【正文】 設(shè)計(jì)如下：山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 14 圖 放刀板結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)壓紙切紙過(guò)程中，由于壓紙板 1 所選用的材料為鋼，而與壓紙板接觸的板也是鋼。為 了提高生產(chǎn)效率，在箱體內(nèi)開(kāi) 50 個(gè)孔，好一次能完成 50 個(gè)包裝物。 要求 給料裝置的設(shè)計(jì)主要是將顆粒料物品搖均勻，使得包裝物在自重的作用下落到下料管中。送紙架再一次在氣缸的驅(qū)動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)，這樣前吸后夾地帶著紙向前前進(jìn)到壓紙切紙的位置。送紙的速度由氣缸來(lái)決定一般為 3m/s。所以 ， FX1N 系 列可以廣泛應(yīng)用于一般的順序控制。人機(jī)界面通過(guò)串行口與 PLC 相連，進(jìn)行相互通信，所以人機(jī)界面是通過(guò)發(fā)出命令去控制 PLC 的運(yùn)行以達(dá)到進(jìn)行全自動(dòng)控制的目的。 根據(jù)顆粒料包裝機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式。 PLC 作為一種控制設(shè)備，無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無(wú)法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒(méi)有良好的界面。 當(dāng)插紙桿碰到上位傳感器時(shí)，封口電磁閥得電開(kāi)始封口 動(dòng)作，封緊程度由電接點(diǎn)壓力表控制，達(dá)到預(yù)設(shè)壓力則鎖紙板返回，碰到傳感器則停止運(yùn)動(dòng)。送紙架上抽真空電磁閥控制送紙架前端的抽氣管使紙的前端緊貼在送紙架上。被包裝的顆粒直 徑最大為 4mm，平均為 3mm，且被包裝的顆粒的硬度大。事實(shí)上 PLC用于這種場(chǎng)合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。為使包裝出的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的新型包裝機(jī)是市場(chǎng)的迫切需求。 PLC 的工作過(guò)程 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 4 PLC 的基本結(jié)構(gòu)雖然與一般微型計(jì)算機(jī)大致是相同的，但他的工作過(guò)程與微型計(jì)算機(jī)有很大的差異。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。同時(shí)， PLC 性能的優(yōu)劣，將山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 3 直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量及成本。但從根本上來(lái)講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。這樣 PLC 執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級(jí)。一種自動(dòng)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力除表現(xiàn)在技術(shù)上的個(gè)性外，更重要的還在于其滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。 70年代初，日本的 OMRON 也推出了他們的 PLC。22 PLC 的軟件設(shè)計(jì) 20 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 7 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)我們的努力，顆粒料包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）題目 ： 顆粒料包裝機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用 姓 名： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師： 2020 年 9 月 29 日 摘 要 隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入和世界經(jīng)濟(jì)一體化的日益顯現(xiàn)，我國(guó)包裝工業(yè)的發(fā)展遇到新的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)工作的任務(wù)包括包裝機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析，控制部分的硬件選擇，電氣 原理圖的繪制和三菱 PLC 程序編寫(xiě)，以及各個(gè)電氣元器件的選擇與安裝，最終給出了 PLC 控制包裝機(jī)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)，其中包括 PLC 選型、 I/O地址分配、 I/O 端子接線、程序設(shè)計(jì)和控制原理。 2 PLC 的特點(diǎn) 8 控制系統(tǒng)主要器件的選擇 11 壓紙切紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 封 口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 空氣壓縮機(jī)選型 21 PLC 工作原理 但不久，西德的西門(mén)子 (SIEMENS)公司、 BBC 公司就開(kāi)始研制 PLC，當(dāng)時(shí)主要是用于軋鋼機(jī)、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。總趨勢(shì)如下： （ 1）可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競(jìng)爭(zhēng)又互相合作。將來(lái)會(huì)全部使用 64 位 RISC 芯片，實(shí)現(xiàn)多 CPU 并行 處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門(mén)陣列電路固化。 （ 5）可靠性進(jìn)一步提高 隨著 PLC 進(jìn)入過(guò)程控制的領(lǐng)域，對(duì) PLC 可靠性的要求進(jìn)一步提高。 PLC 的特點(diǎn)及工作過(guò)程 在現(xiàn)代工業(yè)中，技術(shù)逐漸高度機(jī)械化和自動(dòng)化發(fā)展，大多采用自動(dòng)技術(shù)完成，其過(guò)程離不開(kāi)離不開(kāi)自動(dòng)控制裝置和自動(dòng)控制技術(shù)。此外， PLC 帶有硬件故 障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。 (3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備 。 PLC 在包裝機(jī)械上應(yīng)用和前景 當(dāng)今 ，我國(guó)的包裝食品機(jī)械行業(yè)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。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(zhuān)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。 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。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。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。遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特，類(lèi)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。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。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。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。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。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。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。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。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。 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。 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?？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。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)。 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)。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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成 [10] 如圖 所示。 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。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。 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。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。數(shù)據(jù)在一個(gè)項(xiàng)目中以對(duì)象的形式存儲(chǔ)。 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。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。 4. 程序?qū)懭?PLC 將你的程序?qū)懭肟删幊炭刂破鳌Ｔ诖嘶A(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。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。 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。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。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 立定，吳玉香，蘇開(kāi)才．電氣控制與可編程控制器．廣州 :華南理工大學(xué)了版社， 2020． 2． [4] 路林吉，王堅(jiān)，江龍康 .可編程控制器原理及應(yīng)用．北京 :清華大學(xué)出版社， 2020． [5] 齊從謙，王士蘭． PLC 技術(shù)及應(yīng)用．北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2020． 8． [6] 張萬(wàn)忠，周淵深．可編程控制器應(yīng)用技術(shù)．北京 :化學(xué)工業(yè)出版社，2020． 12． [7] 張萬(wàn)奎．機(jī)床電氣控制技術(shù)．北京：中國(guó)林業(yè)出版社， 2020． 8． [8] 鐘肇新，彭侃．可編程序控制器原理及應(yīng)用 [M]．廣州 :華南理工大學(xué)社，1995， 212215． [9] 吳宗澤、羅圣國(guó)主編．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）．北京：高等教育出版社， 2020． [10] 王永華．現(xiàn)代電氣控制及可編程控制技術(shù) [M]．北京 :北京航空航天出版社， 2020． [11] 張萬(wàn)忠，劉明芹．電器與 PLC 控制技術(shù)．化學(xué)化工出版社， 2020． [12] 三菱 FX1N232BD， FX2N485BD 使用手冊(cè)． [13] 王魏主編．機(jī)械制圖．北京 :高等教育出版社， 2020． [14]楊仲林主編 .包裝自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用 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