小型全自动包装机控制系统设计 自动包装机毕业论文.docx
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小型全自动包装机控制系统设计自动包装机毕业论文
自动包装机毕业论文
题目:
小型全自动包装机控制系统设计
专业:
机电一体化工程
摘要
ABSTRACT
前言
第1章DXD系列包装机控制系统设计说明…………………………………………6
1.1本设计所用包装机的特点……………………………………………………6
1.2技术参数及设计要求…………………………………………………………7
第2章 DXD系列包装机的组成结构…………………………………………8
2.1供纸模块………………………………………………………………………8
2.2横封纵封模块…………………………………………………………………8
2.2.1包装封口强度的检测意义………………………………………………9
2.2.2热封器的基本组成………………………………………………………9
2.3光电定长………………………………………………………………………11
第3章包装机电气控制系统硬件设计……………………………………………12
3.1步进电机的选用……………………………………………………………12
3.1.1步进电机概述…………………………………………………………12
3.1.2步进电机结构选择……………………………………………………13
3.1.3步进电机工作原理及工作方式…………………………………………15
3.1.4步进电机的特性…………………………………………………………17
3.1.5步进电机参数的选择……………………………………………………19
3.2步进电动机驱动器的选用……………………………………………………24
3.2.1步进电动机驱动电源……………………………………………………25
3.3可编程控制器(PLC)选用……………………………………………………26
3.3.1可编程控制器概述………………………………………………………26
3.3.2PLC选型…………………………………………………………………29
3.4包装机电气接线图及电气原器件表…………………………………………30
第4章包装机电气控制系统软件设计……………………………………………30
4.1包装机的动作过程……………………………………………………………30
4.2PLC控制步进电机系统原理…………………………………………………31
4.3电气控制系统梯形图及时序图………………………………………………32
4.4包装机的调试运行……………………………………………………………35
结论…………………………………………………………………………………39
致谢…………………………………………………………………………………40
参考文献…………………………………………………………………………………………41
摘要
本设计的主要目的是为了满足控制精度的医用制袋充填封口包装设备的电气控制系统。
所包含的内容有:
DXD系列包装机的发展概况;包装机九大组成部件中的供膜、热封、光电定长的介绍;本课题所用的电气控制元件的选择;实现设计目的的软硬件设计方法等;其中可编程控制器(PLC)、拉袋步进电机、光电开关、热电偶、温控仪的选择、软硬件的设计方法是本文的主要内容。
展望现阶段包装机的发展状况,可以预知包装机在不久的将来会被广泛地应用于食品、医学、建材工业等领域,从而成为现代化产业中所必须的设备之一。
关键词:
可编程控制器(PLC),步进电动机,热电偶,温控仪
ABSTRACT
Mainpurposethatthistextdesignformeetmedicalusetocontrolprecisionmakebagfillwith,sealelectriccontrolsystemtopacktheapparatus.Thecontentincludedisasfollows:
developmentoverviewoftheDXDseriespacker;Ninepackerheavytomakeuppartsupportmembrane,heatseal,photoelectricitymakethelongintroduction;Electricchoicewhichcontrolsthecomponentthatthissubjectuses;Softwareandhardwaredesignmethodtorealizepurposeofdesign,etc.;Programmablecontrolleramongthem(PLC),drawbagwalkintoelectricalmachinery,photoelectricswitch,electricthermocouple,temperature-controlledchoiceofappearance,designmethodofsoftwareandhardwarehereinmaincontent.Lookforwardtothestateofdevelopmentofthepackerofthepresentstage,canforeseethepackerwillbewidelyappliedtofieldssuchasfood,medicalscience,buildingmaterialsindustry,etc.inthenearfuture,thusbecomeoneofthenecessaryapparatusinmodernizedindustry.
KEYWORDS:
theprogrammablecontroller(PLC),walkintothemotor,electricthermocouple,temperature-controlledappearance
前言
近年来,随着经济的迅速增长和人民生活水平的不断提高,作为传统行业之一的包装工业,呈快速发展态势,是人们普遍看好的“朝阳产业”,随之而来的就是包装机应用需求的大幅增长。
机电一体化技术已越来越受到各方面的关注,它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。
在机电一体化技术迅速发展的今天,随着自动化技术的发展,包装机已全部实现了自动化。
自动包装机一般分为半自动包装机和全自动包机两种,由人工供给包装材料(容器)和内装物,但能自动完成其它包装工序的机器称为半自动包装机,自动完成主要包装工序和其它辅助包装工序的机器称全自动包装机。
DXD系列包装机广泛应用于食品、医药、化妆品、化工、茶叶、种子等颗粒状、片状、粉状及半流体状物料包装。
DXD全自动包装机要求加料、制袋、充填、封口、剪切、撕口等工序全自动完成,包装速度、制袋长度可以调整。
采用PLC控制的DXD全自动包装机是集机电一体化、光电检测、步进电机自动跟踪纠偏等功能于一体的多用途自动包装机,该包装机具有电眼跟踪、PLC控制、无级变速纠偏等功能,计量精确,符合行业标准,并且具有性能稳定、操作维护方便、效率高等特点,保证了包装袋的长度稳定,图形美观。
根据工艺要求,DXD全自动包装机采用PLC进行自动控制,包含两个最关键的步进电机的协调运行。
选用1块CPU模块作为整个控制系统的核心部分,还包含三路高速脉冲计数输入和两路高速脉冲输出,其输出频率最大可达。
选用液晶触摸屏作为人机界面。
采用PLC控制的DXD全自动包装机可以实现自动制袋、自动封装等多项功能,并可对生产过程进行实时监控,完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。
根据工艺要求,DXD全自动包装机的控制系统由人机界面操作及显示系统、制袋控制系统、送料计量控制系统、封装及剪切控制系统组成。
本课题设计的目的就是利用原有设备的机械本体,设计一个新型的电气控制系统,提高其包装性能,使包装速度、制袋长度和物料充填量在额定范围内无级可调且不需要更换零件;封口温度采用两路温度控制器控制,使温度设置方便,控制准确,适合多种包装材料;制袋长度可在操作面板上直接设定,操作方便。
使用有色标的包装材料时,包装袋长度可由色标间的距离确定。
电控采取于智能系统的柔性控制,能对不同材质、不同厚度、不同物料的包装对象进行参数自动调整,并使之最优化,从而大大地提高生产效率和物料利用率,减轻劳动强度。
本课题的意义在于解决当前医用制袋充填封口包装机械中普遍存在的控制精度低、操作不方便等技术障碍问题;设计新型的医用自动包装机械的电气控制器,并推广应用;理论联系实际对落后设备进行改造。
因此,结合包装机产业的发展状况,得知本文的设计有很大的现实意义和实用价值。
新一代小型一体化PLC在DXD系列包装机上的应用,在提高包装机自动化方面取得了很好效果,具有很好的推广前景。
第1章DXD系列包装机电气控制系统设计说明
1.1本设计所用包装机的特点
DXD系列包装机广泛应用于食品、医药、化妆品、化工、茶叶、种子等颗粒状、片状、粉状及半流体状物料包装。
北京某包装机械制造有限公司以及珠海天楹精密机械有限公司是生产DXD系列自动包装机及灌装机的专业厂家,其生产的DXD系列自动包装机及灌装机行销海内外,得到用户的普遍好评。
其控制系统达到了预期效果,大大提高了设备的自动化水平。
DXD全自动包装机要求加料、制袋、充填、封口、剪切、撕口等工序全自动完成,包装速度、制袋长度可以调整。
采用PLC控制的DXD全自动包装机是集机电一体化、光电检测、步进电机自动跟踪纠偏等功能于一体的多用途自动包装机,该包装机具有电眼跟踪、PLC控制、无级变速纠偏等功能,符合行业标准,并且具有性能稳定、操作维护方便、效率高等特点,保证了包装袋的长度稳定,图形美观。
根据工艺要求,DXD全自动包装机采用PLC进行自动控制,包含两个最关键的步进电机的协调运行。
选用1块CPU模块作为整个控制系统的核心部分,还包含三路高速脉冲计数输入和两路高速脉冲输出,其输出频率最大可达。
选用液晶触摸屏作为人机界面。
采用PLC控制的DXD全自动包装机可以实现自动制袋、自动封装等多项功能,并可对生产过程进行实时监控,完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。
根据工艺要求,DXD全自动包装机的控制系统由人机界面操作及显示系统、制袋控制系统、送料计量控制系统、封装及剪切控制系统组成。
本课题设计所用的包装机:
DXD系列C型全自动包装机是天楹公司借鉴国内外先进技术、在B型包装机的基础上开发研制的新式小型多功能间歇式包装机。
该系列包装机采用了电脑控制、细分驱动步进电机拉袋等技术。
可一次性自动完成计量、制袋、充填、封合、切断、计数等全部工作。
特别使用于食品、医药及化工等行业的生产需要。
本机具有如下特点:
(本机外型如图1-1所示)
●包装速度、制袋长度和物料充填量在额定范围内无级可调不需更换零件。
●封口温度采用两路温度控制器控制,温度设置方便,控制准确,适合多种包装材料。
●操作面板采用轻触薄膜开关,密封、绝缘、耐腐蚀,便于清洁,符合安全和卫生要求。
●制袋长度可在操作面板上直接设定,操作方便。
使用有色标的包装材料时,包装袋可由色标间的距离确定。
该动作由电脑控制步进电机完成,准确可靠。
●具有缺纸、卡袋、安全门打开自动报警并停机等功能,使机器的运行更安全可靠。
●具有定位停机功能,确保机器在任何情况下停机,热封器及切刀都处于张开的状态。
●可自动打印产品批号,并可根据用户需要增加易撕切口、锯齿形切口等功能。
●所以与物料接触的部件均由耐腐蚀塑料制成,符合食品卫生要求。
1.2技术参数及设计要求
1.参数:
机型
DXDK-80C
DXDKB-80C
适用包装材料
颗粒
包装速度(袋/分)
50~80
计量范围(毫升)
2~50
制袋尺寸(毫米)
长50~120
宽35~85
电源电压
380伏50赫兹
(三相四线制)
外型尺寸(毫米)
长600
宽760高1650
净重(千克)
213
包装材料
纸/聚乙烯、玻璃纸/聚乙烯、聚脂/镀铝/聚乙烯、茶叶滤纸等可热封的复合包装材料
功率(瓦)
主电机:
370供纸、供纸电机:
10热封器:
180X4
拉袋步进电机:
≥2.5Nm充填步进电机:
≥12Nm(DXDF-60B)
搅拌电机:
40(DXDJ-60BDXDF-60B)振动电机:
120(DXDP-60B)
2.设计要求:
1)包装速度、制袋长度和物料充填量在额定范围内无级可调,不需要更换零件;
2)封口温度设置方便,控制准确,并实时显示封装温度。
使用多种包装材料;
3)制袋长度可在操作面板上直接设定,操作方便。
使用有色标的包装材料时,包装袋长度可由色标间的距离确定。
该动作由PLC控制步进电机完成,准确可靠。
4)操作面板密封、绝缘、耐腐蚀、便于清洁;
5)具有缺纸、卡袋、安全门打开自动报警并停机等功能,确保机器运行的安全可靠。
6)具有定位停机功能,确保机器在任何情况下停机,热封器及切刀都处于张开状态。
7)制袋长度的误差〈=3mm
8)在环境温度升高时,控制系统能正常工作。
第2章DXD系列包装机的组成结构
DXD系列C型全自动包装机基本组成是由:
供膜、成型、定量供料、导向、牵引、纵封、光电定长、横封和输出九大模块。
各功能模块的构成、作用以及机器总体结构模块图。
(说明:
由于本课题设计是有关电气控制的系统设计,成型、定量供料、导向、牵引和输出等与机械原理息息相关,将在最后一章介绍其动作原理。
)
2.1供纸模块
(如附图2-1所示)
1、供纸模块共有两部分组成:
纸架,送料部分,步进电机控制部分;
1)纸架:
由机械结构完成。
由架纸轴,挡纸轮,支撑板构成;
2)送料部分:
由于包装纸总是以卷筒状安放在放料架上,由步进电机直接拖动,在电机升速是产生很大的加速度,因而会产生大的惯性力,使电机失步或拉断加工材料,因而在放料架上必须安装放料装置,该装置要求较低,只需要在每次步进电机拉袋之前送出足够一次拉料的材料即可。
3)步进电机控制系统
控制系统的核心为性能优良的PLC控制器。
在运行时步进电机处于待命状态,当收到位置传感器发来的信号时,步时电机读入拔码盘上预置的十进制长度数据,并换算成十六进制脉冲步数,从静上开始逐步升速到较高的运行频率,当运行的步数剩下到一定数目时,步进电机则开始降速,直至走完整个长度。
每送完料一次,计数器加1,并判断是否达到设定次数,如达到则启动传送带,把切下的料送走,接着再进行下一个循环。
为保证送料的精度,取脉冲当量为1/3mm,加上胶辊滑移、纸张延伸等不定因素,精度可达+-0.5mm左右。
2、动作情况
机器运转时,拉袋机构向下拉袋的同时,通过包装材料将供纸控制杆抬起,供纸接近开关发出信号,使供纸电机运转,输送包装材料,供纸控制杆将自动下落,在接近开关的控制下供纸电机停转。
如此循环,完成供纸过程,当包装材料用完时,缺纸控制杆复位,缺纸接近开关发出信号,机器停机并报警。
3、接近开关
接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器根据工作原理的不同分为电感式和电容式,本次课题设计采用电感式。
电感式接近开关它由LC高频振荡器和放大处理电路组成,利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时,使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关,使接近开关振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化,由此识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断。
这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体,检测距离由0.8mm至150mm。
可根据客户需要制作成耐高温型接近开关,最高温度150℃。
2.2横封纵封模块
(如附图2-2所示)
2.2.1包装封口强度的检测意义
封口强度对包装材料来讲是一个重要性能指标,对任何一种软包装材料都要做成包装袋来包装各种商品,包装商品都要热封或粘接来封口,达到包装目的。
封口要有一定的强度才能够承受一定重量的内装物的压力,保证商品在流通过程中不开裂。
热封是利用外界条件(电加热、超声波等)使塑料薄膜的封口部位变成粘流状态,借助刀具压力使薄膜融合为一体,冷却后能保持一定强度。
热封工艺的三大因素——热封温度、压力、时间,其中主要是温度。
根据材料的不同和料袋运动状态需要不同的热封因素,三者是必须协调配合才能获得好的热封质量。
因此在实际大规模生产之前,要进行大量的实验来确定恰当的热封参数。
热封温度:
温度太低,薄膜不能全部融合;温度太高,薄膜以产生变形。
严重的会烫伤。
因此必须随各种薄膜的不同来加以调节。
2.2.2热封器的基本组成
1、热电偶:
本课题中所使用的热电管作用在于:
对包装纸袋进行加热,然后配合热电偶和温控仪完成整个纸袋的包装温度的控制。
即:
在热封当中起到很大的包装封合作用。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,其优点是:
①测量精度高。
因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。
热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
1)热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热点效应。
热电偶是利用这种效应来工作的。
2)热电偶的种类及结构形成
①热电偶的种类
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某种特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、I、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
②热电偶的结构形式
为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
A、组成热电偶的两个热电极焊接必须牢固;
B、两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
C、补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
D、保护套管应能保证热电极与有害介质隔离。
3)热电偶冷端的温度补偿
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。
必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。
因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。
在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100°C。
2、温控仪
本课题设计中,使用了两个温控仪。
一是控制包装袋温度的横封,一是控制包装袋温度的纵封。
作用:
在于时刻控制包装袋包装的效果,是整个热封运动过程稳定可靠运行。
设定温度:
根据所用的包装材料,在温控仪上设定热封温度。
一般情况下应使横封设定值高出纵封设定值5~10度左右。
本设计采用的包装材料是铝箔/聚乙烯,其设定温度值在150度左右,如果包装效果达不到要求,可对设定值稍加调整。
若出现包装袋封严或受热变形较大的情况,亦可能选择较高的温度和较低的封合压力,以延长机器的使用寿命。
2.3光电定长
(拉袋机构如附图2-3所示)
基本组成电气原器件为:
光电开关、步进电动机和可编程控制器(PLC)
1、光电开关
光电开关亦称光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。
它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。
模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系。
模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类。
所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关。
2、步进电动机、可编程控制器
有关步进电动机和可编程控制器的介绍将在下面章节详细介绍。
第3章包装机电气控制系统硬件设计
3.1步进电机的选用
3.1.1步进电机概述
一、应用与发展
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。
步进电动机,它是一种可以自由回转的电磁铁,动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别,也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
在本世纪初,由于资本主义列强争夺殖民地,造船工业发展很快,同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。
到了80年代后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电动机的控制方式更加灵活多样。
原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路,不仅调试安装复杂,要消耗大量元器件,而且一旦定型之后,要改变控制方案就一定要重新设计电路。
计算机则通过软件来控制步进电机,更好地挖掘出电动机的潜力。
因此,用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势,也符合数字化的时代趋势。
步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。
步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件,通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。
由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列,轮流和直流电源接通后,就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场,使转子步进式的转动,随着脉冲频率的增高,转速就会增大。
步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。
常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。
其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。
现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。
步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式,正是这个特点,步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。
不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。
在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机,步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。
使用恰当的时候,甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。
步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。
它最大的应用是在数控机床的制造中,因为步进电机不需要A/
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