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plc自动装箱控制系统本科论文

PLC自动装箱控制系统

前言

板材自动包装系统是北新集团技术中心独立研制开发的一种用于板材的输送、堆垛、对齐、套箱、塑封、热合的全自动包装线。

板材在成型后一般都需要包装，以避免受潮、暴晒或在运输过程中受到损坏。

人工或半机械化包装　效率低下，而且损坏率特别高，本自动包装系统采用特殊的结构，不但提高了产品包装的效率，减轻了工人劳动强度，而且解决了一般自动装箱机生产线上存在的卡机、烂箱的弊端。

板材自动包装系统包括方向校正装置、叠合装置、堆垛装置、机械手、装箱成箱装置、塑封装置和塑封热合装置。

系统工作时，先将单块的板材叠合成二块，堆垛装置将板材堆垛至指定数量，然后进行对齐，将箱体套在板材上，并用塑封装置对箱体进行塑封，最后进入烘箱对塑封材料进行热收缩，冷却后即可入库。

板材自动包装线具有多路独立的分流、翻板、堆垛，经包装段汇流，再进入塑封段完成包装任务。

本包装系统的自动化程度很高，整个流水线上基本可以实现无人操作，生产效率高，生产速度为40块/分钟，效益显著，而且设备机构简单，维修方便。

其特点在于：

控制系统采用先进的OMRON　Syamac　αPLC系统和Panasonic产品，多点位检测，整线全部采用软件互锁。

具有极高的控制灵活性和高可靠性，工段过程控制，操作简单，故障处理方便、快速，满足现代化工业大生产的需要。

板材自动包装系统可广泛用于石膏板、矿棉吸声板、建筑装饰板等各种轻质板材的工业自动化生产，具有广阔的应用前景。

毕业设计是学生在大学学习的最后一个教学环节，是在教师的指导下，学生综合运用所学理论知识来分析和解决具有一定复杂程度的实际问题的一个实践过程；是提高学生观察事物，获取信息，理解和表述事物能力及分析，解决实际问题能力的重要教学环节；是培养学生技术经济分析能力，独立工作能力，与人合作能力，创新能力及养成理论联系实际的工作作风和提高工程实践能力的重要途径；是学生走向社会之前对其本身综合素质与能力的全面检验，也是全面衡量学校教育教学质量的一个重要依据。

摘要

本设计所用机械部件有电磁阀、堆垛机、翻版机、气控机械抓手等。

电气方面有可编程控制器（PLC）、编程器、步进电机、步进电机驱动器、直流电机、光电开关等部件。

本系统能实现自动翻版、自动堆垛，然后有机械手把堆成一垛的板材放在纸箱上，机械手操作过程中可编程控制器发出两路脉冲到步进电机驱动器，分别驱动横轴、竖轴的步进电机运转；直流电机拖动底座和手爪的旋转；接近开关、微动开关、旋转码盘将位置信号反馈给主机，由主机发出指令来实现对手臂的伸缩、上下、转动位置的控制；主机发信号到气动电磁阀，以控制手爪的张合来抓放物体。

最后塑封完成包装任务。

本设计可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数，具有很大的灵活性和可操作性。

关键词：

可编程控制器；机械手；翻板机；堆垛机

Abstract

Themechanicalcomponentsusedinthedesignofelectromagneticvalve,stackingmachine,areplicamachine,gashandle,suchasmechanicalcontrol.Haveaprogrammablelogiccontrollerelectrical（PLC）,programmer,steppingmotor,steppermotordrives,DCmotor,photoelectricswitches,etc.components.Thesystemtoachieveautomaticreplica,automaticstacker,andthentherearemechanicalhandcartononthesheet,themechanicaloperationoftheprocessofhand-issuedtwo-wayprogrammablecontrollertothesteppermotorpulsedrive,horizontaldrive,respectively,verticalaxisofthesteppermotoroperation;DCmotordragoftherotatingbaseandthegripper;closetoswitch,microswitch,rotaryencoderpositionsignalwillbefedbacktothehostbythehostissuedadirectivetoachieveontheretractablearm,fromtoptobottom,rotationpositioncontrol;hostelectromagneticsignaltothepneumaticvalvetocontrolthegripperreleaseofZhangtaskobjects.Plasticpackagingtocompletethefinaltask.Thedesignchangesinaccordancewiththeworkpieceandthemovementtochangetherequirementsofprocess-relatedparameters,withagreatdealofflexibilityandmaneuverability.

Keywords:

PLC;Manipulator;flapmachine;Stacker

目录

第一章设计系统任务分析及选型1

第一节系统任务分析1

第二节几种常见的控制系统5

第三节控制系统确定7

第二章自动装箱设备的结构及工作原理8

第一节电机8

第二节包装机10

第三节电磁阀11

第四节光电开关及接近开关13

第五节定位器16

第六节自动翻版机的结构及原理16

第三章F1—40MR的基本结构及工作原理19

第一节F1—40MR的基本结构19

第二节F1—40MR的基本工作原理20

第三节F1—40MR的性能指标21

第四章F1—40MR可编程控制器指令及编程22

第一节PLC常用编程语言22

第二节F1—40MR的基本指令24

第三节可编程控制器型号的选择26

第五章PLC控制自动装箱系统设计33

第一节控制要求33

第二节流程图33

第三节梯形图35

第四节系统编程37

第六章PLC自动控制系统调试运行39

设计总结41

结束语46

参考文献47

致谢48

第1章设计系统任务分析及选型

第一节系统任务分析

板材自动包装系统包括方向校正装置、叠合装置、堆垛装置、机械手、装箱成箱装置、塑封装置和塑封热合装置。

系统工作时，先将单块的板材叠合成二块，堆垛装置将板材堆垛至指定数量，然后进行对齐，将箱体套在板材上，并用塑封装置对箱体进行塑封，最后进入烘箱对塑封材料进行热收缩，冷却后即可入库。

板材自动包装线具有多路独立的分流、翻板、堆垛，经包装段汇流，再进入塑封段完成包装任务。

系统工作循环过程所示：

起动

垛板设备控制系统

（一）概述

在金属带材连铸连轧生产线中，如果生产板材，需要按长度要求进行剪切、抛料和垛板。

由定尺送料辊和停剪组成定长剪切线，将带材剪成一块一块的板材，板材长度可调。

剪下的定长板材由传动辊道送到抛料辊，抛料辊快速地将板材抛到垛板台的可摆动托辊上，在汽缸的作用下，托辊下摆60°角，板材落到垛板车上。

用关电继电器进行检测，每抛一块料，计数一次。

托辊摆下，碰到行程开关后，迅速摆回到水平位置，接受下快板材，如此运行，周二复始，直至生产结束。

垛板有一个工位；即抛板计数满所需次数时。

根据生产的板材厚度，决定垛板小车自动换工位。

当一台垛板小车装满时，移出已垛好的板材，用天车吊走。

另一台垛板小车同时移入到垛板台下面，继续接受板材。

两台垛板小车连成一体，一台推出，则另一台必定移入。

在本设计中选用自动堆垛。

（二）垛板设备工作流程图

垛板设备工作流程图

机械手的控制过程

全部为PLC自动控制，按下起动按钮后，机构从“原点”开始，自动完成一个工作循环过程。

即机械手从原点开始下降到A点夹紧工件，带工件上升后右移下降松开工件，然后按原路返回“原点”。

再次按下按钮，完成下一次动作。

按上完成N个工作循环过程时，即将N个工件放进小车后，按下小车启动按钮，小车开始自动从B点移动到C点，完成装料卸料过程。

卸完料然后自动返回B点装料。

按下停止按钮，机构将停止操作

。

机械手工作循环过程所示

起动左限X404（SQ4）左行Y434

X400

（SQ2）右行Y433（SQ3）上限X402

上限X402右限X403

下降Y430

（SQ1）上升Y432

下限X401下限X401

ABB

夹紧放松

Y431接通Y431断开

工作过程：

梯形图主要由点动操作和自动控制组成,即总程序主要由点动操作和自动控制两个程序段组成。

1.点动操作点动操作梯形图中的第一逻辑行至EJP700逻辑行。

当工作方式选择开关置于”点动”位置时,X406常闭接点断开,执行点动程序段。

为安全起见,右移和左移只能在上限位置前提下进行,所以在梯形图相关逻辑行中串有上限开关X402常开接点。

夹紧或放松采用S或R指令。

右移和左移、上升和下降动作均有限位保护和互锁。

为减少按扭数量,着三种点动操作均用”起动”和”停止”按扭,用转换开关选定点动操作方式,见输入输出分配图.由于点操作和自动控制工作不会同时进行,所以在点操作和自动控制两段梯形图中,都使用Y430-Y434的线圈是允许的。

2.自动控制当工作方式选择开关置于自动控制诶制时,X407常闭接点断开,执行自动控制程序段。

自动控制工作过程说明如下:

在原点,机械手处于原点,上限位开关、左限位开关SQ4、液压,X402X404接通位寄存器数据输入端,使M100置”1”（接通）,Y435线圈接通,原点指示灯。

（1）下降按下起动按扭SB1,X400与M100接点接同位移寄存器唯一信号输入端,产生位移信号,M100的”1”态移至M101,M101接通Y430线圈,机械手执行下降动作.同时X402接点断开,.使M100置”0”（断开）,Y435断开,原点指示灯熄灭。

（2）夹紧当机械手下降至压倒下限位开关时,X401与M101闭合,产生移位信号,M102为”1”,M100-M101为”0”,M1001接点断开Y430线圈通路,停止下降；M102的接点接通M200线圈,M200接点接通Y431线圈,工作钳夹紧工件,同时定时器T450开始计时。

（3）上升当T450延时到1.7s，T450与M102的接点闭合，产生移位信号，M103为“1”，M100-M102均为“0”，M103接点接通Y432线圈，机械手把夹紧的工件提升。

因为使用s指令，所以M200线圈保持接通，Y431也保持接通，使机械手继续把工件夹紧。

（4）右移当机械手上升至撞到上限位开关SQ2时，X402X403接点闭合，产生移位信号，M104为“1”，M100~M103都置“0”。

M103接点断开Y432线圈通路，停止上升，同时M104接点接通Y433线圈通路，执行右移动作。

（5）下降机械右移撞到右限位开关SQ3，X403和M104接点接通移位信号，M105为“1”，，停止右移，同时，M105接点接通Y430线圈，机械手下降。

（6）松开机械手下降撞到SQ1时，X401与M105接点接通移位信号，M106置“1”，M100~M105置“0”。

M105接点断开Y430线圈回路，停止下降，同时M106接点接通2M200线圈，R指令使M200复位，M200接点断开Y431线圈回路，机械手松开工件并放于B点。

同时T451开始计时。

（7）上升T451延时1.5s，T451与M106接点接通移位信号，M107”为“1”，M100~M106置“0”。

Y432线圈被接通，机械手又上升。

（8）左移机械手上升至上限位时，X402与M107接点闭合，移位后，M110置“1”，M100～M107置“0”，Y432线圈回路断开，停止上升，同时Y434线圈闭合，左移。

（9）机械手回到原位当左移撞到SQ4时，X404与M107接点闭合，移位后，M100为“0”，Y434线圈回路断开，停止左移，同时M111置“1”，M111与X404接点接通移围寄存器复位输入端，寄存器全部复位。

此时机械手已经返回到原点，X402和X404又闭合，M100又被置“1”，完成了一个工作周期。

这样，只要再次按起动按钮，机械手将重复上述动作过程。

当按下停止按钮SB2时X405接点闭合，是移位寄存器复位。

机械手停止动作。

小车的工作循环过程：

起动装料（B点）右行X504右限X502

X500卸料（C点）

左限X501左行X505

从上图可见：

送料工作循环过程主要有7个动作，即：

原位翻版堆垛塑封

后退卸料前进小车装料

图1.1工作循环过程

第二节几种常见的控制系统

一可编程序控制器（PLC）、分散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）

上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新型的控制系统。

现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。

现场总线控制系统的出现，将给自动化领域带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。

在有些行业，FCS是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。

二PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点

目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。

它们各自的基本特点如下：

（一）PLC的基本特点

1.从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。

2.连续PID控制等多功能，PID在中断站中。

3.可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。

4.也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。

这比用PC机作主站方便之处是：

有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。

5.PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。

6.大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。

7.PLC网络如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。

8.主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。

（二）DCS或TDCS的基本特点

1.分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer，Control、CRT）技术于一身的监控技术。

2.从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。

3.PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。

4.是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。

5.模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。

6.一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。

7.DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。

8.缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。

9.用于大规模的连续过程控制，如石化等。

（三）FCS的基本特点

1.基本任务是：

本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。

2.全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。

3.用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心，取代每台仪器两根线。

4.在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。

5.多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。

6.是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。

7.用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。

8.由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。

9.局域网，再可与internet相通。

10.改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。

第三节控制系统确定

有以上的分析选用F1系列可编程控制器比较合理，F1日本三菱公司生产的F1系列PLC，设计合理，结构紧凑，体积小，重量轻，具有很强的抗干扰能力和负载能力及优良的性能价格比，应用广泛。

F1系列PLC型号的含义如下：

F1□□□□

输入输出总点数

电源电压类型

单元类型输出方式

单元类型：

M──基本单元

E──输入输出混合扩展单元

Ex──扩展输入模块

EY──扩展输出模块

输出方式：

R──继电器输出

S──晶闸管输出

T──晶体管输出

电源电压种类：

V──100/110V交流

E──220/240V交流

D──24V直流

由以上型号的含义结合plc自动控制的需要，选择以下型号：

F1—40MR表示F1系列，40个I/O点基本单位，继电器输出，使用直流电源，24V直流输出型。

计算所的机械手输入点数为12，输出点数为6，I/O点总点数为18，小车输入点数为7，输出点数为6，I/O点总点数为13

第二章自动装箱设备的结构及工作原理

第一节电机

一、电机及电机学概念

电机定义：

是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。

电动机也称电机（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。

它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。

二、电动机的种类

1．按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2．按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。

有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。

电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

3．按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

4．按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。

5．按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

6．按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。

调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。

在此主要介绍直流电动机

直流电动机

直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机，广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。

1、电磁式直流电动机由定子磁极、转子（电枢）、换向器（俗称整流子）、电刷、机壳、轴承等构成，电磁式直流电动机由定子磁极、转子（电枢）、换向器（俗称整流子）、电刷、机壳、轴承等构成。

电磁式直流电动机的定子磁极（主磁极）由铁心和励磁绕组构成。

根据其励磁（旧标准称为激磁）方式的不同又可分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。

因励磁方式不同，定子磁极磁通（由定子磁极的励磁线圈通电后产生）的规律也不同。

2、串励直流电动机的励磁绕组与转子绕组之间通过电刷和换向器相串联，励磁电流与电枢电流成正比，定子的磁通量随着励磁电流的增大而增大，转矩近似与电枢电流的平方成正比，转速随转矩或电流的增加而迅速下降。

其起动转矩可达额定转矩的5倍以上，短时间过载转矩可达额定转矩的4倍以上，转速变化率较大，空载转速甚高（一般不允许其在空载下运行）。

可通过用外用电阻器与串励绕组串联（或并联）、或将串励绕组并联换接来实现调速。

3、并励直流电动机的励磁绕组与转子绕组相并联，其励磁电流较恒定，起动转矩与电枢电流成正比，起动电流约为额定电流的2.5倍左右。

转速则随电流及转矩的增大而略有下降，短时过载转矩为额定转矩的1.5倍。

转速变化率较小，为5%~15%。

可通过消弱磁场的恒功率来调速。

4、他励直流电动机的励磁绕组接到独立的励磁电源供电，其励磁电流也较恒定，起动转矩与电枢电流成正比。

转速变化也为5%~15%。

可以通过消弱磁场恒功率来提高转速或通过降低转子绕组的电压来使转速降低。

5、复励直流电动机的定子磁极上除有并励绕组外，还装有与转子绕组串联的串励绕组（其匝数较少）。

串联绕组产生磁通的方向与主绕组的磁通方向相同，起动转矩约为额定转矩的4倍左右，短时间过载转矩为额定转矩的3.5倍左右。

转速变化率为25%~30%（与串联绕组有关）。

转速可通过消弱磁场强度来调整。

第二节包装机

一、包装机简介

包装机是一个产品生产和外包的机器的统称。

要分2个方面：

1、流水线式整体生产包装用于食品、医药、化工等行业的（袋装,瓶装）产品的灌装（添充）、封口机、打码。

主要包括：

液体（膏体）灌装机、枕式包装机、粉剂颗粒包装机等。

2、产品外围包装设备用于产品生产出来后的喷（打）生产日期、封口、缩膜等。

　主要包括：

灌装机、封口机、喷码机、打包机、真空机、收缩机、真空包装机等。

粉剂颗粒液体包装机介绍：

　a、立式制袋机主要用于小剂量（一般在1-150ml）的颗粒、粉剂、膏液体的制袋包装，它集制袋、灌装、封口、印码、切袋一体，自动化程度较高，该包装机用于包装农药、兽药、种子、中药、饲料、干燥剂、盐、味精、汤料、茶叶、洗发液、调味汁、油脂、脂膏、化妆品、农药、化肥、医药、兽药、面膜粉、奶粉等物料。

　b、粉剂颗粒称重包装机主要是单机设备或配半自动、自动生产线。

二、包装机的特别点

1.包装机械用途广泛：

　目前市场上：

食品、化工、医药、轻业都在使用（机械行业相对较少）。

2.具有使用方