摘要：分析了貼片機的工作流程，選擇步進電機作為執行元件，並設計了由上位機、薄膜開關面板、PLC、步進電機驅動器、執行機構組成的控制
系統。論述了貼片機控制系統研製過程中的4個關鍵技術：回零控制、步進電機控制、供料控制、速度與精度的提高。樣機測試表明該控制系統結
構簡單、控制可靠、成本低且達到了設計的精度和速度要求。
貼片機 （SMT） 生產線主要設備包括印刷機、貼片機和
行。首先，貼片頭通過 X 軸和 Y 軸的移動，到達供料器的相
應料口，
Z軸方向移動接觸到元件後真空電磁閥得電，貼片頭
回焊爐，輔助設備包括檢測設備、返修設備、清洗設備、幹
燥設備和物料存儲設備等。其中，貼片機完成的是 SMT 生產
中的一個關鍵工序，它通過貼片頭吸取－位移－定位－放置
等幾個動作，把所需元件快速準確地貼到 PCB 板上塗有錫膏
PLC
處形成負氣壓將元件吸牢。然後，經傳感器檢測吸附成功
後，
T軸完成旋轉，經Y軸和X 軸移動到PCB板上預定的焊接
位置。最後，
Z 軸方向移動接觸到 PCB 板後，真空電磁閥失
PCB 版
電，貼片頭由負氣壓變為零氣壓，元件脫離貼片頭在
上，從而完成了一個完整的貼片過程。接著，判斷是否所有
貼片都已經完成，沒有完成則貼片頭移動到供料器拾取下一
個元件，再重複進行上述的貼片過程；如此循環直到整個
的相應位置 。貼片機運動控制的方法有很多，其中基於
的運動控制開發難度小、穩定性和拓展性好，易於熟悉和掌
握，硬體功能組態方便，使用靈活，技術成熟，可靠性高[3-4]
。
本文在分析某中低速貼片機控制要求的基礎上，提出基
於 PLC 的控制系統軟硬體設計思路，並就其中的關鍵技術進
行了闡述。
PCB 板所有元件都貼片完成，貼片頭和 PCB 板都回到零位，
等待下一個PCB板的貼片指令
1 控制系統分析
貼片機控制系統包括運動控制系統與開關量控制系統兩部分。運動控制系統有PCB板、貼片頭控制與供料控制 3 部分。具體為 PCB 板的移動 X 方1
向、貼片頭的 X -Y-Z-T
2
方向、卷料與撕料電機控
制，共 7 個動作 。開關
[5]
貼片機各軸運動示意圖量控制有電磁閥與指示燈控制。PCB板與貼片頭5個軸的運動控制是貼片貼片機工作流程
機控制的核心部分，也是控制設計的重點。
運動控制系統組成
貼片機的工作流程包括吸片、移動、檢測、定位、貼裝
貼片機運動控制系統的 個動作，都是由步進電機驅動
實現，各軸的硬體設計及控制方法基本相同。圖3所示為貼片
機運動控制系統硬體框圖 （以Y軸為例），由上位PC機、控制
面板、PLC、Y 軸步進電機驅動器、Y 軸步進電機、傳動機構
組成了一個開環控制系統。其他軸的控制結構及控制方法也
與之相同，只是電機、電機驅動系統、傳動機構有所不同。
（2） 步進電機控制
步進電機具有不要反饋就能對位置和速度進行控制、位置
誤差不累積、快速啟停和保持制動等優點，是自動控制系統中常
用的執行部件。但是在具體設置步進電機驅動器時需要兼顧高速
性、平穩性、發熱和噪音等指標，選擇合適的電壓與電流；細分
數的選擇以避開電機的共振頻率；脈衝指令中起動頻率設定不能
超過牽入轉矩曲線，以免失步；設定好加減速時間，以免過衝。
（3） 供料控制
貼片機的供料由撥料電機與卷料電機配合實現。撥料電
機通過凸輪機構實現下壓-前移-上抬-後退動作；卷料電機通
過連續轉動帶動齒輪機構卷繞料帶的薄膜，由於在捲動過程
中直徑在不斷變化，需要在一定的時候打滑上抬空轉，否則
會拉斷薄膜或誤撥料。在設計時撥料電機的脈衝數需要多次
調試，才能準確實現4個動作。卷料電機的工作頻率的選擇要
使得力矩小於卷好料帶後的阻力矩，實現上抬空轉；脈衝數
要根據直徑最小時需要轉過的角度來換算得到。只有這樣，
兩個電機才能準確協調地實現供料動作。
貼片機運動控制系統組成
上位機是裝有應用軟體的計算機，主要負責人機互動、
參數設定。PLC 根據上位 PC 機或控制面板發出的控制命令，
運行內部程序輸出數字脈衝信號給步進電機驅動器，由步進
電機驅動器控制步進電機動作。驅動器的功能是進行功率變
換，並驅動電機實現正反、轉動與停止。貼片機中的執行機
構由執行電機、傳送機構以及貼片裝置等組成，屬於最終的
被控對象。常用的執行電動機一般有步進電機、數字式交流
伺服電機和直流伺服電機，本貼片機系統是中低精度要求，
因此採用的是步進電機。
（4） 貼片速度與精度的提高
為提高貼片的速度，貼片機 7 個軸都需要在不失步與不
過衝的前提下，採用最大的啟動頻率、最高的工作頻率和最
小的加減速時間。各個軸的負載不一樣，步進電機不完全相
同，所以需要逐一調試確定。此外，還需要進行貼片過程的
優化，解決好速度與精度的矛盾。
3 控制系統硬體和軟體設計
（1） 硬體系統設計
根據需要控制的負載種類與數量，選用無錫信捷科技有
限公司 XCM-60T-E 運動控制型 PLC，此 PLC 輸入 36 點/ 輸出
24 點，電晶體輸出，最多可支持 10 軸脈衝輸出，支持 MOD
BUS通訊 。上位的工業計算機、可編程邏輯控制器和步進電
5 結束語
目前我國貼片機的保有量已位居世界前列，但是由於沒
有掌握貼片機的核心技術，幾乎全部來自進口。研製開發具
有自主智慧財產權的高性價比的貼片機，可以節約大量外匯、
打破國外的技術壟斷、推動電子產業的發展。本文設計並實
現了基於 PLC 和步進電機的中低速貼片機運動控制系統，樣
機測試表明能夠達到貼片要求的預期精度和速度。
機驅動器是貼片機控制系統的核心，通過7個步進電機驅動器
分別控制7個步進電機運動；此外還控制兩個電磁閥與多個指
示燈開關量。
（2） 軟體設計
控制系統軟體包括PLC程序設計和上位機應用程式設計。
PLC 程序編寫與調試採用信捷 XCP Pro 編程軟體和梯形圖語
言。根據控制原理，設計的PLC程序共分4個部分：初始化及
各軸回零、各軸點動與長動、參數保存、自動循環貼片。在上
位機參數設定結束後，貼片機可脫離上位機在操作面板控制
下，由工人發出具體的控制命令經由PLC、步進電機驅動器驅
動步進電機獨立完成自動貼片。上位機應用程式採用.NET框架
設計，包括程序界面、系統管理、參數設定和操作控制等功能
模塊。通過開發的用戶程序界面可實現貼片機各參數的輸入和
（1） 各軸回零控制
動化技術與應用
XCM 系列運動控制型 PLC 操作手
貼片機的貼片動作速度快、頻率高，如果不能精確回
零，一定時間後因誤差的積累，將會大幅降低貼片的精度。
因此，每個動作都必須設置零位，在啟動機器和每個動作的
結束都要實現精確回零。一般選擇非接觸式的光電傳感器作
為回零傳感器，如透光型光電開關。這類傳感器的體積小、
靈敏度高；只接受紅外光，不會受外界其他光線信號的幹擾
而導致回零失敗或不精確回零。此外，各軸回零還要考慮
開機時各軸在零點的特殊情況，以免不能正確將累計脈衝寄
存器清零，由於零點的不統一造成精度降低，甚至發生碰撞
等嚴重的意外事故。
#貼片機#