基于PLC的辦公室自動蓋章裝置設計

徐建強 徐志龍

摘要：針對辦公室文件需要批量蓋章，設計了一種基于PLC自動蓋章裝置。設計了該裝置的機械結構，結合工作原理，對其控制系統進行了硬件和軟件的設計。實際運行證明：該系統能夠快速地實現自動蓋章的功能，運行可靠，具有良好的應用前景。

關鍵詞：PLC，自動蓋章

Design of office automatic seal device based on PLC

Jianqiang Xu

（School of Mechanical Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai，200093，China）

Abstract：Aiming at the need of batch stamping for office documents，an automatic stamping device based on PLC is designed. The mechanical structure of the device is designed. Based on the working principle，the hardware and software of the control system are designed. Practical operation proves that the system can realize the function of automatic seal quickly，run reliably，and has a good application prospect.

Keywords：PLC，Automatic stamping

引言

在銀行系統、現代化生產企業以及服務業中，經常需要對各種各樣的單據進行蓋章，且蓋章工作量非常巨大[1]。而傳統的人工蓋章速度比較慢、位置不精確、勞動強度大，不利于提高工作效率。市場上雖然有通用的自動蓋章機銷售，但其設計時考慮的工況較為單一，功能也固定，不能滿足一些企業的特殊需求。因此很多企業選擇與技術單位合作開發本單位專用設備，以提高工作效率，減輕勞動強度[2]。從節省人力成本，提高工作效率的角度出發，有必要設計一臺自動蓋章設備。

1.系統結構及工作原理

1.1系統總體結構

圖一所示為自動蓋章裝置的結構示意圖。主要包含底座、印章固定機構、調位組件和移動組件、蓋章驅動機構和擺動機構。

底座用于承載各個機構及其驅動元件，為系統提供定位和支撐。印章固定機構用于固定印章的位置，該機構設計為可拆卸式，方便更換印章。調位組件包括豎直地設置在底盤上的固定桿、底部可滑動地套設在固定桿外的調位筒和與該調位筒頂端連接的彈簧，移動組件包括貫穿地設置在彈簧內且底部可滑動地嵌套在調位筒內的導向桿、垂直地設置在該導向桿頂端上的導向板、設置在該導向板上的連接孔、設置在導向板靠近導向桿一端上的滾筒支座、轉動地設置在滾筒支座內的滾筒、設置在導向板另一端上的夾具和與該夾具相配合的印章固定座。蓋章驅動機構，用于驅動印章進行蓋章操作，包括固定在底盤上的第一電機、一端設置在該第一電機的輸出端上的聯軸器、一端連接在該聯軸器另一端上的連軸和垂直地設置在連軸的另一端上的凸輪。擺動機構，用于驅動印章擺動從而進行涂印泥操作，包括固定在底盤上的第二電機、一端套設在該第二電機的輸出端上的曲柄和一端連接在曲柄的另一端上的連桿。

1.2裝置工作原理

該裝置設計了印章固定機構和蓋章驅動機構，使得蓋章能上下運動，對文件進行蓋章；設計印章固定機構、擺動機構和蓋章驅動機構，使得印章能移動到印泥盒上方并進行涂印泥操作。由于調位筒的下部設置為扇形筒，同時，固定桿設置有與調位筒下部相應的扇形桿，使得調位筒的轉動受到限制。固定桿上設置有沿豎直方向延伸的第一調位孔，調位筒的底部與第一調位孔的位置上設置有對應的第二調位孔，第二調位孔內設置有螺栓，該螺栓貫穿第二調位孔以及第一調位孔后被對應的螺母固定，從而將調位筒和固定桿固定在一起，便于對印章的高度進行調節。底盤上還設置有多個物品架支座和分別設置在物品架支座上的物品架，便于放置需要蓋章的文件或印泥盒。每個物品架支座上設置有沿豎直方向延伸的第一槽孔，物品架與第一槽孔的位置上設置有對應的第二槽孔，第二槽孔內還設置有螺栓，該螺栓貫穿第二槽孔以及第一槽孔后被對應的螺母固定，從而將物品架支座和物品架固定在一起，能夠調節物品架的高度，從而使得滾筒和凸輪的外圓周面能接觸到，最終完成蓋章和涂印泥操作。夾具底部上設置有紅外傳感器，便于對放置在物品架上的文件和印泥盒進行識別。印章固定座包括機座、緩沖墊圈、固定夾桿和機蓋，便于固定印章，同時緩沖墊圈還能夠對印章形成緩沖，防止使用過程中印章因沖擊力而損壞。

2.控制系統設計

2.1 控制系統總體結構

針對前述自動蓋章裝置設計了PLC控制系統[3]。該控制系統主要由PLC控制器和兩個步

進電機組成，還包含光電式傳感器和電感式傳感器。其中光電式傳感器用于檢測文件和印泥等非金屬件，電感式傳感器用于對步進電機進行限位?？刂葡到y總體結構如圖2所示。

2.2 控制系統硬件選型

根據制定的控制系統總體方案，需要對硬件進行選型?？刂葡到y需要的硬件有PLC、步進電機及驅動器、電源開關、接近開關等電氣元件。PLC 為控制系統的主控制器，接收機器內部傳感器和開關信號，控制電機完成一些列動作。

本系統中共涉及2個步進電機的控制，PLC對于步進電機的控制需要通過高速脈沖端口發射脈沖進行控制。脈沖的頻率和速度決定了步進電機的轉速和圈數。一般來講，一臺PLC最多有兩個到三個高速脈沖端口。因而對于2個步進電機需要1個PLC進行控制?？紤]傳感器的布置，一個步進電機至少需要2個位置的傳感器來限位，有的環節工位不止一個的就需要用到多個傳感器。針對系統中的文件和印泥等非金屬器件，需要由光電感應傳感器來跟蹤位置。

PLC控制回路設計主要是對PLC的輸入端信號和輸出端信號進行分配。共涉及2個步進電機和若干電器件的控制。PLC由24V/0V直流電源供電，將PLC的L N端分別接24V和0V。下面是對PLC的各個端口進行輸入信號分配。PLC的com端為公共端。X0-X3為電機的限位傳感器輸入信號，其中X0為第一電機原點位，X1為第一電機極限位，X2為第二電機原點位；X3為第二電機極限位。X4為文件感應傳感器輸入信號，X5為印泥位置信號。

輸出信號按照PLC的功能劃分進行分配。PLC的com端為公共端。Y0 Y1分別為第一電機的脈沖頻率信號和方向信號，它們接在對應步進電機驅動器的輸入端。Y2 Y3分別為第二電機的脈沖頻率信號和方向信號，它們接在對應步進電機驅動器的輸入端。

2.3 PLC運動控制程序設計

PLC編程主要分為過程控制和順序控制兩大類。順序控制就是按照預先制定的工業現場流程，在傳感器等現場信號控制下，執行機構自動有序的執行動作。本文PLC運動控制程序就采用順序功能圖（SFC）的方法進行編程[4]。主要包含上電復位程序和步進電機驅動程序

原點復位程序：系統上電或者某些執行電機執行完畢后都要回到初始工位原點，等待下一次指令。這里我們通過在指定原點放置接近開關來定義原點。采用絕對坐標的編程方法，每一個工位都用一定的脈沖數量去標記。執行回原點的主要程序如下：

DZRN指令中K7000表示剛開始回原點的脈沖頻率，當檢測到X001的上升沿后，脈沖輸出頻率降為1000（以K1000表示）。當再檢測到X001的下降沿后，脈沖輸出停止。

步進電機定位指令：PLC控制器是通過控制個執行元件步進電機的脈沖數和方向來實現執行機構預定的功能。編程時，我們首先利用接近開關定義該電機的工作原點，后面每一個工作位置都是通過計算該位置與工作原點的脈沖數來標記?？刂撇竭M電機的主要程序如下：

DDRVA表示絕對定位指令，K114800表示是PLC要發出脈沖的總數是114800個，K8000表示以每秒8000個的頻率來發出，通過PLC的Y0端口發出脈沖，以Y2端口來控制脈沖方向。DDRVA指令的好處是不用關注發脈沖的方向而是以K1值的正負性來區別兩個方向。

3 結論

本文介紹了利用PLC控制技術實現了辦公桌自動蓋章裝置。對自動蓋章的機械機構進行詳細設計，結合系統運行原理設計了PLC控制系統對該機構進行控制，實現該裝置的自動化運行，有效提高了工作效率。

參考文獻

[1]劉書凱. 基于PLC與氣動技術的自動蓋章機設計[J].機械與電氣工程，2014（15）.

[2] 薛梅，王皚. 小型自動蓋章機設計[J].機電產品開發與創新，2016，（29）：26-27.

[3] 范興昌等. 自動識別技術M ]. 北京：電子工業出版社，2015.

[4] 王紅梅. 基于PLC與條形碼掃描器的包裹自動分揀系統[J].機床與液壓，2015，10（43）：158-160.

作者簡介：徐建強，碩士研究生，主要研究方向：機械設計及理論，PLC控制技術

徐志龍，碩士研究生，主要研究方向：PLC控制，

（作者單位：上海理工大學機械工程學院）