【文章內(nèi)容簡介】 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(guān)和光電開關(guān)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(nèi)的光電開關(guān)判斷托盤的數(shù)量 , 當(dāng)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(nèi)的最下端的托盤頂起 , 同時驅(qū)動電機 , 將下端的托盤送出 , 氣缸恢復(fù) , 托盤在通過光柵光電開關(guān)后 , 電機制動 , 作為下一循環(huán)的啟用托盤。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 3 包裝碼垛生產(chǎn)線 控制系統(tǒng)硬件 設(shè)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(fù)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(guān)量，而目前流行的 PLC 具有結(jié)構(gòu)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(guān)控制。所以選用 PLC作為控制系統(tǒng)的核心部件。本包裝碼垛自動生產(chǎn)線動作關(guān)系復(fù)雜， I/O 點數(shù)較多，以開關(guān)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(nèi)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(guān)電源。 5）對采用的器件進行嚴(yán)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(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)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(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或 電位； 強電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；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(luò)，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(jié)構(gòu) ； 為了適應(yīng)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(jié)構(gòu)。 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。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 ④ 編程簡 單易學(xué) ； PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門 知識 ，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。⑤ 安裝簡單，維修方便 ； 工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)示全包裝生產(chǎn)線的核心部分，而在包裝過程中 ，動作多，運動復(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(guān)量，動作關(guān)系復(fù)雜， I/0 點數(shù)較多，選擇日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC。該系列 PLC 為模塊式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的需要靈活地組合成最佳的配置。 ① 硬件配置 硬件配置包括 FX2N 基本單元、 FX2N 擴展單元、檢測元件 (光電開關(guān)、接近開關(guān)、真空開關(guān)等 )、人機操作界面 (按鈕、指示燈等 )、控制元件 (交流接觸器、變頻器、電磁閥等 )以及執(zhí)行元件 (電機和氣缸等 )。 ② FX2N 系列 PLC 輸入輸出擴展方法 ， FX2N 系列 PLC 是由電源、 CPU、輸入輸出和程序存儲器組成的單元型可編程控制器。其主機稱為基本單元，為主機備有可擴充輸入輸出點數(shù)的 “擴展單元 (電源 I/0)和擴展模塊 (I/0)”，此外，還可以連接特殊擴展設(shè)備，用于特殊控制。 在組織 FX2N 系列時，須考慮下述各點 : 輸入輸出總點數(shù)控制在 256 點以內(nèi)，其中輸入點數(shù)和輸出點數(shù)均不能超過184 點； DC24V 電源和 DC5V 電源的容量，基本單元和擴展單元內(nèi)部裝有電源，可以對擴展模塊供給 DC24V 電源，對特殊模塊供給 DC5V 電源，因此擴展模塊和特殊模塊的耗電量應(yīng)該控制在基本單元及擴展單元的電源范圍以內(nèi)； 對于 FX2N 基本單元，外接特殊單元和特殊模塊的數(shù)量，最多不超過 8 臺。關(guān)于輸入輸出序號的編號問題， FX2N 系列 PLC 使用如下的編號方法 : 1）輸入繼電器 (X)、輸出繼電器 (Y)的序號是由基本單元開始，按連接順序分配八進制數(shù)碼； 2）特殊擴展設(shè)備和 PLC 使用 PLC 的 FROM 和 T0 指令進行數(shù)據(jù)信息交換，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 但是輸入輸出繼電器不占序號； 3）功能擴展板， FX2NCNVIF 型轉(zhuǎn)換電纜，和輸出輸入點數(shù)無關(guān)。 ③ 具體的輸入輸出擴展 根據(jù)對于本生產(chǎn)線的分析，系 統(tǒng)需要約 130 個輸入點、 160 個輸出點，總的點數(shù)約在 290 個左右，加上一定的點數(shù)裕量，系統(tǒng)總的輸入輸出點數(shù)應(yīng)該配置在320 點左右，而 FX2N 系統(tǒng)最大的點數(shù)是 256 點，所以決定采取分段控制，將整個系統(tǒng)分成 2 段，前一段從電子稱重機到噴墨打印機，使用一個 PLC 系統(tǒng)控制，具體的擴展方法是 FX2N128MR+FX2N48ER 各一臺，共有點數(shù) 176 個，輸入點88 個，編號范圍是 X000～ X127，輸出點 88 個，編號范圍是 Y000～ Y127。剩下的后面作為一個控制系統(tǒng)，使用 FX2N128MR+FX2N16EYR，總 點數(shù) 144 個，輸入點數(shù) 64 個，編號范圍是 X000～ X077，輸出點 80 個，編號范圍是 Y000～Y117。這樣系統(tǒng)的總點數(shù)為 320 點，其中輸入點 152 個，輸出點 168 個，可以滿足系統(tǒng)的要求。圖 31 是 I/0 擴展連接示意圖。 前段 后段 圖 31 I/0 擴展連接示意圖 ④ 分配輸入 /輸出點信號、輸出點與輸出控制是一一對應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。FX2N 型 PLC 的輸入 /輸出通道號采用自由配置、固定通道方式。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點對應(yīng)的即為輸入繼電器，與輸出點對應(yīng)的即為輸出繼電器。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 3 33所示。 輸入 輸出 名稱 接口 名稱 接口 吸袋垂直氣缸 X001 垂直汽缸下降 Y001 吸袋真空裝置 X002 垂直汽缸上升 Y002 吸袋真空閥 X003 吸盤 Y003 上限位開關(guān) X004 垂直汽缸傾斜 Y004 傾斜氣缸電磁閥 X005 斜托板下降 Y010 FX2N128MR FX2N128MR FX2N16EYR FX2N48ER 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 表 32包裝部分 I/O接口分配 斜線位開關(guān) X006 防滑吸盤吸袋 Y011 斜托板光電開關(guān) X010 磕頭裝置傾斜 Y013 光電開關(guān) X011 真空吸袋 Y014 橫進裝置減速開關(guān) X012 磕頭裝置立起 Y015 橫進裝置裝袋點限位 X013 斜托板上升 Y020 傾斜限位 X014 抱板閉合 Y021 磕頭裝置到位信號 X015 大夾子閉合 Y022 橫進裝置取袋點限位 X020 料斗下縮口 夾子張開 Y024 夾抱限位 X021 取袋真空裝置打開 Y025 橫進裝置移動限位開關(guān) X022 縮口夾子向里放 Y026 開袋真空檢測 X023 夾輥氣缸動作 Y027 夾袋壓力檢測 X024 開袋 Y030 打開袋口 X040 抱袋 Y031 橫進裝置限位 X041 張開 Y033 橫進裝置到位 X050 縮口夾子張開 Y037 輸送帶 X051 放料門插入 Y040 倒袋 X053 拍打板上升 Y042 整形 X054 敦實 Y043 金屬檢測 X055 折邊 Y044 金屬 信號 X056 縫口 Y045 重量檢測 X057 倒袋氣缸伸出 Y050 包裝子程序啟動 X127 整形汽缸動作 Y051 檢測器聲光報警 Y060 檢選機剔除 Y061 橫進裝置 Y100 輸入 輸出 名稱 接口 名稱 接口 編組傳輸光電開關(guān) X001 轉(zhuǎn)位機轉(zhuǎn)位 Y071 料袋傳輸限位開關(guān) X002 編組傳輸電機 Y004 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 推推袋擋板關(guān)閉 X003 轉(zhuǎn)位傳輸電機 Y005 滿半層信號 X004 緩?fù)C運轉(zhuǎn) Y006 滑臺限位開關(guān) X005 推袋 Y000 推袋前端限位 X006 滑臺推袋擋板打開 Y001 側(cè)面整形擋板 .X007 推袋機返回 Y002 碼垛位限位 X010 分層機分層 Y003 壓袋限位 X011 升降機下降 Y007 壓袋返回 X012 前端推袋擋板打開 Y074 分層機滿信號 X013 側(cè)面整形 Y075 滿一層信號 X015 壓袋機壓袋 Y076 前端推袋擋板 X016 托盤輸送機 Y020 托盤至碼垛位 X020 升降機上升 Y010 升降機上限位 X021 聲光報警 Y030 升降機上臨 界 X022 排垛輸送 Y031 升降機下限位 X023 托盤倉動作 Y035 分層機開 X024 垛盤輸送機 Y036 分層機關(guān) X025 托盤倉聲光報警 Y040 緩?fù)C占位 X026 托盤倉上升 Y050 編組機滿 X027 托盤倉下降 Y051 垛盤位空 X030 托盤叉打開 Y052 空托盤到位 X03 托盤叉合上 Y053 托盤叉位置空 X034 垛盤緩沖位置空 X035 緩沖位置限位 X037 托盤上升信號 X050 待傳位信號 X051 托盤倉上 位 X052 托盤倉中位 X053 實垛盤到位 X054 托盤倉底部位 X055 托盤倉下降 X057 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 表 33 碼垛部分 I/O 接口分配 控制系統(tǒng)供電原理圖 系統(tǒng)供電電源采用三相四線制上機供電。供電電源等級為 AC380177。5％，50Hz。上電源經(jīng)總的低壓斷路器 “QF0”為整機供電。其中 QFl 給包裝部分電機～ 提供電源， QF2 給碼垛部分電機 ～ 提供電源， QF3 給變頻器和電機 ～ 提供電源， QF4 為打印機、金檢、重量復(fù)檢提供電源。普通電機的主回路包括交流接觸器和熱繼電器，變頻調(diào)速電機包括交流接觸器、熱繼電器和變頻器，制動電機還包括制動單元的輔助回路。 整機的接地保護與系統(tǒng)的接地保護網(wǎng)相聯(lián)接。系統(tǒng)供電原理圖見圖 34，電機控制電路圖見圖 35。 圖 34 系統(tǒng)供電原理圖 轉(zhuǎn)位機停止 X060 碼垛程序啟動 X077 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 包裝碼垛自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 圖 316 電機控制電路圖 R S T N KR 繼電器