【文章內容簡介】 引進了電子技術，并把機械裝置、執(zhí)行部件、計算機等電子設備以及軟件等有機結合而構成的系統(tǒng)，即機械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術的支配下，以系統(tǒng)的觀點進行組合而形成的一種新型機械系統(tǒng)。該系統(tǒng)由機械系統(tǒng) (機構 )、電子信息處理系統(tǒng) (計算機 )、動力系統(tǒng) (動力源 )、傳感檢測系統(tǒng) (傳感器 )、執(zhí)行元件系統(tǒng) (如電機 )等五大子系統(tǒng)組成。其五種內部功能即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能、構造功能。 機電一體化系統(tǒng)的一大特點是由于機電一體化系統(tǒng)的微電子裝置取代了人對機械的絕大部分的控制功能，并加以延伸和擴大，克服了人體能力的不足和弱點。另一大特點是節(jié)省能源和材料消耗。其主要特征是自動化操作。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線主要應用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)中的粉、粒、塊狀物料的全自動包裝碼垛。包裝碼垛自動生產(chǎn)線可分為包裝部分和碼垛部 分。包裝部分實現(xiàn)定量稱重、自動供袋、裝袋、夾口整形、折邊縫口、金屬檢測、重量復檢等功能。碼垛部分實現(xiàn)轉位編組、推袋壓袋、碼垛及托盤的提供和垛盤的輸送等功能。 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 電子稱重機是包裝機起始部機，其作用是完成物料的定值稱重、投料等作業(yè)。本生產(chǎn)線采用凈重式電子稱重方式，這樣稱量結果不受容器皮重變化的影響，稱量精度高，同時采用雙秤交替的運行模式，可以保證生產(chǎn)線的包裝速度達到 800～1000包／小時。整個稱重系統(tǒng)的動力源采用氣動元件。給料系統(tǒng)采用氣動控制的二級投料方式，即稱重過程開始時， 首先粗流料門完全打開，當進料量達到預先設定的粗進料值時 (一般為總量的 80%～ 85％左右 )，粗進料氣缸復位，粗流料門關閉，快速投料過程停止；這時粗流料門前端有一方形孔即細流口還沒關閉，物料從該方形孔中繼續(xù)投料，即開始細投料過程，當充填物料達到預置重量時，細投料氣缸復位，細流料門關閉，給料結束。 自動供袋機是由供袋器、吸袋器、袋子傳送器、接袋器、取袋器等部件組成。全自動包裝供袋工作是由供袋機械自動完成，操作人員只要將空袋子按要求碼放到上袋機的備用倉中就可以了。當袋倉中沒有袋子時備用袋倉中的袋子會被送袋河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 6 機構整摞地 自動送到供袋器的袋倉中去。帶有真空吸盤的吸袋器從供袋器上把包裝袋吸住，然后向上提升到位后，傳送給傳送器。傳送器將袋子輸送到供袋機的斜板上。在導向板、接袋器、吸盤和光電開關的作用下，確保包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀。取袋器撿起斜板上的包裝袋，在取袋器四連桿的作用下，包裝袋定位在包裝機的中心線上，等待裝袋機將包裝袋取走。自動供袋機供袋速度快，供袋質量穩(wěn)定可靠，易于實現(xiàn)包裝工作的自動化。但機械結構較復雜，且對袋子的材料、尺寸和質量以及往備用袋倉中碼放袋子時袋口的方位等都有一定的要求。 自動裝袋機是由過渡料斗 、取袋開袋夾送裝置、翻門縮口裝置、機架等構成。過渡料斗是裝袋機聯(lián)接電子稱重機的過渡裝置，它可以存儲一袋物料，提高電子稱重機的稱重速度，減小物料落差，降低粉塵產(chǎn)生量，利于除塵，同時保證物料順利地導入裝袋機并防止裝袋機產(chǎn)生的振動傳遞到電子稱重機上。取袋開袋夾送裝置將自動供袋機的取袋器取好的袋子夾住，開袋吸盤吸住袋子的兩面，在主氣缸推動下送到翻門縮口裝置的下面并將袋口拉開 (此動作是和翻門縮口動作同時進行 )為填裝物料做準備，同時將已裝好物料的料袋送到夾口整形機內。在主氣缸行程兩端安裝有緩沖器，使主氣缸在行程端點得以 緩沖并使裝袋機振動減輕。翻門縮口裝置將送過來的料袋通過夾袋手爪夾住袋子的兩上邊，通過縮口動作收縮袋口 (此動作與開袋動作同時進行 )使翻門插入袋口，并在檢測系統(tǒng)檢測到料袋位置正確后向電子稱重機和過渡料斗發(fā)出卸料請求指令，投下物料，完成裝袋。每次裝填完物料后翻門關閉，夾袋手爪將袋口繃緊，松開，放到輸送機上，再由取袋夾送裝置在取袋的同時夾送到夾口整形機內。 轉位輸送機 : 將送來的料袋進行變換方位的設備。該機實現(xiàn)料袋水平面內回轉 +90度 , 90度， 180度三種角度 ,料袋所需回轉的角度是以保證料袋口向內為準 , 保證垛 形整齊、美觀。當料袋到達轉位轉板下方時 ,光電開關給出信號 ,輸送機電機制動 , 繼電器輸出 , 氣缸動作 ,推動夾板夾住 ,轉位電機根據(jù)編組工序需要 , 通過同步帶傳動將料袋旋轉至所需角度。此時夾板打開 , 輸送電機啟動 ,送到下一工位。 編組機是是將轉位輸送機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、二袋豎并交替進行。當位于輸送帶入口處的光電開關檢測到一個料袋到來時，立即啟動減速電機將料袋向前拖動到預定距離，而后停止運轉。在下一個料袋到來時，光電開關又重新啟動電機重復上述動作。當 完成二袋豎放或三袋橫放時，推袋裝置便把這組料袋推到緩停板上暫存。如果計數(shù)達到一層 (二袋豎加三袋橫或三袋橫加二袋豎 )時，推袋裝置就將二部分料袋一起推到碼垛區(qū)。由于緩停板的設置減少一次來回推袋的時間，從而提高了河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 7 碼垛效率。 推袋壓袋、分層、升降機 ,推袋機將編號的料袋推至緩沖區(qū) ,并在分層碼垛時整形壓平 ,推到分層機 ,分層機將料袋投放到升降機上的托盤 ,完成一層料袋的碼垛。當編組機完成一組時 ,接近開關給出信號 , 推袋壓袋機的減速電機動作 ,帶動推袋小車將料袋組用擋板推至緩沖區(qū) ,然后推動小車的擋板在氣缸的作用下抬起 , 同時電 機反向返回 ,這一系列動作由一組接近開關狀態(tài)決定。當緩沖區(qū)一層滿信號到位 ,分層機左右擋板打開 ,壓袋氣缸動作 ,將料袋組放至升降機托盤上 , 分層機關 ,推板復位 , 推袋小車歸位 ,減速電機制動 ,完成一個循環(huán)。升降機在碼垛達到 8層后 , 將托盤送至托盤輸送機 ,托盤倉的啟用托盤電機啟動 ,將托盤送到升降機 ,到位后升降機帶著托盤升到位 ,等待料袋組碼垛。整個過程也是通過判斷接近開關和光電開關的狀態(tài)完成的。 托盤倉 : 是存儲一定量的托盤 , 并自動完成托盤輸送過程的部分。通過托盤倉內的光電開關判斷托盤的數(shù)量 , 當升降機將托盤送到下一 工位 , 托盤倉下方的氣缸動作將托盤倉內的最下端的托盤頂起 , 同時驅動電機 , 將下端的托盤送出 , 氣缸恢復 , 托盤在通過光柵光電開關后 , 電機制動 , 作為下一循環(huán)的啟用托盤。 包裝碼垛生產(chǎn)線各部分功能的執(zhí)行機構為氣缸、電磁閥、氣電轉換器、氣源處理裝置、真空系統(tǒng)等組成的氣體系統(tǒng)。 氣動系統(tǒng)是生產(chǎn)線的基本組成部分之一，它的性能、壽命及穩(wěn)定性直接決定著生產(chǎn)線的工作性能和質量。 氣源處理裝置 ： 該裝置由排水過濾器、減壓閥、油霧器組成。排水過濾器將壓縮空氣中的臟物和水分濾出，由減壓閥把空氣壓力降到預定壓力，然后攻擊電磁閥 和氣缸。油霧器中的潤滑油由壓縮空氣順空氣流動方向帶到需潤滑的電磁閥和氣缸。減壓閥帶有壓力表，調整空氣壓力可由 壓力表直接讀出。 氣路的基本回路 ： 氣路系統(tǒng)由基本回路構成，基本回路有電磁閥、氣缸、管路、調速器、消音器組成。電磁閥控制氣體通斷及執(zhí)行機構換向。氣缸是執(zhí)行機構的基本元件，承擔負載、輸出力及轉矩。調速器用來調節(jié)氣缸的運動速度，以滿足負載的不同速度要求。消音器用來排除排氣噪聲，保護環(huán)境。 橫進裝置（開袋、壓緊固定） ： 橫進裝置是包裝機的重要組成部分，它的主要作用是在取袋裝置取來袋子后，從兩側家住袋口，在用真 空把持住袋子的同時，向投料口移動，該裝置在往返行程上裝有一個氣墊裝置。該氣缸在返回（或向前）運動時，以高速移動，在接近行程終點附近某一點關閉閥門，使壓縮空氣只能進過另一個狹窄的通道而限速，氣缸移動速度便慢下來，然后停住，其運動速度均由調速器調節(jié)，只要不產(chǎn)生振動即可。然后兩閥門的開關控制配置在橫進裝置上的霍爾開關控制。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 8 裝袋、夾袋、開袋口的氣路系統(tǒng)及檢測 :該氣路系統(tǒng)為基本氣動回路。橫進裝置上設置的開袋口吸盤，夾住袋子送到料斗下面，夾袋機構夾住袋口兩側后，向內側縮口的同時，開袋口機構張開，打開袋口。 開口吸袋器 在行進時，啟動真空裝置，并通過真空檢測器檢測真空度。若真空度未達到設定值，則棄袋；若達到設定值，則發(fā)出投料信號。這時，伸縮料門伸入袋口中卸料。 棄袋有兩種情況：一是真空未達到設定值；而是伸縮料門擊偏或擊倒了袋子。 夾袋機構夾住袋口的同時，夾緊探測器便發(fā)出一個對袋子的探測信號，夾緊之后檢測到袋子正常時，便發(fā)出投料信號。只有真空檢測及夾緊檢測全部正常才能投料，缺一不可。棄袋或夾緊檢測未探測到袋子，要把各個功能部件返回到原來位置。裝袋時，開口吸袋器不再吸著袋子，返回初始位置。 碼垛機的氣路系統(tǒng) :碼垛機氣路系統(tǒng)中重 要部分為托盤倉的氣缸升降系統(tǒng)。氣缸下降、中停由換向閥通斷實現(xiàn)，該系統(tǒng)為進氣節(jié)流調速系統(tǒng)，其它裝置的氣路系統(tǒng) :除了以上裝置的氣路系統(tǒng)，其它裝置均為基本回路。如電子稱重機、吸袋、取袋等。 真空系統(tǒng) :真空系統(tǒng)由真空泵、真空電子閥、真空檢測器、真空管路等組成。它是包裝機的主要部分之一，其主要功能是吸袋及開袋等。真空泵是真空系統(tǒng)的心臟，提供真空能源，真空電磁閥承擔真空線路的通斷，真空檢測器承擔檢測真空的壓力，并發(fā)出卸料信號。 傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數(shù)而定。 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的 最大量程值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。根據(jù)經(jīng)驗，一般應使傳感器工作在其 30%~70%量程內，但有較大沖擊力的衡器，在選用傳感器時，一般要使傳感器工作在其量程的 20%~30%之內，才能保證傳感器的使用安全和壽命。 稱重傳感器：一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的位置它的性能在很大程度上決定了電子衡器的精度的穩(wěn)定性，因此被喻為衡器的心臟。 傳感器的穩(wěn)定性有定量的指標，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕 易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，更能經(jīng)受長時間的考驗。 光電式傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。它可用于檢測直接引起光亮變化的非電量，如光強、光照度等。也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度以及物體的河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 9 形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝 置和機器人中獲得了廣泛的應用。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設計 10 3 包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設計 在包裝過程中，自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測、重量檢測及碼垛等多個動作，動作多，運動復雜，而所處工作環(huán)境惡劣 (高溫、振動、粉塵 )，這就要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性、良好的節(jié)能措施、很強的故障診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開關量，而目前流行的 PLC 具有結構小巧、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)境下的開關控制。所以選用 PLC 作為控制系統(tǒng)的核心部件 。本包裝碼垛自動生產(chǎn)線動作關系復雜， I/O 點數(shù)較多，以開關量控制為主，所以選 擇日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC 為控制核心部件。 PLC 控制的優(yōu)點 ① 高可靠性 ； （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。 （ 2）各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10~20ms. （ 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （ 4）采用性能優(yōu)良的開關電源。 （ 5）對采用的器件進行嚴格的篩選。 （ 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴大。 （ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進一步提高。 ② 豐富的 I/O 接口模塊 ； PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機對話的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 ③ 采用模 塊化結構 ； 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結構。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化 PLC，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 ④ 編程簡單易學 ； 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設計