挂面纸包装的控制系统设计毕业设计论文.doc

工工 学学 院院 毕毕 业业 设设 计（计（ 论论 文文 ） 题 目： 挂面纸包装的控制系统设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导 下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地 方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过 贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规 定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权 保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校 可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前 提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 目目 录录 引言引言3 3 1.1.挂面包装的概况与现状分析挂面包装的概况与现状分析4 4 1.1.挂面包装的概况4 1.2.挂面包装的现状分析5 2.2.全自动挂面生产线的工艺、工步分析全自动挂面生产线的工艺、工步分析6 6 2.1.挂面制作的工艺流程及相关设备选择6 2.2.全自动挂面包装机组成及工艺要求7 3.3.每个工步的装置分析每个工步的装置分析8 8 3.1.传输带的分析以及控制部分8 3.1.1.传送带的控制要求9 3.1.2.传输带的 i/o 地址分配。9 3.1.3.传送部分 plc 程序设计9 3.2.计量装置的分析与 plc 设计.11 3.2.1.计量装置的构成及工作过程.11 3.2.2.称量过程 plc 设计.14 3.2.3.计量装置的 i/o 地址分配.14 3.3.进纸装置的分析与 plc 设计.16 3.3.1.进纸装置的构成和工作过程.16 3.3.2.进纸装置的 i/o 地址分配.17 3.3.3.进纸装置 plc 设计梯形图.18 3.4.挂面包装装置的分析与 plc 设计.20 3.4.1.包装装置的分析.20 3.4.2.包装装置控制 i/o 地址分配.22 3.4.3.包装装置 plc 设计梯形图.23 4.4.整体生产线的工艺流程控制及整体生产线的工艺流程控制及 plcplc 设计设计2525 4.1.整体流程分析.25 4.2.挂面工艺流程的 i/o 端口分配.26 4.3.挂面工艺流程的 plc 控制梯形图.27 5.plc5.plc 的选择及可能出现的问题的选择及可能出现的问题 2929 6.6.总结总结3030 7.7.致谢致谢3030 参参 考考 文文 献献3131 挂面纸包装控制系统设计 摘要摘要：挂面的包装已经成为挂面全自动生产线的一个瓶颈。本文主要介绍了挂面纸包装 的工艺生产线的控制部分、计量装置的选择设计和包装部分的设计，根据设计实现挂面的纸 包装全自动生产的全程控制。首先介绍了挂面包装的现状及前景，主要设计挂面纸包装机械 系统的 plc 控制和整体流程 plc 电器控制。 关键字：关键字：挂面纸包装 plc 控制设计 引言 挂面已经成为我们生活中的一种常见的东西，每个家庭和超市都会有。随着需求量的 增大，挂面的生产过程中存在不够完善的地方日益显示出来，特别是挂面的包装问题有待 解决。目前市场方面在这一块也是一片空白，解决这个问题就解决了人工包装所带来的一 些问题，如工作量大，效率低，成本高的问题。 挂面这一产品，在我国具有悠久的历史。它因方便食用、保质期长、价格低廉而深受 广大消费者的喜爱。由于该产品的附加值较低，限制了它的运输半径，这就使得遍布于全 国各地的中小挂面生产企业有了各自足够的生存空间，也在各自的局域市场内有了一定的 品牌知名度，但这样一来，就影响了该产品的品牌集中度，难以形成像方便面行业那样的 产业集中度，也就影响了高效率的挂面包装机械的普及。目前，国内的挂面包装主要有以 下几种形式：卷纸包装、卷纸加收缩膜包装、塑料膜自动包装等。卷纸包装就是将散状的 挂面让人工在外面将其裹紧，经反复揉搓、墩紧，使之形成一个紧密的圆柱体。这种包装 形式是伴随着挂面的发展走过了漫长的历程。因此在普通消费者的心目中形成了深刻的认 知，甚至许多老年人认为只有这种包装形式的才是挂面。这一陈旧的市场定位使得这一包 装形式牢牢占据着挂面包装的统治地位。随着国家对食品卫生的监管越来越严厉，这种半 裸装的食品已很难再进入主流的卖场，这就出现了纸包装外面再用收缩膜二次包装这一包 装形式。而挂面全自动塑料膜包装虽然具有自动化程度高、产品包装费用低、节省人力资 源、产品保质期长等诸多优势，但由于其外形呈矩形，与传统的圆柱形挂面包装相差过大， 一直得不到广大消费者的认可，因此占得市场份额较少。因此本文主要对挂面的纸包装机 进行整体流程的控制设计以及它的部分计算。 通过查阅相关资料，运用专业基础理论和专业知识，对挂面包装机进行控制设计计算， 对前面的传输部分、进纸机构部分和计量装置进行选择。再通过对包装的整个流程的了解， 确定各个部分的控制过程，通过运动分析确定挂面纸包装机的包装动作，对其进行时间控 制。同时，根据所需要的控制流程，在 plc 的选择上进行确定，绘制出一些相关的流程图 和 plc 控制图，以及包装的时序图。 对挂面采用全自动纸包装，不但节省了人力资源而且还能够减少对环境的污染。 1.挂面包装的概况与现状分析 1.1. 挂面包装的概况 挂面这一产品，在我国具有悠久的历史。它因方便食用、保质期长、价格低廉而深受 广大消费者的喜爱。由于该产品的附加值较低，限制了它的运输半径，这就使得遍布于全 国各地的中小挂面生产企业有了各自足够的生存空间，也在各自的局域市场内有了一定的 品牌知名度，但这样一来，就影响了该产品的品牌集中度，难以形成像方便面行业那样的 产业集中度，也就影响了高效率的挂面包装机械的普及。 近年来，随着用工成本的不断上升，广大中小挂面加工企业开始面临生存危机，挂面 的包装已经成为企业发展的瓶颈，但传统的保守观念及微薄的企业利润又制约着各自购买 全自动包装设备，这就使得整个挂面行业处于转型的进退两难境地。 挂面包装的现状。目前，国内的挂面包装主要有以下几种形式：卷纸包装、卷纸加收 缩膜包装、塑料膜自动包装等。卷纸包装就是将散状的挂面让人工在外面将其裹紧，经反 复揉搓、墩紧，使之形成一个紧密的圆柱体。这种包装形式是伴随着挂面的发展走过了漫 长的历程。因此在普通消费者的心目中形成了深刻的认知，甚至许多老年人认为只有这种 包装形式的才是挂面。这一陈旧的市场定位使得这一包装形式牢牢占据着挂面包装的统治 地位。随着国家对食品卫生的监管越来越严厉，这种半裸装的食品已很难再进入主流的卖 场，这就出现了纸包装外面再用收缩膜二次包装这一包装形式。而挂面全自动塑料膜包装 虽然具有自动化程度高、产品包装费用低、节省人力、产品保质期长等诸多优势，但由于 其外形呈矩形，与传统的圆柱形挂面包装相差过大，一直得不到广大消费者的认可，因此， 占得市场份额较少。 挂面包装机械的现状。由于挂面卷纸包装在市场上的强势地位，广大挂面生产厂迫切 需要一种能够实现用纸来包装挂面的全自动包装机。面对这一巨大的市场需求，国内外众 多包装机械制造企业无不投入了巨大的人力、财力进行研发，但由于这一产品的特殊性， 这种包装机的研发难度极高。10多年来，虽有很多家公司研制出一些相关的机型，但经试 用，无一过关，现在这种包装机的研制，基本上处于停滞状态。而挂面的塑料膜包装机早 在上世纪70年代就由日本引入中国，它可以经过计量、提升、自动包装等工序一次完成挂 面的自动包装。安全卫生，包装速度快，计量准确，包装成本低，节约大量人力，可以说 是一种理想的自动包装设备；但由于一来市场不太认可这种包装形式，同时该种包装设备 价格昂贵，严重影响了这种包装机械的推广。进入10年来，仅有为数不多的挂面生产企业 采用该设备。 后来，开始有一些国内的企业仿造这种包装机械，该机的国产化虽然降低了设备的价 格，但质量也与进口产品相差较大，因此很多年来该设备销量很少，大多数挂面生产厂并 不认可这一设备，挂面手工卷纸包装仍然占据主导地位。 近几年来，一个新兴的包装机械制造企业青岛英力特包装机械有限公司介入这一 领域。该公司以强大的研发能力、过硬的产品质量，不断推出一代又一代的挂面包装机械 设备，使得这一领域的情形有所改观。 特别是该公司最新开发的挂面圆柱形塑料膜包装机，该机包装的挂面采用塑料膜包装， 包装后的外形与手工纸包装近似，也是较紧密的圆柱形，而且还可以实现从计量、提升、 包装为一体的全自动化生产，可以说兼顾了市场的审美习惯及生产的自动化需求。该设备 的研发成功，吸引了国内众多挂面生产厂的注意，也引起了相关专家们的重视：由中国食 品科学技术学会牵头，组织国内顶级专家于今年7月7日在青岛市对该设备进行了鉴定，与 会专家和企业家代表完全肯定了该机的性能，对该机的成功研发给予较高评价，为这一设 备的推广打下了良好的基础。 1.2. 挂面包装的现状分析 挂面包装的历史机遇。无论挂面的塑料膜包装具有多大的优势，挂面的纸包装以其强 大的市场需求仍占据主导地位，这就使得挂面包装机的推广举步维艰。但近年来，随着用 工成本的上升，优质劳动力已变得炙手可热，挂面包装的变革已面临着历史机遇。 目前，挂面纸包装的工人工资已升至1500元/月左右，即每包装一份挂面，人工费就需 要0.03元0.06元(每份包装的克重不同，人工费用不同)，就是这样，挂面企业的包装工 人也在大量流失，挂面企业付出大量的培训费用，辛辛苦苦培养出来的熟练包装工人，还 越来越多地流失到其他报酬更好、技术含量也相对较高的行业中去。据了解，几乎所有的 挂面生产企业熟练包装工人的流失率都在50%以上。一些待遇较差的中小挂面生产企业的流 失率更高达80%90%，这一现状已严重威胁到挂面生产企业的生存。这一严酷的现实迫使 广大挂面生产企业纷纷采用包装机械来包装挂面，挂面包装机械的推广面临最好的历史机 遇。 后段自动化的推广需要全社会支持，挂面人工卷纸包装除了需要使用大量的优质劳动 力和较高的人工费用以外，单纯的包装材料成本也是很高的。以目前主流的纸包装外加收 缩膜二次包装这一包装形式为例，一个500克包装的挂面包装纸的价格约为0.05元，外包的 收缩膜价格约为0.04元，两者合计为0.09元，如果再加上人工包装费用约为0.03元，这样 共计包装费用就达到了0.12元左右。而且外包装收缩膜需要使用热风收缩炉这一设备。由 于这一设备的功率一般都在15千瓦20千瓦左右，使用该设备需要耗费大量的电力，而普 通的塑料膜包装机包装的塑包挂面，500克包装的包装膜只需0.07元0.08元左右(包装膜 的价格与包装膜的厚度有关)，并且由于是全自动包装，使用人力较少，人工成本基本上可 忽略不计。而青岛海科佳电子设备制造有限公司最近出品的挂面圆柱形塑膜包装机包装的 挂面，500克包装的包装膜成本仅需0.05元，比传统的塑膜包装节约包装费用40%以上，比 手工卷纸包装更是有大幅度节约，经济效益、社会效益都相当明显。 挂面全自动包装机及后序的自动装箱机、自动码垛机等共同组成了挂面生产车间的后 段全自动化系统，采用上述系统后，可最大限度地节省人力、节省包装费用。 挂面的称量包装是挂面行业的重要生产环节。过去采用机械称量、人工装袋，劳动强 度大、速度慢、度低。近几年，挂面的称量包装生产虽然采用继电器控制系统实现了自动 化，但线路复杂、可靠性低、动态精度低，所以为了在快速自动称量包装中提高动态精度， 实现生产的全部自动化，应用可编程序控制器（plc）作为动态称量包装测控设备，简化了 线路，提高了可靠性和精度。 从上面的对比来看，塑膜全自动包装机在各项指标中都具有相当大的优势。尽管还有 一些不尽如人意之处，但是从整个行业升级的大局来看，尽快推广该设备还是很有必要的。 挂面的现有包装无论是从包装成本，还是使用人力，都造成了大量社会资源的浪费，这与 当前国家节能减排、提倡低碳经济的大政策相违背。 当前国内包装设备制造厂家的现有实力有限，规模多为30人以下的中小企业。由于业 者生产规模普遍过小，很难进行资金筹措、技术改造和吸引人才，也就很难在短期内生产 出大量的先进包装设备。这就需要全社会尤其是政府相关部门给予大力扶持，尽快使全国 的挂面厂家实现挂面的全自动化包装，造福全社会。 2. 全自动挂面生产线的工艺、工步分析 2.1. 挂面制作的工艺流程及相关设备选择 挂面的生产工艺流程，如图1所示。 计量和面熟化压片切条干燥切断计量包装 原料 成品 粉碎、浸泡、干断头 湿断头 图 1 挂面的生产工艺流程图 设备信息： 和面机：hmj45-i 型，产量 375kg/h，电动机功率 4.0kw，外形尺寸 1000460700（mm） 。 立式电动压面机：cn220-a 型，产量 65kg/h，电动机功率 0.75kw,外形尺寸 60050001300（mm） 。 切面机：qmj-a 型，产量 200kg/h，电动机功率 3.0kw，外形尺寸mm） 。 多刀切条机：cd22-vi 型，产量 1000kg/h，电动机功率 2.2kw,外形尺寸 665020007 000（mm） 。 挂面机组：gmj60 型，产量 750kg/h，电动机功率 60kw,外形尺寸 70000120004000（mm） 。 450 高温烘干设备：450 型，电动机功率 27kw；450 低温烘干设备:450 型，电动机功 率 39kw。 熟化机：sh930-100 型，电动机功率 1.5-2.2kw，外形尺寸 11001000570（mm） 。 由于前面的一些生产工艺都比较成熟，本文主要探讨从传送到计量包装部分开始。 2.2. 全自动挂面包装机组成及工艺要求 全自动挂面包装机主要有传送、计量、包装、进纸四部分组成。 传送部分传送部分 传送部分是将挂面机上已经整齐切断的挂面传送带上的挂面传送到下一个传输带上面， 在下一个传送带上传送进入计量投料机中，然后再将挂面送入计量部分。 称量部分称量部分 在前面的传输带传动部分中，传入到计量投料机中，计量投料机开始工作，采取“先 快后慢，最后点动”的控制下料方式，最大限度的保证挂面计量的准确性。 进纸部分进纸部分 进纸部分主要由纸槽、压纸轮、出纸轮、推手、刷浆轮、胶水容器等组成机器在启动 时先启动压纸轮，压纸轮带动一张纸送到出纸轮，启动出纸轮。当纸张后沿过出纸轮后停 止出纸轮并启动推手电机，将纸推到传送带上。 (1) 由于刷浆轮与出纸轮同轴，刷浆轮的上半部分在胶水槽内，胶水槽的下边缘与刷 浆轮之间的间隙很小，只有当刷浆轮转动时才能将胶水带出，所以当纸张经过出纸轮时刷 浆轮自动在上面刷上胶水。 (2) 纸槽内有光电开关，所以无纸时可以进行声光报警，同时包装部分包装一包后停 止工作，待有纸后，机器继续工作。 (3) 纸槽内放进纸后纸槽上升，直到第一张纸顶住压纸轮且压纸轮开关闭合后 0.5s 停 止上升。以后每当压纸轮开关断开纸槽就上升。进纸周期为 5s。 包装部分包装部分 包装部分主要由包装架、包装带、包装槽三部分组成。 (1) 当计量和进纸部分完成后，传送带启动将挂面传送到包装机构上，当传送带将挂 面送到包装槽时，由于重力的原因挂面落入到挂面包装槽内，在包装槽内由包装机架完成 包装。当包装完成后包装周期为 5s。 (2) 当包装完成后包装好的挂面从挂面槽中退出，挂面进入存储装置。 3. 每个工步的装置分析 3.1. 传输带的分析以及控制部分 挂面整齐切断，经过传输带，送入称量部分。流程如图 2 所示。 整整齐齐切切断断的的挂挂面面传传送送 来来 m1 m2 切切面面机机 挂挂面面进进入入计计量量装装置置 m0 图2 挂面切断传输进入称量装置图 3.1.1. 传送带的控制要求传送带的控制要求 带式运输机既是一种连续运输机械, 也是一种通用机械。带式输送机被广泛应用在煤 炭、港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食及轻工业的生产线。既可运送散状物料,也可运送 成件物品。 如图2所示, 面条经过切面机整齐切断以后，经过pdl、pd2 2台带式运输机送出; 经过 pd2以后，传送到计量投料机; pdl、pd2分别由电动机m1和m2控制。 1) 初始状态。胶带pd1和胶带pd2全部处于关闭状态。 2) 启动操作。启动时为避免在前段输送胶带上造成物料堆积, 要求逆送料方向按定 的时间间隔顺序启动。其操作步骤为: 胶带pd2延时5s胶带pd1延时5s前 面的切面机开始运动。 3) 停止操作。停止时为使输送机胶带上不留剩余物料, 要求顺物料流动的方向按一定 时间间隔顺序停止。其停止顺序为: 切面机停止运动延时10s胶带pd1延时10 s胶带pd2。 4）采用fx系列的plc实现控制。 3.1.2. 传输带的传输带的 i/o 地址分配地址分配。 由上面的对传输带的分析，我们很容易得到该plc四个输入，三个输出。 输入 xo: 启动按钮 x1: 停止按钮 x3：m1热继电器 x4: m2热继电器 输出 yo：切面机控制 y1: m1接触器 y2: m2接触器 3.1.3. 传送部分传送部分 plc 程序设计程序设计 用步控指令根据带式输送机控制要求设计的梯形图如图3所示。 x0 s23 t1 s21 t0 x3x4 set|s21 y02 t1 set|s22 s21 y02 y01 t0 set|s23 y02 y01 y00 t2 x1 y00 t2 set|s24 t3 s24 y00 y01 t3 set|s25 s25 y00 y01 y02 r re et t e en nd d k50 k50 k100 k100 (m2) (m1) (m0) 启动步骤 停止步骤 图3 带式输送机plc控制梯形图 3.2. 计量装置的分析与 plc 设计 挂面的称量包装是农业的重要生产环节，过去采用机械称量、人工装袋，劳动强度大、 速度慢、精度低。所以，我们现在采用机械化的手段去解决挂面在生产实际中可能面对的 种种问题，下面的部分，我们来看看计量装置部分的设计。 3.2.1. 计量装置的构成及工作过程计量装置的构成及工作过程 由plc、投料机、称量传感器、放大器和打包机组成plc系统流程图，如图4所示。 投料机 称斗 传送装置传送过来 传感器组 放大器 plc 进入包装装置 p-1 图4 称量装置的系统构成示意图 称斗的上方是投料机， 投料机里面是由前面环节传过来已经切断好的面条。投料机是 由1 台电动机驱动的双速变径变距螺旋进料装置。启动电动机，投料机中的挂面就随着传 输绞笼的旋转而进入称斗中等待称量。称斗上装有3 个uh61100u 型s 梁式应变拉力传感 器，称斗的质量信号直接由该传感器组转换成与之对应的电压信号，再经过两级放大器把 该电压信号放大后送入plc 中进行数据测控、处理。plc 采用先快后慢，最后点动”的控 制下料方式，在扣除称斗皮质量后，按照每包计量净质量的90%，95%和100%计算出快速下 料终了值 、慢速下料终了值和称量终了值。 在下料开始一段时间内，plc 控制绞笼电动机快速下料，当检测达到快速下料终了值 时， plc 控制绞笼电动机开始慢速下料；当检测达到慢速下料终了值时，plc 关闭绞笼电 动机后采用“点动”下料；当达到预定值称量终了值时，plc 控制停止下料。然后plc 控制称斗，在称斗底部的卸料口上，并使卸料电磁阀工作，再打开称斗的卸料口截止阀门， 开始卸料；完毕后，关闭卸料阀门（卸料的结束是通过延时来控制的）。此时一个称量包 装周期结束，可进行下一个称量包装循环。 由上面可知，我们了解了称量装置的工作过程，画出称量装置系统plc流程框图，如图 5所示。 开始 投料机投料 质量经传感器放大器送入plc 是否达到快速下料终了值 快速下料 慢速下料 是否达到慢速下料终了值 点动下料 是否达到预定挂面质量 停止下料 否 否 进入下个工步 是 否 是 是 图5 称量装置系统plc流程框图 3.2.2. 称量过程称量过程 plc 设计设计 如图3和图4所示，我们来分析此过程的步骤： 面条经过传输传送带传过来，在投料机中准备进行下一步的称量，经过快速下料和慢 速下料，达到预定的挂面质量时，停止下料，将挂面传送到下个工步，即包装工步。 1）初始状态，传送带运送挂面过来，投料机进行快速投料，没有挂面运来，投料机不 工作。 2）在达到快速投料终了值时，快速投料停止，进行慢速投料，期间，是电动机的转速 发生变化。在达到慢速投料的终了值时，慢速投料停止，进行点动投料，一旦达到传感器 数据达到挂面质量的设定值，停止投料。 3）停止操作，停止时，为了避免还有挂面正在投料状态，外界输入停止指令时，完成 点动投料后停止。 3.2.3.3.2.3. 计量装置的计量装置的 i/o 地址分配地址分配 在这里，仅仅只是看挂面输送过来即是输入，其实总共有六个；输出则有四个。 输入： x0 称量开始 x1 联动指令 x2 停止 x3 90%检测 x4 95%检测 x5 100%检测 输出： y0 快速下料 y1 慢速下料 y2 点动下料 y3 卸料电磁阀 3.2.4计量装置的 plc 的梯形图 如图6所示，为计量装置的 plc 梯形图 x0x1 set|s11 set|s11y0 set|s12 set|s12y1 set|s13 x3 set|s13y2 set|s14 x4 set|s14y2 x5 y3 set|s15 set|s15y2 x2 y3 end ren 快速下料 慢速下料 点动下料 卸料阀启动 启动步骤 停止步骤 图6 称量装置 plc 控制梯形图 3.3.进纸装置的分析与 plc 设计 3.3.1. 进纸装置的构成和工作过程进纸装置的构成和工作过程 挂面在包装过程中，进纸是必不可少的一个环节，这样才能够实现挂面的纸包装，从 而才能达到降低环境污染。 进纸部分主要由纸槽、压纸轮、出纸轮、推手、刷浆轮、胶水容器等组成。涉及到控 制部分的，如图 7 所示。 压纸轮 纸槽mo 出纸轮 m1 m2 缺纸警示灯光电开关 plc 推手m3 图 7 进纸部分的装置控制示意图 机器在启动时先启动压纸轮，压纸轮带动一张纸送到出纸轮，启动出纸轮。当纸张后 沿过出纸轮后停止出纸轮并启动推手电机，将纸推到传送带上。 (1)(1) 由于刷浆轮与出纸轮同轴，刷浆轮的上半部分在胶水槽内，胶水槽的下边缘与刷 浆轮之间的间隙很小，只有当刷浆轮转动时才能将胶水带出，所以当纸张经过出纸轮时刷 浆轮自动在上面刷上胶水。 (2)(2) 纸槽内有光电开关，所以无纸时可以进行声光报警，同时包装部分包装一包后停 止工作，待有纸后，机器继续工作。 (3)(3) 纸槽内放进纸后纸槽上升，直到第一张纸顶住压纸轮且压纸轮开关闭合后0.5s 停 止上升。以后每当压纸轮开关断开纸槽就上升。 根据上述的工作过程，我们画出进纸装置的 plc 时序图，如图8所示。 plc压纸轮 启动信号 启动信号 压纸轮启动 出纸轮启动 推手启动 压纸轮停止 出纸轮停止 推手停止 t0 t1 t3 t0 图8 进纸装置时序图 3.3.2. 进纸装置的进纸装置的 i/o 地址分配地址分配 输入： x0 启动信号 x1 纸张到了出纸轮 x2 纸张后延出了出纸轮 x3 光电输入没纸信号 输出： y1 压纸轮电机启动 y2 出纸轮电机启动 y3 推手电机启动 y4 纸槽电机启动 y5 没纸报警灯 3.3.3. 进纸装置进纸装置 plc 设计梯形图设计梯形图 如图9所示。 x0 set|s01 set|s01y1 t0 t0 set|s02 set|s02y1 y2 t1 t1 set|s03 set|s03y1 y2 y3 t3 t3 set|s04 m1启动 m1、m2启动 m1、m2停止 m3启动 set|s04 set|s04y1 y2 y3 y4 set|s05 set|s05 x3 y1 y2 y3 y4 ren end k5 k5 k5 m1、m2、m3停止 m4启动 光电继电器报警 y5 图9 进纸装置 plc 控制梯形图 3.4.挂面包装装置的分析与 plc 设计 挂面的包装装置部分，是关系到挂面的自动包装最后能不能够走向市场的一个关键性 因素，包装的质量不好，或者是包装不起来，都是一个制约性的因素。 3.4.1. 包装装置的分析包装装置的分析 包装装置主要由一个传送带，包装槽，两个曲柄摇杆机构组成。挂面的包装在包装槽 内完成。 包装台整体成一个长方体形状，台的顶面上装有包装槽的传输带，利用传输带的张弛 松紧，从而达到挂面的包装与弹出动作，整个包装台表面有一定倾斜角度，当挂面从包装 槽内包装完成推出时，由于重力作用，包装好的挂面就自动滚入下一装置。 涉及到控制部分的，如图10所示： 挂面传送过来 plc 包装装置传输带 左面曲柄摇杆机构 m1m2 右面曲柄摇杆机构 m3 图10 包装装置系统构成及控制示意图 挂面从计量装置的传送带传送到挂面包装装置，当传送带继续前行到达挂面槽上方的 时候，然后传送到包装装置的传送带上面。启动传送带的电机顺时针转动。由此，我们来 分析包装装置的控制步骤： 1）挂面传送过来到包装装置时，传送带电机 m1启动，正转，由此，挂面落入到 包装槽内。 2）当挂面在包装槽内时，右边的曲柄摇杆电机 m3启动，紧接着左边的曲柄摇杆 电机 m2联动，右曲柄摇杆机构先到达预定的位置，左边的后到达。 3）当右摇杆机构到达后电机 m3停止工作，左边的曲柄摇杆机构到达后，停止工 作2s，这2s 的时间是用来压住挂面包装纸，从而使挂面包装的更紧。 4）2s 后两台电机同时启动，两个曲柄摇杆机构都撤回到初始位置，此时的挂面 包装已经完成。启动传送带的电机 m1逆时针转动，传送带张紧，将挂面由包 装槽内退出，由于包装台有一个倾斜的角度，挂面便会自动滚出进入下一装置。 图11所示为包装装置控制时序图： 挂面传送过来 即启动信号 传送带正转 传送带停止 右摇杆电机启动 右摇杆电机停止 左摇杆电机启动 左摇杆电机停止 传送带反转 整个包装周期 3s2s7s4s3s 2s 图11 包装装置控制时序图 3.4.2. 包装装置控制包装装置控制 i/o 地址分配地址分配 输入： x0 启动信号 x1 右摇杆到极限位置 x2 左摇杆到极限位置 输出： y0 m1正转 y1 m3启动 y2 m2启动 y3 m1反转 3.4.3. 包装装置包装装置 plc 设计梯形图设计梯形图 如图12所示： x0 y0 set|s21 set|s21 t0 set|s22 t0 y0set|s22 t1 set|s23 t1 y0set|s23 t2 set|s24 t2 y2 y1 y0set|s24 y2 y1 x1 set|s25 y0set|s25 y2 y1 x2 t3 set|s26 t3 y0set|s26 t4 set|s27 t4 y2 y1 y1set|s27 t5 y4 y2 ren end k300 k200 k500 k200 k400 k300 m1正转 m1停止 m2、m3启动 m3极限位置 m2、m3都极限位 置并停止2s m2、m3回位 包装完成 推出阶段 m1反转 图12 包装装置 plc 控制梯形图 4. 整体生产线的工艺流程控制及 plc 设计 通过上面对企业在挂面生产中尚不成熟部分的探讨与设计，而且，要想实现挂面的纸 包装全自动生产，我们应该在总体的方向上对其进行把握，因此，我们将上述挂面的传送 装置、称量装置、进纸装置、包装装置这四个部分进行整体设计，用 plc 将其各个部分的 各个作用控制起来，从而连贯，达到成为一个挂面纸包装自动化生产线的一个目的。 前文就提到过，挂面前面的生产工艺已相当纯熟，故在本文中，仅讨论挂面从已切断 好传送过来开始。 4.1. 整体流程分析 切断好的挂面传输过来，通过传送装置，送入称量装置，在称量装置中称量，此时， 进纸装置同步进纸，进纸完成后，称量好的挂面送入包装装置，完成包装。 由此，我们可以确定各个部分完成所需动作的时间，画出整体时序图。 如图13所示： 传送装置传输带传送 传送装置传输带传送 停止 各个装置之间的传输 带传送 各个装置之间的传输 带传送停止 称量装置开始工作 称量装置不工作 进纸装置不工作 进纸装置开始工作 包装装置不工作 包装装置开始工作 挂面传送过来 所讨论的一个工艺流程周期119s 30s50s 10s 4s 10s 19s 图13 挂面工艺流程时序图 4.2. 挂面工艺流程的 i/o 端口分配 输入： x0 挂面切断好传送至传输装置 x1 挂面结束传输装置的部分 x2 称量装置工作开始 x3 挂面结束称量、进纸部分 输出： y0 各个装置之间传输挂面 y1 传输部分启动 y2 称量部分启动 y3 进纸部分启动 y4 包装部分启动 4.3. 挂面工艺流程的 plc 控制梯形图 如图14所示： x0 y0 set|s11 set|s11 set|s12 y0set|s12 set|s13 t0 y1 t0 y0set|s13 set|s14 t1 x1 t1 y0set|s14 set|s15 t2 y1 t2 y2 y3 x2 y0set|s15 set|s16 t3 x3 t3 y0set|s16 t4 y4 起始 挂面进入传送装置 传输装置的动作 结束 挂面进入称量装 置 完成称量和进纸 动作 挂面进入包装装 置 结束包装动作 ren end k300 k500 k100 k100 k190 图14 挂面工艺流程 plc 控制总图 5. plc 的选择及可能出现的问题 目前，世界上有 plc 厂商 200 多家，各种型号产品几千种。plc 产品按地域上分成三 个流派，分别是美国产品、欧洲产品、日本产品。美国：a-b（allen-bradly）、 ge（general electric）；欧洲：德国的西门子（siemens）、法国的 te（telemecanique）；日本：三菱电机（mitsubishi electric）、 欧姆龙（omron）。 此外，国内市场上还有韩国、台湾地区等 plc 产品。 plc系统是以plc为核心的控制系统,系统结构包括plc和输入、输出设备。完成系统的 设计主要是指plc的选型和程序设计。由于plc应用在不同场合,有不同的工艺流程,对控制 功能有不同的要求,而且程序难易程度不定,因此很难有一种固定的机型选择标准。这里只 能提出几点plc机型选择的基本原则。 (1) plc机型选择主要考虑i/o点数。根据控制系统所需要的输入设备(如按钮、限位开 关、转换开关等) 、输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)以及a /d、d /a转换的 个数,确定i/o点数。一般要留有一定裕量(约占10% ) ,以满足今后生产的发展或工艺的改进。 (2)随着plc功能日益完善,很多小型机也具有了中、大型机的功能。对于plc的功能选 择,一般只要满足i/o 点数,大多数机型功能也能满足。目前大多数plc机型都具i/o 扩展模 块、a /d 和d /a转换模块,以及高级指令、中断能力与外设通信能力。 (3) plc一般根据i/o 点数的不同,内存容量会有相应的差别。在选择内存容量时同样 应留有一定的裕量,一般是实际运行程序的25%。不应单纯追求大容量,以够用为原则。大多 数情况下,满足i/o点数的plc,内存容量也能满足。此外,提高编程技巧,合理使用基本功能、 控制、比较指令以及某些高级指令,可以大大缩短程序,节省内存空间。 (4)在plc机型选取上要考虑控制系统与plc结构、功能的合理性。如果是单机系统控制, i/o点数不多,不涉及plc之间的通信,但又要求功能较强,要求有处理模拟信号能力,可选择 整体式机,如松下fp0, fp1, fp - m系列,以及omron c200h系列等。如果仅有开关量控制, 可选择omron c系列p型机、西门子s7 - 200,三菱f1, fx系列等。中型plc一般属于模块式, 配置灵活,易于扩展,但相应成本较高。 (5)一个企业应尽量选取同一类plc机型,主要有3个方面的考虑。 同一机型plc模块可互为备用,便于备品备件的采购管理。 同一机型plc的功能、编程方法相同,有利于技术人员的培训和技术水平的提高。 同一机型的plc,其外围设备通用,资源共享,易于联网通信,与上位诸机配合可形成多 级分布式的控制系统。 根据上面的要求，对其挂面的有关plc进行了选择，采用三菱fx plc. 三菱fx plc(可编程控制器) 是新一代工业控制装置,由于其可靠性高、适应性好、编 程简单、直观等优点,在工业控制中得到了广泛的应用。在与pc 机进行通讯时,一般作为下 位机使用,用来完成输出控制、数据采集及状态判别等工作。pc 机一般用来完成资料分析、 计算、资料保存和显示、打印输出,以实现对被控系统的实时监控。 整个挂面生产线的全过程控制由三菱fx系列 plc控制器和pc上位机组成一个完整系统。 采用485工业网络, 集散控制, 使接线层次分明, 现场到中控室的导线减到最少。 6. 总结 毕业论文是一次非常好的将理论与实际相结合的机会，通过对挂面纸包装控制课题设 计，锻炼了我的实际动手能力，增强了我解决实际工厂工程问题的能力，同时也提高我查 阅文献资料、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。 本文设计一种新型全自动挂面包装机的控制部分. 该包装机采用西门子s7 - 200 系列 plc为控制核心,配以微型电动机、各种光电传感器和接近开关实现电气控制,完成挂面的传 送、计量、包装和进纸,对挂面进行定量纸包装,可以取代现有的手工包装或者是塑料热合 包装机。 总之，整个系统工作正常，基本完成了设计任务的全部要求。 虽然本系统完成了设计设计要求，但其中仍然存在着很多需要改进的地方。在所设计 的过程中，各个部分之间的传送部分没有进行仔细的设计，在对挂面进行纵向包装以后， 没有进行它的横向封口的设计，在纵向包装完成以后就结束了整体的设计。希望在之后的 设计之中能够得到进一步解决。 7. 致谢 本论文在陈丰老师的悉心指导和严格要求下业已完成，在论文的选题、理论研究、问 题分析以及论文写