基于PLC的包装码垛机的控制系统设计讲解.docx

基于PLC的包装码垛机的控制系统设计讲解.docx

《基于PLC的包装码垛机的控制系统设计讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的包装码垛机的控制系统设计讲解.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于PLC的包装码垛机的控制系统设计讲解

毕业设计（论文）

毕业设计（论文）题目：

基于PLC的包装码垛机的控制系统设计

分校（点）：

青浦

年级、专业：

12秋机械电子工程

教育层次：

本科

学生姓名：

张春翔

学号：

122100004

指导教师：

陈根水

完成日期：

2014年12月11日

目录

内容摘要和关键词……………………………………………………………………I

AbstractandKeywords……………………………………………………………II

文献综述………………………………………………………………………………III

一、系统整体设计…………………………………………………………………………1

（一）系统结构简介…………………………………………………………………………2

（二）总体方案设计…………………………………………………………………………4

二、控制系统软件设计…………………………………………………………………5

（一）程序控制逻辑…………………………………………………………………………6

1.自动供袋控制逻辑…………………………………………………………………6

2.自动取袋控制逻辑…………………………………………………………………7

3.倒袋、输送控制逻辑…………………………………………………………………9

4.推袋、分层控制逻辑…………………………………………………………………10

5.升降机控制逻辑…………………………………………………………………11

6.托盘和跺盘输送机控制逻辑……………………………………………………12

7.托盘仓控制逻辑…………………………………………………………………15

二、系统硬件电路计………………………………………………………………………16

参考文献　………………………………………………………………………………17

附录　……………………………………………………………………………………20

致谢　……………………………………………………………………………………21

内容摘要

摘要

1960年左右在美国出现了巷道式码垛机，随后巷道式码垛机逐渐替代了受重量和跨度限制的桥式码垛机。

在亚洲地区日本在1967年就安装了高层码垛机，并且在1969年研制出全自动化仓库，我国是在上世纪70年代初期开始研究采用巷道式码垛机的立体仓库。

目前的码垛机技术取得了重大的发展，控制技术、定位精度、运行速度都得到了很大程度的提高。

巷道式码垛机的起升和运行速度都比较快分别为90m/min2与40m/min，在有的立体仓库中使用巷道码垛机进行工作的方法主要是上下两层同时使用，这样能够提高工作效率。

包装码垛自动生产线的使用范围比较广泛，无论是在工业还是农业生产中都在使用。

它的主要特点是方便用户储存、运输、销售，全自动包装码垛生产线的组成部分主要包括自动定量包装机、自动上袋机组、封口系统、倒袋机、金属检测机、重量检验机、检选机、喷墨打印机、码垛机等。

在只安排少数工作人员的情况下只需要通过编程就可以实现对整个生产线工作过程的有效控制，生产线在工作过程中如果发生故障设备自己会通过声光进行报警。

这种设备的优点主要包括对工作人员的要求低、运行过程安全可靠、维修简单等。

关键词：

控制系统,包装码垛生产线,可编程序控制器

Abstract

1960intheAmericanappearedtunneltypestackingmachine,thenthetunneltypestackingmachineisreplacedbythebridgetypestackingmachineweightandthespanlimit.In1967Japaninstalledhigh-risestackerheightis10~15meters,appeared1969onlineautomaticwarehouse,Chinaisintheearly70'softhelastcenturybegantostudytheuseoftunneltypestackingmachineforstereoscopicwarehouse.Palletizingmachinetechnologyatpresenthasmadesignificantdevelopment,controltechnology,positioningaccuracy,speedhasbeenimprovedtoalargeextent.Tunneltypestackingmachineliftingspeedcanhaveachieved90m/min,runningspeedof240m/min,themethodinsomewarehouseadoptstwolayers,respectively,withtheroadwaystackerhandlingoperationsimprovestoragecapacity.

Applicabletothepetroleumchemicalindustry,chemicalfertilizer,grain,portetc..Theautomaticpackingandpalletizingline,convenientfortheusertostore,transportandsales,fullautomaticpackingandpalletizingproductionlineismainlycomposedofanautomaticquantitativepackingmachine,automaticbagunit,sealingsystem,bagmachine,metaldetector,theweightinspectionmachine,pickingmachine,inkjetprinter,palletizingmachinesunit.Automaticcontrolbyprogrammablecontrollerfortheentireproductionlineworkprocessesinthescheduleonlyasmallstaffofcircumstances,thefaultandthefeedingofoperationprocessisinsufficientforbags,nottimely,palletizingnotintime,soundandlightalarm.Thedevicehastheadvantagesofsimpleoperation,reliableoperation,convenientmaintenanceetc..

Keywords:

Controlsystem;packingandpalletizingproductionline,;programmablecontroller

文献综述

可编程控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。

自上个世纪七十年代以来由于受到计算机、集成电路发展的影响，PLC就是在这种情况下产生的新型工业设备控制器。

与传统的控制设备相比它的优点主要有功能强大、可靠性比较高、操作简单、占用空间小等，随着生产的发展它目前已经被广泛应用与各个生产领域，并得到好评。

针对包装码垛生产线，设计了一种通过采用PLC进行控制的全自动包装码垛生产线。

它能够实现对整个生产线的全自动化控制。

实际运行结果表明，该控制系统可靠、稳定，实时监控能力强，能满足实际生产需要。

包装机械在社会生产中的使用范围比较广泛，无论是在工业生产中还是在农业生产中这种机械都被广泛使用。

近几十年来在科技进步的影响下，生产力发展水平也得到迅速提高，劳动力不断地从生产中被解放出来，自动化的生产设备受到了广泛欢迎。

在这种情况下关于包装生产线上包装袋的搬运问题的研究受到了人类的重视。

进入二十一世纪以来，随着我国加工制造业的不断发展，包装码垛机械在生产中发挥的作用日益强大，对国民经济的发展产生了重要影响。

由于历史和现实原因的影响我国的工业发展水平比较低，包装机械的发展和发达国家相比还存在一定的差距。

解放后轻工业有了一定程度的发展，但并没有形成完整的产业链。

改革开放以来随着国民经济的发展，我国对于包装设备的研究已经取得了一定的成果，技术水平不断提高产品的种类不断增加，产量也得到了大幅度提高。

目前我国的包装机械工业得到迅速发展，在整个国民经济发展中占据重要地位。

基于PLC的包装码垛机控制系统设计

1、系统整体设计

目前我国的包装设备生产企业在实际发展中还存在着许多不足之处，主要问题有专业化生产水平低，除沿海地区的企业进行专业生产其他的大多数都是兼业生产。

长久以来包装生产线的自动化水平还比较低，只能实现包装还不能实现全自动的生产，对于劳动力数量的要求还比较高。

鉴于各国均有类似的情况下，将PLC可编程控制设计程序应用在工业机器人上，通过不断的实践摸索，逐渐形成了完善的包装设备运行体系，并在工业及生产运用中不断的完善。

一、系统结构简介

包装码垛自动生产线是一个典型的机电一体化系统。

全自动包装重袋码垛生产线的组成部分主要包括自动称量包装机、全自动上袋机、自动缝纫封口机、重量检测机和全自动码垛机等。

整条生产线可实现对散状物料的自动称量、包装、码垛作业。

 应用范围广，适用于各种包装袋的堆垛需求。

自动化程度高（全自动压平、全自动转袋、全自动分层编组）。

所有包装袋的袋口朝里，垛形美观、牢固。

较传统的人工码垛效率高，节省了人工投入。

可适应多种材质和尺寸的托盘。

结构合理，设备稳定性高.该包装码垛机自动控制系统集中了PLC、传感器、电机驱动、气动等先进技术，系统运行稳定可靠，码垛速度快，垛型整齐、美观。

系统结构如图1.1所示。

1、吸袋装置2、供袋装置3、取袋装置4、横进装置5、下料装置

6、吸袋7、折边机8、缝纫机9、金属检测及重量检测装置

10、转位11、光电开关12、行程开关13、码垛机

图1.1系统结构图

（一）工艺流程

包装码垛机可自动将来自工厂的物料称重、封口，随后执行设定好的PLC程序将物料自堆码，使物料堆码后利用搬运和输送。

其工艺流程图如图1.2所示。

图1.2工艺流程图

1.称重单元

物料自储料斗将物料放入包装秤的给料装置，如果秤斗中的物料重量达到最初设定的标准时，称重端就会发出信号，这时给料装置就会自动停止加料，随后电子包装秤等待装袋机的投料信号。

称重单元流程如图1.3所示。

图1.3称重单元

2.包装单元

包装单元的工作流程是一旦自动装袋机完成上袋之后，称重箱就会自动打开卸料翻门把称重箱内的物料投入到包装袋中之后装袋机就会张开夹袋器，最后包装袋经过整形设备与立袋输送设备的作用而进入到自动折边机，当缝口机旁边的光电开关检测到包装袋后，缝纫机开始工作，缝合包装袋，包装单元流程如图1.4所示。

图1.4包装单元

3.输送检测单元

包装袋经过倒袋整形机进入金属检测机及重量复检机，合格的包装袋则顺利通过自动捡选机，再经喷墨打印及输送设备，将包装袋输送到码垛单元。

输送检测单元流程如图1.5所示。

图1.5输送检测单元

4.码垛单元

转位机根据码垛工艺要求将料袋依次按PLC内设定好的码放形状循环做转位处理，最后由码垛机将包装袋堆码到托盘上，一垛的层数由事先设定的数值决定。

当码垛盘码满时，输送系统将码垛盘输送至指定地点，等待下一步输送过程。

码垛单元流程如图1.6所示。

图1.6码垛单元

（二）总体方案设计

包装码垛自动生产线的组成部分主要包括动力系统、机械结构、计算机控制、传感器技术与执行元器件等。

其中生产线是由包装与码垛构成的，这两部分所包含的机械设备主要有自动定量包装机、自动上袋机、封口机、倒袋机、金属检测机、重量检验机、拣选机、码垛机等。

通过PLC可以实现对生产线的自动控制，如果生产线在生产过程中发生故障系统将会自动报警。

PLC控制系统对整个生产线的运行发挥着至关重要的作用，所以整个控制系统必须具有可靠性高、能力强的特点，这样才能对生产线的平稳运行提供保障。

工作原理框图如图1.7所示。

图1.7原理框图

二、控制系统软件设计

一编程软件概述

S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。

STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，具有功能强大的特点，它的主要作用是用来开发程序同时也可以对程序的运行进行有效监督。

加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作。

STEP7-Micro/WIN32的基本功能是协助用户完成开发应用软件的任务，例如创建用户程序、修改和编译原有的用户程序，在对程序进行编辑过程中编辑器能够自动检查程序的语法是否有误。

另外，它的功能还包括对程序文档进行加密管理。

对于PLC的工作方式、参数与运行监控，也可以通过这种软件来实现。

二程序控制逻辑

包装码垛自动生产线控制系统可分为供袋、取袋、装袋、折边和封口、倒袋和输送、金属检测和重量检测部分、转位和编组控制部分、推袋和分层部分、升降机控制部分、托盘和垛盘输送机控制部分、托盘仓控制部分，之间通过联锁来进行整个系统的控制。

（一）自动供袋控制逻辑

自动供袋机是由供袋器、吸袋器、袋子传送器、接袋器、取袋器等部件组成。

程序开始执行时，垂直气缸下降同时吸袋真空装置接通开始运行，系统开始检测吸袋真空装置的真空值是否达到设定的限度，如达到则吸盘开始吸住包装袋。

吸住后吸袋气缸开始缓慢上升直到达到系统设定的上限，如果没到设定的值则继续吸起袋子。

当吸袋气缸完成运动后。

倾斜气缸开始运动准备将袋子送入供袋辊子，在这过程中倾斜气缸会检测袋子是否达到倾斜限位，如果未达到则继续运行吸袋动作。

当上述运动都完成时各气缸复位吸盘断真空，所有动作将等待再次运行。

自动供袋控制流程图如图2.1所示。

图2.1自动供袋控制流程图

（二）自动取袋控制逻辑

自动取袋装置运行时，袋子就会被放在斜托板上面，这个时候横进装置就会自动到达生产线上相应的位置，触发磕头装置倾斜，是通过控制限位开关来实现的，同时触发真空电磁阀，实现真空吸袋，延时后，吸住袋并磕头装置立起，斜托板上升回到原来位置，完成整个取袋动作。

自动取袋控制流程图如图2.2所示。

图2.2自动取袋控制流程图

（三）自动装袋控制逻辑

在送袋、开袋、装料装置进行运动时，首先开袋、抱板和大夹子都位于张开的位置，横进装置逐渐的向包装线取袋的位置移动，到达预定位置之后抱板和大夹子就会闭合。

在横进装置向包装线装袋位置移动过程中是通过限位开关来进行控制的，在夹辊气缸工作的时候触发抱板和大夹子会把装满料的袋子运送到输送带上来完成夹送动作。

上述动作完成之后卸料门打开开始进行装袋，之后卸料定时器开始工作，并且设定各个工作的具体时间，在完成工作的三分之二的时候拍打扮就会进行上升运动，把货物拍打结实。

到达系统设定的时间之后，放料们就会关闭，自动装料工作结束。

系统运行时这个动作过程反复重复。

自动装袋流程图如图2.3所示。

图2.3自动装袋控制流程图

（四）折边、封口控制逻辑

码垛机横进装置在开始工作时会主动移动到自动装料的位置，在运动过程中进行减速到达原先设定的位置上，这时送料程序开始准备工作首先抱板和夹子加紧缩口夹子就会自动张开。

在送袋、开袋、装料装置进行运动时，首先开袋、抱板和大夹子都位于张开的位置，横进装置逐渐的向包装线取袋的位置移动，到达预定位置之后抱板和大夹子就会闭合。

在横进装置向包装线装袋位置移动过程中是通过限位开关来进行控制的，在夹辊气缸工作的时候触发抱板和大夹子会把装满料的袋子运送到输送带上来完成夹送动作。

之后卸料门打开,装袋工作开始进行。

系统运行时这个动作会反复进行。

图2.4就是折边缝口的工作流程图。

图2.4折边、封口控制流程图

（五）倒袋、输送控制逻辑

料袋是通过缝口机到达倒袋输送机的，如果光电开关扫描到料袋之后，倒袋气缸就会自动把料袋放倒，这时料袋就会随传送带到达整形区域，此时倒带气缸复位并等待下一个料袋，系统运行时这个动作过程反复重复。

倒袋、输送流程图如图2.5所示。

图2.5倒袋、输送控制流程图

（六）金属检测、重量检测控制逻辑

料袋通过倒袋整形机进入金属检测机及重量复检机，自动捡选机自动剔除检验不合格的料袋，经过自动捡选机选择之后合格的料袋经过后续的处理就成为了合格的产品，之后就会被运送到码垛区域进行储存。

系统运行时这个动作过程反复重复。

金属检测、重量检测流程图如图2.6所示。

图2.6金属检测、重量检测控制流程图

（七）转位、编组控制逻辑

转位输送机的组成主要包括输送机、料袋转位机构两部分。

它的主要任务是把料袋按照预定的标准进行运送与转位，为下一步工作做准备。

转位输送机的工作主要是通过光电信号进行控制的，最终实现料袋的转位，转位工作完成之后必须要保证垛形的美观与整齐。

在料袋转位到转板下面时，控制系统会发出信号，转位机就会根据预先设定的指令进行工作，把料带转位到预定的角度。

然后进行下一步的工作。

编组机在进行工作时必须要满足货物具体的摆放要求。

料袋完成转位之后，系统会自动进行下一步的工作，直到料袋的摆放达到预定的标准。

转位、编组流程图如图2.7所示。

图2.7转位、编组控制逻辑流程图

（八）推袋、分层控制逻辑

在推袋、分层装置开始工作时，编组机的信号处于满格状态就会完成推袋任务。

然后，料袋被送到分层机上进行整形同时压袋机把袋向下压。

如果托盘位于分层码垛机的位置上，分层级就会自动打开，升降机做下降运动。

压袋机到达预定的位置时，升降机就会停止下降。

如果分层机处于闭合状态说明分层机内没有料袋，压袋机处于初始位置。

推袋、分层流程图如图2.8所示。

图2.8推袋、分层控制流程图

（九）升降机控制逻辑

升降机的组成部分主要包括升降台、传动机构、配重体三部分。

升降机的主要作用是控制系统进行工作，并根据分层机的计数结果来确定是否进行排垛操作，最终完成升降机的任务。

剪叉式升降机进行工作时主要依靠剪刀式支撑架来完成相关的操作，它的动力来源主要是根据油缸的前后移动来带动剪刀的工作。

升降机控制流程图如图2.9所示。

图2.9升降机控制流程图

（十）托盘和垛盘输送机控制逻辑

在托盘仓控制系统进行工作的时候，如果托盘仓中没有物料设备就会进行声光报警。

托盘仓在工作时先要移动一段距离才能打开托盘叉，然后继续进行移动直到预定位置，限位开关闭合之后运动停止。

等到托盘仓下降时,降到托盘仓中位时,托盘叉合上,托盘仓继续下降,直至到达底部，底部限位开关闭合，停止运动。

托盘、垛盘输送流程图如图2.10所示。

图2.10托盘、垛盘输送机控制流程图

（十一）托盘仓控制逻辑

如果托盘仓中没有物料，系统将发出警报。

托盘仓侧面安装的操作闸可随时启动升降动作。

托盘仓在进行上升运动时，如果运动到预定的位置时托盘叉会自动打开，然后托盘仓继续进行上升运动直到顶部。

托盘仓进行下降运动的时候，运动到托盘仓中间位置时托盘叉会自动合上，之后托盘仓继续运动直到最底部。

在这种情况下就可以把空托盘放在设定的位置上。

托盘仓控制流程图如图2.11所示。

图2.11托盘仓控制流程图

3、控制系统常见问题

（

（一）、机械故障

顾名思义，设备硬件坏了，需要机械工维修或者换部件。

如何判断：

打开PLC程序，在上位启动命令发出的情况下，先确定指令是否在PLC端已输出，一般PLC模块有相应通道指示灯会亮，再用万用表量现场是否有电送过去，直到确认完电已送到现场设备，设备还没动作，那么基本可以确定是设备的问题，找机械工修设备即可。

（二）、线路故障

即一次或二次线路开路或短路。

如何判断：

同上（打开PLC程序，在上位启动命令发出的情况下，先确定指令是否在PLC端已输出，一般PLC模块有相应通道指示灯会亮）再用万用表量现场是否有电送过去，如果没有电送过去，就要结合一次供电图和二次设备控制原理图进行查线，此处要充分消化图纸。

（三）、PLC输出模块故障

同上（打开PLC程序，在上位启动命令发出的情况下，先确定指令是否在PLC端已输出），一般PLC模块有相应通道指示灯会亮，如果指示灯不亮，此模块该通道坏了或者此模块坏了，可以先换个通道确认一下。

（四）、PLC通讯故障

即PLC的CPU和远程站间的通讯不稳定或者断路。

一般PLC通讯模块坏了或者通讯错误都会在模块上有指示灯显示，可以参考各家PLC厂家相关说明书来确定故障。

如果PLC通讯模块没坏，基本上多一半的问题都是通讯头的问题，可以把相关的通讯头重新做一下，另外要尽可能通讯线缆跟动力线缆分开，通讯网络距离较长最好使用光纤，如果没有做光纤的设计，终端电阻和有源终端等该加的还是要加的。

（五）、PLC内部逻辑错误

同上打开PLC程序，在上位启动命令发出的情况下，先确定指令是否在PLC端已输出，如无输出，即为PLC编程逻辑有错或有一些条件没达到，可在线分析下。

四、系统硬件电路设计

一、PLC的简介

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它的定义是可编程的存储器，主要作用是用来储存程序，并且含有各种满足用户操作的指令，能够采用数字或者模拟式来进行程序的输入和输出，通过这种方式来控制生产运行。

在整个加工过程中PLC的作用就类似于人的大脑，运行的程序就类似于人类所掌握的技能。

工作的机器和人的身体类似，主要用来完成各项指令。

电，气，液等就相当于人的肌肉与神经，PLC发出指令，通过电，气，液等将能量传给机器，机器就执行。

电控系统的核心部分包括可编程PLC、检测元件、操作面板、控制元件和执行元件，其中检测元件主要以各类传感器为主，操作面板是由各种开关按钮组成，控制元件主要是各种连接电器组成。

二、PLC的主要特点

（一）、体积小、重量轻、功耗低、维护方便。

PLC的输入/输出端子能够直接地反映现场信号的变化状态，如内部工作状态、同信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，极大地方便了维护人员查找故障，缩短了对系统的维护时间。

（二）、使用时操作比较简单，对操作者在计算机方面的知识没有要求，操作者只需要画出简单的梯形图、逻辑图就可以进行编程操作，另外它还具有开发周期短，调试简单的特点。

（三）、PLC设备在进行安装和维修时比较简单。

PLC设备对于工作环境没有太高的要求，在一般的生产环境中都可以使用，在使用时只需要把设备进行连接进行编程就可以工作。

另外在PLC设备上都有明确的指示装置，方便设备运行时发生故障能够快速的解决保证生产的正常进行。

（四）、PLC设备在工作时不易受到外界的干扰，工作稳定稳定性要高于同类设备。

它的抗干扰能力强主要是因为设备具有隔离与滤波的功能。

供应商通常会提供抗干扰的配件，使PLC运行的稳定性大大提高的同时不