基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计 - 图文(3)

投下物料，完成装袋。每次装填完物料后翻门关闭，夹袋手爪将袋口绷紧，松开，放到输送机上，再由取袋夹送装置在取袋的同时夹送到夹口整形机内。

2.2.4 转位输送机的组成和工作原理

转位输送机是由输送机和料袋转位机构组合而成。它是将缓停机送来的料袋按预定的编组程序对料袋进行输送和转位。料袋的转位是通过光电信号控制转位装置，在料袋输送过程中使料袋实现90°的转位。料袋所需回转的角度是以保证料袋口向内为准，从而能够保证垛形整齐、美观。转位机构由机架、转位电机、转轴、转体、夹紧气缸、夹板等组成。当料袋按工作程序要求实现转位时，夹紧气缸伸出，带动夹板将料袋夹住，转位电机带动转轴、转体使料袋旋转90°，当料袋不需转位时，气缸将夹板收回，夹板不挡料袋。

2.2.5 编组机的组成和工作原理

编组机是码垛机组中的重要部机之一，对提高码垛质量和速度起到关键的作用。编组机主要由输送机、缓停板、前挡板及左右挡板组成。编组机的工作原理是将转位输送机送来的料袋按码垛要求实现2-3编组和3-2编组，即垛型每层为二袋竖、三袋横或三袋横、二袋竖并交替进行。当位于输送带入口处的光电开关检测到一个料袋到来时，立即启动减速电机将料袋向前拖动到预定距离，而后停止运转。在下一个料袋到来时，光电开关又重新启动电机重复上述动作。当完成二袋竖放或三袋横放时，推袋装置便把这组料袋推到缓停板上暂存。如果计数达到一层(二袋竖加三袋横或三袋横加二袋竖)时，推袋装置就将二部分料袋一起推到码垛区。由于缓停板的设置减少一次来回推袋的时间，从而提高了码垛效率。

2.2.6 推袋压袋机的组成和工作原理

推袋压袋机主要由传动机构、推袋小车、导轨、压袋机支架、压袋框等机构组成。推袋压袋机是将已编组的料袋组推至缓冲区或码垛区，并在分层码垛时对一层料袋进行五面整形，使垛形保持良好。当料袋进入压平输送机和压平装置时,上下皮带将料袋向前输送的同时,压整装置本身重量的一部分作用在料袋上,使袋内物料分布均匀。推袋机完成一个推袋的全过程是分两次进行的，第一次是将编组机输送带上的半层料袋(二袋竖或三袋横)推至缓停板上后，推料小车退回原位，第二次将另一半层料袋连同缓停板上的半层料袋全部推到码垛区。整个推袋过程都是在位置信号控制下进行的，即其各段行程的运行速度是不同的，从而保证了码垛质量和工作效率。

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2.2.7 分层码垛机的组成和工作原理

分层码垛机是由滑板机构、整形装置和端挡板组成。料袋在编组机上排列好后,通过推袋机将料袋推到分层机上,分层机先通过整形板对已编组的料袋组进行整形，然后，分层机再将整形后的一层料袋投放到升降机上的托盘上，完成一层料袋的码垛。

2.2.8 升降机的组成和工作原理

升降机主要由升降平台、传动机构和配重体组成。升降机是在码垛过程中完成对空托盘的提升和对垛盘逐层下降以进行码垛的设备。剪叉式升降机是靠剪刀式支承架的展开与折迭来完成货物平台的升降，其动力是通过油缸的伸缩来推动剪刀的展开与折迭。

2.2.9 托盘仓的组成和工作原理

托盘仓主要由机架、叉板、主气缸、光电开关组成。托盘仓用来储存一定数量的托盘,根据需要及时准确地将托盘分配给托盘输送机确保生产线能连续工作。托盘输送机将托盘仓中存储的托盘输送到码垛工位。垛盘输送机是将空托盘输送至升降机的升降托叉上进行码垛，而后将满垛后的垛盘输送至下一垛盘输送机(无动力)的设备。托盘仓的主气缸用以顶起托盘。侧面还装有两个小气缸，小气缸控制叉板开合，保证托盘的提取。光电开关采用对射式光电开关，检测托盘仓内托盘的存储量，以保证托盘的及时供给。

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第3章 包装码垛自动生产线PLC控制系统设计

在包装过程中，自动完成称重、供袋、取袋、装袋、缝口、输送、金属检测、重量检测及码垛等多个动作，动作多，运动复杂，而所处工作环境恶劣(高温、振动、粉尘)，这就要求控制系统具有很高的可靠性、良好的节能措施、很强的故障诊断能力，确保生产的稳定运行。由于包装生产线的各种控制为开关量，而目前流行的PLC具有结构小巧、运行速度高、通用性好、可靠性高等特点，非常适合于工业现场的高温、振动、粉尘等恶劣环境下的开关控制。所以选用PLC作为控制系统的核心部件。本包装码垛自动生产线动作关系复杂，I/0点数较多，以开关量控制为主，选择日本三菱公司的FX2N系列PLC为控制核心部件。

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3.1 PLC的基本结构

PLC的类型繁多，但其结构和工作原理则大同小异，一般是由中央处理单元(CPU)、内存、输入/输出单元、编程器、电源等主要部分构成的。如果把PLC看作一个系统，外部的开关信号均为输入变量，它们经输入接口存到PLC内部的数据存储器中，而后经过逻辑运算或数据处理以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。PLC的基本结构如图3-1所示。

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图3-1 PLC的基本结构

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3.2 PLC的主要组成部分

（1）中央处理单元(CPU)

中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、内存、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序内存中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

（2）内存

根据内存存储内容的不同，我们把内存分为：

系统程序内存：用来存放系统程序的内存。系统程序相当于计算机操作系统，主要包括检查程序、编译程序和监控程序，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。

用户程序内存：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。

数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的内存。因为运行中数据不断变化，所以这种内存必须可擦写。

（3）输入/输出单元

输入/输出(I/0)单元是PLC与外部设备相互联系的窗口。输入单元接收现场设备向PLC提供的信号，例如由按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关、拨码器等提供的开关量信号。这些信号经过输入电路的滤波、光电隔离、电平转换等处理，变成CPU能够接收和处理的信号。输出单元将经过CPU处理的微弱电信号通过光电隔离、功率放大等处理转换成外部设备所需要的强电信号，以驱动各执行组件，如指示灯的亮灭，电动机启停和正反转，设备的转动、平移、升降，阀门的关闭等。

（4）电源部分

电源部件能将外部供电电源转换成供PLC的CPU、内存、I/0接口等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作。PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。开关电源的输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。

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3.3 PLC的工作原理

PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段才能完成控制过程。

3.3.1 输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

3.3.2 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其它输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或资料的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

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