基于plc包装码垛生产线控制系统设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于plc包装码垛生产线控制系统设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

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 11 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门 知识 ，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 ⑤ 安装简单，维修方便 ； 工业环境下直接运行。 使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。 各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 PLC 控制系统硬件设计 PLC 控制系统示全包装生产线的核心部分，而在包装过程中，动作多，运动复杂，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，动作关系复杂， I/0 点数较多，选择日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC。 该系列 PLC 为模块式结构，可以根据控制系统的需要灵活地组合成最佳的配置。 ① 硬件配置 硬件配置包括 FX2N 基本单元、 FX2N 扩展单元、检测元件 (光电开关、接近开关、真空开关等 )、人机操作界面 (按钮、指示灯等 )、控制元件 (交流接触器、变频器、电磁阀等 )以及执行元件 (电机和气缸等 )。 ② FX2N 系列 PLC 输入输出扩展方法 ， FX2N 系列 PLC 是由电源、 CPU、输入输出和程序存储器组成的单元型可编程控制器。 其主机称为基本单元，为主机备有可扩充输入输出点数的 “扩展单元 (电源 I/0)和扩展模块 (I/0)”，此外，还可以连接特殊扩展设备，用于特殊控制。 在组织 FX2N 系列时，须考虑下述各点 : 输入输出总点数控制在 256 点以内，其中输入点数和输出点数均不能超过 184点； DC24V 电源和 DC5V 电源的容量，基本单元和扩展单元内 部装有电源，可以对扩展模块供给 DC24V 电源，对特殊模块供给 DC5V 电源，因此扩展模块和特殊模块的耗电量应该控制在基本单元及扩展单元的电源范围以内； 对于 FX2N 基本单元，外接特殊单元和特殊模块的数量，最多不超过 8 台。 关于输入输出序号的编号问题， FX2N 系列 PLC 使用如下的编号方法 : （ 1）输入继电器 (X)、输出继电器 (Y)的序号是由基本单元开始，按连接顺序分配八进制数码。 （ 2）特殊扩展设备和 PLC 使用 PLC 的 FROM 和 T0 指令进行数据信息交换，但是输入输出继电器不占序号。 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 12 （ 3）功能扩展板， FX2NCNVIF 型转换电缆，和输出输入点数无关。 ③ 具体的输入输出扩展 根据对于本生产线的分析，系统需要约 130 个输入点、 160 个输出点，总的点数约在 290 个左右，加上一定的点数裕量，系统总的输入输出点数应该配置在320 点左右，而 FX2N 系统最大的点数是 256 点，所以决定采取分段控制，将整个系统分成 2 段，前一段从电子称重机到喷墨打印机，使用一个 PLC 系统控制，具体的扩展方法是 FX2N128MR+FX2N48ER 各一台，共有点数 176 个，输入点88 个，编号范围是 X000～ X127，输出点 88 个，编号范围是 Y000～ Y127。 剩下的后面作为一个控制系统，使用 FX2N128MR+FX2N16EYR，总点数 144 个，输入点数 64 个，编号范围是 X000～ X077，输出点 80 个，编号范围是 Y000～ Y117。 这样系统的总点数为 320 点，其中输入点 152 个，输出点 168 个，可以满足系统的要求。 图 是 I/0 扩展连接示意图。 前段 后段 图 I/0 扩展连接示意图 ④ 分配输入 /输出点信号、输出点与输出控制是一一对应的。 分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。 FX2N型 PLC 的输入 /输出通道号采用自由配置、固定通道方式。 输入输出继电器可自由选择，与输入点对应的即为输入继电器，与输出点对应的即为输出继电器。 包装码垛生产线控制系统包装部分及码垛部分输入输出接口如表 、 所示。 表 包装部分 I/O 接口分配 输入 输出 名称 接口 名称 接口 吸袋垂直气缸 X001 垂直汽缸下降 Y001 吸袋真空装置 X002 垂直汽缸上升 Y002 吸袋真空阀 X003 吸盘 Y003 上限位开关 X004 垂直汽缸倾斜 Y004 倾斜气缸电磁阀 X005 斜托板下降 Y010 FX2N128MR FX2N128MR FX2N16EYR FX2N48ER 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 13 表 码垛部分 I/O 接口分配 斜线位开关 X006 防滑吸盘吸袋 Y011 斜托板光电开关 X010 磕头装置倾斜 Y013 光电开关 X011 真空吸袋 Y014 横进装置减速开关 X012 磕头装置立起 Y015 横进装置装袋点限位 X013 斜托板上升 Y020 倾斜限位 X014 抱板闭合 Y021 磕头装置到位信号 X015 大夹子闭合 Y022 横进装置取袋点限位 X020 料斗下缩口夹子张开 Y024 夹抱限位 X021 取袋真空装置打开 Y025 横进装置移动限位开关 X022 缩口夹子向里放 Y026 开袋真空检测 X023 夹辊气缸动作 Y027 夹袋压力检测 X024 开袋 Y030 打开袋口 X040 抱袋 Y031 横进装置限位 X041 张开 Y033 横进装置到位 X050 缩口夹子张开 Y037 输送带 X051 放料门插入 Y040 倒袋 X053 拍打板上升 Y042 整形 X054 敦实 Y043 金属检测 X055 折边 Y044 金属信号 X056 缝口 Y045 重量检测 X057 倒袋气缸伸出 Y050 包装子程序启动 X127 整形汽缸动作 Y051 检测器声光报警 Y06。