颗粒物包装系统设计毕设计参资料毕业论文.doc

江西工业职业技术学院毕业论文毕业设计说明书课题名称 颗粒物包装系统设计 第 页 共 32 页颗粒物包装系统设计摘要：随着计算机电力电子技术的发展，各个国家机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、家用电器、包装机械、纺织机械、印刷机械等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善提高工作效率、人民生活、节约能源、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。由于传统继电器控制的颗粒物包装工作时存在电路复杂、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，提出了用PLC对包装机控制系统进行设计。可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心装置，功能强大、性能稳定可靠。在现代工业自动化生产中得到了广泛的应用。本课题以高速全自动颗粒包装控制系统为背景，理论与实践相结合，详细阐述了集PLC技术，光电感应技术，通信技术于一体的先进控制技术在该包装机控制系统中的应用。 通过对小型全自动颗粒物包装工艺过程的分析 ，克服了传统小型包装传动方案的缺陷，提出了PLC控制的柔性化包装机的构想。设计工作的任务包括包装机构和运动分析，控制部分的硬件选择，电气原理图的绘制和三菱PLC程序编写，以及各个电气元器件的选择与安装，最终给出了PLC控制包装机系统的硬件组成和软件设计，其中包括PLC选型、I/O地址分配、I/O端子接线、程序设计和控制原理。经过不懈的努力，颗粒物包装控制系统的设计已经完成。并且经过了严格的测试，在实验室的模拟运行中，取得了良好的控制效果。通过程序优化，及并行化处理，较好地实现了目标要求。关键词：机电一体化 自动化 颗粒物包装 继电器 PLC目 录引 言 4 第一章 PLC概述1.PLC的技术现状 52.PLC的工作原理 53.PLC的基本特点 54.PLC的发展趋势 85.PLC在包装系统上应用的可能性和前景 9第二章 颗粒物包装控制系统设计1.颗粒包装系统产生的背景及意义 112.设计的主要内容 113.包装系统的结构设计 114.系统的运行方式 125.可编程控制方案的设计 136.PLC主要器件的选择 13第三章 颗粒物包装控制系统编程设计和比较1.电气控制系统设计1.1电气控制系统的组成 151.2包装系统元件一览表 151.3电气控制原理图 172.PLC控制系统设计2.1PLC控制系统的组成 182.2PLC编程原件明细表 182.3PLC外部接线示意图 202.4 PLC I/O分配 212.5 PLC控制系统梯形图 222.6 PLC控制语句表 273.PLC与继电器控制系统的比较 29小结 30致谢 31参考文献 32引 言随着微机技术的不断深入发展，以微机技术为基础的可编程控制器(Programmable Logical Controller)也在不断地发展和成熟，它以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验、功能强大和使用简单方便等巨大优越性，迅速占领工业自动控制领域，成为工业自动控制的首选产品。在印刷包装行业中应用尤其突出.在当今竞争日益激烈的市场经济中，各印刷包装机械厂家为赢得更广泛的客户群，他们在成本控制、系统稳定性和流程控制等上花大力气，以求得在众多的竞争对手中取得优势。本文着重介绍一种基于PLC的全自动式包装控制系统，对控制系统中传动系统设计和PLC程序设计做详细的介。近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化、现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们的普遍重视。现代包装的普遍含义是：对不同批量的产品，选用某种有保护性、装饰性的包装材料或包装容器，并借助适当的技术手段实施包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部结构，降低包装成本，从而在流通直至消费的整个过程中使之容易储存搬运，防止产品破坏变质，不污染环境，便于识别应用和回收废料，有吸引力，广开销路，不断促进扩大再生产。中国有着悠久的包装历史。可是中国的现代化包装工业起步比较迟缓，直到五十年代末期，开始引进仿制，形成小规模的生产能力。自动颗粒包装机实现了对一些无粘性颗粒的包装，自动颗粒包装机功能较少应用范围小，但生产率较高，本次设计的主要对象是颗粒物包装系统的的工作运行方式。在包装机械电气自动化中，光电技术越来越起着重要作用。例如，可用来自动检测流水线上包装容器的形状、口径伤痕污垢缺盖，以及箱体的外廓尺寸、排列间距、移动速度、装入个数、封条有无等；还可用像混合物料按色泽逐个自动分选，斗槽内料或液位的自动控制，大型物件多道捆扎的自动定位，卷筒商标纸的自动对位切割，冲料软管的自动定向封口，以及其他类似的情况。毕业设计是工科大学毕业生面临毕业时，一次综合全，面的设计能力的训练。目前在于培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关课程的理论能力，加强和扩展有关机械设计方面的知识。第一章 PLC概述1.PLC的技术现状可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能己经大大的超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。它是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。2.PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐步顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 1）PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存输入锁存器中的输入端子的通断状态式输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。 2） PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 3） 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管式晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。3.PLC的基本特点从PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路：而是靠信息过程，用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。 信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息还可重用，等等。正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。下面介绍PLC的四个特点：1）功能丰富PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。它的内部器件，即内存的数据通信存储区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体式模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网、以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；更是传统的继电控制电路所无法比拟的。1.使用方便用PLC实现对系统的控制是非常方便的，这里因为：首先PLC控制逻辑的建立是程序，用程序代替硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。正因如此，用可编程序控制器才有这个“可”字。对软件讲，它的程序可编，。也不难编。对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。具体地讲，PLC有五个方面的方便：（1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC。那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。（2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装容易。外部热线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。（3）编程方便：PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想像的。即使是小型的PLC，内部继电器都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。PLC内部逻辑期间之多，用户用起来已不感到有什么限制。唯一考虑的只是入出点。而这个内部出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有 存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都比较方便，还有数据监控，可监控PLC的工作。使用PLC的软件也很多，不仅可用类似与继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。 PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。（4）维修方面：这是因为： PLC工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述PLC的第三个特点时，还将进一不介绍。 即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存白痴数据的电池不足，相应的旧有电压低信号提示。而且，PLC本身还可作故障情况记录。所以PLC出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。 （5）改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其使用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。 3工作可靠 用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。（1）在硬件方面： PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁期间传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。 PLC使用的元期间多为触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。 在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达50多度，有的PLC可高达80-90度。 有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。 还有更进一不冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的几率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。（2）软件方面 PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的“冒险竞争”，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。 为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了“看门狗”（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清“看门狗”定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（一般不超过100ms），则报警。严重超时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取响应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。显然，有了这个“看门狗”监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现“死循环”而影响其工作的可靠性。 PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制响应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。 正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。它的平均故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。 曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的首选指标。 4经济合算高新技术的使用必将带来巨大的社会效益与经济效益，这是科技是第一生产力的体现，也是高新技术生命力所在，PLC也是如此。尽管使用PLC首次投资要大些，但从全面及长远看，使用PLC还是经济的。这是因为：使用PLC的投资虽大，但它的体积小，所占空间小，辅助设施的投入少；使用时省电，运行费少；工作可靠，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加价值等等，从中可得更大的回报。所以，在多数情况下，它的效益是可观的。4.PLC的发展趋势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。总的趋势如下：（1）可编程控制技术的标准化在工业自动化产品繁花似锦的今天，各生产厂商既互相竞争又互相合作。一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。按照这些标准，各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确的规定 。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。为了使各厂家的产品有一个共同的参考平面，制定了国际标准。（2）CPU处理速度进一步加快目前PLC的CPU与微型计算机的CPU相比，还处在比较落后的地步，最高的也仅仅处在80486一级。将来会全部使用64位RISC芯片，实现多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，实现各种模块智能化，且部分系统程序用门阵列电路固化。这样PLC执行指令的速度将达到纳秒级。（3）可编程控制技术的智能化提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可靠性。（4）系统的开放性和兼容性开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品种类繁多，加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品的兼容性问题 ；另一方面，可编程控制器与工业控制机等其他装置的通信难易也体现了开放性的特点。除此之外，同一厂家产品族中的各系列产品兼容性也代表了可编程控制产品的水平。（5）通用性和专业化的结合可编程控制产品是通用的。但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢？硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。常用的专用模块包括：定位模块、温度测量模块、高速采样模块、网络接口模块等 。（6）可靠性进一步提高随着PLC进入过程控制的领域，对PLC可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进一步得到应用，不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、I/O单元冗余、而且整个系统都会实现冗余。但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。MTBF(平均无故障时间)是衡量产品质量的重要指标 。纵观各著名厂商，其PLC产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。(7)控制系统分散化根据分散控制、集中管理的原则，PLC控制系统的I/O模块将直接安装在控制现场，通过通信电缆或光纤与主CPU进行数据通信。这样使控制更有效，系统更可靠 。(8)控制与管理功能一体化为了满足现代化大生产的控制与管理的需要，PLC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。综上所述，我们不难得出下面几个结论:1.工控机、计算机集散控制系统及PLC正在走着一条相互融合的道路。2.智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想。3.系统的智能性将越来越重要，因此系统的分析运算能力将越来越强。4.基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要判据。5.通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。5PLC在包装系统上应用的可能性和前景包装机械的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件。在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质方面来讲，前者是要用具体的电气元件来组合，而后者只是PLC的内部寄存器，在PLC编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的PLC都有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多种专用的内部电器，足可以应付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC用于这种场合是最能显现出其经济性。当然我们不仅忽视了PLC的另一个优点，那就是其运行速度及可靠性和寿命远远高于继电器控制方式，从上述意义上来讲，PLC最适合于需要大量中间继电器的场合 。且PLC与其他工业控制系统比较具有许多优点:1)更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动；2)程序可以复制，批量生产很容易；3)电气硬件设计大大简化；4)由于PLC除有继电器功能外，尚有多种其它功能，可以实现继电器无法实现的控制功能，实现某种程度上的智能化，并有可能使机构简化；5)可靠性高；6)成本相对于继电控制而言稍高，但继电器控制随着所用中间继电器数量的增加，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂的控制来讲具有无可比拟的优越性；7)具有扩展单元或扩展模块，当需要较多I/O时可以方便地扩展。因此，国外在注塑机、各种包装机上已经大量地采用了PLC来取代传统的继电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我国包装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。通过对各种控制系统的分析比较，我们决定采用PLC控制系统。第二章 颗粒物包装控制系统设计1颗粒包装系统产生的背景及意义 随着我国食品工业、包装工业和农业的迅速发展，我国的包装食品机械行业取得了世人瞩目的发展，产品品种的数量不断增加，使包装和食品机械行业成为直接为提高人民生活质量服务，为包装工业和食品工业服务，为农业和农副产品深加工业服务的新兴行业，成为我国机械工业十大产业之一。而颗粒物物品在我们生活中随处可见，不管是在食品行业还是在工业行业方面都有很大程度的应用。随着人们生活水平的提高对颗粒物物品需求也越来越大，而颗粒物物品的包装在某些行业上还仅仅停留在手工上。为使包装出的物品整齐、美观并具有良好的包装质量，研制高速、高效、高质、经济的新型包装机是市场的迫切需求。颗粒物包装机是一种用途十分广泛的机械设备，它的研制成功可以提高劳动生产率，促进国内化工、粮食等产业生产线的自动化，因此，颗粒物包装机具有很强的实用价值。我国包装机械工业是改革开放以后发展起来的，由于起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出来的。为了提高颗粒物物品包装的效率，研究和设计颗粒物包装机已迫在眉睫。2设计的主要内容1）颗粒物包装系统各动作控制工艺的研究。了解颗粒物包装系统的工作过程及工艺要求。总结各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表示出来，为实现高速全自动运动控制做准备。2）可编程控制器部分的设计，包括控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、模块的选择，控制程序的设计与调试3包装系统的结构设计1装置结构和工艺过程：颗粒物包装系统结构示意图如图所示，系统由储料、计量、装袋、缝袋与物料袋传送及电控柜等部分组成，其计量控制和物料给定在计量显示控制器（外购）上完成。当准备工作就绪后，发出启动命令，自动打开快加料、慢加料电磁阀YV1、YV2，当物料达到快加给定值时关闭YV1，当物料达到慢加给定值时关闭YV2，当SQ检测到袋夹好时打开卸料电磁阀YV3，在延时后关闭YV3，并启动另一轮加料；关闭YV3延时后松开夹袋器，并打开物料袋传送带。2、控制要求1）在自动方式下，按下启动按扭，启动自动循环；按下停止按扭，处理完当前循环周期剩余的任务后，系统停止在初始状态。在手动方式下，可手动快加、慢加、卸料、松袋。2）储料仓物料超过SL2时停止物料输送；低于SL1时停止下一轮加料，并报警提示；再一次超过SL1时重新启动自动加料。3）20秒无物料袋落下时自动停止物料袋输送带。4）紧急情况下可瞬时停止一切动作。5）有物料袋计数和指示功能。6）面板指示电源和各种运行状态。7）夹袋和缝袋由人工完成。4系统的运行方式 根据颗粒物包装实际运行情况，本系统采用的运行方式分为手动和自动两种工作运行方式。系统与运行方式的设计相对应，还必须考虑停止运行方式的设计。可编程控制器的停运方式有正常停运，暂时停运和紧急停运三种。根据控制系统要求，由于包装系统运行期间采用循环工作方式，只有在工作结束或接收到操作人员的停止运行指令或设备出现故障或异常情况时才停止，因此本系统采用硬件切断电源，使系统立即停车。 包装机控制功能要求：手动运行可以用按钮对包装机的各个部分进行单独控制，主要用于故障恢复与检修全自动运行按下启动按钮，系统即可连续、协调、周期性地循环完成各包装动作，直到系统接收到停止运行信号。1.自动控制：先将各元器件安装好，检查无误后，按下总电源开关QS0（电源指示灯为HLO）。将单刀开关QS2打上，再将双联开关QS1拨到自动挡。若物料低于SL1(物料指示灯HL4亮)，将自动启动物料输送电动机M1，输送物料。若物料高于SL2时，料位传感器的常闭触头将断开，使得电动机M1控制线圈KM1断电，停止物料输送。低于SL2时，又自动接通KM1线圈，开始物料输送。 自动加料过程：当观察到HL4不亮时，则可以按下自动快加慢加料按钮SB0。此时中间继电器KA1，电磁阀YV1、YV2，通电延时继电器KT1、KT2接通。接通后，中间继电器KA1的常开触点KA1闭合，实现自锁；YV1、YV2的阀门吸合后，开始快加料，慢加料；KT1、KT2开始延时。当KT1延时到S1秒后，KT1延时断开常闭触点断开，电磁阀YV1线圈断电，阀门闭合，慢加料停止。当KT2延时S2秒后，KT2延时断开常闭触点断开，电磁阀线圈断电，阀门闭合，慢加料停止。此时，已完成自动快慢加料；与KA1线圈串联的延时断开常闭触点KT2断开，KA1线圈失电，常闭触点KA1解除自锁。 卸料工程：当工作人员将物料袋上位后，按下物料夹紧装置的点动开关SQ后，物料袋夹紧（指示灯HL3亮）。按下SQ松开后，中间继电器KA2线圈，电磁阀YV3线圈，通电延时继电器KT3、KT4的线圈同时得电。KA2的线圈得电，它的常开触点KA2闭合，实现自锁；YV3的阀门吸合，开始卸料；时间继电器KT3、KT4延时开始。当KT3延时到S3秒后，延时断开常闭触点KT3断开，使得YV3线圈断电，YV3阀门闭合，停止卸料，同时时间继电器KT3的延时闭合常开触点KT3闭合，启动新一轮加料，此效果等同于自动快慢加料过程。当时间继电器KT4延时S4秒后，时间继电器KT4也在此时闭合，使物料袋输送电动机控制KM2线圈接通，开始物料袋输送（指示灯HL2亮）。辅助常开触点KM2闭合，实现自锁。2.手动控制：按下接通总电源，控制电源后，将双联开关QS1拨向手动档。接着按下SB5按钮后松开，时间继电器KT5接通，KT5的立即触点动作实现自锁，YV1电磁阀接通，开始快加料。当延时S5秒后，延时断开常闭触点KT5断开，时间继电器KT5线圈失电，自锁解除，YV1断开停止快加料。此动作完成一个S6秒的慢加料过程。再按下SB6按钮松开，此原理类似手动快加料控制过程，但是完成一个S6秒的慢加料过程。最后按下SB7按钮松开，时间继电器KT7接通，KT7的立即触点闭合，实现自锁，YV3接通开始卸料，当延时S7秒后，延时断开常闭触点KT7断开，KT7线圈失电，立即触点断开，解除自锁，YV3断开，停止卸料，此动作完成一个S7秒的卸料过程。5可编程控制方案的设计 利用 PLC 可以构成多种控制系统:单机控制系统，集中控制系统，分散型控制系统和远程I/O 控制系统。该控制系统多用于控制对象所处的地理位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的场合。单主机控制方式，对主机要求较高，危险相对集中。远程I/O 控制系统的控制结构比较独特，类似于集中控制系统，又具有分散型控制系统的特点，经常用于控制规模中等，控制对象比较分散、工程费用较低的场合。 PLC 作为一种控制设备，用它单独构成一个控制系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用人机界面来弥补。为提高PLC 的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传递，采用放射性一点接地等措施，来消除干扰。6.PLC主要器件的选择1.PLC的类型：PLC按结构分为整体型和模块型两类，按CPU字长分为1位机、4位机、8位机、16位机、32位机、64位机等，按IO点数、功能及储存容量又分为小型、中型、大型等三类。（小型PLC又称低档机，I/O点数少于256点，用户存储器容量为2KB以下；中型PLC的I/O点数在2562048之间，用户存储容量为28KB；大型PLC的I/O点数大于2048点，用户存储容量达到8KB以上）2.电源的选择：PLC的供电电源，除了引进设备的同时还要根据需要选择合理的电源，一般PLC的供电电源设计选用220V的交流电源，与电力电网电压一致。在某些重要的公共场合应该还要有备用电源，如：不间断供电电源或稳压源供电。如果PLC本身带有可使用的电源，应核对提供的电流是否满足要求，否则应设计外接合理电压的供电电源。同时为防止外部高压电源因误操作而引人PLC要对输入输出信号给予隔离。（采用简单的二极管）3.输入输出模块选择：输入输出模块的选择应考虑与所要的控制要求一致。例如对输入模块应考虑信号电平、信号传输距离、信号供电方式等所需要求，通常继电器输出模块具有价格低、使用范围广、响应时间长等特点；可控制输出模块适应开关频繁，电感性低功率因数的场合；同时输出还有直流输出、交流输出等，选择合理的模块与所要的的控制要相一致。4.经济性的考虑：选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性的同时，还要考虑它的可扩展性、可操作性、可兼容性、投入产出等因素，进行比较兼顾，最终选出最合适的产品，输入输出点数对价格有直接的影响，每增加一块输入输出存储卡将增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母版等也要相应增加。因此，点数的增加对CPU选用、控制功能范围等选择都有影响，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性价比。综上所述我们选用三菱公司的 FX2N 系列的 PLC，根据 PLC 选型对端口预留 5%10%的余量，我们选用PLC 为：FX2N-64MT.主机输入点32 主机输出点 32型号I/O总数输入输出尺寸FX2N-64MT 64数目类型数目类型220*87*90(8.7*3.0*3.5)32 漏型 32继电器晶体管第三章 颗粒物包装控制系统编程设计和比较1.电气控制系统设计 1.1电气控制系统的组成输入部分(按钮、位置开关、传感器)控制部分(继电器、触点、硬接线)输出部分接触器、电磁阀、指示灯被 控 部 分 其中输入部分是由各种输入设备,如按钮、位置开关及传感器等组成.控制部分是按照控制要求设计的,由若干继电器、触点及硬接线构成具有一定逻辑功能的控制电路.输出部分是由各种输出设备如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成.电气控制系统时根据操作指令及被控对象发出的信号,由控制电路按钮定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序,然后驱动输出设备区实现各种操作.由于控制电路采用硬接线降各种继电器及触点按一定的要求链接而成,所以接线复杂且故障点多,同时不易灵活改变.1.2包装系统元件一览表1）包装系统开关设置SB0自动快慢加料SB1手动物料输送SB2手动物料袋输送SB3手动停止物料输送SB4手动停止物料袋输送SB5手动快加料SB6手动慢加料SB7手动卸料SQ物料带夹紧QS0总电源QS1自动手动QS2电路电源2）包装系统元件设置元件名称元件代号型号与规格电磁阀YV1YV32CLF线圈电压110V传感器SL1SL2ELN-03交流电动机M1、M2YEJ80-21400rmin组合开关SQHZ4-22电源开关QS0HZ1-253 5A单刀双掷开关QS1NLAS5223闸刀开关QS2UTF-8中间继电器KA1KA2DZ-30C1线圈电压110V时间继电器KT1KT7KTL-8A线圈电压110-240VAC熔断器FU1FU2、FU3FU4RL1-60/25 L1-15/2热继电器FR1FR2JR10-10变压器TCBK-200 380V135V 110V 24V 6V交流接触器KM1KM2KMC-50S 线圈电压110V 50HZ按钮SB0SB7H25-21指示灯HLOHL4XD1型 6V3）继电器时间设定时间继电器时间KT1S1KT2S2KT3S3KT4S4KT5S5KT6S6KT7S71.3电气控制原理图2.PLC控制系统设计2.1PLC控制系统的组成输入部分(按钮、位置开关、传感器)控制部分(由用户程序控制功能也称“软继电器”、“软触点、”“软接线组成”)输出部分(接触器、电磁阀 指示灯)被 控 部 分其中输入部分是由各种输入设备,如按钮、位置开关及传感器等组成.控制部分是按照控制要求设计的,由用户程序控制功能(软继电器、)软触点、软接线组成.输出部分是由各种输出设备如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成.控制部分采用的是“可编程”的PLC.PLC控制系统可以方便的通过改变用户程序,以实现各种控制功能,从根本上解决了电气控制系统电路难以改变的问题.同时,PLC控制系统不仅能实现逻辑运算,还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能.2.2PLC编程原件明细表 元件代号名称型号数量QS开关HZ1-25/35A1QS2单级开关UTF-81QS1双联开关NLAS52231SQ按钮H25-211SB0-SB7按钮H25-218SL1料位传感器ELN-031SL2料位传感器ELN-031KM1接触器YEJ80-21KM2接触器YEJ80-21YV1-YV3电磁阀2CLF 110V4KA1-KA2中间继电器DZ-30C1 110V2HL0-HL4指示灯XD型 110V5PLC内部软件器件定时器T33加快料控制预置值5001T34慢加料控制预置值7001T35自动卸料控制预置值8001T36物料袋输送控制预置值10001T97手动加快料控制预置值5001T98手动慢加料控制预置值7001T99手动卸料控制预置值80012.3PLC外部接线示意图 2.4 PLC I/O分配输入:I0.0 QS 总电源 I0.1 QS2 控制电路电源I0.2 QS1 自动I0.3 QS2 手动I0.4 SQ 物料袋夹紧按钮I0.5 SB0 自动快/慢加料I0.6 SB1 手动物料输送I0.7 SB2 手动物料袋输送I1.0 SB5 手动快加料I1.1 SB6 手动慢加料I1.2 SB7 手动卸料I1.3 SB3 手动停止物料输送I1.4 SB4 手动停止物料袋输送I1.5 SL1 料位传感常闭触点I1.6 SL2 料位传感常闭触点输出:Q0.0 KM1 物料输送接触器Q0.1 KM2 物料袋输送接触器Q0.2 YV1 快加料电磁阀Q0.3 YV2 慢加料电磁阀Q0.4 YV3 卸料电磁阀Q0.5 KA1 中间继电器Q0.6 KA2 中间继电器Q0.7 HL0 电源指示灯Q1.0 HL3 物料袋夹紧指示灯Q1.1 HL4 料位低于SL1时指示灯Q1.2 HL1 物料输送指示灯Q1.3 HL2 物料袋输送指示灯2.5 PLC控制系统梯形图2.6 PLC控制语句表Network 1LD I0.0A I0.1A I0.2= M0.0LD M0.0LDN T34LD I0.5O Q0.5ALD LD T35AN Q0.5OLD ALDLPSTON T33,500TON T34,700= Q0.5AN T33= Q0.2LPPAN T34= Q0.3Network 2LD M0.0LD I0.4O Q0.6ALD AN T36TON T35,800TON T36,800= Q0.4= Q0.