开题报告-基于PLC饲料自动装袋机控制系统设计

哈尔滨理工大学毕业设计(论文)开题报告学生姓名学号专业机械电子工程班级机电19-3指导教师2023年2月4日课题题目及来源：题目：基于PLC控制的饲料装袋机题目来源：自拟课题研究的意义和国内外研究现状：1.1课题研究的意义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产品饲料的自动装袋运输，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，但确是饲料生产工业现代化却是不可缺少的支撑[12]。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[13]。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状饲料装袋机也属于一种包装机械，只不过他是服务于农业家畜，食品包装机械服务于人类的差别。包装机最早起源于春秋战国时期，但在人类始祖起源开始就已对包装有了需求。原始社会时期人类的祖先过着聚族而居的生活，根据分工的不同女性负责采摘野果等食物男性族人则负责外出打猎，在当时的原始社会初期，没有编织袋、纸袋、箱子等包装物质，我们的祖先们只能依赖动物的兽皮、树叶等通过简单的处理来包装采摘来的野果等其他食物。进入陶器时代后人类的包装有了改善，开始利用烧制好的陶器来盛装食物等一些生活用品。春秋战国时期随着人类文明的发展，在生产工具制造上有了大的发展，丝绸、麻布袋子的出现使生活中的物料有了更好的盛装工具，尤其是麻布袋子的出现使小麦、大米、高粱等谷物类物料有了更佳的包装工具，列国之间连年的战争需要调用大量的粮食，而这些粮食大部分已麻袋包装，为了适应大量粮食包装的需求人类设计了一种木质结构的简易包装设备，由于技术的局限性仅能实现自动填装，而且这种包装机跟古代的称量斗有极大的关系，古代的粮食也需要先称量后才能装袋，至于缝包则完全由人工来完成。虽然那时的包装机由全木质结构组成，还不能算是真正的包装机，但在一定意义上它提高了劳动效率是人类的一大进步。

两汉过后三国时期相传诸葛亮为了方便运输军粮发明了一种木牛流马的粮食运输工具，极大地方便了军粮运输，虽然只是一种传说，无从考据真假，但它毕竟从文化角度上带给了粮食包装运输的一次进步。瓦特蒸汽机的发明拉开了欧洲工业革命的序幕，人类由封建社会进入工业社会。蒸汽机的发明后，内燃机也被发明出来，电力的广泛应用更是把人类文明向前推进了一大步。生产力的发展促进了农业、工业的进步，人类原有的包装方式已不能满足快速发展的社会需求，真正意义上的包装机应运而生。并被广泛的应用到粮食生产包装、化肥包装、化工包装、食品等物料的包装中。虽然不具有观赏性，但却极大地提高了物料包装的速率，是真正意义上的包装机。这个时期的包装机也由原来单一的类型发展到多样化包装机，在物料包装方面更加的广泛，实用性更强。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。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[5]。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。由此可见，包装机行业的长久发展还是打破陈规，还离不开创新。2-1国内早期全自动包装机2-2国内近代全自动包装机1.2.2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[6]。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。60-70年代，是日本包装机械业起步阶段，产值增长速度很快。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。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，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，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。2-1日本全自动包装机2-2德国全自动包装机国外饲料包装机械技术要远远超过国内，所以中华儿女奋发图强，重我做起，根据我的学识设计一款符合中国国情的全自动饲料装待机。课题研究的内容，拟解决的主要问题：2.1课题研究的内容研究对象：基于PLC控制的饲料装袋机研究的内容：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。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。对饲料上袋机构进行分析，选取一款符合饲料厂上料的稳定机构，要求成本低廉，实用性高。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。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。绘制结构简图，考究饲料装袋机方案可行性。分析各种饲料装袋机的精准工况。进行主要结构件选型计算。完成饲料装袋机三维建模。10.完成PLC控制，控制系统设计（硬件设计：主要元器件选型、系统电气原理图和外部接线图设计；软件设计：掌握相关软件和编写程序）；完成控制系统的仿真，并完成论文终稿。11.总结其主要功能结论。2.2拟解决的主要问题1.饲料装袋机粉尘环境中如何能实现防尘效果。2.饲料装待机如何实现精准上袋以及精准入料，同时防止装料袋脱落，以及饲料外泄。3.饲料装袋机如何实现缝合导向。4.饲料装待机如何实现装满饲料袋的运输问题。5.完成饲料装待机电机的选取。6.饲料装袋机工步的确定以及整个流程。7.完成饲料装袋机的电控程序设计。8.完成接线图等系统要求电子硬件选型。研究的步骤、方法及措施：3.1研究的步骤图3-1设计思路流程图完成整个研究的步骤如图3-1，确定任务后明确题目并且去查询相关资料，确定功能方案后与指导老师进行研究讨论可实行性，定稿后制作简图并在之后进行选型计算绘制三维图，整理资料后汇总整合编辑电控程序后输出供图，最后定稿技术文件完结。图3-2设计简图1：输送带2：导向机构3：缝袋机头4：饲料料仓5：饲料袋盛放箱6：90度上袋机构7：料口入袋伸缩机构8：料袋开口机构9：料袋开口气缸10：料袋开口吸盘11：料袋入袋料箱工作流程：如图3-2，取待机结构实现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。3.2方法及措施查询相关资料，参考现有饲料装袋机，完善结构，优化空间使用率。设计结构架体与机构实现各种工步的配合。考虑结构对多类料袋装入饲料工况进行模拟。完善结构，使其达到防尘效果。饲料袋运输采用输送带方式进行转运。饲料袋封口采用缝纫机机头进行自动缝纫。饲料袋导向采用双边导向使其能精准进入缝纫加工区域。电机选取三相异步电动机要求其能连续工作，其成本价格低廉。工作进度安排：第1-2周：查阅资料，完成开题报告；第3周：完成总体草图方案设计、论证和选择；第4-6周：完成总体结构设计对相关主要零部件进行计算；第7-8周：完成三维装配体以及主要零部件的三维建模；第9周：完成外文翻译（不少于3000字）并准备期中答辩材料；第10-12周：绘制总体结构装配图和主要零件图（至少折合A0图纸2.0张）；第13周：验证设计方案，并完成论文初稿；第14-16周：完善毕业设计相关资料，完成答辩PPT，准备答辩。课题研究所需的参考文献：唐金松．机械设计手册（第3版）[J]．中国机械工程，2004（11）：947-947吴宗泽，罗圣国．机械设计课程设计手册（第3版）[M]．北京：高等教育出版社，2006．王三民，诸文俊．机械原理与设计[M]．机械工业出版社，2000．吴宗泽，罗圣国．机械设计课程设计手册（第3版）[M]．北京：高等教育出版社，2006．装袋机械：干净快捷包装散料[J].中国包装工业，2021：03-04管燕燕.饲料加工关键设备的研究与改进[J].农业技术与装备，2020：08-09.刘星平，赖指南，唐勇奇，王明东.PLC原理及应用[M].人民邮电出版社，2017：01-24.成大先机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004：01-09YanHuangandYadongHuang.InformatizationdesignofrawmaterialpurchaseandpaymentforfeedprocessingenterprisesunderERPsystemenvironment[J].ConcurrencyandComputation:PracticeandExperience,2019,31(10):n/a-n/a.Technology-AgriculturalTechnology;InvestigatorsatCairoUniversityDiscussFindingsinAgriculturalTechnology(AutomatedPressureRegulationforaSilageBaggingMachine)[J].AgricultureWeek,2020,łażejRyszardetal.ProfitabilityofConveyorBeltRefurbishmentand