基于PLC的自动封箱控制系统的设计论文Word格式文档下载.docx

基于PLC的自动封箱控制系统的设计论文Word格式文档下载.docx

《基于PLC的自动封箱控制系统的设计论文Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的自动封箱控制系统的设计论文Word格式文档下载.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

梁志华

指导教师 ：

申立副教授

完成日期 ：

2018年5月20日

基于PLC的自动封箱控制系统的设计论文

专业名称：

电气工程及其自动化作者姓名：

梁志华

指导教师：

申立副教授

论文答辩小组

组长：

孟祥丽

成员：

申 立

黄瑜珈

论文成绩：

目录

1绪论 3

1.1课题背景 3

1.2国内外自动封箱系统的发展概况 4

1.2.1国内发展概况 4

1.2.2国外发展概况 4

1.3设计目标 5

2自动封箱控制系统介绍 7

2.1封箱系统控制器的选择 7

2.2控制系统的组成 7

2.3技术方案 8

2.3.1控制系统开箱工作流程 8

2.3.2控制系统装箱工作流程 9

2.3.3控制系统封箱工作流程 10

3控制系统硬件设计 11

3.1I/O地址的分配 11

3.2PLC的选型 12

3.3其他硬件设备的选型 13

3.3.1传送带电机的选型 13

3.3.2气泵的选型 13

3.3.3交流接触器的选型 14

3.3.4电磁阀的选型 14

3.3.5行程开关选型 14

3.3.6光电开关选型 15

3.3.7熔断器选型 15

3.3.8热继电器选型 15

3.3.9急停开关选型 15

3.3.10开关电源选型 15

3.3.11触摸屏选型 16

3.4控制系统硬件接线 16

3.4.1主电路接线 16

3.4.2PLC外部接线 17

4控制系统软件设计 19

4.1编程软件介绍 19

4.1.1STEP7-MicrowinV4.0编程软件主界面 19

4.1.2编程语言的选择 19

4.2程序设计与调试 20

4.2.1系统程序框架图 20

4.2.2系统程序流程图 22

4.2.3控制系统的顺序功能图 23

4.3人机交互界面设计 24

4.3.1触摸屏界面设计 24

5结论与展望 31

参考文献 32

致谢 33

作者梁志华 指导教师申立副教授

（岭南师范学院信息工程学院，湛江 524048）

摘要：

本文介绍了基于西门子S7-200CPU226PLC的自动封箱控制系统的设计，包含了硬件和软件设计。

该设计主要采用了西门子S7-200CPU226PLC、三相异步电动机、电磁阀、行程开关和光电开关等电气设备。

该自动封箱控制系统能够实现以下功能：

（1）纸板开箱成型；

（2）纸箱封底；

（3）产品装箱；

（4）纸箱封顶。

关键词：

PLC，异步电动机，电磁阀，行程开关，触摸屏

ADesignofAutomaticSealingBoxControlSystemBasedonPLC

LiangZhihua

SchoolofInformationEngineering,LingnanNormalUniversity,ZhanJiang,524048China

Abstract:

ThisarticledescribesthedesignofanautomaticclosedcontrolsystembasedonSiemensS7-200CPU226PLC,includinghardwareandsoftwaredesign.ThisdesignmainlyusesSiemensS7-200CPU226PLC,three-phaseasynchronousmotor,solenoidvalve,limitsensor,photoelectricsensorandotherelectricalequipment.Theautomaticsealingandcontrolsystemcanrealizethefollowingfunctions:

（1）Cardboardunpacking;

（2）Cardboardbackcover;

（3）Productpacking;

（4）Cartonsealing.

Keywords：

PLC,Asynchronousmotor,Solenoidvalve,Limitsensor,Touchscree

1绪论

1.1课题背景

改革开放40年来，人民精神世界得到充实的同时，对物质生活的要求也越来越高，这就促进了商品市场的蓬勃发展。

而商品在生产到销售这一过程中包装商品是其中必不可少的步骤，所以为了应对这个时间就是金钱，效率至上的

商品化社会，这就对商品的包装技术提出了越来越高的要求。

而商品包装领域中纸箱包装封箱占了绝大部分，所以自动封箱机便应运而生。

与此同时，得益于工业生产技术不断提高和自动化器件的飞速发展，特别是随着自动化控制技术大规模的应用于工业生产中，商品的生产效率和产品质量得到很大的提高。

如上所说，现代化工业生产中商品的包装封箱是其中不可缺少的一个步骤，但是这个步骤如果由人工来完成的话，不仅会让工人觉得枯燥，而且包装的效率和质量得不到保证，特别是在人口红利逐渐消失的中国，这会极大的降低劳动生产率，增加生产成本，与现代化的工业生产不相匹配。

但是，如果把自动化控制系统应用于商品的包装封箱这一过程中，那样很多由人工生产带来的不利结果都能得到很好的解决。

自动化封箱机就是为了解决这一难题诞生的，它主要是采用胶带对纸箱进行封口，可完成上、下封箱动作，既可单机操作，也可以和工业生产流水线配套使用，主要应用于小件商品包装领域。

目前包装封箱机械竞争日趋激烈，使得封箱机械得以迅速发展。

同时封箱机械能够使用范围也越来越广泛，这样促进着封箱机械向多功能、高效率、动作高精度化、控制智能化发展[1]。

而且，未来的封箱机械如果能够使用人工智能作为控制系统，那么生产效率将得到质的提升。

1.2国内外自动封箱系统的发展概况

1.2.1国内发展概况

在20世纪80年代以前我国的包装封箱机械的发展非常缓慢，在这一领域基本上是一片空白，所以没有出现自动封箱系统。

在80年代后才开始引进国外封箱机，因此我国封箱机高中低档产品自动化水平差距大。

低档封箱机中，自动化产品平均约占销售额的3%～5%，大部分还是应用继电器控制，不应用变频器，应用国产低压电器产品，基本不应用人机界面。

中高档封箱机中自动化

产品平均约占销售额的8%～12%，普遍应用PLC、变频器、合资低压电器产品，部分应用人机界面[2]。

我国封箱机械大部分自动化程度不高，并且多数将开箱、装箱和封箱三部分分裂开来，没有组合成型。

未来我国封箱机械将朝着机电一体化、机械功能多元化、结构设计标准化和智能控制化这几个方向发展[3]。

1.2.2国外发展概况

国外的封箱机工业技术的发展大体经历了一下几个阶段：

简单机化、初级自动化、自动封箱机、计算机控制的高度自动化封箱机。

国外的自动封箱机技术起步较早，在产品的高效率、多样化和自动化等诸多方面都优于我国。

上世纪40年代中期，产品包装封箱机最早被应用于食品、卷烟和火柴等行业，英国和美国在食品行业上应用包装封箱机，这可以说是包装封箱领域的开拓者。

50年代，封箱机设计者把光电开关和电气开关应用于封箱机上，使其实现了初级自动化。

60年代，在封箱机上广泛采用了各种新型电子元件组成的控制系统，并采用机电一体化和气压传动技术，出现了真正意义上的自动封箱机。

70年代，得益于电子计算机的发展，把微型计算机应用于封箱机中，进一步提升封箱机的自动化水平。

进入80年代，各种新技术不断涌现使得封箱机的性能也不断提高，向着更高层次的自动化方向发展，使封箱的效率、可靠性和灵敏性得到提高。

国外的自动封箱机行业经过了70年的发展，早已形成了一个独立完善的发展体系，而且科学技术创新中心一直是欧美，这使得国外的封箱机能最快用上新技术，在世界包装封箱行业保持领先地位。

1.3设计目标

本次课题设计的是以PLC为核心控制器件的自动封箱控制系统，包含开箱、装箱和封箱三部分[4]，自动封箱机的结构图如图1所示。

图1自动封箱机机构图

自动封箱机的动作步骤如下：

（1）通电后，通过气缸和真空吸盘将纸板从料槽中吸出，在吸取拉出的同时将纸板开箱成型；

（2）将纸箱底盖按顺序折好，通过贴带器把箱底密封好；

通过贴带器将箱底密封好；

（3）通过机械手将产品放进封好箱底的纸箱中；

（4）将纸箱顶盖折好，通过贴带器将箱顶密封。

实现箱体底部和顶部的贴胶带动作的动力来源是传送带电机，该工作过程如下：

当传送带驱动着纸箱到达贴带器滚轮1位置时，纸箱压迫滚轮1，使滚轮前面的胶带和纸箱贴合并封箱，同时因为纸箱压迫到滚轮1，会使滚轮1、滚轮2和切刀退位，随着传送带带动纸箱不断向前，胶带也不断的封在纸箱上。

当纸箱后部离开滚轮1和切刀时，切刀架受小弹簧弹力作用，复位弹起，切断胶带。

当纸箱离开滚轮2时，滚轮2受弹簧力作用复位，使切断的胶带也贴在纸箱上，完成完整的纸箱封箱。

封箱胶带贴带器具体结构如图2所示。

图2贴带器结构图

该封箱控制系统的整个流程动作为自动完成，采用PLC+触摸显示屏控制，大大方便操作、减少生产成本，可以连续进行封箱操作，提高生产效率和封箱质量。

本次设计封箱控制系统的工艺流程如图3所示。

图3封箱工艺流程

2自动封箱控制系统介绍

2.1封箱系统控制器的选择

本设计中选用了西门子S7-200系列的PLC作为自动封箱控制系统的逻辑控制器件，之所以选择PLC作为封箱控制系统的控制器，是因为PLC控制和继电器控制、单片机控制相比，在工业控制领域有着独特优异性能特点。

毕竟PLC就是因为工业控制的需要而产生的，是面向工业控制领域的专用设备，具有以下几个特点。

（1）可靠性高，抗干扰能力强[5]。

PLC能在大部分恶劣的工业环境中按既定编好的程序运行下去，受环境影响不大。

（2）编程简单，使用方便。

PLC的梯形图编程语言因为很直观形象，所以容易上手，便于学习。

（3）控制速度快。

PLC控制要先编写程序指令，再通过程序指令控制半导体电路来实现控制，与继电器控制的机械触点的吸合断开相比，动作速度快了很多。

（4）可拓展性好，性价比高。

PLC因为是模块化集成的，所以想要增加输

入输出容量时很容易，直接外接输入输出模块就行了，省了很多继电器、计数器等功能元件，方便经济[6]。

2.2控制系统的组成

该自动封箱控制系统的主要任务是执行设定好的PLC程序，将一个纸板经过控制动作变成密封纸箱。

控制系统的控制动作主要包括:

纸箱吸箱、开箱成型、纸箱折底盖、纸箱封底、产品装箱、纸箱折顶盖、纸箱封顶。

为了满足控制系统要求，需要用到触摸屏、急停按钮、行程开关、接近开关和PLC等电气设备。

控制系统的控制原理如图4所示。