基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计 - 图文(2)

的中间继电器、定时器、计数器等一些器件，所以硬件安装上的工作量相应减少。

PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。这样就可以避免可能在现场会出现的一些问题，从而缩短调试周期。

在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或编程器等很容易地找出故障的模块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。

（5）网络功能强大

PLC具有强大的网络功能。PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。

这样，PLC就可以组成范围很大的控制网络，整个工厂，甚至整个系统都可以实现自动化，从而提高生产的效率。

（6）体积小、重量轻

由于PLC内部电路主要采用微电子技术设计，因此它具有体积小、重量轻等特点。

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1.1.3 PLC的应用

可编程控制器是“专为工业环境下应用而设计的”工业控制计算机，由于其具有很强的抗干扰能力，很高的可靠性，能在恶劣环境下工作的大量的I/0接口，因此，伴随着新产品、新技术的不断涌现，始终保持着旺盛的市场生命力。可编程控制器的出现，除了取代传统的继电器控制外，正在逐步占领DCS和PID市场份额。国际市场:当今世界的PLC生产厂家约200多家，生产400多种PLC。全球最大的5家PLC制造商，德国SIEMENS公司、美国A-B公司、SCHNEIDER公司、日本的MITSUBISHI公司、OMRON公司、三菱公司约占全球市场销售额的67%。我国对可编程控制器的研制始于1974年，目前全国有几十个生产厂家，但产品多为128个开关量I/O点以下的小型机。我国应用PLC还处于初级阶段，而且局限于钢铁、化工、汽车、机床、煤炭、电站等领域，其它行业的应用尚未普及，中国尚有广阔的应用领域等待开拓。我国90%的PLC市场由国外占领，中、大型PLC中，几乎100%是国外产品，以美国MODICON公司、GE公司、西德SIEMENS，日本富士公司为主。我国的饮料包装设备在许多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果。

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1.1.4 PLC控制系统发展趋势

PLC具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世界PLC生产厂家约为200家，生产300多个品种。作为控制装置，它在许多工业领域都得到广泛的应用。随着微处理器技术和现代通信技术的发展，PLC也

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得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。PLC的主要发展趋势主要表现在以下几个方面。

（1）高速度、高I/O容量、功能强大

随着CPU处理速度的提高，PLC程序执行的速度也越来越快；大规模和超大规模集成电路的发展，相应地使I/O的容量也得到增加；智能模块的增加，使PLC能够实现的功能越来越多。

（2）强大的PLC联网能力

随着人们对工业自动化的要求越来越高，人们已经不再满足对几个设备、几条生产线的PLC控制，而是要求实现对全工厂的自动化，所以提高PLC控制系统的网络功能成为PLC的发展趋势。以后人们不仅能通过通信模块进行PLC与PLC、PLC与上位机之间的连接，还能通过拨号或者无线的方式使PLC联网。

（3）编程软件多样化

PLC的梯形图语言、助记符语言和功能模块语言虽然使用方便，而且也能很好地实现控制要求，但是在处理一些高级功能（复杂运算、报表生成和打印等功能）时存在明显的不足，所以就要求高级语言（BASIC、C、FORTRAN等）、图形语言、汇编语言兼容。这样不仅可以通过梯形图语言、助记符语言和功能模块语言来编写程序，也可以通过高级语言来编程。

1.2 包装码垛自动生产线的发展

包装码垛自动生产线属于工业机器人。工业机器人是在第二次世界大战期间发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手。工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多关节的操作机。它可以是固定式或移动式的，用于工业自动化作业中。工业机器人与其它专用自动机的主要区别在于，专用自动机是适应于大量生产的专用自动化设备，而工业机器人是一种能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化设备。包装码垛生产线是机电仪一体化高技术产品，适用于化工、粮食、食品及医药等行业。它可实现对粉、粒、块状物料（如塑料、化肥、合成橡胶、粮食等）的称重、供袋、装袋、折边、封袋、倒袋整形、金属检测、重量复检、批号打印、转位编组、码垛、托盘和垛盘的输送等作业全部实现自动化。通过可编程控制器，对整个生产线的工作过程进行自动控制，对运行过程中出现的故障或供料不足，供袋不及时、出垛不及时等，进行声光报警。该设备具有操作简单，运行可靠，维修方便等优点。根据用户要求，配上通讯接口和打印机，有打印日、月累计报表的功能。还可与上位机或触摸屏连接，对包装码垛自动生产线实现实时监控、远程诊断和网络化管理。包装码垛自动生产线以PLC为控制核心，以键盘、按钮或触摸屏为输入设备，PLC通过总线进行通信，完成对各电机转速、转向及各个接触

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器、中继器等的控制。包装码垛生产线简单地讲，它是由包装机械和码垛机械组成的，其中的主要部分还是包装机械，码垛机械是从包装生产在线分离出来而发展起来的。其流程图如图1-1所示。

来自 主厂 房的 物料 传感 器称 重料 斗 ［6］

电子 称重 封 口 机 码垛 系统 仓 库

图1-1 包装码垛生产线流程图

1.3 课题主要研究内容

随着科学技术的迅猛发展,生产力水平的不断提高,人们对降低劳动强度、改善工作环境日益重视起来。石油化工、煤化工、化肥、粮食、港口等行业对包装质量和劳动效率的要求也日益提高,从而促进了这些企业的现代化改造。而传统的人工包装由于其生产效率低下而成为这些行业产量和包装质量提高的巨大障碍,已不能满足现代化大生产的需要。因此对包装码垛自动生产线的应用研究具有重大的经济意义和现实意义。本课题主要研究PLC在包装码垛生产线自动控制系统中的应用。

该课题主要完成以下四个方面的工作: (1)掌握PLC控制原理及编程；

(2)熟识包装码垛生产线的工艺过程及动作流程； (3)PLC控制系统的软、硬件设计； (4)包装码垛生产线的程序调试。

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第2章 包装码垛自动生产线机械系统的工作原理

2.1 概述

本课题所设计的包装码垛自动生产线是一个典型的机电一体化系统。机电一体化技术又称机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。机电一体化系统通常由五大要素构成，即动力源、传感器、机械结构、执行组件和电子计算机。全自动包装码垛生产线是集机、电、仪于一体的高技术产品，它主要应用于化工、粮食、食品及医药等行业中的粉、粒、块状物料(如塑料、化肥、合成橡胶、粮食等)的全自动包装，即对包装过程中的称重、供袋、装袋、折边、封口、倒袋整形、批号打印、检测、转位编组、码垛、托盘和垛盘的输送等作业全部实现自动化。

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2.2 包装码垛自动生产线系统组成

包装码垛自动生产线主要由以下各部机组成如图2-l所示:

1.全自动电子定量秤2.平台3.自动供袋机4.自动装袋机5.夹口整形机6.自动折边机7.自动缝口机8.立袋输送机9.倒袋整形机10.金属检测机11.重量复检机12.自动捡选机13.喷墨打印机14.过渡输送机15.斜坡输送机16.压平整形机17.托盘仓18.转位输送机19.托盘输送机20.编组机21.推袋压袋机22.升降机23.分层码垛机24.高架平台25.垛盘输送机26.码垛机控制柜27.包装机控制柜28.电子秤控制柜 29.DCS控制系统30.真空系统31.除尘系统

图2-1 包装码垛自动生产线

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2.2.1 全自动电子定量秤的组成和工作原理

全自动电子定量秤是包装机起始部机，其作用是完成物料的定值称重、投料等作业。本生产线采用净重式电子称重方式，这样称量结果不受容器皮重变化的影响，称量精度高，同时采用双秤交替的运行模式。给料系统采用气动控制的二级投料方式，即全自动电子定量秤进入自动运行状态后,称重控制系统打开给料门开始加料，该给料装置分为粗给料状态、细给料状态两级给料方式；首先粗给料门完全打开，当到达给定粗给料重量时，关闭给料门，留一条狭缝,进入细给料状态。当到达给定细给料重量时,完全关闭给料门，经过一定的空中落料,称量斗稳定,并且卡袋机构卡紧时,卸料门打开,物料进入放料斗,再落入袋内,给料结束。

2.2.2 自动供袋机的组成和工作原理

自动上袋机组包括：自动供袋、自动取袋、自动夹袋与上袋、自动开袋、自动送袋等机构,以及气动系统、真空系统、光电检测装置和电气控制系统。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。供袋机为装袋机提供空包装袋，操作人员将空包装袋放置在给袋器上后，其余的动作均由设备自动完成。该部机采用双盘自动切换工作方式，每盘可存储200个以上空袋(编织袋或纸袋)，取袋时配有真空检测系统。空袋的放置情况由检测装置进行检测。带有真空吸盘的吸袋器从供袋器上把包装袋吸住，然后向上提升到位后，传送给传送器。传送器将袋子输送到供袋机的斜板上。在导向板、接袋器、吸盘和光电开关的作用下，确保包装袋在斜板上保持正确的位置和形状。取袋器捡起斜板上的包装袋，在取袋器四连杆的作用下，包装袋定位在包装机的中心在线，等待装袋机将包装袋取走。

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2.2.3 自动装袋机的组成和工作原理

自动装袋机是由过渡料斗、取袋开袋夹送装置、翻门缩口装置、机架等构成。过渡料斗是装袋机联接全自动电子定量秤的过渡装置，它可以存储一袋物料，提高全自动电子定量秤的称重速度，减小物料落差，降低粉尘产生量，利于除尘，同时保证物料顺利地导入装袋机并防止装袋机产生的振动传递到全自动电子定量秤上。取袋开袋夹送装置将自动供袋机的取袋器取好的袋子夹住，开袋吸盘吸住袋子的两面，在主气缸推动下送到翻门缩口装置的下面并将袋口拉开(此动作是和翻门缩口动作同时进行)为填装物料做准备，同时将己装好物料的料袋送到夹口整形机内。在主气缸行程两端安装有缓冲器，使主气缸在行程端点得以缓冲并使装袋机振动减轻。翻门缩口装置将送过来的料袋通过夹袋手爪夹住袋子的两上边，通过缩口动作收缩袋口(此动作与开袋动作同时进行)使翻门插入袋口，并在检测系统检测到料袋位置正确后向全自动电子定量秤和过渡料斗发出卸料请求指令，

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