【正文】 .........................34 圖 B 碼垛部分的梯形 圖 .............................................36 圖 C 電氣控制主電路圖 .............................................41 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 1 緒論 引言 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)力水平的不斷提高，人們對(duì)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工作環(huán)境同時(shí)重視起來。而傳統(tǒng)的人工包裝由于其生產(chǎn)效率低下而成為這些行業(yè)產(chǎn)量和包裝 質(zhì)量提高的巨大障礙，已不能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。國(guó)際上日本 NEWLONG、英國(guó) BL、美國(guó) ORY 等公司掌握了包裝先進(jìn)技術(shù)。在新的世紀(jì) , 隨著我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及知識(shí)經(jīng)濟(jì)所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn) , 包裝碼垛機(jī)械必將發(fā)揮越來越重要的作用 , 為國(guó)民 生產(chǎn)產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)根據(jù)十條要求研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器 PDP14，并在 GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。經(jīng)過 30多年的發(fā)展，現(xiàn)在可編程控制器己經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。 可編程序邏輯控制器 (Programmable Logical Controller)，又稱 PC 或 PLC，它是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的一種為用于工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，這種系統(tǒng)用可編程序存儲(chǔ)面向用戶指令的內(nèi)部寄存器，完成規(guī)定的功能，如：邏輯、順序、定 時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等，通過數(shù)字量的輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鞯某霈F(xiàn)，除了取代傳統(tǒng)的繼電器控制外，正在逐步占領(lǐng) DCS 和 PID 市場(chǎng)份額。全球最大的 5 家 PLC 制造商，德國(guó) SIEMENS 公司、美國(guó) AB 公司 、 SCHNEIDER 公司、日本的 MITSUBISHI 公司、 OMRON 公司、三菱公司約占全球市場(chǎng)銷售額的 67％。 我國(guó)應(yīng)用 PLC還處于初級(jí)階段，而且局限于鋼鐵、化工、汽車、機(jī)床、煤炭、電站等領(lǐng)域，其他行業(yè)的應(yīng)用尚未普及，中國(guó)尚有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域等待開拓。 我國(guó)的包裝設(shè)備在許多方面采用了 PLC，并取得了非常好的效果。僅僅將 PLC理解為開關(guān)量控制的時(shí)代已經(jīng)過去， PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。趨勢(shì)如下： （ 1）系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展。小是指小型化、專用化、模塊化、低成本。 （ 3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。它是集喂料、流量測(cè)量和控制于一身的設(shè)備。定量給料在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來 越重要的作用，正因?yàn)槠鋺?yīng)用的廣泛性，如果能提高給料系統(tǒng)的精度、自動(dòng)化程度，就有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。工業(yè)機(jī)器人是在第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展起來的，始于 40 年代的美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械操作手。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 它可以是固定式或移動(dòng)式的，用于工業(yè)自動(dòng)化作業(yè)中。 包裝碼垛生產(chǎn)線是機(jī)電儀一體化高技術(shù)產(chǎn)品，適用于化工、糧食、食品及醫(yī)藥等行業(yè)。通過可編程序控制器，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的工作過程進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障或供料不足，供袋不及時(shí)、出垛不及時(shí)等，進(jìn)行聲光報(bào)警。包裝碼垛生產(chǎn)線簡(jiǎn)單地講，它是由包裝機(jī)械和碼垛機(jī)械組成的，其中的主要部分 還是包裝機(jī)械，碼垛機(jī)械是從包裝生產(chǎn)線上分離出來而發(fā)展起來。 圖 包裝碼垛生產(chǎn)線流程圖 在我國(guó)，包裝機(jī)械的研制始于 1958 年，主要是自用設(shè)備，屬革新產(chǎn)品，未進(jìn)入市場(chǎng)，正式包裝生產(chǎn)線起始于七十年代初，“八五”期間呈全方位發(fā)展態(tài)勢(shì)，“九五”期間進(jìn)入轉(zhuǎn)型期，逐步成為高科技、高效益、現(xiàn)代化、國(guó)防化的產(chǎn)業(yè)。 80 年代初，包裝機(jī)械作為新興的工業(yè)部門開始發(fā)展起來，經(jīng)過近二十年的艱苦努力，一支從事包裝設(shè)備科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及教育管理的行業(yè)隊(duì)伍已形成，并初具規(guī)模，產(chǎn)品品種不斷增加，產(chǎn)量迅速上升，技術(shù)水平逐年提高，作為包裝機(jī)械工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的崛起中正在不斷發(fā)展完善。 （ 2）完成對(duì) 包裝碼垛 控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程分析及控制系統(tǒng)功能，系統(tǒng)硬件分析控制參數(shù)選擇及電控系統(tǒng)的需求， PLC的選型，確定此系統(tǒng) 的布置形式。 來自 主廠 房的 料物 傳感 器稱 重料 斗 電子 稱重 機(jī)組 封口機(jī) 碼垛系統(tǒng) 倉(cāng)庫(kù) 輸送機(jī) 輸送機(jī) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 4 （ 4）系統(tǒng)軟件分析，系統(tǒng)狀態(tài)流程圖設(shè)計(jì)，系統(tǒng)抗干擾措施。所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引進(jìn)了電子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、執(zhí)行部件、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備以及軟件等有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)，即機(jī)械、執(zhí)行、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)的支配下，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行組合而形成的一種新型機(jī)械系統(tǒng)。其五種內(nèi)部功能即主功能、動(dòng)力功能、檢測(cè)功能、控制功能、構(gòu)造功能。另一大特點(diǎn)是節(jié)省能源和材料消耗。 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線主要應(yīng)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(dòng)包裝碼垛。包裝部分實(shí)現(xiàn)定量稱重、自動(dòng)供袋、裝袋、夾口整形、折邊縫口、金屬檢測(cè)、重量復(fù)檢等功能。 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 電子稱重機(jī)是包裝機(jī)起始部機(jī)，其作用是完成物料的定值稱重、投料等作業(yè)。整個(gè)稱重系統(tǒng)的動(dòng)力源采用氣動(dòng)元件。 自動(dòng)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。當(dāng)袋倉(cāng)中沒有袋子時(shí)備用袋倉(cāng)中的袋子會(huì)被送袋河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 6 機(jī)構(gòu)整摞地 自動(dòng)送到供袋器的袋倉(cāng)中去。傳送器將袋子輸送到供袋機(jī)的斜板上。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。但機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且對(duì)袋子的材料、尺寸和質(zhì)量以及往備用袋倉(cāng)中碼放袋子時(shí)袋口的方位等都有一定的要求。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(chǔ)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(shí)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(dòng)傳遞到電子稱重機(jī)上。在主氣缸行程兩端安裝有緩沖器，使主氣缸在行程端點(diǎn)得以 緩沖并使裝袋機(jī)振動(dòng)減輕。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(shí)夾送到夾口整形機(jī)內(nèi)。該機(jī)實(shí)現(xiàn)料袋水平面內(nèi)回轉(zhuǎn) +90度 , 90度， 180度三種角度 ,料袋所需回轉(zhuǎn)的角度是以保證料袋口向內(nèi)為準(zhǔn) , 保證垛 形整齊、美觀。此時(shí)夾板打開 , 輸送電機(jī)啟動(dòng) ,送到下一工位。當(dāng)位于輸送帶入口處的光電開關(guān)檢測(cè)到一個(gè)料袋到來時(shí)，立即啟動(dòng)減速電機(jī)將料袋向前拖動(dòng)到預(yù)定距離，而后停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng) 完成二袋豎放或三袋橫放時(shí)，推袋裝置便把這組料袋推到緩?fù)０迳蠒捍?。由于緩?fù)０宓脑O(shè)置減少一次來回推袋的時(shí)間，從而提高了河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 7 碼垛效率。當(dāng)編組機(jī)完成一組時(shí) ,接近開關(guān)給出信號(hào) , 推袋壓袋機(jī)的減速電機(jī)動(dòng)作 ,帶動(dòng)推袋小車將料袋組用擋板推至緩沖區(qū) ,然后推動(dòng)小車的擋板在氣缸的作用下抬起 , 同時(shí)電 機(jī)反向返回 ,這一系列動(dòng)作由一組接近開關(guān)狀態(tài)決定。升降機(jī)在碼垛達(dá)到 8層后 , 將托盤送至托盤輸送機(jī) ,托盤倉(cāng)的啟用托盤電機(jī)啟動(dòng) ,將托盤送到升降機(jī) ,到位后升降機(jī)帶著托盤升到位 ,等待料袋組碼垛。 托盤倉(cāng) : 是存儲(chǔ)一定量的托盤 , 并自動(dòng)完成托盤輸送過程的部分。 包裝碼垛生產(chǎn)線各部分功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣缸、電磁閥、氣電轉(zhuǎn)換器、氣源處理裝置、真空系統(tǒng)等組成的氣體系統(tǒng)。 氣源處理裝置 ： 該裝置由排水過濾器、減壓閥、油霧器組成。油霧器中的潤(rùn)滑油由壓縮空氣順空氣流動(dòng)方向帶到需潤(rùn)滑的電磁閥和氣缸。 氣路的基本回路 ： 氣路系統(tǒng)由基本回路構(gòu)成，基本回路有電磁閥、氣缸、管路、調(diào)速器、消音器組成。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。消音器用來排除排氣噪聲，保護(hù)環(huán)境。該氣缸在返回（或向前）運(yùn)動(dòng)時(shí)，以高速移動(dòng)，在接近行程終點(diǎn)附近某一點(diǎn)關(guān)閉閥門，使壓縮空氣只能進(jìn)過另一個(gè)狹窄的通道而限速，氣缸移動(dòng)速度便慢下來，然后停住，其運(yùn)動(dòng)速度均由調(diào)速器調(diào)節(jié)，只要不產(chǎn)生振動(dòng)即可。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝碼垛自動(dòng)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(cè) :該氣路系統(tǒng)為基本氣動(dòng)回路。 開口吸袋器 在行進(jìn)時(shí)，啟動(dòng)真空裝置，并通過真空檢測(cè)器檢測(cè)真空度。這時(shí)，伸縮料門伸入袋口中卸料。 夾袋機(jī)構(gòu)夾住袋口的同時(shí)，夾緊探測(cè)器便發(fā)出一個(gè)對(duì)袋子的探測(cè)信號(hào)，夾緊之后檢測(cè)到袋子正常時(shí)，便發(fā)出投料信號(hào)。棄袋或夾緊檢測(cè)未探測(cè)到袋子，要把各個(gè)功能部件返回到原來位置。 碼垛機(jī)的氣路系統(tǒng) :碼垛機(jī)氣路系統(tǒng)中重 要部分為托盤倉(cāng)的氣缸升降系統(tǒng)。如電子稱重機(jī)、吸袋、取袋等。它是包裝機(jī)的主要部分之一，其主要功能是吸袋及開袋等。 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(diǎn)數(shù)而定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其 30%~70%量程內(nèi)，但有較大沖擊力的衡器，在選用傳感器時(shí)，一般要使傳感器工作在其量程的 20%~30%之內(nèi)，才能保證傳感器的使用安全和壽命。 傳感器的穩(wěn)定性有定量的指標(biāo)，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。 光電式傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度以及物體的河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線系統(tǒng)組成 9 形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 3 包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在包裝過程中，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。所以選用 PLC 作為控制系統(tǒng)的核心部件 。 PLC 控制的優(yōu)點(diǎn) 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(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 （ 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 （ 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(kuò)大。 ② 豐富的 I/O 接口模塊 ； PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，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(qiáng)電或弱電等。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊 。 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)。 ④ 編程簡(jiǎn)單易學(xué) ； 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 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(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門 知識(shí) ，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。 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(yùn)行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開關(guān)量，動(dòng)作關(guān)系復(fù)雜， I/0 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)元件 (光電開關(guān)、接近開關(guān)、真空開關(guān)等 )、人機(jī)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(jī)和氣缸等 )。其主機(jī)稱為基本單元，為主機(jī)備有可擴(kuò)充輸入輸出點(diǎn)數(shù)的 “擴(kuò)展單元 (電源 I/0)和擴(kuò)展模塊 (I/0)”，此外，還可以連接特殊擴(kuò)展設(shè)備，用于特殊控制。關(guān)于輸入輸出序號(hào)的編號(hào)問題， FX2N 系列 PLC 使用如下的編號(hào)方法 : （ 1）輸入繼電器 (X)、輸出繼電器 (Y)的序號(hào)是由基本單元開始，按連接順 序分配八進(jìn)制數(shù)碼 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 （ 3）功能擴(kuò)展板， FX2NCNVIF 型轉(zhuǎn)換電纜，和輸出輸入點(diǎn)數(shù)無關(guān)。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～ X