盖章机自动控制系统设计探讨

俞群爱

摘 要：我们的生活中经常需要使用印章，且印章在单位使用频繁，花费在盖章上的时间很多。为节省人力成本，提高工作效率，在充分利用网络资料的情况下，本设计探讨下面几个任务模块：PLC 程序的设计与编写；步进电机及其驱动器的选型与配合；机械系统的设计。以上设计通过三个Series Model 42H4812步进电机，由PLC西门子S7-200 控制来实施文件的盖章与移动，以达到提高工作效率、降低劳动强度、促进节约人力成本的目的。

关键词：盖章机；自动控制系统 Series Model 42H4812；西门子S7-200

传统的盖章方式比较低效，盖章业务量大时，急需一种高效的设备来实现盖章自动化，自动控制的盖章机一改传统盖章方式的低效，让盖章变得方便快捷，极大地节省了盖章工作的人力成本。本设计由PLC控制系统通过控制步进电机的运转，来实现移动盖章的功能，就是为了提高盖章的工作效率。

1 现有自动盖章机存在的问题

1.1 因为纸张的厚度影响盖章进程

如银行系统、办证中心这些单位，盖章的工作量非常大，盖章纸张都是厚厚一叠，而传统的自动盖章机，其纸张移动一般采用摩擦力推动方式，这就会导致因盖章纸张厚度太大而出现倒塌的情况发生，影响正常盖章的进行。本设计完全解决这个问题，它基于PLC控制系统，纸张移动采用吸盘的方式来控制，不需要顾虑由于纸张的厚度问题影响盖章进程。当一张文件盖章完成，纸张就会被吸盘吸起来，与后面需要盖章的文件完全分开，因此就不需要考虑后面的盖章文件被影响。

1.2 因为固定的盖章位置影响盖章的适用范围

传统的自动盖章机大多盖章位置固定，使用不够灵活，因此开发一套能根据文件需要改变盖章位置的设备大有应用价值。通过设置盖章位置坐标的方法， 应用X 轴电机来确定X 轴坐标，X 轴步进电机具有很高的精度，完全能满足设计的使用要求。设定步进电机脉冲参数（脉冲参数包括周期时间，脉冲数等），通过脉冲数来确定坐标，脉冲参数上限是3400 次左右，对应坐标1500，由此根据脉冲数和坐标的比例来设定坐标参数。Y 轴坐标参数设定与X 轴一致， Y 轴的脉冲数上限也是3400，但对应坐标数上限只有130 左右，比例较大，需要酌情设定。

2 自动盖章机的机械系统设计结构

1.X轴步进电机：带动印章在X轴上往复运动

2.Y轴步进电机：带动印章在Y轴上往复运动

3.Z轴步进电机：带动印章在Z轴上上下运动

4.印章：作用是盖章

5.丝杆升降吸盘；带动文件运动

6.结构支架：支出整个装置

7.文件摆放装置：放置需要盖章的文件

如上图，机械设计有几个主要部件，分别为：控制印章在空间内移动的X、Y、Z步进电机，用来盖章的印章，支撑整个机构的支架，放置需要蓋章文件的平台。两个双向箭头代表印章可移动的方向，分别是左右和上下，还有前后。丝杆升降吸盘的原理是通过螺旋丝杆带动吸盘上下运动，当气源开启时，气体通过一些列的设备到达二位三通电磁阀，电磁阀由于PLC的作用给电会进行导通，气体也随之导通，经过二位三通电磁阀后，气体进入真空发生器，通过真空发生器的作用造成真空区，让吸盘对外产生吸力，通过吸力对文件进行控制方向移动。

3 步进电机及其驱动器的选型与配合

控制用电动机可划分步进电动机和伺服电动机，选用Series Model ST42H4812步进电机，此步进电机是四相八拍步进电机，其工作原理是每当脉冲发生器输入一个脉冲式，相对应步进电动机就会转动一个步距角，步距角是根据步进电动机型号确定的。步进电动机的优点：第一，步进电动机的运动不容易受到外界因素干扰（如电压的波动，电流大小与波形的变化，还有就是温度等）。第二，步进电动机的步距角虽会有一定的误差，因为每次运转都可能出现“失步”现象，但每次重新开始会都会归零，不会影响下一次运转。第三，步进电动机的控制性能非常好，适用于很多场合。

4 PLC程序的设计与编写

PLC全称是Programmable Logic Controller，中文名叫可编程控制器，它以微处理器为基础，成本低廉，适用性广，灵活性高，是一种工业控制装置。西门子s7-200作为中央微处理器，不管独立的还是网络的各种自动化的系统中，它都适合。

PLC和机械结构相结合的所实现的功能是：一大堆文件需要盖章时，可以使人只用很简单的操作在短时间内完成盖章任务。通过PLC 控制三个电机的运转来间接控制印章的移动，在立体空间内，印章的移动可分为三个维度，分别是X，Y，Z，其中X是指印章在X轴上的运转，Y指印章在Y 轴上的运转，而Z则表示印章在Z轴上上下运动，三个步进电机之间步骤分明，互不干扰。控制步进电机的运转，由电压驱动和脉冲驱动同时进行，PLC有一套子程序可设置脉冲的发送，原理像PWM 波，控制波形的上下限，还有占空比，控制脉冲的数量以及参数。

PLC流程图如下：

1.按下触摸屏复位开关键，使所有触点和功能键复位。

2.通过触摸屏设置需要盖章点（X1，Y1）和盖章好后文件放置点（X，Y）。

3.按下启动键，然后电机X与电机Y先后到达（X，Y）点。

4.电机Z正转达到盖章点，然后吸盘启动同时实施盖章操作，在盖章点停留的时间为2秒。

5.电机Z带动文件反转至最高点。

6.电机Y带动文件到达最终点的上面，接着电机Z向下运动达到最终点关闭吸盘放下文件。

7.电机Y回到盖章点，如果还有文件就继续之前操作，否则回到最初起点。

5 结语

由PLC 程序通过步进电机的运转来实现印章的自动盖章功能，意义是为了减少人们在工作生活中对于印章操作繁琐的烦恼，提高效率，有更多的时间从事其他工作或者放松身心。

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