瓶装牛肉酱自动生产线PLC控制系统和测试系统的设计.doc
瓶装牛肉酱自动生产线- PLC控制系统和测试系统的设计
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此程序用台达最新的1软件查看。需要的话请联系我，不看这个文件也可以，用是想学习的话可以看这个原文件。0n）脉冲0自动程序0凸轮电机0 0 0 )100报警36)100报警400 1 2 3 1 3( )5手动程序750自动程序780凸轮电机0 0 0 0自动程序)0凸轮电机4装箱电机43推杆电机反转0凸轮电机4装箱电机40自动程序1670凸轮电机0 4凸轮复位盘0凸轮电机1瓶上料185)2推杆出194)4装箱2081 )2推杆电机正转)4 0 )0凸轮电机0 0 0 请打印业设计（强电）业设计（ 广东白云学院 毕业论文（设计）任务书 机电工程系 机械设计制造及其自动化 专业 机械 班 题 目 瓶装 牛肉酱 自动生产线 制系统和测试系统的设计 任务起止日期： 年 月 日 年 月 日 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 教研室主任 年 月 日审查 系 主 任 年 月 日批准 一、 毕业论文（设计）任务 课题内容 : 设计瓶装 牛肉酱 自动生产线的 用 采用传感器监控生产状态。 设计依据： 1. 瓶装 牛肉酱 容量为 230g，计量误差控制在 2g； 2. 瓶装 牛肉酱 尺寸：底部直径 120口直径 90高 200 3. 要求工作稳定，使用寿命 10年； 4. 生产能力： 50瓶 5. 瓶装 牛肉酱 为 36瓶一箱包装。 课题任务要求 : 独立完成任务，通过设计，主要是使学生系统熟悉和掌握机电控制知识等，培养学生具有综合运用所学的有关理论知识去独立分析、解决实际问题的能力，为其今后从事有关实际工作打下良好基础。 本设计难度较大，每位学生应本着实事求是的态度，注重理论与实践相结合，积极主动地进行调查、预测、计算、分析和论证；设计成果应体系完整、结构严谨、层次分明，观点概念表达准确、清晰，资料数据真实可靠、选用合适，方案设计切实可行、特色突出，各类计划安排合理，计算方法应用得当、结果正确，分析论证充分 、有理有据，格式、图表和写作规范、统一。 课题完成后应提交的资料（或论文、设计说明书、调查报告、图表、设计图纸、软件、实物）： 1）熟悉毕业设计（论文）任务书，查阅有关资料，填写开题报告； 2）翻译有关技术资料，应有书面成果； 3）完成 4）提交设计说明书和控制程序流程 主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）： 1. 王小玲 机电工程技术 第 33卷 第 09期 2. 王永华 北京航空航天大学出版社 ,2003,9 3. 殷洪义 . 可编程序控制器选择设计与维护 机械工业出版社 ,2004 4. 丁炜等 北京 :化学工业出版社 ,2004 工业控制计算机 ,2003 同组设计者： 注： 此任务书由指导教师填写，如不够填写，可另加页。 二、毕业论文（设计）工作进度计划表 序号 毕 业 论 文（设 计）工 作 任 务 工 作 进 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 注： 1. 此表 由指导教师填写。 2. 此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据。 3. 进度安排请用“一”在相应位置画出。 三、学生完成毕业论文（设计）阶段任务情况检查表 时间 第 一 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段 内容 组织纪律 完成任务情况 组织纪律 完成任务情况 组织纪律 完成任务情况 检 查 记 录 教师 签字 签字 日期 签字 日期 签字 日期 注： 1. 此表应由指导教师认真填写。阶段 分布由各系自行决定。 2. “ 组织纪律 ” 一栏应按广东白云学院学生学籍管理办法规定，根据学生具体执行情况，如实填写。 3. “ 完成任务情况 ” 一栏应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议。 四、学生毕业论文（设计）资料袋要求： 1、毕业论文（设计）装订成一本。（按顺序） （ 1）封面 （ 2）中文摘要 （ 3）英文摘要 （ 4）论文目录 （ 5）论文正文 （ 6）参考文献 （ 7）致谢 （ 8）附录（过长公式的推演、图表、编写的程序等） 2、毕业论文（设计）附件装 订一本。（按顺序） （ 1）毕业论文（设计）任务书 （ 2）开题报告 （ 3）需单独装订的图纸 （ 4）外文原文（或影印件） （ 5）中文译文 3、需要单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。 4、修改稿（经、管、文法专业）按顺序装订成一本。 5、论文电子文档（含扫描图片、 由系（部）保存。 注：毕业论文（设计）资料袋由学校统一印刷 学生送交全部文件日期 学生（签名） 指导教师验收（签名） 广东白云学院 毕业 论文 (设计 )开题报告 题目 ： 瓶装牛肉酱自动生产线 - 制系统和测试系统的设计 课 题 类 型 ： 论文 设计 综合 学 生 姓 名： 关毅鹏 学 号： 0612014145 班 级： 06 机械 专业（全称）： 机械设计制造及其自动化 系 别 ： 机电工程系 指 导 教 师： 孙晓辉 2009 年 11 月 一、 课题研究的目的、 意义 ： 本文通过对瓶装牛肉酱自动生产线的控制及关键问题的分析，从硬件、软件两个方面对瓶装牛肉酱生产过程中的自动控制系统进行设计。整个系统分为两个部分。第一部分为可编程控制器 (制系统的设计，控制瓶装牛肉酱自动生产线的相关动作，主要完成对现场数字、模拟信号进行采集和处理以及对执行元件进行实时控制的功能。第二部分为测试系统的设计，通过 统的内部信号对系统进行测试，并将结果显示到文本屏上，方便用户处理各种情况。 目前，世界各国对包装机械发展十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌 现生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势这也是我国包装机械业的发展方向对于我国的包装机械生产企业，并不是求大求全，而是应求精求专。美国、日本、意大利的包装机械生产企业大部分规模不大，但专业化程度很高。 资料显示，包括装箱机在年内全球的包装机械需求以每年 速度增长。全球市场上的包装机械（包括装箱机）大约有三分之一来自德国，销量名列全球第一，其次是美国、日本和意大利。我国一些跨国公司和外资企业使用的装箱机大部分都是从国外进口。有关信息显 示，到 2010 年国内食品和包装机械市场总需求量将达到 1100 亿元，其中装箱机的市场需求量潜力巨大，仅中粮集团的 30 多条生产线，潜在销售额就达到 2000 万元左右。另外，装箱机在金属铁罐生产领域内的应用也具有非常大的市场。据调查，全国的制罐企业有一千多家，如果每个企业配置 1 至 3 台装箱机，那么市场容量为 10003000 台，销售额可达 618 亿元人民币。由此可见国内装箱机市场前景非常乐观。 当前，我国包装机械行业正受到国际金融危机的影响和国际市场竞争的挑战，以价格竞争的销售策略已经不能显现企业的优势。抓住机遇，调 整产品结构，以高科技产品提升企业竞争力是未来我国包装机械行业应对危机和挑战的唯一出路。面对我国装箱机的市场需求，包装机械企业应重点开发一批具有国际先进水平的全自动、多功能、节能、环保的现代化装箱机，提高国产装箱机的市场竞争力。专家指出，在开发装箱机产品中一定要充分体现出高效、高精、智能化、标准化、模块化、弹性化且具有多种切换功能、可拆卸以及节能、环保的设计理念。在引进、消化、吸收的基础上，开发出具有自主知识产权的国产品牌。 1、模块化设计是未来包装机械设计的方向。模块化设计就是在一定范围内，在对不同功能或相 同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，换用一个或几个单元，即可应对包装产品的变化，满足不同产品装箱的需求。另外在设计中还要体现零件的可拆卸性。 良好的可拆卸性可以使装箱机便于维护，所用易损件要便于回收和可再生利用，从而达到方便用户、节省成本和保护环境的目的。 2、均衡寿命设计是近年来提出的科学、环保设计理念。它要求在设计中尽量使每个零部件具有相同或相似的使用寿命。就装箱机而言，某种重要组成模块应具有较长的寿命，而易于损坏 的模块要易于更换，对于一些关键部件和涉及到安全性的模块在设计时应考虑设计成可维修、便于检测的结构。 3、人机工程设计在现代化的装箱机设计中也具有重要的意义。人机工程设计的目的是为减少装箱机使用中人的差错，发挥人和机械各自的特点以提高装箱机整体的可靠性。利用人机工程学原理设计装箱机的人机系统，包括要适于人的使用习惯，便于识别操作，保证安全问题和不易出错的防误操作设计等。这些都要通过机电一体化控制，利用计算机实现自动操作、自动数据收集、自动检验以及自动诊断来实现。 二、本课题国内外研究的历史、现状和研究目标 ： 近年来，国外一些厂商通过对技术的不断改进，使装箱机性能更好地适应了自动化、多功能及高效率的要求。 司推出的 箱机，具有高速、适应性广、用户界面友好等特点。该设备的装箱速度达到每分钟 25 箱，可以连续包装不同规格的玻璃、塑料或金属容器，适用的包装方式与容器尺寸范围很广。 有一系列的独特性能，包括垂直纸箱输送、 制、安全保护自锁、拥堵自动截至传感器等。还配有规格更换辅助装置、 2 电控系统，下游还设有一个光电控制器以实现自动启动或停机。该机器采用纸箱带式输送，配 备低压气动装置和塑料带以实现平稳输送。 备公司最新推出的 列新型装箱机通过采用伺服系统间歇运动控制纸箱包装过程，使生产速度提高 50%，而运动范围则缩小 30%。 列采用第三代伺服设计，通过动态增强位置重复精度以及简化失误检测与恢复，使生产效率大幅提升。该设备的不锈钢网板以及零部件数减少了 50%，可有效减少设备维护和配件更换等所需时间。 司推出的新型装箱机在装箱同时，可以在高速生产线上直接完成纸箱表面印刷。通过这台设备，客户可以在生产线上直接完成企业商标、产品 批号、产品说明等信息的印制。 这种新型设备具有良好的适应性，当装箱完成时，相关的图案、文字就同时出现在纸箱的各个部分，如顶部、侧面、角部或端部。包装制造商不再需要购买多色印刷头、纸箱旋转与定位设备，这些设备不但价格昂贵而且会影响生产线速度。该机可实现纸箱双侧打码以及在包装与封箱两端加注运输标志，即采用一个印刷头能够完成纸箱的双侧印刷，或采用两个印刷头完成四面印刷。如果纸箱干净、平整，可以获得最佳的印刷清晰度。印刷控制系统可以安装于纸箱控制板旁边，易于纸箱规格更换或印刷数据切换。它每分钟可以完成 35 箱的包装 我国的装箱机制造业起步较晚，目前国内专业装箱机的生产企业只有十几家。国产装箱机与世界先进水平还有较大的差距，还不适应国内市场需求和国际市场的竞争环境。国产设备在自动控制、自动化程度和加工精度等方面还比较落后。性能不稳定、结构复杂、耗能、维修麻烦、效率低是国产装箱机需要解决的主要问题。 针对上述情况，我国有的啤酒企业的工程技术人员，针对啤酒装箱机性能单一的弊端，设计出了新型直线连续式啤酒装箱机，可以适应各种产量的包装生产线，动力配置只有 洁的抓瓶头结构，简 化的装卸方式，较低的压缩空气噪音和设备重量，以及方便的操作与维修，显著降低了能耗并提高工作效率。 其次，要进行我国包装机械业的结构调整在 “十五 ”期间乃至 2010 年，我国包装机械业要着重进行产业结构、产品结构和组织结构的调整在产业结构调整上要提高生产集中度，促进专业化、系列化生产，提高产品质量和对市场的适应能力；要积极发展和扶持一批拥有名牌产品的重点骨干企业，加快现代企业制度的建立和完善 参与国际市场竞争，从而加快产业提升在产品结构调整上，要改变目前产品结构中以低技术含量为主的状况，淘汰一 批低效高耗的、低档次、低附加值的、劳动密集型的产品，学习国外先进技术，开发生产高效低耗的、产销对路的大型成套设备和高新技术产品，开发出 “新、奇、特 ”的包装设备，加速包装机械的更新换代，开拓国际市场。在组织结构调整上，要成立跨部门的企业集团，树立大行业的全局观念，进行组织结构优化组合，实现行业资产优化配置，统一思想，强化管理，形成优势互补、分工合作、共同发展的新格局。 发展中高档设备，努力提高技术含量，把产品做精、做细、做专、做强，靠技术进步来推动行业的发展。 近年来，国产装箱机在产品结构升级和技术创新方面也 取得了较大的进展。 江西德赛特包装机械设备有限公司研制成功的多功能全自动装箱机在多项性能指标上都达到了国际先进水平。 这项多功能全自动装箱机适用各种规格圆形瓶、扁形瓶、方形瓶。其特点是可以根据装箱要求，能将产品自动分道理排。在控制上，它采用伺服系统，因而定位准确、动作稳定，可以自动完成瓶子提升、移动、降落的装箱动作，抓瓶器还可以将瓶子自动装进带隔板的纸箱内。该机结构设计的合理性体现在：运动由伺服驱动器和变频器控制的电机驱动，起步和终止均缓慢平稳；装箱速度采用变频器进行无级调速，生产效率极高，生产速高 达 1000090000 瓶 /小时；更换不同瓶型时，只需要更换夹瓶机构即可。该装箱机采用现代显示技术 触摸屏，设备常见故障可自行分析、诊断，并排除。产品除了设置保护罩，还配备光电安全保护装置，当装箱过程中出现缺瓶、缺箱、堵箱、错位等现象时，能立即自动停机，保护机器。 该公司正在开发一种适用于异形铁罐及 等高度不同的非标容器的装箱机，现在已经突破了倒罐、卡罐、吸罐导向、精确定位等一系列技术和制造难题，即将完成试制，投入批量生产。 大连佳林设备制造有限公司近日研制成功的润滑油全自动装箱机通过抓 住塑料瓶的瓶颈每次可以将 1230 瓶产品进行装箱，每小时装瓶数量达到 7000瓶，这在国内处于领先水平。该装箱机通过真空泵控制抓头上的真空或是通过电磁的吸、放来实现抓放产品。它通过机械运转，气动和机电控制把产品准确可靠地从输瓶台上装入纸箱。 该设备运行平稳，动作协调，通过变频电机独立驱动不同的机械机构使产品提升、平移、降落，并与气动、电、光控制相结合实现自动化操作。它采用无压力输送，输箱通道采用三段（进箱段，装箱段，出箱段）无压力控制设计，由变频驱动的减速电机来实现快速进箱、装箱及出箱。此外，它采用两组 箱体底部定位，不但定位效果好，还减少了因纸箱外型尺寸差异所造成的故障停机。为了满足食品包装的要求，该设备还使用了无油润滑的气动元件，大部份运动部件之间均采用了终生不需要注油润滑的人性化设计，避免了油的污染，也减少了用户的维护成本。 三 、本课题研究 的 基本内容和方法 ： 本设计的主要设计内容为瓶装牛肉酱装箱机的上料装置设计、酱瓶装箱装置设计。完成的主要工作有： 1. 综述了瓶装牛肉酱装箱机的发展历程，发展现状及发展战略。 我国早期的 瓶类 生产装 箱 主要是采用手工装 箱 ，后来随着生产的发展和技术的进步，逐渐采用机械化 装 箱 。 2. 确定了总体方案、硬件电路设计、软件程序设计的内容。 3. 设计了纸箱上料机构的控制与检测设计。 4. 设计了牛肉酱瓶上料机构，通过电机驱动齿形带对牛肉酱进行定量输送。 5. 设计了装箱机构，将瓶装牛肉酱装入纸箱内，同时控制完成纸箱的折叠封合。本机总体上具有较高的性价比，具有很强的竞争力和很好的发展前景。 四、 课题研究的步骤及进度安排 ： 本设计 步骤及进度安排 ： 1总体方案设计、 控制 系统设计与 检测系统设计 ,并拟订 控制 草案 ； （ 08 年 12月下旬 ） 2. 翻译英文资料 ； （ 09 年 1 月上旬） 3纸 箱 上料机构 控制 设计和 检测系统设计 ，完成相应 电气 图； （ 09 年 1 月中旬2 月下旬 ） 4 牛肉酱瓶 上料 控制 设计和 检测系统设计 ，完成相应的 电气 图 ； （ 09 年 3 月上旬 ） 5装 箱 装置 控制 设计和 检测系统设计 ，完成相应的 电气 图 ； （ 09 年 4 月底前 ） 6 序梯形 图设计； (09 年 4 月中旬 ) 7. 编写毕业设计说明书 ； （ 09 年 4 月底前 ） 8. 整理、完善毕业设计，准备答辩 .（ 09 年 5 月上旬 ） 五、 课题 的 成果形式： 1）设计说明书：不少于 10000 字 2）设计图纸： 电气 图 2 张 序 梯形 图 5 页 3）不少于 2000 字的英文翻译。 六 、 其他有关问题或保障机制 ： 指导教师意见 指导教师 签名： 月 日 专业教研室 意见 教研室主任 签名： 月 日 系（部） 意见 系主任签名： 月 日 可另加附页 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 I 毕业论文（设计） 题目 ： 瓶装牛肉酱 自动生产线 - 制系统和测试系统的设计 f f y 010 年 5 月 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 摘 要 瓶装牛肉酱自动生产线 是一类比较传统的 生产线 ，随着国民经济的发展和人民生活的改善，这种自动生产线技术也得到了空 前的发展。近年来，我国的 瓶装牛肉酱 需求量日趋增大，随着市场竞争的加剧与消费群体的日益成熟，对 瓶装牛肉酱 的要求也越来越高。但是我国的 瓶装牛肉酱 生产工业目前还存在许多不尽如人意的地方。由于 瓶装牛肉酱自动生产线 的 控制 复杂，目前我国大多数 瓶装牛肉酱 生产企业技术装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。如何提高 瓶装牛肉酱 生产的综合自动化水平，增强我国 瓶装牛肉酱 产业的综合实力和国际竞争力是一个刻不容缓的研究课题。为此，本文通过对 瓶装牛肉酱自动生产线 的 控制 及关键问题的分析，从硬件、软件两个方面对 瓶装牛肉酱 生产过程中 的 自动控 制系统进行设计。整个系统分 为两个部分 。第一 部分 为可编程控制器 (制 系统 的设计， 控制 瓶装牛肉酱自动生产线 的相关动作 ，主要完成对现场数字、模拟信号进行采集和处理以及对执行元件进行实时控制的功能。第二 部分 为 测试系统的设计 ，通过 统的内部信号对系统进行测试，并将结果显示到文本屏上，方便用户处理各种情况。 关键词： 装箱机； 瓶装牛肉酱 ； 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 of is of of of of of as of to in of a of in of of in a as a of PC is by is by 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 1 章 绪 论 . 1 箱机的定义 . 1 箱机的工作过程 . 1 动装箱机的工作原理 . 1 箱机的选择 . 2 国装箱机市场状况 . 2 箱机的技术发展趋势 . 3 外先进装箱机 . 3 内设备的技术创新 . 4 业设计题目及基本参数 . 5 第 2 章 总体方案设计 . 7 制与检测设计所需要的的结构参数 . 7 体控制与检测 方案设计及 选用 . 7 体控制与检测方案设计 . 7 制与检测系统的选用 . 8 箱上料机 构的控制与检测设计 . 8 肉酱瓶上料机构的控制与检测设计 . 9 箱机构的控制与检测设计 . 10 第 3 章 硬件电路设 计 . 12 件电路设计所需元器件 . 12 件电路设计所需元器件简介 . 12 件电路设计所需元器件分析 与统计 . 14 电的电路设计 . 15 箱上料机构的电路设计 . 15 肉酱瓶上料机构的电路设计 . 15 箱机构的电路设计 . 16 关硬件的电路设计 . 17 箱上料机构的 路设计 . 17 肉酱瓶上料机构的 路设计 . 17 出端的电路设计 . 18 他端口的电路设计 . 19 第 4 章 软件程序设计 . 20 序初始准备工作 . 20 电清零程序设计 . 20 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 V 位指示灯程序设计 . 20 料 报警程序设计 . 21 肉酱瓶上料 满足装箱要求程序设计 . 21 动、急停 程序设计 . 22 动程序设计 . 22 动控制各个电机动作的程序设计 . 22 机复位的程序设计 . 23 动部分结尾的程序设计 . 24 动程序设计 . 24 箱上料的自动程序设计 . 24 肉酱上料的自动程序设计 . 25 杆动作的自动程序设计 . 25 箱动作的自动程序设计 . 26 警程序设计 . 27 第 5 章 结论 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 30 附 录 一 入、输出批注表 . 31 附 录 二 序 设计指令表 . 32 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 1 第 1章 绪 论 箱机的定义 装箱机是一种将无包装的产品或者小包装的产品半自动或者自动装入运输包装的一种设备，其工作原理是将产品按一定排列方式和定量装入箱中（瓦楞纸箱、塑料箱、托盘），并把箱的开口部分闭合或封牢。按照装箱机的要求，它应具有纸箱成形 (或打开纸箱 )、计量、装箱的功能，有些还配有封口或者捆扎功能。 包装机械是集机、电、光、声、磁、化、生、美为一体的高技术、高智能、高竞争的产品。发展速度快、更新速度快是它的一大特点。世界上一 切高技术成果，都会在包装机械产品中得到应用。 自动装箱机用于完成运输包装，它将包装成品按一定排列方式和定量装入箱中，并把箱的开口部 分 闭合或封固。装盒机是用于产品销售包装的机械，它将经过计量的一份定量物料装入盒中，并把盒的开口部分闭合或封固。装箱机和装盒机均有容器成形 (或打开 容器 )、计量、装入、封口等功能。 箱机的 工作 过程 在自动包装流水线中，装箱机是整线系统运行的核心， 虽不是产品直接生产机械，但它却是实现生产自动化所必需的。装箱机用于完 成运输包装，它将包装成品按一定排列方式和定量装入箱中，并把箱的开口 部分闭合或封固。 动装箱机的工作原理 自动装箱机能自动将包装物整形排列，装入打开的纸箱中，并完成不干胶封口等动作的装箱设备，所有动作都是全自动完成的。大多数自动装箱机采用新型为组合结构，包括成箱装置、整列装置、充填装置和封箱装置等功能单元，分别完成相应的功能动作，各装置都安装在同一主机架上。成箱装置的箱坯架在上方，充填装置在成箱装置正下方，整列装置在充填装置的前方，封箱装置在充填装置的后方。采用 示屏控制。设有缺瓶报警停机，无瓶不装箱安全装置。大大方便操作、管理、减少生产人员和劳动强度， 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 2 是自动化规模 生产必不可少的设备。 箱机的选择 装箱机的选择一般可从以下方面考虑： （ 1） 机械结构：产品的收集、整理、集束排列是装箱机的关键，所以用户在选购前应该注意装箱机的机械结构部分是否能满足用户的生产需要。另外，根据产品的不同装箱方式，一般有抓、夹、吸、推四种可选择的装箱方式，用户选购前应该根据需要选择最佳的装箱方式。 （ 2） 自动控制：控制系统是所有功能正常运行的保证，也是对故障和出现意外时的自动保护，所以用户在选择时要详细了解控制系统是如何设置的。 （ 3） 生产速度：能否达到生产要求。 （ 4） 内部 配置：好的配置才能保证有好的产品，所以用户在选购装箱机时要注意其内部的配置是否选用了品质较好的配件。 国装箱机市场状况 资料显示，包括装箱机在年内全球的包装机械需求以每年 速度增长。全球市场上的包装机械（包括装箱机）大约有三分之一来自德国，销量名列全球第一，其次是美国、日本和意大利。我国一些跨国公司和外资企业使用的装箱机大部分都是从国外进口。有关信息显示，到 2010 年国内食品和包装机械市场总需求量将达到 1100 亿元，其中装箱机的市场需求量潜力巨大，仅中粮集团的 30 多条生产线，潜在销售额就达到 2000 万元左右。另外，装箱机在金属铁罐生产领域内的应用也具有非常大的市场。据调查，全国的制罐企业有一千多家，如果每个企业配置 1 至 3 台装箱机，那么市场容量为 10003000 台，销售额可达 618 亿元人民币。由此可见国内装箱机市场前景非常乐观。 我国的装箱机制造业起步较晚，目前国内专业装箱机的生产企业只有十几家。国产装箱机与世界先进水平还有较大的差距，还不适应国内市场需求和国际市场的竞争环境。国产设备在自动控制、自动化程度和加工精度等方面还比较落后。性能不稳定、结构复杂、耗能、维修麻烦、效率低是国产装箱机需要解决 的主要问题。 针对上述情况，我国有的啤酒企业的工程技术人员，针对啤酒装箱机性能单一的弊端，设计出了新型直线连续式啤酒装箱机，可以适应各种产量的包装生产线，动力配置只有 洁的抓瓶头结构，简化的装卸方式，较低的压缩空气噪音和设备重量，以及方便的操作与维修，显著降低了能耗并提高工作效率。 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 3 箱机的技术发展趋势 当前，我国包装机械行业正受到国际金融危机的影响和国际市场竞争的挑战，以价格竞争的销售策略已经不能显现企业的优势。抓住机遇，调整产品结构，以高科技产品提升企业竞争力是未来我国包装机械行业应对危机 和挑战的唯一出路。面对我国装箱机的市场需求，包装机械企业应重点开发一批具有国际先进水平的全自动、多功能、节能、环保的现代化装箱机，提高国产装箱机的市场竞争力。专家指出，在开发装箱机产品中一定要充分体现出高效、高精、智能化、标准化、模块化、弹性化且具有多种切换功能、可拆卸以及节能、环保的设计理念。在引进、消化、吸收的基础上，开发出具有自主知识产权的国产品牌。 1、模块化设计是未来包装机械设计的方向。模块化设计就是在一定范围内，在对不同功能或相同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出 一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，换用一个或几个单元，即可应对包装产品的变化，满足不同产品装箱的需求。另外在设计中还要体现零件的可拆卸性。 良好的可拆卸性可以使装箱机便于维护，所用易损件要便于回收和可再生利用，从而达到方便用户、节省成本和保护环境的目的。 2、均衡寿命设计是近年来提出的科学、环保设计理念。它要求在设计中尽量使每个零部件具有相同或相似的使用寿命。就装箱机而言，某种重要组成模块应具有较长的寿命，而易于损坏的模块要易于更换，对于一些关键部件和涉及到安全性的模块在设计时应考虑 设计成可维修、便于检测的结构。 3、人机工程设计在现代化的装箱机设计中也具有重要的意义。人机工程设计的目的是为减少装箱机使用中人的差错，发挥人和机械各自的特点以提高装箱机整体的可靠性。利用人机工程学原理设计装箱机的人机系统，包括要适于人的使用习惯，便于识别操作，保证安全问题和不易出错的防误操作设计等。这些都要通过机电一体化控制，利用计算机实现自动操作、自动数据收集、自动检验以及自动诊断来实现。 外先进装箱机 近年来，国外一些厂商通过对技术的不断改进，使装箱机性能更好地适应了自动化、多功能及高效率的要求。 司推出的 箱机，具有高速、适应性广、用户界面友好等特点。该设备的装箱速度达到每分钟 25 箱，可以连续包装不同规格的玻璃、塑料或金属容器，适用的包装方式与容器尺寸范围很广。 有 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 4 一系列的独特性能，包括垂直纸箱输送、 制、安全保护自锁、拥堵自动截至传感器等。还配有规格更换辅助装置、 2 电控系统，下游还设有一个光电控制器以实现自动启动或停机。该机器采用纸箱带式输送，配备低压气动装置和塑料带以实现平稳输送。 备公司最新推出的 列新型装箱机通 过采用伺服系统间歇运动控制纸箱包装过程，使生产速度提高 50%，而运动范围则缩小 30%。列采用第三代伺服设计，通过动态增强位置重复精度以及简化失误检测与恢复，使生产效率大幅提升。该设备的不锈钢网板以及零部件数减少了 50%，可有效减少设备维护和配件更换等所需时间。 司推出的新型装箱机在装箱同时，可以在高速生产线上直接完成纸箱表面印刷。通过这台设备，客户可以在生产线上直接完成企业商标、产品批号、产品说明等信息的印制。 这种新型设备具有良好的适应性，当装箱完成时，相关的图案、文字就同时出现在 纸箱的各个部分，如顶部、侧面、角部或端部。包装制造商不再需要购买多色印刷头、纸箱旋转与定位设备，这些设备不但价格昂贵而且会影响生产线速度。该机可实现纸箱双侧打码以及在包装与封箱两端加注运输标志，即采用一个印刷头能够完成纸箱的双侧印刷，或采用两个印刷头完成四面印刷。如果纸箱干净、平整，可以获得最佳的印刷清晰度。印刷控制系统可以安装于纸箱控制板旁边，易于纸箱规格更换或印刷数据切换。它每分钟可以完成 35 箱的包装。 内设备的技术创新 近年来，国产装箱机在产品结构升级和技术创新方面也取得了较大的进展。 江西德赛 特包装机械设备有限公司研制成功的多功能全自动装箱机在多项性能指标上都达到了国际先进水平。 这项多功能全自动装箱机适用各种规格圆形瓶、扁形瓶、方形瓶。其特点是可以根据装箱要求，能将产品自动分道理排。在控制上，它采用伺服系统，因而定位准确、动作稳定，可以自动完成瓶子提升、移动、降落的装箱动作，抓瓶器还可以将瓶子自动装进带隔板的纸箱内。该机结构设计的合理性体现在：运动由伺服驱动器和变频器控制的电机驱动，起步和终止均缓慢平稳；装箱速度采用变 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 5 频器进行无级调速，生产效率极高，生产速高达 1000090000 瓶 /小时 ；更换不同瓶型时，只需要更换夹瓶机构即可。该装箱机采用现代显示技术 触摸屏，设备常见故障可自行分析、诊断，并排除。产品除了设置保护罩，还配备光电安全保护装置，当装箱过程中出现缺瓶、缺箱、堵箱、错位等现象时，能立即自动停机，保护机器。 该公司正在开发一种适用于异形铁罐及 等高度不同的非标容器的装箱机，现在已经突破了倒罐、卡罐、吸罐导向、精确定位等一系列技术和制造难题，即将完成试制，投入批量生产。 大连佳林设备制造有限公司近日研制成功的润滑油全自动装箱机通过抓住塑料瓶的瓶颈每次可以将 1230 瓶产品进行装箱，每小时装瓶数量达到 7000 瓶，这在国内处于领先水平。该装箱机通过真空泵控制抓头上的真空或是通过电磁的吸、放来实现抓放产品。它通过机械运转，气动和机电控制把产品准确可靠地从输瓶台上装入纸箱。 该设备运行平稳，动作协调，通过变频电机独立驱动不同的机械机构使产品提升、平移、降落，并与气动、电、光控制相结合实现自动化操作。它采用无压力输送，输箱通道采用三段（进箱段，装箱段，出箱段）无压力控制设计，由变频驱动的减速电机来实现快速进箱、装箱及出箱。此外，它采用两组箱体底部定位，不但定位效果好，还 减少了因纸箱外型尺寸差异所造成的故障停机。为了满足食品包装的要求，该设备还使用了无油润滑的气动元件，大部份运动部件之间均采用了终生不需要注油润滑的人性化设计，避免了油的污染，也减少了用户的维护成本。 业设计题目及基本参数 本 设计的题目为 瓶装牛肉酱的封口机构包装 机 构及封箱 的控制 设计 。本 设计主要完成纸盒、 牛肉酱瓶 的上料及装 箱 装置设计。 优点： （ 1）直观性好，顾客易于辨认商品的品质； （ 2）保护商品，防止损坏和污染； （ 3）密封性好，防潮、防变质。 基本参数为： 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 6 1. 瓶装 牛肉酱 容量为 230g，计量误差控制 在 2g； 2. 瓶装 牛肉酱 尺寸：底部直径 120口直径 90高 200 3. 要求工作稳定，使用寿命 10 年； 4. 生产能力： 50 瓶 5. 瓶装 牛肉酱 为 36 瓶一箱包装。 516g 本设计的设计任务为： 总体方案设计、传动系统 控制 设计； 纸 箱 上料机构 的控制 设计，完成相应 序 ； 牛肉酱瓶 上料机构 的控制 设计，完成相应 序 ； 装 箱 装置 机构的控制 设计，完成相应 序 ； 部分 电路 图设计； 设计说明书一份，字数为 ； 电气 图纸合计为 5 张，利用计算机。 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 7 第 2章 总体 方案设计 控制 与检测 设计所需要的 的结构参数 本设计的装 箱 机 为 立 式 瓶装牛肉酱 装 箱 机。 机 器 的 总 体 尺 寸 为15001444750。 立式机器 不仅 节省 了 空间 ，而且比较美观 。为了节省空间，本设计选用了 动机 ，及电动机和减速器直联 。机座号为 160，电动机功率为3输出轴转速为 58 r ，输出转矩为 452 ，电动机代号为 100 42L 。 整体 控制 与检测 方案设计 及 选用 根据本设计的结构参数确定整体的控制方案，以及选用合适的 控制、协调和检测整机的运作。 体控制 与检测 方案设计 图 2装 牛肉酱 自动生产线工艺流程示意图 本设计的 工艺路线为： 1、 纸箱 送 料 2、 瓶装 牛肉酱 送 料 3、 装箱 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 8 本设计主要完成 纸箱 上料 机构 的控制设计 、 瓶装 牛肉酱 送 料 机构的控制设计、装箱 机构 的控制设计 三 部分的 控制 设计。 制 与检测 系统的选用 缩写，又名可编程、可编程控制器、可编程序控制等，是为工业自动化领域专门设计的、实现数字运算操作的电子装置。 台达 用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 台达 其有关的外围设备都是按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计 ， 在本设计中选用台达的 完成对整个机器的控制及检测。 详情请 见本设计的硬件电路设计中的 件电路的设计。 纸箱 上料 机构 的控制与检测 设计 纸 箱 上料的 运动 过程 ： 主要由凸轮带动带有吸嘴的轴上下运动完成的。轴 上附有拨杆，在将纸 箱 吸下的过程中，拨杆压住连杆上的小轴，这时弹簧处于拉伸状态，连杆向上运动，使连杆 带动挡片挡住上面的纸 箱 ，从而保证只有一个 箱 被吸下。在 箱 被放下的过程中，挡片逐渐压 在 箱 上，防止 箱 蹦起来。当负压真空装置向上运动时，连杆在弹簧的作用下向下运动，使连杆 带动挡片向上翻。如此往复运动完成吸 纸箱 的过程。当 纸箱 被放下时， 停止吸气 ， 纸箱 被支撑起来，传送装置将 纸箱 传送 到下一道工序。 图 2 箱 上料 机构的控制与检测设计 步进电机带动减速装置再联接到凸轮上 在此处安装检测纸箱到位的接近传感器 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 9 纸 箱 上料 运动的控制设计： 纸 箱 上料的 运动主要由凸轮控制，这样需要用一个步进电机带动减速装置再联接到凸轮上，由凸轮运动的角度来对 纸 箱 上料 的整个机构进行控制， 因此对于控制系统来说只要控制步进电机就可以实现对纸箱的上料了 ，见 图 2 箱 上料 机构的控制与检测设计 。 纸 箱 上料 运动的检测设计：在 吸嘴 位置安装 检测纸箱到位的接近传感器，这样如果纸箱没有料供上、外界的影响或者机器本身的原因导致纸箱上料出现问题可以及 时的让控制系统知道，然后报警，让工作人员来处理实际出现的问题。 见图 2 箱 上料 机构的控制与检测设计 。 肉酱瓶 上料 机构 的控制与检测 设计 1、牛肉酱瓶上料机构的控制与检测设计 传送部分 牛肉酱瓶上料机构 传送部分 的运动过程： 被包装的牛肉酱瓶 由齿形带传送到指定位置 ，经过滑槽到达工作架上，推瓶 板的机构将 牛肉酱瓶推到 纸箱里。传送牛肉酱瓶的速度及间歇时间由槽轮控制， 推瓶 板的机构由齿轮齿条带动。 图 2瓶 上料 机构 传送部分 的控制与检测设计 牛肉酱瓶上料机构 传送部分 的控制设计： 通过传感器 和 步进 电机来实现。在指定位置安装传感器， 步进电机 开始工作，从而带动带轮转动，将牛肉酱瓶送到指定位置。 传感器统计达到箱内的数量要求以后，步进电机接收到传感器发出的信号，让步进电机停止送料，等到装箱完成的传感器发出信号后，步进电机又开始工作，如此循环，见 图 2肉酱瓶 上料 机构 传送部分 的控制与检测设计 。 牛肉酱瓶上料机构传送部分的检测设计： 通过传感器来实现。在指定位置安步进电机控制传送带的启停 此处安装接近传感器用来统计牛肉酱瓶上料的数量。 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 10 装传感器，在传感器统计箱内的数量时，若长时间没有到达到要求的数量，这说明机器的动作出现了问题，步进电机接收到传感器发出的信号，让步进电机停止送料 ，报警，让工作人员来处理出现的问题，见 图 2肉酱瓶 上料 机构 传送部分 的控制与检测设计 。 2、牛肉酱瓶上料机构的控制与检测设计 推杆部分 牛肉酱瓶上料机构的运动过程： 齿条由齿轮带动运动，带动推杆将牛肉酱推入箱中（推杆凹进去的部分可容纳了 36 瓶牛肉酱，即一箱）。 图 2肉酱瓶 上料 机构 推杆部分 的控制与检测设计 牛肉酱瓶上料机构的控制设计： 当传送带处的传感器发出完成 36 瓶的信号时，齿条由齿轮带动开始运动，带动推杆将 36 瓶牛肉酱推入箱中 ，见 图 2肉酱瓶 上料 机构推杆部分的控制与检测设计 。 牛 肉酱瓶上料机构的检测设计：牛肉酱瓶上料机构的检测由 图 2肉酱瓶上料 机构推杆部分的控制与检测设计 中所示的称重传感器来完成，预先称出 36瓶 牛肉酱瓶的重量，并将此参数写入 相关程序当中，如果实际的称重小于此参数，说明少装了一瓶或者多瓶牛肉酱，报警，停机，等待工作人员来处理相关的问题。 见 图 2肉酱瓶 上料 机构推杆部分的控制与检测设计 。 箱 机构的控制与检测设计 装箱 机构 的运动过程： 装箱 装置由曲柄摇杆机构带动，经过固定装置及拨杆，从而完成装 箱 的过程 ， 装箱共分三道工序，分别为： A. 装牛肉酱瓶 B. 打印日期 C. 盖纸箱 盖 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 11 纸箱 的传送装置 曲柄摇杆机构带动， 能实现上下左右运动，即作平行四边形运动。当纸箱 被吸下来时，该传送装置向上运动， 辅助将箱撑起来。然后传送装置向前运动，完成装箱和盖箱 盖后，传送装置向下运动，然后往回运动，进行下一次动作。该机构设计为纯机械设计，要严格要求与其他动作的时间和空间同步化，因此在设计方面要求很高的精度。 纸箱 传送装置如图 2示。 装箱 机构的控制设计 ： 装箱 机构的控制 主要是由 曲柄摇杆机构完成，曲柄摇杆机构由步进电机带动 完成相关动作 。 装箱 机 构的 检测 设计 ： 纸箱处 的支架上 安装接近传感器 ，用来检测装箱的动作是否成功完成，这里的接近传感器还有一个用处是用来统计机器完成的箱数，以便用户了解工作进度。 酱瓶 带 图 箱机构传送带图 连杆 纸箱（ 送箱 架 图 2纸箱 传送装置 纸 箱 处 安装 计数 接近传感器 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 12 第 3章 硬件电路 设计 件 电路 设计 所需 元器件 搭建本设计的控制与检测系统所需要的元器件有 编程控制器）、电机、接近传感器、称重传感器、变频器、导线等。 件电路设计所需元器件简介 1、 编程控制器）： 编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用 而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示： a. 中央处理单元 ( 中央处理单元 ( 控制中枢。它按照 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、存储器、 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 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，然后从用户程序存储器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。 为了进一步提高 可靠性，近年来对大型 采用双 成冗余系统，或采用三 表决式系统。这样，即使某个 现故障，整个系统仍能正常运行。 b. 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 c. 电源 电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 瓶装牛肉酱自动生产线 制系统和测试系统的设计 13 接连接到交流电网上去 。 2、 步进电机 ： 将电 脉冲 信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为 “步距角 ”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控 制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 步进电机是一种 感应电机 ，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控 制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机 在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一 , 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。 3、 变频器 ： 利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它主要由两部分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控
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