基于plc包裝碼垛生產線控制系統設計畢業設計(論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 性直接決定著生產線的工作性能和質量。 氣源處理裝置 ： 該裝置由排水過濾器、減壓閥、油霧器組成。排水過濾器將壓縮空氣中的臟物和水分濾出，由減壓閥把空氣壓力降到預定壓力，然后攻擊電磁閥和氣缸。油霧器中的潤滑油由壓縮空氣順空氣流動方向帶到需潤滑的電磁閥和氣缸。減壓閥帶有壓力表，調整空氣壓力可由 壓力表直接讀出。 氣路的基本回路 ： 氣路系統由 基本回路構成，基本回路有電磁閥、氣缸、管路、調速器、消音器組成。電磁閥控制氣體通斷及執行機構換向。氣缸是執行機構的基本元件，承擔負載、輸出力及轉矩。調速器用來調節氣缸的運動速度，以滿足負載的不同速度要求。消音器用來排除排氣噪聲，保護環境。 橫進裝置（開袋、壓緊固定） ： 橫進裝置是包裝機的重要組成部分，它的主要作用是在取袋裝置取來袋子后，從兩側家住袋口，在用真空把持住袋子的同時，向投料口移動，該裝置在往返行程上裝有一個氣墊裝置。該氣缸在返回（或向前）運動時，以高速移動，在接近行程終點附近某一點關閉閥門，使壓縮空 氣只能進過另一個狹窄的通道而限速，氣缸移動速度便慢下來，然后停住，其運動速度均由調速器調節，只要不產生振動即可。然后兩閥門的開關控制配置在橫進裝置上的霍爾開關控制。 河南城建學院本科畢業設計（論文） 包裝碼垛自動生產線系統組成 8 裝袋、夾袋、開袋口的氣路系統及檢測 :該氣路系統為基本氣動回路。橫進裝置上設置的開袋口吸盤，夾住袋子送到料斗下面，夾袋機構夾住袋口兩側后，向內側縮口的同時，開袋口機構張開，打開袋口。 開口吸袋器在行進時，啟動真空裝置，并通過真空檢測器檢測真空度。若真空度未達到設定值，則棄袋；若達到設定值，則發出投料信號。這時，伸縮料門伸入袋口中卸料。 棄袋有兩種 情況：一是真空未達到設定值；而是伸縮料門擊偏或擊倒了袋子。 夾袋機構夾住袋口的同時，夾緊探測器便發出一個對袋子的探測信號，夾緊之后檢測到袋子正常時，便發出投料信號。只有真空檢測及夾緊檢測全部正常才能投料，缺一不可。棄袋或夾緊檢測未探測到袋子，要把各個功能部件返回到原來位置。裝袋時，開口吸袋器不再吸著袋子，返回初始位置。 碼垛機的氣路系統 :碼垛機氣路系統中重要部分為托盤倉的氣缸升降系統。氣缸下降、中停由換向閥通斷實現，該系統為進氣節流調速系統，其它裝置的氣路系統 :除了以上裝置的氣路系統，其它裝置均為基本回路。 如電子稱重機、吸袋、取袋等。 真空系統 :真空系統由真空泵、真空電子閥、真空檢測器、真空管路等組成。它是包裝機的主要部分之一，其主要功能是吸袋及開袋等。真空泵是真空系統的心臟，提供真空能源，真空電磁閥承擔真空線路的通斷，真空檢測器承擔檢測真空的壓力，并發出卸料信號。 傳感器數量的選擇是根據電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數而定。 傳感器量程的選擇可依據秤的最大量程值、選用傳感器的個數、秤體的自重、可能產生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。根據經驗，一般應使傳感器工作在其 30%~70%量程內，但有較大沖擊 力的衡器，在選用傳感器時，一般要使傳感器工作在其量程的 20%~30%之內，才能保證傳感器的使用安全和壽命。 稱重傳感器：一種將質量信號轉變為可測量的電信號輸出的位置它的性能在很大程度上決定了電子衡器的精度的穩定性，因此被喻為衡器的心臟。 傳感器的穩定性有定量的指標，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，更能經受長時間的考驗。 光電式傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信 號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。它可用于檢測直接引起光亮變化的非電量，如光強、光照度等。也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度以及物體的河南城建學院本科畢業設計（論文） 包裝碼垛自動生產線系統組成 9 形狀、工作狀態的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業自動化裝置和機器人中獲得了廣泛的應用。 河南城建學院本科畢業設計（論文） 包裝碼垛自動生產線控制系統硬件設計 10 3 包裝碼垛生產線控制系統硬件設計 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/O 點數較多，以開關量控制為主，所以選 擇日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC 為控制核心部件。 PLC 控制的優點 ① 高可靠性 ； （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。 （ 2）各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時間常數一般為 10~20ms. （ 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （ 4）采用性能優良的開關電源。 （ 5）對采用的器件進行嚴格的篩選。 （ 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴大。 （ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統或有三 CPU 構成表決系統 ,使可靠性更進一步提高。 ② 豐富的 I/O 接口模塊 ； PLC 針對不同的工業現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的 I/O 模塊與工業現場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機對話的接口模塊 。 為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊，等等。 ③ 采用模塊化結構 ； 為了適應各種工業控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數 PLC 均采用模塊化結構。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化 PLC，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用戶的需要自行組合。 ④ 編程簡單易學 ； 河南城建學院本科畢業設計（論文） 包裝碼垛自動生產線控制系統硬件設計 11 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門 知識 ，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 ⑤ 安裝簡單，維修方便 ； 工業環境下直接運行。使用時只需將現場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統迅速恢復運行 。 PLC 控制系統硬件設計 PLC 控制系統示全包裝生產線的核心部分，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/0 點數較多，選擇日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC。該系列 PLC 為模塊式結構，可以根據控制系統的需要靈活地組合成最佳的配置。 ① 硬件配置 硬件配置包括 FX2N 基本單元、 FX2N 擴展單元、檢測元件 (光電開關、接近開關、真空開關等 )、人機操作界面 (按鈕、指示燈等 )、控制元件 (交流接觸器、變頻器、電磁閥等 )以及執行元件 (電機和氣缸等 )。 ② FX2N 系列 PLC 輸入輸出擴展方法 ， FX2N 系列 PLC 是由電源、 CPU、輸入輸出和程序存儲器組成的單元型可編程控制器。其主機稱為基本單元，為主機備有可擴充輸入輸出點數的 “擴展單元 (電源 I/0)和擴展模塊 (I/0)”，此外，還可以連接特殊擴展設備，用于特殊控制。 在組織 FX2N 系列時，須考慮下述各點 : 輸入輸出總點數控制在 256 點以內，其中輸入點數和輸出點數均不能超過 184點； DC24V 電源和 DC5V 電源的容量，基本單元和擴展單元內 部裝有電源，可以對擴展模塊供給 DC24V 電源，對特殊模塊供給 DC5V 電源，因此擴展模塊和特殊模塊的耗電量應該控制在基本單元及擴展單元的電源范圍以內； 對于 FX2N 基本單元，外接特殊單元和特殊模塊的數量，最多不超過 8 臺。關于輸入輸出序號的編號問題， FX2N 系列 PLC 使用如下的編號方法 : （ 1）輸入繼電器 (X)、輸出繼電器 (Y)的序號是由基本單元開始，按連接順序分配八進制數碼 。 （ 2）特殊擴展設備和 PLC 使用 PLC 的 FROM 和 T0 指令進行數據信息交換，但是輸入輸出繼電器不占序號 。 河南城建學院本科畢業設計（論文） 包裝碼垛自動生產線控制系統硬件設計 12 （ 3）功能擴展板， FX2NCNVIF 型轉換電纜，和輸出輸入點數無關。 ③ 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，前一段從電子稱重機到噴墨打印機，使用一個 PLC 系統控制，具體的擴展方法是 FX2N128MR+FX2N48ER 各一臺，共有點數 176 個，輸入點88 個，編號范圍是 X000～ X127，輸出點 88 個，編號范圍是 Y000～ Y127。剩下的后面作為一個控制系統，使用 FX2N128MR+FX2N16EYR，總點數 144 個，輸入點數 64 個，編號范圍是 X000～ X077，輸出點 80 個，編號范圍是 Y000～ Y117。這樣系統的總點數為 320 點，其中輸入點 152 個，輸出點 168 個，可以滿足系統的要求。 圖 是 I/0 擴展連接示意圖。 前段 后段 圖 I/0 擴展連接示意圖 ④ 分配輸入 /輸出點信號、輸出點與輸出控制是一一對應的。分配好后，按系統配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。 FX2N型 PLC 的輸入 /輸出通道號采用自由配置、固定通道方式。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點對應的即為輸入繼電器，與輸出點對應的即為輸出繼電器。包裝碼垛生產線控制系統包裝部分及碼垛部分輸入輸出接口如表 、 所示。 表 包裝部分 I/O 接口分配 輸入 輸出 名稱 接口 名稱 接口 吸袋垂直氣缸 X001 垂直汽缸下降 Y001 吸袋真空裝置 X002 垂直汽缸上升 Y002 吸袋真空閥 X003 吸盤 Y003 上限位開關 X004 垂直汽缸傾斜 Y004 傾斜氣缸電磁閥 X005 斜托板下降 Y010 FX2N128MR FX2N128MR FX2N16EYR FX2N48ER 河南城建學院本科畢業設計（論文） 包裝碼垛自動生產線控制系統硬件設計 13 表 碼垛部分 I/O 接口分配 斜線位開關 X006 防滑吸盤吸袋 Y011 斜托板光電開關 X010 磕頭裝置傾斜 Y013 光電開關 X011 真空吸袋 Y014 橫進裝置減速開關 X012 磕頭裝置立起 Y015 橫進裝置裝袋點限位 X013 斜托板上升 Y020 傾斜限位 X014 抱板閉合 Y021 磕頭裝置到位信號 X015 大夾子閉合 Y022 橫進裝置取袋點限位 X020 料斗下縮口夾子張開 Y024 夾抱限位 X021 取袋真空裝置打開 Y025 橫進裝置移動限位開關 X022 縮口夾子向里放 Y026 開袋真空檢測 X023 夾輥氣缸動作 Y027 夾袋壓力檢測 X024 開袋 Y030 打開袋口 X040 抱袋 Y031 橫進裝置限位 X041 張開 Y033 橫進裝置到位 X050 縮口夾子張開 Y037 輸送帶 X051 放料門插入 Y040 倒袋 X053 拍打板上升 Y042 整形 X054 敦實 Y043 金屬檢測 X055 折邊 Y044 金屬信號 X056 縫口 Y045 重量檢測 X057 倒袋氣缸伸出 Y050 包裝子程序啟動 X127 整形汽缸動作 Y051 檢測器聲光報警 Y06