畢業(yè)設計（論文）-顆粒料包裝機的PLC自動控制設計

1、顆粒料包裝機的plc自動控制設計摘要隨著我國改革開放的不斷深入和世界經(jīng)濟一體化的口益顯現(xiàn)，我國包裝工業(yè) 的發(fā)展遇到了新的挑戰(zhàn)。為了滿足人們不斷攀升的物質文化需求，跟上包裝工業(yè) 產(chǎn)品、質量的更高要求，適應包裝生產(chǎn)科學技術的口新月異，包裝工業(yè)的技術研 究必須與時俱進，不斷更新和升級。由于傳統(tǒng)繼電器控制的顆粒料包裝機工作時存在電路復雜、可靠性差、故障 診斷與排除困難等缺點，因此提出了用plc對包裝機控制系統(tǒng)進行設計?？删幊?控制器(plc)作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強大、性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代工業(yè)自 動化生產(chǎn)屮得到了廣泛的應用。本設計詳細闡述了集plc技術，光電感應技術，通信技術于一體的先進控制 技

2、術在該包裝機控制系統(tǒng)屮的應用。通過對小型全自動顆粒料包裝機工藝過程的 分析，克服了傳統(tǒng)小型包裝機傳動方案的缺陷，提出了 plc控制的柔性化包裝 機的構想。設計工作的任務包括包裝機構和運動分析，控制部分的硬件選擇，電 氣原理圖的繪制和三菱plc程序編寫，以及各個電氣元器件的選擇與安裝，最終 給出了 plc控制包裝機系統(tǒng)的硬件組成和軟件設計，其中包括plc選型、i/o地址 分配、i/o端子接線、程序設計和控制原理。關鍵詞：顆粒料包裝機，plc, gx developerthe desine of automatic control forgranularmaterial packing machi

3、ngabstractwith the deepening of china's reform, opening up and the integration of the world economy, china's emerging packaging industry development new challenges. in order to meet the increasing people, keep pace with the packing material and cultural needs of industrial products, quality

4、and higher requirements, science and technology to packaging production, packaging industry technical research must keep pace with the times, and constantly update and upgrade.because of traditional relay control of packing machine for granular material, here are lots of disadvantages which include

5、device complexity, inferior reliabil讓y, malfunction analysis and trouble obviation. as the kernel device control system, plc is widely used in modern industrial production and do well in this field.this thesis takes the control system of the high-speed full-automatic packing machine that was develop

6、ed by liuyang handsome trade corp.ltd along with our teacher as a background. we apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of plc, light electricity technique and so on. by the describing of the basic operation of small automatic packager, and o

7、vercome the defects of now used packager in transmission system. the main designer include in the analyzing of the packaging machined structure and the movement, protracting the electric schematic diagram, writing the plc programming and the choosing and fixing the electric parts of an apparatus. th

8、e paper gives the design of hardware and software about the electrical control of packing machine for granular material, which include selecting a model of plc, distributing address of i/o, wiring diagram of i/o, designing of programmable trapezium and theory of control.key words:packing maching for

9、 granular material,plc,gx developer-!/ 1刖s第1章顆粒料包裝機控制系統(tǒng)的總體設計1.1顆粒料包裝機生產(chǎn)工藝概述1.2可編程控制系統(tǒng)設計1.3系統(tǒng)的運行方式1.4 plc控制系統(tǒng)硬件總體設計141總體結構關系1.4.2控制系統(tǒng)主要器件的選擇6第2章 包裝機機構的設計計算以及電氣元器件的選擇82各機構的結構設計82.1.1紙供送機構設計82.1.2給料裝置機構設計92.1.3壓紙切紙機構設計102.1.4下料裝置機構設計122.1.5封口機構設計132.2主要電氣元器件的選擇15221真空發(fā)生裝置選型152.2.2氣缸選型16223空氣壓縮機選型172.2.

10、4傳感器的選型20第3章 系統(tǒng)的編程和設計203plc的結構及其工作原理213.1.1 plc的一般結構213.1.2 plci作原理223.2 plc的軟件設計22321 gx developer開發(fā)工具的特點22322 plc程序的總體結構233.3 plc控制系統(tǒng)設計的原則253.4包裝機的plc程序設計263.4.1 plc程序總體設計263.4.2 plc程序的優(yōu)化設計30結論34謝辭35參考文獻36外文資料譯文錯誤!未定義書簽?？删幊炭刂破鳛楣I(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編 程邏輯控制器(programmable logic controller),簡稱plc,

11、它是60年代末發(fā)明 的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(dec)為美國通用公司(gm)研制開發(fā)并成功應用 于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，plc軟硬 件水平與規(guī)模也發(fā)生了質與量的變化，其控制技術也朝著智能化方向不斷發(fā)展， 同時推動了先進制造技術的相應發(fā)展。現(xiàn)代plc已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設備。 最初，plc主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機械的控制上。但不久，西德的西門子 (siemens)公司、bbc公司就開始研制plc,當時主要是用于軋鋼機、升降設備等 大型設備上。70年代初，口本的omron也推岀了他們的plc。三菱、口立、富土、 東芝、橫河、口電等公司也先后加入了

12、 plc制造者的行列。70年代屮期，美國和 西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型plc。由于plc是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強, 適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降；加上其是專為工業(yè)控制所設計， 所以具有極好的抗干擾性能；并且他的使用和維護都極為方便，實現(xiàn)了低水平的 操作、高性能的控制，所以在機械制造業(yè)深受歡迎。小型plc開始步入諸如塑料 注塑機、包裝機械、橡膠機械、紡織機械等輕工機械的控制領域，其成本的低廉 和性能的優(yōu)良對直接使用微機作為控制單元的做法構成了強有力的挑戰(zhàn)，更有全 面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。由于大規(guī)模集成電路和微處理器在plc屮的應用，使plc的功能不斷增強， plc不僅能

13、進行順利邏輯控制，還能完成定時、計數(shù)，算數(shù)、邏輯運算，數(shù)據(jù)處理, 模擬量輸入輸出及pid控制。今后，plc將主要朝著以下兩個方向發(fā)展：一個是向 超小型專用化和低價格方向發(fā)展；另一個是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡方 向發(fā)展?？傏厔萑缦拢?1) 可編程控制技術的標準化在工業(yè)自動化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競爭又互相合作。一 種自動化產(chǎn)品的競爭力除表現(xiàn)在技術上的個性外，更重要的還在于其滿足國際標 準化的程度和水平。標準化一方面保證了產(chǎn)品的岀廠質量，另一方面也保證了各 個廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗時各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應的技術標 準作依據(jù)。按照這些標準，各種型號的plc產(chǎn)品對工業(yè)

14、應用環(huán)境、抗干擾性等條 目都給出了明確的規(guī)定。但是，這些標準目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不 能實現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產(chǎn)品有一個共同的參考平面，制定了國際 標準。(2) cpu處理速度的加快目前plc的cpu與微型計算機的cpu相比，還處在比較落后的地步，最高的 也僅僅處在80486 一級。將來會全部使用64位risc芯片，實現(xiàn)多cpu并行處理 或分時處理或分任務處理，實現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路 固化。這樣plc執(zhí)行指令的速度將達到納秒級。(3) 可編程控制技術的智能化提高一個系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質，在某種意義上也提高了系統(tǒng) 的可靠性。(4) 通用性和專

15、業(yè)化的結合可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領域都有其自己的特點。怎樣才 能使一個系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢？硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛 盾的鑰匙。這樣，適合于某個行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集 成到通用系統(tǒng)中去。常用的專用模塊包括：定位模塊、溫度測量模塊、高速采樣 模塊、網(wǎng)絡接口模塊等(5) 可靠性進一步提高隨著plc進入過程控制的領域，對plc可靠性的要求進一步提高。但從根本 上來講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個系統(tǒng)的可靠運 行，首先要求系統(tǒng)各單元的質量要得到保證。mtbf(平均無故障時間)是衡量產(chǎn)品 質量的重要指標。(6) 控制與管理功能一

16、體化為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要，plc將廣泛采用計算機信息處理 技術、網(wǎng)絡通信技術和圖形顯示技術，使plc系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功 能融為一體。綜上所述，我們不難得出下面幾個結論：(1) 智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的新型控制思想。(2) 基于標準化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質量的重要判據(jù)。(3) 通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。當今，我國的包裝機械行業(yè)取得了世人矚冃的發(fā)展，顆粒料物品在我們生活 屮隨處可見，顆粒料包裝機是一種用途十分廣泛的機械設備，它的研制成功可以 提高勞動生產(chǎn)率，促進國內化工、糧食等產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線的自動化，我國包裝機械工 業(yè)由于

17、起步較晚，大部分設備都是通過引進設備消化吸收研制出來的。為了提高 顆粒料物品包裝的效率，研究和設計顆粒料包裝機已迫在眉睫。包裝機械的最人特點是動作復雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場合 使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用plc控 制的情況下，就可以對其內部的輔助繼電器進行編程后來取代。從物理介質方面 來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是plc的內部寄存器，在plc 編程容量許可的范圍內，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復雜的控制邏輯。一般的 plc都有上百點內部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內部電器，足可以應 付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是

18、對plc進行編程。事實上plc用于這 種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟性。當然我們不僅忽視了 plc的另一個優(yōu)點，那就是 其運行速度及可靠性和壽命遠遠高于繼電器控制方式，從上述意義上來講，plc最 適合于需要大量中間繼電器的場合。因此，國外在注塑機、各種包裝機上已經(jīng)大量地釆用了 plc來取代傳統(tǒng)的繼 電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我國包裝機械日前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用plc來取代的 話，則可以簡化機械結構，機械和電氣設計都可以得到簡化。更重要的是可以使 原來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn)，使機器在某種程度上實現(xiàn)智能化。通過對各 種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用plc控制系

19、統(tǒng)。第1章 顆粒料包裝機控制系統(tǒng)的總體設計1.1顆粒料包裝機生產(chǎn)工藝概述顆粒料包裝機主要功能是將顆粒料物品以一定的速率包裝成為蝌蚪狀。被包裝 的顆粒直徑最大為4mni,平均為3mm,且被包裝的顆粒的硬度大。各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氣體推動氣缸, 從而帶動機械結構移動來實現(xiàn)的。顆粒料包裝機的簡單工藝流程為：送紙一一壓紙切紙一一下料填充一一封口。具體的工作過程如下：包裝紙以卷筒的形狀放在原料架上，當開始動作時， 送紙電磁閥控制送紙，短氣缸運動。完成一段小的空行程。分料電磁閥控制顆粒 箱轉動進行分料動作。同時抽真空電磁閥通電，直到關機抽真空電磁閥才斷電。 送料架運動一段

20、位移以后，當碰到傳感器時，壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁 閥得電，壓紙電磁閥控制送紙架上的氣缸使z將紙壓緊，為送紙架托著紙帶做準 備。送紙架上抽真空電磁閥控制送紙架前端的抽氣管使紙的前端緊貼在送紙架上。 這樣前吸后夾地將紙帶往前送，此時顆粒箱仍然順（逆）時鐘轉動，送紙架繼續(xù) 往前運動，碰到傳感器時壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥斷開，同時抽真空 電磁閥得電，使紙帶吸緊在切紙板上，使z不會隨送紙架的返回而折疊。送紙架 返回碰到傳感器時送紙二電磁閥失電，送紙動作結束。送紙架返回碰到傳感器時裁紙壓紙電磁閥通電，氣缸作用，切紙板往下運動, 海綿墊板壓緊紙帶然后在刀片的作用下將紙帶裁成邊長為50mmx2

21、8mm、夾角為65 度的菱型紙片。當切紙板往下運動碰到傳感器時，切紙板返向運動，碰到切紙板 上位傳感器時，切紙電磁閥斷電切紙運動結束。當切紙板上位傳感器采集到信號時，插紙電磁閥得電氣缸動作使插紙桿向下 運動，進行插紙下料動作，插紙下料運動由兩個氣缸為其提供動力，插紙長氣缸 下降（插紙一）以后有個短暫的停留時間，在這個短暫的停留時間里分料板要完 成錯位動作實現(xiàn)下料，此時料斗閥門電磁閥得電料斗閥門打開，顆粒沿著屮空的 插紙桿下滑到?jīng)_壓成u型的紙盆內。然后在插紙短氣缸繼續(xù)向下運動（插紙二） 到fi標位置時才開始往上返回到原位。當顆粒填充完畢以后，料斗閥門閉合且插 紙桿繼續(xù)向上運動，當插紙桿碰到上位傳

22、感器時，插紙桿動作結束。當插紙桿碰到上位傳感器時，封口電磁閥得電開始封口動作，封緊程度由電 接點壓力表控制，達到預設壓力則鎖紙板返回，碰到傳感器則停止運動。此時包 扎好的成品在自重的作用下掉到收集箱內，完成了整個包裝過程。1.2可編程控制系統(tǒng)設計利用plc可以構成單機控制系統(tǒng)，集屮控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)和遠程i/o 控制系統(tǒng)。由于顆粒料包裝機控制對彖較多，有送紙過程屮的過程屮的同步控制, 壓紙裁紙、下料過程中的位置控制，所謂過程屮的壓力控制，且被控對彖比較集 屮，因此我們采取集屮控制系統(tǒng)方案。每個被控制對彖與可編程控制器指定i/o相連接，因此各被控對彖z間的數(shù) 據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另外設置專

23、門的信號線路。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所 處的地理位置比較接近，且相互之間的動作有一定聯(lián)系的場合。單主機控制方式, 對主機要求較高，危險相對集屮。遠程i/o控制系統(tǒng)的控制結構比較獨特，類似 于集屮控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)的特點，經(jīng)常用于控制規(guī)模屮等，控制 對彖比較分散、工程費用較低的場合。plc作為一種控制設備，無法進行復雜運算，無法顯示各種實時圖形和保存大 量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報表，沒有良好的界面。這些不足，我 們選用人機界面來彌補。人機界面完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或 表格形式對現(xiàn)場進行動態(tài)模擬顯示、分析限值或報警信息，驅動打印機實時打印 各種圖表。為提高

24、plc及系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層 隔離，輸入信號光電隔離，遠離強電布線，模擬量信號和脈沖信號采用屏蔽線傳 遞，采用放射性一點接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。1.3系統(tǒng)的運行方式運行方式分為手動、單步、周期及自動等四種操作方式。(1) 各工步都可單獨點動，按鈕釋放即停止運行；(2) 按下啟動按鈕，運行一個工步，到位即停。再按啟動，則進入下一工步 的運行；(3) 從初始位置開始，按啟動按鈕，程序自動完成一個周期的動作后返回到 第一步開始位置停止；（4）按啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后又接著從第一步開始運行，自 動循環(huán)。在自動方式下，中途若按下復位按鈕，則系統(tǒng)

25、要繼續(xù)運行到第一步開始 位置才停止；若按下停止按鈕，則運行立即停止，此時若再按啟動，系統(tǒng)即從該 位置運行到第一步開始處停止。根據(jù)顆粒料包裝機的實際運行情況，本系統(tǒng)采用白動運行和手動運行兩種方 式。與運行方式的設計相對應，還必須考慮停止運行方式的設計。可編程控制器 的停運方式有正常停運，暫時停運和緊急停運三種。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包 裝機運行期間釆用循環(huán)工作方式，只有在工作結束或接收到操作人員的停止運行 指令或設備出現(xiàn)故障或異常情況時才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系 統(tǒng)立即停車。包裝機控制功能要求：手動運行可以用按鈕對包裝機的各個部分進行單獨控 制，主要用于故障恢復與檢修全自動運行按下

26、啟動按鈕，系統(tǒng)即可連續(xù)、協(xié)調、 周期性地循環(huán)完成各包裝動作，直到系統(tǒng)接收到停止運行信號。1.4 plc控制系統(tǒng)硬件總體設計141總體結構關系本系統(tǒng)采用plc和人機界面兩級控制的結構。plc負責按鈕、光電開關和電接 點壓力表信號的輸入，以及發(fā)出信號去控制各個氣缸、繼電器、真空泵等電氣元 件，進而控制各部分的運行，同吋控制相應指示燈的顯示。人機界面用來進行參 數(shù)的修改與設定、全自動控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。人機界面通過串行 口與plc相連，進行相互通信，所以人機界面是通過發(fā)出命令去控制plc的運行 以達到進行全自動控制的目的。1.4.2控制系統(tǒng)主要器件的選擇顆粒料包裝機控制系統(tǒng)主要器件包括人

27、機界面、plc等。它們的選擇都是以在 保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品為依據(jù)，plc的選型具 體情況如下。在進行這項工作z前，需要對控制對象和控制任務進行統(tǒng)計和分析。然后確 定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配值。據(jù)統(tǒng)計，初步確定該包裝機控制系統(tǒng)有，20個開關 量輸入，13個開關量輸出。根據(jù)對上述控制任務的分析，本項目選擇了三菱公司的中小型plc系統(tǒng)fx1n 系列，它能滿足屮等性能要求的應用，應用領域相當廣泛。fx1n系列是最多可控 制128點的普及型微型plc。除了可以擴展輸入輸出，還具有模擬量控制和通訊鏈 接功能的等擴展性。所以，fx1n系列可以廣泛應用于一般的順序控制。fx1n系列

28、plc的特點：（1）定位控制功能是標準配置；（2）使用關鍵字功能保護程序；（3）內置不用電池的eeprom存儲器，無須維護口 ；（4）內置run/stop開關,運轉/停止執(zhí)行簡便；（5）不停機時更改程序（6）特別適于高速處理而fx1n系列plc控制規(guī)模為24128點（基本單元：24/40/60點）特點有：（1）集成化cpu、電源、輸入輸岀合為一體。通過使用顯示模塊和功能擴展板，可以非常簡便地進行系統(tǒng)升級。另外，也 可以擴展輸入輸出和特殊模塊。（2）運算高速化基本指令：0.550.7 us/指令；應用指令：數(shù)3. 7數(shù)100 u s/指令。（3）存儲器規(guī)格大內置8000步eeprom存貯器無需電

29、池，維護輕松（4）軟元件范圍豐富輔助繼電器：1536點，定時器：256點，計數(shù)器：235點，數(shù)據(jù)寄存器：8000 點。綜上所述我們選用三菱公司的fx1n系列的plc,根據(jù)plc選型對端口預留5% 10%的余量，如下表所示我們選用plc為：表1t plc型號表型號主機輸入點主機輸出點電源fx1n-40mr-0012416ac100-240v第2章 包裝機機構的設計計算以及電氣元器件的選擇2.1各機構的結構設計2.1.1紙供送機構設計1、要求包裝機的全部動作由氣缸驅動，氣缸由電磁閥控制，采用薄頁紙卷筒包裝材 料作為包裝材料。紙供送結構要求包裝機以一定的速度送到指定的位置，屮間必 須保證送至過程的連

30、續(xù)，保證定位切斷準確，所切出來的紙的形狀完整無誤差。 送紙的速度由氣缸來決定一般為3m/s。同吋還要求排除一些干擾因素，其基本組 成及機構圖如下圖所示：1 -支承架2 -字銀.組3-張緊裝置4-紙定位裝置5-送紙架6-壓紙桿7-氣缸 圖2-1送紙結構圖2、工藝過程包裝材料卷i置于支承裝置上，為了提高包裝機的生產(chǎn)效率采用一次放i 0 卷卷筒紙同時供送。導車昆組2、張緊裝置3,完成紙供送的導向。紙定位裝置4使 得卷筒z間的供送的包裝材料的供送位置不至于錯位，確保一個位置只供送一條 包裝紙。送紙架5在氣缸的驅動下以3m/s的速度，首先前進30価完成一段空行 程為接下來的送紙做準備。為了確保這段空行程

31、位置的準確度在30mm處安裝一個 位置傳感器，當送紙架達到此位置就停下來。壓紙桿6在氣缸的驅動下下壓將紙 緊緊地壓在送紙架5上，同吋在送紙架上設計一個真空裝置。送紙架再一次在氣 缸的驅動下向前運動，這樣前吸后夾地帶著紙向前前進到壓紙切紙的位置。為了 使送紙二到達最優(yōu)化設計送二的位置離送紙一 157nmi的位置。因此在此安置一個 傳感器。送紙架到達傳感器的位置送紙臺開始吸真空將紙保留在送紙臺上不動。 然后壓紙桿上升，送紙架退回，完成全部的送紙過程。卷筒狀材料供送時，會受到各種原因的影響，當瞬時速度發(fā)生變化而導致出 現(xiàn)時松吋緊現(xiàn)象；當瞬時牽引速度增大時，包裝材料卷將加速轉動，由于包裝材 料卷及支承

32、裝置中轉動件的慣性使得包裝材料帶的張力增大冋。當牽引速度減慢 時，轉動件的慣性會引起包裝材料卷過度松展，使得包裝材料帶呈松弛狀態(tài)，這 將導致包裝材料在輸送過程中出現(xiàn)擺動而引起跑偏，為了減少或消除這些不良影 響，一般設置張緊機構，使包裝材料從卷盤直到牽引輸送裝置z間保持適度的牽 引張緊狀態(tài)。同時為了防止打滑現(xiàn)象在張緊裝置3的向下安裝一個海綿。2.1.2給料裝置機構設計1、要求給料裝置的設計主要是將顆粒料物品搖均勻，使得包裝物在自重的作用下落 到下料管屮。具體要求先將放物箱搖均勻，然后再抽動抽板，為了使顆粒料包裝 物能夠掉到下料管內，而不引起卡死管道的現(xiàn)象，需要計算下料管的管徑：由于顆粒料物品一般

33、的直徑為3mni,因此設計管徑的直徑為7伽。給料裝置機 構由氣缸一、氣缸二、箱體、斜坡、抽板等五部分組成，每一部分都有其特定的 作用，發(fā)揮著不同的功能，氣缸用來驅動箱體，使其右側向上運動，使物料落入 箱體孔屮，箱體用來容納所需包裝的物料，抽板的作用是需要下料時將抽板抽出, 使得抽板上的孔正好與箱體上的孔對齊，這樣顆粒料就順利地落入導料管內，完 成了整個的給料過程，方便下一個過程的繼續(xù)進行，綜上且根據(jù)下料管的管徑設 計給料裝置的結構如下圖所示：圖2-2給料裝置結構圖2、工藝過程在氣缸1的驅動下，箱體的右側向上運動，使得箱體3體內的顆粒料落到箱 體孔中。為了使顆粒料容易落到孔中，設計箱體上的孔為斜

34、孔。上孔直徑為24mm, 下孔直徑為15価，箱體3的下面放置一塊抽板5,需要下料時將抽板抽出使得抽 板上的孔正好與箱體上的孔對齊，這樣顆粒料就落到了導料管內。氣缸驅動箱體 作用完以后，箱體在自重的作用下落回到水平位置。因此在水平位置安裝一個傳 感器，箱體到達此位置即完成了搖箱動作。為了保證將箱體內的顆粒料搖均勻， 在箱體兩邊采用對稱的裝置，即在箱體左側也設計一個氣缸，給氣缸一個信號， 氣缸將箱體左側升上去，完成如上相同的動作。為了提高生產(chǎn)效率，在箱體內開 50個孔，好一次能完成50個包裝物。2.1.3壓紙切紙機構設計1、要求當包裝紙送至正確位置以后，接下來是對紙進行裁剪動作。但是在裁剪之前 應

35、固定紙條，以按照正確的尺寸進行裁剪，所以將壓紙動作設計在裁紙動作之前。此機構的具體要求是先進行壓紙動作再進行裁紙，根據(jù)以上要求設計壓紙切紙機 結構圖如下：1-壓紙板 2-彈簧 3-刀片 4-下料管 5-放刀板 6-切紙壓紙桿圖2-3壓制切紙結構圖2、工藝過程氣缸推動切紙壓紙桿6往下運動，當壓制板1壓好紙后，氣缸繼續(xù)推動切紙 壓紙桿往下運動，壓紙板運動到極限位置不動，放刀板5繼續(xù)往下運動將紙切成 菱形。由于此次設計將壓紙和切紙設計為同一桿，因此為了達到壓紙板1動作到 位后放刀板5繼續(xù)往下動作的目的，在兩板之間安裝了彈簧2。在氣缸的驅動下放 刀板5緩慢向下運動，使得放刀板上的刀將紙切成菱形。同時彈

36、簧還有一個作用 即拖住壓紙板1。同時當氣缸不動作的時候，彈簧將壓紙板和放刀板復位。整個壓 紙切紙過程中，由于壓紙板1所選用的材料為鋼，而與壓紙板接觸的板也是鋼。 因此在壓紙切紙桿向下運動到兩板接觸的時候會產(chǎn)生撞擊聲。為了避免產(chǎn)生噪音, 在壓紙板1下面安裝一塊海綿，以達到減震的目的。壓紙切紙過程十分關鍵，因 此必須透徹分析壓紙切紙機構的每一個組成元件，合理設計其尺寸和結構，只有 合理的完成了壓紙切紙過程，才能使包裝外觀精美，防止漏料的現(xiàn)象的產(chǎn)生，同 時也提高了了生產(chǎn)效率，承接了上一個過程，并且方便了下一個過程的順利進行, 綜上所述放刀板5的設計如下：圖2-4放刀板結構圖整個壓紙切紙過程中，由于壓

37、紙板1所選用的材料為鋼，而與壓紙板接觸的 板也是鋼。因此在壓紙切紙桿向下運動到兩板接觸的時候會產(chǎn)生撞擊聲。為了避 免產(chǎn)生噪?yún)?，在壓紙?下面安裝一塊海綿，以達到減震的目的。2.1.4下料裝置機構設計1、要求下料裝置要求包裝紙沖出一定的形狀然后再把顆粒料物品準確地送到包裝紙 屮，這就包含了沖紙機構和導料機構。沖紙機構是在包裝紙裁剪完畢后對其初步 成型以方便充填物品能充填到包裝紙內。導料機構是在沖紙機構沖紙完成以后將 顆粒導到包裝紙中。下料裝置具體上由導料板、內管、外管、固定板、下料板、 導料管、放刀板、壓紙板等八部分組成，每一部分都有其特定的功能，對于整個 裝置順利的完成一個工作周期不可缺少，通

38、過傳感器知道壓紙板放刀板完成壓紙 切紙以后，此時氣缸驅動下料板向下運動而將紙沖成窩形狀，在此裝一個傳感器, 當一碰到此傳感器就完成了沖紙動作。由于固定板和下料板是連在一起的，因此 沖紙過程屮固定板也會隨著運動，為了保證內管與固定板z間的完好的連接，且 為了保證動作過程中的運動精度因此在內管的外面加一個外管以避免在運動中引 起位置誤差而孔與孔z間不能很好的配合。沖紙動作完成以后導料板上的抽板完 成動作，顆粒料落到導料管屮而充填到窩形的包裝紙中完成了充填動作。根據(jù)以上要求設計的沖紙導料機構如下圖：1-導料板2-內管3-外管4-固定板5-下料板6-導料管7-放刀板8-壓紙板圖2-5下料裝置結構圖2、

39、工藝過程通過傳感器知道壓紙板8、放刀板7完成壓紙切紙以后，此吋氣缸驅動下料板 5向下運動而將紙沖成窩形狀，在此裝一個傳感器，當一碰到此傳感器就完成了沖 紙動作。由于固定板4和下料板5是連在一起的，因此沖紙過程屮固定板4也會 隨著運動，為了保證內管2與固定板之間的完好的連接，口為了保證動作過程中 的運動精度因此在內管2的外面加一個外管3,以避免在運動屮引起位置誤差而孔 與孔z間不能很好的配合。沖紙動作完成以后導料板1上的抽板完成動作，顆粒 料落到導料管中而充填到窩形的包裝紙中完成了充填動作。2.1.5封口機構設計1、要求將顆粒料包裝封口，使得在一般情況下顆粒料物品不散落出來。同時由于所 用的包裝

40、材料為薄頁紙，因此，在封口時所用的封口力不能太大，太大將會損壞 包裝紙。封口機構由上板和下板兩部分組成，發(fā)揮著不同的作用，根據(jù)以上要求 設計的封口的結構圖如下：oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo<0oo<0ooo<0ooo<0oo<0oo<0ooooooooooo<0oo<0oooo<0o<0oooqoooo1-上板 2-下板圖2-6封口機構設計圖2、工藝過程由于封口動作是在下料動作完成以后進行的考慮到下料后被包裝物還是呈球 形，因此我們設計的封口裝置也是先呈圓

41、形.當要進行封口動作時，一個氣缸驅動上板1向左運動，另一個氣缸驅動下板2 向右運動，兩塊板相向運動19nun行程。此行程的控制由電接點壓力表來控制，通 過測量當壓力達到0. 38mpa時剛好完成此行程。達到此壓力后上板1、下板2馬上 復位，被包裝的物品在自重的作用掉在包裝袋過程里。封口動作結束，整個包裝 完成。2.2主要電氣元器件的選擇2.2.1真空發(fā)生裝置選型此次的設計真空發(fā)生裝置主要是用于送紙過程屮的將紙吸附在送紙臺上。真 空的產(chǎn)生裝置有真空泵和真空發(fā)生器兩種。真空泵是吸入口形成負壓，排氣口通 大氣，兩端壓力比很大的抽除氣體的機械，其動力源是電動機或內燃機等心。應 用場合一一適合連續(xù)、大流

42、量工作，適合集屮使用。真空發(fā)生器是利用壓縮空氣 （正壓）的流動而形成一定真空的元件，也即利用拉瓦爾噴管原理產(chǎn)生負壓的元 件。應用場合一一需供應壓縮空氣，宜從事流量不大的間歇工作，適合分散使用。 根據(jù)兩者的優(yōu)點以及我們的需求選用真空泵作為真空發(fā)生裝置。我們所選用的真空泵只需要滿足送紙過程中的吸真空，初步選用擴散泵中的 xgb型漩渦氣泵。xgb型漩渦氣泵用來抽除密閉容器的氣體的基本設備它可 以單獨使用，也可作為增壓泵、擴散泵、分子泵的前級泵使用。該型泵廣泛應用 于冶金、機械、電子、化工、石油、醫(yī)藥等行業(yè)的真空冶煉、真空鍍膜、真空熱 處理，真空干燥等工藝過程屮。具有結構緊湊，體積小，重量輕，噪音低，

43、振動 小等優(yōu)點。所以，它適用于作擴散泵的前級泵，而且更適用于精密儀器配套和實 驗室使用。結合氣缸，氣缸的選型主要是根據(jù)每個動作的行程來確定的。像壓紙桿那個 氣缸，動作要求只需要往下將紙壓住即可，因此設計它的行程為3mm即可滿足要 求，根據(jù)這個行程我們選擇sda20x5 max. press l.ompa?？紤]到送紙過程中有兩 個行程組成，選用由兩個行程組合而成的氣缸。結合壓縮機，空氣壓縮機，將機械能轉化為氣體的壓力能，供氣動機械使用?？諝鈮嚎s機的按工作原理分為容積型和速度型。常用往復式容積型壓縮機， 一般空壓機為屮壓，額定排氣壓力impa；低壓空壓機排氣壓力0. 2mpa；高壓空壓 機排氣壓力

44、lompao由于選用的氣缸的工作的最大壓力為impa,所以選空壓機為中壓的往復式容 積型壓縮機。通過查下表選用xgb-8型號的真空泵，最大壓力12kpa,電機功率0. 37kwo表2t 旋渦乞泵性能一覽表型號xgb1gb-2gb-6gb-7xgb-8xgboxgb2xgb-15最大流量(m3/h)300330370210657510003510010480最大壓力(kpa)3033402812650814642正常工作斥力(kpa)<20<22<28<18<813<4012<910<31真空度(kpa)2121292010831511230電電壓

45、3 g x 380v1 e x220v3<i> x380v3 4>x 380v1 e x 220v3 4>x 380v3 e x380v機功率3kw4kw5. 5w2. 2w0. 37kw1kw5kw7. 5kw重量kg55731154012630221601182.2.2氣缸選型氣缸的選型，主要是根據(jù)每個動作的行程來確定的。像壓紙桿那個氣缸，動 作要求只需要往下將紙壓住即可，因此設計它的行程為3mm即可滿足要求，根據(jù) 這個行程我們選擇sda20 x 5 max. press 1. ompa?？紤]到送紙過程中有兩個行程組 成，我們選用由兩個行程組合而成的氣缸。送紙一的行

46、程為30mm,送紙二的行程 為157mm,因此選用氣缸為sda32 x 32 x 158max. press 1. 0mpao同理可得其它氣 缸為：表2-2 乞缸的選擇氣缸（位置）行程（mm）型 號(sda)最大壓力（mpa）數(shù)量（個）氣缸1 （搖箱處）3063x321.02氣缸1 （壓紙?zhí)帲?20x51.02氣缸2（送紙?zhí)帲?0x15732 x 32x1580.81氣缸3（切紙?zhí)帲?8100x301.01氣缸4 （下料處）9x7863 x 10x801.01氣缸5 （封口處）19100x251.042.2.3空氣壓縮機選型空氣壓縮機，將機械能轉化為氣體的壓力能，供氣動機械使用?？諝鈮嚎s機的按

47、工作原理分為容積型和速度型。常用往復式容積型壓縮機， 一般空壓機為中壓，額定排氣壓力impa；低壓空壓機排氣壓力0. 2mpa；高壓空壓 機排氣壓力lompao結合真空泵，我們所選用的真空泵只需要滿足送紙過程中的吸真空，初步選 用擴散泵中的xgb型漩渦氣泵。它可以單獨使用，也可作為増壓泵、擴散泵、分 子泵的前級泵使用。具有結構緊湊，體積小，重量輕，噪音低，振動小等優(yōu)點。 所以，它適用于作擴散泵的前級泵，而且更適用于精密儀器配套和實驗室使用。結合氣缸，氣缸的選型，主要是根據(jù)每個動作的行程來確定的。像壓紙桿那 個氣缸，動作要求只需要往下將紙壓住即可，因此設計它的行程為3mm即可滿足 要求，根據(jù)這個

48、行程我們選擇sda20x5 max. press l.ompa?？紤]到送紙過程中有 兩個行程組成，我們選用由兩個行程組合而成的氣缸。由于我們選用的氣缸的工作的最大壓力為impa,所以我們選空壓機為屮壓的往復式容積型壓縮機。往復式又分為活塞式和螺桿式，特性比較如下表:表2-3活塞式和螺桿式特性表類型輸出壓力/mpa吸入流量/m3> in in"1功率/kw振動噪音維護量排氣壓力脈動價格排氣活塞式1.00. 1 300. 35 220大較低斷續(xù)排氣，需設氣罐螺桿式1.00. 2671.5 370無高連續(xù)排氣。不需氣罐，排岀氣體可不含油跟據(jù)上表我們選用活塞式容積壓縮機。再依據(jù)是氣動系

49、統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)，確定空壓機的輸出壓力pc和吸入流量qc最終選取空壓機的型 號(1) 空壓機的輸出壓力以二 p +工口d(mpg), 一般境況下，令工s = (0.150.2)(mpa)p氣動執(zhí)行元件的最高使用壓力，mpapc輸出空氣的絕對壓力，mpa工門"氣動系統(tǒng)的總壓力損失，mpapc = p + 工口 p(mpa) = 5 + 0.2 = 52mpa(2) .空壓機的吸入流量設氣罐么二尙 么二竝(訶/min)(標準狀態(tài)) ©向氣動系統(tǒng)提供的流量，加'/min 九一一氣動系統(tǒng)的平均耗氣量，加'/min 么一一空壓機的吸入流量，"

50、/mink一一修正系數(shù)，主要考慮氣動元件、管接頭等各處的漏損、多臺氣動設 備不一定同時使用的利用率以及增添新的氣動設備的可能性等因素。一般可令 k = l3l5取仏"5,qc - kqh - 2.25(m3 / min)(3) 空壓機的功率：n一一空壓機的功率“一一屮間冷卻器個數(shù)，取” =1k 等爛指數(shù)，取k=l4乩一一吸入空氣的絕對壓力，"pak 1-1(h + 1)kxm. pk-10.06 px 1 = 31.46kw(l + l)x1.4x0.5x2,25 2,251.4- 10.06 山 0.5 根據(jù)以上的計算選取空壓機的功率為40kw。2.2.4傳感器的選型傳感

51、器是氣缸位置檢測元件，將位移轉換為電脈沖，用于在線測量活塞位移, 以便送到控制器屮進行處理。在每一采樣控制周期，控制器根據(jù)系統(tǒng)偏差大小， 計算出該采樣控制周期所需要的控制量大小，以完成活塞位移的實時控制。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類。我們此次的選擇的主要是物理傳感器屮的開關傳感器一一當一個被測量的信 號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號， 用于判斷位置信號的有無。根據(jù)以上我們選擇光電開關來作為傳感器。型號為： g1v-te015n1,數(shù)量為 11 個。第3章系統(tǒng)的編程和設計3.1 plc的結構及其工作原理3.1.1 plc的一般結構用可

52、編程控制器實施控制，其實質是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這 個變換予以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換和物理實現(xiàn)可以說是plc實施控制的兩個基 本點，而輸入輸出變換實際上就是信息處理。物理實現(xiàn)要求plc的輸入應當排除 干擾信號適應于工業(yè)現(xiàn)場，而輸出應放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng) 方便使用。這就要求i/o系統(tǒng)電路專門設計。根據(jù)plc實施控制的基本點的分析, plc采用了典型的計算機結構，主要是cpu、ram、rom和專門設計的輸入輸出接口 電路等組成晌如圖3.1所示。眥總線扌鏑說線、輸、入接u繼電瓢電彳聞關編程單元照明其魁彳關圖3-1 plc的一般結構(1) 、中央處理器屮央處理器(cpu)

53、般由控制電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集 成在一塊芯片上。cpu通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出 (i/o)接口電路相連接。(2) 、存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯 變量和其他一些信息。系統(tǒng)程序是用來控制和完成plc各種功能的程序，這些程 序是由plc制造廠家用相應cpu的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到rom中。用戶程序存儲器用來存放由編程器或計算機輸入的用戶程序。用戶程序是指 使用者根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可以通過編程器或計算機修改或增刪。（3）、輸入接口電路現(xiàn)場輸入接口電路一般有光電耦合電路和微電腦輸入接

54、口電路組成。（4）、輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放人電路組成。微電腦輸出接口電路:一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通屯路和屮斷請求屯路集成 而成。cpu通過數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號放到輸出數(shù)據(jù)寄存器屮。功率放大電路:是為了適應工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號加以放人。 plc 般采用繼電器輸出，也有的采用晶閘管或晶體管輸出。3.1.2 plct作原理plc雖然具有微機的許多優(yōu)點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一 般采用等待命令的工作方式。如常見的鍵盤掃描方式或i/o掃描方式，有鍵按下 或i/o動作則轉入相應的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。plc則采用循環(huán)掃描工作 方式，在plc屮，

55、用戶程序按先后順序存放，cpu從第一條指令開始執(zhí)行程序，直 到遇到結束符后又返冋第一條。如此周而復始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng) 軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向 輸出點發(fā)出相應的控制信號。這個工作過程分為五個階段：自診斷，與編程器等的 通信，輸入采樣，用戶程序的執(zhí)行，輸出刷新。其工作過程框圖如圖3. 2所示。自診斷與編程器計算 機等通信加頤言號執(zhí)行用戶程序結果輸出圖3-2 plc的工作過程3.2 plc的軟件設計3.2.1 gx developer開發(fā)工具的特點gx developer 編程軟件是基于 windows95/98 或 windows xp

56、 的為三菱 0、qn、fx系列的plc配置和編程的標準軟件包。通過gx developer,用戶可以進行系統(tǒng) 配置和程序的編寫、調試，在線診斷plc硬件配置狀態(tài)、控制plc的運行狀態(tài)和 i/o通道的狀態(tài)等。三菱fx1n系列的plc編程語言有三種:語句表編程語言(stl)、梯形邏輯編程 語言(lad)和順序功能圖編程語言(sfc),其它編程語言作為可選軟件包使用。通 過編程器在對系統(tǒng)進行配置、程序編制、調試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。梯形邏輯編程(lad)是gx developer編程語言的圖形表達方式。它的指令語 法與一個繼電器梯形邏輯圖相似：當電信號通過各個觸點、復合元件以及輸出線 圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線z間的流動