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1、摘要:我国的阴极铜板生产企业在产品包装生产中，始终使用传统的包装生产工艺，整个生产过程几乎为全人工操作,劳动强度大,危险系数高,人工分拣称量精度低,作业效率低,严重制约产品的市场竞争力。为解决这一难题,本项目综合应用机械、电子、液压、气动、精密计量、计算机控制技术等不同学科的基础理论和专业技术,通过理论分析、实验研究和计算机仿真等技术手段,对阴极铜包装作业过程中涉及到的配重、整形、压紧、打捆、精称、喷码、贴标及生产线自动控制技术进行研究,成功设计和研制了阴极铜板自动包装生产线，此生产线属国内首创。本论文对阴极铜板自动包装生产线的控制系统及其配重系统进行了研究，研究内容如下：(I)生产线总体控制
2、方案的研究针对铜板包装生产线的生产工艺要求，由可编程序逻辑控制器控制现场检测元件和执行机构，电气自动控制系统利用一总线构成主从式结构。工控机作为主站,主控和各控制工位作为从站II(2)单垛铜板配重原理的研究按期货交易所要求,高纯阴极铜每包重量为士。在分析铜板和现场实际情况的基础匕按单片铜板最大重量小于单包重量公差带,提出了“加一减一”的配重原理配重工位机械结构的设计按“加减一”配重原理，设计了配重工位的机械结构,应用真空技术对铜板进行抓取,通过计算相关参数，对吸盘、装配附件和真空源进行了正确选型3)配重工位控制系统的设计根据配重原理设计了控制流程,利用西门子通讯模块实现了称重电子秤与间的数据传
3、输和通讯,利用编程软件,设计了配重系统控制程序。(4)通过以上的研究,提出合理的生产线控制方案,设计出可行的配重机构及控制系统,为生产线的研制提供了理论和设计依据。关键词：动包装生产线;PROFIBUS;S7-300PLC;配重;CP340AbStract:Chinascathodecopperplateproductionenterprisesalwaysusethetraditionalpackagingproductiontechnologyinproductpackagingproduction.Theentireproductionprocessisalmostentirelyman
4、ualoperation,laborintensity,highriskfactor,manualweighingandweighingaccuracy,lowoperatingefficiency,seriouslyrestrictingthemarketcompetitivenessofproducts.Inordertosolvethisproblem,thisprojectintegratesthebasictheoriesandprofessionaltechnologiesofdifferentdisciplinessuchasmechanics,electronics,hydra
5、ulics,pneumatics,precisionmeasurement,andcomputercontroltechnologies.Throughtheoreticalanalysis,experimentalresearch,andcomputersimulation,thecathodecopperisused.Intheprocessofpackagingoperations,theweights,shaping,compression,baling,precisionweighing,marking,labeling,andautomaticcontroltechnologies
6、oftheproductionlineswerestudied.Theautomaticproductionanddesignofcathodecopperplateswassuccessfullydesignedanddeveloped.Thisproductionlineisadomesticinitiative.Inthisdissertation,thecontrolsystemanditsCoUnterWeightsystemofcathodecopperautomaticpackagingproductionlinewerestudied.Theresearchcontentsar
7、easfollows:(1) ResearchontheoverallproductioncontrolplanoftheproductionlineTheproductionprocessrequiremen(softhecopperplatepackagingproductionlinearecontrolledbyaprogrammablelogiccontrollertocontroltheon-sitedetectionelementsandactuators.Theelectricalautomaticcontrolsystemusesabustoconstitutethemast
8、er-slavetypestructure.Theindustrialcontrolcomputerservesasthemasterstation,andthemastercontrolandeachcontrolstationserveasslavestations.(2) Studyontheprincipleofsingle-coppercopperCoUnterWeightAccordingtotherequirementsofthefuturesexchange,high-purilycathodecopperhasaweightperbag.Intheanalysisofthec
9、opperplateandtheactualsituationofthesite,accordingtothemaximumweightofthesinglecopperplateislessthanthesinglepackageweighttolerancezone,putforwardtheplusoneminusonecounterweightprincipleCoUnterWeightpositionofthemechanicalstructuredesignaccordingtoplusoneminusoneInprinciple,themechanicalstructureoft
10、heCoUnterWeightstationwasdesigned,andthecopperplatewasgraspedusingvacuumtechnology.Throughthecalculationofrelevantparameters,thesuctioncups,assemblyaccessoriesandvacuumsourcewerecorrectlyselected.(3) DesignofthecounterweightstationcontrolsystemThecontrolprocesswasdesignedaccordingtotheprincipleofcou
11、nterueight.SiemenscommunicationmodulewasusedtoimplementdatatransmissionandcommunicationbetweentheweighingelectronicscalesandthecontrolprogramoftheCoUnterWeightsystemwasdesignedusingtheprogrammingsoftware.(4) Throughtheaboveresearch,areasonableproductionlinecontrolplanisproposed,andafeasibleCoUnterWe
12、ightmechanismandcontrolsystemaredesignedtoprovidetheoreticalanddesignbasisforthedevelopmentoftheproductionline.Keywords:automaticpackagingproductionline;PROFIBUS;S7-300PLC;counterweight;CP340摘要IAbstract111绪论11. 1研究背景及意义11.2 PLC在打包机械上应用21.3 阴极铜自动包装生产线控制及配重系统的研究21. 4本课题主要研究内容42阴极铜自动打包机的流程概述41.1 阴极铜打包机
13、组结构和功能要求41.2 阴极铜打包机的生产流程92。3I寸-93阴极铜打包机生产线流程控制93.1系统网络93. 2生产线电气控制系统1033J3114配重控制系统的设计133.1 配重系统控制流程133.2 电子秤144. 3酉ILLr不平155. 4控制系统程序设计15结论21参考文献22致谢231绪论.研究背景及意义铜是应用历史最古老的金属，从史前社会开始，人类就己经开始采掘露天矿,制造各种原始工具、器皿和武器。随着社会的进步和科技的发展,铜已成为重要的工业原料,广泛应用于国民经济各领域,其需求量持续增长。相关数据表明，中国已成为世界上铜材生产、进出口和消费大国。金川集团有限公司是集采
14、、选、冶、化配套的大型有色冶金、化工联合企业,是全球同类企业中生产规模大、产品种类全、产品质量优良的公司之一。主要生产银、铜、钻、稀贵金属、有色金属粉体材料、压延及盐类产品和硫酸、亚硫酸钠等无机化工产品。金川银矿是世界著名的多金属共生的大型硫化铜银矿床之一,位居世界同类矿山第二位,铜个属保有储量位居国第二位，同时伴生钻、钳、把、饿、忆、钉、铸、硒等稀贵元素,是中国三大资源综合利用地之一,是中国最大的银钻生产基地和伯族金属提炼中心。银和钳族金属产量占全国的以上,被誉为中国的“银都”。年月，金川公司年产万吨铜电解工程建成投产,首批大板高纯阴极铜出槽。这标志着中国最大的镇生产企业、北方最大的铜生产企
15、业一金川集团已形成年产吨阴极铜的精炼能力,铜冶炼规模和技术居国内先进水平。近年来,金川公司围绕优化生产工艺、调整产品结构、推广信息技术、加强环境保护等四个主攻方向进行技术创新。其中在阴极铜生产工艺流程关键技术的研究方面采矿、选矿、熔炼相继取得了一批具有自主知识产权的标志性成果年月，金川集团高纯阴极铜入选年中国名牌。但在铜包装生产环节,还未进行有效的技术改造和技术创新，尚未形成成熟的技术,也没有而效可靠的专用装备。包装作业区中间物料倒运全部靠叉车,叉车交叉作业严重,人工气动捆扎钢带所需操作人员多且劳动强度大、危险因素多，与叉车配合作业也不能保证长久持续作业,影响包装速度和质量。特别是在阴极铜板的
16、配重系统方面,铜板的分检、配重基本靠人工操作，而目受人为的因素影响有时还会出现漏称或者误称现象,按伦敦金属交易所要求，高纯阴极铜每包重量为士,人工分检严重制约着包装生产,是包装工艺的瓶颈部分。整个包装生产过程中毫无自动化程度可言，与金川公司目前的生产规模与总体技术水平极不协调。为了满足金川公司提高铜板包装效率和扩大市场的需求,对铜板自动包装生产线的开发势在必行。本课题的实施,不仅能实现阴极铜包装作业的机械化、自动化,从而提高阴极铜包装作业的生产效率、降低作业人员的劳动强度、提升阴极铜加工技术装备的整体水平。同时,能更好地符合国内铜板生产企业完善阴极铜包装规范、进一步满足期货市场关于阴极铜期货交
17、易包装标准,从而提高国内铜板生产企业在国际市场上的竞争力。1.2PLC在打包机械上应用打包机械的最大特点是动作复杂、频繁，具有较多的执行元件。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，而且还有多种专用的内部电器，足可以应付般的控制要求，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
18、显现出其经济性的。当然我们不能忽视了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：更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动,程序可以复制，批量生产很容易，电气硬件设计大大简化。由于PLC除有继电器功能外，尚有多种其他功能，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,可靠性高；成本相对于继电器控制稍高，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；因此，
19、国外在注塑机、各种打包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。我国打包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，是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。1.3阴极铜自动包装生产线控制及配重系统的研究采用模数转换器把模拟量转换成数字量,借助于微处理器,能够把量值获取和处理等组件集成起来,利用软件程序来充分发挥高度集成的电气电路的效能。因此,这种技术路线的重点从硬件移到软件上,特别是在自
20、动称量技术中，称量软件对未来称量技术的发展起着日益重要的作用,通过优越的软件设计,便能使系统的硬件得到充分的发挥,使系统达到最佳状态。实现对重量的计量和生产的自动化控制。在国外,对定量配重称量技术的研究比较深入，己有高度自动化的定量配重称量设备，一些动态精密称量的技术突破,逐步实现了智能化测量,称量技术已经跨入了高技术时代。国内配重计量技术在国家的大力支持下,虽然也取得了很大的发展,就产品的品种、技术水平及质量而言,动态电子轨道衡、电子汽车衡、电子皮带秤、电子计价秤等,基本达到了国际同类产品的水平。但是自动衡器中的电子定量包装秤、非连续和连续称量自动秤、重量检验秤、重量分选秤等设备在控制精度、
21、稳定性方面仍比较差,还与国际有一定的差距,致使我国要进口很多的称重计量装置。自动配重系统和称重、计量技术的现状自动配重称量系统是一种新型的配料称量系统,不能等同于单纯的称重计量系统,为了达到称量的目标值需要由配重系统本身完成物料的给料过程,而不单单是对己有物料的称量。它将定量给料、称重计量系统等采用分布式控制系统的方式集成为一个完整系统,系统在运行中将所称得的实际重量随时与按生产工艺要求预置在控制仪器中的理论需求重量相比较，并自动调整给料设备,对给料量进行实时调整和补偿,使得实际给料量紧紧跟踪预置量，其差值在一很小范围内，这个差值与预定值的百分比就是给料精度。根据生产工艺要求,如需改变给料量,
22、可以从键盘输入或自动输入新的预置量,定量给料系统就会立刻自动跟踪这个新的预置量，自动调节电气控制设备,使系统的给料满足预定的要求。称重计量技术在工业领域具有广泛的应用背景,称重计量技术在经历了机械式、模拟式、电子化、数字化及微机智能化称量等的时代之后,至九十年代，己进入集成化称重计量、模型化称重计量的新时代。数字化、集成化称量技术的产生与发展是人类称重计量发展史上的重要里程碑,这是随着生产过程自动化而提出的。随着工艺过程自动化的不断发展,称重越来越失去它作为单件计量器具的意义,而变成了调节和控制过程中的一个重要环节,通过称重所得的信息来控制和调节工艺流程,为经济核算提供重要的数据。在称重过程中
23、最初以模拟方式获取称重结果，为了将模拟量转变成所需的数字信号，并根据所得信号进行控制操作，随后便产生了许多工业部门用计算机控制生产过程。于是,称重计一量往住成为获得过程参数的决定性的测量环节。在许多应用场合中，需要称重计量能够接受检定，以求在获取量值、处理和记录量值方面都能保持较高的测量准确度日。近来，利用称重传感器获得称重模拟信号,对信号进行相应的滤波放大,再采用模数转换器把模拟量转换成数字量,借助于微处理器，能够把量值获取和处理等组件集成起来，利用软件程序来充分发挥高度集成的电气电路的效能。因此,这种技术路线的重点从硬件移到软件上,特别是在自动称量技术中，称量软件对未来称量技术的发展起着日
24、益重要的作用，通过优越的软件设计,便能使系统的硬件得到充分的发挥，使系统达到最佳状态。实现对重量的计量和生产的自动化控制。在国外,对定量配重称量技术的研究比较深入，己有高度自动化的定量配重称量设备,一些动态精密称量的技术突破,逐步实现了智能化测量,称量技术已经跨入了高技术时代。国内配重计量技术在国家的大力支持下，虽然也取得了很大的发展,就产品的品种、技术水平及质量而言,动态电子轨道衡、电子汽车衡、电子皮带秤、电子计价秤等,基本达到了国际同类产品的水平。但是自动衡器中的电子定量包装秤、非连续和连续称量自动秤、重量检验秤、重量分选秤等设备在控制精度、稳定性方面仍比较差,还与国际有一定的差距,致使我
25、国要进口很多的称重计量装置。1.4本课题主要研究内容根据企业和市场对铜板包装生产线的需求，针对金川公司目前阴极铜包装作业的技术及装备现状,综合应用机械、电子、液压传动、精密计量、计算机控制等不同学科的基础理论和专业技术,通过理论分析、实验研窕和计算机仿真等技术手段,对阴极铜包装作业过程中涉及到的计量、配重、整形、致密、贴标、自动打包、标识印制及生产线自动控制技术进行研究,完成铜自动包装生产线总体方案的设计。在此基础上开发能完全满足金川公司阴极铜自动包装作业要求的成套装备,并直接应用于生产实践。本论文对阴极铜自动包装生产线的控制系统及其配重系统进行研究,具体研究内容如下：(1)铜板自动包装生产线
26、总体控制方案的研究；(2)单垛阴极铜板配重原理的研究；(3)配重工位铜板抓取系统的设计；(4)配重工位机械结构设计；(5)配重工位电子秤与可编程控制器通讯的建立；(6)配重系统控制程序的设计。2阴极铜自动打包机的流程概述2.1阴极铜打包机组结构和功能要求阴极铜打包机组总体布局如图1所示，其机械系统主要由上料工位1、配单元重单元2、整形3、压紧单元4、打捆单元5、精称重与贴标单元6、喷码单元7、卸料工位8组成。以二台链式输送机为基础，在两台链式输送机上(旁)，布置8个加工单元，链式输送机按照步进的方式运行。第一台链式输送机9为可升降式，可以将它上面的阴极铜板摞全部抬起来整体输送一个步距。升降式链
27、式输送机9负责上料工位1、配重单元2、整形单元3、压紧单元4这四个工位的输送。第二台输送机10为固定式输送机，负责打捆单元5、精称重与贴标单元6、喷码单元7、卸料工位8这四个单元的输送。在打捆单元，配有旋转升降台，配合打捆机工作；在秤重单元，配有升降台，升降台落在电子秤上，电子秤对打包完成的阴极铜板摞进行计重。25678I-上料工位2K重单元3-整形单元4-压紧单元511捆单元6-精辟与贴标8.卸料工位9升降式橙式输送机10-固定式捱式输送机图1总体布局图-12.1.1上料工位上料工位由剪叉式升降台和定位挡块组成。叉车将被包装铜垛放置在带有定位挡块的升降台1上,然后叉车退回,升降台下降,将被包
28、装铜板落放在输送链上，同时向控制系统发送“上料结束”信号。为安全起见，叉车没有退回到安全位置时,升降台不能下降,也不能发送“上料结束”的信号。若控制系统收到“上料结束”的信号,则根据具体情况发出输送链开始运动的指令,输送链按预定步距自动运行。2.1.2配重工位配重机是包装生产线的关键设备之一。配重工位主要由电子台秤、升降台、带有真空发生器的真空吸盘、水平液压缸、垂直液压缸、移动小车、和辅料架组成,如图2.1所示。输送链运行一个步距后，自动停止,被包装铜板进入配重工位。安装在电子秤上的升降台2自动升起,配重机构对被包装铜板进行配重。使其满足铜垛重量为（2500100）kg的要求。配重完毕后升降台
29、2自动下降至原始位置。同时向控制系统发送“配重结束”信号。图2.1配重机示意图1电子台秤；2-升降白：3-真空吸席：4液乐缸；5液压缸：6移动小车：7.辅料架2.1.3整形工位整形机的作用是将随机堆放的阴极铜垛四边整理整齐,使其水平截面基本呈矩形。主要由液压缸、滑动推板、升降台和转盘组成。被包装铜板进入整形工位后，升降台升起,将被包装铜垛抬起脱离输送链。双向液压缸直接驱动滑动推板进行整形,之后,旋转工作台自动旋转90。，两液压缸再次同时前进,进行另一边整形,双边整形完毕后,升降台自动下降至原始位置,并向控制系统发送“整形完成”信号。为提高机架的刚性将左右机架通过横梁相连。2.1.4压紧工位由于
30、阴极铜厚度和平面平整度的不规则及吊耳的影响，自然堆放时的阴极铜比较松散,垂直截面呈梯形,直接捆扎后体积较大且不美观。因此采用压紧致密的方法改变单垛阴极铜垂直方向的密度与平整度,使其外观基本呈立方体。压力机主要由上横梁、下横梁、滑动梁、压模和液压缸组成。被包装铜垛进入压紧工位后，下动式四柱压力机滑动横梁在液压缸的作用下带动压模上行,将铜垛抬起并压紧在压力机上方固定横梁处，保压预定时间后滑动横梁下行至起始位置，铜垛自动落放在输送链上,并向系统发送“压紧结束”信号。打捆机又名扎捆机,是铜板自动包装生产线上的重要设备，自动捆扎技术是影响生产线正常工作的关键技术之一。自60年代以来各国竞相展开了对打捆机
31、的研制。如瑞典的SundBirsta公司相继研制了不同类型的线、棒及KNRA型材打捆机,该公司研制的型打捆机主要应用于对棒材、型材、钢管以及盘条的打捆。日本渔川工业公司自1959年以来,主要致力于轧钢精整设备自动化方面的研究,研制了TO系列自动打捆机,可捆扎圆钢、型钢、管材及盘卷。这些产品广泛应用于钢铁、有色金属等行业,但这些设备价格昂贵,一套适用于阴极铜的全自动捆扎系统约万欧元以上。国内部分钢铁企业于80年代从国外引进过打捆机,但由于技术的保密以及设备备件的原因,均没有达到预期的效果。经过技术调研，项目组与延边龙川包装机械有限公司联合开发了适用于阴极铜板自动包装生产线的全自动钢带打捆机。主要
32、由回转升降台总成、穿带槽小车总成、机头架总成、导带轮总成、储带机总成等组成,图2.2为打捆机示意图。当铜垛进入打包工位后,输送链下方液压缸带动打捆托台将阴极铜垛抬起，穿带溜槽小车前进后封闭穿带溜槽,钢带在气动马达的带动下实现自动穿带，并由编码器控制送带长度，由机头进行钢带拉紧与合扣，完成首道钢带捆扎。之后,机架在底部气缸推动下沿输送链方向前移一段距离,按上述动作程序完成第二道钢带捆扎。再由回转打捆托台将阴极铜垛旋转90。，按相同动作程序先后完成第三、四道钢带捆扎，最终形成“井”字形捆扎,并向系统发送“打包结束”信号。I-板垛提升总成：2-90。问转机总成：3-升降总成:4.穿带槽小车总成：5右
33、穿带溜槽总成；6-机头总成：7-左穿带溜槽总成；8机头架总成:9机架总成；IO-导轮机座总成：11-导带轮总成：12计长装置总成：13-储带机总成：14-掴带机总成1.1. 6精称工位精称工位是铜垛出料后的准确计量工位，该工位的最终数据将通过工控机上传到计量中心,它是由托利多一梅特勒电子秤和秤架组成,称重系统采用叠秤复检方式上秤为主秤，下秤为副秤。当铜垛进入出料工位时，步进梁将在进退液压缸的带动下前进，前进到位后，步进梁被升降液压缸带动上升,将已打包铜垛抬起脱离输送链,然后再由相应的液压缸带动步进梁后退到位、下降到位,最后将铜垛落在精称工位的秤架上。1.2. 当铜垛在秤架上放置预定时间消弱冲击
34、影响后，系统将采集电子秤上的稳定数据。控制系统同时采集到两台电子秤的数据,而且两台电子秤称重数据不一定完全相同。此时控制系统要对两个数据进行比较判定,若两个数据之差不超过1kg,则本次称重有效,并以主秤数据为最终称重结果若两个数据之差超过1kg,则发出“称重无效”的报警信号,此时需要操作人员对电子秤系统进行重新标定或停机维修。1.3. 1.7喷码、贴标工位阴极铜作为金川公司主导产品之一,其产品标识主要包含产品商标、公司名称、生产批号、单垛重量等信息。上述信息可分为固定不变信息和实时可变信息两大类。固定不变信息指生产过程中相对不变的信息,如产品商标、公司名称等,实时可变信息指生产过程中实时发生变
35、化的信息，如净重等。步进梁将铜垛从精称工位抬起到位后,铜垛随步进梁向后一工位移动，当铜垛边缘进入喷码工位,安装在喷码机喷头处的传感器检测到铜垛后，各喷头将按照预定的设置在铜垛继续移动的情况下开始喷墨。当喷墨结束时,铜垛己触发贴标机并开始工作。最后步进梁将铜垛落在输送链上,并向系统发送“喷码、贴标结束”信号。其中固定不变的信息事先由喷码机和贴标机操作键盘置入，实时可变信息由配重工位和精称工位经可编程控制器和数据采集卡传送给工控机,工控机再将信息综合处理后传送给喷码机和贴标机。因标签含有实时可变信息和此类贴标需非接触、高速贴在铜垛上,贴标机采取即打即贴、吹气式的工作方式。标签是适用于各种材质的不干
36、胶。喷码机动力来源于压力泵,油墨为金属油墨。贴标机动力来源于空气压缩机。卸料工位主要由步进梁组成。步进梁将铜垛依次从精秤、喷码、贴标工位移到卸料工位，当铜垛进入卸料工位后，叉车将铜垛卸下。卸料工位设有安全保护措施，当操作人员没有将铜垛从生产线上卸下时，输送链不能运动。1.4. 极铜打包机的生产流程根据用户金川公司精炼厂包装车间生产流程,确定阴极铜板包装工艺如图所示。其中成品阴极铜板来自电解铜车间，阴极铜板运至成品车间进行包装作业,包装作业完成后，由叉车卸料入库。I:料配E粗形IK紧图2.1阴极铜板包装工艺流程图成（1II1I 阴极铜板2. 3本章讨论本章主要介绍了阴极铜生产线的设计功能要求、阴
37、极铜包装作业流程和阴极铜打包机生产线的组成,描述了生产线各个工位动作过程,对生产线的主要技术参数进行了阐述。3阴极铜打包机生产线流程控制2.1. 系统网络整个系统网络通讯由Profibus-DP及以太网构成，中控柜内S7-300PLC及触摸屏为系统的主站，其余为从站。系统操作主要在操作站上完成，操作站由操作面板和触摸屏两部分组成，操作面板上有系统的常用操作按钮及必要的指示灯，触摸屏为用户提供各种操作界面，通过触摸屏操作界面，操作者能观察系统的运行过程，了解系统的工作状况，对系统进行维护，根据需要对设备进行调试等操作。3.1. IProfibus的主要特点各种各样的自动控制设备，如可编程控制器、
38、计算机、执行机构，监视屏甚至传感器和驱动器等,均可通过同样的接口交换信息。Profibus是应用比较广泛的开放现场总线,它在广泛的领域内得到了应用，其主要特点为(1)开放性。ProfibUS保证带有PrOfibUS接口的产品不需要附加的协议转换均可互相通信。(2)不依赖生产厂家。为数众多的生产厂家提供优质的PrOfibUS产品,用户可根据生产需求自由选择合适的产品。(3)应用广泛。是Profibus成熟的技术,它已在广大的范围内加工业、过程自动化、智能大楼、自动控制等得到了应用。目前己经有儿百家厂商为迅速增大的市场提供产品。2.2. 生产线电气控制系统阴极铜打包生产线由可编程控制器控制柜、打包
39、机电控系统、压力机电控系统、操作台、液压站、计算机控制室等组成。整个控制系统根据实际工艺要求可以认为由两大部分组成,一部分以可编程控制器为控制核心,主要完成上料、配重、整形、压紧、打包、步进梁及输送链的各种运动控制。而另一部分以工控机为控制核心,配以适当的低压电气元器件、先进的检测器件等硬件，同时通过上位工业控制计算机程序软件设计,控制喷码机、贴标机等机构一方面准确严格地根据固定和可变生产参数形成喷码、贴标数据,控制正确的喷码和贴标，另一方面该部分和整个生产线上称重工位、每包铜板片数记数等其他关键生产部位紧密联系、协调动作，形成动态的实时生产数据，并以此按照要求进行生产数据管理统计和报表输出，
40、从而从生产层面和管理层面都实现铜包装自动化。3. 2.IPLC控制系统可编程序逻辑控制器(ProgrammabIeLogicControlIer)简称PLC,主要用于代替继电器的逻辑控制。当前,在工业生产的自动化控制领域,无论是从国外引进的自动化生产线,还是自行设计的自动控制系统无论是新建工程项目，还是旧设备的技术改造，大多都采用先进的控制设备一可编程序控制器。目前,可编程序控制器以其高可靠性和一系列独特的优点，在自动化领域已形成了一种工业控制趋势。它是一种取代传统电控设备的新型电子设备,并且有着传统电气不可比拟的优点。能不能实现自动化,所采用的电气设备起着决定性作用。从总的趋势和生产维护的角
41、度看,使用新型电气设备时的投资比使用传统电气设备时低，并且使用起来的方便性、可维修性及可靠性要比传统电气设备要好。PLC具有如下一些特点：(1)高可靠性,灵活性,便于改进和修正节点利用率提高；(2)具有丰富的接口；(3)模拟调试；(4)能对现场进行微观监视；(5)快速动作；(6)梯形图及布尔代数并用；(7)系统购置的简便化；(8)图纸简化；(9)体积小、质量轻、功耗低；(10)编程简单、使用方便。对于模块式PLC,各个功能部件独立封装，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上,其逻辑框图如图3.1所示PROFlBUSDP现场信弓输入图3.1主控PLC机架结构框图3. 3程序设计方法SIMATIC
42、STEP7是用于SIMATIC可编程序逻辑控制器的组态和编程的标准软件包,它是S1MAT1C工业软件的组成部分,完全符合1EC61131-3国际标准,可以帮助用户在建立程序时,增加重复可用性,减少错误,并能提高编程和用户的效率。STEP7具有友好的用户界面,可以帮助用户很容易的进行操作,包括对Profibus设备进行硬件组态和参数化、对可编程序逻辑控制器进行编程,对PrOfibus-dp节点进行测试、启动和维护等。其中提供了对可编程序逻辑控制器的多种标准化编程语言，包括语句表(STL)、梯形图(LAD)和控制系统流程图(CSF)oSTEP7标准软件支持自动任务创建过程的各个过程:建立和管理项目
43、;对硬件和通讯作组态和参数赋值;管理符号;(4)创建程序;向可编程序逻辑控制器下载程序;(6)测试自动系统;(7)诊断设备故障。通常的控制任务的解决流程如图3.2所示设计H动化解决方案牛：成项成程序生成组态硬件组态硬件 程序生成下载到CPU调试诊断图3.2控制任务解决流程图其中,组态硬件和生成程序可以按不同的先后顺序进行。本生产线的程序采用结构化编程,将复杂的自动化任务分解为能够反映过程的艺、功能或可以反复使用的小任务,这些任务由相应的程序块来表示,程序运行时所需的大量数据和变量存储在数据块中。某些程序块可以用来实现相同或相似的功能,这些程序块是相对独立的,他们被OBl或别的程序块调用。STE
44、P7程序调用流程如图3.3所示：图3.3STEP7程序调用流程图由于本自动包装生产线为顺序控制，系统的机械设备没有设置任何的机械互锁和限制装置，而月设备的运行轨迹存在若干交叉点，一旦发生机械碰撞其后果不堪设想，因此本包装生产线的输送链运行是各个工位动作结束信号并列逻辑的结果,如图3.4所示。自控系统设计要求有十分严密的逻辑性和可靠性。PLC对通过现场检测元件传输的各种数据信息“，进行采集计算和处理,并按照设计一的控制程序对现场执行机构进行控制。由于这种主从结构使得PLC各站之间形成一种相互分工,协调制约的关系,能够使本系统在优化的操作下运行。PLC主从站具有如下功能数据采集、监视、存储、通信及
45、进行数据转换功能控制自己分配的工位运行的功能进行设备自检的功能。4配重控制系统的设计3.1 配重系统控制流程由单垛铜板的配重原理，根据电子秤的计量结果，配重机构应实现三种预定动作，配重机构动作流程如图4.1所示。动作1：当铜垛重量大于2600kg时,则执行减少一片动作,垂直液压缸活塞杆下降,真空吸盘将单片阴极铜吸紧,之后垂直液压缸将其垂直提升，水平液压缸推动小车水平右行,右行到位后垂直液压缸活塞杆下降将其放置在预定位置并松开，最后，垂直液压缸上升到位，水平液压缸带动吸盘左行到位。动作2：当铜垛重量小于2400kg时，则执行增加一片动作,各执行元件运动形式相同，只是顺序与动作1相反。动作3：当重
46、量在240Okg至260Okg之间时，系统维持不动。配重台直接下降,等待输送链继续步进。图4.1配种机构动作流程图3.2 电子秤本系统的主要载体为电子秤,其结构由三部分组成传力系统、信号转换系统、信号处理系统。传力系统是将重力安全、可靠、正确地传给传感元件,此部分又叫电子秤的秤体,一般包括接受被称物体载荷的承载面、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减震机构信号转换系统的作用是传感器将感受到的力信号转换成电信号,它要求输出电量与输入重量保持单值对应,并有良好的线性关系,有较高的灵敏度,对被称物体的状态的影响要小,能在较差的工作条件下工作,有较好的频响特性和较小惯性,稳定可靠信号处理系统是将电信号电压、
47、频率、电流等转换成人们能识别的信号显示、打印等。包括放大器、模数转换、微处理机、和数据传输等部分。三部分中,信号转换系统被誉为电子秤的心脏,其选择的好坏直接影响到电子秤的性能。虽然能将力信号转换为电信号的传感器件种类很多，如电阻应变式、压电式、电容式、电感式、压磁式、振弦式、光纤式等,但由于电阻应变式传感器制造技术已经成熟,故目前世界上发展的主流是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器根据其弹性元件的结构不同又分为很多种类,主要的结构型式有：柱式一弹性元件为园柱体轮辐式一弹性元件为轮辐形状桥式一弹性元件为一方形梁悬臂梁式一弹性元件为一端固定，另一端悬空的应变梁。电阻应变式传感器的工作原理它的结构是
48、在承受外力作用的元件上,在其相对应的两个侧面沿着所加外力方向,粘贴两片电阻应变片同时在另外两个相对应侧面上,所贴的两个电阻应变片与前两片应变片的方向相垂直,四片电阻应变片连接成桥式电路。弹性体在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在它表面的电阻应变片转换元件也随之产生变形,从而引起电阻应变片的阻值发生变化增大或减小,通过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号电压或电流变化输出从而完成了将重力转换为电信号的过程。由此也可看出电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。电阻应变式传感器的主要特点是:（I）量限宽,可以从几公斤到上百吨；（2）体积小,携带方便；（3）准确度高；（4）生产定型,工艺成熟。3.3 配重电子秤配重电子秤采用型号：（1）如果标定开关（SWlT）置于ON,用户无法进入电子秤的参数子菜单和其他与
