【正文】 取得了世人矚目的發(fā)展，顆粒料物品在我們生活中隨處可見(jiàn)，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。為了提高顆粒料物品包裝的效率，研究和設(shè)計(jì)顆粒料包裝機(jī)已迫在眉睫。一般的 PLC 都有上百點(diǎn)內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 5 可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對(duì) PLC 進(jìn)行編程。 我國(guó)包裝機(jī)械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 6 第 2 章 顆粒料包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 顆粒料包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述 顆粒料包裝機(jī)主要功能是將顆粒料物品以一定的速率包裝成為蝌蚪狀。 具體的工作過(guò)程如下：包裝紙以卷筒的形狀放在原料架上，當(dāng)開(kāi)始動(dòng)作時(shí)，送紙電磁閥 控制送紙，短氣缸運(yùn)動(dòng)。送料架運(yùn)動(dòng)一段位移以后，當(dāng)碰到傳感器時(shí)，壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥得電，壓紙電磁閥控制送紙架上的氣缸使之將紙壓緊，為送紙架托著紙帶做準(zhǔn)備。 送紙架返回碰到傳感器時(shí)裁紙壓紙電磁閥通電，氣缸作用，切紙板往下運(yùn)動(dòng)，海綿墊板壓緊紙帶然后在刀片的作用下將紙帶裁成邊長(zhǎng)為 50mm 28mm、夾角為65 度的菱型紙片。當(dāng)顆粒填充完畢以后，料斗閥門(mén)閉合且插紙桿繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)插紙桿碰到上位傳感器時(shí)，插紙桿動(dòng)作結(jié)束。由于顆粒料包裝機(jī)控制對(duì)象較多，有送紙過(guò)程中的過(guò)程中的同步控制，壓紙裁紙、下料過(guò)程中的位置控制，所謂過(guò)程中的壓力控制，且被控對(duì)象比較集中，因此我們采取集中控制系統(tǒng)方案。遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對(duì)象比較分散、工程費(fèi)用較低的場(chǎng)合。 為提高 PLC 及 系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層隔離，輸入信號(hào)光電隔離，遠(yuǎn)離強(qiáng)電布線，模擬量信號(hào)和脈沖信號(hào)采用屏蔽線傳遞，采用放射性一點(diǎn)接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。在自動(dòng)方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運(yùn)行到第一步開(kāi)始位置才停止；若按下停止按鈕，則運(yùn)行立即停止，此時(shí)若再按啟動(dòng)，系統(tǒng)即從該位置運(yùn)行到第一步開(kāi)始處停止。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包裝機(jī)運(yùn)行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結(jié)束或接收到操作人員的停止運(yùn)行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或 異常情況時(shí)才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車(chē)。人機(jī)界面用來(lái)進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動(dòng)控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配值。除了可以擴(kuò)展 輸入輸出，還具有模擬量控制和通訊鏈接功能的等擴(kuò)展性。另外，也可以擴(kuò)展輸入輸出和特殊模塊。紙供送結(jié)構(gòu)要求包裝機(jī)以一定的速度送到指定的位置，中間必須保證送至過(guò)程的連續(xù)，保證定位切斷準(zhǔn)確，所切出來(lái)的紙的形狀完整無(wú)誤差。導(dǎo)輥組２、張緊裝置 3，完成紙供送的導(dǎo)向。壓紙桿 6在氣缸的驅(qū)動(dòng) 下下壓將紙緊緊地壓在送紙架 5上，同時(shí)在送紙架上設(shè)計(jì)一個(gè)真空裝置。送紙架到達(dá)傳感器的位置送紙臺(tái)開(kāi)始吸真空將紙保留在送紙臺(tái)上不動(dòng)。同時(shí)為了防止打滑現(xiàn)象在張緊裝置 3 的向下安裝一個(gè)海綿。為了使顆粒料容易落到孔中，設(shè)計(jì)箱體上的孔為斜孔。為了保證將箱體內(nèi)的顆粒料搖均勻，在箱體兩邊采用對(duì)稱的裝置，即在箱體左側(cè)也設(shè)計(jì)一個(gè)氣缸，給氣缸一個(gè)信號(hào)，氣缸將箱體左側(cè)升上去，完成如上相同的動(dòng)作。此機(jī)構(gòu)的具體要求是先進(jìn)行壓紙動(dòng)作再進(jìn)行裁紙，根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)壓紙切紙機(jī)山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 13 結(jié)構(gòu)圖如下： 1壓紙板 2彈簧 3刀片 4下料管 5放刀板 6切紙壓紙桿 圖 壓制切紙結(jié)構(gòu)圖 工藝過(guò)程 氣缸推動(dòng)切紙壓紙桿 6往下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓制板 1壓好紙后，氣缸繼續(xù)推動(dòng)切紙壓紙桿往下運(yùn)動(dòng)，壓紙板運(yùn)動(dòng)到極限位置不動(dòng)，放刀板 5 繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)將紙切成菱形。同時(shí)當(dāng)氣缸不動(dòng)作的時(shí)候，彈簧將壓紙板和放刀板復(fù)位。 要求 下料裝置要求包裝紙沖出一定的形狀然后再把顆粒料物品準(zhǔn)確地送到包裝紙中，這就包含了沖紙機(jī)構(gòu)和導(dǎo)料機(jī)構(gòu)。由于固定板 4和下料板 5是連在一起的，因此沖紙過(guò)程中固定板 4也會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)，為了保證內(nèi)管 2與固定板之間的完好的連接，且為了保證動(dòng)作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)精度因此在內(nèi)管 2 的外面加一個(gè)外管 3，以避免在運(yùn)動(dòng)中引起位置誤差而孔與孔之間不能很好的配合。根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)的封口的結(jié)構(gòu)圖如下： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 16 1上板 2下板 圖 封口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 工藝過(guò)程 由于封口動(dòng)作是在下料動(dòng)作完成以后進(jìn)行的考慮到下料后被包裝物還是呈球形，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的封口裝置也是先呈圓形如圖： 當(dāng)要進(jìn)行封口動(dòng)作時(shí)，一個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)上板 1向左運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)下板2向右運(yùn)動(dòng)，兩塊板相向運(yùn)動(dòng) 19mm 行程。 主要電氣元器件的選擇 ： 此次的設(shè)計(jì)真空發(fā)生裝置主要是用于送紙過(guò)程中的將紙吸附在送紙臺(tái)上。真空發(fā)生器是利用壓縮空氣（正壓）的流動(dòng)而形成一定真空的元件，也即利用拉瓦爾噴管原理產(chǎn)生負(fù)壓的元件。 XGB 型漩渦氣泵用來(lái)抽除密閉容器的氣體的基本設(shè)備之一。所以，它適用于作擴(kuò)散泵的前級(jí)泵，而且更適用于精密儀器配套和實(shí)驗(yàn)室使用?？紤]到送 紙過(guò)程中有兩個(gè)行程組成，我們選用由兩個(gè)行程組合而成的氣缸。常用往復(fù)式容積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力 1MPa；低壓空壓機(jī)排氣壓力 ；高壓空壓機(jī)排氣壓力 10MPa。不需氣罐，排出氣體可不含油 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 19 跟據(jù)上表我們選用活塞式容積壓縮機(jī)。在每一采樣控制周期，控制器根據(jù)系統(tǒng)偏差大小，計(jì)算出該采樣控制周期所需要的控制量大小，以完成活塞位移的實(shí)時(shí)控制。 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 21 第 4 章 系統(tǒng)的編程和設(shè)計(jì) PLC 的結(jié)構(gòu)及其工作原理 PLC 的一般結(jié)構(gòu) 用可編程控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn)。根據(jù) PLC 實(shí)施控制的基本點(diǎn)的分析，PLC 采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是 CPU、 RAM、 ROM 和專門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成 [10] 如圖 所示。 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。 輸入接口電路 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路一般有光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。 功率放大電路 :是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號(hào)加以放大。如常見(jiàn)的鍵盤(pán)掃描方式或 I/O 掃描方式，有鍵按下或 I/O 動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無(wú)鍵按下則繼續(xù)掃描。這個(gè)工作過(guò)程分為五個(gè)階段 :自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序的執(zhí)行，輸出刷新 [7] 。 三菱 FX1N 系列的 PLC 編程語(yǔ)言有三種 :語(yǔ)句表編程語(yǔ)言 (STL)、梯形邏輯編程語(yǔ)言 (LAD)和順序功能圖編程語(yǔ)言 (SFC)，其它編程語(yǔ)言作為可選軟件包使用。 表 (STL)是 GX Developer 編程語(yǔ)言的文本表達(dá)方式。使用它可以對(duì)具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程。 下圖為創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的基本步驟： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 24 圖 創(chuàng)建自動(dòng)化項(xiàng)目的步驟 GX Developer 可用來(lái)生成自動(dòng)化項(xiàng)目所需的數(shù)據(jù)和程序。數(shù)據(jù)在一個(gè)項(xiàng)目中以對(duì)象的形式存儲(chǔ)。完成后就可為編程模板生成軟件。 GX Developer 可編程控制器上裝程序到編程器和其它操作，需在編程設(shè)備和可編程控制器之間建立連接。在下載完整的或部分用戶程序到 CPU 之前，把工作方式從 RUN 模式置到 STOP 模式。當(dāng)電源關(guān)斷后和 CPU 復(fù)位時(shí)，保存在他們上面的數(shù)據(jù)將被保留。 PLC 最 主要的目的是控制外部系統(tǒng)。 4. 程序?qū)懭?PLC 將你的程序?qū)懭肟删幊炭刂破鳌? 7. 運(yùn)行程序 包裝機(jī)的 PLC 程序設(shè)計(jì) 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 26 PLC 程序總體設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)應(yīng)該建立在各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作順序以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)方案的優(yōu)化的基礎(chǔ)之上的，按照 PLC 應(yīng)用的步驟開(kāi)發(fā)完成的。在此基礎(chǔ)上畫(huà)出其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再用步進(jìn)順控指令（ STL） 將很容易獲得相應(yīng)的梯形圖。每個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的行程由傳感器傳遞信號(hào)給 PLC 來(lái)控制。接下來(lái)是送紙二動(dòng)作，動(dòng)作工作原理相同與送紙一相同，再接著是壓紙切紙動(dòng)作，再是下料動(dòng)作，完成后抽板動(dòng)作將顆粒聊落到包裝紙中，最后是封口動(dòng)作，這樣就完成了所有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)順序。 我們采用的是 SFC 的編程方式，在編寫(xiě)程序之前要把方框圖（如圖 ）設(shè)計(jì)完畢，再對(duì)每一個(gè)方框編寫(xiě)梯形圖。 如 圖 ，各方框里編寫(xiě)有梯形圖，在處于不同的方框圖狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行的狀況不同；如下圖所示搖箱 1 號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件和狀態(tài)內(nèi)容： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 31 圖 搖箱 1 號(hào)梯形圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 32 S5 是搖箱 1 號(hào)狀態(tài)與搖箱 2 號(hào)狀態(tài)并行的結(jié)構(gòu)，搖箱 2 號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件和狀態(tài)內(nèi)容如下圖： 圖 系統(tǒng)休眠狀態(tài)梯形圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 33 結(jié) 論 在這次研究設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了可編程控 制器的方便性及其實(shí)用性和廣闊的發(fā)展空間并且我從中也學(xué)習(xí)到的很重要的東西。而且為以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。原來(lái)在課本上學(xué)到的東西當(dāng)實(shí)際用起來(lái)時(shí)才知道相差甚遠(yuǎn)，盡管實(shí)驗(yàn)室里完成了調(diào)試，但到了現(xiàn)場(chǎng)依然問(wèn)題不斷。從論文的選題、結(jié)構(gòu)，直到整理、最后定稿，自始至終都傾注著他的心血。感謝我同組同學(xué)，是他們給我提供了大量的資料，增添了我的勇氣，并為我的論文寫(xiě)作提出了許多積極而富有建設(shè)性的意見(jiàn) ! 最后再一次誠(chéng)摯地感謝所有給予我指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)，感謝在百忙中抽出時(shí)間進(jìn)行論文評(píng)審的各位老師 !謝謝 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 35 參考文獻(xiàn) [1] 平志韓．可編程序控制器及其在包裝機(jī)械中的應(yīng)用初探． 1989． 2，包裝與食品機(jī)械 :1419． [2] 段然．可編程控制技術(shù)采樣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [C]．碩士學(xué)位論文，西北工業(yè)大學(xué)， 2020． 3． [3] 陳 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