基于plc包装码垛生产线控制系统硬件设计_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硬件设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

,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。 图 26 编组机结构简图 包装码垛自动生产线系统组成 14 包装码垛自动生产线系统组成 15 图 27 推袋压袋机结构简图 包装码垛自动生产线系统组成 16 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。 图 28 托盘仓结构简图 包装码垛自动生产线系统组成 17 包装码垛自动生产线气动部分 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 夹 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。 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，伸缩料门图 231 气源处理装置简图 包装码垛自动生产线系统组成 18 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。 包装码垛自动生产线控制系统硬件设计 19 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。 ． 1 PLC 概述 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)、 存储器 、 输入 /输出单元 、 编程器 、 电源等主要部分构成的 ,如图 31 所示。 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。 图 31 PLC 基本结构 (1)中央处理单元 (CPU) CPU是 PLC 的核心部件 ,它类似人的大脑 ,能指挥 PLC 按照预先编好的系统程序完成各种任务。 其作用有以下几点 : 、 存储由编程工具输入的用户程序和数据 ,并可通过显示器显示出程序的 包装码垛自动生产线控制系统硬件设计 20 内容和存储地址。 、 校验用户程序对正在输入的用户程序进行检查 ,发现语法错误立即报 警 ,并停止输入。 在程序运行过程中若发现错误 ,则立即报警或停止程序的执行。 、 调用现场信息将接收到的现场输入的数据保存起来 ,在需要改数据的时候将其调出 !并送 到需要该数据的地方。 PLC 进入运行状态后 ,CPU 根据用户程序存放的先后顺序 ,逐条读取 、 解释和执行程序 ,完成用户程序中规定的各种操作 ,并将程序执行的结果送至输出端口 ,以驱动 PLC 外部的负载。 、 PLC 内部电路的故障 ,根据故障或错误的类型 ,通过显示器显示出相应的信息 ,以提示用户及时排除故障或纠正错误。 (2)存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路 ,是可编程控制器存放系统程序 、 用户程序及运算数据的单元 存储器可以分为以下 3 种 : CPU 的指令系统编写的 ,它决定了 PLC 的功能 系统程序存储器是只读存储器 ,用户不能更改其内容。 不同机型的PLC,其用户程序存储器的容量可能差异较大。 根据生产过程或工艺的要求 ,用户程序经常需要改动 ,所以用户程序存储器必须可读写。 一般要用后备电池 (铿电池 )进行掉电保护 ,以防掉电时丢失程序。 工作数据是经常变化 、 经常存取的 ,所以这种存储器必须可读写。 (3)输入 /输出单元 输入 /输出 (1/0)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 ,以驱动各执行元件 ,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、 存储器 、 I/O 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 包装码垛自动生产线控制系统硬件设计 21 开关或传感器供电。 (5)编程器 编程器是生产厂家提供的与本公司 PLC 配套的编程工具。 编程器分为简易编程器和图形编程器两种 简易编程器不能直接输入梯形图程序 ,只能输入语句表程序。 用简易编程器编程时 ,编程器必须与 PLC 相连接。 简易编程器的优点是价格低 、 体积小 、 重量轻 、 方便携带。 图形编程器可 直接输入梯形图程序。 图形编程器分手持式和台式。 台式编程器具有用户程序存储器 ,它可以把用户输入的程序存放在自己的存储器中 ,也可以把用户程序下载到 PLC 中。 图形编程器的优点是操作方便 、 屏幕大 ,显示功能强 ,且可脱机编程 ,但是其价格显贵。 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。 包装码垛自动生产线控制系统硬件设计 22 ④ 编程简单易学 ； 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 的分类 目前 ,PLC 应用广泛 ,国内外生产厂家众多 ,所生产的 PLC 产品更是品种繁多 ,其型号、规格和性能也各不相同。 通常 ,可以按照结构形式的不同及功能的差异进行大致的分类 : (1)按照结构形式的不同 ,PLC 可分为整体式和模块式两。