毕业设计（论文）-基于PLC饲料自动装袋机控制系统设计

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文--目录TOC\o"1-3"\h\u16551摘要 I29222Abstract II23895目录 38247第1章绪论 587441.1课题研究背景及研究的目的与意义 5299101.1.1研究背景 527511.1.2研究目的与意义 563621.2生物质颗粒成型机国内外研究现状分析 6209781.2.1国外研究现状 6173141.2.2国内研究现状 75371.3研究的主要内容和方法 93276第2章饲料自动装袋机总体方案设计 10226242.1饲料生产流程 10145442.1.1饲料装袋步骤分析 11315952.2饲料装袋机结构方案草图设计 11162672.2.1饲料装袋机详细结构运动原理 1226693饲料装袋机整体结构包括以下详细结构 1210132.3饲料装袋机电控系统流程图设计 12204132.4本章小结 1311918第3章饲料自动装袋机主要零部件选型计算 14121773.1饲料自动装待机输送机构选型计算 14267073.1.1饲料装袋机输送带主要参数确定 1436153.1.2饲料装袋机输送带设计计算 14251403.2饲料自动装袋机取袋机构选型计算 16134293.3饲料自动装袋机取袋撑袋机构气缸选型计算 16136683.4饲料自动装袋机真空吸盘选型计算 18250703.5本章小结 1819195第4章基于PLC饲料包装机控制设计 1935284.1PLC控制系统方案设计 19117034.2PLC选用 19118604.3饲料包装机控制系统流程图 20324984.4PLC主电路设计 21314024.4.1饲料包装机主电路设计 21204754.4.2饲料包装机硬件清单 217824.5I/0接口分配 22275054.6PLC外部接线图 2375274.7饲料包装机PLC梯形程序图 24139144.7.1饲料包装机顺序功能图 24200824.7.2饲料包装机主程序 26202314.7.3饲料包装机手动控制子程序 27239664.7.4饲料包装机自动控制子程序 2784.7.5饲料包装机模拟量处理子程序 32288484.8饲料包装机控制仿真 3340204.8.1饲料包装机仿真接线图 33137304.8.2饲料包装机仿真接线图 34310034.8.3饲料包装机软件仿真 3552084.9硬件仿真 38167284.10本章小结 4128448结论 4229853致谢 4328700参考文献 44绪论课题研究背景及研究的目的与意义研究背景饲料装袋机是轻工业生产中必不可少的自动机械之一，其主要用于各种颗粒饲料产品的自动装袋运输，可以减少工人在车间患上肺部疾病的风险以及提高产量效率。我国近些年来饲料装袋工业发展迅速，但又在某种程度上受到机械工业发展相对滞后的影响。饲料加工机械发展也较为缓慢，因此进行饲料装袋机的设计研究具有一定的意义。饲料加工机械概述：饲料装袋机是饲料生产工业中的一大类产品，在饲料生产工业中有着举足轻重的地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成产品的饲料生产工艺过程。尽管饲料机械的产值在整个生产工业中所占的比重大，不属于经常性消耗品，却是饲料生产工业现代化却是不可缺少的支撑[1]。没有现代化的饲料生产机械，就没有现代化的饲料生产工业。对于完成饲料装袋过程的包装机械可分为几大类，它们是充填机械、湍装机械、封口机械、裹包机械、多功能饲料生产机械、标签机械、清洗机械、十燥机械、杀菌机械、捆扎机械和集装机械、辅助装袋械和设备等。饲料机械作为专业性机械，除了同于普通机械的一般要求外，还有外表美观、传动装置紧读、运转平稳、精度高、生产效率高等要求，以很好地完成自身功能适应市场需求[2]。饲料生产过程中，环境恶劣，空气中弥漫着粉尘等对人体有害物质，人长期工作在这种环境中对人体伤害很大，所以饲料生产机械化替代人工生产时必然的发展方向。研究目的与意义本次设计是以饲料生产中的饲料装袋机为研究目的，中国人口基数大，对肉食品的需求更为巨大，所以畜牧业以及养殖业的必须高跟上市场需求量，畜牧业以及养殖业是以工厂化饲养为急促，工厂化饲养，需要大料饲料进行科学化喂养，所以饲料生产的速度以及质量直接关系到两种行业的发展，饲料生产过程中一般都采用机械化，但是饲料生产末端人工装袋，是直接影响饲料生产速度以及效率的直接因素，所以设计一种快速装袋替代人工装袋是饲料行业的一个发展方向。饲料的加工生产，也是一种包装机的体现，它是把饲料装入包装袋，的一种生产设备，也属于包装设备一类。本次设计的是一款新型饲料装袋机，其具有智能化程度高、生产效率高，以及具有高智能化的饲料自动装袋机，其结构简单，运行稳定，实现只能上袋、智能开口、智能入料、称重、智能导向、智能缝袋等装袋工艺，其代替人工，装袋质量控制标准，缝袋速度快等优点，完全取代人工在危险环境中作业，这是机械设备的使命，也是我们作为新一代机械设计人员的最终的目的之一，设计一款好的设备是一种知识的积累，也是一种财富的体现，也是一种自身价值的体现。生物质颗粒成型机国内外研究现状分析国外研究现状国外包装机械业概况美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首[5]。10多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的15%，纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。从上世90年代初以来，美国包装机械业一直保持着良好的发展势头。散体物料包装机的改进设计日本与美国、德国相比，起步较晚。上世纪60年代以前，包装机械厂家不足60家，只能包装糖果、香烟等。70-80年代，增长速度虽不如上一阶段那么高，但年增长率仍达13%。80-90年代是稳定增长分阶段，将微电子技术成功地应用于包装机械的控制，以后又将光导纤维技术、工业机器人技术、模块化技术应用于包装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，大大提高了其国际市场竞争力[6]。因此从上世纪60年代到90年代初，日本包装机械工业连续30多年高速增长如图1-1所示，引进-消化-发展的过程。德国、意大利、英国、瑞士和法国等，都是世界上很重要的包装机械生产国家。德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面居领先地位如图1-2所示，特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球。其大型自动包装机不仅能包装，而且能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占80%左右。德国是世界上最大的包装机械出口国。意大利的包装机械多用于食品工业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点，出口比例占80%左右。目前，世界各国对包装机械的发展都十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势[6]。图1-1日本全自动包装机图1-2德国全自动包装机国内研究现状饲料装袋机属于一种包装机械服务于农业家畜，食品包装机械服务于人类。两次工业工业革命后，人类迎来了第三次信息革命。急速发展的信息时代可谓是日新月异，软件方面：CAD技术的出现，人工智能的应用，PLC控制技术的助力为自动化包装机的研发创造了条件[3]。硬件方面：随着工业冶炼水平的提高、锻造技术的发展，使包装机的外观有翻天覆地的变化，包装机外观更是一种工业艺术的展现。自动包装机的出现满足了众多客户的需求，被广泛的应用到面粉、化工、粮食、医药、食品、淀粉、煤等众多物料的自动包装中，为企业节约了大量的人力、物力、财力支出，提高了企业的生产效率，使企业在市场竞争中更具有优势。同时包装机更是演化出多种类型例如：自动定量包装机、枕式包装机、立式包装机、热熔式包装机、单斗双斗式包装机、包装机生产线等。我国饲料包装机械业概况与展望日前我国包装机械企业规模偏小，技术装备不很完善，管理水平比较低，自我发展和技术设计开发能力较弱，产品品种单一。产品的技术含量、新产品开发周期长，不能及时响应市场的需求，及时提供市场、用户所急需的产品[4]。企业主要精力都花费在量的扩张上，对质的提升、科技进步的投入严重不足，产品在低水平。许多企业生产相同的产品，从而使许多产品销售不出去。低价竞争已威胁到企业生存的地步，另外，产品安全防护措施较差，安全意识不强，这些都造成国内产品与国外市场竞争能力偏低。饲料物料包装机的改进设计目前我国包装机械产品普遍存在质量不稳定、性能单一、成本高、技术含量低的状况。随着我国进入世贸组织(WTO)，国际先进的技术、设备和管理经验的进入势必会对我国刚刚发展起来的饲料包装机械工业造成巨大冲击，企业面临着前所未有的严峻考验。随着我国畜牧业的大力发展，饲料加工企业由原来的人工生产，走向全自动化生产环境，其中饲料包装行业迅猛发展，其中由工人进行饲料包装过程中，人长期在粉尘环境中工作，会对人体有很大伤害，所以企业趋近于取代人工进行饲料包装，饲料装在饲料生产中得到巨大发展。尽管我国饲料包装机行业拥有巨大的发展空间，但是其发展状况却不令人理想，有种裹足不前的现象，这也令人百思不得其解国内饲料包装机企业由于缺乏高端科技，所以很多产品都是由国外引进的，这样做虽然大大加快了我国饲料包装工业的发展速度，缩小了我国饲料包装工业与发展国家的差距，但是过分依赖国外的高端技术与技术装备，很不利于我国饲料包装行业技术水平的整体提高，不利于培育自己的专业设计人员，所以我们应该加强科学技术投入，杜绝过分依赖国外高端技术，加强自主创新力度。再者，我国饲料包装机行业内缺乏专业的高技术人才，科研力度不够，这样不利于新产品的研发，许多企业主要以销售为主，缺乏科研机构，不能把技术转化为生产力，所以还应该培养大批科研人员，成立专门的科研机构，增强产品创新力。以下有国内知名公司设计的两款饲料包装设备：图1-3由山东万泽机电设备有限公司在在1999年设计研发并生产成功的饲料装袋机。图1-4为无锡市麦杰自动化包装科技有限公司为2004年，通过5年设计研发并生产制造的饲料装袋机。图1-3山东万泽生产饲料装袋机图1-4无锡生产饲料装袋机由图分析国内饲料装袋机技术对比国外还是比较落后，无论重外观，以及结构性能、以及电控方便对比都要落后于国外，所以我要设计一款新型饲料装袋机，为饲料加工行业技术追赶国外饲料加工设备技术付出自己的一点微薄之力。研究的主要内容和方法查询相关资料，了解发展历史以及现有饲料装袋机类型，了解多种类饲料装袋机加工结构原理；2.根据现有饲料厂加工设备，现阶段饲料厂加工存在缺陷，饲料出料口一般采用半自动化或者人工，进行最后装料，人长时间再粉尘环境中工作会导致呼吸道疾病，所以本次设计是以饲料生产末端饲料装袋机为研究方向，使饲料生产脱离人工，实现全自动化；3.对饲料上袋机构进行分析，设计一款符合饲料厂上料的稳定机构，要求成本低廉，实用性高；4.对饲料入袋进行结构设计，即能保证饲料准确入袋，不会冒出造成成本损失；5.针对饲料袋缝合以及导向进行设计，要求装料袋顶部能准确进入导向机构，实现对顶部装料袋进行缝合等工艺动作；6.绘制结构简图，考究饲料装袋机方案可行性；7.分析各种饲料装袋机的精准工况；8.进行主要结构件选型计算；9.完成饲料装袋机三维建模以及二维CAD工程图（二维装配图1张A0，零件图8张）；10.完成PLC控制，控制系统设计（主要元器件选型、系统电器原理图、外部接线图）;11.完成控制系统的仿真，并完成论文终稿,总结其主要功能结论。饲料自动装袋机总体方案设计生饲料自动装袋机是基于机械代替人工进行工作作业的一种自动化设备，它是基于现有人工装袋工艺进行设计，其中包括机械上袋，机械开口，饲料装入重量控制，饲料袋缝制为一体的智能化设备，它具有完全可靠的机械性能，以及精准的控制系统，提高生产效率，摆脱人工，提升经济价值的一款机器。饲料生产流程饲料是以饲料原料进行按科学比例配方进行配比的一种牲畜实物，饲料原料一般以动物、植物为来源，饲料原料包括：原粮、豆粕、玉米、油脂、谷物、甜高粱等十三种品种，对这些原料进行加工、粉碎、二次配比、粉碎、制粒等加工操作，实现适合各种养殖动物的一种食粮，如图2-1所示为饲料生产自动化车间。饲料加工生产流程：包括原材料运输、原材料储存（需要根据特性进行保存到各种形式的料仓）、清理(需要用到清理设备进行原料杂物清除)、粉碎（根据需要的颗粒度，对原材料进行粉碎，并进行等级评定）配料（一般为人工配料或者采用容积式配料）混合（分为分批混合以及连续混合）、制粒（混合后的物料经磁选、调质压制成颗粒，冷却生选出标准颗粒成品）、装袋包装码垛、销售运输。图2-1饲料生产自动化车间本课题研究的饲料生产末端工艺，饲料包装步骤，针对加工好的饲料进行装袋缝制，为饲料加工自动化工程进行锦上添花。饲料装袋步骤分析饲料末端加工后，由混合仓进行储存链接装袋工艺，自动上袋，开袋，深入机构插入饲料袋，放料，饲料袋称重，运送至导向机构，进行缝袋操作，输送至储存仓库。饲料装袋机结构方案草图设计饲料装袋机结构方案草图是饲料装袋机设计的第一步骤，要进行原理分析，选取试用该设备场景运行的机构。基于以上要求需要对饲料装袋机进行方案草图绘制，方案草图绘制，方案草图绘制的好与坏是设计工作者对于该设备理解的程度是否深刻，以及对机械机构设计理念理解是否透彻，一台好的机械设备必然跟随着一个好的机械简图，所以一下对饲料装袋机步骤分析进行简图绘制。参数确认：表2-1饲料自动装袋机参数表设备名称饲料自动装袋机试用场景饲料厂称重范围40-60kg装袋速度200-250包/小时允许误差≤±0.2%试用物料饲料、颗粒、粉末饲料装袋机要具有自动上袋功能，以及自动开袋入料功能，运输导向缝制更能，基于以上功能对饲料装袋机结构进行讨论确定饲料装袋机方案确定并进行草图绘制如图2-2。图2-2饲料自动装袋机结构方案简图饲料装袋机运动原理：取袋机结构实现90度去袋，取袋是通过吸盘实现，把袋放入料仓下方，然后张袋机构吸住袋子一侧，使其开口，然后入袋机构深入料袋，通过气缸实现，闸门开放实现饲料入袋，然后装满料的饲料袋通过传送带进入导向机构，通过缝纫机头进行料袋顶部缝制。饲料装袋机详细结构运动原理饲料装袋机整体结构包括以下详细结构1：自动上袋机构2：料仓3：自动开口机构4：料口入袋机构5：输送机构6：导向机构7:缝袋机构其各部分工作流程以及原理：1：自动上袋机构自动上机构由气缸进行提供原动力，配合曲柄滑块机构实现90度上袋步骤，在配合吸盘进行单独饲料带的吸取。2：料仓采用饲料厂原有料仓，这样设备进行改造避免资金浪费，使其投入最下资金，实现最大价值产出比。3：自动开口机构自动开口机构，采用气缸以及吸盘，进行单侧开口，方便料口入袋机构能准确插入料袋中，防止饲料溢出浪费。4：料口入袋机构料口入袋机构，采用气缸以及入袋料斗方便饲料准确无误装入到饲料带中。5：输送机构输送机构采用输送带进行下一步功能传送，输送带自带称重功能这样可使其装袋重量准确无误，称重传感器位于整个输送带4角，利用整体重量差值计算出单体饲料重量，这样不影响外观以及方便设备维修。6：导向机构导向机构采用双排导向，使料袋上方能准确进入导向槽，方便缝制袋口位置精准。7:缝袋机构采用自动缝袋机头，类似缝纫机，对料袋开口部分进行封口缝制。设计依据：对饲料袋自动装料机整体以及单体零部件进行结构设计以及计算选型，采用仿真动画模拟饲料装待机的整体运行工作，为下一部电控系统进行基础演练饲料装袋机电控系统流程图设计可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程简称PLC控制系统。PLC控制系统是机械设备的灵魂，机械结构是躯体，一台完整的机械设备一定要基于结构原理配套电子控制系统，以逻辑点位进行运动控制，逻辑点位是基于工艺流程进行确认以及输出信号并有序控制机械设备一种，饲料自动装袋机系统流程图如图2-3所示：图2-3饲料自动装袋机系统流程图本章小结本章主要饲料的生产加工进行研究，重饲料的包装工艺，在到饲料的最终装袋进行流程化分析，以饲料厂工艺进行对比，选取饲料生产过程中，末端包装工艺进行设计，完成其结构方案设计以及电控发流程方案设计，并根据实际生产要求最终确认了饲料自动装袋机的整体结构设计以及方案设计，最终确定了饲料装袋机的最终方案以便为以下设计计算进行铺垫。饲料自动装袋机主要零部件选型计算针对于饲料装袋机结构进行主要零部件进行选型计算，通过负载以及运行速度，输送机构进行选型计算并计算出电机功率以及减速机类型，完成饲料装袋机的选型计算，饲料装袋机的气缸选型计算，以及吸盘的选型计算。饲料自动装待机输送机构选型计算传送带是物料搬运的主要传动机构，其主要结构组成由框架、托辊、输送带、减速机、电机等组成，其工作原理是根据摩擦力带动皮带运转重而带动物料移动的机械设备模块组件，在饲料自动装待机中输送带起到非常重要的作用，它是由右侧装满饲料后输送到缝袋机构的主要部件。普通型输送带这种输送带用纤维织物作带芯，用一般橡胶作覆盖材料，表面光滑平整。带芯是由棉、尼龙、聚酯或维尼纶等纤维编织成的分层或整体织物。棉纤维是应用最早的带芯材料，易与橡胶粘合，湿态时强度略有提高，但破断强度低〔大多在56牛／(毫米·层)左右〕,防腐防霉性差,使用日渐减少。20世纪50年代末开始用尼龙纤维织物作带芯材料，并已成为用量最大的一种。尼龙纤维强度高达700牛／（毫米·层），耐水，抗腐蚀，耐弯曲疲劳；但弹性伸长较大。聚酯纤维性能与尼龙纤维相近，而使用时弹性伸长仅为尼龙纤维的一半，是一种有发展前途的材料。维尼纶纤维强度达200牛／（毫米·层）,弹性伸长比尼龙纤维小，易与橡胶粘合，耐热性能好，但湿态时强度要降低10～25％，仅在中国、日本等少数国家应用。在编织带芯时可以只用一种纤维，也可用两种纤维混纺或交织。图3-2输送带示意图饲料装袋机输送带主要参数确定饲料袋大小是高900mm宽400mm的饲料袋，装满饲料后重55Kg，输送带传送速度为0.1m/s，饲料装满饲料袋宽度为250mm，输送带长度设计为2.824m.饲料装袋机输送带设计计算计算输送带上负载，输送带长度设计为2.824m，输送带同时输送5袋饲料，计算输送带上载荷：（1）饲料袋装满载荷计算：（2）输送带上载荷计算（3）已知饲料袋装满饲料宽度为250mm，输送带运送饲料袋，为宽度方向运输，确定输送带皮带宽度。饲料带到输送带安全距离取值计算输送带带动负载所需要的有效张力根据输送带张力计算最大张力：输送带取值1/3摩擦力为最大张力TC为输送带结构层数系数，输送带由单层结构组成系数取值1.5，由二层结构组成取值3.0，由三层结构组成的传送带取值取4.5.根据传送带安全系数修正传送带最大张力K为输送带安全系数取值，其数值为1.5，安全系数是针对设备过载以及未考虑到的因素进行修正的一种保护措施。计算输送带的容许应力根据《机械设计手册》查询输送带型号，SHBLTG型号输送带，其容许应力为12N/mm，输送带试用托辊直径为114mm。初定输送带两滚筒中心距为2.824m计算输送带长度通过计算输送带长度为6006mm，根据手册选取周长为6.006m长的输送带。计算实际中心距，以计算出的实际输送带周长代入下列公式求出两托辊中心距：计算所得出两托辊实际中心距离为2824mm.计算减速机输出轴转速计算输送带负载扭矩负载扭矩是指输送带直线负载运动转换成旋转体扭矩的计算公式为：电机功率计算输送带电机功率修正根据所计算的参数，选取合适电机，查询相关样册选取0.75Kw电机作为输送带的动力输出装置，减速机采用蜗轮蜗杆减速机，其具有自锁性，输出扭矩大，抗冲击性能好等优点。饲料自动装袋机取袋机构选型计算取袋机构采用气动驱动以及连杆旋转轴原理，实现单向气缸推动同时能实现取袋机构的90°的旋转切换，使其所有结构能同时靠气缸进行联动。设计过程：由于工作台到地面为500mm，工作台左端靠近出料口距离为370mm，确定好定轴固定点，然后进行SOLIDWORKS三维草图模拟驱动，完成其工作点位置的设计，根据驱动调整完成好的三维草图，进行详细零部件细画，由于负载为饲料袋，负载过轻不用对力臂进行强度分析，下面是细化后的取袋机结构：竖直取袋时位置图横向送袋时位置图完成饲料袋取袋机结构设计，并根据取袋机空间位置，完成相对应固定座的设计，这样取袋机构整体设计完毕。饲料自动装袋机取袋撑袋机构气缸选型计算气缸是引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件。空气在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成：1）缸筒缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8μm。SMC、CM2气缸活塞上采用组合密封圈实现双向密封，活塞与活塞杆用压铆链接，不用螺母。2）端盖端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸差知使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。3）活塞活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使友庆余用聚好滚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。4）活塞杆活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢、表面经镀硬铬处理、或使用不锈钢、以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。5）密封圈回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种：整体型、铆接型、螺纹联接型、法兰型、拉杆型图3-2气缸示意图入袋机构是饲料袋由取袋机构以及开口机构撑开饲料袋后，入袋机构深入饲料袋中，防止饲料快速填充饲料袋时饲料溢出以及让饲料袋具有良好的定型效果，饲料袋入口机构主要由气缸链接入口斗，所以气缸承载着入口斗的所有重量，气缸的结构尺寸直接影响着设备的性能，所以下面对气缸的尺寸进行选型计算。图3-3气缸工作原理图计算气缸链接负载载荷，通过三维软件测量入料斗重量为21Kg,饲料为快速流过，对入料斗具有一定冲击力，通过计算大概有10Kg，工作压力为2.6mpa。负载重力计算单个气缸所承受的载荷计算气缸运行速度判断安全系数根据速度查询安全系数表，安全系数选取n=0.8计算气缸最小直径由上式公式转换所得根据计算结果选取行程为100mm，气缸推杆直径为10mm的气缸，其型号为QGA-E32x100-SD型气缸作为入袋机构的气缸型号。饲料自动装袋机真空吸盘选型计算真空吸盘，又称真空吊具，是真空设备执行器之一。一般来说，利用真空吸盘抓取是最廉价的一种方法。真空吸盘品种多样，橡胶制成的吸盘可在高温下进行操作，由硅橡胶制成的吸盘非常适于抓住表面粗糙的制品;由聚氨酯制成的吸盘则很耐用。另外，在实际生产中，如果要求吸盘具有耐油性，则可以考虑使用聚氨酯、丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘。通常，为避免制品的表面被划伤，最好选择由丁腈橡胶或硅橡胶制成的带有波纹管的吸盘，吸盘材料采用丁腈橡胶制造，具有较大的扯断力，因而广泛应用于各种真空吸持设备上。目前真空吸盘的应用领域越来月广泛了，它给人们带来的效益也是不可估量的，人们主要用真空吸盘来搬运木板与混凝土板材料、用吸盘打开袋子、吸取电子元件或贴标签等。我司供应的所有标准型真空吸盘、强力真空吸盘、台湾妙德真空吸盘质量好，价格低，货期短。当然说到真空吸盘，首先想到的就是什么是真空：所谓真空就是指里面没有空气了，吸盘受到外界大气压的挤压，导致吸盘能够稳定地吸附在墙上，达到稳定的效果。顾名思义，强力真空吸盘就是利用以上大气压的原理，真空吸盘的在使用时，压出了吸盘下面所有的空气，而外面仍然受到大气压力，将吸盘紧紧的压在墙上，所以对墙面有较大的摩擦力，因此可以承受一定的重量。我们平常用的强力真空挂钩也是一样的原理。强力真空吸盘的特点：不伤墙体。真空吸盘由于是橡胶材料所造，吸取或者放下工件不会对墙体物件造成任何损伤。可以循环使用，不留痕迹。当然吸盘在使用过程中偶尔会出现不稳定的现象，我们应怎么处理呢，这里为大家介绍几种解决方法：在吸盘背面涂一些肥皂水，然后再粘到墙面上，就能更牢固了。众所周知，市面上所销售的大部分真空吸盘为粘胶型或者是单一吸盘型的，均属于一次性产品，在吸附物体的时候容易脱落，脱落过后使吸附过的墙面失去了美感。选择使用我司强力真空吸盘，不易脱落、可重复使用、耐潮湿、耐高温，问您节省大量人力物力。图3-4气缸示意图饲料袋取袋机构采用单边吸取上袋，所以采用真空吸盘数量为2个，左右平衡袋口，通过真空发生器提供真空吸力，完成饲料袋的吸取工作。真空吸盘材质选取硅橡胶作为吸盘的结构材质。真空吸盘直径计算，饲料袋重量为1Kg，真空吸盘安全率取8，真空度取值为P=0.02MPa，吸盘个数为2个，真空度安全系数PV取70%通过上诉计算结果真空吸盘采用2个直径为56mm的硅橡胶带肋吸盘，完成取袋机构的吸取。本章小结本章通过完成输送带的选型计算，完成输送带电机减速机的选型计算，完成饲料自动装待机给待机的选型计算，完成真空吸盘的选型计算，丰富自己的设计内容，完成第三章取袋机的主要计算工作并完成论文书写，为以后的设计工作当中积累知识。基于PLC饲料包装机控制设计PLC控制系统方案设计饲料包装机方案设计，采用西门子200smartPLC作为控制器，系统主要输入器件有按钮、磁性开关，主要执行器件有三相异步电动机、气缸、加热器。饲料包装机采用回转气缸结构，控制吸盘进行空袋子抓取，并用另一侧吸盘进行袋口拉开动作，袋口拉开后料斗插到袋口里然后进行装料，装料到设定重量值后，吸盘松开，袋子被输送带运送至封口机处，封口机感应到袋子后自动开始缝线，缝线结束后装袋完成。PLC选用根据现有PLC可进行区分，分为晶体管类型与继电器类型两种，继电器类型PLC具有带负载能力强，可直接驱动220V低功率负载的优势。晶体管类型PLC具有输出响应速度快的优势，晶体管类型PLC还具有发送脉冲的功能。经整理，本系统的输入信号有23个，输出信号有9个，考虑一定的输入输出接口余量，本系统选用ST40型PLC，另配置一块模拟量采集模块AE04，采集称重传感器的信号。4-1ST40PLC控制模块饲料包装机控制系统流程图PLC主电路设计饲料包装机主电路设计通过对控制系统的组成进行分析，本系统有2台普通三相马达，5个气缸，2个吸盘。三相异步电机采用接触器配热继电器的方式进行控制。详细控制原理如图：4-3主机电路设计图14-4主机电路设计图2饲料包装机硬件清单根据饲料包装机控制主电路功能所需求电气元件硬件，进行整理输出硬件清单：序号名称型号数量备注1主断路器iC65N3P25A12断路器iC65N3P10A13断路器iC65N3P10A14断路器iC65N2P10A15断路器iC65N-DC1P6A16接触器LC1D0927中继RXM2LB2BD24VDC+底座58PLC200SMARTST4019模块AE04110启动开关XB2BA31C311停止开关XB2BA42C312手自动旋钮XB2BD21C113急停开关XB2BS542C14-4硬件清单I/0接口分配根据所选用的200SMART-ST40PLC基于饲料包装机控制系统所要求的I/O接口分配如表：输入皮带马达启动I0.0皮带马达停止I0.1缝纫马达启动I0.2缝纫马达停止I0.3自动启动I0.4自动停止I0.5急停I0.6手动/自动I0.7皮带马达过载I1.0缝纫马达过载I1.1料斗伸出到位I1.2料斗缩回到位I1.3下料打开到位I1.4下料关闭到位I1.5取袋缸下摆到位I1.6取袋缸上摆到位I1.7吸盘缸伸出到位I2.0吸盘缸缩回到位I2.1开口缸伸出到位I2.2开口缸缩回到位I2.3开始封口检测I2.4封口结束检测I2.5皮带边缘检测I2.6物料重量AIW164-5PLC输入点分配输出皮带马达接触器Q0.0缝纫马达接触器Q0.1料斗气缸Q0.2下料气缸Q0.3取袋缸Q0.4吸盘缸Q0.5开口缸Q0.6取袋吸盘Q0.7开口吸盘Q1.04-6PLC输出点分配PLC外部接线图PLC的硬件接线图，就是将PLC的输入、输出端与控制系统中的按钮、开关、指示灯以及其它输入、输出设备连线图画出来。与其它控制电路图一样，只不过PLC作为其中的一器件而已。4-7PLC外部接线图饲料包装机PLC梯形程序图饲料包装机顺序功能图4-8PLC顺序功能图饲料包装机主程序梯形图(LAD,LadderLogicProgrammingLanguage)是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图语言沿袭了继电器控制电路的形式，梯形图是在常用的继电器与接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，具有形象、直观、实用等特点，电气技术人员容易接受，是运用上最多的一种PLC的编程语言。在PLC程序图中，左、右母线类似于继电器与接触器控制电源线，输出线圈类似于负载，输入触点类似于按钮。梯形图由若干阶级构成，自上而下排列，每个阶级起于左母线，经过触点与线圈，止于右母线。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元(软继电器)，每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为"1"状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈"通电"，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的"1"或"ON"状态。如果该存储单元为"0"状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为"0"或"OFF"状态。使用中也常将这些"软继电器"称为编程元件。（1）调用手动子程序（2）调用自动子程序（3）调用模拟量处理子程序（4）急停程序饲料包装机手动控制子程序手动控制程序是由人工进行手动按键进行操作，手动程序包括皮带马达启停，缝纫马达启停控制。饲料包装机自动控制子程序饲料包装机自动控制子程序，由自动启动按钮I0.4触发，之后根据动作流程，设备各执行器依次动作。自动停止程序自动启动程序取袋缸下摆程序吸盘缸动作程序取袋吸盘动作程序吸盘缸复位程序取袋缸复位程序开口缸动作程序开口吸盘动作程序（10）开口缸复位程序（11）料斗气缸动作程序（12）下料气缸动作程序（13）料斗气缸复位程序（14）皮带马达启动程序（15）流程结束程序饲料包装机模拟量处理子程序称重传感器通过AE04模拟量采集模块将模拟量信号采集至AIW16寄存器，通过模拟量转换程序将采集到的信号换算成0-100kg的重量值，存到VD20中。饲料包装机控制仿真饲料包装机仿真接线图根据饲料包装机硬件与软件设计结构，采用宇龙机电控制仿真软件，对饲料包装机控制系统进行仿真，完成仿真模型图建立，并进行仿真模型连线设计。4-9仿真控制系统模型饲料包装机仿真接线图针对仿真控制系统模型进行相对应的接线连接，具体接线图链接如下：4-10仿真控制系统模型饲料包装机软件仿真在宇龙仿真软件内的PLC中编辑梯形图程序，完成手动控制仿真、自动控制仿真。当控制系统切到手动控制时，按下输送带启动按钮I0.0，输送带马达启动，按输送带停止按钮I0.1，马达停止运行，对应的软件调试结果如图5-1、5-2所示图5-1输送带马达启动图5-2输送带马达停止当控制系统切到手动控制时，按下缝纫马达启动按钮，缝纫马达接通，按下缝纫马达停止按钮，缝纫马达停止。对应的软件调试结果如图5-3、5-4所示。图5-3缝纫马达启动图5-4缝纫马达停止当控制系统切到自动控制时，I0.7为1，按下自动启动按钮I0.4，饲料包装机运行，对应的软件调试结果如图5-5所示。图5-5饲料包装机自动运行当料斗气缸和下料气缸动作时对应的软件调试结果如图5-6所示。图5-6气缸调试取袋缸和吸盘缸动作，对应的软件调试结果如图5-7所示。图5-7气缸调试画面当按下自动停止按钮时，饲料包装机停止工作，对应的软件调试结果如图5-8所示。图5-8饲料包装机停止工作硬件仿真根据建立的饲料包装机控制系统的仿真模型通过宇龙机电控制仿真软件V5.0-1进行仿真分析，通过仿真结果可以看出饲料包装机控制系统的工作状态。1.仿真系统建立完成后，将所有空开合闸，点击仿真系统的启动键，按下相应按钮，可以观察到系统开始工作，仿真结果如图5-9所示。图5-9控制系统开始工作示意图2.运行完一个完整周期后点击自动停止，仿真结果如图5-10所示。图5-12控制系统运行结束仿真示意图本章小结本章通过对饲料自动装袋机控制部分进行书写，完成PLC控制方案设计、PLC选型、完成控制系统流程图、完成主电路设计、完成IO口分配表、完成PLC外部接线图、完成饲料装待机控制仿真等工作内容。结论本次毕业设计，是关于《饲料装袋机》的内容。在设计过程中，体验到了新的方法和概念；每个部分可能成立的结论用到之后的部分可能就会产生致命的错误；在自认为没有错误的时候，却遇到了很大的问题。总的来说，缺乏一个整体的观念常常以偏概全，以局部代替整体。在设计中用到了大量的公式以及大范围的取值估值的数据，让我和在之前用精确公式及数值下学习成长的我顿时产生了无所适从的感觉，取值往往犹豫不决，瞻前顾后，大大减慢了我们的设计速度。与此同时我也觉得工具书的使用十分重要。经历了这段时间的论文写作，我学到了很多新的知识也有很多得感受从一无所知，开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己的头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己十分稚嫩的作品一步步完善起来，每一次改善都是我学习的收获，每一次的成功都会让我兴奋好一阵。本次毕业设计完成了饲料装待机的历史研究内容，完成了饲料装待机的整体机械及结构方案设计以及控制方案设计，完成了饲料装袋机主要零部件的结构选型，完成了基于PLC控制系统下的饲料装袋机的电控内容，并书写了整篇饲料装待机的全部内容。通过此次设计，我了解学习到如何设计一个机械与电器控制系统，知道目的如何运用已经证明未知，带着问题和明确的学习目的来学习。致谢终南幽幽,雁塔相伴,是我美丽的校园。转眼间,我已经在美丽的哈理工荣成学院度过了四个年头。四年,这是我人生中十分重要的四年,我有幸能够接触到这些不仅仅传授我知识、学问,且从更高层次指导我的人生与价值追求的良师。他们使我坚定了人生的方向,获得了追求的动力,留下了大学生活的完美回忆。在此,我真诚地向我尊敬的老师们和母校表达我深深的谢意!这篇论文是在我的导师的多次指导下完成的。从论文的选题到结构安排,从资料到文字润饰,都凝聚了他超多的心血。在这篇论文