【正文】 .................... 1 論文研究的背景和意義 ..........................................1 灌裝技術在國內外的研究現(xiàn)狀 .....................................2 灌裝機械概述 .................................................3 基本概念 .................................................3 灌裝機的分類 ..............................................4 PLC 簡介 ...................................................6 PLC 的特點 ...............................................6 PLC 的應用范圍 ............................................7 第 2 章 XG24128 型灌裝機控制系統(tǒng)方案設計 ........................10 XG24128 型灌裝機的工藝要 求 ..................................10 XG24128 型灌裝機的整體結構 ..................................10 XG24128 型灌裝機控制系統(tǒng)的方案設計 ............................13 電氣控制系統(tǒng)的組成 ........................................13 XG24128 型灌裝機的工藝流程 ................................14 XG24128 型灌裝機的控制方案 ...............................15 江蘇大學本科畢業(yè)設計 V 第 3 章 XG24128 型灌裝機控制系統(tǒng)硬件設計 .........................17 PLC控制系統(tǒng)設計 ............................................17 PLC 選型 ...............................................18 輸入 /輸 出點的確定 IV.......................................22 執(zhí)行機構的選擇 ...............................................26 伺服電機控制設計 ..........................................26 步 進電機控制設計 ..........................................30 其他執(zhí)行機構控制設計 ......................................32 硬件配置圖 ..................................................36 本章小結 ....................................................38 第 4 章 XG24128 型灌裝機灌裝關鍵技術研究 .........................38 灌裝流程 ....................................................39 ........................................................41 ........................................................42 初次吸液 .................................................42 灌裝頭位置的確定 ..........................................43 ............................................44 ........................................................49 換向流程 .................................................49 換向參數(shù)設計 .............................................51 江蘇大學本科畢業(yè)設計 VI 第 5 章 XG24128 型灌裝 機控制系統(tǒng)軟件設計 ........................53 灌裝機 PLC 控制程序設計 ........................................53 PLC控制系統(tǒng)軟件設計思想 ...................................53 PLC編程軟件 GX Developer 簡介 ...............................56 控制程序設計 .............................................58 人機界面設計 .................................................64 第 6 章結朿語 ....................................................67 參考文獻 ........................................................68 江蘇大學本科畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒論 隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對包裝品的需求越來越大，而且與傳統(tǒng)包裝 工業(yè)相比，包裝技術向精確、節(jié)約、高效型方向發(fā)展，從而使得包裝機械不論在技術還是在制造水平上都需要新的突破 [1]。意大利著重發(fā)展其食品包裝機械，在外形上對其他國家的包裝機械進行一定程度的改良，而且更注重包裝生產(chǎn)的穩(wěn)定性。灌裝生產(chǎn)效率、灌裝質量和生產(chǎn)自動化程度的提升很大程度上推動了灌裝機械的發(fā)展。 第二，灌裝機械的結構革新。我國的灌裝設備和灌裝技術發(fā)展較晚，主要靠 引進國外先進技術，并結合國內的生產(chǎn)環(huán)境對其進行改良。 基本概念 灌裝機械的主要作用是將液體介質充填到包裝容器中，灌裝機械一般可以實 現(xiàn)灌裝、封口、稱量等功能 [6]。適宜于灌裝低黏度的液體，比如油類、糖 漿 、含維生素的飲料、農(nóng)藥、化工試劑。 直線式灌裝機：灌裝容器沿直線運動，并且灌裝時灌裝容器是靜止的，灌裝完成之后跟隨傳動機構一起進入下一個工序。 繼電器是一種小信號的自動控制電器，利用電流、電壓、速度 、時間、溫度等物理量的預定值作為控制信號來實現(xiàn)接通和分斷電路。在這種場合使用繼電器邏輯控制必然需要大量的 中間 繼電器，而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下，就可以對其內部的輔助繼電器進行編程來取代。 3) 良好的穩(wěn)定性和防干擾 能力 可編程控制器是 “ 專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計 ” 的產(chǎn)品，防干擾能力好。特別是自 動生產(chǎn)線的控制，優(yōu)勢更加明顯，如數(shù)控機床的電氣控制、包裝機械控制、運輸帶控制等。 (5)通信聯(lián)網(wǎng) PLC 通過 USB 接口、 RS232/RS485 接口以及各種不同類型的連接電纜，以實現(xiàn)多個可編程控制器、可編程控制器與操作終端、可編程控制器與其他設備等之間互相通信，進行數(shù)據(jù)的傳輸和處理 ，并以此來構成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，形成集中管理加分散控制的分布式控制系統(tǒng)。風道進瓶組件的末端設計有一電磁體擋瓶機構，在擋瓶機構作用下，空瓶保持一定間距進入過渡盤 I ，以防止卡瓶。灌液的同時，瓶子跟隨灌裝組件一起轉動，運動到出瓶位置時，灌滿的瓶子經(jīng)由過渡盤 III 進入加蓋組件 。旋蓋組件共有 8 個旋蓋頭，由 8套伺服電機采用扭矩控制模式對扭矩進行控制，以保證自動上蓋率的同時，防止擰不緊或擰裂等情況。 (3)執(zhí)行機構 執(zhí)行機構的作用是接收控制中心的輸出信號，執(zhí)行工作命令常用的執(zhí)行機構有：電動機、電磁體、伺服電機、步進電機等。 步 進電機： 步 進電機（ 步 進馬達 +步 進驅動器）共有 12 套，用于灌裝陶瓷泵的精確換向。 從第 2章介紹 XG24128 型灌裝機控制系統(tǒng)的總體方案可知，控制系統(tǒng)不僅要對電磁體、電動機進行控制，還要對伺服電機、 步 進電機進行復雜的運動控制，使整個灌裝動作精確、有序地 完成，這就對其硬件配置提出了更高的要求。工業(yè)觸摸江蘇大學本科畢業(yè)設計 17 屏（ HMI)選用三菱公司的 GT1575VTBA 型觸摸屏（附件及連接電纜的型號在表中未列出）。 江蘇大學本科畢業(yè)設計 18 按上表所示方法對擴展基板 1和擴展 基 板 2進行電源輸出電 流的校核： 擴展基板 1上各模塊 DC 5V 消耗電流的合計值為 ()電源模塊 Q61P 的輸出電流（ 6A)，滿足要求； 擴展基板 2 上各模塊 DC 5V 消耗電流的合計值為（ 電源模塊 Q61P 的輸出電流（ 6A)滿足要求。 運動控制模塊 運動控制模塊是三菱 PLC智能功能模塊中對運動進行控制時運用比較多的一種，它主要是與步進電機或 伺服電機配合使用來實現(xiàn)復雜的速度控制或是定位控制。 此外，三菱電機該系列的觸摸屏除了最基本的一對一功能外，也能一臺觸摸屏對多臺設備進行操作、監(jiān)控或多臺觸摸屏串聯(lián)起來同時與同一產(chǎn)品連接；一臺觸摸屏有 4個通道，分別對每個通道進行設置后可連接不同的產(chǎn)品；該系統(tǒng)的觸摸屏容量增加到 57MB，畫面設計時可以存儲更多的高清晰度圖片，可添加自定義的畫面設計部件庫，運用更多更形象的設計部件。 PLC 系統(tǒng)采用擴展模式時，需要在擴展模塊上設置擴展的級數(shù)。伺服電機最大的特點是可控性好，有電信號輸入時，伺服電機就按照控制信號的要求轉動；沒有電信號輸入時，就停止運動，并且轉向和轉速的可控性好。在這種連接方式中，每個伺服放大器的 ALARM 信號都要連接到 PLC 的輸出模塊中，占用一個輸出點，并將每個伺服模塊的接觸器串連在報警電路中，目的是任意一個伺服模塊發(fā)生異常，系統(tǒng)都能停止運行。將伺服放大器 CN1 模塊上的相關信號連接到 QD70P8 模塊上，通過 QD70P8 來設置各個軸的運動方向、控制方式、旋轉速度、運動位移等，從而實現(xiàn)對伺服電機的運動控制。 QD70 定位模塊每發(fā)出一個脈沖指令，電動機就轉動相應的角度，從而使執(zhí)行件移動相應的距離，也就是說執(zhí)行件每一脈沖的移動量是其移動的最小單位，此單位越小，移動精度就越高。 XG24128 型灌裝機控制系統(tǒng)選用的 QD70P8 定位模塊可以同時實現(xiàn)對 8 軸的運動控制。同吋 步 進電機還具有轉子慣量小，無漂移現(xiàn)象等優(yōu)點，與其他數(shù)字設備配合使用時，優(yōu)越性更為明顯，這也是它越來越廣泛應用于更多設備的位置控制和速度控制中的原因。系統(tǒng)選用的步進電機的型號及基本規(guī)格如表 36 所示。此狀態(tài)可有效降低驅動器和電機的功耗和溫升。 為了使灌裝主電機和出瓶輸送電機的轉速可調，灌裝主電機和出瓶輸送電機之前連接有變頻器，連接圖如圖 38所示。 江蘇大學本科畢業(yè)設計 33 圖 311 為傳感器布置圖，圖中實心方塊所示 1~32 號為傳感器。 江蘇大學本科畢業(yè)設計 35 江蘇大學本科畢業(yè)設計 36 第 4 章 XG24128 型灌裝機灌裝關鍵技術研究 前面介紹過， XG24128 型灌裝機最大的特點是灌裝部分采用 個伺服泵同時控制兩個灌裝頭并實現(xiàn)連續(xù)灌裝的控制設計，這也是此灌裝機控制系統(tǒng)設計中的重點和難點。對于 XG24128 型灌裝機灌裝的核心技術研究本章主要圍繞以下三個方面進行：（ 1) 一個伺服菜控制兩個灌裝頭的連續(xù)灌裝的灌裝流程；（ 2)伺服泵的速度如何分配以提高灌裝速度并防止飛濺和溢出；（ 3)如何控制步進電機以實現(xiàn)快速、精確的換向。 3號為有無瓶檢測傳感器，當檢測到有瓶時，傳感器把檢測信號發(fā)給 PLC,使相應的伺服泵啟動，執(zhí)行灌裝動作；若無瓶，則相應的伺服泵不動作，從而實現(xiàn)無瓶不灌裝的功能。止蓋電磁體控制連接圖如圖 39 所示，當有瓶放蓋傳感器 29 檢測相應工位無瓶時，中間繼電器 KA1線圈得電，其串連在止蓋電磁體線路中 KA1 的常閉觸點斷開，止蓋電磁體的彈片彈出，瓶蓋無法通過供蓋系統(tǒng)進入旋蓋頭，從而使相應旋蓋頭無蓋，實現(xiàn)無瓶不加蓋的功能。當不需用此功能時，脫機端可懸空。 此外，可以通過驅動器面板上的第 1， 2， 3， 4 四位撥碼開關選擇共 16 種細分模式，用電機每轉的步數(shù)標識，既可以實現(xiàn)兩相的 步 距（如兩相 標準半步 400 步 /轉），也可以提供類似五相的步距（如五相標準半步 1000 步 /轉），用戶可以根據(jù)需要自行決定細分，最大可達到 30000 步 /轉。選定電機以后，電機的步距角及細分數(shù)也就確定了， 步 距角與細分數(shù)的比值即為每輸入一個脈沖時 步 進電機的運動量，即脈沖當量，它決定 步 進電機的運動精度。在灌裝組件，需要進行運動控制的有負責灌裝的 12 臺伺服電機和換向的 12 臺 步 進電機，共 24軸，且 24軸間需協(xié)同作用，所以選