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毕业设计说明书终稿


唐山工业职业技术学院

毕业设计说明书

设计题目:

粉料包装线系统设计

学生姓名: 专 业:

綦望

班级 07 机电 52 班 机电一体化技术 _戴琨__ 戴琨____ ________ ____

设 计 指 导 教 师 ___

设 计 辅 导 教 师 __

(完成日期) 2011

年 11 月 25 日

唐山工业职业技术学院自动化工程系毕业设计

07 机电 52 班

綦望

前 言

粉料自动包装线系统是一个对各种不同类型的粉料(粉状固体)进行输送、配比、加热、 混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、塑料、冶金、建材 食品、饲料等行业。 本文在分析粉料自动包装线的包装工艺和使用要求的基础上,通过对关键部件的理 论分析,提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统,将单一包装尺寸拓展为袋长和 产量可调的结构形式;对供送薄膜结构、中封牵引器结构、端封切断器结构等关键部件 的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计;本文分析各机构的运动学规律, 提出可行的优化结构满足包装工艺;对关键部件提出完整的设计方法,旨在满足市场需 求,推动企业创新步伐。

关键词: 关键词:自动包装线 封口系统

称重系统

包装工艺

传动系统

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目 录

1 方案设计与论证 ......................................................... 1 2 粉料包装线喂料系统的工艺过程 ........................................... 2 2.1 粉料包装线喂料系统 PLC 控制系统控制要求 ............................ 2 2.2 粉料包装线系统示意图 .............................................. 2 3 PLC 的概况及选择 ........................................................ 2 3.1 PLC 的概述 ........................................................ 2 3.2 PLC 的由来 ........................................................ 3 3.3 PLC 的发展 ........................................................ 4 3.4 PLC 的基本结构和工作原理 .......................................... 4 3.5 输入和输出映像寄存器 .............................................. 6 3.6 PLC 对 I/O 的处理规则 .............................................. 6 3.7 PLC 系统的选择 .................................................... 6 4 控制系统的软、硬件设计 ................................................. 8 4.1 系统工作流程图 ................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.2 PLC 的 I/O 地址分布 ................................................ 9 4.3 PLC 的 I/O 接线图 .................................................. 9 4.4 顺序功能图 ....................................................... 10 4.5 PLC 梯形图 ....................................................... 10 总 结 ................................................................... 14 主要参考文献 ............................................................ 15

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粉料包装喂料系统设计 粉料包装喂料系统设计
1 方案设计与论证
PLC 是从 20 世纪 60 年代末发展起来的一种新型的电气控制系统,将传统的继电器 控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体。随着机电一体化技术的发展,对系统的可 靠性要求越来越高,PLC 具有控制可靠、组态灵活、体积小、功能强、速度快、扩展性 好、 维修方便等特点, 在机床电气控制中应用广泛。 应用 PLC 粉料包装线系统进行改造, 可以把此类运料设备的功能、效率提高到一个新的水平,可以大大的改善产品的加工质 量,降低设备故障率,保障安全生产, 提高生产效率,使用效果良好。

随着经济的发展,粉料包装线系统在医药、冶金、食品、饲料加工等行业被广泛地 用于物料的自动包装。实现粉料的自动包装,不仅节省了人力和物力,而且也提高了产 品的质量,提高了生产率,同时也可以实现现代化科学管理。 本设计介绍的是基于可编程控制器松下 AFPX-C60R 的粉料包装控制系统的设计与实 现。 本文阐述了可编程控制器松下 AFPX-C60R 功能特点以及操作。提出了系统的总体设 计方案。 本系统针对国内许多粮食部门对先进粉料自动包装的需求,本设计着重探讨粉料自 多 动包装线的整体结构设计和模块化结构,开发出具有包装速度快,通用性好以及结构简 单可靠、 操作方便、 自动化程度高的新型包装线, 对我国包装行业发展有着积极的意义。

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粉料包装线喂料系统的 系统的工艺过程 2 粉料包装线喂料系统的工艺过程
粉料包装线喂料系统 2.1 粉料包装线喂料系统 PLC 控制系统控制要求 粉料包装线喂料系统示意图如下图所示。其中成品由皮带输送到 5 个集粉仓 (V1-V5) ,对粉料程序的控制要求如下: 成品进入总料仓后,随时将洗衣粉加满每个料仓, (如果料位计发出超高信号或秤 粉机有故障时,将自动跳过该料仓直到恢复正常)皮带上的积余料流入贮料仓,当第五 个集粉仓喂料时, 第一个集粉仓提前将卸料器放下, 同时喂料, 以便减少皮带上的积料, 每个集粉仓的粉末位置由两个料位计检测,料位的高限信号直接输送到 PC 输入接口, 电子秤 发生故障或其他原因需要某个工位停机时,可通过现场报警按钮,将信号送到 PC 输入端,PC 立即停止对该集粉仓喂料,并发出报警信号。

粉料包装线喂料系统示意图 2.2 粉料包装线喂料系统示意图
Y

L1 高?

N
V1 卸料器

CNT1

Y L2 高?

3 PLC 的概 况及选 择

CNT2 Y

V2 卸料器

L3 高?

V3 卸料器

CNT3

Y L4 高?

V4 卸料器

CNT4 N

Y L5 高?

3.1
V5 卸料器

CNT5

PLC 的概述

N
停止? 2

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(1),微电子技术和计算机技术的发展是 PLC 出现的技术基础和物质基可编程序逻 辑控制器(Programmable Logic Controller----简称 PLC)是从 80 年代发展起来的一 种新型工业用控制装置,GM10 是促使其问世的直接原因。目前,PLC 正向着标准化、小 型化、大容量、高速度、多功能等方面发展。 (2) PLC 专为工业环境而设计,具有抗干扰能力强、可靠性高、通用性好、功能强、 编程简单、使用维护方便等特点,主要应用于开关量控制、模拟量控制、数字控制及通 信联网等到领域。 (3) PLC 按结构形式分为整体式和模块式两类; 按功能和 I/O 点数可分为低档机 (小 型、超小型) 、中档机(中型) 、高档机(大型、超大型)三类。衡量 PLC 性能的指标主 要有:I/O 总点数、用户程序存储容量、指令总数、扫描速度、内部寄存器配置及特殊 功能模块等。 (4) PLC 常用的编程语言有梯形图、语句表、流程图及高级语言等,其中梯形图、 语句表最常用。 (5) PLC 主要由 CPU、存储器、I/O 模块、电源模块、I/O 扩展模块、外设接口及编 程器等部分组成;软件部分包括系统软件和用户软件两大部分。 (6) PLC 的工作方式是采用循环扫描工作方式,每一循环包含了自诊断、与编程器 等的通信、输入采样、执行用户程序、输出刷新五个阶段。小型 PLC 使用集中输入、集 中输出工作方式,这大大提高了 PLC 工作的可靠性和抗干扰能力。 (7) 扫描周期的大小与扫描速度、用户程序长短、I/O 点数及其刷新速度、连接外 设的多少等因素有关。 (8) 继电接触器控制采用硬逻辑“并行”运行的方式,而可编程序控制器采用循环 扫描的工作方式,其逻辑关系是用程序实现而不是实际电路。 3.2 PLC 的背景 1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM) ,为了适应汽车型号的不断更新 生产工艺不断变化的需要,希望能有一种新型工业控制器,能减少重新设计和更换继电 器控制系统及界线,以降低成本,缩短周期,1968 年 GM 公司提出十项设计标准即: (1)编程简单方便,可在现场修改程序; (2)硬件维护方便,最好是插件式结构; (3)可靠性要高于继电器控制装置; (4)体积小于继电器控制柜; (5)可将数据直接送入计算机; (6)成本可与继电器控制柜竞争;
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(7)可直接使用 115V 交流输出电压; (8)输出采用 115V 交流电压,能直接驱动电磁阀,交流接触器等; (9)通用性强,扩展时只须作小的改动; (10)用户程序存储器容量至少可以扩展到 4KB。 根据招标要求, 1969 年美国数字设备公司 (DEC) 研制出世界上第一台 PLC (PDP—14 型 ) 并在通用汽车公司自动装配线上试用, , 获得了成功, 从而开创了工业控制新时期。

3.3 PLC 的发展 PLC 问世以来,其发展极为迅速。由最初的 1 位机发展为 8 位机,现在的大型 PLC 已采用了 32 位微处理器,可同时进行多任务操作,其技术已经相当成熟。 上世纪 80 年代,个人计算机发展起来,也简称为 PC,为了方便,也为了反映或可 编程控制器的功能特点,美国 A-B 公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器 Programmable Logic Controller(PLC),并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在, 仍常常将 PLC 简称 PC。上世纪 80 年代至 90 年代中期,是 PLC 发展最快的时期,年增长 率一直保持为 30~40%。在这时期,PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能 力和网络能力得到大幅度提高,PLC 逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过 程控制领域处于统治地位的 DCS 系统.近年, 工业计算机技术(IPC)和现场总线技术(FCS) 发展迅速,挤占了一部分 PLC 市场,PLC 增长速度出现渐缓的趋势,但其在工业自动化 控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。 。

3.4 PLC 的基本结构和工作原理 (1)PLC 的工作方式 PLC 对用户程序的执行采用循环扫描的工作方式。 PLC 开始运行时, 对用户程序作周期性循环扫描, CPU 在无跳转指令或中断的情况下, CPU 从第一条指令开始顺序逐条地执行用户程序,直到用户程序结束,然后又返回第一 条指令开始新的一轮扫描,并周而复始地重复。在每次扫描过程中,还要完成对输入信 号的采集和对输出状态的刷新等工作。 (2)PLC 的工作原理 扫描技术 当 PLC 投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和 输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间, PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
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(一) 输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O 映象区中的相应单元的状态和数 据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周 期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。

(二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。 在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先 左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的 结果,刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后,PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU 按照 I/O 映象 区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路, 再经输出电路驱动相应的外设。 这时, 才是 PLC 的真正输出。 (3)PLC 的工作过程 PLC 上电后, 就在系统程序的监控下, 周而复始地按固定顺序对系统内部的各种任 务进行查询、判断和执行,这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。一个循环 扫描过程称为扫描周期。 PLC 在一个扫描周期内基本上要执行以下六个任务: (1) 运行监控任务。 为了保证系统可靠工作, 内部设置了系统监视定时器 WDT, PLC WDT 的时间设定值一般为扫描周期的 2~3 倍,通常为 100~200 ms。 (2) 与编程器交换信息任务。编程器在 PLC 的外部设备中占有非常重要的地位, 用户把应用程序输入到 PLC 中,或对应用程序进行在线运行监视和修改都要用到它。编 程器在完成处理任务或达到信息交换的规定时间后,就把控制权交还给 PLC。 (3) 与数字处理器(DPU)交换信息任务。一般大中型 PLC 多为双处理器系统,一个 是字节处理器(CPU),另一个是数字处理器(DPU) ,在一般小型 PLC 中是没有这个任务 的。 (4) 与外部设备交换信息任务。如果没有连接外部设备,则该任务跳过。 (5) 执行用户程序任务。系统的全部控制功能都在这一任务中实现。
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(6) 输入/输出信息处理任务。

自诊断

与编程器、 与编程器、 计算机等通信

读入
现场信号

执行
用户程序

输出 结果

3.5 输入和输出映像寄存器
1.输入映象寄存器(数字量输入映象区) (I)数字量输入映象区是 S7-200CPU 为输入端信号状态开辟的一个存储区。输入映像寄存器 的标识符为 I,在每个扫描周期的开始,CPU 对输入点进行采样,并将采样值存于输入映像寄存器 中。输入映像寄存器是 PLC 接收外部输入的开关量信号的窗口。 (1)按“位”方式:从 I0.0~I15.7,共有 128 点(2)按“字节”方式:从 IB0~IB15,共有 16 个字 节(3)按“字”方式:从 IW0~IW14,共有 8 个字(4)按“双字”方式:从 ID0~ID12,共有 4 个双字 2.输出映像寄存器(Q) 数字量输出映象区是 S7-200CPU 为输出端信号状态开辟的一个存储区。输出映像寄存器的标 识符为 Q(从 Q0.0~Q15.7,共有 128 点) ,在每个扫描周期的末尾,CPU 将输出映像寄存器的数 据传送给输出模块,再由后者驱动外部负载。 。 (

3.6 PLC 对 I/O 的处理规则 (1)输入映像寄存器中的数据,是在输入采样阶段扫描到输入信号的状态,集中 写进去的,在本扫描周期中不随外部输入信号的变化而变化; (2)程序执行阶段所需的输入、输出状态,由输入映像寄存器和输出映像寄存器 读出; (3)输出映像寄存器的内容由程序中输出指令的执行结果决定; (4)输出锁存器中的内容由上一次输出刷新时输出映像寄存器的状态决定; (5)各输出端子的输出状态由输出锁存器中的数据来决定。

3.7 PLC 系统的选择 松下 AFPX 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代 继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测, 自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境 保护设备等等。如:冲压机床,磨床,印刷机械,橡胶化工机械,中央空调,电梯控制,
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运动。 S7-200 系列 PLC 可提供 4 个不同的基本型号的 8 种 CPU 可供使用。集成的 24V 负载电源: 可直接连接到传感器和变送器 (执行器) CPU 221, 具有 180mA 输出, CPU , 222 224,CPU 224XP,CPU 226 分别输出 280,400mA。可用作负载电源。CPU 221~226 各有 2 种类型 CPU,具有不同的电源电压和控制电压。

系统多少输入/输出 +10%



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控制系统的软 4 控制系统的软、硬件设计

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4.2 PLC 的 I/O 地址分布

下表为呼车系统输入/输出端口安排


启动 停止 单周 暂停 自动 ① ② ③ ④ ⑤ X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9


L1 L2 L3 L4 L5 XA XB XC XD XE


V1 V2 V3 V4 V5 报警灯 运行灯 停止灯 单周灯 暂停灯


X0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 YA

接线图(有没有主电路) 4.3 PLC 的 I/O 接线图(有没有主电路)

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4.4 顺序功能图

4.5 PLC 梯形图

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总 结
通过本次设计,让我很好的锻炼了理论联系实际,与具体项目、课题相结合开发、 设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际,又让我们懂得了在实践中遇 到的问题怎样用理论去解决。 在本次设计中, 我们还需要大量的以前没有学到过的知识。 在查阅资料的过程中, 我们要判断优劣、取舍相关知识。在设计过程中,总是遇到这样或那样的问题。发现 一个问题的时候,需要做大量的工作,花大量的时间才能解决。戴老师又给我提出了 许多宝贵的意见。虽然我遇到了许多困难,最终问题都迎刃而解了。减少了我在这次 设计中的困惑和完成时间。在论文撰写方面更是给予了方向性的指导和建设性的意见 和建议。 我们学习的知识是有限的,在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域,通过 本次设计锻炼了自己学习以及解决问题的能力, 为以后的工作积累了经验, 增强了信心。 这方面的能力便会使我们受益非浅。 由于设计水平有限和时间的仓促,本文中难免有错误和不妥之处,请各位老师给予 批评指正。

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主要参考文献
[1]《深入浅出西门子 S7-200 PLC(第 2 版) 》西门子自动化与驱动集团,2005 [2] 林德杰.《过程控制仪表及控制系统》.机械工业出版社,2004 [3] 何小艇.《电子系统设计》. 浙江大学出版社,2000 [4] 胡学林.《可编程控制器教程》.电子工业出版社,2003 [5] 曾方.《电机拖动与控制》.高等教育出版社, 2009

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