2022年P(guān)LC對自動包裝機的控制

1、精選精選.精選.PLC對自動包裝機的控制包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的必要條件，而實現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機械。近年來，隨著經(jīng)濟的迅速增長和人民生活水平的不斷提高，作為傳統(tǒng)行業(yè)之一的包裝工業(yè)，呈快速開展態(tài)勢，是人們普遍看好的“朝陽產(chǎn)業(yè)，隨之而來的就是包裝機應(yīng)用需求的大幅增長。機電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。傳統(tǒng)的包裝機械多采用機械式控制，但隨著生產(chǎn)力的日益提高，包裝參數(shù)的隨機多變，這些控制系統(tǒng)已越來越難以滿足新形勢的開展。在機電一體化技術(shù)迅速開展的今天，隨著自動化技術(shù)的開展，包裝機已全部實現(xiàn)了自動

2、化。自動包裝機一般分為半自動包裝機和全自動包機兩種，由人工供給包裝材料容器和內(nèi)裝物，但能自動完成其它包裝工序的機器稱為半自動包裝機，自動完成主要包裝工序和其它輔助包裝工序的機器稱為全自動包裝機。本文將設(shè)計利用小型一體化PLC控制自動包裝機，該應(yīng)用在提高包裝機自動化方面取得了很好效果，具有很好的推廣前景。第一章 包裝機械概述第一節(jié) 包裝機械的開展及現(xiàn)狀我國包裝機械工業(yè)起步較晚，很長時間都沒有形成一個獨立的行業(yè)。20世紀(jì)80年代初，我國政府發(fā)布的機械產(chǎn)品目錄中還沒有包裝機械這一門類。70年代中期以前，我國商品包裝的技術(shù)裝備相當(dāng)落后。大多數(shù)食品企業(yè)都采用作坊式生產(chǎn)、手工包裝和散裝銷售，僅有糖果、煙草

3、等幾個領(lǐng)域采用機械包裝。機械結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)落后。精選精選.精選.經(jīng)過多年的努力，我們在依靠自己力量的同時，積極吸收國外的先進(jìn)技術(shù)，我國包裝機械工業(yè)，在包裝機械化、自動化方面已取得了很大進(jìn)展，初步形成了包裝機械研究、設(shè)計及制造的獨立體系，設(shè)備在數(shù)量、品種、水平方面均有較大開展。但是，我們離國際水平還存在很大一段距離，尤其是在包裝設(shè)備科技含量上的差距更大。這使得我國在建材工業(yè)、糧食加工工業(yè)、冶金、制糖等需要包裝活動的行業(yè)不能擺脫繁重的體力勞動，因而這些行業(yè)勞動生產(chǎn)率低下、生產(chǎn)本錢高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、浪費大，嚴(yán)重困擾這些行業(yè)的開展。目前我國包裝機械行業(yè)開展的共性問題主要有：產(chǎn)品質(zhì)量差距。產(chǎn)品質(zhì)量是關(guān)

4、鍵，我國的設(shè)備根本是由國外引進(jìn)消化吸收的，外觀像，用起來卻不一樣。產(chǎn)品技術(shù)差距。目前國外開展趨勢是智能化，遠(yuǎn)程造作與控制，盡管我國已開始制造，但與國外先進(jìn)技術(shù)水平相比還有很大的差距。產(chǎn)品品種差距。我國目前各種裝備1700多種，而國外由3000多種，差距主要表現(xiàn)在較高水平和高超水平產(chǎn)品上，低水平的產(chǎn)品差距不大。行業(yè)的開展受國家政策的影響很大。不過雖然存在這些問題，但根據(jù)全國包裝工業(yè)統(tǒng)計年報顯示，我國包裝工業(yè)總體開展情況正常，開展速度較快，結(jié)構(gòu)調(diào)整出現(xiàn)一定變化，包裝工業(yè)整體實力進(jìn)一步增強?，F(xiàn)在，包裝工業(yè)在黨的指引下，保持生產(chǎn)穩(wěn)定增長的同時，加大結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，以市場為導(dǎo)向大力開展企業(yè)集團，發(fā)揮優(yōu)勢企

5、業(yè)帶動結(jié)構(gòu)調(diào)整的作用，加快放開搞好國有小型企業(yè)步伐，把改革、改組、改造和加強管理結(jié)合起來，能促使包裝工業(yè)經(jīng)濟效益的提高，促進(jìn)包裝工業(yè)經(jīng)濟增長質(zhì)量的提高，使包裝工業(yè)繼續(xù)保持持續(xù)、快速、健康的開展。精選精選.精選.第二節(jié) 包裝機械自動化的意義包裝機械是為商品進(jìn)入市場提供保護、方便流通、促進(jìn)銷售及提高附加價值而完成生產(chǎn)過程的技術(shù)裝備。它是包裝工業(yè)，同時也是機械工業(yè)的一個重要組成局部，可以說沒有現(xiàn)代化的包裝機械，就沒有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。當(dāng)前，輕工產(chǎn)品手工包裝仍占有相當(dāng)大的比重，占用大量的勞動力。手工包裝意味著工人們每日做著單調(diào)重復(fù)的動作達(dá)幾萬余次，非常緊張勞累。有些產(chǎn)品包裝因工作條件差，以致?lián)p害工人的

6、健康。因此，實現(xiàn)產(chǎn)品包裝的機械化、自動化是輕工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的問題之一。實現(xiàn)包裝機械的自動化，具有很多優(yōu)點：1.大幅度提高勞動生產(chǎn)率 ；2.減輕工人的勞動強度，改善勞動條件；3.保證產(chǎn)品的質(zhì)量；4.有利于節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)本錢4。此外，食品工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，使食品包裝業(yè)的地位日益重要。對食品包裝的要求，不但要保持食品的營養(yǎng)、色味品質(zhì)和衛(wèi)生，而且還要方便運輸貯存以及通過包裝裝潢起到美化、宣傳、擴大銷售和提高商品價值等作用。同時，食品的種類繁多，形態(tài)各異，對包裝的要求也不相同。因而使用的包裝材料、容器和包裝形式及包裝方法很多，與其相應(yīng)的填充方式，計量控制方法以及包裝機的工作結(jié)構(gòu)和裝置也不相

7、同。因此，包裝機械的進(jìn)一步開展更是迫在眉睫。本設(shè)計就是在這樣的情況下提出的。精選精選.精選.第三節(jié) 包裝自動化的需要為了改變包裝行業(yè)現(xiàn)狀，適應(yīng)社會的開展，對包裝機械的自動化有以下要求或開展趨勢：1.機電儀表綜合技術(shù)是包裝生產(chǎn)線的開展主流。自動化程度是衡量包裝機械技術(shù)水平的重要標(biāo)志。其內(nèi)容包括物料流動、產(chǎn)品質(zhì)量、運行故障、平安防范等的自動控制和包裝物、包裝袋或容器、包裝產(chǎn)品、包裝過程的自動檢測兩個方面。由于大量采用了微電子、遠(yuǎn)紅外、傳感器等高新技術(shù)，特別是微機的應(yīng)用，使水平迅速提高，從而減少了人工操作，提高了包裝質(zhì)量。2.在促進(jìn)單機高速化的同時，注意提高系統(tǒng)的效率。高速化是提高包裝機生產(chǎn)效率的主

8、要途徑。為此，不斷提高包裝速度已成為總的開展趨勢。其主要開展途徑是在提高自動化水平的同時不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)。還將更多的注意力投向提高整個包裝系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，使高速化向深層開展，使包裝系統(tǒng)更加經(jīng)濟合理。3.在開展專用機的同時，積極開發(fā)通用機型。由于多種小批量的商品市場需求以及中小型用戶的開展，多功能通用包裝機械開展十分迅速，其適應(yīng)范圍也越來越廣。這類包裝機械的特點是單件小批生產(chǎn)，甚至同種設(shè)備因客戶要求不同也可能有一些變化。有些企業(yè)為追求效益只希望生產(chǎn)少數(shù)幾個品種，最好是一次投一批料生產(chǎn)多臺，企業(yè)要求各異，設(shè)備亦可設(shè)計成模塊化的，功能可增可減，控制亦可簡可繁，這樣也便于把設(shè)備做精做好。要提高標(biāo)準(zhǔn)化水平，

9、要開展“積木式包裝機械和生產(chǎn)線。為縮短包裝機械制造周期，降低生產(chǎn)本錢，便于自動化生產(chǎn)及方便用戶使用和維修，整機和部機的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化將逐步深化。通過不同傳動裝置及執(zhí)行機構(gòu)等的組合，便于產(chǎn)生不同的效果。精選精選.精選.第二章 元件原理及選擇本次設(shè)計主要采用的元件有:西門子PLC S7-200系列,步進(jìn)電機,旋轉(zhuǎn)編碼器 PLC概述PLC即可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller是用來取代用于電機控制的順序繼電器電路的一種器件。是由模仿原繼電器控制原理開展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、

10、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步起依次執(zhí)行到最終步，然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量

11、來處理，16位為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。 相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其本錢要低一些。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護本錢比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為適宜。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。精選精選.精選.PLC在實際中用的很多。只要有工業(yè)的地方，就有PLC存在的時機。如果你就在機器制造、包裝、物料輸送、自動裝配等行業(yè)中工作，那么你可能已經(jīng)在使用它了。如果沒有的話，你就

12、是正在浪費金錢和時間。幾乎所有需要電氣控制的地方都需要PLC?？删幊炭刂破鞯靡匝杆匍_展核廣泛使用的原因是由于它具有繼電器接觸器控制裝置和通用計算機以及其他控制系統(tǒng)所不具有的特點：運行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強設(shè)計使用和維護方便編程御苑直觀易學(xué)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合體積小、質(zhì)量輕、能耗低本次設(shè)計選擇西門子S7-200系列的CPU224型的PLC，可以滿足使用需求。它的主要特點是14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴展模版單元，最大可擴展至168個數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O。13KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30KHZ的高速計數(shù)器，2路獨立的20KHZ的高速脈沖輸出。具有

13、PID控制器。精選精選.精選.1個RS485通信/編程口。具有多點接口MPI通信協(xié)議具有點對點接口PPI通信協(xié)議具有自由通信口I/O端子排可以很容易地整體拆卸 步進(jìn)電機步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而到達(dá)準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而到達(dá)調(diào)速的目的。步進(jìn)電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常

14、用的步進(jìn)電機包括反響式步進(jìn)電機VR、永磁式步進(jìn)電機PM、混合式步進(jìn)電機HB和單相式步進(jìn)電機等。 永磁式步進(jìn)電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度； 反響式步進(jìn)電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反響式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進(jìn)電機是指混合了永磁式和反響式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機。精選精選.精選.步進(jìn)電機作為電磁機械裝置，其進(jìn)給的分辨率取決于細(xì)分

15、驅(qū)動技術(shù)。采用軟件細(xì)分驅(qū)動方式，由于編程的靈活性、通用性，使得步進(jìn)細(xì)分驅(qū)動的本錢低、效率高，要修改方案也易辦到。同時，還可解決步進(jìn)電機在低速時易出現(xiàn)的低頻振動和運行中的噪聲等。但單一的軟件細(xì)分驅(qū)動在精度與速度兼顧上會有矛盾，細(xì)分的步數(shù)越多，精度越高，但步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動速度卻降低；要提高轉(zhuǎn)動速度，細(xì)分的步數(shù)就得減少。為此，設(shè)計了多級細(xì)分驅(qū)動系統(tǒng)，通過不同的細(xì)分檔位設(shè)定，實現(xiàn)不同步數(shù)的細(xì)分，同時保證了不同的轉(zhuǎn)動速度。 步進(jìn)電動機的規(guī)格選擇Kinco2M860步進(jìn)電動機驅(qū)動器兩相雙極微步型作為本次設(shè)計的步進(jìn)步進(jìn)電動機驅(qū)動器。Kinco2M860步進(jìn)電動機驅(qū)動器的功能特點供電電壓最大可達(dá)直流80V，提供

16、電機更好的驅(qū)動性能。采用雙極型恒流驅(qū)動方式，最大驅(qū)動電流可達(dá)每相6A，可以驅(qū)動電流小于6A的任何兩相雙極型混合式步進(jìn)電動機。對于電機的驅(qū)動輸出電流可通過DIP開關(guān)調(diào)整，以配合不同規(guī)格的電機。采用專用驅(qū)動控制芯片，具有最高可達(dá)256/160的細(xì)分功能。細(xì)分可以通過DIP開關(guān)設(shè)定，保證提供最好的運行平穩(wěn)性。具有脫機功能，可以在必要時關(guān)閉給電機的輸出電流?？刂菩盘柕妮斎腚娐凡捎霉怆婑钇骷綦x，降低外部噪聲的干擾。具有過壓、過流、錯相、輸出短路保護功能。精選精選.精選.具有電機靜態(tài)鎖緊狀態(tài)下的自動半流功能，可以大大降低電機的發(fā)熱量。DIP開關(guān)功能說明DIP開關(guān)共有8個，他們被命名為DIP1DIP8，其

17、根本功能見表1，控制器的細(xì)分設(shè)定見表2，輸出電流設(shè)定見表3.表1 開關(guān)根本說明開關(guān)序號ON功能OFF功能DIP1DIP4細(xì)分設(shè)置用細(xì)分設(shè)置用DIP5靜態(tài)電流半流靜態(tài)電流全流DIP6DIP8輸出電流設(shè)置用輸出電流設(shè)置用表2 細(xì)分設(shè)定表DIP1為ONDIP2為ONDIP2DIP3DIP4細(xì)分細(xì)分ONONONN/A2OFFONON44ONOFFON85OFFOFFON1610ONONOFF3225OFFONOFF6450精選精選.精選.ONOFFOFF128100OFFOFFOFF256200表3 輸出電流設(shè)定表DIP6DIP7DIP8輸出電流ONONON2.5AONONOFF3.0AONOFFON

18、3.5AONOFFOFF4.0AOFFONON4.5AOFFONOFF5.0AOFFOFFON5.5AOFFOFFOFF6.0A第三節(jié) 旋轉(zhuǎn)編碼器光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通假設(shè)干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出假設(shè)干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90的兩路脈沖信號。精

19、選精選.精選.本次設(shè)計采用的增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。 本次選用型號為E6C-CWZ5GH，外徑50MM，電源電壓為DC5DC24，分辨率為1000脈沖/轉(zhuǎn)，即最小分辨率為0.36度，足以檢測到每一周所產(chǎn)生的最小角度誤差。接線圖精選精選.精選.時序圖流程圖精選精選.精選.開始勻速加速勻速減速勻速較Z位置滾刀壓合抬滾刀初始位置急停滾刀壓合切斷輸出完成輸出完成輸出完成NYPlc程序：精