1、摘 要傳統的機械設備與產品，多是以機械為主，是電氣、液壓或氣動控制的機械設備。隨著工業水平的不斷發展，機械設備己逐步地由手動操作改為自動控制，設備本身也發展成為機電一體化的綜合體。可編程控制器(plc)是以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動化技術和通信技術發展起來的一種新型工業自動控制裝置。經過30多年的發展，目前，可編程控制器已成為工業自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，己躍居工業生產自動化四大支柱(可編程控器、數控機床、機器人、計算機輔助設計與制造)的首位。其應用的深度和廣度已成為衡量一個國家工業先進與自動化程度高低的標志。本論文共分四章，從可編程控器(plc)基礎到整個系統的規劃設

2、計，以及plc控制系統的硬件、軟件的開發，給出全面、詳細的設計思路。該系統的核心部分是包裝碼垛自動生產線的控制系統，其控制系統主要是以可編程控制器(plc)為基礎進行集成控制的。全自動包裝碼垛生產線主要應用于化工、糧食、食品及醫藥等行業中的粉、粒、塊狀物料（如塑料、化肥、合成橡膠、糧食等）的全自動包裝，即對包裝過程中的稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、批號打印、檢測、轉位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業全部實現自動化。以plc為基礎的全自動包裝碼垛生產線，控制系統簡單、便于維護、適應性強，自動化程度高，節約人力，可極大提高生產效率。關鍵詞：plc；控制系統；包裝碼垛自動生產線abstr

3、actthe traditional mechanical device and the product, many are by the machinery primarily, is electrical, the hydraulic pressure or the pneumatic control mechanical device. along with the industry levels unceasing development, mechanical device oneself changes the automatic control gradually by the

4、manual operation, the equipment itself also develops into the integration of machinery complex compound. programmable controller (plc) is take the microprocessor as a core, the comprehensive computer technology, the automated technology and the communication develop one new industry automatic contro

5、l device. after more than 30 years development, at present, the programmable controller has become in the industrial automation domain to be most important, to apply most control devices, oneself leaps to the industrial production automation four big props (programmable controller, numerically-contr

6、olled machine tool, robot, computer-aided design and manufacture) the first place. its applications depth and the breadth have become weigh a national industry to be advanced and automaticity height symbol.this thesis consists of four chapters, from the programmable logic controller (plc) based plan

7、ning and design of the entire system, and plc control system hardware, software development, give full and detailed design ideas. the core of the system is palletizing automatic production line control system, the control system is mainly based on programmable logic controller (plc) as the basis for

8、 integrated control.automatic palletizing production line is mainly used in chemical, food, food and pharmaceutical industries in the flour, grain, bulk materials (such as plastics, fertilizers, synthetic rubber, food, etc.) of the automatic packaging, ie packaging process weight for bags, bagging,

9、folding, envelope, plastic bags down, batch printing, testing, transfer grouping, stacking, pallets, and stack operations such as disk full automated transmission. with plc based fully automatic palletizing packaging production line, control system is simple, easy maintenance, strong adaptability, h

10、igh automation, saving manpower, can greatly increase productivity.key word:plc;control system;palletizing automatic production line 目 錄第1章 緒論11.1 plc的產生和發展、優點、應用現狀和發展趨勢11.2 包裝碼垛自動生產線的發展41.3 課題主要研究內容5第2章 包裝碼垛自動生產線機械系統的工作原理62.1 概述62.2 包裝碼珠自動生產線系統組成6第3章 包裝碼垛自動生產線plc控制系統設計103.1 plc的基本結構103.2 plc的主要組成部分

11、113.3 plc的工作原理123.4 plc控制系統設計13第4章 程序調試364.1 程序輸入和編輯364.2 梯形圖邏輯測試374.3 監控程序384.4 監控元件394.5 退出plc仿真運行41結 論42參考文獻43致 謝4458第1章 緒論可編程控制器是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的基礎上發展起來的，最初叫做可編程邏輯控制器（programmable logic controller），即plc，現已廣泛應用于工業控制的各個領域。它以微處理器為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時、計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。1

12、.1 plc的產生和發展、優點、應用現狀和發展趨勢1.1.1 plc的產生和發展1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969年，美國數字設備公司研制出了第一臺可編程控制器pdp-14，在美國通用汽車公司的生產在線試用成功，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這是第一代可編程控器，稱programmable，是世界上公認的第一臺plc。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業控制裝置。此時的plc為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。個人計算機發展起來后，為了方便和反映可編程

13、控制器的功能特點，可編程控器定名為programmable logic controller（plc）。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗干擾設計、仿真量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀80年代至90年代中期，是plc發展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，plc在處理模擬量能

14、力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的dcs系統。20世紀末期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。這個時期發展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。121.1.2 plc的優點plc是傳統的繼電器技術和計算機技術相結合的產物，所以在工業控制方面，它具有繼電器控制或通用計算機所無法比擬的特點。（1）高可靠性plc的高可靠性主要表現在硬件和軟件兩個方面：在硬件方面，由于采用性能優良的開關電源，并且對

15、采用的器件進行嚴格的篩選，加上合理的系統結構，最后加固、簡化安裝，因此plc具有很強的抗振動沖擊性能；無觸點的半導體電路來完成大量的開關動作，就不會出現繼電器控制系統中的器件老化、脫焊、觸點電弧等問題；所有的輸入/輸出（i/o）接口都采用了光電隔離措施，使外部電路和plc內部電路能有效的進行隔離；plc模塊式的結構，可以在其中一個模塊出現故障時迅速地判斷出故障的模塊并進行更換，這樣就能盡量縮短系統的維修時間。在軟件方面，plc的監控定時器可用于監視執行用戶程序的專用運算處理器的延遲，保證在程序出錯和程序調試時，避免因程序錯誤而出現死循環；當cpu、電池、i/o口、通信等出現異常時，plc的自診

16、斷功能可以檢測到這些錯誤，并采取相應的措施，以防止故障擴大；停電時，后備電池和正常工作時一樣，進行對用戶程序及動態數據的保護，確保信息不丟失。（2）應用靈活、使用方便模塊化的plc設計，使用戶能根據自己控制系統的大小、工藝流程和控制要求等來選擇自己所需的plc的模塊并進行資源配置和plc編程。這樣，控制系統就不再需要大量硬件裝置，用戶只需根據控制需要設計plc的硬件配置和i/o的外部接線即可。而在plc控制系統中，當控制要求改變時，不改動plc外部接線，只需修改程序即可。（3）面向控制過程的編程語言，容易掌握plc的編程語言采用繼電器控制電路的梯形圖語言，清晰直觀。雖然plc是以微處理器為核心

17、的控制裝置，但是它不需要用戶具有很強的程序設計能力，只要用戶具備一定的計算機軟、硬件知識和電器控制方面的知識即可。這種面向控制過程的編程方式，與目前微機控制常用的匯編語言相比，雖然在plc內部增加了解釋程序，增加了程序執行時間，但對大多數的機電控制設備來說，這種時耗是微不足道的。（4）易于安裝、調試、維修在安裝時，由于plc的輸入/輸出接口已經做好，因此可以直接和外部設備相連，而不再需要專用的接口電路。而且plc的軟件功能取代了原來繼電器控制中的中間繼電器、定時器、計數器等一些器件，所以硬件安裝上的工作量相應減少。plc的調試可先在實驗室模擬完成，模擬調試完成后再現場安裝、調試。這樣就可以避免

18、可能在現場會出現的一些問題，從而縮短調試周期。在維修方面，plc完善的診斷和顯示功能，可以通過模塊上的顯示或編程器等很容易地找出故障的模塊，而且由于模塊化設計，因此只需要對出錯的模塊進行更換即可。（5）網絡功能強大plc具有強大的網絡功能。plc不僅能做到遠程控制、進行plc內部通信與上位機進行通信，還具備專線上網、無線上網等功能。這樣，plc就可以組成范圍很大的控制網絡，整個工廠，甚至整個系統都可以實現自動化，從而提高生產的效率。（6）體積小、重量輕由于plc內部電路主要采用微電子技術設計，因此它具有體積小、重量輕等特點。31.1.3 plc的應用可編程控制器是“專為工業環境下應用而設計的”

19、工業控制計算機，由于其具有很強的抗干擾能力，很高的可靠性，能在惡劣環境下工作的大量的i/0接口，因此，伴隨著新產品、新技術的不斷涌現，始終保持著旺盛的市場生命力。可編程控制器的出現，除了取代傳統的繼電器控制外，正在逐步占領dcs和pid市場份額。國際市場:當今世界的plc生產廠家約200多家，生產400多種plc。全球最大的5家plc制造商，德國siemens公司、美國a-b公司、schneider公司、日本的mitsubishi公司、omron公司、三菱公司約占全球市場銷售額的67%。我國對可編程控制器的研制始于1974年，目前全國有幾十個生產廠家，但產品多為128個開關量i/o點以下的小型

20、機。我國應用plc還處于初級階段，而且局限于鋼鐵、化工、汽車、機床、煤炭、電站等領域，其它行業的應用尚未普及，中國尚有廣闊的應用領域等待開拓。我國90%的plc市場由國外占領，中、大型plc中，幾乎100%是國外產品，以美國modicon公司、ge公司、西德siemens，日本富士公司為主。我國的飲料包裝設備在許多方面采用了plc，并取得了非常好的效果。451.1.4 plc控制系統發展趨勢plc具有可靠性高、使用方便、編程簡單、體積小、重量輕等特點。目前，全世界plc生產廠家約為200家，生產300多個品種。作為控制裝置，它在許多工業領域都得到廣泛的應用。隨著微處理器技術和現代通信技術的發展

21、，plc也得到了迅速發展，其技術和產品日趨完善。plc的主要發展趨勢主要表現在以下幾個方面。（1）高速度、高i/o容量、功能強大隨著cpu處理速度的提高，plc程序執行的速度也越來越快；大規模和超大規模集成電路的發展，相應地使i/o的容量也得到增加；智能模塊的增加，使plc能夠實現的功能越來越多。（2）強大的plc聯網能力隨著人們對工業自動化的要求越來越高，人們已經不再滿足對幾個設備、幾條生產線的plc控制，而是要求實現對全工廠的自動化，所以提高plc控制系統的網絡功能成為plc的發展趨勢。以后人們不僅能通過通信模塊進行plc與plc、plc與上位機之間的連接，還能通過撥號或者無線的方式使pl

22、c聯網。（3）編程軟件多樣化plc的梯形圖語言、助記符語言和功能模塊語言雖然使用方便，而且也能很好地實現控制要求，但是在處理一些高級功能（復雜運算、報表生成和打印等功能）時存在明顯的不足，所以就要求高級語言（basic、c、fortran等）、圖形語言、匯編語言兼容。這樣不僅可以通過梯形圖語言、助記符語言和功能模塊語言來編寫程序，也可以通過高級語言來編程。1.2 包裝碼垛自動生產線的發展包裝碼垛自動生產線屬于工業機器人。工業機器人是在第二次世界大戰期間發展起來的，始于40年代的美國橡樹嶺國家實驗室的搬運核原料的遙控機械操作手。工業機器人是一種能自動控制、可重復編程、多功能、多關節的操作機。它可

23、以是固定式或移動式的，用于工業自動化作業中。工業機器人與其它專用自動機的主要區別在于，專用自動機是適應于大量生產的專用自動化設備，而工業機器人是一種能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化設備。包裝碼垛生產線是機電儀一體化高技術產品，適用于化工、糧食、食品及醫藥等行業。它可實現對粉、粒、塊狀物料（如塑料、化肥、合成橡膠、糧食等）的稱重、供袋、裝袋、折邊、封袋、倒袋整形、金屬檢測、重量復檢、批號打印、轉位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業全部實現自動化。通過可編程控制器，對整個生產線的工作過程進行自動控制，對運行過程中出現的故障或供料不足，供袋不及時、出垛不及時等，進行聲光報警。該設

24、備具有操作簡單，運行可靠，維修方便等優點。根據用戶要求，配上通訊接口和打印機，有打印日、月累計報表的功能。還可與上位機或觸摸屏連接，對包裝碼垛自動生產線實現實時監控、遠程診斷和網絡化管理。包裝碼垛自動生產線以plc為控制核心，以鍵盤、按鈕或觸摸屏為輸入設備，plc通過總線進行通信，完成對各電機轉速、轉向及各個接觸器、中繼器等的控制。包裝碼垛生產線簡單地講，它是由包裝機械和碼垛機械組成的，其中的主要部分還是包裝機械，碼垛機械是從包裝生產在線分離出來而發展起來的。其流程圖如圖1-1所示。6來自主廠房的物料傳感器稱重料斗倉庫封口機電子稱重機組 碼垛 系統圖1-1 包裝碼垛生產線流程圖1.3 課題主要

25、研究內容隨著科學技術的迅猛發展,生產力水平的不斷提高,人們對降低勞動強度、改善工作環境日益重視起來。石油化工、煤化工、化肥、糧食、港口等行業對包裝質量和勞動效率的要求也日益提高,從而促進了這些企業的現代化改造。而傳統的人工包裝由于其生產效率低下而成為這些行業產量和包裝質量提高的巨大障礙,已不能滿足現代化大生產的需要。因此對包裝碼垛自動生產線的應用研究具有重大的經濟意義和現實意義。本課題主要研究plc在包裝碼垛生產線自動控制系統中的應用。該課題主要完成以下四個方面的工作:(1)掌握plc控制原理及編程；(2)熟識包裝碼垛生產線的工藝過程及動作流程；(3)plc控制系統的軟、硬件設計；(4)包裝碼

26、垛生產線的程序調試。第2章 包裝碼垛自動生產線機械系統的工作原理2.1 概述本課題所設計的包裝碼垛自動生產線是一個典型的機電一體化系統。機電一體化技術又稱機械電子技術，是機械技術、電子技術和信息技術有機結合的產物。機電一體化系統通常由五大要素構成，即動力源、傳感器、機械結構、執行組件和電子計算機。全自動包裝碼垛生產線是集機、電、儀于一體的高技術產品，它主要應用于化工、糧食、食品及醫藥等行業中的粉、粒、塊狀物料(如塑料、化肥、合成橡膠、糧食等)的全自動包裝，即對包裝過程中的稱重、供袋、裝袋、折邊、封口、倒袋整形、批號打印、檢測、轉位編組、碼垛、托盤和垛盤的輸送等作業全部實現自動化。72.2 包裝

27、碼垛自動生產線系統組成包裝碼垛自動生產線主要由以下各部機組成如圖2-l所示:1.全自動電子定量秤2.平臺3.自動供袋機4.自動裝袋機5.夾口整形機6.自動折邊機7.自動縫口機8.立袋輸送機9.倒袋整形機10.金屬檢測機11.重量復檢機12.自動撿選機13.噴墨打印機14.過渡輸送機15.斜坡輸送機16.壓平整形機17.托盤倉18.轉位輸送機19.托盤輸送機20.編組機21.推袋壓袋機22.升降機23.分層碼垛機24.高架平臺25.垛盤輸送機26.碼垛機控制柜27.包裝機控制柜28.電子秤控制柜 29.dcs控制系統30.真空系統31.除塵系統圖2-1 包裝碼垛自動生產線2.2.1 全自動電子定

28、量秤的組成和工作原理全自動電子定量秤是包裝機起始部機，其作用是完成物料的定值稱重、投料等作業。本生產線采用凈重式電子稱重方式，這樣稱量結果不受容器皮重變化的影響，稱量精度高，同時采用雙秤交替的運行模式。給料系統采用氣動控制的二級投料方式，即全自動電子定量秤進入自動運行狀態后,稱重控制系統打開給料門開始加料，該給料裝置分為粗給料狀態、細給料狀態兩級給料方式；首先粗給料門完全打開，當到達給定粗給料重量時，關閉給料門，留一條狹縫,進入細給料狀態。當到達給定細給料重量時,完全關閉給料門，經過一定的空中落料,稱量斗穩定,并且卡袋機構卡緊時,卸料門打開,物料進入放料斗,再落入袋內,給料結束。2.2.2 自

29、動供袋機的組成和工作原理自動上袋機組包括：自動供袋、自動取袋、自動夾袋與上袋、自動開袋、自動送袋等機構,以及氣動系統、真空系統、光電檢測裝置和電氣控制系統。自動供袋機是由供袋器、吸袋器、袋子傳送器、接袋器、取袋器等部件組成。供袋機為裝袋機提供空包裝袋，操作人員將空包裝袋放置在給袋器上后，其余的動作均由設備自動完成。該部機采用雙盤自動切換工作方式，每盤可存儲200個以上空袋(編織袋或紙袋)，取袋時配有真空檢測系統。空袋的放置情況由檢測裝置進行檢測。帶有真空吸盤的吸袋器從供袋器上把包裝袋吸住，然后向上提升到位后，傳送給傳送器。傳送器將袋子輸送到供袋機的斜板上。在導向板、接袋器、吸盤和光電開關的作用

30、下，確保包裝袋在斜板上保持正確的位置和形狀。取袋器撿起斜板上的包裝袋，在取袋器四連桿的作用下，包裝袋定位在包裝機的中心在線，等待裝袋機將包裝袋取走。82.2.3 自動裝袋機的組成和工作原理自動裝袋機是由過渡料斗、取袋開袋夾送裝置、翻門縮口裝置、機架等構成。過渡料斗是裝袋機聯接全自動電子定量秤的過渡裝置，它可以存儲一袋物料，提高全自動電子定量秤的稱重速度，減小物料落差，降低粉塵產生量，利于除塵，同時保證物料順利地導入裝袋機并防止裝袋機產生的振動傳遞到全自動電子定量秤上。取袋開袋夾送裝置將自動供袋機的取袋器取好的袋子夾住，開袋吸盤吸住袋子的兩面，在主氣缸推動下送到翻門縮口裝置的下面并將袋口拉開(此

31、動作是和翻門縮口動作同時進行)為填裝物料做準備，同時將己裝好物料的料袋送到夾口整形機內。在主氣缸行程兩端安裝有緩沖器，使主氣缸在行程端點得以緩沖并使裝袋機振動減輕。翻門縮口裝置將送過來的料袋通過夾袋手爪夾住袋子的兩上邊，通過縮口動作收縮袋口(此動作與開袋動作同時進行)使翻門插入袋口，并在檢測系統檢測到料袋位置正確后向全自動電子定量秤和過渡料斗發出卸料請求指令，投下物料，完成裝袋。每次裝填完物料后翻門關閉，夾袋手爪將袋口繃緊，松開，放到輸送機上，再由取袋夾送裝置在取袋的同時夾送到夾口整形機內。2.2.4 轉位輸送機的組成和工作原理轉位輸送機是由輸送機和料袋轉位機構組合而成。它是將緩停機送來的料袋

32、按預定的編組程序對料袋進行輸送和轉位。料袋的轉位是通過光電信號控制轉位裝置，在料袋輸送過程中使料袋實現90的轉位。料袋所需回轉的角度是以保證料袋口向內為準，從而能夠保證垛形整齊、美觀。轉位機構由機架、轉位電機、轉軸、轉體、夾緊氣缸、夾板等組成。當料袋按工作程序要求實現轉位時，夾緊氣缸伸出，帶動夾板將料袋夾住，轉位電機帶動轉軸、轉體使料袋旋轉90，當料袋不需轉位時，氣缸將夾板收回，夾板不擋料袋。2.2.5 編組機的組成和工作原理編組機是碼垛機組中的重要部機之一，對提高碼垛質量和速度起到關鍵的作用。編組機主要由輸送機、緩停板、前擋板及左右擋板組成。編組機的工作原理是將轉位輸送機送來的料袋按碼垛要求

33、實現2-3編組和3-2編組，即垛型每層為二袋豎、三袋橫或三袋橫、二袋豎并交替進行。當位于輸送帶入口處的光電開關檢測到一個料袋到來時，立即啟動減速電機將料袋向前拖動到預定距離，而后停止運轉。在下一個料袋到來時，光電開關又重新啟動電機重復上述動作。當完成二袋豎放或三袋橫放時，推袋裝置便把這組料袋推到緩停板上暫存。如果計數達到一層(二袋豎加三袋橫或三袋橫加二袋豎)時，推袋裝置就將二部分料袋一起推到碼垛區。由于緩停板的設置減少一次來回推袋的時間，從而提高了碼垛效率。2.2.6 推袋壓袋機的組成和工作原理推袋壓袋機主要由傳動機構、推袋小車、導軌、壓袋機支架、壓袋框等機構組成。推袋壓袋機是將已編組的料袋組

34、推至緩沖區或碼垛區，并在分層碼垛時對一層料袋進行五面整形，使垛形保持良好。當料袋進入壓平輸送機和壓平裝置時,上下皮帶將料袋向前輸送的同時,壓整裝置本身重量的一部分作用在料袋上,使袋內物料分布均勻。推袋機完成一個推袋的全過程是分兩次進行的，第一次是將編組機輸送帶上的半層料袋(二袋豎或三袋橫)推至緩停板上后，推料小車退回原位，第二次將另一半層料袋連同緩停板上的半層料袋全部推到碼垛區。整個推袋過程都是在位置信號控制下進行的，即其各段行程的運行速度是不同的，從而保證了碼垛質量和工作效率。2.2.7 分層碼垛機的組成和工作原理分層碼垛機是由滑板機構、整形裝置和端擋板組成。料袋在編組機上排列好后,通過推袋

35、機將料袋推到分層機上,分層機先通過整形板對已編組的料袋組進行整形，然后，分層機再將整形后的一層料袋投放到升降機上的托盤上，完成一層料袋的碼垛。2.2.8 升降機的組成和工作原理升降機主要由升降平臺、傳動機構和配重體組成。升降機是在碼垛過程中完成對空托盤的提升和對垛盤逐層下降以進行碼垛的設備。剪叉式升降機是靠剪刀式支承架的展開與折迭來完成貨物平臺的升降，其動力是通過油缸的伸縮來推動剪刀的展開與折迭。2.2.9 托盤倉的組成和工作原理托盤倉主要由機架、叉板、主氣缸、光電開關組成。托盤倉用來儲存一定數量的托盤,根據需要及時準確地將托盤分配給托盤輸送機確保生產線能連續工作。托盤輸送機將托盤倉中存儲的托

36、盤輸送到碼垛工位。垛盤輸送機是將空托盤輸送至升降機的升降托叉上進行碼垛，而后將滿垛后的垛盤輸送至下一垛盤輸送機(無動力)的設備。托盤倉的主氣缸用以頂起托盤。側面還裝有兩個小氣缸，小氣缸控制叉板開合，保證托盤的提取。光電開關采用對射式光電開關，檢測托盤倉內托盤的存儲量，以保證托盤的及時供給。第3章 包裝碼垛自動生產線plc控制系統設計在包裝過程中，自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測、重量檢測及碼垛等多個動作，動作多，運動復雜，而所處工作環境惡劣(高溫、振動、粉塵)，這就要求控制系統具有很高的可靠性、良好的節能措施、很強的故障診斷能力，確保生產的穩定運行。由于包裝生產線的各種控制

37、為開關量，而目前流行的plc具有結構小巧、運行速度高、通用性好、可靠性高等特點，非常適合于工業現場的高溫、振動、粉塵等惡劣環境下的開關控制。所以選用plc作為控制系統的核心部件。本包裝碼垛自動生產線動作關系復雜，i/0點數較多，以開關量控制為主，選擇日本三菱公司的fx2n系列plc為控制核心部件。9103.1 plc的基本結構plc的類型繁多，但其結構和工作原理則大同小異，一般是由中央處理單元(cpu)、內存、輸入/輸出單元、編程器、電源等主要部分構成的。如果把plc看作一個系統，外部的開關信號均為輸入變量，它們經輸入接口存到plc內部的數據存儲器中，而后經過邏輯運算或數據處理以輸出變量的形式

38、送到輸出接口，從而控制輸出設備。plc的基本結構如圖3-1所示。11圖3-1 plc的基本結構3.2 plc的主要組成部分（1）中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、內存、i/o以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入i/o映象區，然后從用戶程序內存中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入i/o映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將i/o映象區

39、的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。（2）內存根據內存存儲內容的不同，我們把內存分為：系統程序內存：用來存放系統程序的內存。系統程序相當于計算機操作系統，主要包括檢查程序、編譯程序和監控程序，是plc廠家根據選用的cpu的指令系統編寫的，并固化到rom里，用戶不能修改其內容。用戶程序內存：用來存放用戶根據控制要求編制的程序。不同類型的plc，其存儲容量也不一樣。數據存儲器：用以存放plc運行中的各種數據的內存。因為運行中數據不斷變化，所以這種內存必須可擦寫。（3）輸入/輸出單元輸入/輸出(i/0)單元是plc與外部設備相互聯系的窗口。輸入單元接收現

40、場設備向plc提供的信號，例如由按鈕、操作開關、限位開關、繼電器觸點、接近開關、撥碼器等提供的開關量信號。這些信號經過輸入電路的濾波、光電隔離、電平轉換等處理，變成cpu能夠接收和處理的信號。輸出單元將經過cpu處理的微弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅動各執行組件，如指示燈的亮滅，電動機啟停和正反轉，設備的轉動、平移、升降，閥門的關閉等。（4）電源部分電源部件能將外部供電電源轉換成供plc的cpu、內存、i/0接口等電子電路工作所需要的直流電源，使plc能正常工作。plc中一般配有開關式穩壓電源為內部電路供電。開關電源的輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效

41、率高、抗干擾性能好。有的plc能向外部提供24v的直流電源，可給輸入單元所連接的外部開關或傳感器供電。123.3 plc的工作原理plc與繼電器構成的控制裝置的重要區別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而plc則不同，它采用循環掃描技術，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作，而且每次它只能執行一條指令，這也就是說plc以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據輸入和邏輯控制結構就可以直接

42、得到輸出，而plc控制則需要輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段才能完成控制過程。3.3.1 輸入采樣階段在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入i/o映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，i/o映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。3.3.2 用戶程序執行階段在用戶程序執行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯

43、形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統ram存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在i/o映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其它輸出點和軟設備在i/o映象區或系統ram存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或資料的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在

44、其上面的程序起作用。 在程序執行的過程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點。即使用i/o指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從i/o模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。3.3.3 輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是plc的真正輸出。3.4 plc控制系統設計3.4.1 包裝碼垛自動生產線工藝流程包裝碼垛自動生產線可自動完成稱重、供袋、取袋、裝袋、縫口、輸送、金屬檢測、重量檢測及碼垛等功能。全自動包裝碼垛生

45、產線的機械系統主要包括全自動稱重單元、包裝單元、輸送檢測單元、碼垛單元。其主要工藝流程如下:物料自儲料斗進入包裝秤的給料裝置，通過粗、細給料，實現粗、細兩級加料。當秤斗中的物料重量達到最終設定值時，稱重終端發出停止加料信號，待空中的飛料全部落入秤斗后此次稱重循環結束，此時電子包裝秤等待裝袋機的投料信號。當自動裝袋機完成上袋后，發出訊號，使稱重箱打開卸料翻門，向包裝袋內投料，卸料后稱重箱關閉翻門，裝袋機張開夾袋器，包裝袋通過夾口整形機和立袋輸送機進入自動折邊機，包裝袋經折邊后，進入縫口機，當設在縫口機旁邊的光電開關檢測到包裝袋后，縫紉機開始工作，縫合包裝袋，當包裝袋離開縫紉機后，縫紉機停止，并自

46、動切斷縫合線。包裝袋經過倒袋整形機進入金屬檢測機及重量復檢機，如果檢測不合格，在包裝袋通過自動撿選機時將被剔除，而合格的包裝袋則順利通過自動撿選機，再經噴墨打印機、過渡輸送機、緩停機等設備，將包裝袋輸送到碼垛單元，由轉位機根據碼垛工藝要求將料袋依次按“2袋豎-3袋橫”和“3袋橫-2袋豎”循環做轉位處理。這樣包裝袋便以2袋直或3袋橫的形式進入編組機，最后由碼垛機將包裝袋堆碼到托盤上，一般以碼8層為一垛。碼垛完成后，垛盤輸送機將其輸送出碼垛區，停放在叉車區域垛盤輸送機上。碼垛機所使用的托盤由托盤倉和托盤輸送機根據程序自動提供。包裝碼垛自動生產線工藝流程如圖3-2所示。13開始供袋取袋送袋斜板抓袋橫

47、進取袋橫進送袋縫紉機夾口折邊充填托起放料門開袋報夾夾袋口縮袋口立袋輸送推倒壓平金屬檢測復檢稱剔除爬坡過渡爬坡緩停層計數分層整形推袋編組轉位轉位輸送緩停壓平結束嗎?停止開始yn升降機叉裝架托盤氣缸排垛托盤輸送垛盤輸送開合托叉圖3-2 全自動包裝碼垛生產線工藝流程圖3.4.2 plc控制系統硬件設計plc控制系統是全自動包裝生產線的核心部位，而在包裝過程中，動作多，運動復雜，這就要求控制系統具有很高的可靠性、良好的節能措施、很強的故障診斷能力，確保生產的穩定運行。由于包裝生產線的各種控制為開關量，動作關系復雜，i/o點數較多，選擇日本三菱公司的fx2n系列plc。(1)硬件配置硬件配置包括fx2n

48、基本單元、fx2n擴展單元、檢測組件(光電開關、接近開關、真空開關等)、人機操作接口(按鈕、指示燈等)、控制組件(交流接觸器、變頻器、電磁閥等)以及執行組件(電機和氣缸等)。14(2)具體的輸入輸出擴展根據對于本生產線的分析，系統需要約130個輸入點、160個輸出點，總的點數約在290個左右，加上一定的點數裕量，系統總的輸入輸出點數應該配置在320點左右，而fx2n系統最大的點數是256點，所以決定采取分段控制，將整個系統分成2段，前一段從電子稱重機到噴墨打印機，使用一個plc系統控制，具體的擴展方法是fx2n-128mr+fx2n-48er各一臺，共有點數176個，輸入點88個，編號范圍是x

49、000x127，輸出點88個，編號范圍是y000y127；剩下的后面作為一個控制系統，使用fx2n-128mr+fx2n-16eyr，總點數144個，輸入點數64個，編號范圍是x000x077，輸出點s0個，編號范圍是y000y117。這樣系統的總點數為320點，其中輸入點152個，輸出點168個，可以滿足系統的要求。圖3-3是i/o擴展連接示意圖。15fx2n-128mrfx2n-16eyrfx2n-48erfx2n-128mr前段后段圖3-3 i/o擴展連接示意圖(3)分配輸入/輸出點一般輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的。分配好后，按系統配置的信道與接點號，分配給每一個輸入信

50、號和輸出信號，即進行編號。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點對應的即為輸入繼電器，與輸出點對應的即為輸出繼電器。全自動包裝碼垛生產線控制系統包裝部分及碼垛部分輸入輸出接口如表3-1、3-2所示。表3-1 包裝部分i、o接口分配輸入輸出名稱名稱吸袋垂直氣缸x001垂直氣缸下降y001吸袋真空裝置x002垂直氣缸上升y002吸袋真空閥x003吸盤y003上限位開關x004垂直氣缸傾斜y004傾斜氣缸電磁閥x005斜托板下降y010斜限位開關x006防滑吸盤吸袋y011表3-1 包裝部分i、o接口分配續表3-1斜托板光電開關x010磕頭裝置傾斜y013光電開關x011真空吸袋y014真空電磁閥接通x

51、012磕頭裝置立起y015橫進裝置裝袋點限位x013斜托板上升y020傾斜限位x014抱板閉合y021磕頭裝置到位信號x015大夾子閉合y022橫進裝置取袋點限位x020料斗下縮口夾子張開y024夾抱限位x021取袋真空裝置打開y025橫進裝置移動限位開關x022縮口夾子向里收y026開袋真空檢測x023夾輥氣缸動作y027夾袋壓力檢測x024開袋y030打開袋口x040抱袋y031橫進裝置限位x041張開y033橫進裝置到位x050縮口夾子張開y037輸送帶x051放料門插入y040倒袋x053拍打板上升y042整形x054敦實y043金屬檢測x055折邊y044金屬信號x056縫口y045

52、重量檢測x057倒袋氣缸伸出y050整形氣缸動作y051檢測器聲光報警y060檢選機剔除y061橫進裝置y100表3-2 碼垛部分i、o接口分配輸入輸出名稱名稱編組傳輸光電開關x001轉位機轉位y071料袋傳輸限位開關x002編組傳輸電機y004推袋擋板關閉x003轉位傳輸電機y005滿半層信號x004緩停機運轉y006滑臺限位開關x005推袋y000推袋前端限位x006滑臺推袋擋板打開y001側面整形擋板x007推袋機返回y002碼垛位限位x010分層機分層y003壓袋限位x011升降機下降y007壓袋返回x012前端推袋擋板打開y074分層機滿信號x013側面整形y075滿一層信號x015

53、壓袋機壓袋y076前端推袋擋板x016托盤輸送機y020托盤至碼垛位x020升降機上升y010表3-2 碼垛部分i、o接口分配續表3-2升降機上限位x021聲光報警y030升降機上臨界x022排垛輸送y031升降機下限位x023托盤倉動作y035分層機開x024垛盤輸送機y036分層機關x025托盤倉聲光報警y040緩停機占位x026托盤倉上升y050編組機滿x027托盤倉下降y051垛盤位空x030托盤叉打開y052空托盤到位x033托盤叉合上y053托盤叉位置空x034垛盤緩沖位置空x035緩沖位置限位x037托盤上升信號x050待傳位信號x051托盤倉上位x052托盤倉中位x053實垛盤

54、到位x054托盤倉底部位x055托盤倉下降x057轉位機停止x0603.4.3 plc控制系統軟件程序設計包裝碼垛自動生產線控制系統是基于plc集成控制的系統，根據本節敘述的程控邏輯的系統整體控制流程圖和分布流程圖及系統的輸入和輸出信號，來編制plc的梯形圖。plc采用循環掃描方式，按梯形圖從上而下，從左而右的先后順序予以執行。下面給出的是程序的梯形圖，使用三菱公司全系列編程軟件gx-developer編輯，編程方式是梯形圖。(1)自動供袋控制邏輯和梯形圖當吸袋垂直氣缸電磁閥接通時，氣缸開始下降，同時吸袋真空裝置接通，當吸袋真空閥達到設定值時，吸袋垂直氣缸開始上升，吸盤吸住袋子上升，上限位開關

55、打開后，傾斜氣缸電磁閥接通，使垂直氣缸傾斜，把袋送入供袋輥子，斜限位開關閉合后，傾斜氣缸停止運動，吸袋真空吸盤斷真空，袋子開始進入供袋輥子。同時，傾斜氣缸開始返回，完成吸袋操作，這個過程不斷重復進行。自動供袋流程圖如圖3-4所示。自動供袋梯形圖如圖3-5所示。開始吸盤吸住袋子垂直氣缸下降真空閥設定值吸袋真空裝置接通吸袋氣缸上升傾斜氣缸運動袋子送入供袋輥子各氣缸復位吸盤斷真空到上限位了嗎到斜限位了嗎nynyny圖3-4 自動供袋流程圖圖3-5 自動供袋梯形圖(2)自動取袋控制邏輯和梯形圖袋子通過供袋輥子送到斜托板上，當斜托板上的光電開關檢測到袋底時，支持袋底的斜托板開始下降，當光電開關檢測到袋口時，斜托板上的防滑吸盤吸住袋子。這時橫進裝置應在生產線取袋位置，如果不在，應向該方向移動，移動過程中，由減速開關控制減速運動，由到位限位開關控制到位。到位后，磕頭裝置傾斜，由限位開關限位，同時起動真空電磁閥，實現真空吸袋，經過延時，吸住袋，磕頭裝置立起，斜托