毕业论文饮料生产线自动装卸机设计38136.doc

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1、摘 要本文主要介绍了自动装卸机实际应用的设计过程，本文所设计的自动装卸机应用于瓶装饮料生产线中的装卸工作。设计过程包括装卸机整体结构分析，零件造型，零件工艺分析，PLC选择等。首先对装卸机工作内容进行分析与设计，绘制工作环境图，并对主要零部件及其运动方式进行设计，利用计算机辅助设计软件对各零部件进行二维或三维的图形绘制，并对主要零部件进行结构和尺寸分析，合理布局各零部件，确定机械整体尺寸，采用PLC实现机器的自动控制。设计过程中，使用了UGNX4.0、AUTOCAD、PLC编程软件等。关键词：自动装卸机 PLC 自动控制目 录摘 要I引 言1第一章 毕业设计任务21.1 设计题目及要求21.2

2、 装卸机的发展21.3 装卸原则31.4 本章小结4第二章 自动装卸机总体设计52.1 工作内容与环境分析52.2 整体构思62.3 总体尺寸设计72.4 本章小结7第三章 运动及结构分析83.1 饮料瓶搬运83.1.1 机械手水平方向运动分析83.1.2 机械手垂直方向运动分析93.2 薄铁板搬运103.3 本章小结11第四章 气动装置设计124.1 气动传动概述124.2 气动传动系统特点124.3 气动抓瓶器设计124.4 真空吸盘设计144.5 本章小结15第五章 控制及检测系统设计165.1 PLC概述165.2 PLC主要优点165.3 PLC的硬件结构及工作原理165.3.1 P

3、LC控制系统组成175.3.2 PLC的工作过程175.4 控制系统构成及工作流程185.4.1 控制系统构成185.4.2 控制系统工作流程185.5 PLC的选择195.6 传感器的选择225.7 接触器的选择235.8 热继电器的选择235.9 开关电器、熔断器的选择245.10 本章小结24第六章 软件设计256.1 系统I/O点分配256.2 PLC梯形图266.2 程序调试与结果306.3 本章小结30第七章 毕业设计总结31致 谢32参考文献33引 言当今世界制造业自动化普及速度加快，机械与电子科技技术的完美融合，以求高速度、高精度，推进自动化与智能化的发展，迫使生产设备的自动化

4、程度及生产效率提高，采取在原有的机械设备的基础上，外加入电子元件或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行，从而来提高生产效率，使产品生产赢得时间赢得市场。在装卸机的设计制造中，添加自动控制技术，有利于将人类从繁琐、危险、重载的劳动环境中解放出来，并大大提高生产效率。本次设计的装卸机结构紧凑、操作简便、自动化程度高。能很大程度上提高装卸质量与速度，经改造后可广泛应用于粮油、食品、饮料、果品等的装卸生产线上。第一章 毕业设计任务1.1 设计题目及要求本次设计题目为“饮料生产线自动装卸机”。在装卸机设计中，要求结构合理，运行可靠，结合电子技术，实现装卸机的自动控制。

5、此设计运用于饮料生产线装卸任务，装卸动作快捷方便，在实际生产中可节约劳动成本，并可大幅度提高生产效率。1.2 装卸机的发展装卸机是为车、船或其他设备进行装卸作业的物料搬运机械，因此其本身也可称为搬运机，其特点是能自行取物。早期，人们一般用各种起重机和输送机来完成装卸工作。随着装卸作业量的不断增大，逐渐出现了能自行取物的装卸机械。19世纪初，出现了单斗装载机。19世纪中叶出现了装有履带运行装置的无轨式装卸机械。20世纪20年代出现了翻车机和蟹耙式装载机。第二次世界大战后，集装箱运输得到发展，陆续出现了集装箱运载桥和集装箱龙门起重机。起升车辆在装卸工作中起着日益重要的作用。尽管如此，在一些装卸作业

6、量不大的地方仍然使用起重机或输送机来完成装卸工作。从这一点上说，要把装卸机械与起重机、输送机和搬运车辆截然分开是很困难的。装卸机械按装卸的物料不同可分为散状物料装卸机械和成件物品装卸机械。按结构型式可分为固定式和运行式两类，运行式的又分有轨式和无轨式两种。装卸系统分类图如图1.1所示：图1.1 装卸系统分类图1.3 装卸原则（1）尽量不进行装卸因为装卸作业本身并不产生价值。但是，如果进行了不适当的装卸作业，就可能造成商品的破损，或使商品受到污染。因此，尽力排除无意义的作业，是理所当然的。尽量减少装卸次数，以及尽可能地缩短搬运距离等，所起的作用也是很大的。因为装卸作业不仅要花费人力和物力，增加费

7、用，还会使流通速度放慢。如果多增加一次装卸，费用也就相应地增加一次，同时还增加了商品污损、破坏、丢失、消耗的机会。 （2）装卸的连续性是指两处以上的装卸作业要配合好。进行装卸作业时，为了不使连续的各种作业中途停顿，而能协调地进行，整理其作业流程是很必要的。因此，进行流程分析，对商品的流动进行分析，使经常相关的作业配合在一起，也是很必要的。如把商品装到汽车或铁路货车上，或把商品送往仓库进行保管时，应当考虑合理取卸，或出库的方便。所以某一次的装卸作业，某一个装卸动作，有必要考虑下一步的装卸而有计划地进行。要使一系列的装卸作业顺利地进行，作业动作的顺序、作业动作的组合或装卸机械的选择及运用是很重要的

8、。 （3）减轻人力装卸就是把人的体力劳动改为机械化劳动。在不得已的情况下，非依靠人力不可时，尽可能不要让搬运距离太远。关于减轻人力装卸问题，主要是在减轻体力劳动、缩短劳动时间、防止成本上升、劳动安全卫生等方面推进省力化、自动化。 （4）提高搬运灵活性物流过程中，常须将暂时存放的物品，再次搬运。从便于经常发生的搬运作业考虑，物品的堆放方法是很重要的，这种使于移动的程度，被称之为搬运灵活性. 衡量商品堆存形态的搬运灵活性，用灵活性指数表示。一般将灵活性指数分为五个等级，即：散堆于地面上为o级；装入箱内为1级；装在货盘或垫板上为2 级；装在车台上为3级；装在输送带上为4级。 （5）把商品整理为一定单

9、位就是把商品汇集成一定单位数量，然后再进行装卸，即可避免损坏、消耗、丢失、又容易查点数量，而且最大的优点在于使装卸、搬运的单位加大，使机械装卸成为可能，以及使装卸、搬运的灵活性好等。这种方式是把商品装在托盘、集装箱和搬运器具中原封不动地装卸、搬运，进行输送、保管。 （6）从物流整体的角度考虑在整个物流过程中，要从运输、储存、保管、包装与装卸的关系来考虑。装卸要适合运输、储存保管的规模，即装卸要起着支持并提高运输、储存保管能力、效率的作用，而不是起阻碍的作用。对于商品的包装来说也是一样的，过去是以装卸为前提进行的包装，要运进许多不必要的包装材料，现在采用集合包装，不仅可以减少包装材料，同时也省去

10、了许多徒劳的运输。1.4 本章小结 本章内容明确了本次设计的设计任务，并且对自动装卸机的来历和发展作了相关概括，对装卸机按不同方式进行了分类，对装卸原则从多个层次进行了简要分析，同时也是对之后的设计铺垫了基石。第二章 自动装卸机总体设计2.1 工作内容与环境分析传输饮料使用的传送带将饮料排成5列传输，传输过来的饮料将由自动装卸机整齐排放在薄铁板上，薄铁板由传输履带传送，为使下一流程运输的方便，应在薄铁板下放置托盘，每个托盘上叠放5张薄铁板，外部设备还应配备传感器计数器等。所设计的自动装卸机抓瓶采用气夹式，配有100个抓瓶器，以50个抓瓶器排列成105固定为一个整体，机器一次可夹持100瓶饮料，

11、将100瓶饮料按1010排放于薄铁板上，再在所放置后的100瓶饮料上盖一张薄铁板，然后继续放100瓶饮料在此薄铁板上，总共叠放5层为机器的一个运动周期，然后由传输履带运走后再循环。工作环境图如图2.1所示：(a)工作环境三维图（b）工作环境平面俯视图图2.1 工作环境图2.2 整体构思 根据工作环境图，本文设计的自动装卸机安装时将横跨两传输带安装，整体外形结构呈方体，类似如图2.2：图2.2 装卸机外形结构自动装卸机系统主要功能单元包括有动力单元，传动单元，执行单元，控制单元，检测与反馈单元等。动力单元：根据设计要求，设电动机额定功率为4.0kW，参照机械设计手册，可选用电动机型号为:YZR1

12、32M2-6。传动单元：机器主要传动以机械传动，其中包括齿轮传动，蜗杆蜗轮传动，槽轮机构传动等。机器附加传动有电气传动。执行单元：机器主要执行工作分两种，一是将传动带输入过来的瓶装饮料排放于另一传输履带运来的薄铁板上，第二是将薄铁板有序叠放于已放好的饮料瓶上。夹紧力主要由电气装置提供。控制单元：自动装卸机控制由操作人员提前输入机器执行件运动程序，机器CPU本身具有记忆功能，可自行按照给定的程序执行相应的运动步骤。检测与反馈单元：机器运动系统的检测与反馈主要由单片机以及各种传感器等元件，当检测到有问题时，信息将自动反馈给机器CPU，机器会及时发出指令解决问题，当机器本身不能解决问题时候，会立即停

13、机并发出警报，再由操作人员来处理。2.3 总体尺寸设计测得饮料瓶直径和高度分别约为：d=60mm，h=220mm。设薄铁板厚度为3mm，形状为正方形，边长为700mm。设相邻两薄铁板距离为300mm。设饮料传输带上表面距离地面1000mm，则传输带上饮料瓶盖处距离地面的距离为1220mm。设薄铁板传输履带上表面距离地面300mm，托盘高度为150mm，则气夹头最低位置距地面高度为300+150+3+220=673mm，气夹头最高位置距地面高度为673+（220+3）4=1529mm。为使产品实用范围更广，设计其气夹头最低位置距地面500mm，最高位置距地面1700mm。设饮料传输带宽度为350

14、mm，薄铁板传输履带宽度为550mm，两传输带水平距离为500mm，则气夹头横向水平移动距离为（350+550）/2+500=950mm。根据各个前提要求，初设装卸机整体尺寸为：长2200mm，宽2000mm，高2100mm。设备约重2000kg。2.4 本章小结本章主要介绍了此设计的自动装卸机在饮料生产线中的工作环境分析，确定了外部相关设备，以及其空间结构布局。本章还对装卸机工作内容进行了简要概括，分析了装卸机整体外形和主要功能单元，最后对装卸机的总体结构尺寸作了计算和确定。第三章 运动及结构分析3.1 饮料瓶搬运 饮料瓶的抓取与搬运工作由两个可实现固定相对运动的机械手执行，每个机械手下面安

15、装一个集成板，集成板上整齐排列105共50个抓瓶器，以此实现每次抓100个饮料瓶的设计。机械手分为水平方向运动和垂直方向运动两种。 3.1.1 机械手水平方向运动分析 （a）机械手水平位置图 （b）机械手水平运动图图3.1 机械手水平位置及运动图如图3.1（a）所示，机械手每次执行抓取任务，便从饮料传输带上将100瓶饮料移置薄铁板上，图中黑点位置为机械手旋转中心位置，深线框为安装抓瓶器的集成板。机械手水平运动图见图3.1（b），两机械手初始位置为A、B两点，两机械手水平方向先同时向两边移动，到达指定位置后，再同时沿顺时针方向转动90，再并行向薄铁板方向移动，当移动到指定位置后，再水平相对方向移

16、动至A、B两点，执行完一次饮料搬运后，两机械手再沿原路返回，旋转位置处依然沿顺时针方向转动90。机械手的平行移动采用滑轨机构，控制两机械手的同向旋转运动采用双圆销槽轮机构（图3.2所示），当主动拨盘逆时针方向转动180，从动槽轮将顺时针方向转动90。采用双圆销槽轮机构的优点是可使两个相对转动的机械手转动时候具有较高的同步性，并且运动传输简单，结构紧凑。图3.2 双圆销槽轮机构 3.1.2 机械手垂直方向运动分析机械手在执行抓瓶工作时，先将饮料瓶从饮料输入传送带上提起，在机器运动速度能满足生产要求的前提下，为了使运动简单化，机械手每次将饮料提起后，直接垂直上升到极限高度，再水平运动到薄铁板上方，

17、然后将饮料瓶放置在薄铁板上，完成其一次装卸搬运工作。当这种运动方式不能满足生产要求时，再采取寻求更短路径，从而来提高生产效率。机械手垂直方向运动图如图3.3所示： 图3.3 机械手垂直运动图机械手垂直方向运动机构采用升降机构，如图3.4所示：图3.4 升降机构机械手空间结构布局如图3.5所示：图3.5 饮料搬运机械手空间结构布局图3.2 薄铁板搬运薄铁板的运输，与饮料运输一样采用滑轨机构与升降机构完成水平与垂直的运动，其机械手结构图见图3.6：图3.6 薄铁板搬运机械手空间结构布局图 图中设计有转角，目的是为了防止薄铁板搬运机械手与饮料搬运机械手运动路径有重合，由此设计出转角，也可使机械手的运

18、动更简单。薄铁板的抓取采用4个方形布置在机械手下方的气动真空吸盘完成。饮料搬运机械手与薄铁板搬运机械手的垂直运动高度均由光电传感器检测控制。3.3 本章小结 本章主要对装卸机主要执行件的运动形式进行了分析，对饮料搬运机械手和薄铁板搬运机械手分别从水平方向和垂直方向的运动路径进行了分析，并对各种运动形式与路径设计了相应的运动机构，再对各个机构换了相关的平面图和空间三维图，方便更好理解机器执行件的运动原理。第四章 气动装置设计4.1 气动传动概述气动传动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。因为是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后用控制元件控

19、制其方向，带动执行元件的旋转与伸缩。从大气中吸入多少空气就会排出多少到大气中，不会产生任何化学反应，也不会消耗污染空气的任何成分，另外气体的粘性较液体要小，所以说流动速度快，所以说主要特点便是节能环保。4.2 气动传动系统特点（1） 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、使用安全相对液压系统安全一些。（2） 工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，但电能消耗较大，能源转换率很低，初期成本较低，但使用成本较高。（3） 输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50500mm/s。但运行速度稳定性不高。（4） 可靠性不太高，使用寿命受气源洁净度和

20、使用频率的影响较大。（5） 利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。（6） 全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用（通常为160以内）。4.3 气动抓瓶器设计 在抓瓶机构的整个抓瓶运动过程中,抓瓶头是通过充气、放气来实现抓瓶、放瓶的,其外形图与结构图见图4.1（a）和图4.1（b）所示：（a）抓瓶器外形图（b）抓瓶器结构图图4.1 抓瓶器外形图与结构图气动装置通过向塑料层与硅橡胶层之间进行充气,使硅橡胶的变形进入金属的

21、镂空部分,产生变形从而抓紧瓶子。抓瓶头在抓瓶时必须保证不能使瓶子有跌落或没有抓起来的情况出现,如发生此类情况，机器将立即发出警报，通知操作和维修人员。为了保证装卸机有较高的装卸速度,必须使抓瓶头在短时间内能够抓紧瓶子而瓶子不会跌落,这就要对抓瓶头的结构进行优化。抓瓶头金属镂空部分的形状、大小都与所需的气压有关，因此系统应配备较为先进的气压监测设备。4.4 真空吸盘设计真空吸盘又称真空吊具，真空吸盘是真空设备执行器之一,吸盘材料采用丁腈橡胶制造,具有较大的扯断力,因而广泛应用于各种 真空吸持设备上,如在建筑、造纸工业及印刷、玻璃等行业,实现吸持与搬送玻璃、纸张等薄而轻的物品的任务。其结构图如图4

22、.2所示：图4.2 真空吸盘结构图一般来说，利用真空吸盘抓取制品是最廉价的一种方法。真空吸盘品种多样，橡胶制成的吸盘可在高温下进行操作，由硅橡胶制成的吸盘非常适于抓住表面粗糙的制品；由聚氨酯制成的吸盘则很耐用。另外，在实际生产中，如果要求吸盘具有耐油性，则可以考虑使用聚氨酯、丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘。通常，为避免制品的表面被划伤，最好选择由丁腈橡胶或硅橡胶制成的带有波纹管的吸盘。真空吸盘使用注意事项: 在机械手末端抓取装置使用真空吸盘（不带夹钳）的情况下，需要注意的是，机械手的移动速度不能太高，否则会在吸盘上产生一个切力，使制品在快速扭转的过程中很容易掉下来。在有些情况下，可

23、以使用一个夹钳来保证制品的安全运送。考虑到可能会出现制品粘附在模具上的情况，通常可以安装一个气钳来解决这一问题。当制品表面积太小或者制品太重而无法使用真空吸盘时，同样可以通过使用夹钳来解决这个问题。 如果制品对外观要求很严格，那么被夹住的部位就不能是外表面。为解决这一问题，可以安装一个传感电路。在确认夹钳或者吸盘抓稳了制品以后，传感器就会给机械手传送一个信号，使其能进行下一步的操作。在机械手的运动能力有限、需要人工扭一下或者翘一下才能使制品脱模或把制品和末端抓取装置移出成型区的，情况下可以添置一个能够独自移动末端抓取装置而不依于机械手操作的特殊汽缸，从而使这一问题得到改善。4.5 本章小结 本

24、章主要对气动装置在生产中的运用进行了简要概括，以及对气动元件的特点进行了说明。本章还对自动装卸机的气动元件进行了设计，包含饮料搬运采用的气动抓瓶器和薄铁板搬运所采用的真空吸盘，以及对它们作了相应的详细分析说明。第五章 控制及检测系统设计5.1 PLC概述PLC可编程序控制器其实就是工业控制计算机，用以取代传统的中间继电 器、时间继电器、计数器等，并具有一切计算机控制系统的功能。目前PLC已成 为工业控制的标准设备，其应用面几乎覆盖了整个工业企业，广泛应用于化工、 石油等企业的现代过程控制中。5.2 PLC主要优点（1） 具有高可靠性PLC除采用优质器件等外，在硬件方面采用了较先进的电源，用以防

25、止由电源回路串入干扰。其内部采用了电磁屏蔽，以防辐射干扰。而外部输入/输出电路则一律采用光电隔离，加上常规滤波和数字滤波；软件方面设置了警戒时钟WDT、自诊断等措施。因而使得PLC的平均无故障时间达到30万小时，被称为“永远不坏的控制器”，因而可靠性优于传统继电接触器电气 控制系统。顶针顶出机构是整个顶出机构中最简单、最常见的一种形式。顶针截面为圆形，容易达到顶针与模板或型芯上顶针孔的配合精度，顶针顶出时运动阻力小，顶出动作灵活可靠。（2） 灵活性高、扩展性好、通用性强它采用程序使得硬件软件化，对于不同的控制系统，只需改变程序即可，因而通用性强。而且现场接口容易，设计周期短。（3） 功能强 P

26、LC具有自诊断、监控和各种报警功能既可完成过程控制，又可进行闭环回路的调节控制，适用范围广。5.3 PLC的硬件结构及工作原理PLC采用的是典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等。其内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量PLC输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号等均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子，作为PLC的输出变量，对外围设备进行控制。PLC的一般内部逻辑结构框图如图5.1 所示。合模导向机构具有定位、导向和

27、承载的作用，能保证注射模的准确开合模。图5.1 PLC逻辑硬件结构框图 5.3.1 PLC控制系统组成（1）输入部分：如按钮开关、限位开关等，直接与PLC输入端子相连接，用以产生 输入控制信号，这些信号一般来自操作台上的人工指令。（2）控制部分:反复执行根据被控对象的实际控制要求所编制的处理程序，并产生各种输出号。（3）输出部分:如接触器、电磁阀等，它们与PLC输出端子相连接，用以控制被控对象的动作。 5.3.2 PLC的工作过程 （1）输入处理:PLC以重复扫描方式执行用户处理程序，在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态(输入信号)读入输入映象寄存器中，然后开始执行用户处理程

28、序。在执行过程中，即使输入信号发生变化，输入映象寄存器的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才重新读取输入状态。 （2）程序控制:在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序，每执行一条程序所需要的信息都从输入映象寄存器和其他内部寄存器中读出并参与计算，然后将执行结果写入有关输出映象寄存器中。（3）输出处理:当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出。随着微电子技术的发展，可编程序控制器（PLC）以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，已进入过程控制和位置控制等领域，成为一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业

29、控制微型计算机。5.4 控制系统构成及工作流程 5.4.1 控制系统构成生产线自动装卸机PLC控制系统构成图如图5.2所示：图5.2 PLC控制系统构成图 5.4.2 控制系统工作流程 （1）按下启动按钮后，饮料传送带运行，直到光电开关检测到饮料瓶就位，传送带才停止。（2）当饮料传送带停止后，机械手下降。下降到位后机械手气动装置开启，夹紧饮料瓶，2s后开始上升，上升到位后两机械手沿滑轨分离一定距离，然后槽轮机构逆时针转动180，两机械手顺时针转90，在沿滑轨移动至薄铁板上方，两机械手合拢，再下降到位机械手松开，将饮料瓶放进传输履带上的薄铁板上，2s后机械手上升，再按原路返回。机器每完成一次搬运

30、回到初始位置后，薄铁板搬运吸盘将执行一次薄铁板搬运任务。整个系统以五次搬运为一个周期，用PLC作计数控制。（3）完成一次搬运周期后，传输履带开始运行，当检测到下一薄铁板就位后，传输履带停止。（4）上述过程周而复始的进行，直到按下停止按钮，两传输带同时停止。（5）当按下手动选择按钮后，系统停止上述的自动控制运行，而可以手动进行控制两传输带的运行，以便于调试和维修。5.5 PLC的选择根据自动装卸机系统的控制要求,系统设有手动控制和自动控制功能。为了避免意外事故或故障的发生，系统设有报警器。系统的具体设计过程如下：（1） I/O点数估算系统输入信号：自动控制按钮，需要1个输入端；手动控制按钮，需要

31、1个输入端；停止按钮，需要1个输入端；手动控制时，传送带A和传送带B独立点动控制按钮需要2个输入端；饮料数量检测信号SQ1和薄铁板位置检测信号SQ2，需要2个输入端；饮料搬运机械手的上升下降，前后移动，相对左右移动，夹紧放松，控制槽轮旋转，需要9个输入端；薄铁板搬运机械手的上升下降，左右移动，吸盘吸紧与放松，需要6个输入端；故障报警消音按钮，需要1个输入端。以上共需23个输入信号点。系统输出信号：饮料搬运机械手的上升下降，前后移动，相对左右移动，夹紧放松，控制槽轮旋转，需要6个输入端；薄铁板搬运机械手的上升下降，左右移动，吸盘吸紧与放松，需要4个输入端传送带A和传送带B，需用2个控制输出端；系

32、统上电指示和手动指示、装卸指示需要3个输出端；一个报警器，需要1个输出端。以上共需16个输出信号点。（2） PC型号的选择因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求不高，所以可选用西门子S7-200系列的CPU226型可编程控制器PLC作为控制核心，该单元为40点I/O，24点输入，16点输出，所以满足系统输入、输出点需要。西门子S7-200系列CPU224型 PLC的特点： 高速计数器能方便的测量高速运动的加工件。 扩展能力增强，最大到12ch的模拟量。 带高速扫描和高速中断的高速处理。 可方便的与西门子的可编程序终端(PT)相连接，为机器操作提供一个可视化界面。 A/D、D

33、/A精度大幅度提高，分辨率为1/6000。 可进行分散控制和模拟量控制。 通讯功能增强，提供内置RS232C端口及RS485的适配器。 图5.3 西门子S7-200系列CPU226型可编程控制器S7-200虽然体积小，但是提供了许多功能。具有强大的模拟量扩展功能，能够带3块模拟量输入输出模块；能够连接触摸屏；提供新的适配器，把外设口转成RS485口。为小型的紧凑型设备提供人机界面(HMI)和高精度的测量方法。采用S7-200将在很小的空间内获得许多先进的功能。小机壳内会聚了先进的功能和优异的表现。为轻工行业、医疗制冷行业，传送设备和紧凑型的制造商提供更优越的性能和更高的附加值。 西门子小型系列

34、PLC具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技术特点： 稳定的性能西门子系列PLC外型小巧结构紧凑，西门子公司长期积累的生产控制经验和严格的技术标准保证了其可靠稳定的性能，即使在恶劣的工业环境下仍然能正常运行。更经过高低温的考验，使得该PLC可以适用在特殊的场合。 通讯功能增强提供内置的RS232C端口和RS422端口。西门子完全开放的通讯协议可以方便的实现上位机远程监控功能，用户可以随心所欲自己定制开发通讯监控系统。 高速的程序执行速度更快的程序指令执行速度，使得控制过程精确无误。 很强的扩充能力模拟量可以增加到12路；系统支持DeviceNet协议，具有强大的扩充能力，通过远程端子

35、，可以扩充到256点，方便组成集散控制系统。 （3） PLC系统输入/输出接线图系统输入/输出接线图如图5.4所示：图5.4 系统输入/输出接线图5.6 传感器的选择近年来，随着生产自动化程度的提高，光电传感器的功能不断完善，现已成为与PLC相配套的系列产品，广泛用于自动包装、打胶、罐装、以及自动装配流水线。 针对本文设计要求，我们可采用光电开关来对饮料计数和薄铁板到位检测。这类光电传感器利用光电元件受光照或无光照时“有”“无”电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的开关信号。为此，要求光电元件灵敏度高，而对光照特性的线性要求不高。这类传感器主要应用于零件或产品的自动记数、光控开关、电子计算机

36、的光电输入设备、光电编码器以及光电报警装置等方面。 光电开关可分为两类：透射型和反射型两种。 透射型光电开关是由分离的发射器和接收器组成并相对放置。发射器发射的红外线直接照射到接收器上，当有物品通过时，将红外线光源切断遮挡住了，接收器收不到红外光，于是就发出一个信号。可用于产品计数。 反射型光电开关的接收部分和发射部分合做在一起，利用物体对发射部分发射出的红外线反射回去，由接收部分接收，从而判断是否有物体存在。当有物体通过，接收器接收不到红外光，于是就发出一个信号。可用于空箱是否到位检测。 当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误

37、动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻，当漏电流不足lmA时可以不考虑其影响。该系统选择反射式光电传感器型号为PM2-LF10,其性能参数如表5.1所示。表5.1 PM2-LF10反射式光电传感器的性能参数性能参数检测距离2.58mm(中心:5mm)白色无光泽纸(1515mm)最小检测物体 0.05mm铜线(设定距离:5mm)应差使用白色无光泽纸(1515mm)工作距离的20%以下重复精度 (垂直于检测轴)0.08mm以下电源电压524V DC10% 脉动P-P5%以下消耗电流平均25mA以下峰值80mA以下输出NPN开路集电极晶体管 最大流入电流100mA 外加电压30V DC以下(输出和0

38、V之间) 剩余电压1V以下(流入电流为100mA时) 0.4V以下(流入电流为16mA时)短路保护装 备反应时间0.8ms以下5.7 接触器的选择接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器,主要控制对象是电动机。通用接触器可大致分以下两类。 （1) 交流接触器 主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列。 （2) 直流接触器 一般用于控制直流电器设备,线圈中通以直流电,直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。 接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的3-5倍。所以接触

39、器的额定电流为:4IN=36A。综上所述，本系统选用CJ10-40接触器，额定电流为40A,额定电压为380V。 5.8 热继电器的选择 热继电器由两部分组成.每一部分安装的位置不同。一部分是主触点,接在电动机与接触器KM之间。另一部分是接在控制电路中,与接触器KM的线圈电路相串联。热继电器在控制线路中起过载保护的功能。热继电器是采用双金属热元件,动作机构,常闭触头和常开触头,复位按钮及整定电流调节旋钮等构成。根据双金属热元件的数目可分为两极和三极型热器,而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种。 电动机的额定电流15A,FR1可以选用JR16,热元件电流为20A,电流整定范围为14-22A工

40、作时将额定电流调整为15A。5.9 开关电器、熔断器的选择行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关,选用型号为LXK2-131型。熔断器选用RL1-15型熔点器,熔体的额定电流为30A。5.10 本章小结本章对自动装卸机控制系统进行了设计，对PLC的组成、功能、特点以及其工作过程进行了概述，并对本设计中所需要的PLC进行了选择和对其的详细介绍。然后设计了装卸机详细的工作流程。最后在对传感器，接触器，热继电器，开关电器和熔断器作了相应介绍与选择。第六章 软件设计6.1 系统I/O点分配根据上一章所分析的装卸机运动结构与控制要求，定制系统I/O点的分配如表6.1所示：表6.1 系统I/O分配

41、表输入输出启动I0.0系统指示灯Q1.0停止I0.5传送带A输出Q0.6光电开关PS1输入I0.6传送带B输出Q0.7光电开关PS2输入I0.7原点Q0.0自动I2.1上升Q0.1手动I2.2下降Q0.2传送带A手动输入I1.0左移Q0.3传送带B手动输入I1.7右移Q0.4手动上升I1.1夹紧与松开Q0.5手动下降I1.2手动指示灯Q1.1手动左移I1.3手动右移I1.4手动夹紧I1.5手动松开I1.6上限I0.1下限I0.2左限I0.3右限I0.46.2 PLC梯形图根据I/O分配表，编制自动和手动系统梯形图分别如图6.1和图6.2所示： 图6.1 自动控制系统梯形图图6.2 手动控制系统

42、梯形图6.2 程序调试与结果在计算机上，运行CX-Programmer编程软件，打开装卸机控制程序。断电情况下连接好PC/PPI电缆，按照I/O分配表，用实验连线导线将PLC主机模块输入、输出接口与实验板接口一一对应连接，并将PLC主机模块的电源端与实验模块的电源端相连接。下载程序文件到PLC,监控后运行，使PLC进入运行方式。1、按下自动控制按钮I0.0后，系统指示灯Q1.0亮；同时传送带B启动运行（Q0.7指示灯亮）。 2、当SQ2薄铁板到位检测信号到（I0.6按钮输入），传送带B停止运行（Q0.7指示灯灭）。同时传送带A启动运行（Q0.6指示灯亮）。 3、当SQ1送入5个计数脉冲时（M2

43、0.0按钮5次输入）及累计数量达5个时，传送带B启动运行（Q0.7指示灯亮）。 4、当SQ2到位信号到（I0.7按钮输入），系统循环工作。 5、当按下手动控制按钮I2.2时，系统立刻进入手动控制状态。手动指示灯Q1.1亮，系统指示灯仍亮。当按下传送带B或传送带A的手动控制按钮I1.0和I1.7时，传送带B或传送带A启动运行。当按下机械手上升手动控制按钮I1.1时，机械手上升；当按下机械手下降手动控制按钮I1.2时，机械手下降；当按下机械手左移手动控制按钮I1.3时，机械手左移；当按下机械手右移手动控制按钮I1.4时，机械手右移；当按下机械手夹紧手动控制按钮I1.5时，机械手夹紧；当按下机械手放

44、松手动控制按钮I1.6时，机械手放松。机械手和传送带A传送带B完全可独立控制。 6、无论系统何种运行状态，自动控制状态和手动控制状态可互相转换。手动指示灯Q1.1可显示系统状态。 7、当按下停止按钮I0.5时，系统停止运行，系统指示灯Q1.0灭。 因此该结果满足设计的要求，设计完成了模拟实际生产线自动装卸控制的过程。6.3 本章小结本章针对前面章节所分析的装卸机的运动形式和控制方式，因采用的是PLC控制，因此本章对自动装卸机系统的PLC梯形图程序的编制，并在最后做了相应的调试，使系统满足了自动控制的要求。第七章 毕业设计总结 对于本次设计，采用PLC控制机械手和传送带的工作，完成了本次设计任务

45、的基本要求，该设计系统性能稳定、可靠、冗余性强，可以很好地适用于连续工作。本次设计的饮料生产线自动装卸PLC控制系统，其硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有极高的可靠性，具有良好的市场应用价值。本系统解决了传统以继电器控制硬件电路的方法，采用人机界面取代继电器，通过软件的方式控制硬件电路。由于PLC具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。但是该设计尚有很多不足和不完善的地方，将在实际作业分析中加以改善。 通过这次设计，使我对自动控制设计有了更深刻的认识，也使自己的动手能力和方案设计的思路有了更进一步的提高，同时也更加熟

46、悉了本专业的设计软件。对PLC的功能也有了进一步的认识。在完成这个题目的过程中，我遇到了一些困难，也走了很多弯路。但通过不断的努力和同学们的大力支持，以及指导老师的悉心教导，我克服了困难完成了本次设计，同时我也获得了很多宝贵的经验，学到了很多新的知识。致 谢首先我要感谢远在千里之遥的亲人们，是他们在生活和精神上的支持，使我完成了三年的大学生活，并圆满毕业。而论文的完成是在我的指导老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的每一位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完