全自动包装码垛机设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计（论文）通过答辩 摘要 传统的机械设备与产品，多是以机械为主，是电气、液压或气动控 制的机械设备。随着工业水平的不断发展，机械设备己逐步地由手动操 作改为自动控制，设备本身也发展成为机电一体化的综合体。可编程序 控制器(plc)是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化技术和通信 技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。 经过 30 多年的发展， 目前， 可编程序控制器已成为工业自动化领域中最重要、 应用最多的控制装置， 己跃居工业生产自动化四大支柱(可编程序控制器、数控机床、机器 人、计算机辅助设计与制造)的首位。其应用的深度和广度已成为衡量一 个国家工业先进与自动化程度高低的标志。 包装码垛自动生产线适用于石油化工、化肥、粮食、港口等行业， 可对 pp、pe 粒子、pvc、化肥、粮食等粉状、颗粒状物料进行全自动包 装码垛作业，便于用户储存、运输和销售，全自动包装码垛生产线主要 由自动定量包装机、自动上袋机组、封口系统、倒袋机、金属检测机、 重量检验机、检选机、喷墨打印机、码垛机等单元组成。通过可编程序 控制器、对整个生产线的工作过程进行自动控制，对运行过程中出现的 故障或供料不足，供袋不及时、出垛不及时等，进行声光报警。该设备 具有操作简单，运行可靠，维修方便等优点。根据用户要求，配上通讯 接口和打印机、有打印日、月累计报表的功能。还可与上位计算机或触 摸屏连接，对包装码垛自动生产线实现实时监控、远程诊断和网络化管 理。 关键词：plc；控制系统；包装码垛自动生产 本科毕业设计（论文）通过答辩 目目录录 绪论.1 一、plc 的背景.2 （一）plc 的产生.2 （二）plc 的应用现状和发展趋势.2 （三）包装码垛自动生产线的发展.3 二、包装码垛自动生产线机械系统设计.4 （一）包装码珠自动生产线系统组成.4 三、气动及真空系统.14 （一）气动系统的结构.14 （二）真空系统.17 四、plc 控制系统设计.18 （一）包装码垛自动生产线工艺流程.18 （二）程序控制逻辑.19 （三）plc 控制系统硬件设计.27 （四）plc 控制系统软件程序设计.33 结论.34 参考文献.35 致谢.36 附页.37 本科毕业设计（论文）通过答辩 绪论 在制造业高度繁荣、工业自动化蓬勃发展的今天，市场的变化、技 术的更替都无时无刻不在影响着工业自动化向前发展的方向。而依托用 户的使用需求和使用习惯，迈向实用化无疑已经成为众多工业自动化供 应商的主流选择。 作为制造业的配套行业，上个世纪的大部分时间里工业自动化在我 国的发展都没有与主机行业同步进步，直到经济繁荣、制造业水平大规 模提升后才开始得到了迅猛的发展。尤其在制造业飞速发展的今天，工 业自动化更加成为制造业发展不可或缺的重要力量。 从产品的发展来看，自动化产品也在根据客户的实际需要朝着多元 化的方向发展。一方面，自动化供应商可以为用户制定功能多样的自动 化产品，产品可以集成多种自动化功能，并在结构上满足多种客户的不 同需求；另一方面，也会同时为客户推出功能简单的自动化产品，满足 用户的单一需要；同时，针对成规模的某个行业的用户，自动化供应商 也会深入行业，推出更符合行业特性的产品。 随着工业自动化技术的发展与变化，以及实用性的加速，企业的自 动化系统功能也在逐步增加，作用也变得更加丰富。除了对生产过程进 行控制以外，还要担负起把生产过程信息送到企业的管理系统以至双方 双向供应链上的任务，并进一步要和国际上“需”与“供”的动态信息 结合。这就决定了原来传统的封闭式的系统模式必须得到改进，实现以 开放性、智能性和角色多元性为特征的“新”自动化系统。 本科毕业设计（论文）通过答辩 一、plc 的背景 （一）plc 的产生 1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(gm)为满足市场需 求，适应汽车生产工艺不断更新的需要，提出了著名的十条技术指标公 开向社会招标，要寻求一种比继电器更可靠，响应速度更快、功能更强 大的通用工业控制器。1969 年，美国数字设备公司(dec)根据十条要求 研制出世界上第一台可编程控制器 pdp-14，并在 gm 公司的汽车生产线 上首次应用成功。可编程控制器是以微处理器为核心，把电气传动和逻 辑控制、自动测量和调节、数据计算和处理有机地结合起来，具有丰富 的软件资源的现代化工业自动化控制。经过 30 多年的发展，现在可编程 控制器己经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算 机。在可编程控制器中，充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术 及通信技术，迅速地从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、过程控制 等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据 采集、图形工作站等的综合控制系统。 （二）plc 的应用现状和发展趋势 我国应用 plc 还处于初级阶段，而且局限于钢铁、化工、汽车、机 床、煤炭、电站等领域，其他行业的应用尚未普及，中国尚有广阔的应 用领域等待开拓。我国 90%的 plc 市场由国外占领，中、大型 plc 中， 几乎 100%是国外产品，以美国 mod 工 con 公司、ge 公司、西德 siemens， 日本富士公司为主。我国的饮料包装设备在许多方面采用了 plc，并取 得了非常好的效果。 随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制 本科毕业设计（论文）通过答辩 技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将 plc 理解为开 关量控制的时代已经过去，plc 不仅以其良好的性能满足了工业生产的 广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完 善。今后，plc 将主要朝着以下两个方向发展:一个是向超小型专用化和 低价格方向发展： 另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。 （三）包装码垛自动生产线的发展 近几年，传统的机械系统和计算机控制相结合，能极大的提高工业 生产效率和企业的经济效益，因此，结合机电一体化技术，实现定量给 料的计算机定量控制是必然的发展方向。包装码垛生产线以 plc 为控制 核心， 以触摸屏为输入设备， plc 与变频器通过 profibus 总线进行通信， 完成对各电机转速、转向及各个接触器、中继器等的控制包装码垛生产 线简单地讲，它是由包装机械和码垛机械组成的，其中的主要部分还是 包装机械，码垛机械是从包装生产线上分离出来而发展起来的。其流程 图如图 1-1 所示： 图 1-1 包装码垛生产线流程 本科毕业设计（论文）通过答辩 二、包装码垛自动生产线机械系统设计 （一）包装码珠自动生产线系统组成 包装码垛自动生产线主要由以下各部机组成如图 2-l 所示： 图 2-l 包装码垛自动生产线 电子称重机是包装机起始部机，其作用是完成物料的定值称重、投 料等作业。本生产线采用净重式电子称重方式，这样称量结果不受容器 皮重变化的影响，称量精度高，同时采用双秤交替的运行模式，可以保 证生产线的包装速度达到 800-1000 包/小时。整个称重系统的动力源采 用气动元件。给料系统采用气动控制的二级投料方式，即称重过程开始 时，首先粗流料门完全打开，当进料量达到预先设定的粗进料值时(一般 为总量的 80%-85%左右)，粗进料气缸复位，粗流料门关闭，快速投料过 程停止:这时粗流料门前端有一方形孔即细流口还没关闭， 物料从该方形 孔中继续投料，即开始细投料过程，当充填物料达到预置重量时，细投 料气缸复位，细流料门关闭，给料结束。秤体采用双传感器的并联组秤 方式，秤体结构采用钢丝悬拉等减振措施，可以提高称重精度。排料系 本科毕业设计（论文）通过答辩 统采用气动控制的双斜式连杆结构，具有排料速度快，冲击小的优点。 其结构如图 2-2 所示： 1.卸料门 2.称重料斗 3.称重传感器 4.给料装置 5.落料箱 6.分料箱 7.储料斗 图 2-2 电子称重机 自动供袋机是由供袋器、吸袋器、袋子传送器、接袋器、取袋器等 部件组成，如图 2-3 所示。全自动包装供袋工作是由供袋机械自动完成， 操作人员只要将空袋子按要求码放到上袋机的备用仓中就可以了。当袋 仓中没有袋子时备用袋仓中的袋子会被送袋机构整擦地自动送到供袋器 的袋仓中去。供袋器是两工位板式结构，每一工位大约存储 300 个包装 袋。带有真空吸盘的吸袋器从供袋器上把包装袋吸住，然后向上提升到 位后，传送给传送器。传送器将袋子输送到供袋机的斜板上。在导向板、 接袋器、吸盘和光电开关的作用下，确保包装袋在斜板上保持正确的位 置和形状。取袋器捡起斜板上的包装袋，在取袋器四连杆的作用下，包 装袋定位在包装机的中心线上，等待装袋机将包装袋取走。自动供袋机 供袋速度快，供袋质量稳定可靠，易于实现包装工作的自动化。但机械 结构较复杂，且对袋子的材料、尺寸和质量以及往备用袋仓中码放袋子 时袋口的方位等都有一定的要求。 本科毕业设计（论文）通过答辩 1.供袋器 2.吸袋器 3.袋子传送器 4.接袋器 5.取袋器 图 2-3 供袋机结构示意图 自动装袋机是由过渡料斗、取袋开袋夹送装置、翻门缩口装置、机 架等构成，如图 2-4 所示。过渡料斗是装袋机联接电子称重机的过渡装 置，它可以存储一袋物料，提高电子称重机的称重速度，减小物料落差， 降低粉尘产生量，利于除尘，同时保证物料顺利地导入装袋机并防止装 袋机产生的振动传递到电子称重机上。取袋开袋夹送装置将自动供袋机 的取袋器取好的袋子夹住，开袋吸盘吸住袋子的两面，在主气缸推动下 送到翻门缩口装置的下面并将袋口拉开(此动作是和翻门缩口动作同时 进行)为填装物料做准备，同时将己装好物料的料袋送到夹口整形机内。 在主气缸行程两端安装有缓冲器，使主气缸在行程端点得以缓冲并使装 袋机振动减轻。翻门缩口装置将送过来的料袋通过夹袋手爪夹住袋子的 两上边，通过缩口动作收缩袋口(此动作与开袋动作同时进行)使翻门插 入袋口，并在检测系统检测到料袋位置正确后向电子称重机和过渡料斗 发出卸料请求指令，投下物料，完成装袋。每次装填完物料后翻门关闭， 夹袋手爪将袋口绷紧，松开，放到输送机上，再由取袋夹送装置在取袋 的同时夹送到夹口整形机内。 本科毕业设计（论文）通过答辩 1.机身 2.取袋开袋夹送装置 3.取袋开袋吸盘 4.缩口机械手 5.翻门缩口装置 6.过渡料斗 7.夹紧 气缸 8.大夹子转位输送机 图 2-4 装袋机结构示意图 转位输送机是由输送机和料袋转位机构组合而成。它是将缓停机送 来的料袋按预定的编组程序对料袋进行输送和转位。料袋的转位是通过 光电信号控制转位装置，在料袋输送过程中使料袋实现的转位。转位输 送机结构如图 2-5 所示，转位速度快、安装调试方便。在后序部机的工 作出现异常时，它可同缓停机一起停止运转。 机架是由两根侧梁通过定位横梁用螺栓连接构成平面框架。并通过 支承横梁用螺栓固定在高架平台的主机架和侧机架上。 机架上安装着主、 从动滚筒和输送带的张紧装置。传动系统是由减速机传动链轮副和主、 从动滚筒及输送带组成。输送带的张力是由张紧装置来实现。转位机构 由机架、转位电机、转轴、转体、夹紧气缸、夹板等组成。当料袋按工 作程序要求实现转位时，夹紧气缸伸出，带动夹板将料袋夹住，转位电 机带动转轴、转体使料袋旋转角度，当料袋不需转位时，气缸将夹板收 回，夹板不挡料袋。 本科毕业设计（论文）通过答辩 1.机架 2.转位电机 3.转轴 4.转体 5.夹紧气缸 6.夹板 7.大夹子 图 2-5 转位输送机结构简图 编组机是码垛机组中的重要部机之一，对提高码垛质量和速度起到 关键的作用。编组机的结构如图 2-6 所示，主要由输送机、缓停板、前 挡板及左右挡板组成。输送机主要由侧梁、定位横梁、皮带托板、主、 从动滚筒、输送皮带、皮带张紧装置、减速电机、传动链轮副和皮带自 动调偏机构组成，并通过两根支承梁用螺栓固定在高架平台上。编组机 的工作原理是将转位输送机送来的料袋按码垛要求实现 2-3 编组和 3-2 编组，即垛型每层为二袋竖、三袋横或三袋横、二袋竖并交替进行。当 位于输送带入口处的光电开关检测到一个料袋到来时，立即启动减速电 机将料袋向前拖动到预定距离，而后停止运转。在下一个料袋到来时， 光电开关又重新启动电机重复上述动作。 当完成二袋竖放或三袋横放时， 推袋装置便把这组料袋推到缓停板上暂存。 如果计数达到一层(二袋竖加 三袋横或三袋横加二袋竖)时，推袋装置就将二部分料袋一起推到码垛 区。由于缓停板的设置减少一次来回推袋的时间，从而提高了码垛效率。 本科毕业设计（论文）通过答辩 1，皮带输送机 2.左、右挡板 3.缓停板 4.前挡板 5.纠偏装置 6.光电开关 图 2-6 编组机结构简图 推袋压袋机是提高码垛机速度的关键部机之一。其结构如图 2-7 所 示，主要由传动机构 1、推袋小车 2、导轨 4、压袋机支架 5、压袋框 6 等机构组成，其中 3 为接近开关、7 为压袋气缸。 传动机构 1 由减速电机、链轮副、主传动轴、链条、张紧链轮等组 成。位于大框架上方的减速机通过链轮副带动主传动轴转动，主传动轴 又通过链轮链条拖动推袋小车 2 沿导轨 4 前后运动。主传动轴和张紧链 轮分别安装在大框两端。在大框架上装有一组接近开关，用于控制推袋 小车 2 的停止位置和各段行成的运动速度。 推袋小车 2 由小框架、车轮、推袋气缸及推袋板组成。推袋时推袋 气缸使推袋板于铅垂状态，推袋小车在传动链条拖动下向前运动时，推 袋板将料袋推至预定位置：动作完毕后推袋板抬起，推袋小车退回原位， 等待下一次推袋。压袋机构由压袋机支架 5、压袋框 6 及压袋气缸 7 组 成。当推袋小车将料袋(一层料袋)推至分层码垛机位置时，压袋气缸动 作，并把料袋压住，待料袋落到托盘上时，压袋气缸退回原位，使压袋 框升起。推袋机完成一个推袋的全过程是分两次进行的，第一次是将编 本科毕业设计（论文）通过答辩 组机输送带上的半层料袋(二袋竖或三袋横)推至缓停板上后，推料小车 退回原位第二次将另一半层料袋连同缓停板上的半层料袋全部推到码垛 区。整个推袋过程都是在位置信号控制下进行的，即其各段行程的运行 速度是不同的，从而保证了码垛质量和工作效率。 1.传动装置 2.推袋小车 3.接近开关 4.导轨 5.压袋机支架 6.压袋框 7.压袋气缸 图 2-7 推袋压袋机结构简图 分层码垛机的结构如图 2-8 所示，它是由滑板机构、整形装置和端 挡板组成。 滑板机构由传动系统(包括减速电机、链轮副、传动轴、传动链轮、 张紧链轮、大框架和导轨等)和左、右滑板组成。大框架由四个定位销固 定在高架平台立柱的四根支撑角钢上。轴装式减速电机通过链传动带动 左、右滑板沿导轨相向或相背运动，使左右滑板分开或合扰。传动轴和 张紧链轮分别装在大框架的两端，在大框架上还装有一组接近开关 3， 用于控制左、右滑板的运动及停止位置。大框架对角线方向有一对光电 本科毕业设计（论文）通过答辩 开关 1，用于检测和控制升、降机的极限位置。 整形装置由支撑平板、整形气缸、整形板、导向辊等组成。支撑平 板通过支撑杆连接到大框架上，气缸和整形板均安装在支撑平板上，在 左、右滑板上有料袋时，气缸在光电信号控制下带动整形板伸出压紧料 袋(整形)，当料袋落到托盘上后，气缸便带动整形板退回到原始位置。 端挡板由挡板和支架组成。用于限制料袋在分层机上的位置，从而 保持良好的垛形。 1.光电开关 2.减速电机 3.接近开关 4.滑板机构 5.整形装置 6.端挡板 图 2-8 分层码垛机结构简图 升降机是实现分层码垛的关键部机之一，其结构如图 2-9 所示。主 要由升降平台、传动机构和配重体组成。 升降平台 3 主要由托盘支架，一对导向滚轮、一对限位滚轮等构件 组成。托盘支架是由纵梁、横梁组成的一个四方形的平面框架，导向滚 轮、限位滚轮用滚轮支架装在框架四角处。滚轮与高架平台主机架的四 根立柱上的导轨相配合，保证了升降平台运动的平稳与灵活。平台通过 四个调节螺杆与四根单排传动链条相连，传动链条通过主传动轴上的链 本科毕业设计（论文）通过答辩 轮与配重体相连。 传动机构是升降平台 3 实现升降运动的动力源。主要由轴装式减速 电机 4、传动轴 5、链轮链条及托板组成。减速电机的正、反旋转，使升 降平台上、下运动。配重体 7 由钢板焊接而成，其重量是根据升降机承 载的最大负荷确定的。这样可以减少电机的驱动力和掣动力，并增加平 台运行的平稳性。 1.调节螺杆 2.传动链 3.升降平台 4.减速电机 5.传动轴 6.压袋框 7. 配重体 图 2-9 升降机结构简图 托盘仓是存储托盘和向托盘输送机供给托盘的部机，其结构如图 2-10 所示 托盘主要有主要 1、机架 2、叉板 3、主气缸 4、光电开关 5、霍尔 开关 6、光电开关。机架采用钢板、槽钢和角钢焊接而成，能保证托盘 仓有足够的强度和刚度。叉板采用 16llmm 钢板焊接而成。保证了叉板有 本科毕业设计（论文）通过答辩 足够的强度、刚度支承托盘，叉板上装有橡胶垫，起到一定的缓冲作用。 主气缸用以顶起托盘。侧面还装有两个小气缸，小气缸控制叉板开合， 保证托盘的提取光电开关采用对射式光电开关，检测托盘仓内托盘的存 储量，以保证托盘的及时供给。霍尔开关与主气缸同步运动，不同位置 的霍尔开关都将发出信号，以控制主汽缸的运动，并保证主汽缸与托盘 仓叉板动作的协调。 1.机架 2.叉板 3.主气缸 4.光电开关 5.霍尔开关 6.光电开关 图 2-10 托盘仓结构简图 本科毕业设计（论文）通过答辩 三、气动及真空系统 （一）气动系统的结构 气源处理装置由排水过滤器、减压阀、油雾器组成。排水过滤器将 压缩空气中的赃物和水分滤出，由减压阀把空气压力降到预定压力，然 后供给电磁阀和气缸。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。 气源处理装置简图如图 3-1 所示： 图 3-1 气源处理装置简图 气路系统由基本回路构成，基本回路由电磁阀、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。基本回路简图如图 3-2 所示： 本科毕业设计（论文）通过答辩 图 3-2 基本回路简图 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 只能经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， 其运动速度及减慢下来的速度均由调速器调节，只要不产生振动即可。 前后两阀门的开关控制由配置在横进装置上的霍尔开关控制。横进装置 气路简图如图 3-3 所示： 图 3-3 横进装置气路简图 装袋、夹袋、开袋口的气路系统为基本气动回路如图 3-4 所示。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；二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 本科毕业设计（论文）通过答辩 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其原来位置。装袋时，开口吸袋器不再吸着袋 子，返回初始位置。 夹紧检测器的设定值为 :2kg/cm(相对)。 真空检测器的设定值为:300mmhg 以上。 图 3-4 装袋、夹袋、开袋口气路简图 码垛机气路系统中重要部分为托盘仓大气缸升降系统。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，如图 3-5 所示： 图 3-5 码垛机气路简图 除了上述装置的气路系统，其它装置均为基本回路。如电子称重机、 吸袋、取袋等。 本科毕业设计（论文）通过答辩 （二）真空系统 真空系统由真空泵、真空电磁阀、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压力，并发出卸料信号。 本科毕业设计（论文）通过答辩 四、plc 控制系统设计 （一）包装码垛自动生产线工艺流程 包装码垛自动生产线可自动完成称重、供袋、取袋、装袋、缝口、 输送、金属检测、重量检测及码垛等功能。全自动包装码垛生产线的机 械系统主要包括全自动称重单元、包装单元、输送检测单元、码垛单元。 其主要工艺流程如下：物料自储料斗进入包装秤的给料装置，通过粗、 细给料、实现粗、细两级加料。当秤斗中的物料重量达到最终设定值时， 称重终端发出停止加料信号，待空中的飞料全部落入秤斗后此次称重循 环结束。 此时电子包装秤等待装袋机的投料信号。 当自动装袋机完成上袋后， 发出讯号，使称重箱打开卸料翻门，向包装袋内投料，卸料后称重箱关 闭翻门，装袋机张开夹袋器，包装袋通过夹口整形机和立袋输送机进入 自动折边机，包装袋经折边后，进入缝口机，当设在缝口机旁边的光电 开关检测到包装袋后，缝纫机开始工作，缝合包装袋，当包装袋离开缝 纫机后，缝纫机停止，并自动切断缝合线。包装袋经过倒袋整形机进入 金属检测机及重量复检机，如果检测不合格，在包装袋通过自动捡选机 时将被剔除，而合格的包装袋则顺利通过自动捡选机，再经喷墨打印机、 过渡输送机、缓停机等设备，将包装袋输送到码垛单元，由转位机根据 码垛工艺要求将料袋依次按“2 袋竖-3 袋横”和“3 袋横-2 袋竖”循环 做转位处理。这样包装袋便以 2 袋直或 3 袋横的形式进入编组机，最后 由码垛机将包装袋堆码到托盘上，一般以码 8 层为一垛。码垛完成后， 垛盘输送机将其输送出码垛区，停放在叉车区域垛盘输送机上。码垛机 所使用的托盘由托盘仓和托盘输送机根据程序自动提供。 包装码垛自动生产线工艺流程如图 4-1 所示： 本科毕业设计（论文）通过答辩 图 4-1 全自动包装码垛机生产线工艺流程图 （二）程序控制逻辑 1自动供袋控制逻辑 当吸袋垂直气缸电磁阀接通时，气缸开始下降，同时吸袋真空装置 接通，当吸袋真空阀达到设定值时，吸袋垂直气缸开始上升，吸盘吸住 袋子上升，上限位开关打开后，倾斜气缸电磁阀接通，使垂直气缸倾斜， 把袋送入供袋辊子，斜限位开关闭合后，倾斜气缸停止运动，吸袋真空 吸盘断真空，袋子开始进入供袋辊子。同时，倾斜气缸开始返回，完成 吸袋操作，这个过程不断重复进行。自动供袋流程图如图 4-2 所示： 本科毕业设计（论文）通过答辩 图 4-2 自动供袋流程图 2自动取袋控制逻辑 袋子通过供袋辊子送到斜托板上，当斜托板上的光电开关检测到袋 底时，支持袋底的斜托盘开始下降，当光电开关检测到袋口时，斜托板 上的防滑吸盘吸住袋子。 这时横进装置应在生产线取袋位置，如果不在，应向该方向移动， 移动过程中，由减速开关控制减速运动，由到位限位开关控制到位。到 位后，磕头装置倾斜，由限位开关限位，同时起动真空电磁阀，实现真 空吸袋，经过延时，吸住袋，磕头装置立起，斜托板上升回到原来位置， 完成取袋操作，这个过程重复进行。自动取袋流程图如图 4-3 所示： 本科毕业设计（论文）通过答辩 图 4-3 自动取袋流程图 3自动装袋控制逻辑 这时开袋、抱板与大夹子应处于张开位置，横进装置向包装线取袋 方向移动，同时移动过程中有减速过程，到位后，限位开关闭合，抱板 与大夹子闭合。当夹抱限位开关闭合后，料斗下缩口夹子应张开，同时 取袋装置真空打开，横进装置向包装线装袋位置 移动，同样经过减速过程，然后由限位开关控制到位，抱板与大夹 子把装满料的带子送到输送袋上，夹辊气缸动作，完成夹送动作。 同时空袋子袋口被大夹子夹紧，这时缩口夹袋压力接通，缩口夹子 向里收，同时，开袋、抱袋、张开，开袋真空检测和夹袋压力检测工作， 本科毕业设计（论文）通过答辩 如果没有夹住袋子或没有把袋口打开，缩口夹子则松开，开袋真空和夹 袋压力断开，然后进行吹袋操作。 如果通过加紧压力检测袋子被夹住，真空开袋把袋口确实打开，则 关闭真空和压力装置，卸料门打开，进行装袋操作。 从放料门插入，打开袋口，然后秤卸料总定时器开始起动，总定时 器的时间设定为装袋、拍打、墩实的时间，当定时到装料总时间的三分 之二时，拍打板上升，进行墩实。总的定时时间到后，放料门关闭，装 料操作完毕。自动装袋流程图如图 4-4 所示： 图 4-4 自动装袋流程图 4折边、缝口控制逻辑 横进装置向包装线装料方向移动，经过减速过程，横进装置到位， 抱板与大夹子夹紧，缩口夹子张开，为送袋操作做好准备。 当横进装置向包装线装料方向移动时，同时把装满料的袋子送到输 本科毕业设计（论文）通过答辩 送带上，进行折边、缝袋口操作。这样完成送袋操作，此后重复上述各 种操作。折边缝口流程图如图 4-5 所示： 图 4-5 折边缝口流程图 5转位/编组控制逻辑 由编组传输光电开关 phi.3 对袋数进行计数，然后根据计数结果来 确定转位机的动作，当计数值为 0-2 和 7-10 时，转位机动作使袋转位 90“。当计数值为 3-6 时，转位机不动作，使袋直接通过转位机。当计 数值为 3、5、7 和 10 时，激发编组机满有效。当计数值为 5 和 10 时， 激发层满有效。 料袋至编组传输位，编组传输电机运转。转位传输电机的运转由编 组机是否忙有关，若编组机占位，袋至转位机后，停止传输，处于等待 状态。缓停机的运转由转位机和缓停机是否占位有关，其中两者都占位 时，缓停机暂停传输。转位、编组流程图如图 4-6 所示： 本科毕业设计（论文）通过答辩 图 4-6 转位、编组流程图 6推袋/分层控制逻辑 编组机满信号激发一次推袋动作，推袋前进之前，推袋挡板关闭。 若满半层时，推袋到滑台位置，推袋挡板打开，然后推袋机返回：当满 一层而且分层机空时，推袋机推倒前端位置，推袋挡板打开，然后推袋 机返回。 料袋进入分层机后，侧面整形挡板合上，然后压袋机向下压袋。若 托盘处于分层码垛位置时，分层机打开，升降机开始下降，压袋机压到 本科毕业设计（论文）通过答辩 位后，压袋和侧面整形气缸返回，升降机停止下降。若分层机空(分层满 光电开关 ph2.2 为 off)和压袋机返回到位，分层机开始关闭。推袋、分 层流程图如图 4-7 所示： 图 4-7 推袋、分层流程图 7升降机控制逻辑 分层机动作和分层机满光电开关 ph2.2 触发一次层计数，升降机根 据层计数结果确定是否排垛。若层数小于 8 时，进行分层码垛动作：当 层数为 8 时，触发一次排垛动作。 空托盘到达待码垛位置时，升降机开始上升，到达上限位或升降机 上临界光电开关 ph2.3 为 0 时，停止上升，等待分层码垛。升降机根据 所码层数确定是否排垛，当码完 8 层后，升降机下降到达下限位置后， 本科毕业设计（论文）通过答辩 停止下降，并触发托盘输送机排垛。当排垛未完成时，升降机上升或下 降动作均无效。升降机控制流程图如图 4-8 所示： 图 4-8 升降机控制流程图 托盘和垛盘输送机控制逻辑 当升降机排垛时，托盘和垛盘输送机是否起动排垛，取决于垛盘位 是否有空。若无空，则声光报警，输送机处于等待状态，一旦有空，则 启动排垛输送。当实垛盘未到达垛盘输送机时，托盘输送机继续运转。 若空托盘到位和排垛完毕后，托盘输送机停止运转。然后，启动托盘仓 动作，自动放一个空托盘到待传托盘位置上。 本科毕业设计（论文）通过答辩 当垛盘叉装位置或垛盘缓冲位置有空而托盘输送机占位时，垛盘输 送机将自动启动运行，将实垛盘送到垛盘缓冲位置上。托盘、垛盘输送 流程图如图 4-9 所示： 图 4-9 托盘、垛盘输送流程图 （三）plc 控制系统硬件设计 plc 控制系统是全自动包装生产线的核心部位，而在包装过程中， 动作多，运动复杂，这就是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/o 点数较多，选择日本三菱公 司的 fxzn 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。 本科毕业设计（论文）通过答辩 1硬件配置 硬件配置包括 fxzn 基本单元、 fxzn 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)。 2fxzn 系列 plc 输入输出扩展方法 fxzn 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。 其中，基本单元型号名称形式为 fxzn-型，-为输入输出 总点数，可以为 16、32、48、64、80、128，在总点数中输入输出点数 按照 l：1 分配。输出形式可以是 r、s 和 t，r:继电器输出，s：三端双 向可控硅输出，t：晶体管输出。该单元使用 acioo/zoov 电源、dc24v 输入，通常不需要设置。如 fxzn-48mr-001，表示该 plc 的输入输出点 数均为 24，输出形式是继电器输出，使用 ac 电源 dc 输入，为基本单元。 扩展单元型号名称形式为 fxzn-，待定参数参看基本单元型号的解 释，不再赘述。扩展模块型号名称形式为 fxzn-，其中-为输 入输出总点数，图为输出形式，可以是 ex 或 eyr 或 eyt 或 eys，表示扩 展模块是仅扩展输入点或者仅扩展输出点，如 fxzn-16eyr，表明该模块 可以扩展 16 个继电器输出点。 在组织 fxzn 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 dcsv 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 dcsv 电源， 本科毕业设计（论文）通过答辩 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 fxzn 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，fxzn 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； （3）功能扩展板，fxzn-cnv-if 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 fxzn 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 fxzn-128mr+fxzn-48e 各-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 yooo-y127：剩下的后面作 为一个控制系统，使用 fxzn-128mr+fxzn-16eyr，总点数 144 个，输入 点数64个， 编号范围是xo00-x077， 输出点s0个， 编号范围是 y000-yi17。 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 4-10 是 i/0 扩展连接示意图： 本科毕业设计（论文）通过答辩 图 4-10 i/o 扩展连接示意图 4分配输入/输出点 一般输入点与输入信号、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。fxzn 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。全自动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 4-11 所示： 表 4-11 包装部分及码垛部分输入输出接口 输入输出 名称接口名称接口 吸袋垂直气缸x001垂直气缸下降y001 吸袋真空装置x002垂直气缸上升y002 吸袋真空阀x003吸盘y003 上限位开关x004垂直气缸倾斜y004 倾斜气缸电磁阀x005斜托板下降y010 斜限位开关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 夹包限位x021取袋真空装置打开y025 横进装置移动限位 开关 x022缩口夹子向里收y026 开袋真空监测x023夹辊气缸动作y027 夹袋压力检测x024开袋y030 打开口袋x040抱袋y031 横进装置限位x041张开y033 本科毕业设计（论文）通过答辩 横进装置限位x050缩口夹子张开y037 输送带x051放料门插入y040 倒带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 编组传输光电开关x001整形气缸动作y051 料袋传输限位开关x002检测器声光报警y060 推袋挡板关闭x003检选机剔除y061 满半层信号x004横进装置y100 滑台限位开关x005转位机转位y071 推袋前端限位x006编组传输电机y004 侧面整形挡板x007转位传输电机y005 码垛位限位x010缓停机运转y006 压袋限位x011推袋y000 压袋返回x012滑台推袋挡板打开y001 分层机满信号x013推袋机返回y002 满一层信号x015分层机分层y003 前端推袋挡板x016升降机下降y007 托盘至码垛位x020前端推袋挡板打开y074 升降机上限位x021侧面整形y075 升降机上临界x022压袋机压袋y076 升降机下限位x023托盘输送机y020 分层机开x024升降机上升y010 分层机关x025声光报警y030 换停机占位x026排垛输送y031 编组机满x027托盘仓动作y035 垛盘位空x030垛盘输送机y036 空托盘到位x033托盘仓声光报警y040 托盘叉位置空x034托盘仓上升y050 垛盘缓冲位置空x035托盘仓下降y051 缓冲位置限位x037托盘叉打开y052 托盘上升信号x050托盘叉合上y053 待传位信号x051 托盘仓上位x052 托盘仓中位x053 实托盘到位x054 托盘仓底部位x055 托盘仓下降x057 转位机停止x060 5控制系统供电原理图 本系统供电电源采用三相四线制上机供电。供电电源等级为 ac380 士 5%，50hz。上机电源经总的低压断路器“qfo”为整机供电。其中 qfi 本科毕业设计（论文）通过答辩 给 包 装 部 分 电 机 ml.1-m10.1 提 供 电 源 ， qfz 给 码 垛 部 分 电 机 ml1.1-mzo.1 提供电源，qf3 给变频器和电机 m21.1-淞 5.1 提供电源， qf4 为打印机、金检、重量复检提供电源。整机的接地保护与系统的接 地保护网相联接。 系统供电原理图见图 4-12， 电机控