基于plc的全自动包装码垛生产线控制系统设计学士学位论文(编辑修改稿)

基于plc的全自动包装码垛生产线控制系统设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

定的空中落料 ,称 量斗 稳定 ,并且卡袋机构卡 紧时 ,卸料 门打开 ,物料 进 入放料斗 ,再落入袋 内 ,给 料 结 束。 自动供袋机的组成和工作原理 自 动 上袋机 组 包括：自 动 供袋、自 动 取袋、自 动夹 袋与上袋、自 动开袋 、自动 送袋等机构 ,以及气 动 系 统、 真空系 统、光电检测装 置和 电气 控制系 统。 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。 供袋机 为装 袋机提供空 包装 袋，操作人 员将 空 包装 袋放置在 给 袋器上后，其余的 动 作均由设备 自 动 完成。 该 部机采用 双盘 自 动 切 换 工作方式，每 盘 可存 储 200 个 以上空袋(编织 袋或 纸 袋 )，取袋 时 配有真 空检测 系 统。 空袋的放置情 况由检测装 置 进 行 检测。 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 在线 ，等待装 袋 机将包装 袋取走。 ［ 8］ 自动装袋机的组成和工作原理 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 接全自 动电 子定量秤的 过 渡 装 置，它可以存 储 一袋物料，提高全自 动电 子定量秤的 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 到全自 动电 子定量秤上。 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 己 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全自 动电 子定量秤和 过 渡料斗 发 出卸料 请 求指令， 8 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。 转位输送机的组成和工作原理 转 位 输 送机是由 输 送机和料袋 转 位机构 组 合而成。 它 是将缓 停机送 来 的料袋按 预 定的 编组 程序 对 料袋 进 行 输 送和 转 位。 料袋的 转 位是通 过 光 电 信 号控 制 转 位装 置，在料袋 输 送 过 程中使料袋 实现 90176。 的 转 位。 料袋所需回 转 的角度是以保 证料 袋口向 内为 准， 从 而能 够 保 证 垛形整 齐 、美 观。 转 位机构由机架 、转 位 电 机 、转轴、转 体、 夹紧 气缸、 夹 板等 组 成。 当 料袋按工作程序要求 实现转 位 时 ， 夹紧气缸伸出， 带动夹板将 料袋 夹 住， 转 位 电 机 带动转轴、转 体使料袋旋 转 90176。 ， 当料袋不需 转 位 时 ，气缸 将夹 板收回， 夹 板不 挡 料袋。 编组机的组成和工作原理 编组 机是 码 垛机 组 中的重要部机之一， 对 提高 码 垛 质 量和速度起到 关键 的作用。 编组 机主要由 输 送机 、缓 停板、前 挡 板及左 右挡 板 组 成。 编组 机的工作原理是将转 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 码 垛效率。 推袋压袋机的组成和工作原理 推 袋压袋 机主要由 传动 机构、推袋小 车 、 导轨 、 压袋 机支架、 压袋 框等机构组 成。 推 袋压袋机是将 已 编组的 料袋 组 推至 缓冲区 或 码 垛 区 ，并在分 层码 垛 时对一 层 料袋 进 行五面整形，使垛形保持良好。 当 料袋 进 入 压平输 送机和 压平装 置 时 ,上下 皮带将 料袋向前 输 送的同 时 ,压 整 装 置本身重量的一部分作用在料袋上 ,使袋内 物料分布 均 匀。 推袋机完成一 个 推袋的全 过 程是分 两次进 行的，第一次 是将编组 机 输 送 带 上的半 层 料袋 (二袋 竖或 三 袋横 )推至 缓 停板上后，推料小 车 退回原位，第二次 将 另一半 层 料 袋连 同 缓 停板上的半 层 料袋全部推到 码 垛 区。 整 个 推袋 过 程都是在位置信 号控 制下 进 行的，即其各段行程的 运 行速度是不同的， 从 而保 证 了码 垛 质 量和工作效率。 9 分层码垛机的组成和工作原理 分 层码 垛机是由滑板机构、整形 装 置和端 挡 板 组 成。 料袋 在编组 机上排列好后 ,通 过 推袋 机将 料袋推到分 层 机上 ,分 层 机先通 过 整形板 对 已 编组的 料袋 组进 行整形，然后，分 层 机再 将 整形后的一 层 料袋 投放到升降机上的托 盘 上，完成一 层料袋 的码 垛。 升降机 的组成和工作原理 升降机主要由升降平台、传动机构和配重体组成。 升降机是在码垛过程中完成对空托盘的提升和对垛盘逐层下降以进行码垛的设备。 剪叉式升降机是靠剪刀式支承架的展开与折迭来完成货物平台的升降，其动力是通过油缸的伸缩来推动剪刀的展开与折迭。 托盘仓的组成和工作原理 托 盘仓 主要由机架、叉板、主气缸、光电开关组成。 托 盘仓 用 来储 存一定 数量的托 盘 ,根据需要 及时 准确地 将托盘 分配 给 托 盘输 送机确保生 产线 能 连续 工作。 托 盘输 送 机将托盘仓 中存 储 的托 盘 输 送到 码 垛工位。 垛 盘输 送 机是将 空托 盘输 送至升降机的升降托叉 上进行码 垛，而后 将满 垛后的垛 盘输 送至下一垛 盘输 送机 (无动 力 )的 设备。 托 盘仓 的主气缸用以 顶 起托 盘。 侧 面 还装有两个 小气缸，小气缸控制叉板 开 合，保 证 托 盘的 提取。 光 电开关 采用 对 射式光 电开关，检测 托 盘仓内托盘的 存 储 量，以保 证 托 盘的及时 供 给。 10 第 3 章 包装码垛自动生产线 PLC 控制系统设计 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/0 点数较 多，以 开关 量控制 为 主， 选择 日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC 为 控制核心部件。 ［ 9］［ 10］ PLC 的基本结构 PLC 的 类 型繁多，但其 结 构和工作原理 则大 同小异，一般是由中央 处理单 元(CPU)、 内 存、 输 入 /输 出 单 元、 编 程器、 电 源等主要部分构成的。 如果把 PLC 看作一 个系统 ，外部的 开关 信 号均为输 入 变 量，它 们经输 入接口存到 PLC 内 部的 数据存 储 器中，而后 经过逻辑运 算或 数 据 处 理以 输出变 量的形式送 到输 出接口， 从而控制 输 出 设备。 PLC 的基本 结 构如 图 31 所示。 ［ 11］ 图 31 PLC 的基本结构 11 PLC 的主要组成部分 （ 1）中央 处理单 元 (CPU) 中央 处理单 元 (CPU)是 PLC 的控制中 枢。 它按照 PLC 系 统 程序 赋 予的功能接收并存 储从编 程器 键入 的用 户 程序和 数 据； 检 查 电 源、 内 存、 I/O 以及警戒定 时 器的 状态 ，并能 诊断 用 户 程序中的 语 法 错误。 当 PLC 投入 运 行 时 ，首先它以 扫 描的方式接 收现场各输入装 置的 状态 和 数 据，并分 别 存入 I/O 映象 区 ，然后 从 用 户 程序 内 存中逐 条读 取用 户 程序， 经过 命令 解释 后按指令的规 定 执 行 逻辑 或算 数运 算的 结 果送入 I/O 映象 区 或 数 据寄存器 内。 等所有的用 户 程 序执 行完 毕 之后，最后 将 I/O 映象 区 的各 输 出 状态 或 输 出寄存器 内 的数 据 传 送到相 应 的 输 出 装 置，如此循 环运 行，直到停止 运 行。 （ 2） 内 存 根据 内 存存 储内 容的不同， 我们 把 内 存分 为： 系 统 程序 内 存：用 来 存放系 统 程序的 内 存。 系 统 程序相 当 于 计 算机操作系 统 ，主要包括 检 查程序、 编译 程序和 监 控程序，是 PLC 厂家根据 选用 的 CPU 的指令系统编写 的，并固化到 ROM 里，用 户 不能修改其 内 容。 用 户 程序 内 存：用 来 存放用 户 根据控制要求 编 制的程序。 不同 类 型的 PLC，其存 储 容量也不一 样。 数 据存 储 器：用以存放 PLC 运 行中的各种 数 据的 内 存。 因 为运 行中 数 据不 断变 化，所以 这 种 内 存必 须 可擦 写。 （ 3） 输 入 /输 出 单 元 输 入 /输 出 (I/0)单 元是 PLC 与外部 设备 相互 联 系的窗口。 输 入 单 元接 收现场设备向 PLC 提供的信 号 ，例如由按 钮 、操作 开关 、限位 开关 、 继电 器触 点 、接近开关 、 拨码 器等提供的 开关 量信 号。 这 些信 号经过输 入 电 路的 滤 波、光 电 隔离、电平转换 等 处 理， 变 成 CPU 能 够 接收和 处 理的信 号。 输 出 单 元 将经过 CPU 处 理的微弱 电 信 号 通 过 光 电 隔离、功率放大等 处 理 转换 成外部 设备 所需要的 强电 信 号 ，以驱动 各 执 行 组 件，如指示 灯 的亮 灭 ， 电动机启 停和正反 转 ， 设备 的 转动 、平移、升降， 阀门的关闭等。 （ 4） 电 源部分 电 源部件能 将 外部 供电电 源 转换 成供 PLC 的 CPU、 内 存、 I/0 接口等 电 子 电 路工作所需要的直流 电 源，使 PLC 能正常工作。 PLC 中一般配有 开关 式 稳压电 源 为内 部 电 路 供电。 开关电 源的 输 入 电压 范 围宽 、体 积 小、重量 轻 、效率高、抗干扰性能好。 有的 PLC 能向外部提供 24V 的直流 电 源，可 给输 入 单 元所 连 接的外部 开关 或 传 感器 供电。 ［ 12］ 12 PLC 的工作原理 PLC 与 继电 器构成的控制 装 置的重要 区别 之一就是工作方式不 同，继电 器控制是并行 运 行方式，即如果 输出线 圈通 电 或 断电 ， 该线 圈的触 点 立即 动 作，只要形成 电 流通路，就有可能有几 个电 器同 时动 作。 而 PLC 则 不同，它采用循 环扫 描技 术 ，只有 该线 圈通 电 或 断电 ，并且必 须当 程序 扫 描到 该线 圈 时 ， 该线 圈触 点 才会动 作，而且每次它只能 执 行一 条 指令， 这 也就是 说 PLC 以“串行”方式工作的，这 种工 作方式可以避免 继电 器控制的触 点竞争 和 时 序失配等 问题。 也可以 说，继电 器控制 装 置是根据 输 入和 逻辑控 制 结 构就可以直接得 到输 出，而 PLC 控制 则 需要 输 入采 样 、用 户 程 序执 行和 输 出刷新三 个阶 段才能完成控 制过 程。 输入采样阶段 在输 入采 样阶 段， PLC 以 扫 描方式依次 地读 入所有 输 入 状态 和 数 据，并 将 它们 存入 I/O 映象 区 中的相 应 得 单 元 内。 输 入采 样结 束后， 转 入用 户 程 序执 行和 输出刷新 阶 段。 在 这两个阶 段中，即使 输 入 状态 和 数 据 发 生 变 化， I/O 映象 区 中的相 应单 元的 状态。