瓶装牛肉酱自动生产线PLC控制系统和测试系统毕业设计

I瓶装牛肉酱自动生产线PLC 控制系统和测试系统的设计摘 要瓶装牛肉酱自动生产线是一类比较传统的生产线，随着国民经济的发展和人民生活的改善，这种自动生产线技术也得到了空前的发展。近年来，我国的瓶装牛肉酱需求量日趋增大，随着市场竞争的加剧与消费群体的日益成熟，对瓶装牛肉酱的要求也越来越高。但是我国的瓶装牛肉酱生产工业目前还存在许多不尽如人意的地方。由于瓶装牛肉酱自动生产线的控制复杂，目前我国大多数瓶装牛肉酱生产企业技术装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。如何提高瓶装牛肉酱生产的综合自动化水平，增强我国瓶装牛肉酱产业的综合实力和国际竞争力是一个刻不容缓的研究课题。为此，本文通过对瓶装牛肉酱自动生产线的控制及关键问题的分析，从硬件、软件两个方面对瓶装牛肉酱生产过程中的自动控制系统进行设计。整个系统分为两个部分。第一部分为可编程控制器(PLC)控制系统的设计，控制瓶装牛肉酱自动生产线的相关动作，主要完成对现场数字、模拟信号进行采集和处理以及对执行元件进行实时控制的功能。第二部分为测试系统的设计，通过 PLC 系统的内部信号对系统进行测试，并将结果显示到文本屏上，方便用户处理各种情况。关键词：装箱机；瓶装牛肉酱； PLC IIAbstractAutomatic production line of bottled sauce beef is one of traditional production line. With the development of civil economy and the improvement of demotic living condition，Bottled sauce beef industry has also been rapidly improved. But still，because of the complex technology of the bottled sauce beef production，there are many drawbacks，Such as behindhand technical equipments，rare application of automation，instable product quality. How to improve the integrated automation level in automatic production line of bottled sauce beef becomes a urgent research project. Thus，this paper designs the automatic production line of bottled sauce beef in hardware and software through analyzing the technology and the analysis of key issues. Two aspects of the bottled sauce beef process in the control system design. Adopting a classification system as a whole structure. The first class for the programmable logic controller(PLC), complete control of the main software interface and control process data monitoring, management and recording functions. PLC main sub-stations between the stations and through network connection, PLC and IPC network connection. The two class for Test System (PLC),system is tested by internal signal of PLC, and result is printed by the signal screen for convenient. Key words: packing machine ; bottled sauce beef ; PLCIII第 1 章 绪 论 .11.1 装箱机的定义 .11.2 装箱机的工作过程 .11.3 自动装箱机的工作原理 .11.4 装箱机的选择 .21.5 我国装箱机市场状况 .21.6 装箱机的技术发展趋势 .31.7 国外先进装箱机 .31.8 国内设备的技术创新 .41.9 毕业设计题目及基本参数 .5第 2 章 总体方案设计 .72.1 控制与检测设计所需要的的结构参数 .72.2 整体控制与检测方案设计及 PLC 的选用 .72.2.1 整体控制与检测方案设计 .72.2.2 PLC 控制与检测系统的选用 .82.3 纸箱上料机构的控制与检测设计 .82.4 牛肉酱瓶上料机构的控制与检测设计 .92.5 装箱机构的控制与检测设计 .10第 3 章 硬件电路设计 .123.1 硬件电路设计所需元器件 .123.1.1 硬件电路设计所需元器件简介 .123.1.2 硬件电路设计所需元器件分析与统计 .143.2 强电的电路设计 .153.2.1 纸箱上料机构的电路设计 .153.2.2 牛肉酱瓶上料机构的电路设计 .153.2.3 装箱机构的电路设计 .163.3 PLC 相关硬件的电路设计 .173.3.1 纸箱上料机构的 PLC 电路设计 .173.3.2 牛肉酱瓶上料机构的 PLC 电路设计 .173.3.3 PLC 输出端的电路设计 .183.3.4 PLC 其他端口的电路设计 .19第 4 章 软件程序设计 .204.1 程序初始准备工作 .204.1.1 上电清零程序设计 .20IV4.1.2 复位指示灯程序设计 .204.1.3 缺料报警程序设计 .214.1.4 牛肉酱瓶上料满足装箱要求程序设计 .214.1.5 启动、急停程序设计 .224.2 手动程序设计 .224.2.1 手动控制各个电机动作的程序设计 .224.2.2 整机复位的程序设计 .234.2.3 手动部分结尾的程序设计 .244.3 自动程序设计 .244.3.1 纸箱上料的自动程序设计 .244.3.2 牛肉酱上料的自动程序设计 .254.3.3 推杆动作的自动程序设计 .254.3.4 装箱动作的自动程序设计 .264.4 报警程序设计 .27第 5 章 结论 .28参考文献 .29致 谢 .30附 录 一 PLC 输入、输出批注表 .31附 录 二 PLC 程序设计指令表 .331第 1 章 绪 论1.1 装箱机的定义装箱机是一种将无包装的产品或者小包装的产品半自动或者自动装入运输包装的一种设备，其工作原理是将产品按一定排列方式和定量装入箱中（瓦楞纸箱、塑料箱、托盘） ，并把箱的开口部分闭合或封牢。按照装箱机的要求，它应具有纸箱成形( 或打开纸箱) 、计量、装箱的功能，有些还配有封口或者捆扎功能。包装机械是集机、电、光、声、磁、化、生、美为一体的高技术、高智能、高竞争的产品。发展速度快、更新速度快是它的一大特点。世界上一切高技术成果，都会在包装机械产品中得到应用。自动装箱机用于完成运输包装，它将包装成品按一定排列方式和定量装入箱中，并把箱的开口部 分闭合或封固。装盒机是用于产品销售包装的机械，它将经过计量的一份定量物料装入盒中，并把盒的开口部分闭合或封固。装箱机和装盒机均有容器成形(或打开 容器)、计量、装入、封口等功能。1.2 装箱机的工作过程在 自 动 包 装 流 水 线 中 ， 装 箱 机 是 整 线 系 统 运 行 的 核 心 ， 虽 不 是 产 品 直 接生 产 机 械 ， 但 它 却 是 实 现 生 产 自 动 化 所 必 需 的 。 装 箱 机 用 于 完 成 运 输 包 装 ，它 将 包 装 成 品 按 一 定 排 列 方 式 和 定 量 装 入 箱 中 ， 并 把 箱 的 开 口 部 分 闭 合 或 封 固 。1.3 自动装箱机的工作原理自 动 装 箱 机 能 自 动 将 包 装 物 整 形 排 列 ， 装 入 打 开 的 纸 箱 中 ， 并 完 成 不 干 胶封 口 等 动 作 的 装 箱 设 备 ， 所 有 动 作 都 是 全 自 动 完 成 的 。 大 多 数 自 动 装 箱 机 采 用新 型 为 组 合 结 构 ， 包 括 成 箱 装 置 、 整 列 装 置 、 充 填 装 置 和 封 箱 装 置 等 功 能 单 元 ，分 别 完 成 相 应 的 功 能 动 作 ， 各 装 置 都 安 装 在 同 一 主 机 架 上 。 成 箱 装 置 的 箱 坯 架在 上 方 ， 充 填 装 置 在 成 箱 装 置 正 下 方 ， 整 列 装 置 在 充 填 装 置 的 前 方 ， 封 箱 装 置在 充 填 装 置 的 后 方 。 采 用 PLC 和 示 屏 控 制 。 设 有 缺 瓶 报 警 停 机 ， 无 瓶 不 装 箱安 全 装 置 。 大 大 方 便 操 作 、 管 理 、 减 少 生 产 人 员 和 劳 动 强 度 ， 是 自 动 化 规 模 生2产 必 不 可 少 的 设 备 。1.4 装箱机的选择装 箱 机 的 选 择 一 般 可 从 以 下 方 面 考 虑 ： （1） 机 械 结 构 ： 产 品 的 收 集 、 整 理 、 集 束 排 列 是 装 箱 机 的 关 键 ， 所 以 用户 在 选 购 前 应 该 注 意 装 箱 机 的 机 械 结 构 部 分 是 否 能 满 足 用 户 的 生 产 需 要 。 另 外， 根 据 产 品 的 不 同 装 箱 方 式 ， 一 般 有 抓 、 夹 、 吸 、 推 四 种 可 选 择 的 装 箱 方 式 ，用 户 选 购 前 应 该 根 据 需 要 选 择 最 佳 的 装 箱 方 式 。 （2） 自 动 控 制 ： 控 制 系 统 是 所 有 功 能 正 常 运 行 的 保 证 ， 也 是 对 故 障 和 出现 意 外 时 的 自 动 保 护 ， 所 以 用 户 在 选 择 时 要 详 细 了 解 控 制 系 统 是 如 何 设 置 的 。 （3） 生 产 速 度 ： 能 否 达 到 生 产 要 求 。 （4 ） 内 部 配 置 ： 好 的 配 置 才 能 保 证 有 好 的 产 品 ， 所 以 用 户 在 选 购 装 箱 机时 要 注 意 其 内 部 的 配 置 是 否 选 用 了 品 质 较 好 的 配 件 。1.5 我国装箱机市场状况资 料 显 示 ， 包 括 装 箱 机 在 年 内 全 球 的 包 装 机 械 需 求 以 每 年 5.3%的 速 度增 长 。 全 球 市 场 上 的 包 装 机 械 （ 包 括 装 箱 机 ） 大 约 有 三 分 之 一 来 自 德 国 ， 销 量名 列 全 球 第 一 ， 其 次 是 美 国 、 日 本 和 意 大 利 。 我 国 一 些 跨 国 公 司 和 外 资 企 业 使用 的 装 箱 机 大 部 分 都 是 从 国 外 进 口 。 有 关 信 息 显 示 ， 到 2010 年 国 内 食 品 和包 装 机 械 市 场 总 需 求 量 将 达 到 1100 亿 元 ， 其 中 装 箱 机 的 市 场 需 求 量 潜 力 巨 大， 仅 中 粮 集 团 的 30 多 条 生 产 线 ， 潜 在 销 售 额 就 达 到 2000 万 元 左 右 。 另 外 ，装 箱 机 在 金 属 铁 罐 生 产 领 域 内 的 应 用 也 具 有 非 常 大 的 市 场 。 据 调 查 ， 全 国 的 制罐 企 业 有 一 千 多 家 ， 如 果 每 个 企 业 配 置 1 至 3 台 装 箱 机 ， 那 么 市 场 容 量 为 10003000 台 ， 销 售 额 可 达 618 亿 元 人 民 币 。 由 此 可 见 国 内 装 箱 机 市 场 前 景非 常 乐 观 。我 国 的 装 箱 机 制 造 业 起 步 较 晚 ， 目 前 国 内 专 业 装 箱 机 的 生 产 企 业 只 有 十 几家 。 国 产 装 箱 机 与 世 界 先 进 水 平 还 有 较 大 的 差 距 ， 还 不 适 应 国 内 市 场 需 求 和 国际 市 场 的 竞 争 环 境 。 国 产 设 备 在 自 动 控 制 、 自 动 化 程 度 和 加 工 精 度 等 方 面 还 比较 落 后 。 性 能 不 稳 定 、 结 构 复 杂 、 耗 能 、 维 修 麻 烦 、 效 率 低 是 国 产 装 箱 机 需 要解 决 的 主 要 问 题 。针 对 上 述 情 况 ， 我 国 有 的 啤 酒 企 业 的 工 程 技 术 人 员 ， 针 对 啤 酒 装 箱 机 性 能单 一 的 弊 端 ， 设 计 出 了 新 型 直 线 连 续 式 啤 酒 装 箱 机 ， 可 以 适 应 各 种 产 量 的 包 装生 产 线 ， 动 力 配 置 只 有 0.12kw。 简 洁 的 抓 瓶 头 结 构 ， 简 化 的 装 卸 方 式 ， 较 低的 压 缩 空 气 噪 音 和 设 备 重 量 ， 以 及 方 便 的 操 作 与 维 修 ， 显 著 降 低 了 能 耗 并 提 高工 作 效 率 。31.6 装箱机的技术发展趋势当 前 ， 我 国 包 装 机 械 行 业 正 受 到 国 际 金 融 危 机 的 影 响 和 国 际 市 场 竞 争 的 挑战 ， 以 价 格 竞 争 的 销 售 策 略 已 经 不 能 显 现 企 业 的 优 势 。 抓 住 机 遇 ， 调 整 产 品 结构 ， 以 高 科 技 产 品 提 升 企 业 竞 争 力 是 未 来 我 国 包 装 机 械 行 业 应 对 危 机 和 挑 战 的唯 一 出 路 。 面 对 我 国 装 箱 机 的 市 场 需 求 ， 包 装 机 械 企 业 应 重 点 开 发 一 批 具 有 国际 先 进 水 平 的 全 自 动 、 多 功 能 、 节 能 、 环 保 的 现 代 化 装 箱 机 ， 提 高 国 产 装 箱 机的 市 场 竞 争 力 。 专 家 指 出 ， 在 开 发 装 箱 机 产 品 中 一 定 要 充 分 体 现 出 高 效 、 高 精、 智 能 化 、 标 准 化 、 模 块 化 、 弹 性 化 且 具 有 多 种 切 换 功 能 、 可 拆 卸 以 及 节 能 、环 保 的 设 计 理 念 。 在 引 进 、 消 化 、 吸 收 的 基 础 上 ， 开 发 出 具 有 自 主 知 识 产 权 的国 产 品 牌 。1、 模 块 化 设 计 是 未 来 包 装 机 械 设 计 的 方 向 。 模 块 化 设 计 就 是 在 一 定 范 围内 ， 在 对 不 同 功 能 或 相 同 功 能 下 的 不 同 性 能 、 不 同 规 格 的 产 品 进 行 功 能 分 析 的基 础 上 ， 划 分 并 设 计 出 一 系 列 功 能 模 块 ， 通 过 模 块 的 选 择 和 组 合 可 以 构 成 不 同的 产 品 ， 换 用 一 个 或 几 个 单 元 ， 即 可 应 对 包 装 产 品 的 变 化 ， 满 足 不 同 产 品 装 箱的 需 求 。 另 外 在 设 计 中 还 要 体 现 零 件 的 可 拆 卸 性 。良 好 的 可 拆 卸 性 可 以 使 装 箱 机 便 于 维 护 ， 所 用 易 损 件 要 便 于 回 收 和 可 再 生利 用 ， 从 而 达 到 方 便 用 户 、 节 省 成 本 和 保 护 环 境 的 目 的 。 2、 均 衡 寿 命 设 计 是 近 年 来 提 出 的 科 学 、 环 保 设 计 理 念 。 它 要 求 在 设 计 中尽 量 使 每 个 零 部 件 具 有 相 同 或 相 似 的 使 用 寿 命 。 就 装 箱 机 而 言 ， 某 种 重 要 组 成模 块 应 具 有 较 长 的 寿 命 ， 而 易 于 损 坏 的 模 块 要 易 于 更 换 ， 对 于 一 些 关 键 部 件 和涉 及 到 安 全 性 的 模 块 在 设 计 时 应 考 虑 设 计 成 可 维 修 、 便 于 检 测 的 结 构 。3、 人 机 工 程 设 计 在 现 代 化 的 装 箱 机 设 计 中 也 具 有 重 要 的 意 义 。 人 机 工 程设 计 的 目 的 是 为 减 少 装 箱 机 使 用 中 人 的 差 错 ， 发 挥 人 和 机 械 各 自 的 特 点 以 提 高装 箱 机 整 体 的 可 靠 性 。 利 用 人 机 工 程 学 原 理 设 计 装 箱 机 的 人 机 系 统 ， 包 括 要 适于 人 的 使 用 习 惯 ， 便 于 识 别 操 作 ， 保 证 安 全 问 题 和 不 易 出 错 的 防 误 操 作 设 计 等。 这 些 都 要 通 过 机 电 一 体 化 控 制 ， 利 用 计 算 机 实 现 自 动 操 作 、 自 动 数 据 收 集 、自 动 检 验 以 及 自 动 诊 断 来 实 现 。1.7 国外先进装箱机近 年 来 ， 国 外 一 些 厂 商 通 过 对 技 术 的 不 断 改 进 ， 使 装 箱 机 性 能 更 好 地 适 应了 自 动 化 、 多 功 能 及 高 效 率 的 要 求 。SWF 公 司 推 出 的 DP320 装 箱 机 ， 具 有 高 速 、 适 应 性 广 、 用 户 界 面 友 好等 特 点 。 该 设 备 的 装 箱 速 度 达 到 每 分 钟 25 箱 ， 可 以 连 续 包 装 不 同 规 格 的 玻 璃、 塑 料 或 金 属 容 器 ， 适 用 的 包 装 方 式 与 容 器 尺 寸 范 围 很 广 。 DP320 具 有 一4系 列 的 独 特 性 能 ， 包 括 垂 直 纸 箱 输 送 、 PLC 控 制 、 安 全 保 护 自 锁 、 拥 堵 自 动截 至 传 感 器 等 。 还 配 有 规 格 更 换 辅 助 装 置 、 NEMA 12 电 控 系 统 ， 下 游 还 设有 一 个 光 电 控 制 器 以 实 现 自 动 启 动 或 停 机 。 该 机 器 采 用 纸 箱 带 式 输 送 ， 配 备 低压 气 动 装 置 和 塑 料 带 以 实 现 平 稳 输 送 。Douglas 设 备 公 司 最 新 推 出 的 Axiom 系 列 新 型 装 箱 机 通 过 采 用 伺 服 系 统间 歇 运 动 控 制 纸 箱 包 装 过 程 ， 使 生 产 速 度 提 高 50%， 而 运 动 范 围 则 缩 小 30%。Axiom 系 列 采 用 第 三 代 伺 服 设 计 ， 通 过 动 态 增 强 位 置 重 复 精 度 以 及 简 化 失 误 检测 与 恢 复 ， 使 生 产 效 率 大 幅 提 升 。 该 设 备 的 不 锈 钢 网 板 以 及 零 部 件 数 减 少 了 50%，可 有 效 减 少 设 备 维 护 和 配 件 更 换 等 所 需 时 间 。ABC 公 司 推 出 的 新 型 装 箱 机 在 装 箱 同 时 ， 可 以 在 高 速 生 产 线 上 直 接 完 成纸 箱 表 面 印 刷 。 通 过 这 台 设 备 ， 客 户 可 以 在 生 产 线 上 直 接 完 成 企 业 商 标 、 产 品批 号 、 产 品 说 明 等 信 息 的 印 制 。这种新型设备具有良好的适应性，当装箱完成时，相关的图案、文字就同时出现在纸箱的各个部分，如顶部、侧面、角部或端部。包装制造商不再需要购买多色印刷头、纸箱旋转与定位设备，这些设备不但价格昂贵而且会影响生产线速度。该机可实现纸箱双侧打码以及在包装与封箱两端加注运输标志，即采用一个印刷头能够完成纸箱的双侧印刷，或采用两个印刷头完成四面印刷。如果纸箱干净、平整，可以获得最佳的印刷清晰度。印刷控制系统可以安装于纸箱控制板旁边，易于纸箱规格更换或印刷数据切换。它每分钟可以完成 35 箱的包装。1.8 国内设备的技术创新近年来，国产装箱机在产品结构升级和技术创新方面也取得了较大的进展。江西德赛特包装机械设备有限公司研制成功的多功能全自动装箱机在多项性能指标上都达到了国际先进水平。这项多功能全自动装箱机适用各种规格圆形瓶、扁形瓶、方形瓶。其特点是可以根据装箱要求，能将产品自动分道理排。在控制上，它采用伺服系统，因而定位准确、动作稳定，可以自动完成瓶子提升、移动、降落的装箱动作，抓瓶器还可以将瓶子自动装进带隔板的纸箱内。该机结构设计的合理性体现在：运动由伺服驱动器和变频器控制的电机驱动，起步和终止均缓慢平稳；装箱速度采用变5频器进行无级调速，生产效率极高，生产速高达 1000090000 瓶/小时；更换不同瓶型时，只需要更换夹瓶机构即可。该装箱机采用现代显示技术触摸屏，设备常见