【正文】 作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氣體推動氣缸，從而帶動機械結構移動來實現(xiàn)的。 具體的工作過程如下：包裝紙以卷筒的形狀放在原料架上，當開始動作時，送紙電磁閥 控制送紙，短氣缸運動。分料電磁閥控制顆粒箱轉動進行分料動作。送料架運動一段位移以后，當碰到傳感器時，壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥得電，壓紙電磁閥控制送紙架上的氣缸使之將紙壓緊，為送紙架托著紙帶做準備。這樣前吸后夾地將紙帶往前送，此時顆粒箱仍然順（逆）時鐘轉動，送紙架繼續(xù)往前運動，碰到傳感器時壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥斷開，同時抽真空電磁閥得電，使紙帶吸緊在切紙板 上，使之不會隨送紙架的返回而折疊。 送紙架返回碰到傳感器時裁紙壓紙電磁閥通電，氣缸作用，切紙板往下運動，海綿墊板壓緊紙帶然后在刀片的作用下將紙帶裁成邊長為 50mm 28mm、夾角為65 度的菱型紙片。 當切紙板上位傳感器采集到信號時，插紙電磁閥得電氣缸動作使插紙桿向下運動，進行插紙下料動作，插紙下料運動由兩個氣 缸為其提供動力，插紙長氣缸下降（插紙一）以后有個短暫的停留時間，在這個短暫的停留時間里分料板要完成錯位動作實現(xiàn)下料，此時料斗閥門電磁閥得電料斗閥門打開，顆粒沿著中空的插紙桿下滑到?jīng)_壓成 U 型的紙盆內。當顆粒填充完畢以后，料斗閥門閉合且插紙桿繼續(xù)向上運動，當插紙桿碰到上位傳感器時，插紙桿動作結束。此時包扎好的成 品在自重的作用下掉到收集箱內，完成了整個包裝過程。由于顆粒料包裝機控制對象較多，有送紙過程中的過程中的同步控制，壓紙裁紙、下料過程中的位置控制，所謂過程中的壓力控制，且被控對象比較集中，因此我們采取集中控制系統(tǒng)方案。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近，且相互之間的動作有一定 聯(lián)系的場合。遠程 I/O 控制系統(tǒng)的控制結構比較獨特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)的特點，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對象比較分散、工程費用較低的場合。這些不足，我們選用人機界面來彌補。 為提高 PLC 及 系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層隔離，輸入信號光電隔離，遠離強電布線，模擬量信號和脈沖信號采用屏蔽線傳遞，采用放射性一點接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。 ：各工步都可單獨點動，按鈕釋放即停止運行； ：按下啟動按鈕，運行一個工步，到位即停。在自動方式下，中途若按下復位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運行到第一步開始位置才停止；若按下停止按鈕，則運行立即停止，此時若再按啟動，系統(tǒng)即從該位置運行到第一步開始處停止。與運行方式的設計相對應，還必須考慮停止運行方式的設計。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包裝機運行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結束或接收到操作人員的停止運行指令或設備出現(xiàn)故障或 異常情況時才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車。 PLC 控制系統(tǒng)硬件總體設計 總體結構關系 本系統(tǒng)采用 PLC 和人機界面兩級控制的結構。人機界面用來進行參數(shù)的修改與設定、全自動控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。 控制系統(tǒng)主要器件的選擇 顆粒料包裝機控 制系統(tǒng)主要器件包括人機界面、 PLC 等。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配值。 根據(jù)對上述控制任務的分析，本項目選擇了三菱公司的中小型 PLC系統(tǒng) FX1N系列，它能滿足中等性能要求的應用，應用領域相當廣泛。除了可以擴展 輸入輸出，還具有模擬量控制和通訊鏈接功能的等擴展性。 FX1N 系列 PLC 的特點： 1. 定位控制功能是標準配置； 2. 使用關鍵字功能保護程序 ； 3. 內置不用電池的 EEPROM 存 儲器，無須維護 [17] ； 4. 內置 RUN/STOP 開關 ，運轉 /停止執(zhí)行簡便； 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 9 5. 設備不停機時更改程序 ； 6. 特別適于高速處理； 而 FX1N 系列 PLC 控制規(guī)模為 24～ 128 點（基本單元： 24/40/60 點）特點有： 集成化 CPU、電源、輸入輸出合為一體。另外，也可以擴展輸入輸出和特殊模塊。 存儲器規(guī)格大 內置 8000 步 EEPROM 存貯器 無需電池，維護輕松 軟元件范圍豐富 輔助繼電器： 1536 點，定時器： 256 點，計數(shù)器： 235 點，數(shù)據(jù)寄存器： 8000點。紙供送結構要求包裝機以一定的速度送到指定的位置，中間必須保證送至過程的連續(xù)，保證定位切斷準確，所切出來的紙的形狀完整無誤差。同時還要求排除一些干擾因素，像其中最常見的是卷帶被牽引供送時發(fā)生拉伸變形和同輥面打滑。導輥組２、張緊裝置 3，完成紙供送的導向。送紙架 5在氣缸的驅動下以 3m/s 的速度，首先前進 30mm 完成一段空行程為接下來的送紙做準備。壓紙桿 6在氣缸的驅動 下下壓將紙緊緊地壓在送紙架 5上，同時在送紙架上設計一個真空裝置。為了使送紙二到達最優(yōu)化設計送二的位置離送紙一 157mm 的位置。送紙架到達傳感器的位置送紙臺開始吸真空將紙保留在送紙臺上不動。 卷筒狀材料供送時，會受到各種原因的影響，當瞬時速度發(fā)生變化而導致出現(xiàn)時松時緊現(xiàn)象；當瞬時牽引速度增大時，包裝材料卷將加速轉動，由于包裝材料卷及支承裝置中轉動件的慣性使得 包裝材料帶的張力增大 [12] 。同時為了防止打滑現(xiàn)象在張緊裝置 3 的向下安裝一個海綿。具體要求先將放物箱搖均 勻，然后再抽動抽板，為了使顆粒料包裝物能夠掉到下料管內，而不引起卡死管道的現(xiàn)象，需要計算下料管的管徑： 由于顆粒料物品一般的直徑為 3mm，因此設計管徑的直徑為 7mm。為了使顆粒料容易落到孔中，設計箱體上的孔為斜孔。氣缸驅動箱體作用完以后，箱體在自重的作用下落回到水平位置。為了保證將箱體內的顆粒料搖均勻，在箱體兩邊采用對稱的裝置，即在箱體左側也設計一個氣缸，給氣缸一個信號，氣缸將箱體左側升上去，完成如上相同的動作。 要求 當包裝紙送至正確位置以后，接下來是對紙進行裁剪動作。此機構的具體要求是先進行壓紙動作再進行裁紙，根據(jù)以上要求設計壓紙切紙機山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 13 結構圖如下： 1壓紙板 2彈簧 3刀片 4下料管 5放刀板 6切紙壓紙桿 圖 壓制切紙結構圖 工藝過程 氣缸推動切紙壓紙桿 6往下運動，當壓制板 1壓好紙后，氣缸繼續(xù)推動切紙壓紙桿往下運動，壓紙板運動到極限位置不動，放刀板 5 繼續(xù)往下運動將紙切成菱形。在氣缸的驅動下放刀板 5緩慢向下運動，使得放刀板上的刀將紙切成菱形。同時當氣缸不動作的時候，彈簧將壓紙板和放刀板復位。因此在壓紙切紙桿向下運動到兩板接觸的時候會產(chǎn)生撞擊聲。 要求 下料裝置要求包裝紙沖出一定的形狀然后再把顆粒料物品準確地送到包裝紙中，這就包含了沖紙機構和導料機構。導料機構是在沖紙機構沖紙完成以后將顆粒導到包裝紙中。由于固定板 4和下料板 5是連在一起的，因此沖紙過程中固定板 4也會隨著運動，為了保證內管 2與固定板之間的完好的連接，且為了保證動作過程中的運動精度因此在內管 2 的外面加一個外管 3，以避免在運動中引起位置誤差而孔與孔之間不能很好的配合。 要求 將顆粒料包裝封口 ，使得在一般情況下顆粒料物品不散落出來。根據(jù)以上要求設計的封口的結構圖如下： 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 16 1上板 2下板 圖 封口機構設計圖 工藝過程 由于封口動作是在下料動作完成以后進行的考慮到下料后被包裝物還是呈球形，因此我們設計的封口裝置也是先呈圓形如圖： 當要進行封口動作時，一個氣缸驅動上板 1向左運動，另一個氣缸驅動下板2向右運動，兩塊板相向運動 19mm 行程。達到此壓力后上板 下板 2馬上復位，被包裝的物品在自重的作用掉在包裝袋過程里。 主要電氣元器件的選擇 ： 此次的設計真空發(fā)生裝置主要是用于送紙過程中的將紙吸附在送紙臺上。真空泵是吸入口形成負壓，排氣口通大氣，兩端壓力比很大的抽除氣體的機械，其動力源是電動機或內燃機等 [13] 。真空發(fā)生器是利用壓縮空氣（正壓）的流動而形成一定真空的元件，也即利用拉瓦爾噴管原理產(chǎn)生負壓的元件。根據(jù)兩者的優(yōu)點以及我們的需求選用真空泵作為真空發(fā)生裝置。 XGB 型漩渦氣泵用來抽除密閉容器的氣體的基本設備之一。該型泵廣泛應用于冶金、機械、電子、化工 、石油、醫(yī)藥等行業(yè)的真空冶煉、真空鍍膜、真空熱處理，真空干燥等工藝過程中。所以，它適用于作擴散泵的前級泵，而且更適用于精密儀器配套和實驗室使用。 表 旋渦氣泵性能一覽表 型號 XGB1 XGB2 XGB6G XGB7 XGB8 XGB9 XGB10 XGB11 XGB12 XGB13 XGB15 最大流量 (m3/h) 300 330 370 210 65 175 1000 135 100 110 480 最大壓力 (KPa) 30 33 40 28 12 26 50 18 14 16 42 正常工作壓力(KPa) 20 22 28 18 8 13 40 12 9 10 31 真空度(KPa) 21 21 29 20 10 18 31 15 11 12 30 電 動 電 壓 3φ 380V 1φ220V 3φ380V 3φ 380V 1φ 220V 3φ 380V 3φ380V 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 18 機 功率 3 KW 4 KW KW KW KW KW 18.5KW KW KW 5KW KW 重量 kg 55 73 115 40 12 36 230 22 16 20 118 氣缸的選型，主要是根據(jù)每個動作的行程來確定的?？紤]到送 紙過程中有兩個行程組成，我們選用由兩個行程組合而成的氣缸。同理可得其它氣缸為： 表 氣缸的選擇 氣缸 (位置 ) 行程（ mm） 型號 (SDA) 最大壓力（ MPa） 數(shù)量（個） 氣缸 1（搖箱處） 30 63 32 2 氣缸 1（壓紙?zhí)帲? 3 20 5 2 氣缸 2（送紙?zhí)帲? 30 157 32 32 158 1 氣缸 3(切紙?zhí)?) 28 100 30 1 氣缸 4（下料處） 9 78 63 10 80 1 氣缸 5（封口處） 19 100 25 4 空氣壓縮機，將機械能轉化為氣體的壓力能，供氣動機械使用。常用往復式容積型壓縮機，一般空壓機為中壓，額定排氣壓力 1MPa；低壓空壓機排氣壓力 ；高壓空壓機排氣壓力 10MPa。往復式又分為活塞式和螺 桿式，特性比較如下表： 表 活塞式和螺桿式特性表 類型 輸出壓力/MPa 吸入流量/ 3m 1不需氣罐，排出氣體可不含油 山東大學自學考試畢業(yè)設計（本科） 19 跟據(jù)上表我們選用活塞式容積壓縮機。一般可令~? 取 ? 32. 25 ( / m in)cbq kq m?? ： 11( 1 ) [ ( ) 1 ] ( ) 0 . 0 6ccp q pnN K Wp??? κ 1(n + 1 )κκ κ 1 [13] N —— 空壓機的功率 n —— 中間冷卻器個數(shù)，取 1n? κ —— 等熵指數(shù)，取 κ= 1p —— 吸入空氣的絕對壓力， MPa 1