【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 升降機(jī)的組成和工作原理升降機(jī)主要由升降平臺(tái)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和配重體組成。升降機(jī)是在碼垛過(guò)程中完成對(duì)空托盤的提升和對(duì)垛盤逐層下降以進(jìn)行碼垛的設(shè)備。剪叉式升降機(jī)是靠剪刀式支承架的展開(kāi)與折迭來(lái)完成貨物平臺(tái)的升降，其動(dòng)力是通過(guò)油缸的伸縮來(lái)推動(dòng)剪刀的展開(kāi)與折迭。 托盤倉(cāng)的組成和工作原理托盤倉(cāng)主要由機(jī)架、叉板、主氣缸、光電開(kāi)關(guān)組成。托盤倉(cāng)用來(lái)儲(chǔ)存一定數(shù)量的托盤,根據(jù)需要及時(shí)準(zhǔn)確地將托盤分配給托盤輸送機(jī)確保生產(chǎn)線能連續(xù)工作。托盤輸送機(jī)將托盤倉(cāng)中存儲(chǔ)的托盤輸送到碼垛工位。垛盤輸送機(jī)是將空托盤輸送至升降機(jī)的升降托叉上進(jìn)行碼垛，而后將滿垛后的垛盤輸送至下一垛盤輸送機(jī)(無(wú)動(dòng)力)的設(shè)備。托盤倉(cāng)的主氣缸用以頂起托盤。側(cè)面還裝有兩個(gè)小氣缸，小氣缸控制叉板開(kāi)合，保證托盤的提取。光電開(kāi)關(guān)采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，檢測(cè)托盤倉(cāng)內(nèi)托盤的存儲(chǔ)量，以保證托盤的及時(shí)供給。第3章 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在包裝過(guò)程中，自動(dòng)完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測(cè)、重量檢測(cè)及碼垛等多個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作多，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，而所處工作環(huán)境惡劣(高溫、振動(dòng)、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(qiáng)的故障診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開(kāi)關(guān)量，而目前流行的PLC具有結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度高、通用性好、可靠性高等特點(diǎn)，非常適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、振動(dòng)、粉塵等惡劣環(huán)境下的開(kāi)關(guān)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(dòng)生產(chǎn)線動(dòng)作關(guān)系復(fù)雜，I/0點(diǎn)數(shù)較多，以開(kāi)關(guān)量控制為主，選擇日本三菱公司的FX2N系列PLC為控制核心部件。［9］［10］ PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的類型繁多，但其結(jié)構(gòu)和工作原理則大同小異，一般是由中央處理單元(CPU)、內(nèi)存、輸入/輸出單元、編程器、電源等主要部分構(gòu)成的。如果把PLC看作一個(gè)系統(tǒng)，外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)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(chǔ)器中，而后經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)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。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖31所示。［11］圖31 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC的主要組成部分（1）中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、內(nèi)存、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)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(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。（2）內(nèi)存根據(jù)內(nèi)存存儲(chǔ)內(nèi)容的不同，我們把內(nèi)存分為：系統(tǒng)程序內(nèi)存：用來(lái)存放系統(tǒng)程序的內(nèi)存。系統(tǒng)程序相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，主要包括檢查程序、編譯程序和監(jiān)控程序，是PLC廠家根據(jù)選用的CPU的指令系統(tǒng)編寫(xiě)的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內(nèi)容。用戶程序內(nèi)存：用來(lái)存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲(chǔ)容量也不一樣。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用以存放PLC運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)的內(nèi)存。因?yàn)檫\(yùn)行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種內(nèi)存必須可擦寫(xiě)。（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。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向PLC提供的信號(hào)，例如由按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等提供的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路的濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理，變成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò)CPU處理的微弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行組件，如指示燈的亮滅，電動(dòng)機(jī)啟停和正反轉(zhuǎn)，設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)、平移、升降，閥門的關(guān)閉等。（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。PLC中一般配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流電源，可給輸入單元所連接的外部開(kāi)關(guān)或傳感器供電。［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(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動(dòng)作，只要形成電流通路，就有可能有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說(shuō)PLC以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配等問(wèn)題。也可以說(shuō)，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段才能完成控制過(guò)程。 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。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。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)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(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)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(duì)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。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其它輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或資料的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 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。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線工藝流程包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線可自動(dòng)完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測(cè)、重量檢測(cè)及碼垛等功能。全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線的機(jī)械系統(tǒng)主要包括全自動(dòng)稱重單元、包裝單元、輸送檢測(cè)單元、碼垛單元。其主要工藝流程如下:物料自儲(chǔ)料斗進(jìn)入包裝秤的給料裝置，通過(guò)粗、細(xì)給料，實(shí)現(xiàn)粗、細(xì)兩級(jí)加料。當(dāng)秤斗中的物料重量達(dá)到最終設(shè)定值時(shí)，稱重終端發(fā)出停止加料信號(hào)，待空中的飛料全部落入秤斗后此次稱重循環(huán)結(jié)束，此時(shí)電子包裝秤等待裝袋機(jī)的投料信號(hào)。當(dāng)自動(dòng)裝袋機(jī)完成上袋后，發(fā)出訊號(hào)，使稱重箱打開(kāi)卸料翻門，向包裝袋內(nèi)投料，卸料后稱重箱關(guān)閉翻門，裝袋機(jī)張開(kāi)夾袋器，包裝袋通過(guò)夾口整形機(jī)和立袋輸送機(jī)進(jìn)入自動(dòng)折邊機(jī)，包裝袋經(jīng)折邊后，進(jìn)入縫口機(jī)，當(dāng)設(shè)在縫口機(jī)旁邊的光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到包裝袋后，縫紉機(jī)開(kāi)始工作，縫合包裝袋，當(dāng)包裝袋離開(kāi)縫紉機(jī)后，縫紉機(jī)停止，并自動(dòng)切斷縫合線。包裝袋經(jīng)過(guò)倒袋整形機(jī)進(jìn)入金屬檢測(cè)機(jī)及重量復(fù)檢機(jī)，如果檢測(cè)不合格，在包裝袋通過(guò)自動(dòng)撿選機(jī)時(shí)將被剔除，而合格的包裝袋則順利通過(guò)自動(dòng)撿選機(jī)，再經(jīng)噴墨打印機(jī)、過(guò)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。這樣包裝袋便以2袋直或3袋橫的形式進(jìn)入編組機(jī)，最后由碼垛機(jī)將包裝袋堆碼到托盤上，一般以碼8層為一垛。碼垛完成后，垛盤輸送機(jī)將其輸送出碼垛區(qū)，停放在叉車區(qū)域垛盤輸送機(jī)上。碼垛機(jī)所使用的托盤由托盤倉(cāng)和托盤輸送機(jī)根據(jù)程序自動(dòng)提供。包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線工藝流程如圖32所示。［13］開(kāi)始供袋取袋送袋斜板抓袋橫進(jìn)取袋橫進(jìn)送袋縫紉機(jī)夾口折邊充填托起放料門開(kāi)袋報(bào)夾夾袋口縮袋口立袋輸送推倒壓平金屬檢測(cè)復(fù)檢稱剔除爬坡過(guò)渡爬坡緩?fù)佑?jì)數(shù)分層整形推袋編組轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位輸送緩?fù)浩浇Y(jié)束嗎?停止開(kāi)始YN升降機(jī)叉裝架托盤氣缸排垛托盤輸送垛盤輸送開(kāi)合托叉圖32 全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線工藝流程圖 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)是全自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的核心部位，而在包裝過(guò)程中，動(dòng)作多，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，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(qiáng)的故障診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開(kāi)關(guān)量，動(dòng)作關(guān)系復(fù)雜，I/O點(diǎn)數(shù)較多，選擇日本三菱公司的FX2N系列PLC。(1)硬件配置硬件配置包括FX2N基本單元、FX2N擴(kuò)展單元、檢測(cè)組件(光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、真空開(kāi)關(guān)等)、人機(jī)操作接口(按鈕、指示燈等)、控制組件(交流接觸器、變頻器、電磁閥等)以及執(zhí)行組件(電機(jī)和氣缸等)。［14］(2)具體的輸入輸出擴(kuò)展根據(jù)對(duì)于本生產(chǎn)線的分析，系統(tǒng)需要約130個(gè)輸入點(diǎn)、160個(gè)輸出點(diǎn)，總的點(diǎn)數(shù)約在290個(gè)左右，加上一定的點(diǎn)數(shù)裕量，系統(tǒng)總的輸入輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)該配置在320點(diǎn)左右，而FX2N系統(tǒng)最大的點(diǎn)數(shù)是256點(diǎn)，所以決定采取分段控制，將整個(gè)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(gè)PLC系統(tǒng)控制，具體的擴(kuò)展方法是FX2N128MR+FX2N48ER各一臺(tái)，共有點(diǎn)數(shù)176個(gè)，輸入點(diǎn)88個(gè)，編號(hào)范圍是X000～X127，輸出點(diǎn)88個(gè)，編號(hào)范圍是Y000～Y127；剩下的后面作為一個(gè)控制系統(tǒng)，使用FX2N128MR+FX2N16EYR，總點(diǎn)數(shù)144個(gè)，輸入點(diǎn)數(shù)64個(gè)，編號(hào)范圍是X000～X077，輸出點(diǎn)S0個(gè)，編號(hào)范圍是Y000～Y117。這樣系統(tǒng)的總點(diǎn)數(shù)為320點(diǎn)，其中輸入點(diǎn)152個(gè)，輸出點(diǎn)168個(gè)，可以滿足系統(tǒng)的要求。圖33是I/O擴(kuò)展連接示意圖。［15］FX2N128MRFX2N16EYRFX2N48ERFX2N128MR前段后段圖33 I/O擴(kuò)展連接示意圖(3)分配輸入/輸出點(diǎn)一般輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的信道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，即進(jìn)行編號(hào)。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸入繼電器，與輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸出繼電器。全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)包裝部分及碼垛部分輸入輸出接口如表332所示。表31 包裝部分I、O接口分配輸入輸出名稱名稱吸袋垂直氣缸X001垂直氣缸下降Y001吸袋真空裝置X002垂直氣缸上升Y002吸袋真空閥X003吸盤Y003上限位開(kāi)關(guān)X004垂直氣缸傾斜Y004傾斜氣缸電磁閥X005斜托板下降Y010斜限位開(kāi)關(guān)X006防滑吸盤吸袋Y011表31 包裝部分I、O接口分配續(xù)表31斜托板光電開(kāi)關(guān)X010磕頭裝置傾斜Y013光電開(kāi)關(guān)X011真空吸袋Y014真空電磁閥接通X012磕頭裝置立起Y015橫進(jìn)裝置裝袋點(diǎn)限位X013斜托板上升Y020傾斜