瓶装牛肉酱自动生产线PLC控制系统和测试系统的设计.docx

毕业论文（设计）题目：瓶装牛肉酱自动生产线- PLC控制系统和测试系统的设计Automatic Production Line Of Bottled Sauce Beef - Design Of Control System And Test System By PLC2010 年 5 月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 AbstractAutomatic 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 ; PLC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204.1.2 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33 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。1.6 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，设备常见故障可自行分析、诊断，并排除。产品除了设置保护罩，还配备光电安全保护装置，当装箱过程中出现缺瓶、缺箱、堵箱、错位等现象时，能立即自动停机，保护机器。该公司正在开发一种适用于异形铁罐及PET瓶等高度不同的非标容器的装箱机，现在已经突破了倒罐、卡罐、吸罐导向、精确定位等一系列技术和制造难题，即将完成试制，投入批量生产。  大连佳林设备制造有限公司近日研制成功的润滑油全自动装箱机通过抓住塑料瓶的瓶颈每次可以将1230瓶产品进行装箱，每小时装瓶数量达到7000瓶，这在国内处于领先水平。该装箱机通过真空泵控制抓头上的真空或是通过电磁的吸、放来实现抓放产品。它通过机械运转，气动和机电控制把产品准确可靠地从输瓶台上装入纸箱。   该设备运行平稳，动作协调，通过变频电机独立驱动不同的机械机构使产品提升、平移、降落，并与气动、电、光控制相结合实现自动化操作。它采用无压力输送，输箱通道采用三段（进箱段，装箱段，出箱段）无压力控制设计，由变频驱动的减速电机来实现快速进箱、装箱及出箱。此外，它采用两组箱体底部定位，不但定位效果好，还减少了因纸箱外型尺寸差异所造成的故障停机。为了满足食品包装的要求，该设备还使用了无油润滑的气动元件，大部份运动部件之间均采用了终生不需要注油润滑的人性化设计，避免了油的污染，也减少了用户的维护成本。 1.9 毕业设计题目及基本参数本设计的题目为瓶装牛肉酱的封口机构包装机构及封箱的控制设计。本设计主要完成纸盒、牛肉酱瓶的上料及装箱装置设计。优点：（1）直观性好，顾客易于辨认商品的品质；（2）保护商品，防止损坏和污染；（3）密封性好，防潮、防变质。基本参数为：1. 瓶装牛肉酱容量为230g，计量误差控制在±2g；2. 瓶装牛肉酱尺寸：底部直径120mm，开口直径90mm，瓶高200mm；3. 要求工作稳定，使用寿命10年；4. 生产能力： 50瓶min；5. 瓶装牛肉酱为36瓶一箱包装。6.瓶子灌装之和的质量为：516g本设计的设计任务为：总体方案设计、传动系统控制设计；纸箱上料机构的控制设计，完成相应PLC程序；牛肉酱瓶上料机构的控制设计，完成相应PLC程序；装箱装置机构的控制设计，完成相应PLC程序；部分电路图设计；设计说明书一份，字数为1.5万；电气图纸合计为5张，利用计算机。第2章 总体方案设计第3章 硬件电路设计3.1 硬件电路设计所需元器件搭建本设计的控制与检测系统所需要的元器件有PLC（可编程控制器）、电机、接近传感器、称重传感器、变频器、导线等。3.1.1硬件电路设计所需元器件简介1、PLC（可编程控制器）：PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示： a. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 b. 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 c. 电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2、步进电机：将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。3、变频器：利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它主要由两部分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。CPU就安装在控制电路板上，变频器的操作软件烧录在CPU上，同一型号的变频器软件是固定的，唯一例外的就是三晶变频器，软件可根据使用需求更改。4、接近传感器：代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象进行检测为目的的传感器的总称。能检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号。在换为电气信号的检测方式中，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利石和引导开关的方式。 在JIS规格中，根据IEC60947-5-2的非接触式位置检测用开关，制定了JIS规格（JIS C 8201-5-2低压开关装置及控制装置、第5控制电路机器及开关元件、第2节接近开关）。在JIS的定义中，在传感器中也能以非接触方式检测到物体的接近和附近检测对象有无的产品总称为“接近开关”，由感应型、静电容量型、超声波型、光电型、磁力型等构成。在本技术指南中，将检测金属存在的感应型接近传感器、检测金属及非金属物体存在的静电容量型接近传感器、利用磁力产生的直流磁场的开关定义为“接近传感器”。5、称重传感器：按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阴应变式等8类，以电阻应变式使用最广。电阻应变式传感器 利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作（图11）。主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。3.1.2硬件电路设计所需元器件分析与统计1、纸箱上料机构的控制与检测设计所需元器件：a. 电机 用来带动减速装置驱动凸轮运动，带动吸嘴取放纸箱。b. 接近传感器 纸箱到位接近传感器，用来检测纸箱是否到位。c. 变频器 用PLC的信号来控制步进电机的转动。2、牛肉酱瓶上料机构的控制与检测设计所需元器件：a. 步进电机 用来带动传送带装置，传送带带动牛肉酱瓶到达需要的位置。b. 接近传感器 牛肉酱瓶到位接近传感器，用来检测纸箱是否到位，并且将牛肉酱瓶的数量记录下来。d. 称重传感器 称取36个牛肉酱瓶的重量，如果少瓶则报警。c. 变频器 用PLC的信号来控制步进电机的转动。3、装箱机构的控制与检测设计所需元器件：a. 步进电机 用来带动减速装置驱动曲柄摇杆运动。b. 接近传感器 纸箱到位接近传感器，用来检测纸箱是否到位，并且将牛肉酱瓶的数量记录下来。c. 变频器 用PLC的信号来控制步进电机的转动。表3-1硬件电路设计所需元器件统计相关机构/所需元件PLC电机接近传感器称重传感器变频器纸箱上料机构牛肉酱瓶上料机构装箱机构3.2 强电的电路设计3.2.1纸箱上料机构的电路设计纸箱上料的运动主要由凸轮控制，这样需要用一个步进电机M1带动减速装置再联接到凸轮上。步进电机M1要通过变频器然后接到工业用的电源上，如图纸箱上料机构的电路设计所示。图3-1纸箱上料机构的电路设计3.2.2牛肉酱瓶上料机构的电路设计牛肉酱瓶上料机构传送带部分：步进电机M2开始工作，从而带动带轮转动，将牛肉酱瓶送到指定位置。传感器统计达到箱内的数量要求以后，步进电机M2接收到传感器发出的信号，让步进电机M2停止送料，等到装箱完成的传感器发出信号后，步进电机又开始工作，如此循环。步进电机M2要通过变频器然后接到工业用的电源上，如图3-2牛肉酱瓶上料机构的电路设计所示。牛肉酱瓶上料机构推杆部分：当传送带处的传感器发出完成36瓶的信号时，齿条由齿轮带动开始运动，带动推杆将36瓶牛肉酱推入箱中。齿轮的转动由步进电机M3带动，步进电机M3要通过变频器然后接到工业用的电源上，如图3-2牛肉酱瓶上料机构的电路设计所示。图3-2牛肉酱瓶上料机构的电路设计（左边为传送带控制，右边为推杆控制）3.2.3装箱机构的电路设计纸箱的传送装置曲柄摇杆机构带动，能实现上下左右运动，即作平行四边形运动。当纸箱被吸下来时，该传送装置向上运动，辅助将箱撑起来。然后传送装置向前运动，完成装箱和盖箱盖后，传送装置向下运动，然后往回运动，进行下一次动作。曲柄摇杆机构的运动由步进电机M4驱动，步进电机M4要通过变频器然后接到工业用的电源上，如图3-3装箱机构的电路设计所示。图3-3装箱机构的电路设计3.3 PLC相关硬件的电路设计3.3.1纸箱上料机构的PLC电路设计纸箱上料的运动主要由凸轮控制，需要用一个电机带动减速装置再联接到凸轮上。而这个电机的控制就要用PLC来实现了，PLC可以控制电机的启动、停止，方便对整个系统的协调。X13连接凸轮电机按钮，X4连接凸轮复位开关，X1连接吸嘴接近开关。如图纸箱上料机构的PLC电路设计所示。图3-4纸箱上料机构的PLC电路设计3.3.2牛肉酱瓶上料机构的PLC电路设计牛肉酱瓶上料机构传送带上设计有4个传感器，用来检测牛肉酱瓶是否达到装箱的要求，分别连接X5,X6,X7,X10，四个端口。如图3-5所示。图3-5计数器PLC接线图推杆部分需要设计有推杆伸出、缩回按钮，分别与X15、X16端口连接；推杆上、下限位开关分别与X2、X3端口连接。这样可以将推杆伸出、缩回和推杆上、下限位状态信号传送给PLC，让PLC再进行处理。如图3-6所示。图3-6推杆PLC接线图3.3.3 PLC输出端的电路设计输出端口的接线如下， Y0:凸轮电机Y1:传送电机Y2:推杆电机正转Y3:推杆电机反转Y4:装箱电机Y5:报警指示灯Y6:报警蜂鸣器Y7:缺箱指示灯Y9:缺瓶指示灯Y10:推杆复位指示灯Y11:凸轮复位指示灯Y12:曲柄复位指示灯Y0到Y4要控制四个电机的启动、停止等动作，并且将其动作相互协调。Y5到Y12均为指示灯，可以让工作人员更清楚的知道机器工作的状态，或者在机器出问题的时候，工作人员能很快的找出机器到底哪个地方出了问题，对机器的维护，以及机器的生产效率起到很关键的作用。具体接线情况如图3-7所示PLC输出端的电路设计所示。图3-7所示PLC输出端的电路设计3.3.4 PLC其他端口的电路设计一个机器的控制系统不可缺少按钮有启动、停止和复位按钮，分别与X23、X24、X17连接，另外本设计加入了一个缺箱传感器，一个缺瓶传感器，当有缺箱或者缺瓶情况发生时，机器就会报警，提醒工作人员来加料，如图3-8所示。图3-8 PLC其他端口的电路设计第4章 软件程序设计4.1 程序初始准备工作4.1.1 上电清零程序设计启始正向（RUN的瞬间On）脉冲（M1002）的时候对所有的步进指令、输出、中间继电器、计数器、计时器清零处理。如图4-1所示。图4-1上电清零程序设计4.1.2 复位指示灯程序设计当牛肉酱瓶上料时，推杆的运动；纸箱上料时，凸轮的运动；装箱时，曲柄的运动；都有一个复位问题。即让其回到原始的运动位置以便对下面的机器正常动作做好准备。设有X2推杆上限位开关、X4凸轮复位开关、X11曲柄复位开关，分别触发推杆复位指示灯，凸轮复位指示灯，曲柄复位指示灯，如图4-2所示。图4-2复位指示灯设计4.1.3 缺料报警程序设计在上料的过程的中，由于加工速度、特殊情况等原因，难免会出现缺料的情况，这时需要让工作人员知道现在机器缺料了，让工作人员及时来加料。在这个过程中机器要报警，并停机。设有X25缺箱传感器，X26缺瓶传感器分别触发Y7缺箱指示类，Y11缺瓶指示灯，并报警。如图4-3所示。图4-3缺料报警程序设计4.1.4 牛肉酱瓶上料满足装箱要求程序设计根据对牛肉酱瓶装箱的设计，每36瓶装一箱，在传送带处设计四个传感器，用来计数，由于装箱的时候是每9瓶一排，共4排，所以要用四个传感器分别计数。分别设有X5瓶子计数1，X6瓶子计数2，X7瓶子计数3，X10瓶子计数4，触发相应的计数器，当计数器都满足大于9的要求时，启动中间继电器M1，如图4-4所示。图4-4牛肉酱瓶装箱计数的程序设计4.1.5 启动、急停程序设计机器的启动、急停一定要有相应的按钮设计，当X21手动按钮按下时执行S5手动程序，跳转到手动程序段上；当自动按钮按下时，并且启动按钮处于闭合状态，启动S0自动程序，跳转到自动程序上；当急停按钮按下时，所有的步进指令、输出、中间继电器、计数器、计时器清零处理，并且停机报警。如图4-5启动、急停程序设计所示。图4-5启动、急停程序设计4.2 手动程序设计4.2.1 手动控制各个电机动作的程序设计1、当X13纸箱上料的凸轮电机启动按钮按下，同时Y2推杆电机正转开关、Y3推杆电机反转开关、Y4装箱电机启动开关失电时，则启动Y0纸箱上料的凸轮电机。2、当X14传送牛肉酱瓶的传送带电机启动按钮按下，同时Y2推杆电机正转开关、Y3推杆电机反转开关失电时，则启动Y1传送牛肉酱瓶的传送带电机。3、当X15推杆伸出按钮按下，同时Y1传送牛肉酱瓶的传送带电机开关、Y0纸箱上料的凸轮电机开关、Y4装箱电机启动开关失电时，则启动Y2推杆电机正转。4、当X16推杆缩回按钮按下，同时Y1传送牛肉酱瓶的传送带电机开关、Y0纸箱上料的凸轮电机开关、Y4装箱电机启动开关失电时，则启动Y3推杆电机反转。5、当X20装箱动作曲柄电机启动按钮按下，Y2推杆电机正转开关、Y3推杆电机反转开关、Y0纸箱上料的凸轮电机开关失电时，则启动Y4装箱电机。如图4-6手动控制各个电机动作的程序设计。图4-6手动控制各个电机动作的程序设计4.2.2 整机复位的程序设计机器在动作的过程中，难免会出现这样那样的问题，如机器故障、停电、发生事故等原因，机器在停下的时候，各个电机驱动的机构可能有没有复位的情况，这时，就要用到复位按钮，当X17复位按下时，推杆电机反转直到X3推杆下限位开关触发，纸箱上料凸轮转动直到X4纸箱上料凸轮复位接近传感器触发，装箱电机转动直到X11装箱电机复位接近传感器触发，如图4-7整机复位的程序设计。图4-7整机复位的程序设计4.2.3 手动部分结尾的程序设计当复位按下时，推杆电机反转直到推杆下限位开关触发，纸箱上料凸轮转动直到纸箱上料凸轮复位接近传感器触发，装箱电机转动直到装箱电机复位接近传感器触发。以上的动作完成后对Y3推杆电机、Y0纸箱上料凸轮电机、Y4装箱电机都需要清零，并且对中间继电器清零，当X3推杆电机、X4纸箱上料凸轮电机、X11装箱电机都复位以后，如果X22自动按钮按下，运行S0自动程序。如图4-8手动部分结尾的程序设计所示。图4-8手动部分结尾的程序设计4.3 自动程序设计4.3.1 纸箱上料的自动程序设计当自动按钮按下或者由手动程序跳转到S0自动程序里，同时Y2、Y3推杆电机正、反转失电，Y4装箱电机启动开关失电时，纸箱上料Y0凸轮电机开始运动。这里要设计一个T0计时器进行延时，这样可以跳过X4纸箱上料凸轮复位传感器的失电干扰，在这里计时器延时时间设为0.5秒，具体情况还要进行现场实验才能得到合适的参数。纸箱上料凸轮的运动过程：当纸箱上料凸轮转动时，T0计时器开始延时跳过传感器的信号，转过失电信号区以后，X4传感器开始工作一直得电，直到再次转到失电信号区时，Y0纸箱上料凸轮电机停止转动。与此同时，当X1吸嘴接近开关触发时，说明纸箱上料成功，转入下一个步进指令S1牛肉酱瓶上料动作启动。如图4-9纸箱上料的自动程序设计。图4-9纸箱上料的自动程序设计4.3.2 牛肉酱上料的自动程序设计步进指令S1牛肉酱瓶上料动作启动，同时要满足Y2、Y3推杆电机正、反转无动作，满足36瓶的装箱要求（M1），Y1传送带电机启动，转入步进指令S2推杆动作。如图4-10牛肉酱上料的自动程序设计。图4-10牛肉酱上料的自动程序设计4.3.3 推杆动作的自动程序设计步进指令S2推杆出动作启动，同时要满足Y1传送带电机、Y0纸箱送料凸轮电机、Y4装箱电机动作无动作，当到达X2推杆上限位时，跳入步进指令S3推杆回动作。同时要满足Y1传送带电机、Y0纸箱送料凸轮电机、Y4装箱电机动作无动作，当到达X3推杆下限位时，跳入步进指令S4装箱动作。如图4-11推杆动作的自动程序设计。图4-11推杆动作的自动程序设计4.3.4 装箱动作的自动程序设计图4-12装箱动作的自动程序设计步进指令S4装箱动作启动，同时满足Y2、Y3推杆电机正反转，纸箱上料凸轮电机无动作。这里要设计一