1、 毕 业 设 计题 目 柑橘包装机控制系统设计 学 院 专 业 班 级 学 生 学 号 指导教师 二 年 月 日毕业设计- I -摘 要本论文对柑橘包装机控制系统进行了设计，论文主要完成了控制部分的设计、传动部分的设计以及柑橘包装机控制系统的设计。同时本论文针对柑橘包装机的总体结构特点，对于柑橘包装机的工艺进行了工艺设计，进而对控制方案进行了设计，并对控制系统方案进行分析选择，之后对整个控制系统点了进行了设计，结合控制系统的电路结构特点以及柑橘包装机的控制要求对其做了进一步的控制电路设计。结合 PLC 的特点，对其进行选型，并且也选择通过串行接口对其控制方式做了进一步的分析，之后对传动的调速系
2、统做了说明。结合柑橘包装的工艺流程，以及柑橘自动包装的流程用流程图的形式表示出来。控制部分主要根据系统控制的要求选好输入输出接口并且选出合适的 PLC，并且对此型号的 PLC 接口做出了说明，选出合适的电气元件，设计出包装过程的控制电路，以及电路主回路的设计。传动部分选用链传动的形式，通过链传动实现主动轴和次动轴之间的传动。机械本体的设计是计算选好电动机的型号，进而较好的包装整个柑橘包装机控制系统的工作稳定性，并包确保控制系统本身的可靠性得到提高。关键词：包装机；PLC；变频器；控制系统毕业设计- II -ABSTRACTIn this paper, the control system of
3、 citrus packaging machine is designed. The design of the control part, the design of the transmission part and the design of the control system of the citrus packaging machine are mainly completed. At the same time, according to the overall structural characteristics of the citrus packaging machine,
4、 the process design of the citrus packaging machine was carried out, and the control scheme was designed. The control system was analyzed and selected, and then the whole control system was designed , Combined with the control system of the circuit structure characteristics and citrus packaging mach
5、ine control requirements to do a further control circuit design. Combined with the characteristics of PLC, its selection, and also through the serial interface to control its way to do a further analysis, after the transmission speed system to do a description. The process of combining citrus packag
6、ing, as well as the process of automatic packaging of citrus, is expressed in the form of a flow chart. The control part mainly selects the input and output interface according to the requirements of the system control and selects the appropriate PLC, and explains the PLC interface of the model, sel
7、ects the appropriate electrical components, designs the control circuit of the packaging process, Circuit design. Transmission part of the choice of chain drive in the form of chain drive to achieve between the active shaft and the transmission between the axis. The design of the mechanical body is
8、to calculate the type of motor selected, and thus the packaging of the entire citrus packaging machine control system stability, and ensure that the control system itself to improve the reliability.Key words: packaging machine; PLC; inverter; control system毕业设计- III -目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 前言 .11.1 课
9、题研究的意义 .11.2 国内外研究状况 .11.3 课题研究意义 .21.4 设计内容研究 .22 方案总体设计 .32.1 驱动系统的方案 .32.2 包装方法的选择 .42.3 柑橘包装机的工艺设计 .42.3.1 柑橘包装机工艺流程的设计 .42.3.2 包装生产线的布局 .52.3.3 柑橘包装流水线的基本结构 .62.3.4 生产流程 .72.4 控制方案设计 .82.4.1 控制系统的方案分析 .82.4.2 控制方案选择 .93 柑橘包装机结构设计 .113.1 机械结构设计 .113.2 机械结构各部件选型 .124 柑橘包装机控制系统的电路设计 .144.1 柑橘包装机的控
10、制要求 .144.2 主电路的设计 .144.3 控制电路的设计 .154.3.1 电气元件的选择 .154.3.2 输入信息的分析 .164.3.3 输出信号的分析 .174.3.3 输出信号的分析 .17毕业设计- IV -4.3.4 传感器的选择 .174.3.5 变频器的接线 .184.4 PLC 的简介及选型 .184.4.1PLC 编程简介 .184.4.2PLC 选型 .194.5 串口通信 .204.5.1 串口通讯简介及方式 .204.5.2 串口通讯程序 .214.6 控制电路设计 .214.7 传送带调速系统的设计 .224.7.1 电机选择 .224.7.2 控制系统确
11、认 .234.8 梯形图 .235 结 论 .25参 考 文 献 .26致 谢 .28毕业设计- 1 -1 前言1.1 课题研究的意义随着社会的发展，人们对于食品卫生的要求越来越高，并且产品生产正在向缩短生产周期，提高生产质量等方向发展。在柑橘包装的过程中，柑橘包装机是最后一个工序，也是非常重要的一道工序。生产要求该系统具有精确，控制可靠，符合卫生要求等特点，这些要求是人工操作难以实现的。一条质量好，技术先进，设计合理的包装机控制系统，不仅能生产出优质的产品占领市场，又可以提高产品的生产效率，节约人力物力提高经济效益。提高柑橘包装机的流水线的自动化生产，是摆在我们眼前的一大课题。1.2 国内外
12、研究状况中国柑橘装备制造业是伴随中国柑橘生产销售量的迅速发展而成长起来的产业。到 80 年代，国内包装生产线的厂家有几十个，但是制造水平和设备性能远远不如发达一些发达国家。在 1987 年，我国从西欧、东欧、日本等国家引进了 200 多条包装生产线。通过对国外技术的学习，到 90 年代已经可以生产柑橘包装生产设备。从整体上看，我国柑橘、饮料机械制造业的发展仍然保持较稳定的增长幅度。新产品的自行研发、自行设计已经成为目前行业发展的主流，使用新工艺强化了机电一体化，南京轻机率先推出了新型电子阀包装机。重庆轻机设计研发了新型烛式过滤机。国外的柑橘包装生产线发展水平较为完善，机电一体化、管理与控制相结
13、合是当前柑橘包装生产线发展的最重要的一个趋势。如美国的 HiranWaller 公司、德国的Gerrokaise 公司和日本的小森机械公司都实现了对柑橘包装生产线的全面计算机控制与管理 1-3。 PLC 可以很好地实现对生产流水线的控制，并且可以用于柑橘的包装流水线中。PLC 控制具有可靠性强，变成简单等优点，所以被广泛地用于流水线的控制。PLC在问世以来，经过 40 多年的发展，在美国，德国，日本等工业发达国家已经成为重要的产业之一，世界总销量额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产值产量大幅度上升从而导致价格不断下降。使用到自动化系统中 PLC，有些集中安装在控制室，有些安装到生产现
14、场和各种电机设备中，这些 PLC 大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中 4。PLC 的编程语言呈现多样化，在 PLC 系统结构不断发展的同时，PLC 的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。毕业设计- 2 -1.3 课题研究意义通过对目前国内外的发展状况来看，自动控制生产对于物料输送机包装系统提出了更多、更高的要求，输送的物料体积更大，重量更重，对于送料的频率要求更高，人力为主的传统送料系统不能满足现在发展的要求，所以更需要实现包装机的快速准确的完成包装过程的自动化控制。相对于人力运输而言，自动控制系统更加灵活简便，更加能够适应生产环境。可编程控制器控制的柑橘包装机，作为工厂车间的
15、主要的包装机械，它具有很多优点。比如说使用方便、自动化控制性好、无人操作、维修简单等等，因而包装机广泛在各种机械场所里面使用，例如：工厂车间等，它对提高机械生产效率有着极其重要的意义。在自动化的生产线中，PLC 控制的电动包装机是自动化生产的重要组成部分，本身也有很多优点，比如说缩短产品生产周期、减少工人的劳动量、提高生产效率等优点。通过可编程控制器实现包装的自动化控制能够使包装控制更加简便。包装机的控制系统是通过 PLC 控制的设计，是基于世界对于 PLC 开发应用潮流的现状把 PLC 控制用于生产实践。PLC 处理非常复杂的现代化生产，给工人提供了额外的时间，集中构建他们的范围知识和核心附
16、加值技术，这将大大提高工厂的竞争力。1.4 设计内容研究本课题的研究内容是采用先进的控制技术，设计柑橘包装机的控制系统，通过可编程控制器实现对流水线的自动化生产过程的控制。将传感器、变频器、可编程控制器结合起来，保证柑橘的质量的情况下按照柑橘的包装工艺进行包装。要求可编程控制器能够控制传送带的速度，与包装速度相一致，保证电动机在合适的情况下启停。通过传感器检测是否装满，并且做出警报，将不合格的包装产品剔除；将包装合格的箱子传送给下一道工艺。通过对流水线功能的分析，得出流水线的数据，通过数据的计算，得出机械结构的设计数据，从而设计出一条可以实现柑橘传送的流水线。流水线中包括链传动，滚子，电机，支
17、架，支撑板等。毕业设计- 3 -2 方案总体设计2.1 驱动系统的方案驱动系统是工业生成机械手的重要部分，按照采用的不同的动力方式，可分为以下四种类型：(1)气压传动气压传动是将空气压缩后，用其压力来驱动机构运动的一种方式。其特点是：输出的力大、容易保养、动作较快、结构简单等，但是由于空气可以压缩的特点 10，工作速度的稳定性较差、冲击力大、定位精度一般、抓取力小。(2)液压传动液压传动是以油液压缩的压力来驱动执行机构运动的一种方式。其特点 10为：输出的力大、传动稳定、构造紧密、动作较快、抓取力大。但是这种机械手对密封性的要求很高、不易于保养与维护、容易受到液体本身属性的影响，不宜在高温或者
18、低温的环境下工作、油的泄漏会导致对其工作性能产生很大的影响、油液过滤要求非常严格，成本高。(3)机械驱动是由常见的机械机构来驱动的一种方式，一般是工作主机上的专用机械手 10，动力来自工作主机。这种驱动方式的主要好处是：运动精确，动作的频率大，定位精度高，但是结构较大，保养需求高。(4)电气驱动是由电机直接驱动执行机构运动的驱动方式。其特点为：行程长，定位精度高，易于维护、使用方便、节能环保、动作迅速。但是其技术还不够成熟、结构较复杂、成本也较高。驱动机构是工业机械手的重要组成部分,在本设计中，机械手需要完成定位、夹紧、定长送料等动作，而机械手定位所需要的精度较低，机械手定长送料则需要有较高精
19、度。考虑到机械手的工作环境以及各驱动的特点，对于机械手的横向与垂直方向运动我们采用气压驱动方式。而在加工中心中气缸对铝塑型材的定位一般有两种方案：摆动气缸与定位螺钉组合定位 2，气缸活塞杆被不同长度的定位螺钉限制，达到定位的目的；利用伺服气缸定位，利用电 -气比例阀将控制器的电信号转化为伺服气缸的压力信号，可以实现任一点定位。前者价格便宜，但可操作性差且精度不高，后者定位灵活且精度较高，动作迅速，但是花费较大。综合考虑以上两种方案，为了实现机械手对任一点的定位，本设计选用伺服气缸定位。毕业设计- 4 -而机械手对型材的定长送料 11我们采用电气驱动方式，这里也有两种可选择方案：步进电动机 12
20、；伺服电动机。前者属于开环控制易出现失步且响应较慢，应用在本设计中要加装检测装置，后者属于半闭环控制，响应快，精度高，但是成本较高。综合考虑两种方案，为了实现机械手对送料长度的精确控制，本设计选用伺服电动机。2.2 包装方法的选择每种水果的包装都有其相应的包装特点以及包装方法，针对柑橘我们需要制定特定的包装方法。因为柑橘是球型，所以对于碰撞或者是挤压非常敏感的，在包装的时候我们需要特别注意。常用的包装方法有以下几种：常压包装法：常压法也叫纯重力法，即在常压下，包装箱依靠自重进入包装箱内，这种此方法适合不含有气体饮料的包装。等压包装法：这种方法就是先将瓶内充气，使箱子内压力和储酒灌达到平衡，然后
21、利用柑橘的重力流入包装箱内，等压包装法适用于含有气体的饮料。真空包装法：是将箱子内通入的气压降为负压，柑橘由于大气压强被压入箱内。压力包装法：利用外部的机械压力将柑橘填充到箱子内，这种方法使用于比较粘稠的物料。综上所述，在本次设计中我们使用等压包装法。2.3 柑橘包装机的工艺设计 2.3.1 柑橘包装机工艺流程的设计本次设计的工艺流程是：首先进行纸箱供应，同时进行洗瓶（杀菌处理） ，空瓶检测，然后进行包装，包装结束之后进行压盖、杀菌、贴标、装箱。毕业设计- 5 -图 2.1 柑橘包装控制流程包装的工艺是：（a）先将包装袋准备到指定位置。（b）用进行装袋。（c）再次进行装袋完成，检测装袋情况，包
22、装检测，贴标签。（d）装箱。柑橘放入装袋机之后由装袋机构将干净的袋子送出并将柑橘包装好，经传送带将箱子送入全自动包装机，包装完毕后， ，经输送链送入贴标机贴标，一般要贴颈标和身标箱子直接通过旋转机构进行码垛。最后，产品进入装箱机械。2.3.2 包装生产线的布局生产线采用一字型布置。一字型布置车间建成长方形，装箱从车间的一端输入，经过整理箱子，输送，位置对正，贴标，装箱，码垛之后从另一端输出 1。这种形式的优点是：箱子与柑橘之间有包装袋隔离分开，柑橘不会有污染；包装保持其潮湿区与成品的干燥区分开，可以使包装好的柑橘较能保持干燥。输送纸箱处理贴标袋子整理 装袋检测 柑橘套袋废品剔除套袋完成完成包装包装检测装箱 码垛
