《基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)》10000字（論文）

緒論1.1研究背景及意義任何產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域必須有包裝，而實現(xiàn)包裝的主要手段是利用包裝機(jī)械。傳統(tǒng)的包裝機(jī)械大多采用機(jī)械控制，存在能耗大、能耗高、工作效率低等缺點。食品包裝機(jī)械的代表性包裝設(shè)備是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的食品包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)化，有利于推動包裝設(shè)備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)我國包裝行業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，從而為日常用品的開發(fā)提供配套支持。目前小包裝機(jī)械由于通用性差，包裝品種單一，不能滿足人們對包裝個性化、多樣化的需求，大多數(shù)小包裝機(jī)械都面臨著低端技術(shù)產(chǎn)品的激烈競爭，擁有先進(jìn)多伺服控制技術(shù)的國內(nèi)包裝企業(yè)卻很少出現(xiàn)，主導(dǎo)包裝機(jī)械制造行業(yè)走向行業(yè)的先河。我國包裝機(jī)械行業(yè)從簡單到復(fù)雜，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，特別是改革開放以后，取得了很大的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家相比，還有不少差距，國產(chǎn)包裝機(jī)械在科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用相對較少，自動化控制水平較低，包裝設(shè)備的種類比較少。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)，對提高盒裝自動化水平，提高包裝作業(yè)效率具有重要意義。1.2包裝機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1我國包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀我國包裝機(jī)械工業(yè)是改革開放后發(fā)展起來的，由于起步較晚，大多數(shù)設(shè)備都是通過引進(jìn)國外設(shè)備，再經(jīng)過消化、吸收、研制而成的，很長一段時間沒有形成獨立的行業(yè)，在20世紀(jì)80年代初，我國政府發(fā)布的機(jī)械產(chǎn)品目錄中還沒有包裝機(jī)械這一門類。70年代中期以前，我國商品包裝的技術(shù)和裝備還比較落后，多數(shù)食品企業(yè)主要是手工包裝和散裝銷售，僅在糖果、煙草等幾個方面采用機(jī)械包裝，但設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)落后。本行業(yè)從無到有、從小到大、逐步發(fā)展起來，經(jīng)過二十多年的努力，我們在自力更生的同時，積極吸收國外先進(jìn)的技術(shù)，包裝機(jī)械工業(yè)在包裝機(jī)械化、自動化方面已經(jīng)取得了舉世矚目的進(jìn)步，初步形成了包裝機(jī)械研究、設(shè)計和制造的獨立體系，設(shè)備在數(shù)量、品種、水平等方面都有較大發(fā)展，成為我國機(jī)械工業(yè)十大支柱產(chǎn)業(yè)之一。與此同時，在全行業(yè)的廣大企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)技術(shù)人員和行業(yè)工作者的共同努力下，新技術(shù)、新產(chǎn)品正日益涌現(xiàn)和轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。但與國際水平相比，我國仍有相當(dāng)大的差距，特別是包裝機(jī)械技術(shù)含量的差距更大，這使我國建材、糧食加工、冶金、化工等需要包裝的行業(yè)無法擺脫繁重的體力勞動，因而這些行業(yè)勞動生產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、物料浪費嚴(yán)重、能源消耗高，嚴(yán)重困擾這些行業(yè)的發(fā)展。1.2.2目前我國包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的共性問題（1）產(chǎn)品質(zhì)量差距產(chǎn)品質(zhì)量是關(guān)鍵，我國的包裝設(shè)備基本是由國外引進(jìn)消化吸收的，外觀相似，但用起來卻大不一樣。（2）產(chǎn)品技術(shù)差距目前國外的發(fā)展趨勢是智能化，遠(yuǎn)程操作與控制，盡管我國已經(jīng)開始研制，但與國外先進(jìn)技術(shù)水平相比還存在很大差距。（3）產(chǎn)品品種差距目前我國包裝設(shè)備1700多種，而國外有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。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)總體發(fā)展情況正常，發(fā)展速度較快，結(jié)構(gòu)調(diào)整出現(xiàn)一定變化，包裝工業(yè)整體實力得到進(jìn)一步增強。（4）高起點企業(yè)少，低水平重復(fù)多包裝機(jī)行業(yè)中，由于國有、集體、私營等不同性質(zhì)的企業(yè)，在資金、裝備、技術(shù)力量上有很大差異，起點也不同?？傮w趨勢是高起點少，多數(shù)企業(yè)設(shè)備水平較低。例如較簡單的自動封口機(jī)，一個地區(qū)就有近百家企業(yè)在生產(chǎn)，規(guī)模都不大，近二十年來也沒多大變化，只是因為實行了專業(yè)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)成本大大降低。劣質(zhì)重復(fù)生產(chǎn)的嚴(yán)重后果是擾亂市場、技術(shù)落后、企業(yè)自殺、產(chǎn)業(yè)受損等。（5）低價競爭嚴(yán)重，利潤空間小一些出口企業(yè)在發(fā)現(xiàn)國外市場的一些商機(jī)時，往往一哄而上，降低價格以搶奪顧客，不但無利可圖，而且還可能導(dǎo)致國外將我國產(chǎn)品作為反“傾銷”調(diào)查對象。一些包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)眾多，低價競爭導(dǎo)致偷工減料、減少鋼號，以致耐磨性、耐蝕性大大下降。有的企業(yè)只是跟在別人后面看，看什么設(shè)備好，別人用什么設(shè)備賺錢就模仿什么設(shè)備，造成市場混亂。雖然市場需求巨大，但由于同一地區(qū)大量重復(fù)生產(chǎn)，造成低價激烈競爭，利潤空間很小。1.3國內(nèi)外包裝機(jī)械研究現(xiàn)狀20世紀(jì)初包裝機(jī)的控制系統(tǒng)，都是通過改變電動機(jī)級數(shù)的調(diào)速方式來調(diào)整運行速度的級數(shù)，1933年，世界上第一臺6m/s的包裝機(jī)在美國發(fā)明了。國外制袋機(jī)大多根據(jù)包裝材料和產(chǎn)量的大小，一般在20-100袋/分之間，多數(shù)為單排包裝，封合一般是三邊、四邊、背封。我國包裝機(jī)械起步較晚，發(fā)展水平與國外相比還有很大差距。但由于包裝機(jī)械在我國發(fā)展較晚，目前仍處于應(yīng)用的初級階段，盡管九十年代以后，我國的制袋機(jī)也有了較快的發(fā)展，經(jīng)過國內(nèi)外產(chǎn)品的消化吸收、自主開發(fā)，技術(shù)上有了很大的提高，但與國外相比，國內(nèi)大部分產(chǎn)品技術(shù)含量低，差異程度低，成熟產(chǎn)品技術(shù)容易模仿和模仿，造成低水平重復(fù)，阻礙了對包裝機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。在產(chǎn)品技術(shù)方面，國產(chǎn)包粉機(jī)的主要特點是：（1）速度低，品種少國外大多數(shù)制袋充填包裝機(jī)根據(jù)包裝物料的不同和產(chǎn)量的大小，一般在20-100袋/分之間，大多為單列式包裝，封合形式一般是三邊封，四邊封和背封式。（2）精度低采用螺桿充填的粉料計量充填系統(tǒng)，當(dāng)充填量為100g~1000g時，國外機(jī)器的計量精度一般<1%，而國內(nèi)一般在62%~63%之間。（3）可靠性低國內(nèi)一些企業(yè)為了在產(chǎn)品初期獲得較快的利潤，低價傾銷，采用無質(zhì)量保證的電子零件、控件或低級原材料，再加上加工、裝配工藝不規(guī)范，沒有對具體情況進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致產(chǎn)品不穩(wěn)定或不適合用戶使用要求。由于我國基本國情的影響和人們對基本生活需求的日益增長，使得我國包裝機(jī)械對高精密設(shè)備的需求相對較小，而對于中、低精度、能滿足普通包裝生產(chǎn)要求的包裝機(jī)械的需求量較大，對包裝機(jī)械的需求量較大，對包裝機(jī)械的需求量較大。國內(nèi)一些大型包裝機(jī)械廠家加大投入，吸收國外先進(jìn)包裝技術(shù)，進(jìn)行自主研發(fā)設(shè)計，這使我國包裝機(jī)械有了很大的發(fā)展，技術(shù)水平也有了很大的提高。目前，國內(nèi)大型包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)有50多家，但多數(shù)廠家的生產(chǎn)水平還比較低，自動化程度和技術(shù)含量參差不齊，生產(chǎn)的包裝機(jī)械也存在較大差異，一些成熟的產(chǎn)品技術(shù)也大量模仿抄襲，沒有自己的主打品牌，對我國包裝技術(shù)創(chuàng)新的影響也很大。由于我國的包裝機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)水平與國外相比還有很大的差距，國內(nèi)的包裝機(jī)械產(chǎn)品還存在很多不足。2基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計2.1包裝機(jī)的工作原理包裝機(jī)有一個電動機(jī)三個執(zhí)行構(gòu)件（一個送料、一個凸輪機(jī)構(gòu)控制運輸爪的升降、一個導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制往復(fù)運動）。根據(jù)推板定長計數(shù)將香煙進(jìn)行疊裝，第1，3行擺7根，中間的一行擺6根，3列為一盒，在此過程中，推板的長度應(yīng)滿足大于（n-1）b而小于nb，一般取L=（n-0.5）b（mm）。推板的高度H=（0.8到1.2）h，h為物料的高度。在此過程中，推板每第2次推時，必需要稍微傾斜一點這樣就可使包裝時第2層為6根，且在包裝盒中有間隙，則再重新退回到原先的位置。2.2包裝機(jī)的工藝分解包裝機(jī)的工藝流程如下圖2.1所示。圖2.1包裝機(jī)的工藝流程如圖2.1所示，操作人員首先把紙板放入輸送鏈中，自動包裝機(jī)首先根據(jù)一定大小裁剪并折疊成所需的形狀，然后再進(jìn)入傳送帶進(jìn)行打印，然后進(jìn)入傳送帶進(jìn)行打印，在傳送帶上進(jìn)入打印工序，在包裝盒進(jìn)行噴碼后，可將香煙裝入盒內(nèi)，帶物品裝滿后，自動包裝機(jī)啟動折舌操作。與間歇式設(shè)計相比，連貫運動方式更加高效、穩(wěn)定，因此整機(jī)的各個機(jī)構(gòu)都設(shè)計成連續(xù)運動機(jī)構(gòu)?？紤]采用編碼器將伺服電機(jī)同步到取盒輸出軸的轉(zhuǎn)速，使兩個機(jī)構(gòu)的動作協(xié)調(diào)一致，從而使取盒機(jī)構(gòu)與折紙機(jī)構(gòu)的動作協(xié)調(diào)一致。這一過程的設(shè)計，具有以下特點：（1）設(shè)計精巧，輕快穩(wěn)捷，易搬運，易操作，功能明確，專用技術(shù)性強；（2）零部件數(shù)控（電腦）加工，采用的進(jìn)口材料和配置均已經(jīng)調(diào)治優(yōu)化處理，耐用、精準(zhǔn)；（3）引用前沿設(shè)計元素，使整機(jī)有了運行更可靠，安靜，包裝效果更易控制等優(yōu)點。2.3基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)總框圖圖2.2包機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖見PLC，PLC包括CPU、輸入輸出單元、檢測元件(各種傳感器、接近開關(guān)等)、控制元件(交流接觸器和電磁閥)、執(zhí)行元件(電機(jī))、觸摸屏等。操作人員對設(shè)備進(jìn)行指示，如：啟動、功能切換等。檢測元件檢測材料位置，投料結(jié)束信號，光標(biāo)信號及各機(jī)構(gòu)動作完成。根據(jù)程序確定的控制關(guān)系，可編程控制器自動循環(huán)掃描各I/O點的狀態(tài)，實現(xiàn)實時狀態(tài)自動更新。通過觸摸屏輸入控制信號，顯示設(shè)備運行狀態(tài)，如：實時監(jiān)測，故障報警等。電動機(jī)起動停止的控制方法為：接通斷開交流接觸器的觸點和電磁閥，主要用于從包裝材料的運輸?shù)轿锪线\輸直至包裝完成的整個過程。觸摸屏觸摸屏檢測元件控制元件執(zhí)行元件中央處理器單元CPU輸入輸出（I/O）單元圖2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖3基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計基于PLC的包裝機(jī)硬件設(shè)計總體結(jié)構(gòu)見圖3.1。圖3.1硬件總體結(jié)構(gòu)圖按下啟動鍵，電動機(jī)開始運轉(zhuǎn)，輸送帶開始裝袋。檢測到盒子A后，高速計數(shù)器開始計數(shù)。在數(shù)到1000脈沖的時候，箱體正好到達(dá)封箱機(jī)下面進(jìn)行封箱，此時傳送帶繼續(xù)工作。在封箱過程中，箱體繼續(xù)向前推進(jìn)，在封箱機(jī)停止之前，需要500次脈沖脈沖。箱體向前推進(jìn)，當(dāng)計數(shù)脈累計300次時，噴碼機(jī)開始噴碼，噴碼時間為6秒，整個工作過程結(jié)束。按下停止按鈕，電機(jī)停止工作，傳送帶停止傳送包裝箱，高速計數(shù)器停止計數(shù)。3.1PLC的選型可編程控制器是一種專門用于在工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行數(shù)字運算的電子設(shè)備。本系統(tǒng)采用可編程存儲器存儲指令，以邏輯、順序、計時、計數(shù)和算術(shù)運算，并能通過數(shù)字輸入、輸出或模擬輸入對各種機(jī)器或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制?，F(xiàn)有PLC的種類很多，功能和指令系統(tǒng)各有不同，但都是以微處理器為核心的工業(yè)控制專用計算機(jī)，其結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似，主要包括中央處理器CPU、內(nèi)存RAM和ROM，輸入輸出接口電路，電源，I/O擴(kuò)展接口，外部設(shè)備接口等。本系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的傳輸。隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已能完成以下控制功能：（1）條件控制功能?；蚍Q邏輯控制功能或順序控制功能，是指用PLC的非指令取代繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)及其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。（2）定時/計數(shù)控制功能。條件控制功能是指用PLC提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或計數(shù)控制，以取代時間繼電器盒計數(shù)繼電器。（3）數(shù)據(jù)處理功能。數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進(jìn)控制功能。步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前道工序完成后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。（5）A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能。A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。（6）運動控制功能。運動控制功能是指通過高速計數(shù)模塊和位置控制模塊進(jìn)行單周或多軸運動控制。（7）過程控制功能。過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8）擴(kuò)展功能。擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制能力。（9）遠(yuǎn)程I/O功能。遠(yuǎn)程I/O功能是指通過遠(yuǎn)程I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。（10）通信聯(lián)網(wǎng)功能。通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位計算機(jī)的鏈接等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。（11）監(jiān)控功能。監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、計數(shù)器等設(shè)定值或強制I/O狀態(tài)。可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)主要包括五個部分：CPU（中央處理器）、RAM（存儲器）、I/O（輸入輸出單元）和編程器。程序結(jié)構(gòu)可以分成兩個主要部分：（1）監(jiān)控程序：控制PLC運行的系統(tǒng)自帶程序（2）用戶程序：用戶為控制受控系統(tǒng)的運行而編寫的程序。PLC具體結(jié)構(gòu)圖如圖3.2：圖3.2PLC結(jié)構(gòu)圖在應(yīng)用程序設(shè)計中，PLC的正確選擇是必不可少的。程序控制器的種類很多，種類很多，不同型號對應(yīng)它們的結(jié)構(gòu)類型、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等。國產(chǎn)PLC主要產(chǎn)品為西門子、AB、歐姆龍、三菱、臺達(dá)等。文章根據(jù)以下因素選擇了一種具體的PLC型號：（1）結(jié)構(gòu)型式：PLC的結(jié)構(gòu)類型主要有整體型和模塊型兩種。機(jī)床的I/O點主要集中在PLC、CPU上，難以擴(kuò)展，主要用于對工藝較為簡單的控制系統(tǒng)；采用模塊化劃分功能模塊，便于擴(kuò)展，I/O點種類和數(shù)量較多，擴(kuò)展靈活方便，主要用于大型控制系統(tǒng)。（2）安裝方式：PLC根據(jù)安裝方式可分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式、分布式等多種形式，可編程控制器網(wǎng)絡(luò)。集中式方式不需要安裝遠(yuǎn)端硬件，系統(tǒng)反應(yīng)速度快，成本低；遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)裝置分布廣泛，遠(yuǎn)程I/O安裝分散，系統(tǒng)連接更加方便；分布式應(yīng)用可以實現(xiàn)多PLC聯(lián)網(wǎng)，同時可以獨立控制多個設(shè)備。（3）功能要求：普通PLC具有邏輯運算、計數(shù)、定時、存儲器等功能，能滿足通用控制要求。（4）響應(yīng)速度：PLC是自動化領(lǐng)域的通用控制器，不同等級的控制器響應(yīng)速度差異很大，從幾毫秒級到幾百毫秒級不等。通過對控制需求的分析，選擇合適的控制器，可以達(dá)到功能與經(jīng)濟(jì)相統(tǒng)一的良好效果。（5）型號統(tǒng)一：一臺設(shè)備應(yīng)盡量做到控制系統(tǒng)型號統(tǒng)一，使設(shè)備通用、便于采購、通信簡便、資源共享。綜上所述，本文選擇西門子S7-200PLC作為包裝機(jī)控制系統(tǒng)的核心控制芯片。其特點為以下：一是邏輯指令，功能指令豐富。其具備200多條指令，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)一般邏輯控制，同時還能夠進(jìn)行運動控制、位置控制以及模擬控制，能夠?qū)ψ冾l器電機(jī)的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)直接的控制。二是CPU處理速度快。各基本指令的執(zhí)行速度大約等于0.22μs。三是用戶程序的存儲容量大?？捎糜趶?fù)雜控制和大數(shù)據(jù)處理。四是強大的V4.0step7-micro/WINSP3編程軟件。該軟件屬于西門子公司以S7-200系列PLC為基礎(chǔ)開發(fā)出的一個軟件，主要用于為用戶開發(fā)控制程序，且能夠?qū)τ脩舫绦虻膱?zhí)行情況進(jìn)行實時監(jiān)控。五是強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。CPU226具備兩個RS485端口，不需要適配器便能夠和PC或觸摸屏直接連接。S7-200系列PLC輸入回路的連接見圖3.3。在實現(xiàn)輸入電路的過程中，主要是將輸入元件與對應(yīng)的輸入點相連接，而后基于輸入繼電器向PLC進(jìn)行信息的傳遞。只要輸入元件的狀態(tài)發(fā)生變化，輸入繼電器的狀態(tài)也會發(fā)生一定的變化，PLC便能夠在輸入采樣階段得到所需信息。圖3.3輸入信號采集回路一般來說，輸出接口包括三種類型：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶閘管輸出。每一輸出電路均采用電隔離技術(shù)，電源來自外部，輸出電流大小在0.5~2A之間，負(fù)載特性對輸出電流的影響較大。輸出回路是PLC的負(fù)載驅(qū)動電路，輸出回路的連接見圖3.4。負(fù)載按照輸出點連接到電源，形成完整的回路，通過PLC輸出點的開關(guān)控制負(fù)載，從而驅(qū)動輸出點動作負(fù)載。根據(jù)輸出點的技術(shù)指標(biāo)和負(fù)載要求，選擇負(fù)載規(guī)格時應(yīng)考慮負(fù)載。圖3.4輸出回路的連接3.2噴碼機(jī)的選型在選擇噴碼設(shè)備時，從控制系統(tǒng)接收到批號和生產(chǎn)日期等信息，通信是噴碼設(shè)備必不可少的功能，為了使噴在箱體上的信息清晰易認(rèn)，需要選用大字符噴碼機(jī)。在滿足以上要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合噴碼速度、質(zhì)量、設(shè)備成本等條件，最終選用偉迪捷公司生產(chǎn)的VideoJet2120型噴碼機(jī)，可對各種包裝材料的各種類型、字體、條形碼進(jìn)行清晰的打印。本噴碼機(jī)可按要求進(jìn)行單、雙行字符噴碼，字符高度可根據(jù)需要調(diào)整噴印速度，配有大容量內(nèi)存。3.3傳感器的選型（1）光電傳感器通過對不同類型位移接近開關(guān)傳感器原理和工作環(huán)境和工作性質(zhì)的比較，根據(jù)箱體包裝工序的工作環(huán)境和需求，選擇位移接近開關(guān)的類型為光電式接近開關(guān)，盡可能的規(guī)避工作環(huán)境對傳感器精度的影響。最終選用了BannerQS18系列聚焦式光電傳感器，具體型號為QS18VP6CV45Q5。（2）旋轉(zhuǎn)編碼器在本課題中，旋轉(zhuǎn)編碼器被用來控制裝置的轉(zhuǎn)動，當(dāng)需要提升一層箱體包裝時，需要裝置中相互嚙合的一對齒輪相對轉(zhuǎn)動90度，通過對裝置相應(yīng)位置加裝角位移傳感器，可以實現(xiàn)對裝置中這對齒輪轉(zhuǎn)動角度的控制，根據(jù)裝置的實際情況，選取的角位移傳感器的具體型號為倍加福增量型光電旋轉(zhuǎn)編碼器RVI58L。3.4電機(jī)的選型就包裝機(jī)械而言，傳動方式是指該設(shè)備的機(jī)械部分傳動方式，傳動方式為動力傳遞方式，常見的動力傳動方式有：鏈傳動、帶傳動、摩擦傳動、齒輪傳動等。機(jī)械傳動控制系統(tǒng)主要有液壓傳動、機(jī)械傳動和電力傳動三種形式。事實上，設(shè)備的機(jī)械部分主要是以電力傳動作為動力源，帶動機(jī)械結(jié)構(gòu)做機(jī)械傳動，完成預(yù)設(shè)運動過程。電動機(jī)是一種常用的電力傳動裝置，主要包括感應(yīng)電動機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等。感應(yīng)式電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為動能的電磁裝置。主要用于工業(yè)中產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，用作電器或各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的動力源。該三相異步電動機(jī)性能良好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，重量輕，價格低，應(yīng)用廣泛。步進(jìn)電機(jī)又是一種異步電動機(jī)，提供開環(huán)控制系統(tǒng)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件。它的工作原理是將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移信號，利用脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)來控制電機(jī)的行進(jìn)距離，每接收一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就行進(jìn)一定角度，這個角度叫步距角。步進(jìn)電機(jī)需要一種能夠提供脈沖信號的裝置，這種裝置通過將直流電轉(zhuǎn)化為分時供電，并通過多相時序控制電流，用這種電流給步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，這就是步進(jìn)電機(jī)提供分時供電的多相時序控制器。伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，是一種補助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩或者轉(zhuǎn)速來驅(qū)動被控對象，以實現(xiàn)對被控對象精確的位置、速度等參數(shù)的控制。使用伺服電機(jī)可以組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，接收運動部件反饋過來的運動結(jié)果，與預(yù)設(shè)指令比較，進(jìn)一步糾正運動結(jié)果，提高了系統(tǒng)的運動精度。伺服電機(jī)的具有如下的特點：（1）起動轉(zhuǎn)矩大；（2）運行范圍較廣；（3）無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。根據(jù)本課題對包裝機(jī)運動過程的要求，對于運動的精度不是很高，所以選擇了三相異步電動機(jī)，選擇電機(jī)具體型號為R37FDT71D4/BMG/HF/ASB1/0.37KW。3.5I/O地址分配I/O地址分配見表3.1。表3.1I/O地址分配輸入量輸出量名稱字母代號地址名稱字母代號地址旋轉(zhuǎn)編碼器綠I0.0傳送帶接觸器KM1Q0.0旋轉(zhuǎn)編碼器黃I0.1封箱機(jī)接觸器KM2Q0.1啟動按鈕SB1I0.4噴碼機(jī)接觸器KM3Q0.2停止按鈕SB2I0.5傳感器SQI0.64基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)控制流程圖設(shè)計本包裝機(jī)控制系統(tǒng)控制流程圖如圖4.1所示，運行前先判斷安全門是否關(guān)閉以及檢測控制設(shè)備是否出錯，如有異常，則程序不能正常工作，會報警顯示，方便操作人員及時排除故障。接著進(jìn)行運行方式的判斷，如果處在自動工作狀態(tài)，系統(tǒng)按照程序邏輯循環(huán)往復(fù)工作。開始開始安全門關(guān)好？運行方式選擇自動運行？運行是否正常周期運行是否停止報警顯示手動運行報警顯示程序結(jié)束NNNNYYY圖4-1系統(tǒng)控制流程圖4.2梯形圖設(shè)計系統(tǒng)控制梯形圖見圖4.2所示。X1為系統(tǒng)的啟動信號，閉合時，系統(tǒng)開始運行，X2為系統(tǒng)的停止信號，X16為系統(tǒng)的安全門限位開關(guān)，當(dāng)X16閉合時說明系統(tǒng)的安全門是關(guān)好的，可以允許系統(tǒng)運行。M1是輔助繼電器，是系統(tǒng)的啟動控制。X0閉合時為自動，斷開時為手動。選擇自動狀態(tài)時，系統(tǒng)調(diào)用子程序P1，選擇手動狀態(tài)時調(diào)用子程序P2。M100為系統(tǒng)的初始化狀態(tài)。系統(tǒng)啟動時A/D模塊就會將模擬的溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將縱封溫度放入D0中，將橫封溫度放入D1中。圖4.2啟動系統(tǒng)梯形圖（2）走袋、打印和縱封控制梯形圖系統(tǒng)控制梯形圖見圖4.3所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動時并選擇自動狀態(tài)，Y10通電導(dǎo)通，開始給系統(tǒng)供膜。此處串入了縱封電磁閥的常閉觸頭，因為縱封時不需要供應(yīng)膜。當(dāng)檢測到色標(biāo)且膜存在時，Y2通電，此處有3秒的定時，定時到了之后Y2斷電，打印結(jié)束。溫度傳感器檢測出縱封處溫度（此處編程采用比較指令），溫度D0的值小于100時，M4的值為ON，當(dāng)D0的值大于100且小于120時，M5的值為ON，當(dāng)D0的值大于120時，M6的值為ON。M4的值為ON說明，此時縱封處的溫度低于最低溫度100℃，Y14是縱封加熱管，此時Y14通電給縱封處提升溫度，使其溫度達(dá)到100℃以上。M6的值為ON說明，此時縱封處的溫度高于最高溫度120℃，此時Y14斷電使縱封處溫度降低，使其溫度低于120℃。M5閉合時說明此時縱封處的溫度在100℃-120℃之間，可以進(jìn)行縱封。在X3閉合時，說明膜已經(jīng)到了縱封處了，Y0為縱封電磁閥通電開始縱封。此時定時器T1開始計時，5秒之后，T1的常閉觸頭斷開，Y0斷電縱封自行結(jié)束。圖4.3縱封系統(tǒng)梯形圖（3）供料系統(tǒng)梯形圖系統(tǒng)控制梯形圖如圖4.4所示。X4為系統(tǒng)的動盤到位信號，X6為料滿信號，當(dāng)光電傳感器檢測到動盤到位時，X4閉合，此時物料還沒有滿，供料電動機(jī)Y11通電運行，開始給系統(tǒng)供應(yīng)物料。當(dāng)料滿時，X6閉合，X6的常閉觸點斷開，Y11斷電停止供料，同時刮板電磁閥Y3閉合通電，將多余的物料刮除掉。Y3的通電時間定為3秒，時間到了之后T2常閉觸頭斷開，使Y3停止運行。料滿之后，動盤電磁閥Y5通電運行，把物料放入制好的袋膜中。圖4.4供料系統(tǒng)梯形圖（4）橫封控制梯形圖橫封系統(tǒng)控制梯形圖見圖4.5。溫度傳感器檢測出橫封處的溫度（此處編程采用比較指令），溫度D1的值小于100時，M7的值為ON，當(dāng)D1的值大于100且小于120時，M8的值為ON，當(dāng)D1的值大于120時，M9的值為ON。M7的值為ON說明，此時橫封處的溫度低于最低設(shè)定值100℃，此時給橫封加熱管Y13通電以提升橫封處溫度，使其溫度達(dá)到100℃以上。M9的值為ON說明，此時橫封處的溫度高于最高溫度120℃，此時Y13斷電使橫封處溫度降低，使其溫度低于到120℃。M8閉合時說明此時橫封處的溫度在100℃-120℃之間，可以進(jìn)行橫封。在X7閉合時，說明橫封到位可以進(jìn)行橫封了，Y1為橫封電磁閥通電開始橫封。此時T4開始計時，5秒之后，T4的常閉觸頭斷開，使Y1斷電橫封自行結(jié)束。當(dāng)X10閉合時，橫封已經(jīng)結(jié)束。Y4是切刀電磁閥。切刀電磁閥通電切刀運行將膜切斷。此處有一個3秒定時，當(dāng)定時時間到了之后T5的常閉觸頭斷開，使Y4的電磁閥斷電停止運行。圖4.5橫封系統(tǒng)梯形圖（5）聲光報警系統(tǒng)梯形圖聲光報警系統(tǒng)控制梯形圖見圖4.6。X13是各電動機(jī)的過載保護(hù)，如FR1、FR2、FR3等。X11是橫縱封完成信號，X12是安全門的限位開關(guān)。電路中的任意一個電動機(jī)過載時，相應(yīng)地保護(hù)它的熱繼電器就會動作閉合，M10被置位得電。X3的下降沿有效，說明沒有膜的存在，M10被置位得電。X12的下降沿有效，說明安全門沒關(guān)好，M10被置位得電。當(dāng)M10得電時其常開觸點閉合，聲光報警Y16通電。聲光報警響起提醒工作人員檢查設(shè)備并排除故障。圖4.6聲光報警系統(tǒng)梯形圖5系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試接完線后，不要忙著接通電源，仔細(xì)檢查各硬件部件的管腳間是否有短路、錯接、脫線、接觸不良、虛焊、漏焊等現(xiàn)象。檢查結(jié)束后，啟動電源，觀察系統(tǒng)是否異常，如有異常，立即切斷總電源，立即切斷電源，仔細(xì)檢查。正反之后再做同樣的測試，直到正常為止。再檢查一下各個硬件是否正常，在正常的時候再點動檢查，這樣可以做到2~3次。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過匯編、連接、執(zhí)行用戶程序，發(fā)現(xiàn)并排除程序中存在的語法和邏輯錯誤的過程。編輯程序運行之后，查看邏輯錯誤。常見的軟件錯誤包括：程序失控、中斷錯誤、輸入輸出錯誤、錯誤結(jié)果等，針對不同的錯誤現(xiàn)象采取相應(yīng)的方法，發(fā)現(xiàn)錯誤，修正程序，達(dá)到預(yù)期的功能。6.結(jié)語本文詳細(xì)研究了基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)，通過進(jìn)行PLC、噴碼機(jī)、傳感器、電機(jī)的選型，進(jìn)行了I/O地址的分配，由此進(jìn)行了基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)的軟