PLC在液晶模组自动生产线中的应用.pdf

2 0 1 0 年第l 0 期 工艺与装备 文章编号 l O O t一 2 2 6 5 2 0 1 0 1 0 0 0 8 50 3 P L C在液晶模组 自动生产线中的应用 刘洋 ， 任 工 昌， 冯林 涛 陕西 科技 大 学 机 电工 程学 院 ， 西安 7 1 0 0 2 1 摘 要 针对 目前液 晶显 示 器模 组 生产线 自动 化 生产 水平 不 高和 效 率低 的 现状 。提 出了一种 新 型 的液 晶模 组 生产 线的控 制 方法 。对 L C D液 晶显 示 器和 其模 组 生产 线 进行 了简单 介 绍 ， 并 将 P L C应 用 于 L C D模 组 自动化 生 产线 上 。 解决 了 自动 化 生 产 线 的控 制 问题 ， 从 而提 高 了生产 线 的 效 率。 重 点介 绍 了控 制 系统 的硬 件 结构 和 F X2 N 系列可 编程控 制 器的软件 设 计 ， 并详 细给 出 了 P L C安装 接 线 的输 入 输 出端 子对 照表 、 控 制 系统 流程 图、 顺 序 功 能 图以及控 制 系统 的梯 形 图程序 。 关 键词 P L C； 自动控 制 ； S F C图 ； 梯 形 图 中图分 类号 T H1 6 ； T G 6 5 文 献标 识码 A PLC i n LCD M o l d Tr a i n Aut o m a t i c Pr o d uc t i o n Li ne’ S App l i c a t i o n L I U Ya n g，REN Go n g c h a n g，FENG L i n t a o Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g S h a a n x i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e T e c h n o l o g y ，Xi ’a n 7 1 0 0 2 1 ， C h i n a Ab s t r ac t Ac c o r d t o t he l o w l e ve l a n d t h e i ne ffi c i e n t s t a t u s o f LCD mo d ul e pr o d uc t i o n l i ne ． I n o r d e r t o s o l ve t h e pr o b l e m o f pr od u c t i o n l i n e c o n t r o l a n d i mpr o v e pr o d u c t i o n e ffi c i e n c y，we g i v e a ne w wa y o f LCD mo du l e pr o d u c t i o n l i n e c o n t r o l i nt r o d u c e t h e LCD l i qu i d c r ys t a l d i s pl a y a n d mo d u l e pr o d u c t i o n l i n e s i mpl i l y．W e u s e PLC i n t he a ut o ma t e d pr o d u c t i o n l i ne ．W e i n t r o d u c e h a r d wa r e s t r uc t u r e o f t h e c o n t r ol s ys t e m a nd s o f t wa r e de s i g n of t he FX2 N S e r i e s PLC． At t h e s a me t i me ， g i ve t he i ns t a l l a nd c o n ne c t c o n t r ol t a bl e o f PLC inpu t a n d o u t pu t t e r mi n a l s ， c o n t r ol s ys t e m flo w c h a r t ， S FC a n d La d de r di a g r a m ． Ke y wo r d sPLC； a u t o ma t i c c o n t r o l ；S FC c h a r t ；l a d de r 0 引 言 显 示 器是 人与 机 器 沟通 的重 要 界 面 。早 期 以显 像 管 C R T ／ C a t h o d e R a y T u b e 显 示器 为 主 ， 但 随着 科 技 不 断进步 ， 各 种显 示 技 术 如 雨后 春 笋般 诞 生 ， 近 来 由于液 晶显 示 器 L i q u i d C r y s t a l D i s p l a y 具 有 轻 薄 短 小 、 耗 电量 低 、 无 辐 射 危 险 、 平 面直 角显 示 以及 影 像 稳 定 、 不 闪 烁 等 优 势 ， 并 且 在 价 格 不 断 下 跌 的 吸 引 下 ， 逐 渐 取 代 C R T的 地 位 ， 成 为 主 流 的 显 示 设 备 。 L C D 液 晶显 示器 的构 造 是 在 两 片 平 行 的 玻 璃 当 中 放 置液态 的 晶 体 ， 两 片 玻 璃 中 间有 许 多 垂 直 和 水 平 的 细小 电线 ， 透 过 通 电 与 否 来 控 制 杆 状 水 晶分 子 改 变方 向 ， 将 光 线 折 射 出来 产 生 画 面 。其 成 像 效 果 要 比 C RT要 好 的多 。 1 LC D液晶模组 生产 线介绍 所 谓 “ 模 组 ” 厂 L C M 其 实 是 液 晶显 示 器 的 “ 后 段 ” 生 产过 程 。顾 名 思 义 ， 模 组 二 字 即 模 块 组 合 ， 它 是将 液 晶显 示器 件 、 连 接 件 、 集 成 电路 、 P C B线 路 板 、 背 光源 、 结构 件装 配 在 一 起 的显 示 组 件 。简 单 地 讲 ， 模 组就是 通 常所 说 的液 晶显 示 屏或 液 晶面 板 。 总 的来 说 它共 有三 个步 骤 第一 步 将 L C D液 晶成 品 面板 C e l 1 、 异方 向性 导 电胶 A C F 、 驱 动 I C、 柔 性线 路板 F P C 和 P C B 电 路 板 利用 机 台压合 ； 第 二 步 将 其 和 背 光 板 、 P C B 、 铁 框 一 齐 组 装 成 品 ； 第 三 步 老 化 处理 A g i n g ， 经 过 F ／ V， F ／ D检 测 就 是液 晶 面板 了 。如下 图 1所示 。 L C D 经过 模 组 组 装 自动 生 产 线 时 ， 需 要 多个 工 位 的 ， 因此 是一 个多 单 元 的 电气 控 制 和 位 移 、 速 度相 互 协调 的系 统 。各个 分 部 之 间 的 电气 拖 动 速 度 和精 度要 求严 格 配合 ， 而且 它 们 的 动作 相 当频 繁 。 因此 ， 整 条 自动化 生产 线 采 用 步进 电机 和 伺服 电机 及 气 动 收 稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 8 作者简介 刘洋 1 9 8 5 一 ， 男 ， 河 南安 阳人 ， 陕西科技大学研究生 ， 从事工业 自动控制方 面的学 习研究 ， Ema i l 0 8 0 5 0 1 5 s u s t ． e d u ． c a 。 85 工 艺 与装 备 组合机床与自动化加工技术 回路来 实现 ， 我们 选 用 了 P L C控 制 整 条 生 产 线 的启 动 、 运行 、 停止 、 报警 及伺 服 电机 的驱 动 ， 采 用 了由 位 置和 速度 控制 的变 频 调速 系统 进行 位 置调 节与 速度 调节 。从 而使得 整 条生 产线 相 互统 一 、 协 调 ， 实 现生 产 效益 的最大化 。 图 1液 晶 面 板 的 模组 示意 图 2 P L C控制系统硬件设计 2 ． 1控制 系统 的构 成 系统主要由控制板、 P L C 、 变频器、 伺 服阀、 输入 输出模块、 超边界传感器、 减速传感器、 定位传感器、 电磁 阀和各 开关 按 钮 组 成 。其 中 P L C 、 变 频 器 和 控 制板 是 系 统 的 核 心 。输 入／ 输 出 模 块 主 要 用 来 对 P L C的地址进行分配。各种传感器用来采集现场的 信 号 ， 传 递给 P L C来控 制各 台机 床 的运动 ， 从 而更好 的为 L C D液 晶模 组 自动生 产线服 务 。其控制 系 统框 图如 图 2所 示 。 模 H 超边 界传 感 器 一 拟 A ／ DH 减 速传 感器 } _ J 运 量 H 定位 传感 器 H P I 磊 控 制 板 L C _- ⋯‘ H 变频器 H 开 ’ _ 1 羞 塑塑】 关 量 酾丽] 图 2控 制 系 统框 图 2 ． 2 P L C 的选 型 根据生产工艺和控制要求， 参考 了大量 的 P L C 技 术 资 料 和 I E C标 准 ， 对 比各 P L C生 产 厂 家 及 其 P L C性 价 ， 最后 选择 了 日本 三菱 公 司生产 的 F X 2 N 型 号 为 1 6 M． 1 2 8 M 的 P L C 。 F X 2 N系列 可编程 控制 器具 有 小型 化 ， 高速 度 和 高性 能 的 特 点 。 它 由基 本 单 元 、 扩 展 单 元 、 扩 展 模 块 、 及特 殊 功能 单 元构 成 。基 本 单元 B a s i c U n i t 包 括 C P U、 存 储器 、 输 入 输 出 口及 电源 ， 是 P L C的 主 要 部分 。扩 展单元 E x t e n s i o n U n i t 是 用 于增 加 I ／ O 点 数的装置 ， 内部没有电源。扩展模块 E x t e n s i o n Mo d ． u l e 用 于增 加 I ／ O点 数及 改 变 I ／ O 比例 。特殊 功 能 8 6 单元 S p e c i a l F u n c t i o n 是一 些专 门用途 的装置 。 2 ． 3 I ／ O 口配 置 根据 系 统 控 制 功 能 的需 要 ， P L C 的 I ／ O端 口的 定义见 输入／ 输 出点地址 分 配表所示 。 表 1输 入／ 输 出地 址 分 配 表 输入点 输出点 地址 功能 地址 功能 1 1 4下 C ／ V1 1 3侧 1 1 4台车 向 1 1 5侧 X O Y 0 超边界传感 器 高速移动 1 1 3上 C ／ V1 1 4侧 1 1 4台车向 l 1 3侧 X1 Y1 超边界传感器 高速移动 1 1 4台车 1 1 3侧 1 1 4台车向 1 1 5侧 X 2 Y 2 减速 传 感 器 移 动 减速 1 1 4台车 1 1 3侧 1 1 4台车向 1 1 3倾 0 X 3 Y 3 定位传感器 移 动减速 l l 4上 C ／ V 1 I 3上 C ／ V向 1 1 4侧 X 4 Y 5 减 速 传 感 器 高 速 正 转 1 1 4上 C ／ V 1 1 3上 C ／ V向 1 1 5侧 X 5 Y 7 定位传感器 高速正转 1 l 3下 C ／ V 1 1 3下 C ／ V向 1 1 3侧 X 6 Y1 2 减速传感器 高速正转 1 l 3下 C ／ V 1 1 4下 C ／ V向 l 1 3侧 X 7 Y1 4 定位传感器 高速正转 1 1 5上 C ／ V 1 1 4上 C ／ V向 1 1 5侧 X1 4 Y 2 0 减速传感器 高速正转 I 1 5 2 - _ C ／ V I 1 5上 C ／ V向 1 1 6侧 X1 5 Y 2 2 定位传感器 高速正转 1 l 4下 C ／ V 1 1 5下 C ／ V向 1 1 4侧 X1 6 Y 2 5 减速传感器 高速正转 l 1 4下 C ／ V 1 1 4下 C ／ V向 1 1 3侧 Xl 7 Y 2 7 定位传感器 高速正转 3 P LC控制 系统软件的设计 3 ． 1控 制 系统 的流 程 图 设 计 P L C的程 序 时 ， 关 键 是 设 计 人 员 对 实 际 问 题 的理 解 ， 只 有 正 确理 解 实 际 控 制 问题 ， 经过 验证 ， 才 能得 出好 的设计 方案 。P L C编程 时首 先进 行 初始 化 ， 然后 进入 自动 和手 动 档 的选择 模 式 ， 选择 自动档 后 ， 由变频 器和 伺服 阀控 制 ， 获 得各 个 传感 器 的 实 时 数据 ， 从而控制机 床做相应 的运动 。其程序运行 的 流程 图如 图 3所 示 。 图 3控 制 系统 流 程 图 2 0 1 0 年第l O 期 工艺与装备 3 ． 2控 制 系统 的顺序 功 能 图 顺 序 功 能 图 S e q u e n t i a l F u n c t i o n C h a r t 也 叫 状 态转 移 图 ， 是 P L C程 序 设 计 语 言 之 一 ， 简 称 为 S F C 图 。它 是描 述 控 制 系 统 的 控 制 过 程 、 功 能 和特 性 的一 种 图形 ， 是 设 计 梯 形 图 的 有 力 工 具 。 由于 其 具 有 结 构 清 晰 、 直 观 简便 、 易 于 阅读 和 维 护 等 特 点 ， 在 工业顺 序 控制 场合 中被 广 泛 应 用 。顺 序 功 能 图 主要 由跳 转 、 转 换 条 件 、 有 向连 线 、 步 和 动 作 等 语 言 元 素 组 成 。它 的设计 思 想是 将 一 个 复 杂 的控 制过 程 分 解 为 若干 个工 作状 态 ， 弄清 各 工作 状 态 的工 作 细 节 状 态 功能 、 转 移 条 件 和 转 移 方 向 ， 然 后 依 据 总 的 控 制 顺序 要 求 ， 将 这 些 工 作 状 态 联 系起 来 。 系统 的状 态 转移 图 如 图 4所示 。 图 4 系 统 S F C 图 2 O 8 2l 9 2 2 3 3 1 8 3 4 1 9 3 5 3 ． 3梯形 图 根 据 顺 序 功 能 图 ， 利 用 步 进 指 令 S T L 在 三 菱 P L C编程软件 G X D e v e l o p e r 中编制程序。部分程 序 如下 图 5所示 。 3 ． 4抗 干扰 措 施 系统在 运 行 时 ， 内外 都 有 可 能 存 在 有 不 同 形 式 的干扰 源 ， 它 们 既可 能 受 到来 自硬 件 方 面 的 干扰 ， 也 可 能受 到来 自软 件 方 面 的 。来 自硬 件 方 面 的干 扰 主 要 可能是 电磁 波 干 扰 、 信 号 线 共 模 干 扰 和 其 他 瞬 变 干扰。来 自软件方面的干扰主要是程序 “ 跑 飞” 、 误 读 等 等 。因 此 ， 为 了确 保 控 制 系统 的 可 靠 性 和 稳 定 性 ， 系统 一 方 面 要选 用 可 靠 性 高 、 稳 定 性 好 、 抗 干 扰 性 强 的先进 控 制 元 件 ， 另 一 方 面 在 设 计 上 还 主 要 采 取 了以下抗 干 扰 的措施 。 1 隔离。使控制回路和动力 回路的电源分开 ， 保 证控 制 回路 稳 定 工 作 ， 避 免 I ／ O端 口和 大 功 率 器 图 5 系统 梯 形 图 件 在连 接 时受 到干扰 。 2 屏 蔽 。对 控 制 系统 的信 号 线 使 用 带 屏 蔽 的 电缆 ， 从 而减 少 系统 的干 扰 。 3 滤 波 。采 用 滤 波 技 术 能 有 效 地 滤 除 输 入 信 号 中不需 要 的频 率成 分 ， 达到 滤波 的效果 。 4 可靠 接 地 。提 高 系 统 的 抗 干 扰 能 力 和 安 全 性 。 5 采 用 直 流 电 磁 阀 。减 少 电磁 阀 的 电磁 干 扰 和故 障发 生率 。 6 采 用 键 盘 去 抖 动 ， 强 电 和 弱 电分 开 走 线 ， 避 免 相互 干 扰 。 7 指令 冗 余 。避 免 C P U将 操 作 数 当作 操 作 码 错 误地 执行 。 8 软 件“ 陷阱 ” 。能 够 主 动 地 将 程 序 的错 误 执 行 方 向扭转 过来 。 9 软件 “ 看 门狗 ” 。可 以使程 序脱 离死 循环 。 1 0 设置程序运行标志。避免程序出现“ 跑飞” 和误 读 。 4 结束语 本 系统将 P L C与 变 频 伺 服 系统 结 合 在 一 起 ， 应 用 于 L C D液 晶显 示 器 模 组 自动 化 生 产 线 上 ， 解 决 了 生产线的控制问题。依托 P L C可靠性 高、 抗 干扰能 力 强 、 功 能 完 善 、 易 学 易 用 、 维 护 方便 、 改 造 容 易 、 体 积 小 、 重 量 轻 、 能耗 低 的特 点 ， 充 分 利 用 P L C的 硬 件 资源和软件资源， 使得各种参数修改方便快捷 ， 从而 达 到 L C D模组 自动 化生 产 线 的启 动平 稳 、 运 行 可靠 、 故障率低的 目的。该控制系统使用 下转第 9 O页 8 7 O 3 4 8 9 n “ 工艺与装备 组合机床与自动化加工技术 3 灵敏 度 结 果分 析 I 1 由分 析结果 可知 X 1 、 X 2 、T 1的 变化 ， 对 主轴 箱 的第 一阶 固有频 率几 乎 没有 影 响。4 1在 l 03 0 ram 变化 时 ， 主轴箱 的第 一 阶 固有频 率 在 2 6 82 9 5 H z 变 化， 总体趋势是随着壁厚的增加 ， 固有频率也随之变 大 。A 2在 1 0～ 3 0 ra m 变化 时 ， 主 轴 箱 的第 一 阶 固 有 频率在 2 7 1～ 2 9 3 H z 变 化 ， 总体 趋势 是 随着 壁 厚 的增 加 ， 固有 频率也 随之 变大 。A 3在 1 0～ 2 0 mm变 化 时 ， 主轴箱 的第 一 阶 固有 频 率在 2 8 1～ 2 8 8 H z 变 化 ， 总 体 趋 势是 随壁 厚 的增 加 ， 固有 频率 随之 减 小 。A 4在 1 0 2 0 ra m变化时 ， 主轴箱的第一阶固有频率在 2 8 4 2 8 7 Hz 变化， 总体趋势是随壁厚的增加， 固有频率 随 之减 小 。A 5在 2 5～3 5 mm变 化 时 ， 主轴 箱 的第 一 阶 固有 频率 出现波 动 ， 在 3 0 ． 5 m m 时第 一 阶 固有频 率 出 现峰值 。 在 8～1 6 ra m 变化 时 ， 主轴 箱 的第 一 阶 固 有频率 在 2 8 2～ 2 8 6 ． 5 H z变化 ， 总体 趋 势 是 随筋 板 厚 度 的增 加 ， 固有 频率 也 随之增 大。 灵 敏度分 析 的 目的是 为 优 化 设 计 作 铺 垫 的 ， 据 上述分 析 ， X 1 、 X 2 、 T 1 对 第 一 阶 固有 频率 几 乎没 有 影 响 ， 优 化 设 计 时 不 把 它 们 作 为 优 化 变 量 ； A 5 在 3 0 ． 5 ra m 时第 一 阶 固有频 率 出现 峰值 ， 在 优化 时 也 不 把其 作 为优化 变量 ， 在 优 化前 只需 要 把 模 型 的 A 5尺 寸修 改 为 3 1 F i l m 即可 ； A 1 、 A 2对第一 阶 固有频 率 影 响 较 为显著 ， A 3 、 A 4 、 7 “2对 第 一 阶 固有频 率 也 有 一定 的 程度 的影 响 ， 所 以在 优 化 时 把 A 1 、 A 2、 A 3 、 A 4 、 7 2作 为优 化变量 。 4 结束语 灵敏度分 析 是 为优 化 设 计 做 准 备 的 ， 根 据 灵 敏 度分析 结 果 ， 筛 选 出对 性 能 影 响 较 大 的参 数 。 以这 些 参数 为优 化 变 量 实 施优 化 设 计 ， 不 但 有 利 于 优 化 结 果 的实现 ， 而且 能大大缩 短工 作时 间。 1 本文 以模 态 频 率作 为性 能 指 标 对 主轴 箱 进 行 了灵 敏度 分 析 ， 得 出 了设 计 变量 对 主轴 箱 第 一 阶 固有频率影响情况 ， 为主轴箱优化设计 的实施提供 依 据 。 2 在建 模 时应 根 据 具 体 情 况 设定 更 多 的设 计 变 量 ， 筛 选 出对性 能影 响 较大 的参数 ， 为 以后 的优 化 设计 工作 准备 更为 充分 的优化 变量 。 3 静 态性 能 、 动 态性 能都 可 以作 为灵 敏度 分 析 的性 能指 标 ， 在 优化 时 ， 综 合考 虑 以静 态 性 能和 动态 性能为指标的灵敏度分 析结果 ， 可以得到更加理想 的优 化数 据 。 [ 参考文献] [ 1 ]魏艳春 ．X M1 8球 面铣磨 机 的有 限 元 分析 及 结构 优 化 [ D] ．南京 南京农业大学 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ]吴昌凤 ， 任斌斌 ， 白迎 春 ， 等．基于刚度 灵敏度 分析 的客 车结构优化 的研究 [ J ] ．制造业信息化术 ， 2 0 0 9 1 9 5 9 7． [ 3 ]博弈创作室 ．A N S Y S 9 ． 0经典产 品高级 分析技 术与实例 详解 [ M] ．北京 北京中国水利水电出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ]万启超．P r o ／ E N G I N E E R Wi l d fi r e 3 ． 0结构 、 热 、 运动分析 基础与典型范例 [ M] ．北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 5 ]罗辉 ， 陈蔚芳 ， 叶文华．机床立柱灵敏度分 析及多 目标优 化设计[ J ] ．机械科学 与技术 ， 2 0 0 9 4 4 8 7 4 9 1 ． [ 6 ]陈昌明 ， 肖强．自车身 模态灵敏度 分析及结 构优 化[ J ] ． 山东交通学院学报 ， 2 0 0 9 2 l 一5 ， [ 7 ]荣见华 ， 葛森 ， 邓果 ， 等．基于位 移 和应力灵 敏度的结 构 拓扑优化设计 [ J ] ．力学学报学报 ， 2 0 0 9 4 5 1 8 5 2 9 。 [ 8 ]姚屏 ， 姚宏 ， 王 晓军 ， 等．数控 车床床 身静动 态优化设计 研究 [ J ] ．煤矿机械 ， 2 0 0 9 2 2 0 82 1 0 ． [ 9 ]陈生华．数 控高速铣齿机 床结构有 限元 分析及优化设计 [ D ] ．南京 南京工业大学 ， 2 0 0 5 ． [ 1 0 ]彭文．基于灵敏度 分析 的机床 主轴结 构动态优 化设计 [ J ] ． 组合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 6 3 2 9 3 1 ． 编辑赵蓉 上接 第 8 7页 简单 、 操作 方便 ， 在进 行 必要 的加 工和 改装 后 可 以应 用 到所有具 有类 似动 作 的 自动 化 生产 线 上 ， 因此 ， 具 有很 大 的推 广应 用价值 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]徐澄．液晶显示原理[ J ] ．家庭 电子 ， 2 0 0 5 1 0 91 0 ． [ 2 ]张巧玲 ．中国液晶电视模组将 摆脱进 口依 赖 [ N] ．科学 时报， 2 0 0 7 9 ． [ 3] MI T s u B I S H I E L E c T R I c c O R P 0 R A T 1 0 N F x 2 N s e r i e 8 P r o ． g r a mma b l e Co n t r o l l e r s Ha r d wa r e Ma nu a 1 ． 1 9 9 9． 9 O [ 4 ]叶建亭．S F C图转换 成梯形 图 的方法探 讨 [ J ] ．湖南 农 机 ， 2 0 0 9 5 1 51 6 ． [ 5]MI T S U B I S H I E L E C T R I C C O R P O R A T I O N ．G X D e v e l o p e r V e r 8操 作手册 ， 2 0 0 2 ． [ 6 ]何小勉 ．电力 自动化装置 的抗 干扰 措施 [ J ] ．工程技术 ， 年 月 2 0 9 ． [ 7 ]白如琼．自动 化控 制 系统 抗 干扰 措 施 [ J ] ．机 床 电器 ， 2 0 0 9 5 6 26 4 ． [ 8 ]王峰．5 1系列 单片机 的抗干扰技 术 [ J ] ．苏州市 职业大 学学报， 2 0 0 9 6 4 85 0 ． 编辑赵馨