【正文】 班 級： 0501 學(xué)號 0512110111 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 副教授 職稱 最終評定成績 200 年 月 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 顆粒料包裝機(jī)的 PLC的控制設(shè)計 全套圖紙，加 153893706 專業(yè)教研室： 學(xué) 號： 0512110111 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 學(xué)生姓 名： 指導(dǎo)教 師： 200 年 月 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 摘 要 由于傳統(tǒng)繼電器控制的顆粒料包裝機(jī)工作時存在電路復(fù)雜、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點(diǎn)，提出了用 PLC 對包裝機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。 通過對小型全自動顆粒料包裝機(jī)工藝過程的分析 ，克服了傳統(tǒng)小型包裝機(jī)傳動方案的缺陷 ，提出了 PLC 控制的柔性化包裝機(jī)的構(gòu)想。通過程序優(yōu)化，及并行化處理，較好地實現(xiàn)了廠方提出的控制要求。 1 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀 13 紙供送機(jī)構(gòu)設(shè)計 18 主要電氣 元器件的選擇 20 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 氣缸的選型 22 空氣壓縮機(jī)選型 24 電磁閥的選型 28 PLC 程序的總體結(jié)構(gòu) 35 結(jié)論 43 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 第 1 章 緒論 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀 可編程控制器 (Programmable Controller)是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。但是為了避免與個人計算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。最初， PLC 主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。 70 年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產(chǎn)的 PLC 已通過多種途徑進(jìn)入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。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(luò)方向發(fā)展。出廠檢驗時各可編程控制產(chǎn)品 的廠家都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。 （ 2） CPU 處理速度進(jìn)一步加快 目前 PLC 的 CPU 與微型計算機(jī)的 CPU相比，還處在比較落后的地步，最高的也僅僅處在 80486 一級。 （ 4）系統(tǒng)的開放性和兼容性 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。 （ 5）通用性和專業(yè)化的結(jié)合 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 可編程控制產(chǎn)品是通用的。常用的專 用模塊包括：定位模塊、溫度測量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等 [2] 。要保證整個系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠 [6] 。 ，因此系統(tǒng)的分析運(yùn)算能力將越來越強(qiáng)。如電機(jī)的啟動與停止，電磁 閥的開閉，工件的位置、速度、加速度的測定，產(chǎn)品的計數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設(shè)定和控制等等。 PLC 與繼電 器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及時間繼電器的延遲動作來組成控制邏輯，其缺點(diǎn)是一個系統(tǒng)一旦確定就很難輕易再改動。至于 PLC 對外部的聯(lián)系，只有 I/O 點(diǎn)，只要輸入輸出對象不變，就無須對硬接線作任何改動。而 PLC是以微型計算機(jī)為基礎(chǔ)的控制裝置，其運(yùn)行速度為每個指令步數(shù)十微秒 (對于高速 PLC 則是 5ms 以下 )。且環(huán)境溫度變化等因素都會對定時精度有直接的影響。 從可靠性和可維護(hù)性方面來看，繼電器控制邏輯由于使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連接線也多，觸點(diǎn)開閉時產(chǎn)生的電弧會使觸點(diǎn)損壞，動作時的機(jī)械振動還可能使第一章緒論接線松動，所以可靠性和可維護(hù)性都較差。繼電器邏輯只能對開關(guān)量進(jìn)行控制。盡管其有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，但工業(yè)控制都為開關(guān)量控制，所以其長處仍得不到發(fā)揮。用單片機(jī)作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢。后者 簡便易學(xué)，現(xiàn)場就可以開發(fā)調(diào)試。其通用性、兼容性和擴(kuò)展性都相當(dāng)差。并有較完善的監(jiān)控功能。 由于以上的原因，可以預(yù)見隨著 PLC 成本的下降和機(jī)器要求的提高，將很快在大部分場 合取代繼電器控制屏。而顆粒料物品在我們生活中隨處可見，不管是在食品行業(yè)還是在工業(yè)行業(yè)方面都有很大程度的應(yīng)用。我國包裝機(jī)械工業(yè)是改革開放以后發(fā)展起來的，由于起步較晚，大部分設(shè)備都是通過引進(jìn)設(shè)備消化吸收研制出來的。從物理介質(zhì)方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存器，在PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費(fèi)額外的費(fèi)用來實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點(diǎn) : 1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動； 2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易； 3)電氣硬件設(shè)計大大簡化； 4)由于 PLC 除有繼電器功能外，尚有多種其它功能，可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機(jī)構(gòu)簡化； 5)可靠性高； 6)成本相對于繼電控制而言稍高，但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù)量的增加，成本急驟上升，而 PLC 控制幾乎保持不變，這一點(diǎn)對于復(fù)雜的控制來講具湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 有無可比擬的優(yōu)越性； 7)具有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多 I/O時可以方便地擴(kuò)展。更重要的是可以使原來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn)，使機(jī)器在某種程度上實現(xiàn)智能化?？偨Y(jié)各機(jī)構(gòu)的動作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實現(xiàn)高速全自動運(yùn)動控制做準(zhǔn)備。 各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氣體推 動氣缸，從而帶動機(jī)械結(jié)構(gòu)移動來實現(xiàn)的。分料電磁閥控制顆粒箱轉(zhuǎn)動進(jìn)行分料動作。這樣前吸后夾地將紙帶往前送，此時顆粒箱仍然順（逆）時鐘轉(zhuǎn)動，送紙架繼續(xù)往前運(yùn)動，碰到傳感器時壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥斷開，同時抽真空電磁閥得電，使紙帶吸緊在切紙板上，使之不會隨送紙架的返回而折疊。 當(dāng)切紙板上位傳感器采集到信號時，插紙電磁閥得電氣缸動作使插紙桿向下運(yùn)動，進(jìn)行插紙下料動作，插紙下料運(yùn)動由兩個氣缸為其提供動力，插紙長氣缸下降（插紙一）以后有個短暫的停留時間，在這個短暫的停留時間里分料板要完成錯位動作實現(xiàn)下料，此時料斗閥門電磁閥得電料斗閥門打開，顆粒沿著中空的插紙桿下滑到?jīng)_壓成 U 型的紙盆內(nèi)。此時包扎好的成品在自重的作用下掉到收集箱內(nèi)，完成了整個包裝過程。 我們知道包裝機(jī)速度越高，要求穩(wěn)定性和可靠性愈強(qiáng)。 包裝材料在運(yùn)行中，由 于卷筒直徑大、包裝運(yùn)行速度大，使之受到很大的拉力和慣性沖擊力，易造成包裝材料拉伸，影響包裝紙定位準(zhǔn)確性，所以材料的伸縮性要小，以保證包裝機(jī)工作的可靠性和包裝質(zhì)量。 傳統(tǒng)的包裝機(jī)在包裝材料切斷后迅速離開的辦法是用不等速機(jī)構(gòu)。 其中偏置曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是目前高速包裝機(jī)中應(yīng)用較多的一種不等速機(jī)構(gòu)。當(dāng)速度超過 300r/ min 時，整個機(jī)構(gòu)的動力性能 變壞，動載振動和動平衡較難解 決。 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計 利用 PLC 可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng) :單機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng) [7] 。單主機(jī)控制方式，對主機(jī)要求較高，危險相對集中。人機(jī)界面完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)模擬顯示、分析限值或報警信息，驅(qū)動打印機(jī)實時打印各種圖表。再按啟動，則進(jìn)入下一工步的運(yùn)行； ：從初始位置開始，按啟動按鈕，程序自動完成一個周期的動作后返回到第一步開始位置停止； ：按啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動循環(huán)。可編程控制器湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 的停運(yùn)方式有正常停運(yùn)，暫時停運(yùn)和緊急停運(yùn)三種。 PLC 負(fù)責(zé)按鈕、光電開關(guān)和電接點(diǎn)壓力表信號的輸入，以及發(fā)出信號去控制各個氣缸、繼電器、真空泵等電氣元件，進(jìn)而控制各部分的運(yùn)行，同時控制相應(yīng)指示燈的顯示。它們的選擇都是以在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品為依據(jù)， PLC 的 選型具體情況如下： 在進(jìn)行這項工作之前，需要對控制對象和控制任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。 FX1N 系列是最多可控制 128 點(diǎn)的普及型微型 PLC。 而 FX1N 系列 PLC 控制規(guī)模為 24～ 128 點(diǎn)（基本單元： 24/40/60 點(diǎn)）特點(diǎn)有： 集成化 CPU、電源、輸入輸出合為一體。 存儲器規(guī)格大 內(nèi)置 8000 步 EEPROM 存貯器 無 需電池，維護(hù)輕松 軟元件范圍豐富 輔助繼電器： 1536 點(diǎn)，定時器： 256 點(diǎn)，計數(shù)器： 235 點(diǎn)，數(shù)據(jù)寄存器： 8000點(diǎn)。同時還要求排除一些干擾因素，像其中最常見的是卷帶被牽引供送時發(fā)生拉伸變形和同輥面打滑。送紙架 5在氣缸的驅(qū)動下以 3m/s 的速度，首先前進(jìn) 30mm 完成一段空行程為接下來的送紙做準(zhǔn)備。湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 為了使送紙二到達(dá)最優(yōu)化設(shè)計送二的位置離送紙一 157mm 的位置。 卷筒狀材料供送時，會受到各種原因的影響，當(dāng)瞬時速度發(fā)生變化而導(dǎo)致出現(xiàn)時松時緊現(xiàn)象；當(dāng)瞬時牽引速度增大時，包裝材料卷將加速轉(zhuǎn)動，由于包裝材料卷及支承裝置中 轉(zhuǎn)動件的慣性使得包裝材料帶的張力增大 [12] 。具體要 求先將放物箱搖均勻，然后再抽動抽板，為了使顆粒料包裝物能夠掉到下料管內(nèi)，而不引起卡死管道的現(xiàn)象，需要計算下料管的管徑： 由于顆粒料物品一般的直徑為 3mm，因此設(shè)計管徑的直徑為 7mm。氣缸驅(qū)動箱體作用完以后，箱體在自重的作用下落回到水平位置。 壓紙切紙機(jī)構(gòu)設(shè)計 要求 當(dāng)包裝紙送至正確位置以后，接下來是對紙進(jìn)行裁剪動作。在氣缸的驅(qū)動下放刀板 5 緩慢向下運(yùn)動，使得放刀板上的刀將紙切成菱形。因此在壓紙切紙桿向下運(yùn)動到兩板接觸的時候會產(chǎn)生撞擊聲。導(dǎo)料機(jī)構(gòu)是在沖紙機(jī) 構(gòu)沖紙完成以后將顆粒導(dǎo)到包裝紙中。 封口機(jī)構(gòu)設(shè)計 要求 將 顆粒料包裝封口，使得在一般情況下顆粒料物品不散落出來。達(dá)到此壓力后上板 下板 2馬上復(fù)位，被包裝的物品在自重的作用掉在包裝袋里。真空泵是吸入口形成負(fù)壓，排氣口通大氣，兩端壓力比很大的抽除氣體的機(jī)械，其動力源是電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)等 [13] 。根據(jù)兩者的優(yōu)點(diǎn)以及我們的需求選用真空泵作為真空發(fā)生裝置。 （ 2）正確地選擇真空泵的工作點(diǎn)。 （ 4）正確地組合真空泵。 （ 5）真空設(shè)備對油污染的要求。選擇真空泵時，需要知道氣體成分，針對被抽氣體選擇相應(yīng)的泵。 （ 8）真空泵工作時產(chǎn)生的振動 對工藝過程及環(huán)境有無影響。它主要用于：切紙機(jī)，燃燒降氧機(jī)、卷煙濾嘴成型機(jī)、電鍍槽液攪拌、霧化干燥機(jī)、水處理爆氣、絲網(wǎng)印刷機(jī)、照相制版機(jī)、注塑機(jī)自動上料烘干機(jī)、液體灌裝機(jī)、粉末灌裝機(jī)、電焊設(shè)備、電影機(jī)械、紙張運(yùn)送、干洗衣服、清潔用途、空氣除塵、干瓶、氣體傳送、送料、收集等方面。該型泵廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、化工、石油、醫(yī)藥等行業(yè)的真空冶煉、真空鍍膜、真空熱處理，真空干燥等工藝過程中。 表 旋渦氣泵性能一覽表 型號 XGB1 XGB2 XGB6G XGB7 XGB8 XGB9 XGB10 XGB11 XGB12 XGB13 XGB15 最大流量 (m3/h) 300 330 370 210 65 175 1000 135 100 110 480 最大壓力 (KPa) 30 33 40 28 12 26 50 18 14 16 42 正常工作壓力(KPa) 20 22