【正文】 .................... 1 論文研究的背景和意義 ..........................................1 灌裝技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 .....................................2 灌裝機(jī)械概述 .................................................3 基本概念 .................................................3 灌裝機(jī)的分類 ..............................................4 PLC 簡介 ...................................................6 PLC 的特點(diǎn) ...............................................6 PLC 的應(yīng)用范圍 ............................................7 第 2 章 XG24128 型灌裝機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ........................10 XG24128 型灌裝機(jī)的工藝要 求 ..................................10 XG24128 型灌裝機(jī)的整體結(jié)構(gòu) ..................................10 XG24128 型灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ............................13 電氣控制系統(tǒng)的組成 ........................................13 XG24128 型灌裝機(jī)的工藝流程 ................................14 XG24128 型灌裝機(jī)的控制方案 ...............................15 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) V 第 3 章 XG24128 型灌裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .........................17 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................17 PLC 選型 ...............................................18 輸入 /輸 出點(diǎn)的確定 IV.......................................22 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 ...............................................26 伺服電機(jī)控制設(shè)計(jì) ..........................................26 步 進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì) ..........................................30 其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制設(shè)計(jì) ......................................32 硬件配置圖 ..................................................36 本章小結(jié) ....................................................38 第 4 章 XG24128 型灌裝機(jī)灌裝關(guān)鍵技術(shù)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(shè)計(jì) .............................................51 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) VI 第 5 章 XG24128 型灌裝 機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................53 灌裝機(jī) PLC 控制程序設(shè)計(jì) ........................................53 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想 ...................................53 PLC編程軟件 GX Developer 簡介 ...............................56 控制程序設(shè)計(jì) .............................................58 人機(jī)界面設(shè)計(jì) .................................................64 第 6 章結(jié)朿語 ....................................................67 參考文獻(xiàn) ........................................................68 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 隨著全球經(jīng)濟(jì)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(shù)向精確、節(jié)約、高效型方向發(fā)展，從而使得包裝機(jī)械不論在技術(shù)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(jī)械，在外形上對其他國家的包裝機(jī)械進(jìn)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(zhì)量和生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提升很大程度上推動(dòng)了灌裝機(jī)械的發(fā)展。 第二，灌裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)革新。我國的灌裝設(shè)備和灌裝技術(shù)發(fā)展較晚，主要靠 引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合國內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境對其進(jìn)行改良。 基本概念 灌裝機(jī)械的主要作用是將液體介質(zhì)充填到包裝容器中，灌裝機(jī)械一般可以實(shí) 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(jī)：灌裝容器沿直線運(yùn)動(dòng)，并且灌裝時(shí)灌裝容器是靜止的，灌裝完成之后跟隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一起進(jìn)入下一個(gè)工序。 繼電器是一種小信號的自動(dòng)控制電器，利用電流、電壓、速度 、時(shí)間、溫度等物理量的預(yù)定值作為控制信號來實(shí)現(xiàn)接通和分?jǐn)嚯娐?。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(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)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(yīng)用而設(shè)計(jì) ” 的產(chǎn)品，防干擾能力好。特別是自 動(dòng)生產(chǎn)線的控制，優(yōu)勢更加明顯，如數(shù)控機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械控制、運(yùn)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(shí)現(xiàn)多個(gè)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(shè)備等之間互相通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和處理 ，并以此來構(gòu)成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，形成集中管理加分散控制的分布式控制系統(tǒng)。風(fēng)道進(jìn)瓶組件的末端設(shè)計(jì)有一電磁體擋瓶機(jī)構(gòu)，在擋瓶機(jī)構(gòu)作用下，空瓶保持一定間距進(jìn)入過渡盤 I ，以防止卡瓶。灌液的同時(shí)，瓶子跟隨灌裝組件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到出瓶位置時(shí)，灌滿的瓶子經(jīng)由過渡盤 III 進(jìn)入加蓋組件 。旋蓋組件共有 8 個(gè)旋蓋頭，由 8套伺服電機(jī)采用扭矩控制模式對扭矩進(jìn)行控制，以保證自動(dòng)上蓋率的同時(shí)，防止擰不緊或擰裂等情況。 (3)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)有：電動(dòng)機(jī)、電磁體、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。 步 進(jìn)電機(jī)： 步 進(jìn)電機(jī)（ 步 進(jìn)馬達(dá) +步 進(jìn)驅(qū)動(dòng)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(jī)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(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，還要對伺服電機(jī)、 步 進(jìn)電機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，使整個(gè)灌裝動(dòng)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 按上表所示方法對擴(kuò)展基板 1和擴(kuò)展 基 板 2進(jìn)行電源輸出電 流的校核： 擴(kuò)展基板 1上各模塊 DC 5V 消耗電流的合計(jì)值為 ()電源模塊 Q61P 的輸出電流（ 6A)，滿足要求； 擴(kuò)展基板 2 上各模塊 DC 5V 消耗電流的合計(jì)值為（ 電源模塊 Q61P 的輸出電流（ 6A)滿足要求。 運(yùn)動(dòng)控制模塊 運(yùn)動(dòng)控制模塊是三菱 PLC智能功能模塊中對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制時(shí)運(yùn)用比較多的一種，它主要是與步進(jìn)電機(jī)或 伺服電機(jī)配合使用來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的速度控制或是定位控制。 此外，三菱電機(jī)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(shè)備進(jìn)行操作、監(jiān)控或多臺觸摸屏串聯(lián)起來同時(shí)與同一產(chǎn)品連接；一臺觸摸屏有 4個(gè)通道，分別對每個(gè)通道進(jìn)行設(shè)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(shè)計(jì)時(shí)可以存儲(chǔ)更多的高清晰度圖片，可添加自定義的畫面設(shè)計(jì)部件庫，運(yùn)用更多更形象的設(shè)計(jì)部件。 PLC 系統(tǒng)采用擴(kuò)展模式時(shí)，需要在擴(kuò)展模塊上設(shè)置擴(kuò)展的級數(shù)。伺服電機(jī)最大的特點(diǎn)是可控性好，有電信號輸入時(shí)，伺服電機(jī)就按照控制信號的要求轉(zhuǎn)動(dòng)；沒有電信號輸入時(shí)，就停止運(yùn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的可控性好。在這種連接方式中，每個(gè)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(gè)輸出點(diǎn)，并將每個(gè)伺服模塊的接觸器串連在報(bào)警電路中，目的是任意一個(gè)伺服模塊發(fā)生異常，系統(tǒng)都能停止運(yùn)行。將伺服放大器 CN1 模塊上的相關(guān)信號連接到 QD70P8 模塊上，通過 QD70P8 來設(shè)置各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)方向、控制方式、旋轉(zhuǎn)速度、運(yùn)動(dòng)位移等，從而實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。 QD70 定位模塊每發(fā)出一個(gè)脈沖指令，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，從而使執(zhí)行件移動(dòng)相應(yīng)的距離，也就是說執(zhí)行件每一脈沖的移動(dòng)量是其移動(dòng)的最小單位，此單位越小，移動(dòng)精度就越高。 XG24128 型灌裝機(jī)控制系統(tǒng)選用的 QD70P8 定位模塊可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對 8 軸的運(yùn)動(dòng)控制。同吋 步 進(jìn)電機(jī)還具有轉(zhuǎn)子慣量小，無漂移現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，與其他數(shù)字設(shè)備配合使用時(shí)，優(yōu)越性更為明顯，這也是它越來越廣泛應(yīng)用于更多設(shè)備的位置控制和速度控制中的原因。系統(tǒng)選用的步進(jìn)電機(jī)的型號及基本規(guī)格如表 36 所示。此狀態(tài)可有效降低驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的功耗和溫升。 為了使灌裝主電機(jī)和出瓶輸送電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，灌裝主電機(jī)和出瓶輸送電機(jī)之前連接有變頻器，連接圖如圖 38所示。 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 311 為傳感器布置圖，圖中實(shí)心方塊所示 1~32 號為傳感器。 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 第 4 章 XG24128 型灌裝機(jī)灌裝關(guān)鍵技術(shù)研究 前面介紹過， XG24128 型灌裝機(jī)最大的特點(diǎn)是灌裝部分采用 個(gè)伺服泵同時(shí)控制兩個(gè)灌裝頭并實(shí)現(xiàn)連續(xù)灌裝的控制設(shè)計(jì)，這也是此灌裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。對于 XG24128 型灌裝機(jī)灌裝的核心技術(shù)研究本章主要圍繞以下三個(gè)方面進(jìn)行：（ 1) 一個(gè)伺服菜控制兩個(gè)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(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)快速、精確的換向。 3號為有無瓶檢測傳感器，當(dāng)檢測到有瓶時(shí)，傳感器把檢測信號發(fā)給 PLC,使相應(yīng)的伺服泵啟動(dòng)，執(zhí)行灌裝動(dòng)作；若無瓶，則相應(yīng)的伺服泵不動(dòng)作，從而實(shí)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(dāng)有瓶放蓋傳感器 29 檢測相應(yīng)工位無瓶時(shí)，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(diǎn)斷開，止蓋電磁體的彈片彈出，瓶蓋無法通過供蓋系統(tǒng)進(jìn)入旋蓋頭，從而使相應(yīng)旋蓋頭無蓋，實(shí)現(xiàn)無瓶不加蓋的功能。當(dāng)不需用此功能時(shí)，脫機(jī)端可懸空。 此外，可以通過驅(qū)動(dòng)器面板上的第 1， 2， 3， 4 四位撥碼開關(guān)選擇共 16 種細(xì)分模式，用電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)標(biāo)識，既可以實(shí)現(xiàn)兩相的 步 距（如兩相 標(biāo)準(zhǔn)半步 400 步 /轉(zhuǎn)），也可以提供類似五相的步距（如五相標(biāo)準(zhǔn)半步 1000 步 /轉(zhuǎn)），用戶可以根據(jù)需要自行決定細(xì)分，最大可達(dá)到 30000 步 /轉(zhuǎn)。選定電機(jī)以后，電機(jī)的步距角及細(xì)分?jǐn)?shù)也就確定了， 步 距角與細(xì)分?jǐn)?shù)的比值即為每輸入一個(gè)脈沖時(shí) 步 進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)量，即脈沖當(dāng)量，它決定 步 進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度。在灌裝組件，需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的有負(fù)責(zé)灌裝的 12 臺伺服電機(jī)和換向的 12 臺 步 進(jìn)電機(jī)，共 24軸，且 24軸間需協(xié)同作用，所以選