基于PLC的四連桿裝箱包裝機設(shè)計

1、湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 2018 屆）題 目： 基于PLC的四連桿裝箱包裝機設(shè)計 學(xué)院名稱： 鐵道機電學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣化1502班 姓 名： 沈陽 指導(dǎo)老師： 尹璐 成果表現(xiàn)形式： 方案設(shè)計 2018年 4 月 10 日目 錄1.設(shè)計背景32.設(shè)計任務(wù)33.四連桿裝箱包裝機設(shè)計的總體方案設(shè)計44.四連桿裝箱包裝機的硬件設(shè)計54.1 PLC 選型54.2 I/O分配表64.3 PLC外部電路設(shè)計75.四連桿裝箱包裝機的軟件設(shè)計85.1四連桿裝箱包裝機控制設(shè)計流程圖85.2四連桿裝箱包裝機梯形圖設(shè)計95.3組態(tài)軟件11總結(jié)16附錄191.設(shè)計背景現(xiàn)在市面上現(xiàn)有的四連桿裝箱包裝機，

2、大部分包裝機都采用繼電器的控制方式。這種控制方式布線復(fù)雜，可靠性差，故障率高，且需要人力來進行維護。同時，設(shè)備的運行缺少安保措施，容易發(fā)生事故。隨著 PLC技術(shù)的發(fā)展，本設(shè)計中使用 PLC來代替繼電器來完成包裝機的控制，可以提高系統(tǒng)控制的可靠性，減輕工人的工作強度，安全性得到保障，在總體上提高了經(jīng)濟效益。2.設(shè)計任務(wù)四連桿式包裝機是一種可以裝配424瓶的包裝機。由于其優(yōu)良的性能，在包裝行業(yè)非常受歡迎。本設(shè)計使用PLC來設(shè)計四連桿裝箱包裝機，對其硬件部分和軟件部分進行設(shè)計，并使用編程軟件進行仿真。四連桿裝箱包裝機是一種一次性可以裝配四箱，即424瓶的連續(xù)裝箱的包裝機械設(shè)備。在滿足控制的要求和確保

3、控制系統(tǒng)安全可靠的條件下，力爭簡化控制的系統(tǒng)需要的條件，設(shè)計出一款實用的包裝機。173.四連桿裝箱包裝機設(shè)計的總體方案設(shè)計總體電路設(shè)計原理圖如圖1所示；圖1 總電路設(shè)計原理圖四連桿裝箱包裝機控制系統(tǒng)，主要由進箱進瓶步驟、裝箱步驟、出箱步驟這幾部分組成，工作過程見流程圖2所示。圖2 工作過程流程圖進箱進瓶：瓶子和箱子經(jīng)傳送帶傳送，在到夾瓶點時被機械臂向上引導(dǎo)，然后同時傳送至停瓶袋。裝箱：箱就位后經(jīng)傳感器感應(yīng)后進入停箱帶，等待裝箱完成。出箱：等待進箱的機械臂落下，此時出箱電機開，整箱裝滿后出箱。4.四連桿裝箱包裝機的硬件設(shè)計四連桿包裝機的功能包括點動，正轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)這幾個步驟，通過夾瓶裝置來實現(xiàn)箱的包

4、裝。瓶電機和兩個箱電機分別用作傳輸瓶和傳輸箱。七個電磁閥和與之對應(yīng)的氣缸，分別控制夾頭，定位器，出箱臂以及進箱臂和箱導(dǎo)向。設(shè)置出手動開關(guān)和自動開關(guān)兩個開關(guān)進行切換。光電檢修開關(guān)用來檢測是否有人員誤入，設(shè)計共使用了三臺光電檢修開關(guān)，分別安裝在裝箱包裝機的背面和側(cè)面，在操作人員誤入設(shè)備危險區(qū)域時，系統(tǒng)緊急停止運行，保證人員安全，系統(tǒng)各輸入、輸出元件均使用DC24V直流穩(wěn)壓電源。為了使PLC更穩(wěn)定地運作，還需要采用多種防護的措施，比如和系統(tǒng)中的強電設(shè)備分開接地，接地線截面積應(yīng)該大于2平方毫米。PLC的輸入量和輸出量的感性負載，并聯(lián)二極管等。輸出電路圖如圖3所示，用來除去因感性負載儲能作用而產(chǎn)生的電弧

5、。圖3 輸出電路圖4.1 PLC 選型4.1.1 PLC的選型在本設(shè)計中選用的是三菱系列的PLC，此系列PLC功能靈活，編程簡單，通信功能全面等特點。根據(jù)I/O口的需求，這里選用了PLC。4.1.2 PLC系統(tǒng)硬件的配置包裝機的硬件部分包括光電開關(guān)，接觸開關(guān)，電機的輸入和輸出裝置?？刂七^程以連續(xù)邏輯控制為主。在選擇主要控制模塊之前，首先要了解四連桿包裝機的受控對象，生產(chǎn)過程和PLC的工作環(huán)境。首先確定控制要求，然后確定控制輸入和輸出點，然后根據(jù)實際情況來選擇PLC的主控制模塊。該系統(tǒng)的設(shè)計需要8個輸入點和12個輸出點，以及內(nèi)部繼電器等。輸出應(yīng)使用繼電器來輸出?；谝陨系囊?，我們決定使用三菱制

6、造的FX2N-32MR PLC來設(shè)計系統(tǒng)。4.2 I/O分配表I/O四連桿裝箱包裝機如表1、表2所示：（1）輸入部分表1 輸入地址分配輸入地址對應(yīng)的外部設(shè)備X000上電總開關(guān)X001進瓶完畢X002進箱完畢X003裝箱完畢X004出箱完畢X005放箱機械臂至上X006放箱機械臂至下X007斷電停止（2） 輸出部分表2 輸出地址分配輸出地址對應(yīng)的外部設(shè)備Y000瓶定位器Y001進瓶電機Y002進箱定位器Y003進箱電機Y004四連桿裝箱電機Y005出箱電機Y006進箱機械臂上Y007進箱機械臂下Y010放瓶定位器下Y011放瓶定位器上Y012放瓶夾頭夾緊Y013放瓶夾頭松開4.3 PLC外部電路

7、設(shè)計由四連桿裝箱包裝機電路原理圖和I/O分配表，畫出了四連桿包裝機的PLC自動控制系統(tǒng)的硬件接線如圖4所示。圖4 控制系統(tǒng)硬件接線圖5.四連桿裝箱包裝機的軟件設(shè)計5.1四連桿裝箱包裝機控制設(shè)計流程圖圖5 自動控制系統(tǒng)流程圖自動控制系統(tǒng)的具體流程：進箱進瓶：瓶子和箱子經(jīng)傳送帶傳送，在到夾瓶點時被機械臂向上引導(dǎo)，然后同時傳送至停瓶袋。裝箱：箱就位后經(jīng)傳感器感應(yīng)后進入停箱帶，等待裝箱完成。出箱：等待進箱的機械臂落下，此時出箱電機開，整箱裝滿后出箱。5.2四連桿裝箱包裝機梯形圖設(shè)計程序用到了的編程軟件編寫，因為它界面簡潔，可操作性高，利于操作人員的方便使用。這個控制程序主要包括三部分：進箱和進瓶，包裝

8、，開箱，下面對部分程序的操作做一個簡要說明。1.進箱與進瓶程序 當(dāng)按下按鈕X000之后，系統(tǒng)運行，按下X006后，機械臂落下，此時進箱的定位器處于開啟狀態(tài)，傳送帶繼續(xù)傳送箱子。2、裝箱程序 裝瓶、箱的過程同時開始，此時帶有四個連接箱的瓶子放入。進箱后，按下X001按鈕和X002按鈕，然后按下X005按鈕。機器臂工作后，按下X006按鈕，機器臂落下，然后瓶子入箱。3、 出箱程序裝箱程序完成后，出箱電機處于開啟狀態(tài)，出箱后按下X004按鈕，程序運行結(jié)束后系統(tǒng)復(fù)位。 完整的程序梯形圖見附錄。5.3組態(tài)軟件系統(tǒng)的運行：（1）系統(tǒng)開始的時候，四連桿處于停止?fàn)顟B(tài)，指示燈是熄滅狀態(tài)，傳送帶不運行。圖6 系統(tǒng)

9、開始狀態(tài)2.在按下啟動的按鈕之后，整機開始運行，輸瓶傳送帶和出箱傳送帶一起運行，機械臂升起，輸瓶器處于開啟狀態(tài)。圖7 兩傳送帶同時工作3.送瓶器處于開啟狀態(tài)，當(dāng)瓶子和箱子傳送到指定點的位置時同時停止，并等待機械臂將瓶子放入箱中。圖8 到達定位點，瓶和箱子已停止4.主機繼續(xù)運行，送瓶電機停止工作，當(dāng)按下電機的按鈕后，機械臂開始工作，將瓶子有序放入箱中，在到達指定的數(shù)量之后，停止運行。圖9 進料臂向箱子放瓶5.箱子裝滿指定數(shù)量的瓶子后出箱，包裝完成。圖10 瓶裝滿后出箱總 結(jié)本設(shè)計采用PLC設(shè)計四桿包裝機，用組態(tài)軟件完成包裝機的仿真。該設(shè)計具有操作安全可靠，人機界面簡潔，操作簡單快速，系統(tǒng)性能穩(wěn)定

10、等優(yōu)點。系統(tǒng)開放，硬件成本相對較低，性價比較高，是中小型生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)的理想選擇。對四桿包裝機的控制系統(tǒng)進行PLC改造后，設(shè)計實物的占地面積大大減少。在運行效果上，設(shè)備的有序運行證明了現(xiàn)設(shè)計的自動化程度遠遠優(yōu)于原系統(tǒng)的控制效果。本設(shè)計提高了四桿包裝機的方便性和可操作性，使設(shè)計更加實用。在設(shè)計中還加入了光電檢測開關(guān)，安裝在包裝機的危險位置，使工作人員的人身安全得到了一定的保障，從側(cè)面來看也保障了企業(yè)的經(jīng)濟利益。設(shè)計采用了功能靈活，且操作簡單的三菱系列的PLC，在工業(yè)領(lǐng)域方面能最大程度地發(fā)揮此系列PLC的優(yōu)良性能，具有自動化程度高、操作簡單、界面通俗易懂等特點，提高了企業(yè)的工作效率和經(jīng)濟效益

11、。在設(shè)計過程中由于自己在設(shè)計方面的經(jīng)驗尚不豐富，工業(yè)方面的理解還不夠全面，而且還不能熟悉地使用PLC和編程軟件，因此，PLC程序和編程軟件的一些編程并不完美。為了使四連桿裝箱包裝機的設(shè)計更加完善，應(yīng)聽取各方面的建議和指導(dǎo)，還有必要做出進一步的改進來提高包裝機的工作效率，不斷地完善，達到精益求精的效果。本次設(shè)計的完成是在尹老師的幫助下順利完成的，通過本次設(shè)計，我所學(xué)到的不僅是相關(guān)的專業(yè)知識，還有無私奉獻，努力奮進的精神。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我提升了自己的動手操作能力，畫圖能力和資料整合能力。在一次又一次的實踐中找到自己的不足并加以改正，使自己學(xué)習(xí)、掌握的知識更加融會貫通。 參 考 文 獻1 陳在平，裝箱機在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及前景，北京，人民郵電出版社，20072 鄧加尊，包裝與食品機械，20073 周萬珍，PLC分析與設(shè)計應(yīng)用北京，電子工業(yè)出版社，20044 李俊秀、趙黎明，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)指導(dǎo)M，北京，化學(xué)工