基于plc的自动装箱机控制系统的设计

1、1 前言前言 1.1 自动装箱机的发展概况 在现代自动包装流水线中，装箱机是整个流水线系统运行的重要部分。装 箱机是一种将没有包装的产品或者小包装的产品经过按照一定的方式排列、计 数半自动或者自动装入包装容器，目前，国内生产的自动装箱机可以对盒类产 品、玻璃瓶、塑料瓶、异形瓶、塑料桶、金装的一种设备。 1.1.1 国内发展现状 目前，国内生产的自动装箱机可以对盒类产品、瓶类、枕形袋等产品进行 包装。首先是箱子成型，在操作过程中，拾取未成型的纸箱一侧，拉动这一侧 将纸箱成四方形，将纸箱的底部折边并粘贴好，纸箱就成型了，然后将产品按 照规定计数排列，并填充到箱内，最后将箱子封口并输送到下一条生产线

2、。对 于软包装产品的装箱一般采用箱子成型和物料收集和填充同时进行的方式，这 样可以有效提高装箱的速度。而瓶子、易拉罐等刚性产品经过排列计数，由自 动装箱机的抓手按夹紧产品后送入入包装容器内。装箱完成后，对有特殊要求 的产品包装还配备了封箱和捆扎等辅助功能，自动进行封箱和捆扎。 我国自动装箱机制造业起步较晚。目前，国内生产制造装箱机的企业较少 。最近几年，随着科技的发展和创新，国产自动装箱机在产品结构、装箱效率 和技术创新方面取得了较大的发展。比如，我国江西德赛特包装机械设备有限 公司研发成功的多功能全自动装箱机的多项性能指标都达到了国际先进水平。 这项多功能自动装箱机适用于各种规格，多种形状多

3、种类型的瓶类产品的 包装。该装箱机的特点是可以根据装箱的要求，将产品自动分道并按要求排列 。在控制方面，它采用伺服系统，因此定位准确可靠、动作稳定，可以自动完 成瓶子的抓取、提升、移动、下降等装箱动作，对于有分区的纸箱，抓瓶器还 可以将瓶子自动抓取放进纸箱的分区内。该设备较传统装箱机的优越性体现在 ： （1）由 PLC 控制，采用伺服驱动器和变频器，启动和停止均缓慢平稳； （2）切换到一个不同的瓶型，只需要更换抓瓶器； （3）用变频器对装箱的速度进行无级调速，能有效契合工厂流水线的生产 速度。生产效率极高，生产速度可以高达 20000瓶/h； （4）该机配备了光电安全保护装置，当装箱过程中出现

4、缺瓶、缺箱、箱子 堆积、错位等现象时，能立即自动停机，以免发生安全故障。 1.1.2 国外发展现状 国外自动装箱机技术起步较早，在产品的高效率，多样化，自动化等诸多 方面都优于我国。 下面以国外新进自动装箱设备为例，介绍国外的先进技术（该资料参考中 国包装联合会纸包装委员会专家委员会发布的装箱机的发展趋势）： 德国一公司研制的自动装箱机，能够连续包装不同规格，不同型号，不不 同尺寸的多种产品，该机装箱速度较快，对于盒类产品装箱速度可以达到每分 钟 25 箱。此外，该机采用 PLC 控制，可以垂直输送纸箱，自动更换多种规格 的辅助装置，设有安全自锁，积货自动停机等多种功能。 目前，ABC 公司研

5、发出的新型自动装箱机，在装箱的同时，可以同步在高 速生产线上完成纸箱外部各个方向的印刷，包括企业商标、产品批号、生产日 期、产品说明等信息。 1.2 自动装箱机的发展前景 中国包装联合会纸包装委员会专家委员会调查的资料显示，目前，全球包 括自动装箱机在内的包装机械需求每年正以 6.3%的速度增长。而全球包装机械 市场上的设备大约有 35%来自德国，其余大部分来自于是美国、日本等国家。 国内一些跨国公司和外资企业大多使用从国外进口的自动装箱设备。调查显示， 截止至 2010 年，国内包装机械市场总需求量约为 1300 亿元，其中装箱设备具 有非常大的市场需求潜力。此外，装箱机在金属容器生产领域内

6、的应用也非常 广泛。据调查，全国生产罐装产品的企业有一千多家，假如每个企业配置 2 至 4 台装箱机，那么市场将达到 20004000 台，销售额可达 1224 亿人民币。 由此可见，装箱机在国内的市场极为广阔。 面对乐观的国内装箱机市场，我国包装机械行业的一个重点是：和世界先 进水平看齐，创新技术，完善性能、研发拥有自主知识产权的装箱设备。 我国自动装箱机制造业起步较晚。目前，国内生产制造装箱机的企业较少。 国产装箱机与世界先进水平还有很大的差距，还不能满足国内市场需求，适应 国际市场的竞争环境。国产设备在自动化程度和装箱精度等方面还比较低。性 能不稳定、结构复杂、能耗高、维修麻烦、装箱效率

7、低是国产装箱机急需解决 的问题。 2 自动装箱机总体设计构想 目前，我国产品的生产模式越来越趋近于现代化，规模化。这就需要对产 品排列、计数及包装等工作流程设计出一套完整的自动化生产线，来代替人工 操作。 本章将从自动装箱机控制系统设计的构思、设计流程及主要部件选择等方 面，对电气控制系统进行简要阐述。 2.1 自动装箱机的定义及特点 自动装箱机的概念： 装箱机是整个流水线系统运行的重要部分。装箱机是一种将没有包装的产 品或者小包装的产品经过按照一定的方式排列、计数半自动或者自动装入包装 容器。一般，该设备还具有开箱、封箱、捆扎等功能。 自动装箱的设计整体上要体现如下的特点： （1）根据装箱要

8、求，能自动对产品准确计数，并按要求整理排列。 （2）技术先进，结构新颖，整体紧凑。 （3）可适用于多种产品装箱。比如瓶类、盒类袋类、桶类系列。 （4）整体性较好，要易于移动，便于和生产流水线组合使用。 （5）电脑远程控制，操作简单，维维修方便，动作平稳。 （6）装箱精确性要高。 2.2 自动装箱机的基本结构及各装置作用 设计参数要求： 生产能力：510 箱/分钟 盒子尺寸：10 cm10 cm15cm 箱子尺寸： 22 cm32 cm32cm 功率：50Hz 380V 重量：每盒约 100g 盒类产品进箱方式：水平 盒装产品个数：42216 根据设计任务书的设计参数要求，自动装箱机主要包括产品

9、输送装置，导 向装置，旋转装置 1，侧推装置 1，侧推装置 2，旋转装置 2，积货报警装置。 以下是各装置的作用及特点： （1）产品输送装置：产品输送装置采用辊轮，该装置设备费用小，布局变 更极其容易，易吸收作业的不均衡，强制力弱，生产线上存货容易，适用于中 小型产品。 （2）旋转装置 1：伺服电机带动旋转装置旋转 90，将产品由水平方向变 为竖直方向，以适应装箱要求。 （3）旋转装置 2：伺服电机带动旋转装置旋转，将装箱完成的箱子旋 90， 使其由开口侧置变为开口向上，并传送至封箱生产线。 （4）侧推装置 1：由气缸带动侧推装置运动，将产品由旋转装置推向导向 装置。气缸运动方向由两位四通电磁

10、阀控制，气缸运动速度由流量控制阀控制。 （5）侧推装置 2：由气缸带动侧推装置运动，将产品经导向装置推入箱内。 气缸运动方向由两位四通电磁阀控制，气缸运动速度由流量控制阀控制。 （6）导向装置：导向装置是卡在保证产品按照指定路线进入箱内。 （7）积货报警装置：当产品传送辊轮上积压货物时，指示灯闪烁，提醒操 作人员，以免发生安全问题。 图 2.1 自动装箱机的结构图 纸箱 导向装置 旋转装置 2 旋转装置 1产品传送辊轮产品 侧推装置 1 侧推装置 2 2.3 盒类产品自动装箱过程设计 自动装箱机要完成的动作分为三部分： （1）将准备装箱的盒类产品传送至指定位置，经过计数并按照一定的整形 方式整

11、理，最后装入指定箱中； （2）成形的纸箱传送至指定位置，以确保产品可以无误装进纸箱内； （3）按要求装好的纸箱传送至下一生产线。 为保证产品能准确入箱，还必须设置导向轨道。同时，为保证装箱的准确 性，还需要设有产品缺失、堆积报警停机装置。这样可以大大方便操作、管理， 减少生产人员及劳动强度。 自动装箱机最终设计要求：准确度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、 操作维护简单、动作平稳，机构紧凑等特点。 3 自动装箱机控制系统的主控单元 3.1 可编程控制器（PLC）的选择原则 可编程控制器（Programmable Logic Controller）缩写为 PLC。是以计算机 为基础，综合了计算

12、机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通 讯技术发展起来的一种通用工业自动控制装置2。其可靠性高，灵活性强、使 用方便的，这些优点使 PLC 成为先进的、应用势头最强的工业控制器。 随着 PLC 技术的的快速发展，PLC 的发展异常迅猛，产品的种类也日益繁 多。不同型号的 PLC，其结构形式、编程方式、指令系统、性能、容量、价格 等也各不相同。不同的 PLC 适用的场合也不同。因此，选则合适的 PLC，对于 提高 PLC 控制系统的技术经济指标和实用价值有着重要意义。 PLC 的机型选择主要从 PLC 的 I/O 点数、用户程序存储器容量、电源模块、 特殊功能模块、通信联网能力等方面

13、加以综合考虑。 PLC 机型选择的基本原则是在满足功能需求及可靠保证、维护方便等前提 下，力争达到最佳性价比。选择时应主要考虑以下几点： （1）合理的结构型式 按照硬件的结构形式，PLC 主要有整体式和组合式两种。 整体式 PLC 结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，每一个 IO 点的平均 价格比模块式的便宜，一般用于工业生产中的单机控制；而组合式 PLC 的功能 扩展灵活方便，在 IO 点数、输入点数与输出点数的比例、IO 模块的种类 等方面选择余地大，且维修方便，但价格高，体积大，一般于较复杂的控制系 统1。 （2）相应的功能要求 （3）响应速度要求 响应速度是衡量 PLC 控制速度的重要指

14、标。不同档次 PLC 的响应速度是 不一样的。 （4）系统可靠性的要求 PLC 对于一般系统的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑 是否采用冗余系统或热备用系统。 3.2 PLC 的选择 本设计共需 12 个输入点，8 个输出点，首先根据系统的设计要求，确定有 足够的 I/O 点数，并且应有 10%15%的 I/O 点数冗余，以备后用。另外，一些 高精度输入模块对输入点数的使用是有限制的，一般同时接通的输入点数不得 超过中输入点数 60%；对输出的驱动能力也有限制，有得 PLC 每点输出电流的 大小随所加负载电压的不同而1异。综上述，选择台达 PLC DVP60ES00R2 型 号的

15、 PLC 作为主控单元。其具有 60 个 I/O 输入输出点数，包括 36 个输入点， 24 个输出点。ES 是台达 DVP 型 PLC 的一个系列。 3.3 台达 DVP 型 PLC 的功能简介 台达 PLC，是台达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 PLC 采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 PLC 及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。 台达 PLC 以高速、稳健、高可靠

16、度而著称，广泛应用于各种工业自动化机 械。 台达 PLC 除了具有快速执行程序运算、丰富指令集、多元扩展功能卡及高 性价比等特色外，并且支持多种通讯协议，使工业自动控制系统联成一个整体。 为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC 机有以下特点： （1）可靠性高，抗干扰能力强 （2）通用性强，控制程序可变，使用方便 （3）功能强，适应面广 （4）编程简单，容易掌握 （5）减少了控制系统的设计及施工的工作量 （6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便 本设计所用基本指令及步进梯形指令一览表4： 表 3.3.1 一般指令 执行速度(us) 助记符功能操作数 ESEPEH STEP 页 码 LDA

17、 接点逻辑运算开始X、Y、M、S、T、C5.64.60.24(0.56)133-3 LDIB 接点逻辑运算开始X、Y、M、S、T、C 5.68 4.680.24(0.56)133-3 AND串联 A 接点X、Y、M、S、T、C4.83.80.24(0.56)133-3 ANI串联 B 接点X、Y、M、S、T、C 4.88 3.880.24(0.56)133-4 OR并联 A 接点X、Y、M、S、T、C4.83.80.24(0.56)133-4 ORI并联 B 接点X、Y、M、S、T、C 4.88 3.880.24(0.56)133-5 ANB串联回路方块无4.43.40.24133-5 ORB

18、并联回路方块无4.43.40.24133-5 MPS存入堆栈无4.64 3.640.24133-6 MRD堆栈读取(指针不动)无430.2413-6 MPP读出堆栈无4.43.40.2413-6 表 3.3.2 一般指令输出指令 执行速度(us) 助记符功能操作数 ESEPEH STEP 页 码 OUT驱动线圈Y、S、M6.45.40.24(0.56)133-7 SET动作保持(ON)Y、S、M5.044.040.24(0.56)133-7 RST接点或寄存器清除 Y、M、S、T、C、D 、E、F 7.66.60.24(0.56)33-8 表 3.3.1 一般指令定时器、计数器 执行速度(us

19、) API助记符功能 操作 数ESEPEH STEP 页 码 96TMR16 位定时器T-K 或 T-D9.68.69.643-8 97CNT16 位计数器 C-K 或 C-D（16 位）12.8 11.812.843-9 97DCNT32 位计数器 C-K 或 C-D（32 位）14.3 13.314.363-9 4 主回路电器设计主回路电器设计 4.1 各元器件的选择 （1）控制按钮的选择 控制按钮是一种结构简单实用广泛的手动指令电器，在控制电路中发出手 动指令，远距离控制其他电器，再由其他电器去控制住电路或转移各种信号， 也可以直接用来转换新号电路和电器连锁电路等5。 急停开关也属于主令

20、控制电器的一种，当机器即将发生安全故障时，可以 按下急停开关以切断电源，使设备停止运行，以免发生安全故障。急停开关通 常为红色的手动控制的按压式组合开关。 该设计中共使用了三个按钮，分别是启动按钮 SB1，停止按钮 SB2，急停 按钮 SB3。为便于识别个按钮的动作，避免误操作，通常在按钮帽上做出不同 的标志或涂以不同颜色，表示不同作用。按钮的触头允许通过的电流很小，一 般不超过 5A。综上， 选择启动按钮 SB1 为绿色的点动按钮。 选择停止按钮 SB2 选用红色的点动按钮。 选择急停按钮 SB3 选用红色的复合旋转按钮。 具体型号见附录四元器件的型号选择 （2）行程开关的选择 行程开关用于

21、监测工作机械的位置，发出命令以控制其运行方向或行程长 短。行程开关按结构分为机械结构的接触式有触点行程开关和电器结构的非接 触式接近开关6。 对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关， 以使其在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则6： 当检测体是金属材料时，选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对 铁镍、A3 钢类检测体检测最灵敏。 对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵 敏度就低。 当检测体是非金属材料时，如木材、纸片、液体、非晶体等，选用电容 型接近开关。 金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，选用光电型接近开关或超 声波型接近开关。 对于检测体是金

22、属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁 性接近开关或霍尔式接近开关。 综上， 选择侧推装置 1 复位检测为霍尔式接近开关。 选择侧推装置 2 复位检测为霍尔式接近开关。 选择纸箱到位行程开关 SQ1 为滚动式行程开关。 选择接近开关 1 为电容型接近开关。 选择接近开关 2 为电容型接近开关。 选择旋转装置 1 行程开关 SQ2 为滚动式行程开关。 选择侧推装置 2 限位行程开关 SQ3 为滚动式行程开关。 选择侧推装置 1 限位行程开关 SQ4 为滚动式行程开关。 选择旋转装置 2 限位行程开关 SQ5 为滚动式行程开关。 选择检测是否积货接近开关为电容型接近开关。 具体型号见附录

23、四元器件的型号选择 （3）换向电磁阀的选择 电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压， 气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压缸控制， 所以就会用到电磁阀。 综上， 侧推装置 1 选两通位两电磁阀 YV1 侧推装置 2 选三位四通电磁阀电磁阀 YV2 导向装置选两通位两电磁阀 YV1 具体型号见附录四元器件的型号选择 （4）电机的选择 本设计总共用了四个电机，其中旋转装置 1 和旋转装置 2 需要频繁启动， 旋转装置 1 大概 60 次/min，旋转装置 2 大概 10 次/min。且两电机均要求高精 度，高响应速度，所以旋转装置 1 和旋转装置 2

24、 的电机均选择伺服电机。产品 传送电机和纸箱传送电机开机后不需要启动，对精确度要求不高，载荷均匀， 工作环境洁净无粉尘，所以选择三相异步电动机。下面是产品传送电机的选择 计算7： 产品传送电机的工作载荷较小，无冲击，无过载情况，制动频繁程度较低， 无特殊要求，且自动装箱机一般在且也使用，企业提供 380V 交流电，工作环 境洁净，温度变化范围小。所以，初选电机为 Y 系列三相异步电动机。 工作机所需功率由及其工作阻力和运动参数求的： W P KW Fv P w W 1000 式中：F 为工作机阻力，N v 为工作机的线速度，m/s 为工作机的效率。 w 因为对传动精度要求不高，工作机工作速度较

25、低，所以选择两级圆柱齿轮 减速器，查表 1-7 取=0.95 w 计算得=0.21KWKW Fv P w W 1000 95 . 0 1000 1200 由以上参数可以选取电机为小功率三相异步电动 YS8014。 表 4.1 三相异步电动 YS8014 的具体参数 型号 输出功率 (W) 电压 (V) 电流 (A) 转速 (r/min) 效率 (%) 功率因数 堵转转矩 额定转矩 （倍） 最大转矩 额定转矩 （倍） 堵转电流 额定电流 （倍） YS8014550220/380 2.70/1.55140073.50.732.42.46 4.2 自动装箱机的控制要求 （1）产品输送装置 产品计数方

26、式：产品计数方式有： 1）采用行程开关，安到产品上方，或产品下方 2）采用光电传感器，安装在产品即将要进入旋转装置的滚轮上。当产品过 来时，来一个计数加一。 3）采用接近传感器，安装在旋转装置槽底部的两侧。 分析：对于盒装产品，当产品积货时，产品会一个接一个，汇成一个长盒。 采用行程开关计数的话，产品会将行程开关全部压下而不再复位，导致计数失 败，采用光电开关的话，产品积货时，中间没有一丝缝隙，同样导致计数失败。 以上两种方法均不能正常计数。所以要采用第三种计数方式：在旋转装置槽末 端两侧安装接近开关，当第一个产品走到辊轮末端时，因为旋转装置 1 上没有 传动装置，所以，产品会停留在滚轮末端，

27、当第二个产品到来时，会推动第一 个产品到达槽末端，完成计数。这样即使有产品过来，堆积在辊轮上，计数也 能正常进行。计数方式如下图： 图 4.2 产品输送装置 图 4.2 产品输送装置 （2）侧推装置推动方式选择 侧推装置推动方式有三种： 1）电机传动； 2）液压传动； 3）气压传动 分析：液压传动较气压传动虽然精度高，但不够清洁，对于产品包装来说， 需要洁净环境。电机传动成本较高，电机启动频繁，对电机的要求会更高，伺 服电机较贵，普通电机在频繁启动的情况下容易烧坏，且噪声较大。 解决方案：由于该设计定位不需特别精确，整体运行速度要稳，并且不能 不产品产生污染，最终选择气压传动。 （3）侧推装置

28、置位检测方式及控制 侧推装置位置检测方式有两种： 1）用行程开关定位，将行程开关安装在导向装置上； 2）采用压力传感器，将压力传感器安装在侧推装置上； 接近开关 接近开关 3）采用光电开关。 分析：该设计侧推装置推动产品是要推两次的，而且每次行程不一样。侧 推装置 2 第二次推置位的时候还要保持一会。采用行程开关的话，每个装置行 程开关要设计两个，但当第一次产品置位时，先压下行程开关一然后置位压下 行程开关 2，这对编程有一定的难度。又因为行程开关在没有产品压下的时候 会复位会影响侧推装置复位，且在箱内没有办法安装行程开关。如果采用光电 开关的话，安装会很麻烦，安装上后只能采用延时定位，如果气

29、动装置在正常 运行中出现故障，不能供气，还会发生安全事故。 解决方案：将导向装置上的电磁阀换成了侧推装置 1 上的压力传感器。当 侧推装置推动置位后，压力传感器会得到信号复位。这种思路也可以运用到了 侧推装置 2 上，但侧推装置 2 第二次推的时候还要保持一会，即使用压力传感 器，保持的时间内也会把产品推坏，本设计最终解决方案是：把行程开关换成 了压力传感器，把控制气缸方向的两位四通电磁阀换成了三位四通电磁阀，中 位锁止。 （4）气动装置出现故障的情况 气动装置是本设计中一个重要的动力源，如果气动装置在运行过程中发生 故障，后果将不堪设想。下面对气动装置发生故障不能正常供气时的情况做以 下分析

30、： 1）当侧推装置 1 即将置位或以置位时气动装置发生故障：因为侧推装置 1 没有检测到复位，旋转装置 1 不会有进一步的动作，气动装置修复后会自动供 气，对整体运行没有影响； 2）当侧推装置 2 将置位或已置位时气动装置发生故障：因为侧推装置 2 没 有检测到复位，侧推装置 1 不会有进一步的动作，气动装置修复后会自动供气， 对整体运行没有影响； 3）当侧推装置 2 锁止，导向装置复位过程中气动装置发生故障：此时因为 侧推装置 2 没有检测到复位，侧推装置 1 不会有进一步的动作，气动装置修复 后会自动供气，对整体运行没有影响。 5）突然断电后，如果各装置不在复位状态，再次开机操作时，容易发

31、生碰 撞等安全事故，过将不堪设想，所以在设计中应尽量避免设计弊端出现的安全 事故。下面对突然断电后容易出现的安全事故进行分析，并采取保护措施： 1）突然断电后，气动装置也会断电： 当侧推装置 1 即将置位或以置位时发生故障：开机的同时，气动装置会开 启，因为断电，控制侧推装置 1 的电磁阀断电复位，所以开机后，侧推装置 1 会先复位。此时，旋转装置 1 处于指定位置，不会发生干涉。 当旋转装 1 旋转过程中停电的话，开机后，检测旋转装置 1 的行程开关没 有压下，则控制旋转装置 1 的电机会启动，直至压下行程开关为止，即处于系 统指定位置； 对于旋转装置 2 也会执行相同命令，使其处于指定位置

32、 当侧推装置 2 推动过程中停电的话，控制侧推装置 2 的电磁阀会处于中位， 即锁止状态，所以，开机后，按下启动按钮后，应该先将侧推装置 2 复位，即 是电磁阀 A 端得电。 断电断气后，控制导向装置的电磁阀也会处于复位状态，若果检测到纸箱 的话，系统会将控制导向装置的电磁阀得电置位，使导向装置卡在箱口。 以上这些将会在编制程序时避免安全事故的发生。 （6）旋转装 2 旋转后将纸箱放到另一条封箱生产线上。因为传送纸箱采用 的是辊轮传送，所以旋转装置 2 旋转装置旋转至另一侧时，旋转装置会比辊轮 低一些，纸箱会自动放到下一条生产线的辊轮。 4.3 自动装箱机的控制部分总体设计 根据以上分析，自动

33、装箱机装箱全过程设计如下： （1）按下启动按钮，控制侧推装置 2 的电磁阀 A 端得电使侧推 2 复位。 同时，因为按下启动按钮的同时，也启动了气动装置，此时，各装置的电磁阀 均处于复位，所以，即使侧推装置 1、导向装置未复位，各装置均会按下启动 按钮的同时在气缸带动下复位。 （2）检测到各装置复位后，检测旋转装置 1、旋转装置 2 是否均处于指定 位置，若否，则使各旋转装置在伺服电机的带动下旋转至指定位置。 （3）检测到各装置复位后，将计数器 1、计数器 2 清零。启动产品传送电 机，辊轮带动产品进入旋转装置，同时，启动纸箱传送电机，使辊轮将纸箱传 送到指定位置，纸箱置位后会压下行程开关，此

34、时控制导向装置的电磁阀置位， 导向装置在气缸的带动下卡在纸箱的箱口。 （4）检测到两个轨道传送来的产品均置位后，旋转装置 1 在伺服电机的带 动下旋转 90 度，压下行程开关，伺服电机停转。检测到纸箱置位且侧推装置 2 复位时，控制侧推装置 1 的电磁阀置位，侧推装置 1 在气缸的带动下将旋转装 置 1 上的产品推到导向装置的平板上，同时计数器 1 加 1。 （5）产品推动置位后，侧推装置 1 上的压力传感器得电，控制侧推装置 1 的电磁阀失电复位，侧推装置 1 在气缸的带动下复位。 （6）检测侧推装置 1 的计数器 1 计数是否为 2，否的话，旋转装置在检测 到产品纸箱，侧推装置 1 均置位

35、的情况下旋转，重复上述动作；是的话，在检 测到侧推装置 1 的接近开关得电后，控制侧推装置 2 的电磁阀 B 端得电，同时 计数器 2 计数加 1。 （7）系统检测计数器 2 的计数是否为 2，否的话，当侧推装置 2 在气缸的 带动下将产品沿导向装置推入箱内后，控制侧推装置 2 的电磁阀 A 端得电，侧 推装置 2 在气缸带动下复位，然后重复以上动作，是的话，当侧推装置 2 的压 力传感器达到设定值时，控制侧推装置 2 的电磁阀失电，处于中位，带动侧推 装置 2 的气缸被锁止，同时控制导向装置的电磁阀复位，导向装置在气缸的带 动下处于复位，延时 1S，控制侧推装置 2 的电磁阀失电复位，侧推装

36、置 2 在气 缸带动下复位。 检测到侧推装置 2 复位后，控制旋转装置 2 的伺服电机得电旋转，旋转装 置 2 旋转 90 度，将箱口朝上，并传送至封箱生产线。 一个完整的装箱过程结束。 此外，如果产品输送速度大于装箱速度的话，容易在辊轮输送装置处积货， 这不仅容易使机器产生机械故障，而且会对操作者产生安全隐患。为防止这种 情况的发生，本设计在距旋转装置 1 两米处的滚轮上安装了接近开关，如果该 接近开关连续 5S 有信号，系统会自动报警，启动 LED 灯闪烁和蜂鸣器，连续 10s 有信号，系统会自动停机。 流程图见附录一 自动装箱系统流程图 4.4 自动装箱控制系统 I/O 分配及 PLC

37、程序 根据以上控制系统总体设计及流程图编写 PLC 程序。首先应对输入输出进 行 I/O 分配。分配方式如下图： 表 4.4 自动装箱机控制 PLC 的 I/O 分配及作用 输入地址作用输出地址作用 X0启动按钮 SB1Y0产品传送带电机 M1 X1侧推装置 1 复位检测Y1纸箱传送带电机 M2 X2侧推装置 2 复位检测Y2旋转装置 1 控制电机 M3 X3停止按钮 SB2Y3旋转装置 2 控制电机 M4 X4纸箱到位行程开关 SQ1Y4侧推装置 1 电磁阀 YV1 X5接近开关 1Y5侧推装置 2 电磁阀 YV2A 端 X6接近开关 2Y6导向装置电磁阀 YV3 X7旋转装置 1 行程开关

38、 SQ2Y7积货报警 LED 灯 X10压力传感器 SP1Y10蜂鸣器 X11压力传感器 SP2Y11侧推装置 2 电磁阀 YV2B 端 X12旋转装置 2 限位行程开关 SQ5 X13检测是否积货接近开关 注：侧推装置 1 没有推动产品时为复位状态，将产品推动到位后为置位状态； 侧推装置 2 没有推动产品时为复位状态，将产品推动到位后为置位状态； 导向装置不卡在箱口为复位状态，卡在箱口为置位状态； 控制旋转装置 1 的行程开关被压下即旋转装置 1 处于系统指定位置； 控制旋转装置 2 的行程开关被压下即旋转装置 2 处于系统指定位置； 梯形图见附录三 自动装箱 PLC 梯形图 5 结 论 经

39、过几个月的奋战，我的自动装箱机设计终于如期完成。在这个课题中， 可谓困难重重，但随着一个个的柳暗花明，带来欣喜的同时，也学到了不少知 识。 本设计综合应用了 Pro/E，Protell，PLC 编程器，CAD 等端软件，涉及到 了电气控制，测控，机械设计，机电一体化，液压与气压传动等诸多专业课程， 为能使毕业设计顺利进行，前期我已经做了相关工作，查阅了大量资料和文献， 对这些软件进行了学习。 由于缺乏社会实践经验，对实际元器件及课本上没有涉及到的知识的了解， 在设计过程中可谓是困难重重。尤其是在定合计方案的时候，换了很多次，每 次以为可行的时候，马上又会被自己的想法推倒。设计方案好不容易定下来

40、了， 但在编程序和写说明书的时候依然发现了很多问题，而且问题是相互关联的。 下面讲一下我遇到的部分问题： （1）设计方案定稿使用行程开关来确定侧推装置 1 置位的位置，但是产品 是要推两次的，而且每次行程不一样。最终我的解决方案是将导向装置上的电 磁阀换成了侧推装置 1 上的压力传感器。侧推装置 2 开始选用的也是行程开关， 但是在箱内没有办法安装行程开关，而且，侧推装置 2 也要推两次，且第二次 推的时候还要保持一会。解决了侧推装置 1 的时候，我也把这种思路运用到了 侧推装置 2 上，但侧推装置 2 第二次推的时候还要保持一会，即使用压力传感 器，保持的时间内也会把产品推坏，我最终的解决方案是：把行程开关换成了 压力传感器，把控制气缸方向的两位四通电磁阀换成了三位四通电磁阀，中位 锁止。最终问题得到了完美解决。 （2）产品计数，开始的时候我选过行程开关，但换了很多安装方式，都不 能完美计数，并解决积货问题，后来又换成了光电开关计数，但是，考虑到计 数问题，这个方案也被否决了。最终解决方案是：在旋转装置两侧安装接近开 关，将产品传送方式由皮带传送改为辊轮传送。最终问题得到了完美解决。 在设计过程中，我也遇到很多学生都很头疼的问题：对实际元器件并不熟 悉。原本在设计过程中艰难的解决了侧推装置复位方式的问题，又