毕业设计（论文）-颗粒料包装机的PLC自动控制设计

1、颗粒料包装机的plc自动控制设计摘要随着我国改革开放的不断深入和世界经济一体化的口益显现，我国包装工业 的发展遇到了新的挑战。为了满足人们不断攀升的物质文化需求，跟上包装工业 产品、质量的更高要求，适应包装生产科学技术的口新月异，包装工业的技术研 究必须与时俱进，不断更新和升级。由于传统继电器控制的颗粒料包装机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，因此提出了用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 动化生产屮得到了广泛的应用。本设计详细阐述了集plc技术，光电感应技术，通信技术于一体的先进控制 技

2、术在该包装机控制系统屮的应用。通过对小型全自动颗粒料包装机工艺过程的 分析，克服了传统小型包装机传动方案的缺陷，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。关键词：颗粒料包装机，plc, gx developerthe desine of automatic control forgranularmaterial packing machi

3、ngabstractwith the deepening of china's reform, opening up and the integration of the world economy, china's emerging packaging industry development new challenges. in order to meet the increasing people, keep pace with the packing material and cultural needs of industrial products, quality

4、and higher requirements, science and technology to packaging production, packaging industry technical research must keep pace with the times, and constantly update and upgrade.because of traditional relay control of packing machine for granular material, here are lots of disadvantages which include

5、device complexity, inferior reliabil让y, malfunction analysis and trouble obviation. as the kernel device control system, plc is widely used in modern industrial production and do well in this field.this thesis takes the control system of the high-speed full-automatic packing machine that was develop

6、ed by liuyang handsome trade corp.ltd along with our teacher as a background. we apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of plc, light electricity technique and so on. by the describing of the basic operation of small automatic packager, and o

7、vercome the defects of now used packager in transmission system. the main designer include in the analyzing of the packaging machined structure and the movement, protracting the electric schematic diagram, writing the plc programming and the choosing and fixing the electric parts of an apparatus. th

8、e paper gives the design of hardware and software about the electrical control of packing machine for granular material, which include selecting a model of plc, distributing address of i/o, wiring diagram of i/o, designing of programmable trapezium and theory of control.key words:packing maching for

9、 granular material,plc,gx developer-!/ 1刖s第1章颗粒料包装机控制系统的总体设计1.1颗粒料包装机生产工艺概述1.2可编程控制系统设计1.3系统的运行方式1.4 plc控制系统硬件总体设计141总体结构关系1.4.2控制系统主要器件的选择6第2章 包装机机构的设计计算以及电气元器件的选择82各机构的结构设计82.1.1纸供送机构设计82.1.2给料装置机构设计92.1.3压纸切纸机构设计102.1.4下料装置机构设计122.1.5封口机构设计132.2主要电气元器件的选择15221真空发生装置选型152.2.2气缸选型16223空气压缩机选型172.2.

10、4传感器的选型20第3章 系统的编程和设计203plc的结构及其工作原理213.1.1 plc的一般结构213.1.2 plci作原理223.2 plc的软件设计22321 gx developer开发工具的特点22322 plc程序的总体结构233.3 plc控制系统设计的原则253.4包装机的plc程序设计263.4.1 plc程序总体设计263.4.2 plc程序的优化设计30结论34谢辞35参考文献36外文资料译文错误!未定义书签。可编程控制器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,

11、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，口本的omron也推岀了他们的plc。三菱、口立、富土、 东芝、横河、口电等公司也先后加入了

12、 plc制造者的行列。70年代屮期，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。小型plc开始步入诸如塑料 注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉 和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全 面取代传统继电器控制屏的趋势。由于大规模集成电路和微处理器在plc屮的应用，使plc的功能不断增强， plc不仅能

13、进行顺利逻辑控制，还能完成定时、计数，算数、逻辑运算，数据处理, 模拟量输入输出及pid控制。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岀厂质量，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

14、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处理速度的加快目前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) 通用性和专

15、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(5) 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。但从根本 上來讲，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。(6) 控制与管理功能一

16、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) 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。(2) 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。(3) 通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。当今，我国的包装机械行业取得了世人瞩冃的发展，颗粒料物品在我们生活 屮随处可见，颗粒料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，我国包装机械工 业由于

17、起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出來的。为了提高 颗粒料物品包装的效率，研究和设计颗粒料包装机已迫在眉睫。包装机械的最人特点是动作复杂、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

18、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。因此，国外在注塑机、各种包装机上已经大量地釆用了 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。我国包装机械日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

19、统。第1章 颗粒料包装机控制系统的总体设计1.1颗粒料包装机生产工艺概述颗粒料包装机主要功能是将颗粒料物品以一定的速率包装成为蝌蚪状。被包装 的颗粒直径最大为4mni,平均为3mm,且被包装的颗粒的硬度大。各加工工位的动作是通过顺序逻辑控制电磁阀，以压缩空气、气体推动气缸, 从而带动机械结构移动来实现的。颗粒料包装机的简单工艺流程为：送纸一一压纸切纸一一下料填充一一封口。具体的工作过程如下：包装纸以卷筒的形状放在原料架上，当开始动作时， 送纸电磁阀控制送纸，短气缸运动。完成一段小的空行程。分料电磁阀控制颗粒 箱转动进行分料动作。同时抽真空电磁阀通电，直到关机抽真空电磁阀才断电。 送料架运动一段

20、位移以后，当碰到传感器时，压纸电磁阀和送纸架上抽真空电磁 阀得电，压纸电磁阀控制送纸架上的气缸使z将纸压紧，为送纸架托着纸带做准 备。送纸架上抽真空电磁阀控制送纸架前端的抽气管使纸的前端紧贴在送纸架上。 这样前吸后夹地将纸带往前送，此时颗粒箱仍然顺（逆）时钟转动，送纸架继续 往前运动，碰到传感器时压纸电磁阀和送纸架上抽真空电磁阀断开，同时抽真空 电磁阀得电，使纸带吸紧在切纸板上，使z不会随送纸架的返回而折叠。送纸架 返回碰到传感器时送纸二电磁阀失电，送纸动作结束。送纸架返回碰到传感器时裁纸压纸电磁阀通电，气缸作用，切纸板往下运动, 海绵垫板压紧纸带然后在刀片的作用下将纸带裁成边长为50mmx2

21、8mm、夹角为65 度的菱型纸片。当切纸板往下运动碰到传感器时，切纸板返向运动，碰到切纸板 上位传感器时，切纸电磁阀断电切纸运动结束。当切纸板上位传感器采集到信号时，插纸电磁阀得电气缸动作使插纸杆向下 运动，进行插纸下料动作，插纸下料运动由两个气缸为其提供动力，插纸长气缸 下降（插纸一）以后有个短暂的停留时间，在这个短暂的停留时间里分料板要完 成错位动作实现下料，此时料斗阀门电磁阀得电料斗阀门打开，颗粒沿着屮空的 插纸杆下滑到冲压成u型的纸盆内。然后在插纸短气缸继续向下运动（插纸二） 到fi标位置时才开始往上返回到原位。当颗粒填充完毕以后，料斗阀门闭合且插 纸杆继续向上运动，当插纸杆碰到上位传

22、感器时，插纸杆动作结束。当插纸杆碰到上位传感器时，封口电磁阀得电开始封口动作，封紧程度由电 接点压力表控制，达到预设压力则锁纸板返回，碰到传感器则停止运动。此时包 扎好的成品在自重的作用下掉到收集箱内，完成了整个包装过程。1.2可编程控制系统设计利用plc可以构成单机控制系统，集屮控制系统，分散型控制系统和远程i/o 控制系统。由于颗粒料包装机控制对彖较多，有送纸过程屮的过程屮的同步控制, 压纸裁纸、下料过程中的位置控制，所谓过程屮的压力控制，且被控对彖比较集 屮，因此我们采取集屮控制系统方案。每个被控制对彖与可编程控制器指定i/o相连接，因此各被控对彖z间的数 据、状态的变换不需要另外设置专

23、门的信号线路。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，危险相对集屮。远程i/o控制系统的控制结构比较独特，类似 于集屮控制系统，又具有分散型控制系统的特点，经常用于控制规模屮等，控制 对彖比较分散、工程费用较低的场合。plc作为一种控制设备，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。人机界面完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或 表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或报警信息，驱动打印机实时打印 各种图表。为提高

24、plc及系统的抗干扰能力，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，消除或减弱共模和瞬变干扰。1.3系统的运行方式运行方式分为手动、单步、周期及自动等四种操作方式。(1) 各工步都可单独点动，按钮释放即停止运行；(2) 按下启动按钮，运行一个工步，到位即停。再按启动，则进入下一工步 的运行；(3) 从初始位置开始，按启动按钮，程序自动完成一个周期的动作后返回到 第一步开始位置停止；（4）按启动按钮，程序完成一个周期的动作后又接着从第一步开始运行，自 动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统

25、要继续运行到第一步开始 位置才停止；若按下停止按钮，则运行立即停止，此时若再按启动，系统即从该 位置运行到第一步开始处停止。根据颗粒料包装机的实际运行情况，本系统采用白动运行和手动运行两种方 式。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 装机运行期间釆用循环工作方式，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

26、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。1.4 plc控制系统硬件总体设计141总体结构关系本系统采用plc和人机界面两级控制的结构。plc负责按钮、光电开关和电接 点压力表信号的输入，以及发出信号去控制各个气缸、继电器、真空泵等电气元 件，进而控制各部分的运行，同吋控制相应指示灯的显示。人机界面用来进行参 数的修改与设定、全自动控制、在线监视、传送信息等工作。人机界面通过串行 口与plc相连，进行相互通信，所以人机界面是通过发出命令去控制plc的运行 以达到进行全自动控制的目的。1.4.2控制系统主要器件的选择颗粒料包装机控制系统主要器件包括人

27、机界面、plc等。它们的选择都是以在 保证功能的前提下尽可能地选择可靠性高和使用方便的产品为依据，plc的选型具 体情况如下。在进行这项工作z前，需要对控制对象和控制任务进行统计和分析。然后确 定系统的规模、机型和配值。据统计，初步确定该包装机控制系统有，20个开关 量输入，13个开关量输出。根据对上述控制任务的分析，本项目选择了三菱公司的中小型plc系统fx1n 系列，它能满足屮等性能要求的应用，应用领域相当广泛。fx1n系列是最多可控 制128点的普及型微型plc。除了可以扩展输入输出，还具有模拟量控制和通讯链 接功能的等扩展性。所以，fx1n系列可以广泛应用于一般的顺序控制。fx1n系列

28、plc的特点：（1）定位控制功能是标准配置；（2）使用关键字功能保护程序；（3）内置不用电池的eeprom存储器，无须维护口 ；（4）内置run/stop开关,运转/停止执行简便；（5）不停机时更改程序（6）特别适于高速处理而fx1n系列plc控制规模为24128点（基本单元：24/40/60点）特点有：（1）集成化cpu、电源、输入输岀合为一体。通过使用显示模块和功能扩展板，可以非常简便地进行系统升级。另外，也 可以扩展输入输出和特殊模块。（2）运算高速化基本指令：0.550.7 us/指令；应用指令：数3. 7数100 u s/指令。（3）存储器规格大内置8000步eeprom存贮器无需电

29、池，维护轻松（4）软元件范围丰富辅助继电器：1536点，定时器：256点，计数器：235点，数据寄存器：8000 点。综上所述我们选用三菱公司的fx1n系列的plc,根据plc选型对端口预留5% 10%的余量，如下表所示我们选用plc为：表1t plc型号表型号主机输入点主机输出点电源fx1n-40mr-0012416ac100-240v第2章 包装机机构的设计计算以及电气元器件的选择2.1各机构的结构设计2.1.1纸供送机构设计1、要求包装机的全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，采用薄页纸卷筒包装材 料作为包装材料。纸供送结构要求包装机以一定的速度送到指定的位置，屮间必 须保证送至过程的连

30、续，保证定位切断准确，所切出来的纸的形状完整无误差。 送纸的速度由气缸来决定一般为3m/s。同吋还要求排除一些干扰因素，其基本组 成及机构图如下图所示：1 -支承架2 -字银.组3-张紧装置4-纸定位装置5-送纸架6-压纸杆7-气缸 图2-1送纸结构图2、工艺过程包装材料卷i置于支承装置上，为了提高包装机的生产效率采用一次放i 0 卷卷筒纸同时供送。导车昆组2、张紧装置3,完成纸供送的导向。纸定位装置4使 得卷筒z间的供送的包装材料的供送位置不至于错位，确保一个位置只供送一条 包装纸。送纸架5在气缸的驱动下以3m/s的速度，首先前进30価完成一段空行 程为接下来的送纸做准备。为了确保这段空行程

31、位置的准确度在30mm处安装一个 位置传感器，当送纸架达到此位置就停下来。压纸杆6在气缸的驱动下下压将纸 紧紧地压在送纸架5上，同吋在送纸架上设计一个真空装置。送纸架再一次在气 缸的驱动下向前运动，这样前吸后夹地带着纸向前前进到压纸切纸的位置。为了 使送纸二到达最优化设计送二的位置离送纸一 157nmi的位置。因此在此安置一个 传感器。送纸架到达传感器的位置送纸台开始吸真空将纸保留在送纸台上不动。 然后压纸杆上升，送纸架退回，完成全部的送纸过程。卷筒状材料供送时，会受到各种原因的影响，当瞬时速度发生变化而导致出 现时松吋紧现象；当瞬时牵引速度增大时，包装材料卷将加速转动，由于包装材 料卷及支承

32、装置中转动件的惯性使得包装材料带的张力增大冋。当牵引速度减慢 时，转动件的惯性会引起包装材料卷过度松展，使得包装材料带呈松弛状态，这 将导致包装材料在输送过程中出现摆动而引起跑偏，为了减少或消除这些不良影 响，一般设置张紧机构，使包装材料从卷盘直到牵引输送装置z间保持适度的牵 引张紧状态。同时为了防止打滑现象在张紧装置3的向下安装一个海绵。2.1.2给料装置机构设计1、要求给料装置的设计主要是将颗粒料物品摇均匀，使得包装物在自重的作用下落 到下料管屮。具体要求先将放物箱摇均匀，然后再抽动抽板，为了使颗粒料包装 物能够掉到下料管内，而不引起卡死管道的现象，需要计算下料管的管径：由于颗粒料物品一般

33、的直径为3mni,因此设计管径的直径为7伽。给料装置机 构由气缸一、气缸二、箱体、斜坡、抽板等五部分组成，每一部分都有其特定的 作用，发挥着不同的功能，气缸用来驱动箱体，使其右侧向上运动，使物料落入 箱体孔屮，箱体用來容纳所需包装的物料，抽板的作用是需要下料时将抽板抽出, 使得抽板上的孔正好与箱体上的孔对齐，这样颗粒料就顺利地落入导料管内，完 成了整个的给料过程，方便下一个过程的继续进行，综上且根据下料管的管径设 计给料装置的结构如下图所示：图2-2给料装置结构图2、工艺过程在气缸1的驱动下，箱体的右侧向上运动，使得箱体3体内的颗粒料落到箱 体孔中。为了使颗粒料容易落到孔中，设计箱体上的孔为斜

34、孔。上孔直径为24mm, 下孔直径为15価，箱体3的下面放置一块抽板5,需要下料时将抽板抽出使得抽 板上的孔正好与箱体上的孔对齐，这样颗粒料就落到了导料管内。气缸驱动箱体 作用完以后，箱体在自重的作用下落回到水平位置。因此在水平位置安装一个传 感器，箱体到达此位置即完成了摇箱动作。为了保证将箱体内的颗粒料摇均匀， 在箱体两边采用对称的装置，即在箱体左侧也设计一个气缸，给气缸一个信号， 气缸将箱体左侧升上去，完成如上相同的动作。为了提高生产效率，在箱体内开 50个孔，好一次能完成50个包装物。2.1.3压纸切纸机构设计1、要求当包装纸送至正确位置以后，接下来是对纸进行裁剪动作。但是在裁剪之前 应

35、固定纸条，以按照正确的尺寸进行裁剪，所以将压纸动作设计在裁纸动作之前。此机构的具体要求是先进行压纸动作再进行裁纸，根据以上要求设计压纸切纸机 结构图如下：1-压纸板 2-弹簧 3-刀片 4-下料管 5-放刀板 6-切纸压纸杆图2-3压制切纸结构图2、工艺过程气缸推动切纸压纸杆6往下运动，当压制板1压好纸后，气缸继续推动切纸 压纸杆往下运动，压纸板运动到极限位置不动，放刀板5继续往下运动将纸切成 菱形。由于此次设计将压纸和切纸设计为同一杆，因此为了达到压纸板1动作到 位后放刀板5继续往下动作的目的，在两板之间安装了弹簧2。在气缸的驱动下放 刀板5缓慢向下运动，使得放刀板上的刀将纸切成菱形。同时弹

36、簧还有一个作用 即拖住压纸板1。同时当气缸不动作的时候，弹簧将压纸板和放刀板复位。整个压 纸切纸过程中，由于压纸板1所选用的材料为钢，而与压纸板接触的板也是钢。 因此在压纸切纸杆向下运动到两板接触的时候会产生撞击声。为了避免产生噪音, 在压纸板1下面安装一块海绵，以达到减震的目的。压纸切纸过程十分关键，因 此必须透彻分析压纸切纸机构的每一个组成元件，合理设计其尺寸和结构，只有 合理的完成了压纸切纸过程，才能使包装外观精美，防止漏料的现象的产生，同 时也提高了了生产效率，承接了上一个过程，并且方便了下一个过程的顺利进行, 综上所述放刀板5的设计如下：图2-4放刀板结构图整个压纸切纸过程中，由于压

37、纸板1所选用的材料为钢，而与压纸板接触的 板也是钢。因此在压纸切纸杆向下运动到两板接触的时候会产生撞击声。为了避 免产生噪咅，在压纸板1下面安装一块海绵，以达到减震的目的。2.1.4下料装置机构设计1、要求下料装置要求包装纸冲出一定的形状然后再把颗粒料物品准确地送到包装纸 屮，这就包含了冲纸机构和导料机构。冲纸机构是在包装纸裁剪完毕后对其初步 成型以方便充填物品能充填到包装纸内。导料机构是在冲纸机构冲纸完成以后将 颗粒导到包装纸中。下料装置具体上由导料板、内管、外管、固定板、下料板、 导料管、放刀板、压纸板等八部分组成，每一部分都有其特定的功能，对于整个 装置顺利的完成一个工作周期不可缺少，通

38、过传感器知道压纸板放刀板完成压纸 切纸以后，此时气缸驱动下料板向下运动而将纸冲成窝形状，在此装一个传感器, 当一碰到此传感器就完成了冲纸动作。由于固定板和下料板是连在一起的，因此 冲纸过程屮固定板也会随着运动，为了保证内管与固定板z间的完好的连接，且 为了保证动作过程中的运动精度因此在内管的外面加一个外管以避免在运动中引 起位置误差而孔与孔z间不能很好的配合。冲纸动作完成以后导料板上的抽板完 成动作，颗粒料落到导料管屮而充填到窝形的包装纸中完成了充填动作。根据以上要求设计的冲纸导料机构如下图：1-导料板2-内管3-外管4-固定板5-下料板6-导料管7-放刀板8-压纸板图2-5下料装置结构图2、

39、工艺过程通过传感器知道压纸板8、放刀板7完成压纸切纸以后，此吋气缸驱动下料板 5向下运动而将纸冲成窝形状，在此装一个传感器，当一碰到此传感器就完成了冲 纸动作。由于固定板4和下料板5是连在一起的，因此冲纸过程屮固定板4也会 随着运动，为了保证内管2与固定板之间的完好的连接，口为了保证动作过程中 的运动精度因此在内管2的外面加一个外管3,以避免在运动屮引起位置误差而孔 与孔z间不能很好的配合。冲纸动作完成以后导料板1上的抽板完成动作，颗粒 料落到导料管中而充填到窝形的包装纸中完成了充填动作。2.1.5封口机构设计1、要求将颗粒料包装封口，使得在一般情况下颗粒料物品不散落出来。同时由于所 用的包装

40、材料为薄页纸，因此，在封口时所用的封口力不能太大，太大将会损坏 包装纸。封口机构由上板和下板两部分组成，发挥着不同的作用，根据以上要求 设计的封口的结构图如下：oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo<0oo<0ooo<0ooo<0oo<0oo<0ooooooooooo<0oo<0oooo<0o<0oooqoooo1-上板 2-下板图2-6封口机构设计图2、工艺过程由于封口动作是在下料动作完成以后进行的考虑到下料后被包装物还是呈球 形，因此我们设计的封口装置也是先呈圆

41、形.当要进行封口动作时，一个气缸驱动上板1向左运动，另一个气缸驱动下板2 向右运动，两块板相向运动19nun行程。此行程的控制由电接点压力表来控制，通 过测量当压力达到0. 38mpa时刚好完成此行程。达到此压力后上板1、下板2马上 复位，被包装的物品在自重的作用掉在包装袋过程里。封口动作结束，整个包装 完成。2.2主要电气元器件的选择2.2.1真空发生装置选型此次的设计真空发生装置主要是用于送纸过程屮的将纸吸附在送纸台上。真 空的产生装置有真空泵和真空发生器两种。真空泵是吸入口形成负压，排气口通 大气，两端压力比很大的抽除气体的机械，其动力源是电动机或内燃机等心。应 用场合一一适合连续、大流

42、量工作，适合集屮使用。真空发生器是利用压缩空气 （正压）的流动而形成一定真空的元件，也即利用拉瓦尔喷管原理产生负压的元 件。应用场合一一需供应压缩空气，宜从事流量不大的间歇工作，适合分散使用。 根据两者的优点以及我们的需求选用真空泵作为真空发生装置。我们所选用的真空泵只需要满足送纸过程中的吸真空，初步选用扩散泵中的 xgb型漩涡气泵。xgb型漩涡气泵用来抽除密闭容器的气体的基本设备它可 以单独使用，也可作为增压泵、扩散泵、分子泵的前级泵使用。该型泵广泛应用 于冶金、机械、电子、化工、石油、医药等行业的真空冶炼、真空镀膜、真空热 处理，真空干燥等工艺过程屮。具有结构紧凑，体积小，重量轻，噪音低，

43、振动 小等优点。所以，它适用于作扩散泵的前级泵，而且更适用于精密仪器配套和实 验室使用。结合气缸，气缸的选型主要是根据每个动作的行程來确定的。像压纸杆那个 气缸，动作要求只需要往下将纸压住即可，因此设计它的行程为3mm即可满足要 求，根据这个行程我们选择sda20x5 max. press l.ompa。考虑到送纸过程中有两 个行程组成，选用由两个行程组合而成的气缸。结合压缩机，空气压缩机，将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。空气压缩机的按工作原理分为容积型和速度型。常用往复式容积型压缩机， 一般空压机为屮压，额定排气压力impa；低压空压机排气压力0. 2mpa；高压空压 机排气压力

44、lompao由于选用的气缸的工作的最大压力为impa,所以选空压机为中压的往复式容 积型压缩机。通过查下表选用xgb-8型号的真空泵，最大压力12kpa,电机功率0. 37kwo表2t 旋涡乞泵性能一览表型号xgb1gb-2gb-6gb-7xgb-8xgboxgb2xgb-15最大流量(m3/h)300330370210657510003510010480最大压力(kpa)3033402812650814642正常工作斥力(kpa)<20<22<28<18<813<4012<910<31真空度(kpa)2121292010831511230电电压

45、3 g x 380v1 e x220v3<i> x380v3 4>x 380v1 e x 220v3 4>x 380v3 e x380v机功率3kw4kw5. 5w2. 2w0. 37kw1kw5kw7. 5kw重量kg55731154012630221601182.2.2气缸选型气缸的选型，主要是根据每个动作的行程來确定的。像压纸杆那个气缸，动 作要求只需要往下将纸压住即可，因此设计它的行程为3mm即可满足要求，根据 这个行程我们选择sda20 x 5 max. press 1. ompa。考虑到送纸过程中有两个行程组 成，我们选用由两个行程组合而成的气缸。送纸一的行

46、程为30mm,送纸二的行程 为157mm,因此选用气缸为sda32 x 32 x 158max. press 1. 0mpao同理可得其它气 缸为：表2-2 乞缸的选择气缸（位置）行程（mm）型 号(sda)最大压力（mpa）数量（个）气缸1 （摇箱处）3063x321.02气缸1 （压纸处）320x51.02气缸2（送纸处）30x15732 x 32x1580.81气缸3（切纸处）28100x301.01气缸4 （下料处）9x7863 x 10x801.01气缸5 （封口处）19100x251.042.2.3空气压缩机选型空气压缩机，将机械能转化为气体的压力能，供气动机械使用。空气压缩机的按

47、工作原理分为容积型和速度型。常用往复式容积型压缩机， 一般空压机为中压，额定排气压力impa；低压空压机排气压力0. 2mpa；高压空压 机排气压力lompao结合真空泵，我们所选用的真空泵只需要满足送纸过程中的吸真空，初步选 用扩散泵中的xgb型漩涡气泵。它可以单独使用，也可作为増压泵、扩散泵、分 子泵的前级泵使用。具有结构紧凑，体积小，重量轻，噪音低，振动小等优点。 所以，它适用于作扩散泵的前级泵，而且更适用于精密仪器配套和实验室使用。结合气缸，气缸的选型，主要是根据每个动作的行程来确定的。像压纸杆那 个气缸，动作要求只需要往下将纸压住即可，因此设计它的行程为3mm即可满足 要求，根据这个

48、行程我们选择sda20x5 max. press l.ompa。考虑到送纸过程中有 两个行程组成，我们选用由两个行程组合而成的气缸。由于我们选用的气缸的工作的最大压力为impa,所以我们选空压机为屮压的往复式容积型压缩机。往复式又分为活塞式和螺杆式，特性比较如下表:表2-3活塞式和螺杆式特性表类型输出压力/mpa吸入流量/m3> in in"1功率/kw振动噪音维护量排气压力脉动价格排气活塞式1.00. 1 300. 35 220大较低断续排气，需设气罐螺杆式1.00. 2671.5 370无高连续排气。不需气罐，排岀气体可不含油跟据上表我们选用活塞式容积压缩机。再依据是气动系

49、统所需要的工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力pc和吸入流量qc最终选取空压机的型 号(1) 空压机的输出压力以二 p +工口d(mpg), 一般境况下，令工s = (0.150.2)(mpa)p气动执行元件的最高使用压力，mpapc输出空气的绝对压力，mpa工门"气动系统的总压力损失，mpapc = p + 工口 p(mpa) = 5 + 0.2 = 52mpa(2) .空压机的吸入流量设气罐么二尙 么二竝(诃/min)(标准状态) ©向气动系统提供的流量，加'/min 九一一气动系统的平均耗气量，加'/min 么一一空压机的吸入流量，"

50、/mink一一修正系数，主要考虑气动元件、管接头等各处的漏损、多台气动设 备不一定同时使用的利用率以及增添新的气动设备的可能性等因素。一般可令 k = l3l5取仏"5,qc - kqh - 2.25(m3 / min)(3) 空压机的功率：n一一空压机的功率“一一屮间冷却器个数，取” =1k 等爛指数，取k=l4乩一一吸入空气的绝对压力，"pak 1-1(h + 1)kxm. pk-10.06 px 1 = 31.46kw(l + l)x1.4x0.5x2,25 2,251.4- 10.06 山 0.5 根据以上的计算选取空压机的功率为40kw。2.2.4传感器的选型传感

51、器是气缸位置检测元件，将位移转换为电脉冲，用于在线测量活塞位移, 以便送到控制器屮进行处理。在每一采样控制周期，控制器根据系统偏差大小， 计算出该采样控制周期所需要的控制量大小，以完成活塞位移的实时控制。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类。我们此次的选择的主要是物理传感器屮的开关传感器一一当一个被测量的信 号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号， 用于判断位置信号的有无。根据以上我们选择光电开关来作为传感器。型号为： g1v-te015n1,数量为 11 个。第3章系统的编程和设计3.1 plc的结构及其工作原理3.1.1 plc的一般结构用可

52、编程控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这 个变换予以物理实现。输入输出变换和物理实现可以说是plc实施控制的两个基 本点，而输入输出变换实际上就是信息处理。物理实现要求plc的输入应当排除 干扰信号适应于工业现场，而输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统 方便使用。这就要求i/o系统电路专门设计。根据plc实施控制的基本点的分析, plc采用了典型的计算机结构，主要是cpu、ram、rom和专门设计的输入输出接口 电路等组成晌如图3.1所示。眦总线扌鏑说线、输、入接u继电瓢电彳聞关编程单元照明其魁彳關图3-1 plc的一般结构(1) 、中央处理器屮央处理器(cpu)

53、般由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集 成在一块芯片上。cpu通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出 (i/o)接口电路相连接。(2) 、存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑 变量和其他一些信息。系统程序是用來控制和完成plc各种功能的程序，这些程 序是由plc制造厂家用相应cpu的指令系统编写的，并固化到rom中。用户程序存储器用来存放由编程器或计算机输入的用户程序。用户程序是指 使用者根据现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，可以通过编程器或计算机修改或增删。（3）、输入接口电路现场输入接口电路一般有光电耦合电路和微电脑输入接

54、口电路组成。（4）、输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放人电路组成。微电脑输出接口电路:一般由输出数据寄存器、选通屯路和屮断请求屯路集成 而成。cpu通过数据总线将要输出的信号放到输出数据寄存器屮。功率放大电路:是为了适应工业控制的要求，将微电脑输出的信号加以放人。 plc 般采用继电器输出，也有的采用晶闸管或晶体管输出。3.1.2 plct作原理plc虽然具有微机的许多优点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一 般采用等待命令的工作方式。如常见的键盘扫描方式或i/o扫描方式，有键按下 或i/o动作则转入相应的子程序，无键按下则继续扫描。plc则采用循环扫描工作 方式，在plc屮，

55、用户程序按先后顺序存放，cpu从第一条指令开始执行程序，直 到遇到结束符后又返冋第一条。如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统 软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向 输出点发出相应的控制信号。这个工作过程分为五个阶段：自诊断，与编程器等的 通信，输入采样，用户程序的执行，输出刷新。其工作过程框图如图3. 2所示。自诊断与编程器计算 机等通信加颐言号执行用户程序结果输出图3-2 plc的工作过程3.2 plc的软件设计3.2.1 gx developer开发工具的特点gx developer 编程软件是基于 windows95/98 或 windows xp

56、 的为三菱 0、qn、fx系列的plc配置和编程的标准软件包。通过gx developer,用户可以进行系统 配置和程序的编写、调试，在线诊断plc硬件配置状态、控制plc的运行状态和 i/o通道的状态等。三菱fx1n系列的plc编程语言有三种:语句表编程语言(stl)、梯形逻辑编程 语言(lad)和顺序功能图编程语言(sfc),其它编程语言作为可选软件包使用。通 过编程器在对系统进行配置、程序编制、调试和监视，用户界面方便友好。梯形逻辑编程(lad)是gx developer编程语言的图形表达方式。它的指令语 法与一个继电器梯形逻辑图相似：当电信号通过各个触点、复合元件以及输出线 圈时，梯形图可以让你追踪电信号在电源示意线z间的流动