【某快递打包机的硬件系统和软件系统设计案例4800字（论文）】

某快递打包机的硬件系统和软件系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u666某快递打包机的硬件系统和软件系统设计案例 115881系统硬件组成及功能 1110931.1PLC的选型 1129501.2传感器的选型 5260071.2.1气缸限位传感器的选型 5113151.2.2物体检侧传感器的选型 6193781.3气动硬件的选型 773381.1.1气缸的选型 8161471.1.2电磁阀的选型 9278622软件的设计 9260502.1控制流程 9288822.2梯形图设计 11214402.3程序的仿真调试 211系统硬件组成及功能1.1PLC的选型在整个快递打包系统的设计中，硬件选型首先要确定编程控制器的选择。在整个控制系统当中，控制的工艺流程以及工艺的要求都是PLC选型的重要依据。根据对可编程控制器的工程大小可以对PLC存储器大小进行估算，同时根据整个系统的工作流程和工艺，明确需要使用到的功能，根据功能要求估算出I/O端口输入和输出数量、PLC存储器大小、外部模块的选择等。还需要根据自身对于各个系列的PLC的了解选择最合适的编程语言，最后选择出能满足设计需求的PLC型号。1.1.1I/O分配表制定PLC的I/O分配端口的是非常重要的，它直接决定了PLC的输入端和输出端可接元件的数量。估算I/O分配端口的点数需要先对整个控制系统进行分析，在整个编程系统中使用到多少个输入口和输出口。同时要对I/O端口留出一定的余量，一般情况下I/O端口的数量要比实际应用到的端口数量多出30%。这是为了保证后期设备的可变性，可以方便对设备添加更多的功能，让编程的多样性灵活性更加的高。在此次移动举升机的I/O表如下输入地址输入注释输出地址输出注释IO.0启动Q0.0薄膜电机IO.1停止Q0.1皮带电机进I0.2急停Q0.2皮带电机出IO.3皮带机进接近开关检侧Q0.3横向热压封边器IO.4皮带进掉落传感器检侧Q0.4竖向热压封边器IO.5滚轮薄膜料不足检侧Q0.5横向热压气缸IO.6横向封边位置传感器1Q0.6竖向热压气缸IO.7横向封边位置传感器2Q0.7裁剪气缸I1.0裁剪位置传感器Q1.0推手气缸1I1.1横向气缸前限位Q1.1推手气缸2I1.2横向气缸后限位Q1.2推手气缸3I1.3竖向气缸前限位Q1.3蜂鸣器I1.4竖向气缸后限位I1.5裁剪气缸前限位I1.6裁剪气缸后限位I1.7皮带机出接近开关检侧I2.0推手气缸1前限位I2.1推手气缸1后限位I2.2推手气缸2前限位I2.3推手气缸2后限位I2.4推手气缸3前限位I2.5推手气缸3后限位表1I/O分配表1.1.2PLC控制电路设计根据此次设计的I/O分配表可以绘制PLC外部接线图，PLC外部接线图又可以称为PLC的硬件接线图。通过将PLC的输入、输出端与控制系统当中的按钮、指示灯及开关以及其它的输入及输出设备连接的画出来。相较于其他控制电路图一样，不过PLC是作为控制器件而已。如下图3-4所示为PLC外部接线图图3-4PLC外部接线图图3-5PLC主电路1.1.3编程语言的选择在这次油箱温控系统中程序是通过离线的梯形图编写完成。在PLC内部CPU可以为其提供编程的服务，不需求实时对接现场设备进行编程控制。用户在完成程序的编写后可以通过切换成在线运行模式，并对现场的设备进行实时的集成控制。离线编程的手段可以大大降低系统的编写成本，但是这样的编写方式在实际写入设备后还是需要进行调试以及对程序的更改，使得设备能满足运行的要求。PLC的编写手段主要右顺序功能图SFC、LAD梯形图、功能模块FBD、三种图形语言、IL语句和ST结构文本组成。现在主流的编程手段是LAD梯形图编写，这种编程手段可视性高，方便用户理解控制流程，所以在此次设计当中采取梯形图LAD编写方式进行程序的编写。1.1.4PLC的选型确认在快递打包机系统的设计当中，采取的可编程控制是西门子S7-200系类的PLC。该类型的可编程控制器具备了逻辑运算控制、HMI通信、拓展模块等，S7-200系列的PLC是属于小型且具备丰富功能的小型PLC。西门子S7-200类型的PLC已经广泛适应于现代小型自动化设备的控制，该PLC可以完成对油箱温控系统的流程控制和工艺流程。西门子的编写手段简单，同时也是可以使用LAD梯形图编写，程序上更加的方便易懂。所以此次选择的是S7-200CPU226，根据I/O分配表的输入输出数量，需要选择数字量输入/数字量输出模块32个输入点和32个输出点。如下图3-6所示S7-200CPU226图3-6S7-200CPU2261.2传感器的选型1.2.1气缸限位传感器的选型气缸限位传感器主要是控制气缸伸出和缩回的最长行程及最短行程，此次设计当中有单行程气缸。气缸采取的传感器磁性传感器，根据气缸的类型的不同需要不同类型的磁性传感器。磁性传感器是通过检侧磁性探头，在探头工作的时候周围会形成一个静磁场，当磁性金属制品接近磁性探头就会产生一个新的磁场，通过干扰原先的静磁场让磁立指针发生转动产生一个电信号。单行程气缸由于没有传感器的安装槽，所以需要选择CS1-U磁性传感器固定在气缸侧壁。如下图3-7所示气缸限位传感器图3-7气缸限位传感器1.2.2物体检侧传感器的选型光电传感器主要是用来检侧供料部的物料信号，光电传感器主要是通过光度的强度完成电信号的变化以及检侧。光电传感器主要是通过发射器、接收器和检侧电动这三部分组成的。发射机通过将光束照射到检侧的物体上，发射的关速一般是通过发光的二极管以及激光二极管半导体的光源。光电传感器通过不断的发射光束来改变接收的脉冲宽度。常用的光电传感器主要有漫反射、反射、对射式这几种光电传感器类型。漫反射传感器是通过发射出光束在不接受到接收器信号时，开关不会做出相应的动作。当前方有物体的时候，光束会通过物料表面反射回传感器来控制开关动作。漫反射式光电传感器的有效作用距离式通过目标的反射能力来决定的。此次选择的是漫反射光电传感器，漫反射传感器是通过发射光束来实现。光电传感器检侧不到反射回来的光束，开关则不会做出相应的动作。在有物体阻挡在发射的光束前，传感器则检侧到型号并反馈给PLC控制执行机构动作。快递检侧位置检侧主要是前面是否存在物体，通过反馈输入型号，控制输出信号的机器人停止运行。所以此次选择的传感器为BX-552NPN输出的光电传感器，该传感器检侧距离在0-800mm可以满足箱体的检侧和位置的检侧。如下图3-8所示为D2F-DS80传感器图3-8E2F-DS80传感器1.3气动硬件的选型在快递打包的设计当中，主要是通过气动来控制执行元件对快递打包件的推出以及横向裁剪机构运动。气动主要是通过气压传动控制的原理俗称气动控制技术。气动控制技术主要是通过压缩吸入的空气完成介质之间能量的传递，通过气压控制可以实现机械传统的自动控制。一个完整的气动个控制系统需要有能源部件、控制元件、执行元件以及辅助元件连接这四大部分组成的。通常按照标准的气动元件符号来完成元件与元件之间的连接以及气体导通的方向，通过这种气动连接图叫做气动原理图。如下图3-9所示为气动原理图图3-9气动原理图1.1.1气缸的选型此次设计当中气缸主要是完成打包好的快递件的推出，气缸主要分为2种单行程作用气缸和双作用气缸。单行程作用气缸：单作用气缸大部分是通过活塞的一侧压入外部的控制，完成对活塞的单行程的运动。在活塞杆伸出或者是缩回，在气缸外侧通过呼吸口开放其空气的流通。这种的气缸只能作用在一个方向上，通过活塞的反向运动实现复位的弹簧以及外加的作用力。双作用气缸：双作用气缸是根据活塞的反复压缩空气完成，气缸里的活塞内是两个气缸内腔体。依靠气体的交互进入和排出完成气缸的活塞的推出和缩回。通过往复的活塞运动完成对空气的压缩和排出，所以这种气缸就叫做双作用气缸。这次设计只需要完成单个方向的快递件推出，那么选择的气缸是单行程气缸。这种的气缸具有良好的调节性，气动部件结构简单成本低。如下图3-10所示单行程气缸图3-10所示单行程气缸1.1.2电磁阀的选型采取的是电磁阀，利用电磁阀的线圈通电完成静态的磁铁的吸合完成线圈的通电。此次选择的是三位二通电磁阀，通主要是指气缸的与气动系统的连接口，气缸分为前后2个接通口，电磁阀选择的型号是亚德客3V330-E气动电磁阀。如下图3-11所示位亚德客电磁阀图3-11亚德客电磁阀2软件的设计2.1控制流程快递打包机设置了启动、停止、急停按钮，设备启动后入口接近开始检侧是否有需要打包的快递件，如果检侧到皮带机1电机启动开始运行，快递打包机打包还需要满足薄膜滚轮上黑色薄膜传感器检侧处于有料，无料检侧则无法进行正常打包同时蜂鸣器报警提示。该控制分为2种情况。第一种薄膜滚轮上没有黑色包装薄膜并进行了更换，皮带机上接近开关检侧到快递件不会运行，等待薄膜滚轮将薄膜拉到横封边器位置停止，横封边器和竖封边器气缸推出保持3S，热压封边器横和竖运行3S后停止，横向和竖向封边器气缸缩回。底部和测边的薄膜封边完成成为一个开口的口袋，皮带机才可以开始运行，将快递件运输到掉落传感器检侧到后停止，薄膜电机启动将薄膜运输到2位置后停止（2位置正好是底部封边位置到顶部的距离），横向封边气缸推出保持3S，热压封边器运行3S进行包装袋口最后的封边，完成后热压封边关闭，横向气缸缩回。薄膜电机再次启动运动到裁剪位置后薄膜电机停止，裁剪气缸推出1S后复位包装好的快递从薄膜上分割剪下。第二种情况，滚轮薄膜上有料，不需要第一次对底部的横向封边，皮带机运输将快递件运输到掉落检侧后停止，竖着向封边器气缸推出3S，热压封边运行3S后，竖向封边器气缸复位。薄膜电机启动将运送到位置2后停止，横向气缸推出3s保持，横向热压封边启动3s后气缸复位，薄膜电机再次运送到裁剪位置后停止，裁剪气缸推迟1S后复位。只要薄膜不足进行更换，程序则开始需要先对横向和竖向进行封边，后面继续则不需要。在更换后薄膜底部没有封边，快递件掉落下无法进入包装口袋，包装口袋底部还未封边。快递件掉落到出口皮带机接近开关被检侧到，皮带机开始运行，快递件依次运输到1号快递出口-2号快递出口-3号快递出口，快递运输到对于位置被接近开关检侧到，出口皮带机停止运行，气缸推出1S后复位快递被推到对于的快递出口，顺序按照123123依次推送。图4-1快递打包机运行流程图2.2梯形图设计利用I/O分配表和控制流程可以利用PLC的内部逻辑元件构成基本的程序回路。通过梯形图来描述控制的流程要求，编写梯形图要遵循基本的程序原则，编写程序要按照逻辑行和单元行进行排顺序一次编写。此次编程使用的是西门子的STEP7-Micro/WIN来进行PLC程序的编写，STEP7-Micro/WIN可以使用基本的梯形逻辑图、功能语言块图和语句表达来进行编程操作。2.2.1主程序的设计此次程序的设计主要是通过梯形图的编写完成对油箱温控系统的控制，使用的软件是西门子S7-200的编程软件STEP7。如下图4-2所示为STEP7-Micro/WIN图4-2STEP7-Micro/WIN进入到STEP7-Micro/WIN系统界面，需要完成对PLC的选型，此次设计选择的是S7-200CPU226，完成设置后即可开始程序的编写。按下启动按钮，程序进入运行判断滚轮薄膜料是否有无滚轮薄膜料进行报警提示开始复位初始状态皮带机进接近开关检侧，电机开始运行皮带进掉落传感器检侧皮带电机停止竖着向封边器气缸推出到位后推出3s热压封边运行3s气缸进行复位薄膜电机启动到达位置2检侧后，电机开始停止横向气缸推出3s横向热压封边3s气缸进行复位薄膜电机再次运行电机到达裁剪位置后停止裁剪气缸动作1s后复位皮带电机检侧有料出后动作，检侧到1号出口进行停止到达1号出口位置，推手气缸1动作，1s后复位，电机开始运行到达2号出口位置，推手气缸2动作。1s后复位，电机开始运行到达3号出口位置，推手气缸3动作1s后复位循环动作开始循环1s后复位循环动作开始循环没有检侧到薄膜后进行启动膜滚轮，检侧到封边传感器后电机停止26.横封边器和竖封边器气缸推出保持3s27.热压封边器横和竖运行3S28.3s后，完成成为一个开口的口袋2.3程序的仿真调试程序的仿真调试主要是通过STEP7自带的仿真模拟器来实现，通过仿真模拟器SIM将梯形程序导入到虚拟的PLC内。通过将PLC设置到RUN运行状态对应的I/O指示灯并会亮起，通过改变元件的常开闭合调试程序，看执行的输出指示灯是否和程序的控制流程一致，并对每段程序进行逐一调试检侧。下面是程序的仿真调试过程：1.仿真过程中要用到的仿真软件是S7-200仿真软件V5.0汉化版：打开已经编辑好的程序，这时在文件菜单中导出仿真程序，打开仿真软件，将仿真程序载入到仿真