基于PLC的打包机设计

图书分类号：密 级：毕业设计(论文) 基于PLC的打包机设计PACKAGING MACHINERY DESIGN BASED ON PLC学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日毕业设计(论文)摘要本论文主要围绕自动打包机的设计进行了一系列的相关介绍，通过对国内外的自动打包机的机械结构和工作原理的分析比较提出了自动打包机的总体设计方案 。 本篇论文首先介绍了自动打包机国内外发展状况以及其涉及的相关技术，然后分析了国内自动打包机械存在的不足与缺陷，提出了本论文所要做的工作与内容。然后介绍了自动打包机的性能要求，制定了总体设计方案。接着具体对它的机械系统与各个零部件以及传动系统进行了设计并用PLC进行了系统的控制。最后对本论文作出了总结，同时对自动打包机的进一步研究方向做了展望。 关键词 自动打包机；传动系统；控制系统AbstractAutomatic packaging machines are mainly used to banding articles and are one of the inseparable automatic machines in packaging industry. This paper mainly introduces the working principles of automatic packaging machine and its designing process , and analyzes and studies their transmission processes , especially , the design of transmission route of the mother machine. The main purpose of the study subject is learn to how to use the relevant expertise to do mechanical design,process analysis,and do mechanical drawing,etc,and through research the whole process of the design to master the relevant expertise.Key words: Automatic packaging machinery Transmission System Control SystemII目 录摘要IAbstractII目 录III1绪论11.1课题背景11.2国内外发展现状21.2.1自动打包机国外发展状况21.2.2自动打包机国内发展现状31.3本课题所做的主要工作42整体方案设计52.1设计思路52.2方案设计52.2.1机械系统设计62.2.2 控制系统设计62.3 本章小结63机械系统设计83.1整体设计83.2 打包机机械部分的设计83.2.1 打包机机架的设计81关于选择打包机机架材质83.2.2送带、退带张紧装置的设计93.2.3打包封接装置的设计93.2.4选取打包带材料103.2.5选取打包形式103.2.6选取打包带粘接方式113.3打包机机械部分主要机构的设计113.3.1花盘轮的设计113.3.2槽轮机构的设计123.3.3关于直齿圆柱齿轮的参数确定143.3.4主传动轴的设计143.3.4.1选择主传动轴的材料143.3.4.2主传动轴的结构简图153.3.4.3计算输入轴上的功率、转速和转矩、153.3.4.4求作用在齿轮上的力153.3.4.5初步确定轴的最小直径153.3.4.6校核轴的强度164传动方案设计184.1选择电动机184.2电动机的选择184.3传动方案的确定194.4各级传动比的确定204.5电动机到主传送装置的传动设计204.5.1第一级传动带的设计204.5.2涡轮涡杆减速装置的各项数据224.5.2.1选择蜗杆的传动类型224.5.2.2选择材料224.5.2.3根据齿轮参数进行计算224.5.2.4涡轮涡杆的数据设计234.5.2.5校核齿根弯曲疲劳强度244.5.2.6精度等级公差和表面粗糙度的确定244.5.2.7传动效率的计算244.5.2.8计算涡轮涡杆最小轴径254.6第三级传动链传动的设计计算254.7主传送带的设计计算264.7.1主传动链的设计计算264.7.2主传送带牵引力的设计274.7.3计算主带传送机构的功率275 PLC控制系统的设计295.1可编程控制器的介绍295.2自动打包机的生产流程、控制方法295.3打包机控制系统设计的实现295.3.1PLC的选型295.3.2可编程控制的实现30结论47致谢48参考文献491绪论打包机是一种现代工业生产和包装中常用的机械，人们也会称之为捆包机或捆扎机，打包机现在已经成为了打包机械中的主要产品之一，它能够使一到多件物品打包在一起，或者将不规则形状的物体先进行压缩，使其呈现规则的形状，然后将其打包，这样能使得被包装物的运输装卸和保管更加的方便，它是属于打包产品设备中的外包装机械。打包是一种劳动强度很大的工作，打包状态的落后会对铲平的生产效率和质量产生很大的影响，所以研究自动打包机对于社会生产来说已经是必不可少的工作，在自动打包机的控制系统设计中应用PLC控制系统能非常有效的提高它的工作效率。自动打包机的作用是将塑料袋塑料带自动捆扎在包装物的表面，这样能够使得包装物捆扎更为牢固，在运送、保存的时候不会散失或者掉落，同时打包应该要保证整洁干净漂亮。在捆扎材料的选择方面，现在社会生产中大宝方面运用最多的是钢带和塑料带。与钢带、纸带相比，塑料袋的使用成本很低并且塑料带不容易被锈蚀、污染低，而且塑料带具有强度较为适中、手感较好、制造起来方便、外观优美等一系列的优点，这些优点使得原来在许多包装领域中应用的钢带、纸带慢慢的被塑料带所替代，塑料带打包机现在已经成为了包装机械中的主要设备，它具备很多其他同种包装机械少有的优点，它的技术已经较为成熟、操作简单工作质量可靠、种类较为齐全、覆盖范围广。在打包机的控制方面，应用PLC控制系统的作用和意义非常的明显，比起以前应用的继电器控制方法，PLC具有功效全面、性价比高、硬件设施全面、便于客户运用，顺应能力非常出众、不需要接触点和线路配置、非常靠得住、卓越的抗骚扰能力、便于维护等特点。因此，根据我国当今社会生产中产品包装的实际需要和发展方向，基于PLC的打包机设计已经非常必要。打包机是一种利用打包带来对待打包物品进行包装，达到打包目的的设备。打包机是由机架、刀体结构、凸轮轴、电热头摆杆、电热头等组成的打包装置，首先把弹性横销拆下，再把刀滚轮架上稳固的螺丝拆下来，最后利用调接螺丝的长度就可以使刀的长度可以调节，使得刀的长度可以自动调节。这篇论文中设计的自动打包机设计合理，结构到位，工作质量高，导报质量牢固，工作速度快，维护量小。打包是预防被打包物件的散失和掉落，运送保存更加方便。随着社会生产的不断发展，打包机的应用已经变得相当广泛，几乎在所有行业的生产包装中都得到了运用。 1.1课题背景打包机是一种现代工业生产和包装中常用的机械，人们也会称之为捆包机或捆扎机，打包机现在已经成为了打包机械中的主要产品之一，它能够使一到多个物件打包在一起，或者将不规则形状的物体先进行压缩，使其呈现规则的形状，然后将其打包，这样能使得被包装物的运输装卸和保管更加的方便，它是属于打包产品设备中的外包装机械。打包机械的进步 ,和打包材质的开发运用有较大的联系。包装材质不断更新，前前后后出现了多种包装质料，比如绵带、纸带、金属带、塑料带、钢绳、聚胺酯带等。但是每种包装材料的强弱程度和伸展程度有所区别以及对机器包装的顺应能力有差异 ,思考到各种材料的制造价格，当前运用最广泛的是钢绳和塑料带。自从20世纪50年代到现在 ,石油化工发展不断加快，逐渐把塑料袋用作包装材质 , 为完整地开发出自动打包机打下了基石。与钢带、纸带相比，塑料袋的使用成本很低并且塑料带不容易被锈蚀、污染低，而且塑料带具有强度较为适中、手感较好、制造起来方便、外观优美等一系列的优点，这些优点使得原来在许多包装领域中应用的钢带、纸带慢慢的被塑料带所替代，塑料带打包机现在已经成为了包装机械中的主要设备。在打包机的控制方面，应用PLC控制系统的作用和意义非常地明显，比起以前的继电器控制打包机的方法，PLC具有功效全面、性价比高、硬件设施全面、便于客户运用，顺应能力非常出众、不需要接触点和线路配置、非常靠得住、卓越的抗骚扰能力、便于维护等特点。因此，根据我国当今社会生产中产品包装的实际需要和发展方向，基于PLC的打包机设计已经非常必要。当前，国内大部分公司的打包技术已经无法追上产品出产的更替速度，打包效果太差。在我国，虽然有少数厂商经济基础非常扎实，从其他国家进口了一些自动包机器，但是这种做法大大增加了厂商出产设备所需的本钱，所以仍有大部分的企业在使用半自动打包机器或者人工打包机器，这种生茶方式既降低了生产效率，也对劳动力的需求量大大提高，因此，根据我国社会生产中产品包装的实际需要和发展方向，研究工作效率高，操作方便全自动打包机代替从国外引进的产品已经格外迫切。1.2国内外发展现状1.2.1自动打包机国外发展状况上世纪40至60年代，电气水平以及合成化工水平飞速成长，给产品打包机械带来了巨大的改变，涌现了很多以合成材料未包装材料的产品包装工艺。比如紧密运用了合了机械与电子结合的快速打包机、便于调节操控方式的功能全面的打包机和出产效率初中的打包机不断涌现，这使得包装机械产业在相关产业中变得极为引人注目。那个时期在日本，打包设备机器产品的出产年均上涨20个百分点，到了70年代，年均增长依旧在10百分点以上。20世纪70年代，世界多个发达国家想要保护自己打包设备产品市场以及世界地位，增加自己国家的产品销售量，创新的把别的领域的新型技能加入到打包机械的研究中来，变成了打造打包设备新局势的重要时期。欧洲美洲很多国家打包设备出产厂商主要是大中兴公司，他们采用共同运营的方法，以此来提高自己在世界方位内的竞争能力。欧洲美洲生产厂商关于运营方面，比较看重在展示会里的成功交易和出售情况；关于发展策略方面，他们国家的厂商不是很看重企业产物的种类，较而言之更加重在已有种类的根底上不断对其进行研制和改良。日本的打包设备生产厂商大部分属于中小型公司，他们擅长运用微电子技术来实现对打包机的操控，他们产品工作性能突出、无需人工操控、工作效率出众，使得他们在世界范围内的地位提升了很多。那个时期，美、德、日、意是各国打包设备研究中的四个发展最快的国家。其中美、德很多企业就立足与产品包装这一行 ,他们主要研制钢绳包装机械,可是当时他们的水准与技术还不够高。到了20世纪80年代,塑料这种材质的诞生 , 实现了把塑料材质当成包装材质的做法 ,这对自动打包机的成长起到了很大地推进作用 。再早的时期日本很多企业在这方面有了很大发展。到了本世纪初期 ，日本生产的自动打包机数量已经达到了九十四万台 , 大约占据了包装产品生产量的 20%,该产业的生产总之到达了三百亿日元。每年大概有百分之三十的出口量,几乎整个动那丫的包装设备产品市场都被日本占领。日本能够及时学习和消化国外的生产经验 ,对自己的生产技术进行不断的改进。他们生产的产构成比较简洁 , 非常靠得住 ,在世界范围内的销售状况非常突出。当时在日本最出众的该行业企业是下岛株式会社 ,该公司在上世纪70年代开始生研制自动打包机，从事新产品的研发 , 提高生产效率以及从事销售方面的作业 ,他们制造以及安装零件都采用分散的放法。单单在日本就设立了17家分设企业以及260多个营销点 , 而且在世界上很多国家都设立了营销点。产品种类达到了200多种 , 其中有29种平常生产的品种。美国的相关行业的企业主要生产钢绳打包机 , 辅助生产塑料带包装设备 , 在美国国内是 ITW上市企业。在国内和世界棋与国家都设立了分公司。该公司从上世纪10年代就从事研制打包机械 , 服务到了世界上很多国家的社会生产以及商品打包 , 并为所有客户提共了全天候的的零件供给服务 ,该企业不单单和生产能力非常强大 ,并且他们的研究和开发队伍精益求精。勇于创新 ,通过反复对包装机械的各部件进行试验以及对各种方案进行对比 研发出的大包设备可靠性良好和经济适用，寿命较长 ,虽然价格高于其他企业产品, 但是该产品市场上的竞争力仍然非常强大。1.2.2自动打包机国内发展现状中国打包设备高速成长的时期是处于改革开放之后。比起其他国家起步晚了很多，其中大多数的机械都是学习进口设备的研制方法生产出来。打包机械设备的生产慢慢加快了成长速度 。伴随着国内的商品打包、社会生产和工业水平的不断成长，国内打包设备生产行业得到了快速的成长。商品的种类不停变多，从而打包设备生产非常大幅提高了老百姓的生活水平，同时很大程度的推进了打包行业和社会生产的发展，使得社会生产加快，产品质量提高，效率提高。变成了国内工业生产方面的重要行业。对于人们所需要的各式各种以及各类层次的商品都能快速地生产出来，而且在持续争取提升自身水平，减小与其他国家优秀商品、优秀生产技能的距离。 比起其他国家包装设备的生产技能，我国打包机行业发展产生了大量难题，而且很多状况较为严峻，比如不能合理的划分自己的产业结构、产业过于集中化，大多数是劳动力密集型的产品；水平领先的设备生产显然比不上其他国家；出产条件所能发挥的重要作用已经在慢慢衰减；工作需要大量的能源，出产效率不高，对社会环境影响巨大，损坏了众多的自然能源；大多数企业生产规模比不上发达国家、没有卓越的技自助创新能力、管理水平也不够合格等等。自动打包机的作业步骤主要分为送袋、收进、切带热熔、黏结这几个步骤，所以需要正确的建立送袋装置、夹压装置、封接装置，否则打包的效果与效率将会受到极强的削弱。当被包装物到达指定地方时，将打包袋放入汉街处然后启动微开关，袋端被第一顶杆紧紧压住，此时机械机构和操作装置要能够从逆时针收袋，打包力度到达一足够压力后进行电焊，然后切刀向上方顶起，切断带子，族中通过机械装置进行送袋，达成物件的打包工作 。在设计的时候要处理下面几个问题：（1）怎样改变包装的速率，来满足不一样的工作需求。（2）凭借摩擦轮退袋收进过程中，怎么判别打包带打包物件的力度已到达所需力度从而自行终止退袋收紧。（3）怎么精确的设计凸轮总承，受凸轮影响的剪带切带、夹压机构能够顺利运动是进行打包包装的重点。（4）怎么解决以前打包设备中出现有灰尘、味道等状况。1.3本课题所做的主要工作2整体方案设计2.1设计思路图51主接线图图52电机接线示意图图53打包机主压和预压液压系统图（1）运用单方向顺序阀控制回路，这种回路可以使得系统的平稳性明显的提高（2）方向控制阀是用来控制液压系统中有的流动方向。（3）溢流阀根据系统中各个工作部件所要的油量的大小不一样来调节自身大小，通过这种方式保证压力的恒定。图54 控制面板图在这个课题中，IST命令中的S20和S39表示在智能运作时最差与最好状态的原件号，上面的图片中IST的原操作数X20，它使得X20之后的8个输入继电器实现了下面的功能：X20：手动 X21：回原点X22：单步运行X23：单周期运行（半自动）X24：连续运行（全自动）X25：回原点起动X26：自动操作起动X27：停止X20X24这几个按键不能同时通电，通过运用选择开关，实现5个指令中不会同时接通。IST的指令发生改变时，以下几个原件的作用也不会变：M8040：禁止转换M8041：开始转换M8042：起动脉冲M8047：STL监控有效S0：手动操作初始状态S1：回愿点初始状态 S2：自动操作初始状态自动程序：本设计中，我运用STL指令设计了智能系统的功能图，可见图（5-5），智能程序的梯形图见68。将IST指令加入设计之后，可以使打包机的各种工作形式以自动化的形式执行。下面的原件通过用户来控制：M8043（回原点完成）、M8044（原点条件）S2S20Y0S21Y1S22Y2S23Y4S24Y4Y1S25Y6Y1S26Y7Y1S27T0S28S29Y5Y10自动程序的初始状态M8041M8044（转换开始与原点条件）给料右行进料门关X7X17 门已关预压升主压升X0X2（预压上限与主压上限）抬箱X4X2（抬箱上限与主压上限）X6左转右转X5左转限位X6右转限位K20定位延时T0主压降X10落箱到位产品右行2S31Y11S30Y5S32Y12S33Y13S34Y15S35Y14S36T2X11产品右行2到位S37Y16S38Y3C0加1捆包预压右行X12X13X14X15X16T2X50主压降顶包降放包布顶包升K50取包预压左行预压降X1X3（预压下限与主压下限）图55打包机系统的顺序功能图图56 自动程序梯形图图57计数器显示程序自动返回原点程序：回到初始点的顺序功能可以用58图表示，回到初始点的程序图见5-9。S1S10Y14RSTY13RSTY15S11RSTY12Y16S12RSTY11RSTY4Y5S13SETM8043RSTS13回原点初始状态X25X16X50X3复位顶包降复位放包布顶包升复位预压右行预压左行复位捆包复位主压升主压降回原点完成图58 返回初始点顺序功能图图59 返回初始点梯形图手动程序：人工系统程序通过S0来控制，因为人工系统、智能系统和返回初始点系统的程序都是通过STL来控制的，这三个程序不可以被一起控制并且激活，因此在编程的时候，不可以利用到CJ来达成目的。梯形图如图510所示。图510手动程序梯形图结论在本品文章中所设计的自动打包机能很好地执行打包任务，并且效率较高。自动打包机的研发，很大程度的促进了国内包装水平的提高，大大提高了工业生产的速度，加快了自动化的发展进程，很大程度减少了劳动人民的工作量。本文总结了自动打包机的研发过程，大致讨论内容可以归纳为以下几点：(1) 我国工业生产对于自动打包机的急切需求，对世界其他国家的自动打包机的发展过程做了相应的了解，找到了我国在此行业与别国的差距；(2)确立了自动打包机的运作方式以及制作了本课题的整体制作方法；(3)对于其中关键的机械部分做了详细的说明，包括退袋、送袋、热熔封接装置的研究、电动机的选择、材料的选择、传动比例的计算、众多零部件的计算等等;(4)对于用PLC控制打包机的工作方法做了详细说明，并且给出了相应的程序以及梯形图。设计基于PLC的打包机是一个非常能够提升我自身能力的课题。经过了对这个课题的制作与学习，我掌握了许多关于现代社会生产设备的知识，了解到了我国对提高工业生产的迫切需要。在提升自我的过程当中，可以了解到国内自动化生产设备的发展状况，深入掌握了国内生产单位的设备现状以及生产状况，感受到国内生产水平以及工业发展水平与其他发达国家存在着很大的差距，所以作为当代青年，我们需要不断努力，来提高我国的生产技术水平，缩小与他国的差距。我在本文中设计的自