最新基于plc的全自動包裝碼垛生產線控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 到來時，立即啟動減速電機將料袋向前拖動到預定距離，而后停止運轉。在下一個料袋到來時，光電開關又重新啟動電機重復上述動作。當完成二袋豎放或三袋橫放時，推袋裝置便把這組料袋推到緩停板上暫存。如果計數達到一層(二袋豎加三袋橫或三袋橫加二袋豎)時，推袋裝置就將二部分料袋一起推到碼垛區。由于緩停板的設置減少一次來回推袋的時間，從而提高了碼垛效率。 推袋壓袋機的組成和工作原理推袋壓袋機主要由傳動機構、推袋小車、導軌、壓袋機支架、壓袋框等機構組成。推袋壓袋機是將已編組的料袋組推至緩沖區或碼垛區，并在分層碼垛時對一層料袋進行五面整形，使垛形保持良好。當料袋進入壓平輸送機和壓平裝置時,上下皮帶將料袋向前輸送的同時,壓整裝置本身重量的一部分作用在料袋上,使袋內物料分布均勻。推袋機完成一個推袋的全過程是分兩次進行的，第一次是將編組機輸送帶上的半層料袋(二袋豎或三袋橫)推至緩停板上后，推料小車退回原位，第二次將另一半層料袋連同緩停板上的半層料袋全部推到碼垛區。整個推袋過程都是在位置信號控制下進行的，即其各段行程的運行速度是不同的，從而保證了碼垛質量和工作效率。 分層碼垛機的組成和工作原理分層碼垛機是由滑板機構、整形裝置和端擋板組成。料袋在編組機上排列好后,通過推袋機將料袋推到分層機上,分層機先通過整形板對已編組的料袋組進行整形，然后，分層機再將整形后的一層料袋投放到升降機上的托盤上，完成一層料袋的碼垛。 升降機的組成和工作原理升降機主要由升降平臺、傳動機構和配重體組成。升降機是在碼垛過程中完成對空托盤的提升和對垛盤逐層下降以進行碼垛的設備。剪叉式升降機是靠剪刀式支承架的展開與折迭來完成貨物平臺的升降，其動力是通過油缸的伸縮來推動剪刀的展開與折迭。 托盤倉的組成和工作原理托盤倉主要由機架、叉板、主氣缸、光電開關組成。托盤倉用來儲存一定數量的托盤,根據需要及時準確地將托盤分配給托盤輸送機確保生產線能連續工作。托盤輸送機將托盤倉中存儲的托盤輸送到碼垛工位。垛盤輸送機是將空托盤輸送至升降機的升降托叉上進行碼垛，而后將滿垛后的垛盤輸送至下一垛盤輸送機(無動力)的設備。托盤倉的主氣缸用以頂起托盤。側面還裝有兩個小氣缸，小氣缸控制叉板開合，保證托盤的提取。光電開關采用對射式光電開關，檢測托盤倉內托盤的存儲量，以保證托盤的及時供給。第3章 包裝碼垛自動生產線PLC控制系統設計在包裝過程中，自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測、重量檢測及碼垛等多個動作，動作多，運動復雜，而所處工作環境惡劣(高溫、振動、粉塵)，這就要求控制系統具有很高的可靠性、良好的節能措施、很強的故障診斷能力，確保生產的穩定運行。由于包裝生產線的各種控制為開關量，而目前流行的PLC具有結構小巧、運行速度高、通用性好、可靠性高等特點，非常適合于工業現場的高溫、振動、粉塵等惡劣環境下的開關控制。所以選用PLC作為控制系統的核心部件。本包裝碼垛自動生產線動作關系復雜，I/0點數較多，以開關量控制為主，選擇日本三菱公司的FX2N系列PLC為控制核心部件。［9］［10］ PLC的基本結構PLC的類型繁多，但其結構和工作原理則大同小異，一般是由中央處理單元(CPU)、內存、輸入/輸出單元、編程器、電源等主要部分構成的。如果把PLC看作一個系統，外部的開關信號均為輸入變量，它們經輸入接口存到PLC內部的數據存儲器中，而后經過邏輯運算或數據處理以輸出變量的形式送到輸出接口，從而控制輸出設備。PLC的基本結構如圖31所示。［11］圖31 PLC的基本結構 PLC的主要組成部分（1）中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、內存、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序內存中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。（2）內存根據內存存儲內容的不同，我們把內存分為：系統程序內存：用來存放系統程序的內存。系統程序相當于計算機操作系統，主要包括檢查程序、編譯程序和監控程序，是PLC廠家根據選用的CPU的指令系統編寫的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內容。用戶程序內存：用來存放用戶根據控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲容量也不一樣。數據存儲器：用以存放PLC運行中的各種數據的內存。因為運行中數據不斷變化，所以這種內存必須可擦寫。（3）輸入/輸出單元輸入/輸出(I/0)單元是PLC與外部設備相互聯系的窗口。輸入單元接收現場設備向PLC提供的信號，例如由按鈕、操作開關、限位開關、繼電器觸點、接近開關、撥碼器等提供的開關量信號。這些信號經過輸入電路的濾波、光電隔離、電平轉換等處理，變成CPU能夠接收和處理的信號。輸出單元將經過CPU處理的微弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅動各執行組件，如指示燈的亮滅，電動機啟停和正反轉，設備的轉動、平移、升降，閥門的關閉等。（4）電源部分電源部件能將外部供電電源轉換成供PLC的CPU、內存、I/0接口等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作。PLC中一般配有開關式穩壓電源為內部電路供電。開關電源的輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流電源，可給輸入單元所連接的外部開關或傳感器供電。［12］ PLC的工作原理PLC與繼電器構成的控制裝置的重要區別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而PLC則不同，它采用循環掃描技術，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作，而且每次它只能執行一條指令，這也就是說PLC以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據輸入和邏輯控制結構就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段才能完成控制過程。 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執行階段在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其它輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或資料的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。 輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。 PLC控制系統設計 包裝碼垛自動生產線工藝流程包裝碼垛自動生產線可自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測、重量檢測及碼垛等功能。全自動包裝碼垛生產線的機械系統主要包括全自動稱重單元、包裝單元、輸送檢測單元、碼垛單元。其主要工藝流程如下:物料自儲料斗進入包裝秤的給料裝置，通過粗、細給料，實現粗、細兩級加料。當秤斗中的物料重量達到最終設定值時，稱重終端發出停止加料信號，待空中的飛料全部落入秤斗后此次稱重循環結束，此時電子包裝秤等待裝袋機的投料信號。當自動裝袋機完成上袋后，發出訊號，使稱重箱打開卸料翻門，向包裝袋內投料，卸料后稱重箱關閉翻門，裝袋機張開夾袋器，包裝袋通過夾口整形機和立袋輸送機進入自動折邊機，包裝袋經折邊后，進入縫口機，當設在縫口機旁邊的光電開關檢測到包裝袋后，縫紉機開始工作，縫合包裝袋，當包裝袋離開縫紉機后，縫紉機停止，并自動切斷縫合線。包裝袋經過倒袋整形機進入金屬檢測機及重量復檢機，如果檢測不合格，在包裝袋通過自動撿選機時將被剔除，而合格的包裝袋則順利通過自動撿選機，再經噴墨打印機、過渡輸送機、緩停機等設備，將包裝袋輸送到碼垛單元，由轉位機根據碼垛工藝要求將料袋依次按“2袋豎3袋橫”和“3袋橫2袋豎”循環做轉位處理。這樣包裝袋便以2袋直或3袋橫的形式進入編組機，最后由碼垛機將包裝袋堆碼到托盤上，一般以碼8層為一垛。碼垛完成后，垛盤輸送機將其輸送出碼垛區，停放在叉車區域垛盤輸送機上。碼垛機所使用的托盤由托盤倉和托盤輸送機根據程序自動提供。包裝碼垛自動生產線工藝流程如圖32所示。［13］開始供袋取袋送袋斜板抓袋橫進取袋橫進送袋縫紉機夾口折邊充填托起放料門開袋報夾夾袋口縮袋口立袋輸送推倒壓平金屬檢測復檢稱剔除爬坡過渡爬坡緩停層計數分層整形推袋編組轉位轉位輸送緩停壓平結束嗎?停止開始YN升降機叉裝架托盤氣缸排垛托盤輸送垛盤輸送開合托叉圖32 全自動包裝碼垛生產線工藝流程圖 PLC控制系統硬件設計PLC控制系統是全自動包裝生產線的核心部位，而在包裝過程中，動作多，運動復雜，這就要求控制系統具有很高的可靠性、良好的節能措施、很強的故障診斷能力，確保生產的穩定運行。由于包裝生產線的各種控制為開關量，動作關系復雜，I/O點數較多，選擇日本三菱公司的FX2N系列PLC。(1)硬件配置硬件配置包括FX2N基本單元、FX2N擴展單元、檢測組件(光電開關、接近開關、真空開關等)、人機操作接口(按鈕、指示燈等)、控制組件(交流接觸器、變頻器、電磁閥等)以及執行組件(電機和氣缸等)。［14］(2)具體的輸入輸出擴展根據對于本生產線的分析，系統需要約130個輸入點、160個輸出點，總的點數約在290個左右，加上一定的點數裕量，系統總的輸入輸出點數應該配置在320點左右，而FX2N系統最大的點數是256點，所以決定采取分段控制，將整個系統分成2段，前一段從電子稱