【正文】 PLC 及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 PLC 所以應用廣泛，是由它的突出 的特點和優(yōu)越的性能分不開的。歸納起來， PLC 主要具有以下特點： 1． 可靠性高： PLC 采用了微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成。 2． 環(huán)境適應性強：在電源瞬間斷電的情況下仍可正常工作，具有很強的抗空間電磁干擾的能力，具有良好的抗振能力和抗沖擊能力。一般對環(huán)境溫度要求不高。 3． 靈活通用 4． 使用方便，維護簡單 PLC 的應用現(xiàn)狀 可編程控制器是 “ 專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)控制計算機 ” ，由于其具有很強的抗干擾能力，很高的可靠性，能在惡劣環(huán)境下工作的大量的 I/O 接口，因此，伴隨著新產(chǎn)品、新技術的不 斷涌現(xiàn)，始終保持著旺盛的市場生命力?？删幊炭刂破鞯某霈F(xiàn)，除了取代傳統(tǒng)的繼電器控制外，正在逐步占領 DCS 和 PID 市場份額。國際市場 ,當今世界的 PLC 生產(chǎn)廠家約 200 多家，生產(chǎn) 400 多種 PLC。全球最大的 5 家 PLC 制造商，德國 SIEMENS 公司、美國 AB 公司、 SCHNEIDER 公司、日本的 MITSUBISHI 公司、 OMRON 公司、三菱公司約占全球市場銷售額的 67％。我國對可編程控制器的研制始于 1974 年，目前全國有幾十個生產(chǎn)廠家，但產(chǎn)品多為128 個開關量 I/O 點以下的小型機。 我國應用 PLC還處于初級階段，而 且局限于鋼鐵、化工、汽車、機床、煤炭、電站等領域，其他行業(yè)的應用尚未普及，中國尚有廣闊的應用領域等待開拓。我國 90％的 PLC市場由國外占領，中、大型 PLC中，幾乎 100％是國外產(chǎn)品，以美國MODICON公司、 GE公司、德 國 SIEMENS，日本富士公司為主。我國的包裝設備在許多方面采用了 PLC，并取得了非常好的效果。 隨著計算機科學的發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術得到了飛速的發(fā)展，其技術和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將 PLC理解為開關量控制的時代已經(jīng)過去， PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要 ，而且將通信技術和信 緒論 6 息處理技術融為一體，其功能也日趨完善。今后， PLC將主要朝著以下兩個方向發(fā)展：一個是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展；另一個是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡方向發(fā)展。趨勢如下： （ 1）系統(tǒng)構成規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展。大是指大容量、高速度、多功能、高性能。小是指小型化、專用化、模塊化、低成本。 （ 2）功能不斷增強，各種應用模塊不斷推出。 （ 3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線設計的內(nèi)容 包裝碼垛自動生產(chǎn)線的應用現(xiàn)狀 在工業(yè)生產(chǎn)中，有很多地方需要對粉末狀或小顆 粒狀散狀固體的流量進行準確的測量和控制，再配以給料設備組成定量給料控制系統(tǒng)。它是集喂料、流量測量和控制于一身的設備。目前，作為許多生產(chǎn)設備的定量給料控制系統(tǒng)己廣泛應用于水泥、冶金、建材、電力、化工、食品、礦山、糧食等各行各業(yè)。定量給料在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用，正因為其應用的廣泛性，如果能提高給料系統(tǒng)的精度、自動化程度，就有著重要的現(xiàn)實意義。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線屬于工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于 40 年代的美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手。工業(yè)機器人是一種 能自動控制、可重復編程、多功能、多關節(jié)的操作機。它可以是固定式或移動式的，用于工業(yè)自動化作業(yè)中。工業(yè)機器人與其他專用自動機的主要區(qū)別在于，專用自動機是適應于大量生產(chǎn)的專用自動化設備，而工業(yè)機器人是一種能適應產(chǎn)品種類變更 ,具有多自由度動作功能的柔性自動化設備。 包裝碼垛生產(chǎn)線是機電儀一體化高技術產(chǎn)品，適用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)。它可實現(xiàn)對粉、粒、塊狀物料（如塑料、化肥、合成橡膠、糧食等）的稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測、重量復檢、批號打印、轉位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業(yè)全部實 現(xiàn)自動化。通過可編程序控制器，對整個生產(chǎn)線的工作過程進行自動控制，對運行過程中出現(xiàn)的故障或供料不足，供袋不及時、出垛不及時等，進行聲光報警。該設備具有操作簡單，運行可靠，維修方便等優(yōu)點。包裝碼垛生產(chǎn)線簡單地講，它是由包裝機械和碼垛機械組成的，其中的主要部分還是包裝機械，碼垛機械是從包裝生產(chǎn)線上分離出來而發(fā)展起來。其流程圖如圖 所示。 緒論 7 圖 包裝碼垛生產(chǎn)線流程圖 在我國，包裝機械的研制始于 1958 年， 主要是自用設備，屬革新產(chǎn)品，未進入市場，正式包裝生產(chǎn)線起始于七十年代初，“八五”期間呈全方位發(fā)展態(tài)勢，“九五”期間進入轉型期，逐步成為高科技、高效益、現(xiàn)代化、國防化的產(chǎn)業(yè)。 我國包裝機械起步較晚，解放后輕工業(yè)開發(fā)了一批專用包裝設備，為啤酒廠、飲料廠、卷煙廠、火柴廠配套，尚未形成行業(yè)。 80 年代初，包裝機械作為新興的工業(yè)部門開始發(fā)展起來，經(jīng)過近二十年的艱苦努力，一支從事包裝設備科研、設計、生產(chǎn)制造及教育管理的行業(yè)隊伍已形成，并初具規(guī)模，產(chǎn)品品種不斷增加，產(chǎn)量迅速上升，技術水平逐年提高，作為包裝機械工業(yè)在我國國民 經(jīng)濟的崛起中正在不斷發(fā)展完善。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線設計的要求 隨著科學技術的迅猛發(fā)展 ,生產(chǎn)力水平的不斷提高 ,人們對降低勞動強度 、 改善工作環(huán)境日益重視起來 在新的世紀 ,隨著我國各項事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及知識經(jīng)濟所面臨的機遇和挑戰(zhàn) ,包裝碼垛機械必將發(fā)揮越來越重要的作用 ,為國民生產(chǎn)產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟效益 。 以 PLC為基礎組成的自動包裝碼垛生 產(chǎn)線 ,控制系統(tǒng)簡潔方便 ,自動化程度較高 ,可極大提高生產(chǎn)效率。 本課題主要研究 PLC在包裝碼垛生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)中的應用 。 包裝碼垛生產(chǎn)線以 PLC為控制核心 ,以操作盤或觸摸屏 為輸入設備 ,PLC與變頻器通過總線進行通信 ,完成對各電機轉速 、 轉向及各個接觸器 、 中繼器等的控制 。 該課題主要完成以下四個方面的工作 : （ 1） 掌握 PLC控制原理及編程 （ 2） 設計包裝碼垛生產(chǎn)線的工藝過程及動作流程 。 （ 3） PLC控制系統(tǒng)的軟 、 硬件設計 。 （ 4） 包裝碼垛生產(chǎn)線的調試 。 來自 主廠 房的 料物 傳感 器稱 重料 斗 電子 稱重 機組 封口機 碼垛系統(tǒng) 倉庫 輸送機 輸送機 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 8 2 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 概述 包裝碼垛自動生產(chǎn)線是一個典型的機電一體化系統(tǒng)。所謂的機電一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引進了電子技術，并把機械裝置、執(zhí)行部件、計算機等電子設備以及軟件 等有機結合而構成的系統(tǒng)，即機械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術的支配下，以系統(tǒng)的觀點進行組合而形成的一種新型機械系統(tǒng)。該系統(tǒng)由機械系統(tǒng) (機構 )、電子信息處理系統(tǒng) (計算機 )、動力系統(tǒng) (動力源 )、傳感檢測系統(tǒng) (傳感器 )、執(zhí)行元件系統(tǒng) (如電機 )等五大子系統(tǒng)組成。其五種內(nèi)部功能即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。 機電一體化系統(tǒng)的一大特點是由于機電一體化系統(tǒng)的微電子裝置取代了人對機械的絕大部分的控制功能，并加以延伸和擴大，克服了人體能力的不足和弱點。另一大特點是節(jié)省能源和材料消耗。其主要特 征是自動化操作。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線主要應用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)中的粉、粒、塊狀物料的全自動包裝碼垛。包裝碼垛自動生產(chǎn)線可分為包裝部分和碼垛部分。包裝部分實現(xiàn)定量稱重、自動供袋、裝袋、夾口整形、折邊縫口、金屬檢測、重量復檢等功能。碼垛部分實現(xiàn)轉位編組、推袋壓袋、碼垛及托盤的提供和垛盤的輸送等功能。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線 機械 系統(tǒng)組成 電子稱重機是包裝機起始部機，其作用是完成物料的定值稱重、投料等作業(yè)。本生產(chǎn)線采用凈重式電子稱重方式，這樣稱量結果不受容器皮重變化的影響，稱量精度高，同時采用雙秤交 替的運行模式，可以保證生產(chǎn)線的包裝速度達到 800～1000包／小時。整個稱重系統(tǒng)的動力源采用氣動元件。給料系統(tǒng)采用氣動控制的二級投料方式，即稱重過程開始時，首先粗流料門完全打開，當進料量達到預先設定的粗進料值時 (一般為總量的 80%～ 85％左右 )，粗進料氣缸復位，粗流料門關閉，快速投料過程停止；這時粗流料門前端有一方形孔即細流口還沒關閉，物料從該方形孔中繼續(xù)投料，即開始細投料過程，當充填物料達到預置重量時，細投料氣缸復位，細流料門關閉，給料結束。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 9 自動供袋機是由供袋器、吸袋器、袋子傳送器、接袋器、 取袋器等部件組成。全自動包裝供袋工作是由供袋機械自動完成，操作人員只要將空袋子按要求碼放到上袋機的備用倉中就可以了。當袋倉中沒有袋子時備用袋倉中的袋子會被送袋機構整摞地自動送到供袋器的袋倉中去。帶有真空吸盤的吸袋器從供袋器上把包裝袋吸住，然后向上提升到位后，傳送給傳送器。傳送器將袋子輸送到供袋機的斜板上。在導向板、接袋器、吸盤和光電開關的作用下，確保包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀。取袋器撿起斜板上的包裝袋，在取袋器四連桿的作用下，包裝袋定位在包裝機的中心線上，等待裝袋機將包裝袋取走。自動供袋機供袋速度快 ，供袋質量穩(wěn)定可靠，易于實現(xiàn)包裝工作的自動化。但機械結構較復雜，且對袋子的材料、尺寸和質量以及往備用袋倉中碼放袋子時袋口的方位等都有一定的要求。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 10 自動裝袋機是由過渡料斗、取袋開袋夾送裝置、翻門縮口裝置、機架等構成。過渡料斗是裝袋機聯(lián)接電子稱重機的過渡裝置，它可以存儲一袋物料，提高電子稱重機的稱重速度，減小物料落差，降低粉塵產(chǎn)生量，利于除塵，同時保證物料順利地導入裝袋機并防止裝袋機產(chǎn)生的振動傳遞到電子稱重機上。取袋開袋夾送裝置將自動供袋機的取袋器取好的袋子夾住，開 袋吸盤吸住袋子的兩面，在主氣缸推動下送到翻門縮口裝置的下面并將袋口拉開 (此動作是和翻門縮口動作同時進行 )為填裝物料做準備，同時將已裝好物料的料袋送到夾口整形機內(nèi)。在主氣缸行程兩端安裝有緩沖器，使主氣缸在行程端點得以緩沖并使裝袋機振動減輕。翻門縮口裝置將送過來的料袋通過夾袋手爪夾住袋子的兩上邊，通過縮口動作收縮袋口 (此動作與開袋動作同時進行 )使翻門插入袋口，并在檢測系統(tǒng)檢測到料袋位置正確后向電子稱重機和過渡料斗發(fā)出卸料請求指令，投下物料，完成裝袋。每次裝填完物料后翻門關閉，夾袋手爪將袋口繃緊，松開，放到輸送機 上，再由取袋夾送裝置在取袋的同時夾送到夾口整形機內(nèi)。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 11 轉位輸送機 : 將送來的料袋進行變換方位的設備。該機實現(xiàn)料袋水平面內(nèi)回轉 +90度 , 90度， 180度三種角度 ,料袋所需回轉的角度是以保證料袋口向內(nèi)為準 , 保證垛形整齊、美觀。當料袋到達轉位轉板下方時 ,光電開關給出信號 ,輸送機電機制動 , 繼電器輸出 , 氣缸動作 ,推動夾板夾住 ,轉位電機根據(jù)編組工序需要 , 通過同步帶傳動將料袋旋轉至所需角度。此時夾板打開 , 輸送電機啟動 ,送到下一工位 。 圖 24 裝袋機結構示意圖 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 12 編組機 是將轉位輸送機送來的料袋按碼垛要求實現(xiàn) 23編組和 32編組，即垛型每層為二袋豎、三袋橫或三袋橫、二袋豎并交替進行。當位于輸送帶入口處的光電開關檢測到一個料袋到來時，立即啟動減速電機將料袋向前拖動到預定距離，而后停止運轉。在下一個料袋到來時，光電開關又重新啟動電機重復上述動作。當完成二袋豎放或三袋橫放時，推袋裝置便把這組料袋推到緩停板上暫存。如果計數(shù)達到一層 (二袋豎加三袋橫或三袋橫加二袋豎 )時，推袋裝置就將二部分料袋一起推到碼垛區(qū)。由于緩停板的設置減少一次來回推袋的時間，從而提高 了碼垛效率。 圖 25 轉位輸送機結構簡圖 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 13 推袋壓袋、分層、升降機 ,推袋機將編號的料袋推至緩沖區(qū) ,并在分層碼垛時整形壓平 ,推到分層機 ,分層機將料袋投放到升降機上的托盤 ,完成一層料袋的碼垛。當編組機完成一組時 ,接近開關給出信號 , 推袋壓袋機的減速電機動作 ,帶動推袋小車將料袋組用擋板推至緩沖區(qū) ,然后推動小車的擋板在氣缸的作用下抬起 , 同時電機反向返回 ,這一系列動作由一組接近開關狀態(tài)決定。當緩沖區(qū)一層滿信號到位 ,分層機左右擋板打開 ,壓袋氣缸動作