【文章內(nèi)容簡介】 and takes the bag, the automatic bagging control function automatically. Finally has entered the summary to the full text, set present39。s work requirement. Key word: Cement。 Packs the system。 PLC 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 研究背景與意義 [1][5] 近年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人民生活水平逐步提高，城鄉(xiāng)建設(shè)步伐加快，國家在基礎(chǔ)設(shè)施方面的投資日益增大。隨著城鄉(xiāng)建設(shè)步伐的加快，國家在基礎(chǔ)設(shè)施方面投資的增加，水泥的需求量日益增大，對水泥包裝的要求 ,尤其是對計量精度和包裝環(huán)境的要求越來越高。因為這涉及到水泥生產(chǎn)企業(yè)和消費者的利益，如果水泥包裝精度不高，誤差太大，如果誤差為正，這嚴(yán)重影響了水泥生產(chǎn)企業(yè)的利益，如果誤差為負(fù)，這又影響了消費者的利益 ,因此要求水泥包裝的計量精度要高。國家在這方面也制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 眾所周知水泥 廠的生產(chǎn)環(huán)境是十分惡劣的，工人在這里工作受到的最大危害是粉塵污染，如果水泥粉塵被吸如，進(jìn)入呼吸道和肺，會嚴(yán)重影響到身體的健康，而日益增大的水泥需求量提高了水泥廠工作人員的勞動強(qiáng)度，如果控制的自動化程度不高，既增加了工作人員的勞動強(qiáng)度，又使生產(chǎn)效率低下。 我國現(xiàn)階段雖然有些水泥生產(chǎn)企業(yè)對水泥包裝工藝和包裝設(shè)備進(jìn)行了改造，但其自動化程度和包裝的計量精度仍然不高。然而大多數(shù)中小水泥生產(chǎn)企業(yè)，其水泥包裝仍然采用傳統(tǒng)的包裝工藝和生產(chǎn)設(shè)備，其自動化程度和包裝的計量精度可想而知。自動化程度低、計量精度差，工作人員勞動強(qiáng)度 大，生產(chǎn)效率低。這嚴(yán)重影響了水泥生產(chǎn)企業(yè)的效益和信譽。傳統(tǒng)的控制方式是分散控制，包裝工藝上的各設(shè)備都單獨啟動和停止。開停設(shè)備比較煩瑣，又不利于監(jiān)控。傳統(tǒng)的計量系統(tǒng)是采用機(jī)械稱計量系統(tǒng)，機(jī)械稱計量系統(tǒng)計量精度低，容易受干擾，誤差大，調(diào)整非常麻煩。而一些相對比較新的計量系統(tǒng)，由于所選元件可靠性不高，或者設(shè)計上的一些不足導(dǎo)致誤差也比較大，因為水泥廠的粉塵污染、高溫、強(qiáng)電磁干擾等因素，使計量系統(tǒng)的計量精度和可靠性受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。要想計量系統(tǒng)具有高精度、低誤差、高可靠性，在硬件選型設(shè)計和軟件設(shè)計時必須考慮到各種影響因素 。 總的來看，我國水泥生產(chǎn)企業(yè)目前所使用的水泥自動稱量包裝系統(tǒng)存在的主要問題有：（ 1）計量精度差；（ 2）自動化程度低；（ 3）可靠性差。 為了解決目前存在的主要問題，需深入了解水泥包裝過程中的各種不利因素，在設(shè)計時充分考慮到這些不利因素，找到解決這些問題的辦法。通過控制算法的改進(jìn)，和仿真工具的仿真以及現(xiàn)場實際實驗，力保研究設(shè)計出來的產(chǎn)品滿足生產(chǎn)要求。在一定程度上解決青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 當(dāng)前水泥包裝中的一些突出問題。 對水泥自動稱量包裝系統(tǒng)進(jìn)行研究，對于提高生產(chǎn)效率、降低勞動強(qiáng)度，節(jié)能降耗、提高企業(yè)競爭力，等方面都具有十分重要的現(xiàn) 實意義。在水泥自動稱量包裝系統(tǒng)中，主控系統(tǒng)采用 PLC 進(jìn)行設(shè)計以提高系統(tǒng)的自動化水平，采用變頻器調(diào)速以適應(yīng)工人工作所要求的轉(zhuǎn)速和節(jié)能降耗。 水泥自動稱量包裝系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 經(jīng)過多年的發(fā)展，我國的水泥包裝系統(tǒng)經(jīng)歷了從手動到半自動到自動的發(fā)展歷程，現(xiàn)階段我國自行研制的新型水泥包裝系統(tǒng)已逐步應(yīng)用于生產(chǎn)，新型的水泥包裝系統(tǒng)無論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)還是在電控上都有較大的改進(jìn)。雖然新型的水泥包裝系統(tǒng)在性能方面有了很大改進(jìn)，但鑒于水泥廠的環(huán)境包括粉塵污染、高溫、強(qiáng)電磁干擾等因素的影響。新型水泥包裝系統(tǒng)在計量方面仍差強(qiáng)人 意。與國外生產(chǎn)的水泥包裝系統(tǒng)仍有很大差距。新型的水泥包裝系統(tǒng)采用的計量裝置是單片機(jī)為 CPU 的采樣控制電路和拉力傳感器組合而成，雖然較以前有很大提高，但是在設(shè)計時有可能考慮的因素較少，計量精度不算太高。在控制方面新型的水泥包裝系統(tǒng)仍是采用傳統(tǒng)的控制方式，因此在控制方面存在很多不足之處，如不能電機(jī)調(diào)速，電機(jī)不能調(diào)速的后果是操作員不能根據(jù)實際情況和自己的要求調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這樣影響了水泥包裝的精度和效率。在可靠性方面，由于采用傳統(tǒng)的控制方式，可靠性不高，需經(jīng)常進(jìn)行維修，這樣就嚴(yán)重影響了水泥包裝的效率。其他方面，如機(jī)械結(jié) 構(gòu)設(shè)計不盡合理等。這些因素都是影響水泥包裝的效率和誤差的因素。高效率，高精度計量是檢驗水泥包裝系統(tǒng)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。未來水泥包裝系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是高度自動化，高的計量精度，高效率，高可靠性。 PLC 在包裝系統(tǒng)上應(yīng)用的可能性和前景 [6] 包裝系統(tǒng)的最大特點是動作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯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)行編程后來取代。從物理介質(zhì)方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存 器，在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。一般的 PLC 都有上百點內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對 PLC青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 進(jìn)行編程。事實上 PLC 用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然我們不僅忽視了 PLC 的另一個優(yōu)點，那就是其運行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來講， PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場合。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多點 : 1) 更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動 。 2) 程序可以復(fù)制， 批量生產(chǎn)很容易 。 3) 電氣硬件設(shè)計大大簡化 。 4) 由于 PLC 除有繼電器功能外，尚有多種其它功能，可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機(jī)構(gòu)簡化 。 5) 可靠性高 。 6) 成本相對于繼電控制而言稍高，但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù)量的增加，成本急驟上升，而 PLC 控制幾乎保持不變，這一點對于復(fù)雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性 。 7) 具有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多 I/O 時可以方便地擴(kuò)展。 因此，國外在注塑機(jī)、各種包裝系統(tǒng)上已經(jīng)大量地采用了 PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高 。我國包裝系統(tǒng)目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用 PLC 來取代，則可以簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計都可以得到簡化。更重要的是可以使來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn)，使機(jī)器在某種程度上實現(xiàn)智能化。 通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng)。 項目研究的主要內(nèi)容 ，明確背景知識與選型根據(jù) 。分析PLC 在包裝系統(tǒng)上應(yīng)用的可能性與前景。 。了解水泥子自動稱量包裝系統(tǒng)的工作過程及工藝要求?？偨Y(jié)各機(jī)構(gòu)的動 作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實現(xiàn)高速全自動運動控制做準(zhǔn)備。 ，包括控制方案的選取與設(shè)計、 I/0 接口信號的確定、模塊的選擇，控制程序的設(shè)計。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 水泥自動稱量包裝機(jī)械系統(tǒng) 概述 出廠水泥有兩種形式：包裝和散裝。而袋裝水泥具有易于堆垛和儲存，不同 品種、等級的水泥易于標(biāo)記，可分類存放和便于計量等優(yōu)點。因此在水泥生產(chǎn)企 業(yè)得以廣泛采用，水泥包裝成為水泥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)中重要的組成部分。 水泥自動稱量包裝控制系統(tǒng)設(shè)計 水泥自動稱量包裝系統(tǒng)是由多個獨立的包裝單元組成的， 每一個包裝單元均由三大系統(tǒng)組成 :一是由水泥散料容器輸出口、傳動部件組成的喂料灌裝系統(tǒng)；二是由電子稱重機(jī)、裝袋機(jī)組成的自動計量系統(tǒng)；三是由電氣柜、氣動控制箱（板）及其他氣動元件組成的自動控制系統(tǒng)。包裝系統(tǒng)的操作主要配置自動供袋機(jī)和自動裝袋機(jī)進(jìn)行連續(xù)供袋與裝袋。包裝袋套上喂料嘴后 (此動作本身撥動了啟動閥 )光電管發(fā)出信號，計量系統(tǒng)去皮清零，壓袋氣缸立即自動壓住空袋，喂料口閘門自動打開，同時啟動喂料電機(jī)使之處于喂料階段。包座（智能稱重傳感器）托住物料包的下部并進(jìn)行跟蹤計量，當(dāng)包裝物料到達(dá)額定量時，計量系統(tǒng)發(fā)出信號， 通過氣缸將喂料口關(guān)閉，罐裝結(jié)束。滿袋后到達(dá)卸袋工位，計量系統(tǒng)發(fā)出信號，推袋氣缸推袋，完成一袋灌裝。 水泥自動稱量包裝系統(tǒng)系統(tǒng)是由幾臺單機(jī)聯(lián)合工作，完成水泥的高精度計量包裝。其主要設(shè)備有水泥散料容器、電子稱重機(jī)、自動供袋機(jī)、自動裝袋機(jī)等；包裝系統(tǒng)以下水平方向的設(shè)備，主要有縫紉機(jī)、皮帶輸送機(jī)等組成自動化生產(chǎn)線。其工作流程如下：水泥散料容器輸出口→水泥包裝系統(tǒng)→皮帶輸送機(jī)。 水泥由水泥散料容器輸出口喂入水泥自動包裝系統(tǒng)，包裝后的水泥包由皮帶輸送機(jī)送入其他設(shè)備或水泥庫。其中，水泥自動包裝系統(tǒng)稱為主系統(tǒng)，其余系統(tǒng)稱為 輔系統(tǒng)。 電子稱重機(jī) 電子稱重機(jī)是包裝機(jī)的起始部機(jī) ，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(jié)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(dá)到 800～ 1000 包 /小時。整個青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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(dāng)進(jìn)料量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的粗進(jìn)料值時 (一般為總量的80%85%左右 )，粗進(jìn)料氣缸復(fù)位，粗流料門關(guān)閉，快速投料過程停止 。這時粗流料門前端有一方 形孔即細(xì)流口還沒關(guān)閉，物料從該方形孔中繼續(xù)投料，即開始細(xì)投料過程，當(dāng)充填物料達(dá)到預(yù)置重量時，細(xì)投料氣缸復(fù)位，細(xì)流料門關(guān)閉，給料結(jié)束。秤體采用雙傳感器的并聯(lián)組秤方式，秤體結(jié)構(gòu)采用鋼絲懸拉等減振措施，可以提高稱重精度。排料系統(tǒng)采用氣動控制的雙斜式連桿結(jié)構(gòu)，具有排料速度快，沖擊小的優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 圖 21 電子稱重機(jī) Autoweighing machine 自動供袋機(jī) 自動供袋機(jī)是由供袋 器、吸袋器、袋子傳送器、接袋器、取袋器等部件組成，如圖 22所示。全自動包裝供袋工作是由供袋機(jī)械自動完成，操作人員只要將空袋子按要求放到上袋機(jī)的備用倉中就可以了。當(dāng)袋倉中沒有袋子時備用袋倉中的袋子會被送袋機(jī)構(gòu)整捆地自動送到供袋器的袋倉中去。供袋器是兩工位板式結(jié)構(gòu)，每一工位大約存儲 300 個包裝袋。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(jī)的斜板上。在導(dǎo)向板、接袋器、吸盤和光電開關(guān)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(jī)的中心線上，等待裝袋機(jī)將包裝袋取走。自動供袋機(jī)供袋青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 速度快，供袋質(zhì)量穩(wěn)定可靠，易于實現(xiàn)包裝工作的自動化。 圖 22 供袋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 Autobag feed group diagram 自動裝袋機(jī) 自動裝袋機(jī)是由過渡料斗、取袋開袋夾送裝置、翻門縮口裝置、機(jī)架等構(gòu)成，如圖 23所示。過渡料斗是裝袋機(jī)聯(lián)接電子稱重機(jī)的過渡裝置，它可以存儲一袋物料，提高電子稱重機(jī)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(dǎo)入裝袋機(jī)并防止裝袋機(jī)產(chǎn)生的振動傳遞到電子稱重機(jī)上。取袋開袋夾送裝置將自動供袋機(jī)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(jìn)行 )為填裝物料做準(zhǔn)備，同時將己裝好物料的料袋送到夾口整形機(jī)內(nèi)。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(jī)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(jìn)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(jī)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(guān)閉，夾袋手爪將袋口繃緊，松開，放到輸送機(jī)上，再由取袋夾送裝置在取袋的同時夾送到夾口整形機(jī)內(nèi)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 23 裝袋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 Automatic bagging machine diagram 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 3 氣動及真空系統(tǒng) 氣動系統(tǒng) [7][8] 氣源處理裝置由排水過濾器、減壓閥、油霧器組成。排水過濾器將壓縮空氣中的贓物和水分濾出，由減壓閥把空氣壓力降到預(yù)定壓力，然后供給電磁閥和氣缸。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(diào)整空氣壓力可由壓力表直接讀出。 氣源處理裝置簡圖如圖 31 所示。 圖 31 氣源處理裝置簡圖 Device of dealing with gas diagram 氣路系統(tǒng)由基本回路構(gòu)成，基本回路由電磁閥、氣缸、管路、調(diào)速器、消音器組成。電磁閥控制氣體通斷及執(zhí)行機(jī) 構(gòu)換向。氣缸是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本元件，承擔(dān)負(fù)載、輸出力及轉(zhuǎn)矩。調(diào)速器用來調(diào)節(jié)氣缸的運動速度，以滿足負(fù)載的不同速度要求。消音器用來排除排氣噪聲，保護(hù)環(huán)境。 基本回路簡圖如圖 32 所示。 圖 32 基本回路簡圖 Basie aerodynamic loop diagram 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院工程系本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 橫進(jìn)裝置是包裝機(jī)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(cè)夾住袋口，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(guān) 閉閥門，使壓縮空氣只能經(jīng)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，其運動速度及減慢下來的速度均由調(diào)速器調(diào)節(jié)，只要不產(chǎn)生振動即可。前后兩閥門的開關(guān)控制由配置在橫進(jìn)裝置上的霍爾開關(guān)控制。橫進(jìn)裝置氣路簡圖如圖 33 所示。 圖 33 橫進(jìn)裝置氣路簡圖 Across device aerodynamic loop 裝袋、夾袋、開袋口的氣路系統(tǒng)為基本氣動回路如圖 34 所示。橫進(jìn)裝置上設(shè)置的開袋口吸盤，夾住袋子送到料斗下面，夾袋機(jī)構(gòu)夾住袋口兩側(cè)后，向內(nèi)側(cè)縮口的同時，開袋口機(jī)構(gòu)張開，打開袋 口。 開口吸袋器在行進(jìn)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(dá)到設(shè)定值，則棄袋 。若達(dá)到設(shè)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(dá)到設(shè)定值 。二是伸縮料門擊偏或擊倒了袋子。 夾袋機(jī)構(gòu)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其原來位置。裝袋時，開口吸袋器不再吸著袋子，返回初始位置。 夾緊檢測器的設(shè)定值 為 :2kg/cm2(相對 )。 真空檢測器的設(shè)定值為 :300mmHg 以上。 青島