基于PLC的办公室自动盖章装置设计

徐建强 徐志龙

摘要：针对办公室文件需要批量盖章，设计了一种基于PLC自动盖章装置。设计了该装置的机械结构，结合工作原理，对其控制系统进行了硬件和软件的设计。实际运行证明：该系统能够快速地实现自动盖章的功能，运行可靠，具有良好的应用前景。

关键词：PLC，自动盖章

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

在银行系统、现代化生产企业以及服务业中，经常需要对各种各样的单据进行盖章，且盖章工作量非常巨大[1]。而传统的人工盖章速度比较慢、位置不精确、劳动强度大，不利于提高工作效率。市场上虽然有通用的自动盖章机销售，但其设计时考虑的工况较为单一，功能也固定，不能满足一些企业的特殊需求。因此很多企业选择与技术单位合作开发本单位专用设备，以提高工作效率，减轻劳动强度[2]。从节省人力成本，提高工作效率的角度出发，有必要设计一台自动盖章设备。

1.系统结构及工作原理

1.1系统总体结构

图一所示为自动盖章装置的结构示意图。主要包含底座、印章固定机构、调位组件和移动组件、盖章驱动机构和摆动机构。

底座用于承载各个机构及其驱动元件，为系统提供定位和支撑。印章固定机构用于固定印章的位置，该机构设计为可拆卸式，方便更换印章。调位组件包括竖直地设置在底盘上的固定杆、底部可滑动地套设在固定杆外的调位筒和与该调位筒顶端连接的弹簧，移动组件包括贯穿地设置在弹簧内且底部可滑动地嵌套在调位筒内的导向杆、垂直地设置在该导向杆顶端上的导向板、设置在该导向板上的连接孔、设置在导向板靠近导向杆一端上的滚筒支座、转动地设置在滚筒支座內的滚筒、设置在导向板另一端上的夹具和与该夹具相配合的印章固定座。盖章驱动机构，用于驱动印章进行盖章操作，包括固定在底盘上的第一电机、一端设置在该第一电机的输出端上的联轴器、一端连接在该联轴器另一端上的连轴和垂直地设置在连轴的另一端上的凸轮。摆动机构，用于驱动印章摆动从而进行涂印泥操作，包括固定在底盘上的第二电机、一端套设在该第二电机的输出端上的曲柄和一端连接在曲柄的另一端上的连杆。

1.2装置工作原理

该装置设计了印章固定机构和盖章驱动机构，使得盖章能上下运动，对文件进行盖章；设计印章固定机构、摆动机构和盖章驱动机构，使得印章能移动到印泥盒上方并进行涂印泥操作。由于调位筒的下部设置为扇形筒，同时，固定杆设置有与调位筒下部相应的扇形杆，使得调位筒的转动受到限制。固定杆上设置有沿竖直方向延伸的第一调位孔，调位筒的底部与第一调位孔的位置上设置有对应的第二调位孔，第二调位孔内设置有螺栓，该螺栓贯穿第二调位孔以及第一调位孔后被对应的螺母固定，从而将调位筒和固定杆固定在一起，便于对印章的高度进行调节。底盘上还设置有多个物品架支座和分别设置在物品架支座上的物品架，便于放置需要盖章的文件或印泥盒。每个物品架支座上设置有沿竖直方向延伸的第一槽孔，物品架与第一槽孔的位置上设置有对应的第二槽孔，第二槽孔内还设置有螺栓，该螺栓贯穿第二槽孔以及第一槽孔后被对应的螺母固定，从而将物品架支座和物品架固定在一起，能够调节物品架的高度，从而使得滚筒和凸轮的外圆周面能接触到，最终完成盖章和涂印泥操作。夹具底部上设置有红外传感器，便于对放置在物品架上的文件和印泥盒进行识别。印章固定座包括机座、缓冲垫圈、固定夹杆和机盖，便于固定印章，同时缓冲垫圈还能够对印章形成缓冲，防止使用过程中印章因冲击力而损坏。

2.控制系统设计

2.1 控制系统总体结构

针对前述自动盖章装置设计了PLC控制系统[3]。该控制系统主要由PLC控制器和两个步

进电机组成，还包含光电式传感器和电感式传感器。其中光电式传感器用于检测文件和印泥等非金属件，电感式传感器用于对步进电机进行限位。控制系统总体结构如图2所示。

2.2 控制系统硬件选型

根据制定的控制系统总体方案，需要对硬件进行选型。控制系统需要的硬件有PLC、步进电机及驱动器、电源开关、接近开关等电气元件。PLC 为控制系统的主控制器，接收机器内部传感器和开关信号，控制电机完成一些列动作。

本系统中共涉及2个步进电机的控制，PLC对于步进电机的控制需要通过高速脉冲端口发射脉冲进行控制。脉冲的频率和速度决定了步进电机的转速和圈数。一般来讲，一台PLC最多有两个到三个高速脉冲端口。因而对于2个步进电机需要1个PLC进行控制。考虑传感器的布置，一个步进电机至少需要2个位置的传感器来限位，有的环节工位不止一个的就需要用到多个传感器。针对系统中的文件和印泥等非金属器件，需要由光电感应传感器来跟踪位置。

PLC控制回路设计主要是对PLC的输入端信号和输出端信号进行分配。共涉及2个步进电机和若干电器件的控制。PLC由24V/0V直流电源供电，将PLC的L N端分别接24V和0V。下面是对PLC的各个端口进行输入信号分配。PLC的com端为公共端。X0-X3为电机的限位传感器输入信号，其中X0为第一电机原点位，X1为第一电机极限位，X2为第二电机原点位；X3为第二电机极限位。X4为文件感应传感器输入信号，X5为印泥位置信号。

输出信号按照PLC的功能划分进行分配。PLC的com端为公共端。Y0 Y1分别为第一电机的脉冲频率信号和方向信号，它们接在对应步进电机驱动器的输入端。Y2 Y3分别为第二电机的脉冲频率信号和方向信号，它们接在对应步进电机驱动器的输入端。

2.3 PLC运动控制程序设计

PLC编程主要分为过程控制和顺序控制两大类。顺序控制就是按照预先制定的工业现场流程，在传感器等现场信号控制下，执行机构自动有序的执行动作。本文PLC运动控制程序就采用顺序功能图（SFC）的方法进行编程[4]。主要包含上电复位程序和步进电机驱动程序

原点复位程序：系统上电或者某些执行电机执行完毕后都要回到初始工位原点，等待下一次指令。这里我们通过在指定原点放置接近开关来定义原点。采用绝对坐标的编程方法，每一个工位都用一定的脉冲数量去标记。执行回原点的主要程序如下：

DZRN指令中K7000表示刚开始回原点的脉冲频率，当检测到X001的上升沿后，脉冲输出频率降为1000（以K1000表示）。当再检测到X001的下降沿后，脉冲输出停止。

步进电机定位指令：PLC控制器是通过控制个执行元件步进电机的脉冲数和方向来实现执行机构预定的功能。编程时，我们首先利用接近开关定义该电机的工作原点，后面每一个工作位置都是通过计算该位置与工作原点的脉冲数来标记。控制步进电机的主要程序如下：

DDRVA表示绝对定位指令，K114800表示是PLC要发出脉冲的总数是114800个，K8000表示以每秒8000个的频率来发出，通过PLC的Y0端口发出脉冲，以Y2端口来控制脉冲方向。DDRVA指令的好处是不用关注发脉冲的方向而是以K1值的正负性来区别两个方向。

3 結论

本文介绍了利用PLC控制技术实现了办公桌自动盖章装置。对自动盖章的机械机构进行详细设计，结合系统运行原理设计了PLC控制系统对该机构进行控制，实现该装置的自动化运行，有效提高了工作效率。

参考文献

[1]刘书凯. 基于PLC与气动技术的自动盖章机设计[J].机械与电气工程，2014（15）.

[2] 薛梅，王皑. 小型自动盖章机设计[J].机电产品开发与创新，2016，（29）：26-27.

[3] 范兴昌等. 自动识别技术M ]. 北京：电子工业出版社，2015.

[4] 王红梅. 基于PLC与条形码扫描器的包裹自动分拣系统[J].机床与液压，2015，10（43）：158-160.

作者简介：徐建强，硕士研究生，主要研究方向：机械设计及理论，PLC控制技术

徐志龙，硕士研究生，主要研究方向：PLC控制，

（作者单位：上海理工大学机械工程学院）