基于PLC的四连杆装箱包装机设计电气自动化专业.doc

题 目： 基于PLC的四连杆装箱包装机设计 目 录 1.设计背景 3 2.设计任务 3 3.四连杆装箱包装机设计的总体方案设计 4 4.四连杆装箱包装机的硬件设计 5 4.1 PLC 选型 5 4.2 I/O分配表 6 4.3 PLC外部电路设计 7 5.四连杆装箱包装机的软件设计 8 5.1四连杆装箱包装机控制设计流程图 8 5.2四连杆装箱包装机梯形图设计 9 5.3组态软件 11 总结 16 附录 19 1.设计背景 现在市面上现有的四连杆装箱包装机，大部分包装机都采用继电器的控制方式。这种控制方式布线复杂，可靠性差，故障率高，且需要人力来进行维护。同时，设备的运行缺少安保措施，容易发生事故。随着 PLC技术的发展，本设计中使用 PLC来代替继电器来完成包装机的控制，可以提高系统控制的可靠性，减轻工人的工作强度，安全性得到保障，在总体上提高了经济效益。 2.设计任务 四连杆式包装机是一种可以装配424瓶的包装机。由于其优良的性能，在包装行业非常受欢迎。本设计使用PLC来设计四连杆装箱包装机，对其硬件部分和软件部分进行设计，并使用编程软件进行仿真。四连杆装箱包装机是一种一次性可以装配四箱，即424瓶的连续装箱的包装机械设备。在满足控制的要求和确保控制系统安全可靠的条件下，力争简化控制的系统需要的条件，设计出一款实用的包装机。 16 3.四连杆装箱包装机设计的总体方案设计 总体电路设计原理图如图1所示； 图1 总电路设计原理图 四连杆装箱包装机控制系统，主要由进箱进瓶步骤、装箱步骤、出箱步骤这几部分组成，工作过程见流程图2所示。 图2 工作过程流程图 进箱进瓶：瓶子和箱子经传送带传送，在到夹瓶点时被机械臂向上引导，然后同时传送至停瓶袋。 装箱：箱就位后经传感器感应后进入停箱带，等待装箱完成。 出箱：等待进箱的机械臂落下，此时出箱电机开，整箱装满后出箱。 4.四连杆装箱包装机的硬件设计 四连杆包装机的功能包括点动，正转和回转这几个步骤，通过夹瓶装置来实现箱的包装。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和与之对应的气缸，分别控制夹头，定位器，出箱臂以及进箱臂和箱导向。设置出手动开关和自动开关两个开关进行切换。 光电检修开关用来检测是否有人员误入，设计共使用了三台光电检修开关，分别安装在装箱包装机的背面和侧面，在操作人员误入设备危险区域时，系统紧急停止运行，保证人员安全，系统各输入、输出元件均使用DC24V直流稳压电源。 为了使PLC更稳定地运作，还需要采用多种防护的措施，比如和系统中的强电设备分开接地，接地线截面积应该大于2平方毫米。PLC的输入量和输出量的感性负载，并联二极管等。输出电路图如图3所示，用来除去因感性负载储能作用而产生的电弧。 图3 输出电路图 4.1 PLC 选型 4.1.1 PLC的选型 在本设计中选用的是三菱系列的PLC，此系列PLC功能灵活，编程简单，通信功能全面等特点。根据I/O口的需求，这里选用了PLC。 4.1.2 PLC系统硬件的配置 包装机的硬件部分包括光电开关，接触开关，电机的输入和输出装置。控制过程以连续逻辑控制为主。在选择主要控制模块之前，首先要了解四连杆包装机的受控对象，生产过程和PLC的工作环境。首先确定控制要求，然后确定控制输入和输出点，然后根据实际情况来选择PLC的主控制模块。该系统的设计需要8个输入点和12个输出点，以及内部继电器等。输出应使用继电器来输出。基于以上的要求，我们决定使用三菱制造的FX2N-32MR PLC来设计系统。 4.2 I/O分配表 I/O四连杆装箱包装机如表1、表2所示： （1）输入部分 表1 输入地址分配 输入地址 对应的外部设备 X000 上电总开关 X001 进瓶完毕 X002 进箱完毕 X003 装箱完毕 X004 出箱完毕 X005 放箱机械臂至上 X006 放箱机械臂至下 X007 断电停止 （2） 输出部分 表2 输出地址分配 输出地址 对应的外部设备 Y000 瓶定位器 Y001 进瓶电机 Y002 进箱定位器 Y003 进箱电机 Y004 四连杆装箱电机 Y005 出箱电机 Y006 进箱机械臂上 Y007 进箱机械臂下 Y010 放瓶定位器下 Y011 放瓶定位器上 Y012 放瓶夹头夹紧 Y013 放瓶夹头松开 4.3 PLC外部电路设计 由四连杆装箱包装机电路原理图和I/O分配表，画出了四连杆包装机的PLC自动控制系统的硬件接线如图4所示。 图4 控制系统硬件接线图 5.四连杆装箱包装机的软件设计 5.1四连杆装箱包装机控制设计流程图 图5 自动控制系统流程图 自动控制系统的具体流程： 进箱进瓶：瓶子和箱子经传送带传送，在到夹瓶点时被机械臂向上引导，然后同时传送至停瓶袋。 装箱：箱就位后经传感器感应后进入停箱带，等待装箱完成。 出箱：等待进箱的机械臂落下，此时出箱电机开，整箱装满后出箱。 5.2四连杆装箱包装机梯形图设计 程序用到了的编程软件编写，因为它界面简洁，可操作性高，利于操作人员的方便使用。 这个控制程序主要包括三部分：进箱和进瓶，包装，开箱，下面对部分程序的操作做一个简要说明。 1.进箱与进瓶程序 当按下按钮X000之后，系统运行，按下X006后，机械臂落下，此时进箱的定位器处于开启状态，传送带继续传送箱子。 2、装箱程序 装瓶、箱的过程同时开始，此时带有四个连接箱的瓶子放入。进箱后，按下X001按钮和X002按钮，然后按下X005按钮。机器臂工作后，按下X006按钮，机器臂落下，然后瓶子入箱。 3、 出箱程序 装箱程序完成后，出箱电机处于开启状态，出箱后按下X004按钮，程序运行结束后系统复位。 完整的程序梯形图见附录。 5.3组态软件 系统的运行： （1）系统开始的时候，四连杆处于停止状态，指示灯是熄灭状态，传送带不运行。 图6 系统开始状态 2.在按下启动的按钮之后，整机开始运行，输瓶传送带和出箱传送带一起运行，机械臂升起，输瓶器处于开启状态。 图7 两传送带同时工作 3.送瓶器处于开启状态，当瓶子和箱子传送到指定点的位置时同时停止，并等待机械臂将瓶子放入箱中。 图8 到达定位点，瓶和箱子已停止 4.主机继续运行，送瓶电机停止工作，当按下电机的按钮后，机械臂开始工作，将瓶子有序放入箱中，在到达指定的数量之后，停止运行。 图9 进料臂向箱子放瓶 5.箱子装满指定数量的瓶子后出箱，包装完成。 图10 瓶装满后出箱 总 结 本设计采用PLC设计四杆包装机，用组态软件完成包装机的仿真。该设计具有操作安全可靠，人机界面简洁，操作简单快速，系统性能稳定等优点。系统开放，硬件成本相对较低，性价比较高，是中小型生产过程自动控制系统的理想选择。 对四杆包装机的控制系统进行PLC改造后，设计实物的占地面积大大减少。在运行效果上，设备的有序运行证明了现设计的自动化程度远远优于原系统的控制效果。本设计提高了四杆包装机的方便性和可操作性，使设计更加实用。在设计中还加入了光电检测开关，安装在包装机的危险位置，使工作人员的人身安全得到了一定的保障，从侧面来看也保障了企业的经济利益。设计采用了功能灵活，且操作简单的三菱系列的PLC，在工业领域方面能最大程度地发挥此系列PLC的优良性能，具有自动化程度高、操作简单、界面通俗易懂等特点，提高了企业的工作效率和经济效益。 在设计过程中由于自己在设计方面的经验尚不丰富，工业方面的理解还不够全面，而且还不能熟悉地使用PLC和编程软件，因此，PLC程序和编程软件的一些编程并不完美。为了使四连杆装箱包装机的设计更加完善，应听取各方面的建议和指导，还有必要做出进一步的改进来提高包装机的工作效率，不断地完善，达到精益求精的效果。 本次设计的完成是在尹老师的帮助下顺利完成的，通过本次设计，我所学到的不仅是相关的专业知识，还有无私奉献，努力奋进的精神。通过这次毕业设计，我提升了自己的动手操作能力，画图能力和资料整合能力。在一次又一次的实践中找到自己的不足并加以改正，使自己学习、掌握的知识更加融会贯通。 参 考 文 献 [1] 陈在平，《装箱机在国内外的现状及前景》，北京，人民邮电出版社，2007 [2] 邓加尊，《包装与食品机械》，2007 [3] 周万珍，《PLC分析与设计应用》北京，电子工业出版社，2004 [4] 李俊秀、赵黎明，《可编程控制器应用技术实训指导》[M]，北京，化学工业出版社，2006 [5] 朱鹏超，《机械设备电气控制与维修》，北京，机械工业出版社，2001 [6] 张晓坤，《光电开关的原理及应用》，山东，山东科技技术出版社，2003 [7] 于庆广、刘葵、王冲,《光电编码器选型及同步电机转速和转子位置测量》［J］，电气传动,2006 [8] 殷洪义，《可编程序控制器选择设计与维护》，北京，机械工业出版社，2002 附录 四连杆装箱包装机控制设计PLC梯形图： 19