X 軸步進電機具有很高的精度，完全能滿足設計的使用要求。設定步進電機脈沖參數（脈沖參數包括周期時間，脈沖數等），通過脈沖數來確定坐標，脈沖參數上限是3400 次左右，對應坐標1500，由此根據脈沖數和坐標的比例來設定坐標參數。Y 軸坐標參數設定與X 軸一致， Y 軸的脈沖數上限也是3400，但對應坐標數上限只有130 左右，比例較大，需要酌情設定。

2 自動蓋章機的機械系統設計結構

1.X軸步進電機：帶動印章在X軸上往復運動

2.Y軸步進電機：帶動印章在Y軸上往復運動

3.Z軸步進電機：帶動印章在Z軸上上下運動

4.印章：作用是蓋章

5.絲桿升降吸盤；帶動文件運動

6.結構支架：支出整個裝置

7.文件擺放裝置：放置需要蓋章的文件

如上圖，機械設計有幾個主要部件，分別為：控制印章在空間內移動的X、Y、Z步進電機，用來蓋章的印章，支撐整個機構的支架，放置需要蓋章文件的平臺。兩個雙向箭頭代表印章可移動的方向，分別是左右和上下，還有前后。絲桿升降吸盤的原理是通過螺旋絲桿帶動吸盤上下運動，當氣源開啟時，氣體通過一些列的設備到達二位三通電磁閥，電磁閥由于PLC的作用給電會進行導通，氣體也隨之導通，經過二位三通電磁閥后，氣體進入真空發生器，通過真空發生器的作用造成真空區，讓吸盤對外產生吸力，通過吸力對文件進行控制方向移動。

3 步進電機及其驅動器的選型與配合

控制用電動機可劃分步進電動機和伺服電動機，選用Series Model ST42H4812步進電機，此步進電機是四相八拍步進電機，其工作原理是每當脈沖發生器輸入一個脈沖式，相對應步進電動機就會轉動一個步距角，步距角是根據步進電動機型號確定的。步進電動機的優點：第一，步進電動機的運動不容易受到外界因素干擾（如電壓的波動，電流大小與波形的變化，還有就是溫度等）。第二，步進電動機的步距角雖會有一定的誤差，因為每次運轉都可能出現“失步”現象，但每次重新開始會都會歸零，不會影響下一次運轉。第三，步進電動機的控制性能非常好，適用于很多場合。

4 PLC程序的設計與編寫

PLC全稱是Programmable Logic Controller，中文名叫可編程控制器，它以微處理器為基礎，成本低廉，適用性廣，靈活性高，是一種工業控制裝置。西門子s7-200作為中央微處理器，不管獨立的還是網絡的各種自動化的系統中，它都適合。

PLC和機械結構相結合的所實現的功能是：一大堆文件需要蓋章時，可以使人只用很簡單的操作在短時間內完成蓋章任務。通過PLC 控制三個電機的運轉來間接控制印章的移動，在立體空間內，印章的移動可分為三個維度，分別是X，Y，Z，其中X是指印章在X軸上的運轉，Y指印章在Y 軸上的運轉，而Z則表示印章在Z軸上上下運動，三個步進電機之間步驟分明，互不干擾?？刂撇竭M電機的運轉，由電壓驅動和脈沖驅動同時進行，PLC有一套子程序可設置脈沖的發送，原理像PWM 波，控制波形的上下限，還有占空比，控制脈沖的數量以及參數。

PLC流程圖如下：

1.按下觸摸屏復位開關鍵，使所有觸點和功能鍵復位。

2.通過觸摸屏設置需要蓋章點（X1，Y1）和蓋章好后文件放置點（X，Y）。

3.按下啟動鍵，然后電機X與電機Y先后到達（X，Y）點。

4.電機Z正轉達到蓋章點，然后吸盤啟動同時實施蓋章操作，在蓋章點停留的時間為2秒。

5.電機Z帶動文件反轉至最高點。

6.電機Y帶動文件到達最終點的上面，接著電機Z向下運動達到最終點關閉吸盤放下文件。

7.電機Y回到蓋章點，如果還有文件就繼續之前操作，否則回到最初起點。

5 結語

由PLC 程序通過步進電機的運轉來實現印章的自動蓋章功能，意義是為了減少人們在工作生活中對于印章操作繁瑣的煩惱，提高效率，有更多的時間從事其他工作或者放松身心。

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