【正文】 制。在物料灌裝過程中，能自動實現(xiàn)夾袋、喂料、稱重和松袋的加工操作過程，產品結構簡單、操作方便、灌裝速度快、精度高、工作穩(wěn)定可靠，可用于大米等谷物類和化工產品等行業(yè)內松散態(tài)顆粒物料的連續(xù)定量灌裝。 包裝機械發(fā)展到今天，其系列化、標 準化和通用化水平不斷提高。 、自動化和聯(lián)合化 。包裝機械的高速化，隨之對相應設備的聯(lián)動化和自動化提出了更高的要求。 而針對 本 課題 而言 ,定量 稱量 灌裝式 設備，其發(fā)展方向為，發(fā)展各種形式的稱量 灌裝 設備，著力提高 灌裝 速度和精度以及 穩(wěn)定性和可靠性，并與自動包裝設備配套。因此，研制和發(fā)展包裝機時，重視高新技術的應用，是提高其先進性、可靠性的主要途徑。這些都是需要在以后的包裝機設計中著力解決的。 喂料系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、夾袋排料系統(tǒng)由 PLC 控制喂料電磁閥、排料電磁閥和夾袋電磁閥的通斷， 從而 利用氣動系統(tǒng)驅動 料斗閥門的 打開與 關閉和物料袋子的夾 緊與松開。 二、灌裝機的主要技術參數 灌裝精度： 177。 灌裝速度： 3～ 4 袋 /分鐘，（灌裝 10kg 和 5kg 的速度可達 4～ 8 袋 /分鐘）實際灌裝速度取決于供料速度及人工 的操作速度； 溫度濕度： 0～ 40℃ 85%； 10% 50Hz； 外形尺寸： 720 670 1980mm 天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 4 2 總體方案設計 灌裝機的工作原理及特點 灌裝機的工作原理 定量 稱重 灌裝機工作原理在于，需 要 給定灌裝規(guī)格，根據需要設定 的 稱重值，將 灌裝 重量 值與設定 稱重 值作比較，進行灌裝。其基本工作過程分為夾袋 喂料 稱重 排料四個階段。其工作原理框圖如圖 21 所示。 ? 供料裝置采用了多次喂料的供料方式以保證灌裝過程的穩(wěn)定、準確。 ? 具有高速 A\D 轉換和優(yōu)異的數字抗干擾性能。 ? 操作簡便。 ? 具有應急功能，可通過 “ 停止 ” 按鈕使機器緊急停機。當料位低于規(guī)定高度時，機器自動停止灌裝；待料天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 5 位達到規(guī)定高度時，又自動恢復連續(xù)定量灌裝。 灌裝機的控制系統(tǒng)構成 本系統(tǒng)主要有主控單元、電子稱 重計量單元兩大部分組成。電子稱重計量單元是由稱重儀表和稱重傳感器及相應的測量構成，實現(xiàn)了顆粒物料的稱重分包和單包裝質量數字顯示。 控制系統(tǒng)方案設計 （ 1）根據灌裝機的工作原理確定總體方案的設計 ，本設計 從電氣控制及機械結構方面都將稱重過程分為兩個階段，即 快喂 料階段和細喂料階段。 采用兩次喂料的供料方式來保證灌裝過程的穩(wěn)定、準確。 （ 3）灌裝機的電氣控制主要由 PLC來控制，在稱量斗兩端安裝稱重傳感器，稱重傳感器 輸出 信號給 PLC,PLC控制電磁閥的通斷 ,粗喂料閥門和細喂料閥門由天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 6 電磁閥控制，通過氣動系統(tǒng) 在氣缸作用下打開為排料，關閉為進料和稱量。 （ 4）稱 重裝置采用日本 AD公司的電子稱重式計量裝置，具有設定、置零、去皮、凈重 /毛重、輸入、退出、緊急停止、置零清除、皮重清除、累計清除等顯示功能，確保了灌裝的高計量精度。 稱重儀表 發(fā)出排料完成信號給 PLC,PLC接收到該信號后，系統(tǒng)發(fā)出 松袋 信號，同時發(fā)出下一袋稱重運行信號給 稱重儀表 ，開始下一袋的自動稱重過程。 總之，控制系統(tǒng)的設計具有良好的人機交互 界面，通過按鈕可選擇幾種生產線上常見的顆粒物料種類和灌裝目標值 ,并通過修改程序 實現(xiàn)其它品種的自動灌裝。 控制電路圖設計 給系統(tǒng)上電：兩相 AC380V經過空氣開關 保護 后 、 經 變壓器轉化為 AC220V，給 稱重儀表 、 PLC提供電源，同時 AC220V經過開關電源轉換成 DC24V， 為傳感器、電磁閥等提供電源。在工廠自動化 (FA)和計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)內占重 要地位。目前 PLC 在各行各業(yè)中己得到了廣泛的應用，產品有從可以控制幾十點小型 PLC 到上千點的大型 PLC，而且其總線與網絡能力越來越強，可方便地與上位 PC 機組成控制系統(tǒng)。系統(tǒng)連線少、體積少、功耗小，而且 PLC 所謂 “ 軟繼電器 ” 實質上是存儲單元的狀態(tài)，所以 “ 軟繼電器 ” 的觸點數量是無限的， PLC 系統(tǒng)的靈活性和擴展性好。另外， PLC 還天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 7 具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調試和維護提供了方便。設計中包括 PLC 的選型、 I/O 點分配表及外部接線、根據工作流程編寫PLC 梯形圖等。模擬電路包括電源、前置放大器、濾波器、 A／ D 轉換等；數字電路包括主處理器、輔助 處理器、各種存儲器、鍵盤和顯示器等。該表采用最新技術，它不僅匯聚了同類產品的優(yōu)點，而且增加了許多重要功能，更加適合用戶需要，廣泛應用于定量包裝秤、失重秤、流量秤及配料控制系統(tǒng)。 5% 230MA； 非線性度：177。 特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為 工業(yè) 控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重 量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 10 生產工藝中的自動檢測和粉粒體進料量控制等，都應用了稱重傳感器。 一、稱重傳感器的選擇 稱重傳感器是一種將 質量信號 轉換為可測量的電信號的轉換輸出裝置，是電子衡器中最重要的檢測元件，只有稱重傳感器將秤體承受的重力準確地轉換成電信號后，稱重顯示儀表才能正確地計算和顯示重量值。因此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的稱重傳感器必須有很好的防爆性能，必須選用專用的防爆傳感器，其密封外罩不僅要考慮密閉性，還要考慮防爆強度。因此，在熔煉、鑄造設備附近等高溫環(huán)境下，必須選用耐高溫傳感器，并采用隔熱、降溫和溫度補償措施。因此，應選用密閉性、抗腐蝕性能高的稱重傳感器，且防護等級應至少達 JIP67級。 (2) 按物理機構分類：懸臂梁式、橋式、柱式、板式、 S形式等 。 3．稱重傳感器數量和量程的選擇 (1) 傳感器數量的選擇 傳感器數量的選擇需要根據電子衡器的用途、秤體結構、支撐點數 (支撐點數應根據秤體的物理結構、取心確定 )來決定。但有些特殊的電子衡器 (如電子吊秤、機電結合電子秤 )，應根據秤體特殊結構確定使用傳感器的數量。 理論上說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。 傳感器量程的計算經驗公式 : 在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經過大量的驗證而確定， 公式如下： C＝ K0K1K2K3 ( Wmax+W )/ N （ 31） C— 單個傳感器的額定量程； W— 秤體自重； Wmax— 被稱物體凈重的最大值； N— 秤體所采用支撐點的數量； K0— 保險系數，一般取值在 ～ 之間；K1— 沖擊系數； K1 值是根據以下使用條件確定的： a)當 N 個傳感器均勻受載，且在無振動、無沖擊條件下工作 時， K1=； b)當偶爾有沖擊振動的情況時，K1=； c)當在有重復性的沖擊振動條件下進行動態(tài)稱重時， K1=；當 N個傳感器不均勻受載時，則根據偏載可能形成的最大載荷乘以上述系數即可；K2— 秤體的重心偏移系數； K3— 風壓系數。 根據傳感器量程計算公式（ 31）： C＝ K0 K1 K2 K3（ Wmax＋ W） /N 可知： C＝ （ 10＋ 10）／ 2＝ 16kg 因此，可選用量程為 20kg 的 S 型 稱重傳感器（根據安裝方式可選 STC 型傳感器 ，其 量程有 5kg、 10kg、 20kg、 30kg、 50kg、 100kg、 200kg、 300kg、 500kg）。 (3) 傳感器準確度等級選擇 傳感器的準確度等級包括傳感器的非線性、溫度影響、蠕變、蠕變恢復、滯后、重復性、靈敏度等技術指標。對傳感器等級的選擇必須滿足儀表輸入的要求。因此，傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度值，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計算結果須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。（秤的分度數傳感器的個數傳感器量程）≥儀表的輸入靈敏度 (32) 本設計中稱量 10kg 的定量稱重斗，最大分度數為 2021 個分度；秤體采用 2只型號為 STC 的 S 型稱重傳感器，靈敏度為 177。檢驗采用型號 STC 的 S 型稱重傳感器能否與儀表匹配。 所選 STC 型稱重傳感器的準確度等級如表 31 所示。可對塊狀、顆粒狀、粉末狀及液態(tài)物料料倉的料位及液位進行控制或上、下 限位報警，適用于高溫、高壓、強腐蝕、多粉塵的惡劣環(huán)境；在冶金、石油、化 工、輕工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應用廣泛 ,根據設計需要可采用此類功能 的限位開關。 零點平衡 mV/V 177。 非線性 %. 177。 重復性 %. 177。 正常工作溫度范圍 ℃ 10+40 允許工作溫度范圍 ℃ 20+70 溫度對靈敏度影響 %./10 ℃ 177。 推薦激勵電壓 VDC 10 最大激勵電壓 VDC 15 輸入阻抗 Ω 380177。3 絕緣阻抗 MΩ 5000 安全過載 %. 150 極限過載 %. 300 彈性元件材料 合金鋼 防護等級 IP65/ IP66 電纜線長度 m 3m(550kg)， 5m(100kg5t) 接線方式 激勵 紅：＋ 黑： – 信號 綠：＋ 白 ： – 被測物料的介電常數與空氣不同，所以倉內物位發(fā)生變化時會引起探極對倉壁間的電容量發(fā)生變化，當該電容量 大于用戶的設定值時，限位開關內的繼電器動作，輸出一個開關量達到控制（或報警）的目的。 10% 50Hz / DC 24V 3） 功 耗：≤ 3W 4） 輸出信號：一組繼電器接點輸出（觸點容量 AC220V 1A, ） 5） 輸出延時：內部輸出延時 3 秒 6） 安裝結構：與傳感器一體化 結構 探級部分： 分為棒式探極、纜式探極、同軸探極、平面探極 天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 14 a) 普通 型： 倉內溫度： 30100℃ 倉內壓力：常壓 倉內介質： 無腐蝕性，一般粘度，一般沖擊 b) 特殊 型： 倉內溫度： 30600℃ 倉內壓力：不大于 4Mpa 倉內介質：強腐蝕，高粘度，強沖擊 c) 安裝接頭： R1/ 管螺紋 根據料倉容積和介質選用普通型的棒式探級。 本設計中可以選擇側裝方式。 倉壁為混凝土時應使限位開關外殼 接通鋼筋，倉壁為非金屬時應加裝輔助探極（對于固體物料）或使用同軸探極（對于液體）。上限位 （頂裝） 上限位（側裝） 下限位 (側裝 ) 圖 32 限位開關的安裝方法 4. 調試方法 用戶應在確定傳感器探頭未被物料埋沒條件下進行標定，具體標定步驟如下： 第一步：確認探頭未被物料埋沒（空倉或物料距離探頭 50cm 以上），上電15 分鐘。 第三步：用該“頻率顯示值”減去 50 便得出“動作頻率值”；然后用小改錐將“動作頻率值”設置到“動作頻率設定”旋轉數碼開關上，至此標定結束。 氣缸的選型 一、閥門驅動裝置的特點和選擇 （ 1） 閥門驅動方式的分類 按驅動結構，閥門驅動裝置分 類如表 32 所示： （ 2） 各類閥門驅動裝置的特點 ，如表 33 所示： 表 32 閥門的驅動方式 手動驅動 手柄手輪式（包括通過中間齒輪減速） 彈簧杠桿式 電動驅動 電磁式 電動機式 氣動驅動 1)隔膜式 2)氣缸式 活塞氣缸式 活塞齒條式 活塞連桿式 活塞拔叉式 活塞螺桿式 3)葉片式 4)空氣發(fā)動機式 5)薄膜和棘輪組合式 液動驅動 液壓缸式 液壓馬達式 聯(lián)動驅動 電液聯(lián)動 根據 表 3表 33 驅動裝置的優(yōu)缺點比較以及 設計 中 需要， 采用氣動為主要的驅動裝置。按氣缸的工作要求的行程加上適當余量，依此值選取相近的標準 行程作為預選行程， 其次還應考慮：環(huán)境條件（溫度、粉塵、腐蝕性等），安裝方式，活塞桿的連接方式（內 外螺紋、球鉸等）等。缸徑計算步驟如下： （ a） 根據氣缸所帶的負載，計算氣缸的軸向負載力 F。氣缸的運動速度越高，負天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 16 載率應選得越低。這是由于氣缸工作時氣缸腔室里的壓力受到管路充放氣以及氣缸速度的影響，不可能 達到系統(tǒng)工作壓力。 （ d） 由氣缸的理論輸出力計算公式 、負載率 ? 及工作壓力 p 即能算出缸徑。 2）行程的選擇 天津工程師范學院 2021屆本科生畢業(yè)設計 17 氣缸行程應選擇生產廠商提供的標準行程。若氣缸用作推送重物或擠壓工件，當氣缸行程達到終點時，工作氣壓作用在活塞上的力完全有可能全部作用在氣缸上，而不是通過活塞桿作用在重物或工件上