【正文】 盛的市場生命力。而且PLC的軟件功能取代了原來繼電器控制中的中間繼電器、定時器、計數(shù)器等一些器件，所以硬件安裝上的工作量相應(yīng)減少。在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運算處理器的延遲，保證在程序出錯和程序調(diào)試時，避免因程序錯誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng)CPU、電池、I/O口、通信等出現(xiàn)異常時，PLC的自診斷功能可以檢測到這些錯誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大；停電時，后備電池和正常工作時一樣，進(jìn)行對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，確保信息不丟失。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器PDP14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)在線試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程控器，稱Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺PLC。以PLC為基礎(chǔ)的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線，控制系統(tǒng)簡單、便于維護(hù)、適應(yīng)性強(qiáng)，自動化程度高，節(jié)約人力，可極大提高生產(chǎn)效率。摘 要傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備與產(chǎn)品，多是以機(jī)械為主，是電氣、液壓或氣動控制的機(jī)械設(shè)備。全自動包裝碼垛生產(chǎn)線主要應(yīng)用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)中的粉、粒、塊狀物料（如塑料、化肥、合成橡膠、糧食等）的全自動包裝，即對包裝過程中的稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、批號打印、檢測、轉(zhuǎn)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。 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展、優(yōu)點、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。（1）高可靠性PLC的高可靠性主要表現(xiàn)在硬件和軟件兩個方面：在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，并且對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)的抗振動沖擊性能；無觸點的半導(dǎo)體電路來完成大量的開關(guān)動作，就不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點電弧等問題；所有的輸入/輸出（I/O）接口都采用了光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有效的進(jìn)行隔離；PLC模塊式的結(jié)構(gòu)，可以在其中一個模塊出現(xiàn)故障時迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更換，這樣就能盡量縮短系統(tǒng)的維修時間。（4）易于安裝、調(diào)試、維修在安裝時，由于PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，因此可以直接和外部設(shè)備相連，而不再需要專用的接口電路。（6）體積小、重量輕由于PLC內(nèi)部電路主要采用微電子技術(shù)設(shè)計，因此它具有體積小、重量輕等特點。我國的飲料包裝設(shè)備在許多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果。以后人們不僅能通過通信模塊進(jìn)行PLC與PLC、PLC與上位機(jī)之間的連接，還能通過撥號或者無線的方式使PLC聯(lián)網(wǎng)。包裝碼垛生產(chǎn)線是機(jī)電儀一體化高技術(shù)產(chǎn)品，適用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)。其流程圖如圖11所示。機(jī)電一體化技術(shù)又稱機(jī)械電子技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。自動供袋機(jī)是由供袋器、吸袋器、袋子傳送器、接袋器、取袋器等部件組成。［8］ 自動裝袋機(jī)的組成和工作原理自動裝袋機(jī)是由過渡料斗、取袋開袋夾送裝置、翻門縮口裝置、機(jī)架等構(gòu)成。料袋的轉(zhuǎn)位是通過光電信號控制轉(zhuǎn)位裝置，在料袋輸送過程中使料袋實現(xiàn)90176。編組機(jī)的工作原理是將轉(zhuǎn)位輸送機(jī)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(jìn)行。當(dāng)料袋進(jìn)入壓平輸送機(jī)和壓平裝置時,上下皮帶將料袋向前輸送的同時,壓整裝置本身重量的一部分作用在料袋上,使袋內(nèi)物料分布均勻。 托盤倉的組成和工作原理托盤倉主要由機(jī)架、叉板、主氣缸、光電開關(guān)組成。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開關(guān)量，而目前流行的PLC具有結(jié)構(gòu)小巧、運行速度高、通用性好、可靠性高等特點，非常適合于工業(yè)現(xiàn)場的高溫、振動、粉塵等惡劣環(huán)境下的開關(guān)控制。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序內(nèi)存中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。（3）輸入/輸出單元輸入/輸出(I/0)單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的窗口。［12］ PLC的工作原理PLC與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。全自動包裝碼垛生產(chǎn)線的機(jī)械系統(tǒng)主要包括全自動稱重單元、包裝單元、輸送檢測單元、碼垛單元。包裝碼垛自動生產(chǎn)線工藝流程如圖32所示。分配好后，按系統(tǒng)配置的信道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進(jìn)行編號。自動供袋流程圖如圖34所示。當(dāng)夾抱限位開關(guān)閉合后，料斗下縮口夾子應(yīng)張開，同時取袋裝置真空打開，橫進(jìn)裝置向包裝線裝袋位置移動，同樣經(jīng)過減速過程，然后由限位開關(guān)控制到位，抱板與大夾子把裝滿料的帶子送到輸送袋上，夾輥氣缸動作，完成夾送動作。當(dāng)橫進(jìn)裝置向包裝線裝料方向移動時，同時把裝滿料的袋子送到輸送帶上，進(jìn)行折邊、縫袋口操作。合格料袋繼續(xù)向前進(jìn)入重量檢測輸送機(jī)，如果料袋重量不合格，也將由自動撿選機(jī)剔除。料袋至編組傳輸位，編組傳輸電機(jī)運轉(zhuǎn)。若托盤處于分層碼垛位置時，分層機(jī)打開，升降機(jī)開始下降，壓袋機(jī)壓到位后，壓袋和側(cè)面整形氣缸返回，升降機(jī)停止下降。當(dāng)排垛未完成時，升降機(jī)上升或下降動作均無效。當(dāng)垛盤叉裝位置或垛盤緩沖位置有空而托盤輸送機(jī)占位時，垛盤輸送機(jī)將自動啟動運行，將實垛盤送到垛盤緩沖位置上。托盤倉控制流程圖如圖324所示。(2)創(chuàng)建新工程單擊“工程（F）”→“創(chuàng)建新工程（N）”，要求選擇“PLC系列”和“PLC類型”以及選擇“程序類型”。圖42 梯形圖邏輯測試工具對話框 監(jiān)控程序點擊工具欄“在線（O）”，彈出下拉菜單，點擊“調(diào)試（B）”→“軟組件測試（D）”，則彈出位組件測試如圖43所示。圖44 監(jiān)控元器件狀態(tài) 時序圖監(jiān)控點擊“時序圖(T)”→“啟動(R)”,則出現(xiàn)時序圖監(jiān)控，如圖45所示。經(jīng)過此次設(shè)計，最大的收獲是對理論和實際相結(jié)合的重要性有了深刻的認(rèn)識。楊老師不僅學(xué)習(xí)上幫助了我，而且她用她那顆善良的心和嚴(yán)緊的生活作風(fēng)、還有對工作那種熱忱，我們每一個她指導(dǎo)的學(xué)生她都認(rèn)真的、手把手的指導(dǎo)，不放過每一個錯誤，不錯過每一次創(chuàng)新的機(jī)會。我國目前對包裝碼垛機(jī)械的應(yīng)用己經(jīng)越來越明顯的重視，隨著業(yè)內(nèi)人士的更多了解，相信會有更廣泛的應(yīng)用前景。圖46 退出PLC仿真運行結(jié) 論在本課題設(shè)計工作中，除了鍛煉了自己的能力外，也積累了不少經(jīng)驗，現(xiàn)總結(jié)如下:(1)掌握了PLC控制原理及編程方式，熟識包裝碼垛生產(chǎn)線的工藝過程及動作流程。接通的觸點和線圈都用藍(lán)色表示，同時可以看到字符件的數(shù)據(jù)在變化。輸入完畢后單擊功能鍵“F4”進(jìn)行轉(zhuǎn)換。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的在線更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。除自動啟動托盤倉升降動作外，還可用托盤倉側(cè)面安裝的操作閘隨時啟動升降動作。若無空，則聲光報警，輸送機(jī)處于等待狀態(tài)；一旦有空，則啟動排垛輸送。開始推袋氣缸移動推袋機(jī)前移滿半層推到滑臺推袋擋板抬起打開氣缸復(fù)位推袋機(jī)返回滿一層推到碼垛區(qū)分層機(jī)側(cè)面擋板閉合壓袋機(jī)向下移動分層機(jī)打開升降機(jī)下降壓袋和側(cè)面整形各氣缸復(fù)位壓袋機(jī)分層機(jī)升降機(jī)復(fù)位圖318 推袋、分層流程圖圖319 推袋、分層梯形圖(9)升降機(jī)控制邏輯和梯形圖分層機(jī)動作和分層機(jī)滿光電開關(guān)觸發(fā)一次層計數(shù)，升降機(jī)根據(jù)層計數(shù)結(jié)果確定是否排垛。轉(zhuǎn)位、編組梯形圖如圖317所示。開始檢測機(jī)檢測料袋向前移動重量檢測機(jī)檢測剔除處理氣缸復(fù)位剔除處理有金屬嗎重量合格嗎NYYN圖314 金屬檢測、重量檢測流程圖圖315 金屬檢測、重量檢測梯形圖(7)轉(zhuǎn)位/編組控制邏輯和梯形圖由編組傳輸光電開關(guān)對袋數(shù)進(jìn)行計數(shù)，然后根據(jù)計數(shù)結(jié)果來確定轉(zhuǎn)位機(jī)的動作，當(dāng)計數(shù)值為0～2和9～10時，轉(zhuǎn)位機(jī)動作使袋轉(zhuǎn)位90176。開始橫進(jìn)裝置移動氣缸復(fù)位折邊縫袋口縮口夾子張開抱板與大夾子閉合限位開關(guān)閉合移動到位了嗎YN圖310 折邊縫口流程圖圖311 折邊縫口梯形圖(5)倒袋、輸送控制邏輯和梯形圖料袋由縫口機(jī)進(jìn)入倒袋輸送機(jī)，光電開關(guān)檢測到料袋后，倒袋氣缸伸出，將料袋推倒，進(jìn)入整形部分，此后重復(fù)上述各種操作。總的定時時間到后，放料門關(guān)閉，裝料操作完畢。到位后，磕頭裝置傾斜，由限位開關(guān)限位，同時起動真空電磁閥，實現(xiàn)真空吸袋，經(jīng)過延時，吸住袋，磕頭裝置立起，斜托板上升回到原來位置，完成取袋操作，這個過程重復(fù)進(jìn)行。PLC采用循環(huán)掃描方式，按梯形圖從上而下，從左而右的先后順序予以執(zhí)行。［14］(2)具體的輸入輸出擴(kuò)展根據(jù)對于本生產(chǎn)線的分析，系統(tǒng)需要約130個輸入點、160個輸出點，總的點數(shù)約在290個左右，加上一定的點數(shù)裕量，系統(tǒng)總的輸入輸出點數(shù)應(yīng)該配置在320點左右，而FX2N系統(tǒng)最大的點數(shù)是256點，所以決定采取分段控制，將整個系統(tǒng)分成2段，前一段從電子稱重機(jī)到噴墨打印機(jī)，使用一個PLC系統(tǒng)控制，具體的擴(kuò)展方法是FX2N128MR+FX2N48ER各一臺，共有點數(shù)176個，輸入點88個，編號范圍是X000～X127，輸出點88個，編號范圍是Y000～Y127；剩下的后面作為一個控制系統(tǒng)，使用FX2N128MR+FX2N16EYR，總點數(shù)144個，輸入點數(shù)64個，編號范圍是X000～X077，輸出點S0個，編號范圍是Y000～Y117。包裝袋經(jīng)過倒袋整形機(jī)進(jìn)入金屬檢測機(jī)及重量復(fù)檢機(jī)，如果檢測不合格，在包裝袋通過自動撿選機(jī)時將被剔除，而合格的包裝袋則順利通過自動撿選機(jī)，再經(jīng)噴墨打印機(jī)、過渡輸送機(jī)、緩?fù)C(jī)等設(shè)備，將包裝袋輸送到碼垛單元，由轉(zhuǎn)位機(jī)根據(jù)碼垛工藝要求將料袋依次按“2袋豎3袋橫”和“3袋橫2袋豎”循環(huán)做轉(zhuǎn)位處理。 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。（4）電源部分電源部件能將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC的CPU、內(nèi)存、I/0接口等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作。用戶程序內(nèi)存：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。如果把PLC看作一個系統(tǒng)，外部的開關(guān)信號均為輸入變量，它們經(jīng)輸入接口存到PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器中，而后經(jīng)過邏輯運算或數(shù)據(jù)處理以輸出變量的形式送到輸出接口，從而控制輸出設(shè)備。托盤倉的主氣缸用以頂起托盤。料袋在編組機(jī)上排列好后,通過推袋機(jī)將料袋推到分層機(jī)上,分層機(jī)先通過整形板對已編組的料袋組進(jìn)行整形，然后，分層機(jī)再將整形后的一層料袋投放到升降機(jī)上的托盤上，完成一層料袋的碼垛。如果計數(shù)