基于PLC的包装码垛机的控制系统设计.doc

1、 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 Abstract and Key words 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

2、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 I 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

3、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

4、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 1960 in the American appeared tunnel type stacking machine, then the tunnel type stacking machine is replaced by the bridge type stacking machine weight and the span limit. In 1967 Japan installed high-rise stacker height is 1015 meters, ap

5、peared 1969 online automatic warehouse, China is in the early 70s of the last century began to study the use of tunnel type stacking machine for stereoscopic warehouse. Palletizing machine technology at present has made significant development, control technology, positioning accuracy, speed has bee

6、n improved to a large extent. Tunnel type stacking machine lifting speed can have achieved 90m/min, running speed of 240m/min, the method in some warehouse adopts two layers, respectively, with the roadway stacker handling operations improve storage capacity. Applicable to the petroleum chemical ind

7、ustry, chemical fertilizer, grain, port etc. The automatic packing and palletizing line, convenient for the user to store, transport and sales, full automatic packing and palletizing production line is mainly composed of an automatic quantitative packing machine, automatic bag unit, sealing system,

8、bag machine, metal detector, the weight inspection machine, picking machine, ink jet printer, II palletizing machines unit. Automatic control by programmable controller for the entire production line work processes in the schedule only a small staff of circumstances, the fault and the feeding of ope

9、ration process is insufficient for bags, not timely, palletizing not in time, sound and light alarm. The device has the advantages of simple operation, reliable operation, convenient maintenance etc. Keywords: Control system;packing and palletizing production line,;programmable controller III 文 献 综

10、述 可编程控制器 (Programmable Logic Controller)，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

11、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，

12、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。 IV 基于 PLC 的包装码垛机控制系统设 计 一、 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

13、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

14、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 V 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。 来 自主 工厂 的物 料传 感器 称重 料斗电 子称 重机 组封口机码垛系统仓库图 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

15、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 。 物 料 自 储 料 斗 粗 级 给 料 细 级 给 料 称 重 料 斗图 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。 自 动 上 袋 级完 成 上 袋称 重

16、 箱 打 开翻 门 投 料自 动 折 边 机 缝 纫 机图 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。 包 装 袋 金 属 检 测 打 印 码 垛 单 元图 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VI 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

17、 所示。 料 袋 转 位 机 编 组 机 推 袋 、 压 袋 和 分 层 码 垛 和 排 垛图 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

18、行提供保障。 工作原理框图如图 1.7 所示 。 升 降 电 机P L C变 频 器光 电 传 感 器触 摸 屏称 重 传 感 器接 近 传 感 器变 频 器传 输 电 机转 位 电 机电 磁 阀 气 缸编 组 电 机分 层 电 机图 1.7 原理框图 VII 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

19、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。