毕业设计论文基于plc包装码垛生产线控制系统设计(编辑修改稿)

毕业设计论文基于plc包装码垛生产线控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

引进了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结合而构成的系统，即机械、执行、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下，以系统的观点进行组合而形成的一种新型机械系统。 该系统由机械系统 (机构 )、电子信息处理系统 (计算机 )、动力系统 (动力源 )、传感检测系统 (传感器 )、执行元件系统 (如电机 )等五大子系统组成。 其五种内部功能即主功能、动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。 机电一体化系统的一大特点是由于机电一体化系统的微电子装置取代了人对机械的绝大部分的控制功能，并加以延伸和扩大，克服了人体能力的不足和弱点。 另一大特点是节省能源和材料消耗。 其主要特征是自动化操作。 包装码垛自动生产线主要应用于化工、粮食、食品及医药等行业中的粉、粒、块状物料的全自动包装码垛。 包装码垛自动生产线可分为包装部分和码垛部 分。 包装部分实现定量称重、自动供袋、装袋、夹口整形、折边缝口、金属检测、重量复检等功能。 码垛部分实现转位编组、推袋压袋、码垛及托盘的提供和垛盘的输送等功能。 包装码垛自动生产线系统组成 电子称重机是包装机起始部机，其作用是完成物料的定值称重、投料等作业。 本生产线采用净重式电子称重方式，这样称量结果不受容器皮重变化的影响，称量精度高，同时采用双秤交替的运行模式，可以保证生产线的包装速度达到 800～1000包／小时。 整个称重系统的动力源采用气动元件。 给料系统采用气动控制的二级投料方式，即称重过程开始时， 首先粗流料门完全打开，当进料量达到预先设定的粗进料值时 (一般为总量的 80%～ 85％左右 )，粗进料气缸复位，粗流料门关闭，快速投料过程停止；这时粗流料门前端有一方形孔即细流口还没关闭，物料从该方形孔中继续投料，即开始细投料过程，当充填物料达到预置重量时，细投料气缸复位，细流料门关闭，给料结束。 自动供袋机是由供袋器、吸袋器、袋子传送器、接袋器、取袋器等部件组成。 全自动包装供袋工作是由供袋机械自动完成，操作人员只要将空袋子按要求码放到上袋机的备用仓中就可以了。 当袋仓中没有袋子时备用袋仓中的袋子会被送袋河南城建学院本科毕业设计（论文） 包装码垛自动生产线系统组成 6 机构整摞地 自动送到供袋器的袋仓中去。 带有真空吸盘的吸袋器从供袋器上把包装袋吸住，然后向上提升到位后，传送给传送器。 传送器将袋子输送到供袋机的斜板上。 在导向板、接袋器、吸盘和光电开关的作用下，确保包装袋在斜板上保持正确的位置和形状。 取袋器捡起斜板上的包装袋，在取袋器四连杆的作用下，包装袋定位在包装机的中心线上，等待装袋机将包装袋取走。 自动供袋机供袋速度快，供袋质量稳定可靠，易于实现包装工作的自动化。 但机械结构较复杂，且对袋子的材料、尺寸和质量以及往备用袋仓中码放袋子时袋口的方位等都有一定的要求。 自动装袋机是由过渡料斗 、取袋开袋夹送装置、翻门缩口装置、机架等构成。 过渡料斗是装袋机联接电子称重机的过渡装置，它可以存储一袋物料，提高电子称重机的称重速度，减小物料落差，降低粉尘产生量，利于除尘，同时保证物料顺利地导入装袋机并防止装袋机产生的振动传递到电子称重机上。 取袋开袋夹送装置将自动供袋机的取袋器取好的袋子夹住，开袋吸盘吸住袋子的两面，在主气缸推动下送到翻门缩口装置的下面并将袋口拉开 (此动作是和翻门缩口动作同时进行 )为填装物料做准备，同时将已装好物料的料袋送到夹口整形机内。 在主气缸行程两端安装有缓冲器，使主气缸在行程端点得以 缓冲并使装袋机振动减轻。 翻门缩口装置将送过来的料袋通过夹袋手爪夹住袋子的两上边，通过缩口动作收缩袋口 (此动作与开袋动作同时进行 )使翻门插入袋口，并在检测系统检测到料袋位置正确后向电子称重机和过渡料斗发出卸料请求指令，投下物料，完成装袋。 每次装填完物料后翻门关闭，夹袋手爪将袋口绷紧，松开，放到输送机上，再由取袋夹送装置在取袋的同时夹送到夹口整形机内。 转位输送机 : 将送来的料袋进行变换方位的设备。 该机实现料袋水平面内回转 +90度 , 90度， 180度三种角度 ,料袋所需回转的角度是以保证料袋口向内为准 , 保证垛 形整齐、美观。 当料袋到达转位转板下方时 ,光电开关给出信号 ,输送机电机制动 , 继电器输出 , 气缸动作 ,推动夹板夹住 ,转位电机根据编组工序需要 , 通过同步带传动将料袋旋转至所需角度。 此时夹板打开 , 输送电机启动 ,送到下一工位。 编组机是是将转位输送机送来的料袋按码垛要求实现 23编组和 32编组，即垛型每层为二袋竖、三袋横或三袋横、二袋竖并交替进行。 当位于输送带入口处的光电开关检测到一个料袋到来时，立即启动减速电机将料袋向前拖动到预定距离，而后停止运转。 在下一个料袋到来时，光电开关又重新启动电机重复上述动作。 当 完成二袋竖放或三袋横放时，推袋装置便把这组料袋推到缓停板上暂存。 如果计数达到一层 (二袋竖加三袋横或三袋横加二袋竖 )时，推袋装置就将二部分料袋一起推到码垛区。 由于缓停板的设置减少一次来回推袋的时间，从而提高了河南城建学院本科毕业设计（论文） 包装码垛自动生产线系统组成 7 码垛效率。 推袋压袋、分层、升降机 ,推袋机将编号的料袋推至缓冲区 ,并在分层码垛时整形压平 ,推到分层机 ,分层机将料袋投放到升降机上的托盘 ,完成一层料袋的码垛。 当编组机完成一组时 ,接近开关给出信号 , 推袋压袋机的减速电机动作 ,带动推袋小车将料袋组用挡板推至缓冲区 ,然后推动小车的挡板在气缸的作用下抬起 , 同时电 机反向返回 ,这一系列动作由一组接近开关状态决定。 当缓冲区一层满信号到位 ,分层机左右挡板打开 ,压袋气缸动作 ,将料袋组放至升降机托盘上 , 分层机关 ,推板复位 , 推袋小车归位 ,减速电机制动 ,完成一个循环。 升降机在码垛达到 8层后 , 将托盘送至托盘输送机 ,托盘仓的启用托盘电机启动 ,将托盘送到升降机 ,到位后升降机带着托盘升到位 ,等待料袋组码垛。 整个过程也是通过判断接近开关和光电开关的状态完成的。 托盘仓 : 是存储一定量的托盘 , 并自动完成托盘输送过程的部分。 通过托盘仓内的光电开关判断托盘的数量 , 当升降机将托盘送到下一 工位 , 托盘仓下方的气缸动作将托盘仓内的最下端的托盘顶起 , 同时驱动电机 , 将下端的托盘送出 , 气缸恢复 , 托盘在通过光栅光电开关后 , 电机制动 , 作为下一循环的启用托盘。 包装码垛生产线各部分功能的执行机构为气缸、电磁阀、气电转换器、气源处理装置、真空系统等组成的气体系统。 气动系统是生产线的基本组成部分之一，它的性能、寿命及稳定性直接决定着生产线的工作性能和质量。 气源处理装置 ： 该装置由排水过滤器、减压阀、油雾器组成。 排水过滤器将压缩空气中的脏物和水分滤出，由减压阀把空气压力降到预定压力，然后攻击电磁阀 和气缸。 油雾器中的润滑油由压缩空气顺空气流动方向带到需润滑的电磁阀和气缸。 减压阀带有压力表，调整空气压力可由 压力表直接读出。 气路的基本回路 ： 气路系统由基本回路构成，基本回路有电磁阀、气缸、管路、调速器、消音器组成。 电磁阀控制气体通断及执行机构换向。 气缸是执行机构的基本元件，承担负载、输出力及转矩。 调速器用来调节气缸的运动速度，以满足负载的不同速度要求。 消音器用来排除排气噪声，保护环境。 横进装置（开袋、压紧固定） ： 横进装置是包装机的重要组成部分，它的主要作用是在取袋装置取来袋子后，从两侧家住袋口，在用真 空把持住袋子的同时，向投料口移动，该装置在往返行程上装有一个气垫装置。 该气缸在返回（或向前）运动时，以高速移动，在接近行程终点附近某一点关闭阀门，使压缩空气只能进过另一个狭窄的通道而限速，气缸移动速度便慢下来，然后停住，其运动速度均由调速器调节，只要不产生振动即可。 然后两阀门的开关控制配置在横进装置上的霍尔开关控制。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 包装码垛自动生产线系统组成 8 装袋、夹袋、开袋口的气路系统及检测 :该气路系统为基本气动回路。 横进装置上设置的开袋口吸盘，夹住袋子送到料斗下面，夹袋机构夹住袋口两侧后，向内侧缩口的同时，开袋口机构张开，打开袋口。 开口吸袋器 在行进时，启动真空装置，并通过真空检测器检测真空度。 若真空度未达到设定值，则弃袋；若达到设定值，则发出投料信号。 这时，伸缩料门伸入袋口中卸料。 弃袋有两种情况：一是真空未达到设定值；而是伸缩料门击偏或击倒了袋子。 夹袋机构夹住袋口的同时，夹紧探测器便发出一个对袋子的探测信号，夹紧之后检测到袋子正常时，便发出投料信号。 只有真空检测及夹紧检测全部正常才能投料，缺一不可。 弃袋或夹紧检测未探测到袋子，要把各个功能部件返回到原来位置。 装袋时，开口吸袋器不再吸着袋子，返回初始位置。 码垛机的气路系统 :码垛机气路系统中重 要部分为托盘仓的气缸升降系统。 气缸下降、中停由换向阀通断实现，该系统为进气节流调速系统，其它装置的气路系统 :除了以上装置的气路系统，其它装置均为基本回路。 如电子称重机、吸袋、取袋等。 真空系统 :真空系统由真空泵、真空电子阀、真空检测器、真空管路等组成。 它是包装机的主要部分之一，其主要功能是吸袋及开袋等。 真空泵是真空系统的心脏，提供真空能源，真空电磁阀承担真空线路的通断，真空检测器承担检测真空的压力，并发出卸料信号。 传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数而定。 传感器量程的选择可依据秤的 最大量程值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。 根据经验，一般应使传感器工作在其 30%~70%量程内，但有较大冲击力的衡器，在选用传感器时，一般要使传感器工作在其量程的 20%~30%之内，才能保证传感器的使用安全和寿命。 称重传感器：一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的位置它的性能在很大程度上决定了电子衡器的精度的稳定性，因此被喻为衡器的心脏。 传感器的稳定性有定量的指标，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻 易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，更能经受长时间的考验。 光电式传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。 它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。 光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 它可用于检测直接引起光亮变化的非电量，如光强、光照度等。 也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度以及物体的河南城建学院本科毕业设计（论文） 包装码垛自动生产线系统组成 9 形状、工作状态的识别等。 光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装 置和机器人中获得了广泛的应用。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 包装码垛自动生产线控制系统硬件设计 10 3 包装码垛生产线控制系统硬件设计 在包装过程中，自动完成称重、供袋、取袋、装袋、缝口、输送、金属检测、重量检测及码垛等多个动作，动作多，运动复杂，而所处工作环境恶劣 (高温、振动、粉尘 )，这就要求控制系统具有很高的可靠性、良好的节能措施、很强的故障诊断能力，确保生产的稳定运行。 由于包装生产线的各种控制为开关量，而目前流行的 PLC 具有结构小巧、运行速度高、通用性好、可靠性高等特点，非常适合于工业现场的高温、振动、粉尘等恶劣环境下的开关控制。 所以选用 PLC 作为控制系统的核心部件。 本包装码垛自动生产线动作关系复杂， I/O 点数较多，以开关量控制为主，所以选 择日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC 为控制核心部件。 PLC 控制的优点 ① 高可靠性 ； （ 1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离。 （ 2）各输入端均采用 RC 滤波器，其滤波时间常数一般为 10~20ms. （ 3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （ 4）采用性能优良的开关电源。 （ 5）对采用的器件进行严格的筛选。 （ 6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。 （ 7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高。 ② 丰富的 I/O 接口模块 ； PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。 有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人 机对话的接口模块。 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 ③ 采用模 块化结构 ； 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。 PLC 的各个部件，包括 CPU，电源， I/O 等均采用模块化 PLC，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 ④ 编程简单易学 ； 河南城建学院本科毕业设计（论文） 包装码垛自动生产线控制系统硬件设计。