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1、湖南工业大学科技学院毕业设计 2009届毕业设计（论文） 颗粒料包装机的PLC控制设计专业教研室： 学 生 姓 名： 班 级：0501 学号0512110111 指导教师姓名： 职称 副教授 职称 最终评定成绩 200 年 月 湖南工业大学科技学院毕业设计（论文） 颗粒料包装机的PLC的控制设计全套图纸，加153893706专业教研室：学 号：0512110111学生姓名：指导教师： 200 年 月摘 要由于传统继电器控制的颗粒料包装机工作时存在电路复杂、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，提出了用PLC对包装机控制系统进行设计。可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心装置，功能强大、性能稳定
2、可靠。在现代工业自动化生产中得到了广泛的应用。本课题以浏阳市恒生贸易有限公司与学院老师合作开发的高速全自动颗粒包装机控制系统为背景，理论与实践相结合，详细阐述了集PLC技术，光电感应技术，通信技术于一体的先进控制技术在该包装机控制系统中的应用。 通过对小型全自动颗粒料包装机工艺过程的分析 ，克服了传统小型包装机传动方案的缺陷 ，提出了PLC控制的柔性化包装机的构想。设计工作的任务包括包装机构和运动分析，控制部分的硬件选择，电气原理图的绘制和三菱PLC程序编写，以及各个电气元器件的选择与安装，最终给出了PLC控制包装机系统的硬件组成和软件设计，其中包括PLC选型、I/O地址分配、I/O端子接线、
3、程序设计和控制原理。经过我们的努力，颗粒料包装机控制系统的设计已经完成。并且经过了严格的测试，在实验室的模拟运行中，取得了良好的控制效果。通过程序优化，及并行化处理，较好地实现了厂方提出的控制要求。关键词：颗粒料包装机，PLC，GX DeveloperABSTRACTBecause of traditional relay control of Packing Machine for Granular Material, here are lots of disadvantages which include device complexity, inferior reliability, m
4、alfunction analysis and trouble obviation. As the kernel device control system, PLC is widely used in modern industrial production and do well in this field.This thesis takes the control system of the high-speed full-automatic packing machine that was developed by LiuYang Handsome Trade Corp.Ltd alo
5、ng with our teacher as a background. We apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of PLC, light electricity technique and so on. By the describing of the basic operation of small automatic packager, and overcome the defects of now used packager
6、in transmission system. And also the author introduces a new type of packager with PLC. The main designer include in the analyzing of the packaging machines structure and the movement, protracting the electric schematic diagram, writing the PLC programming and the choosing and fixing the electrics p
7、arts of an apparatus. The paper gives the design of hardware and software about the electrical control of Packing Machine for Granular Material, which include selecting a model of PLC, distributing address of I/O, wiring diagram of I/O, designing of programmable trapezium and theory of control.Throu
8、gh our effort, the machine of Packing Machine for Granular Material got the exaltation of the quality whether the function or the efficiency, realized well the control request that the company put forward. This control system is well running in the lab.Keywords: Packing machine for granular material
9、, PLC, GX Developer目 录第1章 绪论11.1 可编程控制技术的现状11.2 可编程控制技术的发展趋势21.3 PLC与其它工业控制系统的比较31.3.1 PLC与继电器控制系统的比较41.3.2 PLC与单片机控制系统的比较51.3.3 PLC与计算机控制系统的比较51.4 颗粒料包装机产生的背景及意义61.5 PLC在包装机械上应用的可能性和前景61.6 此次设计的主要内容7第2章 颗粒料包装机控制系统的总体设计82.1 颗粒料包装机生产工艺概述82.2 颗粒料包装机速度影响的分析和提高92.3 可编程控制系统控制方案的设计102.4 系统的运行方式102.5 控制系统硬
10、件总体设计11 2.5.1 总体结构关系11 2.5.2 控制系统主要器件的选择11第3章 包装机械机构的设计计算及电气元器件的选择133.1 各机构的结构设计133.1.1 纸供送机构设计133.1.2 给料装置机构设计143.1.3 压纸切纸机构设计153.1.4 下料装置机构设计173.1.5 封口机构设计183.2 主要电气元器件的选择20 3.2.1 真空发生装置的选型20 3.2.2 气缸的选型22 3.2.3 空气压缩机选型223.2.4 传感器的选型243.2.5 电磁阀的选型24第4章 系统的编程和设计254.1 PLC概论254.1.1 PLC的一般结构254.1.2 PL
11、C基本工作原理264.2 PLC的软件设计284.2.1 GX Developer开发工具的特点284.2.2 PLC程序的总体结构284.3 PLC控制系统设计的原则304.4 包装机的 PLC程序设计314.4.1 PLC程序总体设计314.4.2 PLC程序的优化设计35结论39参考文献41致谢43湖南工业大学科技学院毕业设计第1章 绪论1.1 可编程控制技术的现状可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC
12、，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能己经大大的超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。它是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型
13、机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降；加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能；并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等
14、轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。1.2 可编程控制技术的发展趋势随着计算机科学的发展和工业自动化愈来
15、愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将PLC理解为开关量控制的时代已经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个方向发展：一个是向超小型专用化和低价格方向发展；另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。总的趋势如下：（1）可编程控制技术的标准化在工业自动化产品繁花似锦的今天，各生产厂商既互相竞争又互相合作。一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各个厂家产
16、品的互相兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。按照这些标准，各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确的规定。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。为了使各厂家的产品有一个共同的参考平面，制定了国际标准。（2）CPU处理速度进一步加快目前PLC的CPU与微型计算机的CPU相比，还处在比较落后的地步，最高的也仅仅处在80486一级。将来会全部使用64位RISC芯片，实现多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，实现各种模块智能化，且部分系统程序用门阵列电路固化。这样PLC执行指令的速度将达到纳秒级。（3）可编程控制技术的智能
17、化提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可靠性。（4）系统的开放性和兼容性开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品种类繁多，加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品的兼容性问题；另一方面，可编程控制器与工业控制机等其他装置的通信难易也体现了开放性的特点。除此之外，同一厂家产品族中的各系列产品兼容性也代表了可编程控制产品的水平。（5
18、）通用性和专业化的结合 可编程控制产品是通用的。但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢？硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。常用的专用模块包括：定位模块、温度测量模块、高速采样模块、网络接口模块等。（6）可靠性进一步提高随着PLC进入过程控制的领域，对PLC可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进一步得到应用，不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、I/O单元冗余、而且整个系统都会实现冗余。但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整
19、个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。MTBF(平均无故障时间)是衡量产品质量的重要指标。纵观各著名厂商，其PLC产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。(7)控制系统分散化根据分散控制、集中管理的原则，PLC控制系统的I/O模块将直接安装在控制现场，通过通信电缆或光纤与主CPU进行数据通信。这样使控制更有效，系统更可靠。(8)控制与管理功能一体化为了满足现代化大生产的控制与管理的需要，PLC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。综上所述，我们不难得出下面几个结论:1.工控机、计算机集散控制系统及PL
20、C正在走着一条相互融合的道路。2.智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想。3.系统的智能性将越来越重要，因此系统的分析运算能力将越来越强。4.基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要判据。5.通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。1.3 PLC与其它工业控制系统的比较在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量及模拟量等控制装置。如电机的启动与停止，电磁阀的开闭，工件的位置、速度、加速度的测定，产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等等。传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。这种控制方式虽然造价便宜，但却存在许
21、多致命的弱点：只适用于简单的逻辑控制，仅适用某种控制项目，缺乏通用性，一旦要实现改动或者优化，只能通过硬件的重新组合来实现。目前，工业界比较有代表性的控制方式主要有以下几个类别：继电器控制系统，单片机控制系统，微型计算机系统，集散型控制系统。1.3.1 PLC与继电器控制系统的比较继电器控制是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的延迟动作来组成控制逻辑，其缺点是一个系统一旦确定就很难轻易再改动。如果要在现场做一些更改和扩展更是难以实行。而PLC是利用其内部的存储器以数据形式将控制逻辑存储起来的，所以只要改变PLC内存储器的内容，也就可以实现更改控制逻辑的目的。对于PLC来讲，只
22、要用PLC配备的编程器在现场就可以完成更改。至于PLC对外部的联系，只有I/O点，只要输入输出对象不变，就无须对硬接线作任何改动。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现的，工作频率很低。一次动作一般为数十毫秒。对于复杂的控制，使用的继电器越多，反应就越慢。而PLC是以微型计算机为基础的控制装置，其运行速度为每个指令步数十微秒(对于高速PLC则是5ms以下)。并且内部有严格的同步，所以不会出现抖动的问题。对于限时控制，继电器是利用时间继电器的延时动作来实现的。由于时间继电器是利用空气阻力，半导体延时电路来实现延时的，所以其定时精度低，调整不方便。且环境温度变化等因素都会对定时精度有直接的影响。
23、而PLC则是由晶体振荡器所产生的脉冲经多次分频后得到的时基脉冲进行计数来定时的，定时范围一般为0.1s，也有0.01s的，精度一般高于10ms，只要根据需要由编程器送入时间常数即可实现定时时间的设定或更改。由于PLC的定时是对时基脉冲进行计数来实现的，所以如果是对外脉冲进行计数，就成为计数器。现代的PLC一般都具有定时器和计数器功能。从可靠性和可维护性方面来看，继电器控制逻辑由于使用了大量的机械触点，连接线也多，触点开闭时产生的电弧会使触点损坏，动作时的机械振动还可能使第一章绪论接线松动，所以可靠性和可维护性都较差。而PLC则采用了无触点的电子电路来替代继电器触点，确切地说是用存贮器内的数据来
24、代替触点，因此不存在上述缺点。而且体积小、功耗小、寿命长、可靠性高、还具有监控功能和自检功能，使程序的运行过程成为透明。PLC一般还具有步进控制指令，可以进行步进控制，而继电器逻辑就比较困难。继电器逻辑只能对开关量进行控制。而PLC除了具有开关量控制功能外，有些功能较全的 PLC还具有A/D， D/A转换装置，可以用来对模拟量进行控制。1.3.2 PLC与单片机控制系统比较虽然单片机的配置较微机系统简单，成本也较易接受，但它仍然不是为工业控制而设计的。同样存在着编程难、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍较差，成本高等缺点。尽管其有较强的数据处理能力，但工业控制都为开关量控制，所以其长处仍
25、得不到发挥。单片机与PLC的比较：单片机可以专为工业控制而设计。因此，它具有较好的环境适应性。事实上，现代PLC的核心就是单片微处理器。用单片机作控制部件在成本方面具有优势。但是不可否认，从单片机到工业控制装置之间毕竟有一个硬件开发和软件开发的过程。虽然PLC也有必不可少的软件开发过程，但两者所用的语言差别很大，单片机主要使用汇编语言开发软件。而PLC用专用的指令系统来编程的，前者复杂而易出错，开发周期长。后者简便易学，现场就可以开发调试。单片机控制系统仅适用于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU、内存容量及I/O接口的限制；软件上主要受限于与CPU类型有关的编程语言。一般说来单片机或单片机
26、系统的应用只是为某个特定的产品服务的。其通用性、兼容性和扩展性都相当差。1.3.3 PLC与计算机控制系统的比较PLC是专为工业控制所设计的。而微型计算机是为科学计算、数据处理等而设计的，尽管两者在技术上都采用了计算机技术，但由于使用对象和环境的不同， PLC较之微机系统具有面向工业控制、抗干扰能力强、适应工程现场的温度、湿度环境、输入、输出一般采用“光一电”隔离技术，并配备有可承受较大负载的继电器或可控硅(也有用晶体管)输出部件，一般可以直接驱动小型电机等负载。此外，使用面向工业控制的专用语言而使编程及修改方便。并有较完善的监控功能。而微机系统则不具备上述特点，一般对运行环境要求苛刻，使用高
27、级语言编程，要求使用者有相当水平的计算机硬件和软件知识。此外，微机系统的外设配备较多，有些对工业控制并非必须。因此PLC显然较微机系统更适合于工业控制。由于以上的原因，可以预见随着PLC成本的下降和机器要求的提高，将很快在大部分场合取代继电器控制屏。无论是与传统的继电器、接触器控制逻辑相比，还是与现代的微型计算机系统乃至专用于控制的单片机相比，在工业控制方面PLC都具有明显的优越性。尤其是对生产流水线、动作复杂的单机，比起前述几种控制手段来具有寿命长、可靠性高、对环境无特殊要求、开发费用低、周期短、无需专门的计算机软、硬件知识就可在短期内掌握，功能扩展方便，成本可为一般用户所接受等优点，是现代
28、机电一体化产品控制装置的理想选择。1.4 颗粒包装机产生的背景及意义随着我国食品工业、包装工业和农业的迅速发展，我国的包装食品机械行业取得了世人瞩目的发展，产品品种的数量不断增加，使包装和食品机械行业成为直接为提高人民生活质量服务，为包装工业和食品工业服务，为农业和农副产品深加工业服务的新兴行业，成为我国机械工业十大产业之一。而颗粒料物品在我们生活中随处可见，不管是在食品行业还是在工业行业方面都有很大程度的应用。随着人们生活水平的提高对颗粒料物品需求也越来越大，而颗粒料物品的包装在某些行业上还仅仅停留在手工上。为使包装出的物品整齐、美观并具有良好的包装质量，研制高速、高效、高质、经济的新型包装
29、机是市场的迫切需求。颗粒料包装机是一种用途十分广泛的机械设备，它的研制成功可以提高劳动生产率，促进国内化工、粮食等产业生产线的自动化，因此，颗粒料包装机具有很强的实用价值。我国包装机械工业是改革开放以后发展起来的，由于起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出来的。为了提高颗粒料物品包装的效率，研究和设计颗粒料包装机已迫在眉睫。1.5 PLC在包装机械上应用的可能性和前景包装机械的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件。在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质方面来讲，前者
30、是要用具体的电气元件来组合，而后者只是PLC的内部寄存器，在PLC编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的PLC都有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多种专用的内部电器，足可以应付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC用于这种场合是最能显现出其经济性。当然我们不仅忽视了PLC的另一个优点，那就是其运行速度及可靠性和寿命远远高于继电器控制方式，从上述意义上来讲，PLC最适合于需要大量中间继电器的场合。且PLC与其他工业控制系统比较具有许多优点:1)更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动；2)程序可以复制，批量生产很容易；3)电气硬件
31、设计大大简化；4)由于PLC除有继电器功能外，尚有多种其它功能，可以实现继电器无法实现的控制功能，实现某种程度上的智能化，并有可能使机构简化；5)可靠性高；6)成本相对于继电控制而言稍高，但继电器控制随着所用中间继电器数量的增加，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂的控制来讲具有无可比拟的优越性；7)具有扩展单元或扩展模块，当需要较多I/O时可以方便地扩展。因此，国外在注塑机、各种包装机上已经大量地采用了PLC来取代传统的继电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我国包装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都
32、可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。通过对各种控制系统的分析比较，我们决定采用PLC控制系统。1.6设计的主要内容1）颗粒料包装机各动作控制工艺的研究。了解颗粒料包装机的工作过程及工艺要求。总结各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表示出来，为实现高速全自动运动控制做准备。2）可编程控制器部分的设计，包括控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、模块的选择，控制程序的设计与调试。第2章 颗粒料包装机控制系统的总体设计2.1 颗粒料包装机生产工艺概述颗粒料包装机主要功能是将颗粒料物品以一定的速率包装成为蝌蚪状。被包装的颗粒直径最大为4mm，
33、平均为3mm，且被包装的颗粒的硬度大。各加工工位的动作是通过顺序逻辑控制电磁阀，以压缩空气、气体推动气缸，从而带动机械结构移动来实现的。颗粒料包装机的简单工艺流程为：送纸压纸切纸下料填充封口。具体的工作过程如下：包装纸以卷筒的形状放在原料架上，当开始动作时，送纸电磁阀控制送纸，短气缸运动。完成一段小的空行程。分料电磁阀控制颗粒箱转动进行分料动作。同时抽真空电磁阀通电，直到关机抽真空电磁阀才断电。送料架运动一段位移以后，当碰到传感器时，压纸电磁阀和送纸架上抽真空电磁阀得电，压纸电磁阀控制送纸架上的气缸使之将纸压紧，为送纸架托着纸带做准备。送纸架上抽真空电磁阀控制送纸架前端的抽气管使纸的前端紧贴在
34、送纸架上。这样前吸后夹地将纸带往前送，此时颗粒箱仍然顺（逆）时钟转动，送纸架继续往前运动，碰到传感器时压纸电磁阀和送纸架上抽真空电磁阀断开，同时抽真空电磁阀得电，使纸带吸紧在切纸板上，使之不会随送纸架的返回而折叠。送纸架返回碰到传感器时送纸二电磁阀失电，送纸动作结束。送纸架返回碰到传感器时裁纸压纸电磁阀通电，气缸作用，切纸板往下运动，海绵垫板压紧纸带然后在刀片的作用下将纸带裁成边长为50mm28mm、夹角为65度的菱型纸片。当切纸板往下运动碰到传感器时，切纸板返向运动，碰到切纸板上位传感器时，切纸电磁阀断电切纸运动结束。当切纸板上位传感器采集到信号时，插纸电磁阀得电气缸动作使插纸杆向下运动，进
35、行插纸下料动作，插纸下料运动由两个气缸为其提供动力，插纸长气缸下降（插纸一）以后有个短暂的停留时间，在这个短暂的停留时间里分料板要完成错位动作实现下料，此时料斗阀门电磁阀得电料斗阀门打开，颗粒沿着中空的插纸杆下滑到冲压成U型的纸盆内。然后在插纸短气缸继续向下运动（插纸二）到目标位置时才开始往上返回到原位。当颗粒填充完毕以后，料斗阀门闭合且插纸杆继续向上运动，当插纸杆碰到上位传感器时，插纸杆动作结束。当插纸杆碰到上位传感器时，封口电磁阀得电开始封口动作，封紧程度由电接点压力表控制，达到预设压力则锁纸板返回，碰到传感器则停止运动。此时包扎好的成品在自重的作用下掉到收集箱内，完成了整个包装过程。2.
36、2 颗粒料包装机速度影响的分析和提高随着中国改革开放与WTO的加入，中国的工业正向高速化、流水化发展，而中国的传统包装业以手动与半自动为主，大大阻碍了高速化发展。而我们国家的颗粒料包装还是半自动甚至有的小作坊还是手动操作，平均包装速度仅仅能达200个/分。而我们此次设计的颗粒料包装机包装能力要求达到425个/min。我们知道包装机速度越高，要求稳定性和可靠性愈强。这就要求包装材料供送速度快、精度高、定位准确，包装材料质量标准要符合规格，停机率低，以减少包装材料损耗，且包装材料的装卸都要自动化等。一、影响颗粒料包装机高速化的包装材料的性质有：1.抗张(拉)强度要大在高速包装机中，包装机都是间歇式
37、运动，材料直径大，材料运动惯性力大，所以应具有足够的抗拉强度，防止被拉断。在现行的包装机材料供送机构中可通过增加冲击力缓冲装置来解决。2.伸缩性要小包装材料在运行中，由于卷筒直径大、包装运行速度大，使之受到很大的拉力和惯性冲击力，易造成包装材料拉伸，影响包装纸定位准确性，所以材料的伸缩性要小，以保证包装机工作的可靠性和包装质量。通过以上的分析我们在包装材料的选择上选用薄页纸。薄页纸具有纸质均匀、光滑细腻、强度好、纯净度高、可完全回收、可直接印制标识及精美图案等诸多特点。二、机械结构的影响。传统的包装机在包装材料切断后迅速离开的办法是用不等速机构。常见的不等速机构有：偏心链轮机构，偏置曲柄导杆机
38、构，凸轮、齿轮组合机构，凸轮一四连杆组合不等速转动机构以及非圆齿轮机构等。由于偏心链轮机构的变速范围有限，结构复杂，高速时易引起链条的跳动，而且传递的力不易过大，因此它只适合于一些速度不太高、传递的力不太大的小袋包装机。而凸轮齿轮组合机构，凸轮一四连杆组合机构因结构复杂，调整不方便，运动冲击又大，因此不常用。其中偏置曲柄导杆机构是目前高速包装机中应用较多的一种不等速机构。它的结构比较简单，加工方便，调节容易，成本低。但体积比较大，调整环节比较长。传动过程中，传动角Y不等于90度，因此传力特性不太好。当速度超过300r/ min时，整个机构的动力性能变坏，动载振动和动平衡较难解决。为了使颗粒料包
39、装速度提高，为了使整个包装过程中控制精度高，控制系统以日本三菱公司的FX1N系列PLC作为基础，采用整体式结构，FX1N系列按功能可分为基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊适配器四种类型产品。基本单元内有CPU、存储器、I/O、电源等，是一个完整的可编程控制器，可以单独使用。通过使用FX1N可达到变速的目的，且使包装机结构紧凑，惯性小。2.3 可编程控制系统控制方案的设计利用PLC可以构成多种控制系统:单机控制系统，集中控制系统，分散型控制系统和远程I/O控制系统。由于颗粒料包装机控制对象较多，有送纸过程中的过程中的同步控制，压纸裁纸、下料过程中的位置控制，所谓过程中的压力控制，且被控对象比较集
40、中，因此我们采取集中控制系统方案。每个被控制对象与可编程控制器指定I/O相连接，因此各被控对象之间的数据、状态的变换不需要另外设置专门的信号线路。该控制系统多用于控制对象所处的地理位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的场合。单主机控制方式，对主机要求较高，危险相对集中。远程I/O控制系统的控制结构比较独特，类似于集中控制系统，又具有分散型控制系统的特点，经常用于控制规模中等，控制对象比较分散、工程费用较低的场合。PLC作为一种控制设备，用它单独构成一个控制系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足
41、，我们选用人机界面来弥补。人机界面完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或报警信息，驱动打印机实时打印各种图表。为提高PLC及系统的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传递，采用放射性一点接地等措施，消除或减弱共模和瞬变干扰。2.4 系统的运行方式运行方式分为手动、单步、周期及自动等四种操作方式。1.手动：各工步都可单独点动，按钮释放即停止运行；2.单步：按下启动按钮，运行一个工步，到位即停。再按启动，则进入下一工步的运行；3.周期：从初始位置开始，按启动按钮，程序自动完成
42、一个周期的动作后返回到第一步开始位置停止；4.自动：按启动按钮，程序完成一个周期的动作后又接着从第一步开始运行，自动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统要继续运行到第一步开始位置才停止；若按下停止按钮，则运行立即停止，此时若再按启动，系统即从该位置运行到第一步开始处停止。根据颗粒料包装机的实际运行情况，本系统采用自动运行和手动运行两种方式。与运行方式的设计相对应，还必须考虑停止运行方式的设计。可编程控制器的停运方式有正常停运，暂时停运和紧急停运三种。根据控制系统要求，由于包装机运行期间采用循环工作方式，只有在工作结束或接收到操作人员的停止运行指令或设备出现故障或异常情况时才停止，因此
43、本系统采用硬件切断电源，使系统立即停车。包装机控制功能要求：手动运行可以用按钮对包装机的各个部分进行单独控制，主要用于故障恢复与检修全自动运行按下启动按钮，系统即可连续、协调、周期性地循环完成各包装动作，直到系统接收到停止运行信号。2.5 控制系统硬件总体设计2.5.1 总体结构关系本系统采用PLC和人机界面两级控制的结构。PLC负责按钮、光电开关和电接点压力表信号的输入，以及发出信号去控制各个气缸、继电器、真空泵等电气元件，进而控制各部分的运行，同时控制相应指示灯的显示。人机界面用来进行参数的修改与设定、全自动控制、在线监视、传送信息等工作。人机界面通过串行口与PLC相连，进行相互通信，所以
44、人机界面是通过发出命令去控制PLC的运行以达到进行全自动控制的目的。2.5.2 控制系统主要器件的选择颗粒料包装机控制系统主要器件包括人机界面、PLC等。它们的选择都是以在保证功能的前提下尽可能地选择可靠性高和使用方便的产品为依据，PLC的选型具体情况如下：在进行这项工作之前，需要对控制对象和控制任务进行统计和分析。然后确定系统的规模、机型和配值。据统计，初步确定该包装机控制系统有，20个开关量输入，13个开关量输出。根据对上述控制任务的分析，本项目选择了三菱公司的中小型PLC系统FX1N系列，它能满足中等性能要求的应用，应用领域相当广泛。FX1N系列是最多可控制128点的普及型微型PLC。除
45、了可以扩展输入输出，还具有模拟量控制和通讯链接功能的等扩展性。所以，FX1N系列可以广泛应用于一般的顺序控制。 FX1N系列PLC的特点：1. 定位控制功能是标准配置；2. 使用关键字功能保护程序；3. 内置不用电池的EEPROM存储器，无须维护；4. 内置RUN/STOP开关，运转/停止执行简便；5. 设备不停机时更改程序；6. 在同一个时序动作；7. 特别适于高速处理；8. 便捷的时钟控制；9. 使用于各种网络。而FX1N系列PLC控制规模为24128点（基本单元：24/40/60点）特点有： 1、集成化 CPU、电源、输入输出合为一体。 通过使用显示模块和功能扩展板，可以非常简便地进行系
46、统升级。另外，也可以扩展输入输出和特殊模块。 2、运算高速化 基本指令：0.550.7s/指令；应用指令：数3.7数100s/指令。 3、存储器规格大 内置8000步EEPROM存贮器 无需电池，维护轻松 4、软元件范围丰富辅助继电器：1536点，定时器：256点，计数器：235点，数据寄存器：8000点。综上所述我们选用三菱公司的FX1N系列的PLC，根据PLC选型对端口预留5%10%的余量，我们选用PLC为：表2.1 PLC型号表型号主机输入点主机输出点电源FX1N-40MR-0012416AC100-240V（资料来源： http:/ 包装机机构的设计计算以及电气元器件的选择3.1各机构的结构设计3.1.1纸供送机构设计3.1.1.1要求包装机的全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，采用薄页纸卷筒包装材料作为包装材料。纸供送结构要求将包装机以一定的速度送到指定的位置，中间必须保证送至过程的连续，保证定位切断准确，所切出来的纸的形状完整无误差。送纸的速度由气缸来决定一般为3m/s。同时还要求排除一些干扰因素，像其中最常见的是卷带被牵引供送时发生拉伸变形和同辊面打滑。其基本组成及机构图如下图所示：1-支承架 2-导锟组 3-张紧装置 4-纸定位装置 5-送纸架 6-压纸杆 7-气缸图3.1 送纸结构图3.1.1.2