基于触摸屏的丝网印刷技术的设计应用_触摸屏的设计与应用

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基于MCGS触摸屏的丝网印刷控制系统

李文铅，刘鹤

摘要：本课题研究主要是在原有的半自动丝网印刷机的手动控制的基础上，应用PLC控制技术、变频控制技术、人机交互技术等设计出以PLC为控制核心的丝网印刷监控系统。实现了丝网印刷机的手动/自动印刷控制、MCGS上位机实时监控，提高了传统丝网印刷机电气控制系统稳定性和可靠性。实验结果表明，本课题所研制的丝网印刷系统在运行过程中达到了预期的性能。关键词：PLC；人机交互；丝网印刷机；变频控制；

The Design of the screen printing control System Based on MCGS

touch screen Abstract:This research is mainly based on the manual control of the original semi-automatic screen printer,PLC control technology, Frequency conversion control technology and human-computer interaction technology are applied to design a screen printing monitoring system controlled by PLC.This system Implements

the manual/automatic printing control of the screen printing machine and MCGS PC real-time monitoring, and improves the stability and reliability of the traditional screen printing machine electric control system.The experimental results show that the screen printing system designed by this paper has achieved the expected performance in the proce of operation.Keywords:PLC;human-computer interaction;screen printing machine;frequency conversion control 0引言

随着我国科学技术的不断进步以及工业进程的不断发展，丝网印刷技术也得到空前的发展，丝网印刷具有不受承印物形状和大小限制、对油墨适应能力强、印刷墨层厚度适应范围广等特点因而在工业中得到广泛的应用。在我国，丝网印刷技术主要用于电子工业、电路板印制工业、纺织印染、陶瓷贴花等行业，我国已经建立起以生产实践为基础的丝网印刷产业。特别是近年来，由于丝网印刷行业向着高精度、高密度、高质量化方向发展，对丝网印刷工艺提出更高的要求，本文在国内原有的半自动丝网印刷机的的基础上，对其控制系统进行了自动化设计。主要包括 PLC主控模块、MCGS控制界面设计等。系统设计方案

现阶段我国工业生产中丝网印刷产品有很多种，但国内生产使用的产品多采用手动控制或半自动控制的方式，生产效率极为低下，直接影响国内印刷产业的生产效率以及产品质量。随着近年来我国科技迅猛发展，丝网印刷在电气控制方面越显薄弱，本设计拟定设计了一套手动/自动切换控制、MCGS触摸屏监控的丝网印刷系统，系统主要包括控制单元、受控单元、监测单元。控制单元由基本控制单元和EM253定位模块组成。主要完成印刷过程中的上片玻片上片、定位、跑台传送、印刷台升降、刮刀和胶刮升降、印刷回墨、即时离网以及下片传输等电气控制。基本控制单元以西门子s7-200 PLC为核心控制器，主要负责对按钮、开关等开关信号的读取，以及对系统中继电器、接触器、变频器等的电气控制，进而实现对各电机的控制。伺服电机由EM253定位模块控制。受控单元主要包括主控单元相连的各变频器、印刷电机、上片传输电机、下片传输电机、检验电机以及伺服电机和伺服驱动器，监控单元为基于MCGS触摸屏的人机界面，为用户提供所需的工作方式以及需要设定和修改的印刷参数，并完成在线实时监视和传送信息等。系统的总体设计如下：

人机界面外部信号PLC控制器EM253变频器变频器变频器伺服驱动器印刷电机上片/下片传输电机检验电机跑台电机 图1系统的总体设计

本系统主要包括基本控制模块、定位控制模块、外部受控单元、MCGS监控平台四个部分。

1．基本控制模块：采用西门子系列的s7-200 PLC控制器，采集丝印系统的状态信息根据采集输入以及系统的参数设定对系统中的继电器、接触器、变频器等进行控制，同时对系统的指示灯及报警装置进行控制。

2．定位控制模块：采用西门子公司EM253控制模块，对伺服电机驱动器进行控制，进而控制伺服电机进行跑台控制。

3．外部受控单元：包括系统使用的继电器、接触器、变频器、伺服驱动器以及在他们控制下的指示灯、报警器、印刷电机、上片传输电机、下片传输电机、检验电机以及伺服电机等，这些构成了丝印系统的外部电路。

4．MCGS监控平台:使用国内先进的MCGS触摸屏构建上位机触屏监控界面，实现人机交互工作，实时显示的状态，并完成系统的参数设定。系统的硬件设计

2.1 基本控制单元的设计

PLC是(Programmable Logic Controller)的缩写，原意为可编程逻辑控制器。但随着PLC技术的发展，其功能不再限于对逻辑量的控制，而是增加了模拟量控制以及通信等新功能。PLC的硬件系统主要有CPU、存储器、输入单元、通信接口、扩展接口等组成，主要实现对外部继电器、接触器、变频器的控制，系统通过对外部信号的采集和计算，对外部控制点进行控制，其中，调速控制采用交流变频调速技术，PLC 采用扩展存储器通讯控制变频器。本设计使用西门子公司s7-200整体式小型PLC，CPU型号为224XP，输出结构为晶体管输出，具有内置式 24V 直流电源。该型号PLC具有集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168位数字量I/O点或38位模拟量I/O点。PLC结构如下：

电源模块输入接口输出接口CPU通行接口存储单元扩展接口人机界面跑台电机

图2 PLC结构图

2.2定位控制模块设计

位置控制是利用定位模块控制伺服驱动系统，控制伺服电机，借助接近开关，驱动跑台精确地实现对玻片的传送。本设计的定位模块使用西门子公司EM253定位模块，该模块集成的脉冲接口可以产生200KHz的脉冲信号，5个数字量输入，用于过程信号，2个控制输出（DIS；CLR），12个状态 LED，24 个脉冲输出，用于直接激活驱动器，能够指定位置、电机速度和方向，可以独立地实现位控功能。EM253定位模块工作原理如图3所示，当伺服驱动器工作在脉冲+模式时。P0口发送控制脉冲,P1口发送运行方向,DIS为硬件使能,同时放大器错误清零。伺服驱动器根据EM253的控制信号对跑台电机进行控制实现跑台的上升和下降，当跑台电机到达上限位开关时电机正向转动，同理，当跑台电机到达下限位开关时电机反向转动。EM253控制图如下：

接口转化电路脉冲P0触摸屏PLC控制器方向EM253P1伺服驱动器跑台电机使能DIS上升限位跑台原点下降限位 图3 EM253控制图系统的软件设计

3.1 PLC控制程序

丝网印刷的工艺流程可以简化为13个工艺过程，包括上片、定位夹紧、跑台上升、定位松开、吸气、跑台传片、跑台下降、跑台归位、印台上升、印刷、印台下降、回墨以及卸片。上片后进行破片的定位,跑台上升后，由跑台吸盘进行玻片的吸附，跑台完成转片后进行跑台下降并归位，同时印刷工作台上升，进行印刷工作。完成印刷后印刷工作台下降，并将玻片传送到卸片滑动传输架，由传送带将印好的玻片传至后级传输机。完成一个工作循环。在连续工作运行中可以同时进行玻片的上片和卸片，在保证印刷工艺实现的情况下可以尽可能的缩短每个动作的时间，以缩短印刷工艺的周期，从而提高工作效率。PLC程序流程图如下：

开始初始化系统自动运行手动运行是否有玻片？上片，定位台上升，加紧跑台上升，吸气，定位点松开定位台下降跑台上片跑台上升，印台下降刮刀上升，胶刮下降，印刷、离网胶刮上升，刮刀下降回墨下片循环开始 图4 PLC程序流程图

3.2 EM253控制设置

EM253定位模块可以通过Step7 Micro/WIN向导配置,系统可以自动生成控制子程序,可轻松实现手动/自动和轨迹运行模式的设置。由于EM253为开环控制,对于电机的实际运行情况不能直接反应。因此，系统将伺服驱动器的差分信号,通过伺服驱动器软件传送至PLC,实现闭环控制。从而实现跑台电机速度与方向的精确控制，完成跑台的位置控制。MCGS监测系统的设计

触摸屏是一种用触摸方式实现人机交互的人机界面(HMI)，是一种沟通操作人员和机器设备桥梁，用户可通过组合文字、图形、数字等实现实时信息的多功能显示以及系统参数的设定。触摸屏的使用可以使机器的配线简单化、标准化，同时也可以减少使用控制器的I/O点数。触摸屏作为一种新型的人机界面，以其强大的功能，优异的稳定性和可靠性被广泛的用于工业过程控制。本设计使用昆仑通态生产的MCGS触摸屏，型号为TCP7062KX，该触摸屏是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏，可以实现对现场数据的采集处理,通过动画显示,报警处理,流程控制、报表输出和曲线显示帮助用户控制和分析现场系统。监控系统界面分为自动控制和手动控制两大部分。

打开MCGS软件，新建工程，打开设备窗口，在设备管理的目录：所有设备PLC西门子S7200PPI中添加“西门子_S7200PPI”连接配置设备通道；新增对象，建立数据变量，在设备通道中连接变量与寄存器地址；新建用户窗口，绘制用户界面，连接数据地址，添加相应的脚本程序。用户界面如下：

图5手动操作界面

图6自动操作界面

图7参数设置界面