EMID标签卷盘机电气控制系统设计.doc

1、计算机信息工程学院毕业设计说明书 基于 PLC和触摸屏的 EMID标签卷盘 机电气控制系统设计 摘 要 EMID 标签是 RFID 标签和非晶磁条标签混合而成的标签，如今 RFID 越来越普及，在图书馆界 RFID 替代传统开放式图书馆管理模式已经成为发展趋势。 本文应用 RFID、欧姆龙 PLC、工业触摸屏和步进电机等技术设计实现一台“ EMID标签卷盘机电气控制系统” ，实现自动生产 EMID 标签。 首先简介 EMID 标签卷盘机设计的工作原理、研究目的 ， 意义 和主要内容，接下来介绍此系统的硬件电路设计，简介 PLC 控制电路设计，这其中包括电源接线图，步进电机和裁切电机接线 图，

2、PLC 接线图， 然后介绍此电气控制系统 的 PLC 软件设计，简介实现系统各功能的 PLC 梯形图程序 ，这其中包括开机设置、动作段、参数设置、错误段等模块。 其次 介绍触摸屏的接线图、触摸屏软件结构图。 最后介绍此系统的调试工作环境要求。 关键词： RFID； 欧姆龙 PLC；触摸屏；步进电机DESIGN OF EMID LABEL REEL ELECTRICAL CONTROL SYSTEM BASED ON PLC AND TOUCH SCREEN Abstract EMID labels are a mixture of RFID tags and amorphous magneti

3、c stripe label, RFID is now becoming increasingly popular alternative to traditional open library management mode RFID in the library community has become a trend. In this paper, RFID, Omron PLC, industrial touch screen and stepper motor technology designed to achieve a “EMID label reel electrical c

4、ontrol system“ to achieve automatic production EMID label. First Introduction EMID label reel machine design works, purpose, meaning and the main content, then describes the hardware circuit design of this system, Introduction PLC control circuit design, which includes the power supply wiring diagra

5、m, stepper motors and cutting motor wiring Figure, PLC wiring diagram, and then introduces the PLC electrical control system software design, Introduction to realize various functions of the system PLC ladder program, including the power to set the action section, parameter setting, error segment mo

6、dules. Secondly, it introduces touch-screen wiring diagrams, touch screen software structure diagram. Finally, this system debugging environment requirements. Key words: RFID; OMRON PLC; touch screen; stepper motor计算机信息工程学院毕业设计说明书 I 目录 第 1章 绪论 .1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究目的及意义 . 3 1.3 研究主要内容 . 3 第 2章 系统硬件

7、电路设计 .7 2.1 系统总体结构 . 7 2.2 PLC 控制电路设计 . 7 2.3 EMID 电器原理图介绍 . 7 第 3章 PLC 软件设计 . 16 3.1 开机检测 . 16 3.2 开机设置初值 . 17 3.3 手动保持，手动送料和手动切断 . 18 3.4 急停按钮设置 . 19 3.5 送料电机 1 设置初值 . 20 3.5.1 周期时长控制 . 21 3.5.2 脉冲输出（ PLUS）指令 . 21 3.5.3 速度输出（ SPED）指令 . 23 3.6 光标延时 . 26 3.7 产量计数 . 26 3.8 裁切 . 27 3.9 ERROR 段梯形图设计 .

8、28 3.10 参数设置段梯形图设计 . 29 第 4章 触摸屏软件设计 . 32 4.1 触摸屏画面设计 . 32 第 5章 调试 . 36 计算机信息工程学院毕业设计说明书 II 5.1 系统工作环境要求 . 36 5.2 控制系统中干扰及其来源 . 36 结论 . 39 致谢 . 40 参考文献 . 41 计算机信息 工程学院毕业设计说明书 III 前言 随着人们的生活水平不断提高，消费者 对各种服务的要求也越发变高。目前 ,超市、图书馆、展览馆等场所绝 大多数都采用开架服务方式 ,在为消费者提供便利服务的同时 ,也为行窃者提供了机会 ,因此这些场所大都引入各种防盗系统加以防范。目前 R

9、FID 标签和非晶体磁条标签是最好的选择之一，不仅能起到防盗的作用，而且此组合的隐蔽性是世界上最好的标签之一，所以在提高管理效率的同时也避免了消费者的抵制情绪。EMID 标签还是目前世界上价格最低廉的标签 之一 ，这也符合了用户的“最低成本原则”，可谓是一举多得 18。 本文共分 五 章：第一章 绪论，简介有关课题的一些背景知识和课题内容 ， 介绍有关PLC 技术、工业触摸屏技术、 RFID 技术的知识 ，了解 PLC、 RFID 的发展，以及工作原理。第二章 系统 硬件电路 设计，简介此电气 系统的工作原理和硬件的设计方案（系统总体框图和功能流程图）。第三 章 PLC 程序设计，详细讲解各模

10、块的程序设计。 第四章 触摸屏设计，详细讲解触摸屏的界面设计。第五章 调试，主要介绍该系统的工作环境要求。 由于本人的时间和能力有限，将此课题的有关知识做到完完全全的理解和应用不可能在短短几个月内完成。所以很多地方还有待完善，而本文中的不足，疏漏和错误也不可能完全避免，殷切希望各位老师和专家批评指正。计算机信息工程学院毕业设计说明书 1 第 1章 绪论 1.1 研究背景 在我国，第一代 EAS（ 商品电子防盗系统英文简称 ） 系统在上海交通大学消磁实验室 于 1980 年 研制成功。上海交通大学 图书馆也 由此 成为我国第一家 依靠 EAS 系统实行开架管理的图书馆。 后来 各高等院校 各自

11、的 EAS 科研成果 也 不断 地 向企业转化，为我国图书馆实现开架式管理的 普及 奠定了基础。 现如今 RFID 越发的 普及，在图书馆界 RFID 取代传统开放式图书管理模式已经 成为 发展趋势。 34 条形码的局限提到标签，人们自然会联想起条形码，条形码在相当长的一段时间内 都担任着 重要 的角色 。但是 RFID 技术的普及将大幅度提高条形码原来的 作用 。 而 RFID 的应用就会用到 EMID 标签。本系统中提到的 EMID 磁条是非晶态的，使用非晶态合金的好处是 制成的磁场传感器仅需非常简单的电子电路，就可得灵敏度很高的磁条，并且其抗干扰性和热稳定性也明显优于同类的半导体传感器。

12、这样所制作出的传感器不止有着简单的结构、低廉的成本，而且可靠性高。 金属防盗标签使用的传感材料是铁基非晶合金，因为其具有价格低廉、易于隐藏和配套检测设备简单等优点。 非晶态合金磁性标签的特性： 1） 磁导率高和饱和磁感应强度低的特点决定了它可以降低励磁功率； 2） 磁致伸缩系数小，减少机械应力对磁性标签性能的影响； 3） 机 械尺寸小，这样可以增加标签的隐藏性； 4） 标签材料的特殊性决定其难于被仿制。 从上面这些特点来看，像这样的非晶态合金材料的磁性标签非常适合于这种用途。很容易就能粘贴在书脊里头或藏在被监测物品的隐藏处。一般情况下发射线圈产生的交变激励磁场和包括地磁场在内的恒定杂散磁场两部

13、分构成了磁场，如果监测通道中有磁性标签的话，等于说检测系统磁场的范围内有另一种磁场进入，从而干扰了检测系统磁场的稳定性，那么检测机构的接收线圈感应电压就会产生变化，即可判断磁性标签在监测通道中出现了。这种用于图书防盗的金属防盗标签由若干段间隔的高 碳钢条、非晶合金磁条通过两层双面胶带叠 合粘贴而成。 5 目前，图书或商品有大有小，内夹缝粘贴的标签都是由人工手动切割生产的，这就出现了个问题：很多没有按照参数生产的标签成为废品，使得磁条良品率很低，成本很高，标签质量不稳定，达不到要求。对于这种情况，本文讨 论研制一种自动按照所设定参数进行切割生产标签的标签卷盘 机。这使得在后面的工厂生产标签时，自

14、 动切割生产 标签变得可能。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 2 最终所 切割生产 出的标签样品如下图 1-1所示：这是我们自己设置的钢带长、段数以及段长等参数，当然 生产出 的标签参数是可以修改的，当设置参数完后 就可以进行 自动生产 了。 图 1-1 复合磁条示意图 整套设备主要是由机架、料盘及料盘架、钢铁进给、刚逞剪刀、产品分切、检测装置及控制系统等几个部分构成。主要的工序流程分别是由 2 台步进电机驱进行送料，有一套计算机控制机构进行协调动作钢刀进行切 割，并最后进行标签的贴合与卷盘。 在开机运行前，首先在对应的料架上安装绕有原料的料盘。胶带料架上配有胶带放带装置，胶带放带装置位于垂

15、直平台上。 在开机运行后，计算机会先对各个装置进行复位，然后检查各个供料口的供料情况。如果一切正常，系统会进行自动式循环的工作根据用户所设定的产品参数，产品的参数包括产品长度，钢带段数等。当然这些参数用户是可根据实际情况任意设定的。在每个自动循环工作中都要采用非接触检测技术检测，用于检测供料情况及机器状态。如果某一个料盘供料异常，例如没有料或断了料，主机就会自动停止运转。 机器 里有一个切割装置：用于切割最后导出的成品，切割装置在运行时都是由步进电机驱动生产制造业中常用的偏心轮及连杆机构，当偏心轮转一圈时，切刀完成了上，下的运动，从而完成一次切割。只要调整刀座侧面的螺丝，即可调节动刀和定刀之间

16、的压力和间隙，而且经过调整固定后，再更换切刀时，就不需要再进行大幅度的调整。更换裁切刀时，只需把相应固定螺丝拧松即可。若刀片损坏或者不再锋利需要更换时，只需将刀片座取下，将新刀片后重新装入即可 。 计算机信息工程学院毕业设计说明书 3 1.2 研究目的及意义 随着社会的发展，自动化技术日新月异，绝大部分的工业机器由手工控制逐渐转变为全自动控 制。 EMID 标签自动卷盘机控制系统的引入，在很大程度上使得使用此标签的公司的人力资源开支的减少（工人的人数，管理人员的人数），也使管理方面的漏洞大大的得到了弥补，从而提高了厂商的效率、效益以及信誉度，同时 EMID 标签目前在世界上的最优隐蔽性也降低了

17、消费者的抵制心理。 EMID 标签可切割成各种尺寸用于不同的货物，图书上从而达到防盗效果。目前此种标签还是世界上价格较为低廉的标签的其中之一，所有的这些 EMID 的优点都说明本系统设计具有很多优点：强大的 功能、 良好的 通用性、 高度的 可靠性、 简单的接线 、 较强的抗干扰能力 、参 数修改方便、重量轻、体积小、 低功率消耗 等 。因此，我觉得“ EMID 标签自动卷盘机”电气控制系统的设计是多么的刻不容缓。 1.3 研究主要内容 EMID 标签 卷盘 机控制系统主要是以 PLC 技术为核心， PLC 控制系统是机电一体化系统。 CPM2A PLC 控制 1 个异步 交流 电机启停控制，

18、驱动 2个步进 直流电机，有启动、停止、复位 按钮。为了使系统变得更加人性化 和功能完善化 ，本系统新加入了触摸屏技术，人机界面的设计 不仅 为用户提供方便，同时 也使得硬件之间的连线 得到了简化，如果硬件按钮发生故障，屏幕可以继续操作系统，同样，屏幕如果失灵，硬 件按钮也可继续操作。 1从而 降低了生产故障的发生率，提高了 生产 的工作效率。由触摸屏控制器和显示屏幕两部分组成触摸屏 。由触摸屏表面的触摸检测元件 来 检测触摸的位置并 将检测 到 的信号传送到触摸屏控制器中。 之后 触摸屏控制器 会将接受到的信号转换成触摸点坐标并 通过通信线缆将 坐标 传送给 CPM2A PLC 的 CPU

19、单元。 CPU 单元经过通信线缆 将 PLC 中的相关信息传送给触摸屏控制器 以此来将信息 显示在触摸屏上。 7 这个 控制系统是由 RFID 标签技术 、 PLC 可编程逻辑控制器技术、触摸屏技术以 及非晶磁条标签技术共同 组合而成 的。系统 框图如下： 图 1-2 PLC 的系统框图 步进电机 开始 停止 急停 复位 P L C 传感器 步进电机 异步电机 直流电机 直流电机 直流电机 触摸屏 计算机信息工程学院毕业设计说明书 4 从上图 1-2 中我们可以看出本课题首先要分析可编程控制器 PLC 的控制结构，重点研究实现与触摸屏数据传递的方法，来实现机电一体化、生产方便化、生产效率化、工

20、厂效益最大化；为了满足宏观市场的需求，解决目前市场供需不平衡问题，研究如何进行自动机械化批量生产 EMID 标签并将 RFID 技术、可编程逻辑控制器 PLC 技术、触摸屏技术和非晶技术结合在一起。 1.4 触摸屏， PLC和 RFID 简介 (1)触摸屏简介 ： 触摸屏 的种类 现在主要有电阻屏，电 容屏，红外屏，和超声屏 四种屏幕。 人们用触摸屏来代替 鼠标 或键盘 以达到 操作 更 直接、便捷 的目的 。 这种 新型的人机交互输入 方式 与传统的键盘和鼠标输入方式相比 ， 触摸屏 的 输入更直观。 触摸屏系统一般包括两个部分：触摸监测装置和触摸屏控制 器 。 触摸检测 装置的作用是 检测

21、用户 的触碰 位置 安装在显示 屏幕前端 ， 之后 将相关 的 信息传送至触摸屏控制器 ;而触摸屏控制器的主要 功能 是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再传送给 CPU 同时 也 能接收 CPU 发来的命令并加以执行。当 人或动物用 手指 或者 其它物体 触碰安设 在显示 屏幕 前 面 的触摸屏 时，所 触碰 的位置由触摸屏控制器检测，并通过接口（ 例如 RS 232 串行口）送到主机。 现今 触摸屏已 由 原来的 单点触屏发展到多点触屏了。 6 工业触摸屏，顾名思义，就是在工业领域通过工业显示器作为人机交互界面，踏有效的替代了传统工业控制中的按钮和指示灯的操作显示终端。

22、他可以用来显示工业生产的数据以此达到监控设备状态的目的，设置工业生产的参数，并且以静态画面，图标，动态画面等形式描绘自动化控制生产过程。拥有更加便捷和表现能力更强的特点，也可以简化 PLC 控制程序，营造出更加人性化，更加友好的人机交互界面。 (2)PLC 简介 ： PLC 的中文全称是 可编程逻辑控制器（ ProgrammableLogicController， PLC），它内部 使用 一类可编程的存储器 来 存储程序， 可以 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等操作指令，并 可以 控制各种类型的机械或生产过程通过数字或模拟式输入 /输出。 2 PLC 是一个 有着 以微处理器为核

23、心的数字运算操作 功能的 电子系统装置， 以 工业现场应用 的目的 而设计，它 使用 可编程 的存储器，用 它 在其内部 完成 存储执行逻辑运算、顺序控制、定时 /计数和算术运算等操作指令，并 可以 控制 。 8 各种类型的机械或生产 过程通过数字式或模拟式的输入、输出接口。 PLC 是 由 微机技术与传统 继电接触控制技术相结合 而产生 的 ，它克服了 传统 继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂 性 、 较低 的 可靠性、 较低 的 通用性 、 较低 的 灵活性 和高 功耗 性等缺点，充分 运用 了微处理器的 种种 优点， 还能顾及 电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 程序 的

24、编制，不需要 技术人员必须有 专门的计算机编程语言 的基础 ， 因为PLC 程序 是采用了一套以梯形图为基础的简单指令形式， 令技术人员 程序编制形象、直观、方便易学；调试 方便， 查错 简单 。用户在 购买符合自己需要的 PLC 后，只 需要 按计算机信息工程学院毕业设计说明书 5 说明书 的提示，做少量的接线 工作 和简 单 的用户程序编制， 即可在 生产实践 中 灵活方便 应用 PLC。 910 以下是欧姆龙 PLC 的实物外观图： 图 2-1 欧姆龙 PLC 外观图 本系统采用欧姆龙 CPM2A 小型 PLC，主要特点是功能较为齐全并且价格便宜，具有极高的性价比。 (3)RFID 简介

25、 ： 射频识别即 RFID（ Radio Frequency Identification）技术，又被 称 为 无线射频识别，是一种通信技术，通过无线电 信号 识别 指定的 目标并读写 相关数据 而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用 的有低频（ 125k134.2K）、高频（ 13.56Mhz）、超高频，微波等技术。 当前正以其独特的性能和优势引发一场流通化的信息化革命。 11以 图书馆中 图书流通和盘点管理系统的设计与实现为例， RFID 技术与传统条码技术 相比之下 。 其优点是 无需接触识别，识度距离远， 信息存储量大， 读写速度快， 读取准确和安全可靠，采用 RFID

26、中间件技术能够更好地完成物流自助流通和智能盘点管理系统的构建。 12 非接触识别 是 射频识别系统 最 大 优点，它能穿透 冰、雾、雪 、 油漆涂料，灰尘 和在各种 条形码无法使用的恶劣环境 中阅读 标 签，并且阅读速度 达到十 毫秒 级 。有源式射频识别系统的速写能力也是 RFID 的 重要 优点。可 把这类技术 用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务 中 。 13 RFID 技术的发展，使得非常薄小的芯片可以嵌入粘性标贴中，标贴非常容易地固定在书本上，这一发展配合图书馆信息系统，为创造数字化、自动化的图书馆提供了非常美好的机会 。 14 在图书馆领域，目前已有美国、新加坡等多个国家在图书馆管理中使用到了这项技术，在我国图书馆领域， RFID 技术还未广泛地被应用，其应用目前仅限于射频卡的使用，图书馆把射频卡（用于标识读者身份）与管理软 件相结合，实现图书馆的“无人管理”，但对图书馆资料的标识还是依旧使用条形码，如果在这方面使用 RFID 技术，采用电子标签标识图书，就可以有效地解决一系列因为条码技术局限而产生的在图书馆管理工作过程中的问题。 15