全自動粘箱機控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試分析摘要隨著各種機械和各種控制器的升級，人們對粘箱機械速度、智能程度的需求不斷增多。半自動粘箱機，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需求。所以需要設(shè)計一款能夠滿足企業(yè)需求，降低生產(chǎn)成本的全自動粘箱機。全自動粘箱機應(yīng)滿足生產(chǎn)速度快，生產(chǎn)精度高，易調(diào)整訂單，易維護等特點。本設(shè)計為滿足以上要求，對部分機械結(jié)構(gòu)和控制部分進行了設(shè)計。首先為了使紙張能夠平穩(wěn)的進行涂膠和折疊，對粘箱機的送紙部，涂膠折疊部，整理計數(shù)部進行了改進，加設(shè)了風機，使紙張不容易跑偏。然后對粘箱機的控制系統(tǒng)設(shè)計了工藝流程，對所需要的控制器、電機、各種電氣元器件進行了選型，對I/O口進行了分配，設(shè)計了電氣系統(tǒng)的接線電路圖。最后應(yīng)用組態(tài)王軟件對控制系統(tǒng)做了仿真實驗。關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；PLC；接線電路圖目錄1272第1章緒論 7289711.1課題研究背景及意義 7196071.1.1研究背景 7325661.1.2意義 8271061.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 9283421.2.1國外現(xiàn)狀 9277481.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀 932455第2章全自動粘箱機結(jié)構(gòu)與工藝流程 10218922.1全自動粘箱機結(jié)構(gòu) 10222852.1.1送紙部 10268932.1.2涂膠折疊部 11268222.1.3整理計數(shù)部 12177462.2工藝流程 1221818第3章全自動粘箱機控制系統(tǒng) 13191473.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計 13308273.2控制器選型 1425633.3.1光電傳感器 16300823.3.2行程開關(guān) 17171823.3.3限位開關(guān) 1759343.3.4計數(shù)器 17237483.4電機的選擇及控制 1875203.5其他元器件選型 1925440第4章電氣系統(tǒng)設(shè)計 2015534.1進紙與折疊部電路設(shè)計 20233914.2動力部電路設(shè)計 21179974.3整理計數(shù)部電路設(shè)計 2232498第5章全自動粘箱機的軟件設(shè)計 23312415.1編程軟件的選擇 23200675.2plcI/O端口分配 2488045.3系統(tǒng)主程序設(shè)計 2434235.4折疊機構(gòu)程序設(shè)計 25186635.5計數(shù)排出機構(gòu)程序設(shè)計 2619610第六章全自動粘箱機監(jiān)控畫面 26234406.1登錄界面 26270516.2主界面 27130086.3菜單界面 28204026.4手動控制界面 28225366.5參數(shù)編輯界面 2926256.6參數(shù)調(diào)整界面 2964856.7幫助界面 309359第7章系統(tǒng)調(diào)試與安裝 3172847.1系統(tǒng)硬件安裝與調(diào)試 31243777.2軟件部分調(diào)試 31291827.2.1.控制器程序調(diào)試 31228177.2.2plc與組態(tài)軟件調(diào)試 3229521工作總結(jié)與展望 3327689工作總結(jié) 3318647工作展望 339110參考文獻 3513374附錄 36第1章緒論1.1課題研究背景及意義1.1.1研究背景近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及人均可支配收入的增長，促使了電商和快遞業(yè)的發(fā)展，快遞包裝行業(yè)開始發(fā)展壯大，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。如圖1-1所示，2014~2016年，快遞增長速度在50%左右，2017~2019年快遞增長速度雖明顯下降，但增長速度依然保持在20%以上，快遞業(yè)務(wù)量每年保持100億件的增長REF_Ref8555\r\h[1]。圖1-12014~2019年快遞業(yè)務(wù)量（單位：億）及增長速度隨著快遞業(yè)務(wù)量的增長，編織袋、塑料袋、包裝箱等產(chǎn)品供不應(yīng)求，但是快遞的過度包裝給環(huán)境和資源都帶來了壓力。因此使用環(huán)保型和可循環(huán)利用的包裝材料成為包裝行業(yè)的首選。瓦楞紙箱中有93%的材料可以被循環(huán)再利用，瓦楞紙箱在自然條件下還有易降解的特點，符合國家要求的低碳環(huán)保、節(jié)能減排的標準。另外瓦楞紙箱優(yōu)越的使用性能和加工性能，深受運輸包裝行業(yè)的青睞。因此瓦楞紙箱的使用量一直排在各種包裝制品的前列。由于我國機械行業(yè)較國外起步較晚，紙箱行業(yè)起步也比較晚，但我國因物資豐富，人口基數(shù)大，再加上對外貿(mào)易逐年增加，我國對紙箱的需求很大，市場廣闊。如圖1-2所示為我國2015-2019年瓦楞紙箱產(chǎn)量統(tǒng)計，單位（萬噸）。圖1-2產(chǎn)量統(tǒng)計圖由圖可以看出中國瓦楞紙箱產(chǎn)量呈逐年遞增的趨勢，就近幾年來看，2017年~2019年，中國瓦楞紙箱總產(chǎn)量一直保持在4000萬噸以上。瓦楞紙箱雖然經(jīng)濟實用，但由于其質(zhì)量輕，單位質(zhì)量占用空間大，運輸成本較高，不適用集中生產(chǎn)，集中運輸，一但運輸距離過大，運輸成本急劇增加，因此生產(chǎn)企業(yè)只能滿足周邊用戶的需求，為了滿足較遠地區(qū)的紙箱需求，紙箱生產(chǎn)廠商需要在附近建設(shè)分廠。目前，紙箱生產(chǎn)設(shè)備有兩種方式，一種是壓釘釘箱，一種是涂膠粘箱。隨著涂膠粘合劑的技術(shù)發(fā)展，粘合劑的粘度越來越高，粘合的紙箱越來越牢固，因此利用涂膠粘箱工藝的紙箱生產(chǎn)設(shè)備受到越來越多的紙箱生產(chǎn)廠家的青睞。1.2意義自2015年以來，國際貿(mào)易量每年增加，所需包裝產(chǎn)品也隨之增加，不僅國際上，在國內(nèi)也是，商品的流通，都需要包裝來降低運輸時的損耗，不單單是快遞行業(yè)用包裝量大，還有飲料、食品、空調(diào)、家用小電器之類的產(chǎn)品，對紙箱包裝的需求也越來越大。并且隨著產(chǎn)品種類的增多，對于紙箱包裝的樣式的需求也越來越多。這些需求對紙箱生產(chǎn)廠家提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。生產(chǎn)廠家不能按照以往人工手粘紙箱的方式來生產(chǎn)，手工粘箱不僅粘箱速度慢，生產(chǎn)成本高，而且粘箱質(zhì)量和一致性也沒法保證，紙箱生產(chǎn)廠家需要引進先進的紙箱生產(chǎn)設(shè)備，代替以前的人工手粘紙箱的生產(chǎn)方式，所以市場需要一款全自動粘箱機來降低生產(chǎn)成本。全自動粘箱機可以自動完成涂膠，折疊等步驟，生產(chǎn)速度快，而且速度可以控制，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并且能滿足不同客戶的不同樣式的紙箱的需求。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1國外現(xiàn)狀由于國外機械設(shè)備發(fā)展較早，對于粘箱機的研究和開發(fā)也相對較早，以美國為首的西方國家，在包裝行業(yè)中，起步較早，涉足時間長，掌握大量的關(guān)鍵技術(shù)，一直領(lǐng)先其他國家，其技術(shù)研發(fā)進步可以滿足生產(chǎn)企業(yè)的要求，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)備，加強技術(shù)創(chuàng)新，使得美國包裝企業(yè)能夠在國際上占有大量市場。除美國外，日本，瑞典，法國等都是粘箱機設(shè)備生產(chǎn)的領(lǐng)導者，尤其以日本的梅谷公司為首，其生產(chǎn)的粘箱機性能穩(wěn)定，生產(chǎn)速度快，能適應(yīng)各種尺寸，梅谷公司憑借著獨特的紙板壓線技術(shù)，成為了世界級的粘箱機生產(chǎn)廠家，走出了日本，走向了世界。1.3.2國內(nèi)現(xiàn)狀我國機械起步較晚，由于需求較小，早期對于粘箱機的關(guān)注度沒有那么高，由于輕工業(yè)的發(fā)展，對外出口的輕工業(yè)品對紙箱包裝的需求逐漸增大，我國開始引進紙箱生產(chǎn)設(shè)備，推動了我國紙箱生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展。我國瓦楞紙箱生產(chǎn)企業(yè)分布非常分散，區(qū)域特征明顯。行業(yè)中有超過兩千家企業(yè)，其中90%是中小型企業(yè)，大企業(yè)集中度較低，造成中小型企業(yè)大量存在的原因有三個：大企業(yè)運輸成本高。紙箱具有體積大，重量輕的特點，紙箱雖然用于包裝運輸行業(yè)，但是紙箱不便于運輸，超過一定運輸距離，運輸成本將會直線增加，因此大企業(yè)的運輸半徑有限，產(chǎn)品不能覆蓋到很遠的地方，中小企業(yè)則可以在需求地附近生產(chǎn)，因此行業(yè)中存在有大量中小型企業(yè)并擁有大部分市場。（二）中小企業(yè)擁有成本優(yōu)勢。中小企業(yè)會通過小渠道，采購價格低廉，質(zhì)量一般的原材料，而且人員少，管理成本低，實現(xiàn)了成本優(yōu)勢。（三）小批量、個性化的訂單一直存在。小批量、個性化的訂單，用小型設(shè)備來生產(chǎn)更加方便，小型設(shè)備的調(diào)整和維修起來更方便快捷。第2章全自動粘箱機結(jié)構(gòu)與工藝流程全自動粘箱機要實現(xiàn)的功能是對裁剪好的瓦楞紙板進行涂膠、折疊，并且能夠使經(jīng)過涂膠、折疊后的紙板更加平整、美觀，便于整理。因此，全自動粘箱機需要完成紙板的自動送料，自動涂膠，自動折疊，自動排除計數(shù)，出現(xiàn)故障時自動停機等功能。所以全自動粘箱機結(jié)構(gòu)由三個部分組成，分別是送紙部、涂膠折疊部、整理計數(shù)部。其主要技術(shù)參數(shù)如下：適用最大紙板尺寸：900mm×2040mm適用最小紙板尺寸：260mm×720mm適用紙板厚度范圍：2mm-8mm堆疊張數(shù)（可設(shè)定）：5、10、15、20、25、30傳送帶最高速度：120m/min2.1全自動粘箱機結(jié)構(gòu)2.1.1送紙部全自動粘箱機的送紙部要實現(xiàn)一摞待加工紙板一張張的正確接入傳送帶并將其運送到涂膠折疊部，因此送紙部的結(jié)構(gòu)有：托紙架、左右側(cè)擋板、進紙擋板、六條傳送帶，驅(qū)動電機，以及吸風機。托紙架的目的是為待加工的紙板起支撐作用，托紙架可根據(jù)紙板長度，進行前后移動。左右側(cè)擋板目的是限制紙板間因摩擦左右移動，使紙板可以準確的落到傳送帶上，可根據(jù)紙板寬度，自動進行左右移動。進紙擋板通過限制進入傳送帶紙板的厚度，防止兩張或多張紙板一起進入傳送帶，可手動進行上下調(diào)節(jié)。為了避免紙張走偏，采用吸風送紙方式，在進紙皮帶下設(shè)置吸風箱。使紙張能夠牢牢地吸在皮帶上，提高紙板與傳送帶間的貼合能力，提高值班的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1送紙部結(jié)構(gòu)2.1.2涂膠折疊部涂膠折疊部要實現(xiàn)通過進紙部進來的紙板，經(jīng)過二次壓痕，涂膠，折疊形成我們所需要的紙箱。因此涂膠折疊部的結(jié)構(gòu)有：二次壓痕裝置，涂膠機，左右折臂，左右翻折皮帶，輸送皮帶，輔助折疊支架。二次壓痕裝置通過固定在支架上的壓紙輪，對紙板需要折疊的部分進行擠壓，使紙板折疊更容易，更準確。二次壓痕裝置可根據(jù)紙板尺寸進行左右移動。涂膠采用滾輪式涂膠機，滾輪式涂膠機涂膠量均勻，皮帶高速或者低速，對涂膠量影響不大，下涂膠方式，膠水更容易凝固，粘貼更結(jié)實。涂膠機設(shè)置有移動電機，可根據(jù)紙板尺寸進行移動。左右折臂不僅起到支撐輸送皮帶的功能，還可根據(jù)紙板尺寸進行左右移動，折疊采用左右翻折式折疊，通過皮帶翻折，帶動紙板翻折。在折疊過程紙板始終被壓緊，防止紙張走斜。輔助折疊支架在折疊過程中起到支撐紙板的作用，防止因紙板過重，壓緊翻折皮帶，使皮帶受損，折疊效果不好的情況。圖2-2折疊部結(jié)構(gòu)2.1.3整理計數(shù)部整理計數(shù)部要把折疊好的紙板進行按壓、計數(shù)、碼齊、并排出。因此整理計數(shù)部的結(jié)構(gòu)有：壓紙皮帶、計數(shù)器、后擋板、移動擋板、壓紙架、排出機構(gòu)、氣缸等組成。壓紙皮帶的作用是把折疊好的紙箱在折疊部位進行按壓，使紙箱粘接更牢固。壓紙皮帶可以根據(jù)紙箱尺寸大小進行移動，可以根據(jù)紙箱厚度手動進行調(diào)節(jié)間隙。計數(shù)器對折疊好的紙箱進行計數(shù)，把計數(shù)結(jié)果傳給plc。后擋板的作用是擋住折疊好的紙箱成品，并進行堆疊，后擋板可以根據(jù)紙箱長度進行調(diào)整。移動擋板對堆疊起來的紙箱進行拍齊動作，使紙箱堆疊整齊。當堆疊到設(shè)定數(shù)值時排出機構(gòu)動作，把一定數(shù)量的紙箱排出，等待包裝機包裝。氣缸為排出機構(gòu)提供動力，氣壓為0.7Mpa-0.9Mpa。圖2-3整理部結(jié)構(gòu)2.2工藝流程首先在控制屏上輸入紙板尺寸，尺寸確定后，進紙部左右側(cè)規(guī)電機移動，調(diào)整好進紙尺寸，涂膠機移動，到達指定位置，折臂移動電機移動，到達指定位置，壓紙架電機移動，到達指定位置，整理部側(cè)規(guī)和后規(guī)電機移動，到達指定位置，然后紙板在托紙架上，打開電源總開關(guān)，主機，風機開始運轉(zhuǎn)。紙板從進紙部進入，經(jīng)過圓輥到涂膠部進行涂膠，再有壓紙輪進行二次壓痕處理，進入折疊部，折疊由滾輪帶動的皮帶，利用皮帶翻折進行折疊，折疊完后由壓紙架進行壓紙并輸送到整理部，在整理部計數(shù)和碼齊并排出。整理部的碼齊和排出部位，分別由電機和氣缸帶動。計數(shù)的結(jié)果傳給plc，plc對排出機構(gòu)發(fā)出排出指令，排出后紙箱則由包裝機等設(shè)備處理。工藝流程如圖2-4所示。圖2-4工藝流程圖第3章全自動粘箱機控制系統(tǒng)3.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計本設(shè)計將控制系統(tǒng)分為三部分，分別為進紙與折疊部控制系統(tǒng)、動力部控制系統(tǒng)、整理計數(shù)部控制系統(tǒng)，三個系統(tǒng)分別進行控制，即使某一系統(tǒng)損壞，不需要對整個設(shè)備進行檢修，而且可以很方便的進行控制。三個系統(tǒng)互相配合，實現(xiàn)全自動粘箱機的自動送料、自動涂膠、自動折疊、自動整理計數(shù)等功能。如圖3-1所示。圖3-1全自動粘箱機控制系統(tǒng)組成進紙部與折疊部控制系統(tǒng)進紙與折疊部控制系統(tǒng)由動作折臂電機、非動作折臂電機、進紙風機和轉(zhuǎn)換開關(guān)，限位開關(guān)組成。通過控制動作折臂電機，實現(xiàn)左右折臂的移動，其折臂位置通過限位開關(guān)反饋給控制器，檢測其是否到位。通過控制進紙風機，使紙板可以很好地在傳送帶上輸送?？刂仆磕z移動電機，實現(xiàn)對不同尺寸紙板的涂膠。動力部控制系統(tǒng)動力部控制系統(tǒng)主要由主電機、排出電機、動力部風機、涂膠機等組成，進紙與折疊部電機的動力來自主電機，排出電機為排出紙箱動作提供動力，動力部風機開啟是紙板在折疊的過程中不會由于自然條件發(fā)生跑偏等現(xiàn)象，涂膠機的啟停通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)。整理部控制系統(tǒng)整理部控制系統(tǒng)主要由移動擋板電機、整理后規(guī)電機，整理部移動電機、整理升降電機、排出皮帶電機，壓紙皮帶升降電機以及限位開關(guān)，編碼器、高速計數(shù)器、上下光電傳感器等組成。移動擋板電機用擋板將紙箱進行拍齊動作，使紙箱堆放整齊，便于排出。限位開關(guān)將調(diào)整后的整理部位置信息反映給plc，調(diào)整對應(yīng)電機的加減運行。高速計數(shù)器用于紙板計數(shù)，當數(shù)量達到設(shè)定值時，排出電機動作，排出紙箱。整理部控制系統(tǒng)作用是將折疊好的紙箱堆疊，將堆疊好的數(shù)量一定的紙箱順利排出。3.2控制器選型3.2.1主控制器分析比較目前市面上可選擇的控制器有兩種，單片機和plc。單片機是一種具有數(shù)據(jù)處理能力的用于工業(yè)控制領(lǐng)域的集成電路芯片。利用集成電路技術(shù)把中央處理器、存儲器ROM、存儲器RAM、多個I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器、計數(shù)器等組成，集成到一塊硅片上構(gòu)成的容一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)REF_Ref8715\r\h[2]。PLC是一種輸入輸出指令的用于自動化控制的控制器?？删幊炭刂破鱬lc由CPU、數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入輸出接口、電源、數(shù)字量轉(zhuǎn)換等功能單元組成?？梢詫⒖刂浦噶钸M行儲存與執(zhí)行。Plc與單片機相比，PLC的構(gòu)成比較成熟，調(diào)試比較方便，而且更加成熟穩(wěn)定，因此本設(shè)計采用plc作為控制系統(tǒng)的控制器。3.2.2PLC選型plc的選型，要根據(jù)以下幾點，進行選擇：系統(tǒng)的總體控制方案系統(tǒng)需要的I/O點數(shù)在兼容可靠并且滿足工作需求的條件下，要適當?shù)目紤]經(jīng)濟情況。根據(jù)系統(tǒng)的總體控制方案來看，系統(tǒng)的輸入信號有15個，輸出信號25個。輸入和輸出信號并不是很多。根據(jù)I/O點數(shù)來看，當I/O點數(shù)少于256個時，選用小型機；當I/O點數(shù)在256~2048個之間時，選用中型機；當I/O點數(shù)超過256個時，選用大型機。此控制系統(tǒng)I/O點數(shù)之和大約是100個。綜上所述，再結(jié)合經(jīng)濟情況考慮，全自動粘箱機選用西門子S7-200系列的plc。S7-200系列有S7-200和S7-200smart兩種，S7-200smart是在S7-200的基礎(chǔ)上，對硬件配置和軟件組態(tài)上都做了一定的升級，最終本系統(tǒng)采用的plc型號為西門子S7-200smart。圖3-1西門子s7-200smart型plcCPU是PLC的重要部分，包括運算器和控制器，其作用如下：在plc啟動后和在工作時，CPU對內(nèi)部電源和各個運行單元的工作狀態(tài)進行實時檢測，在輸入程序時，監(jiān)控程序的語法是否正確。具有接收程序和數(shù)據(jù)并進行存儲的功能實時監(jiān)測輸入端口的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將其存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。以便后續(xù)調(diào)用。CPU要完成從存儲器中讀取程序，按照程序指令，控制外圍設(shè)備是否動作。首先根據(jù)輸入端口表、存儲器、輸出端口表、執(zhí)行程序，并將執(zhí)行的結(jié)果更新至輸出端口表并存儲在存儲器中。再根據(jù)輸出端口表和存儲器的內(nèi)容，改寫輸出緩沖器，驅(qū)動輸出接口電路的通斷，實現(xiàn)輸出控制或與外圍設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊等。CPU也有多種，西門子s7-200smart可供選擇的芯片有四種ST20、ST30、ST40、ST60。四種芯片的數(shù)據(jù)，如下表所示：表3-1芯片數(shù)據(jù)特性ST20ST30ST40ST60本機數(shù)字量I/O12入/8出18入/12出24入/16出36入/24出最大擴展模塊數(shù)6個模塊6個模塊6個模塊6個模塊可用直流電流最大300mA最大300mA最大300mA最大300mA信號板擴展1個1個1個1個程序存儲器12KB18KB24KB30KB數(shù)據(jù)存儲器8KB12KB16KB20KB高速計數(shù)器共4個共4個共4個共4個脈沖輸出2個100kHz3個100kHz3路100kHz3個100kHz電源電壓24VDC24VDC24VDC24VDC濾波時間可單獨選擇可單獨選擇可單獨選擇可單獨選擇I/O過程映像256/256256/256256/256256/256每點額定電流0.5A0.5A0.5A0.5A功耗20W12W18W20W結(jié)合控制流程來看，本文決定采用CPUST20作為控制系統(tǒng)的CPU，選型型號為6ES7288-1ST20-0AA0。3.3.1光電傳感器全自動粘箱機的傳感器是用于在整理部的排出機構(gòu)上，當紙板高度達到排出要求時，傳感器發(fā)出信號，將信號傳給plc，plc發(fā)出排出的指令，整理部的排出電機將紙板排出。本設(shè)計采用對射型光電式傳感器，由發(fā)射器發(fā)出紅外光，接收器接受紅外光，然后經(jīng)過放大電路，信號處理和輸出電路輸出相應(yīng)信號。放大電路單元和信號處理和輸出單元全都裝在接收器中。當被檢測物檔住發(fā)射器發(fā)出的紅外光時，接收器收不到紅外光信號，經(jīng)過放大電路和信號處理電路處理后，此時信號輸出電路輸出的電平信號。傳感器的目的是反饋紙箱高度信息，當紙箱高度達到設(shè)定值時，通過plc控制排出電機動作，由上面分析可知，全自動粘箱機采用對射型光電傳感器。品牌和型號為歐姆龍的E3Z-T81光電式傳感器。光電傳感器如下圖3-2所示：圖3-2對射型光電傳感器3.3.2行程開關(guān)行程開關(guān)選用歐姆龍D4V-8104Z-N行程開關(guān)。行程開關(guān)是一種小型主令電器，利用機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。行程開關(guān)可以使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動REF_Ref22907\r\h[3]。用于整理部托紙架的往返運動，檢測整理部托紙架是否到達指定位置。3.3.3限位開關(guān)限位開關(guān)的作用是用來給出機械動作的到位信號。限位開關(guān)按照工作功能分為極限限位開關(guān)和工作限位開關(guān)。極限限位開關(guān)是防止機械動作超出設(shè)定范圍而發(fā)生事故的，工作限位開關(guān)安裝在機構(gòu)需要停止的位置REF_Ref23576\r\h[4]。開關(guān)動作后，給出信號，進行其他動作。在全自動粘箱機中，限位開關(guān)用來反饋各機械機構(gòu)是否到達了指定位置。3.3.4計數(shù)器計數(shù)器的作用是對紙箱進入整理部堆疊的數(shù)量進行計數(shù)，計數(shù)器將信息傳遞給plc，plc通過邏輯運算，當數(shù)量到達設(shè)定值時，plc控制排出電機，將堆疊的紙箱排出。因此計數(shù)器采用光電計數(shù)器。每當這束光被遮擋一次時，光電元件的工作狀態(tài)就改變一次，通過放大單元電路可使計數(shù)器記下被遮擋的次數(shù)，就能準確的記錄下通過的紙箱的數(shù)量。3.4電機的選擇及控制在全自動粘箱機中，由于很多機構(gòu)需要根據(jù)不同紙板的尺寸進行移動，所以需要的電機較多，全自動粘箱機中，電機和風機全都采用三相異步電機，電機可選擇步進電機和伺服電機，兩種電機在精確度、低頻特性、矩頻特性、過載能力、響應(yīng)速度等方面，各有特點，根據(jù)步進電機和伺服電機的特點，全自動粘箱機采用的電機型號如下表3-2所示：表3-2各電機型號電機名稱規(guī)格電機功率（kw）涂膠機SSD-2C-A-40.1動力部風機SSD-2C-A-41.5排出風機SSD-2C-A-43.0主電機SSD-2C-A-47.5調(diào)整電機1SSD-2C-A-40.37調(diào)整電機2SSD-2C-A-40.37移動擋板電機CX-1000.2整理后規(guī)電機CX-1000.2整理部移動電機CX-1000.1排紙風機CX-1001.5下排出皮帶CX-1000.1變頻器的作用是通過調(diào)節(jié)電壓頻率，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。調(diào)節(jié)電壓頻率以改變電機的功率、實現(xiàn)電機的變速運行，完成所需功能。同時變頻器可以降低供電系統(tǒng)中的電壓波動，防止設(shè)備故障跳閘或工作異常。變頻器還能在零頻零壓時逐步啟動，這樣能最大程度的消除電壓下降，發(fā)揮更大的優(yōu)勢REF_Ref28981\r\h[5]。在全自動粘箱機中，主電機和排出電機都需要用到變頻器，變頻器對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起著非常重要的作用。全自動粘箱機采用SINAMICS公司的變頻器來實現(xiàn)對電機的調(diào)速。SINAMICS公司的變頻器主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度REF_Ref29569\r\h[6]。在變頻器市場占據(jù)著重要的地位REF_Ref29569\r\h[6]。變頻器如下圖3-3所示：圖3-3SINAMICS變頻器3.5其他元器件選型在全自動粘箱機的控制系統(tǒng)中還會用到斷路器、接觸器、繼電器，編碼器等電氣元器件設(shè)備。斷路器可以對粘箱機的電動機起到保護作用，避免頻繁的啟動和停止，損害電動機的性能，縮短電動機的壽命。接觸器在粘箱機中做控制設(shè)備，實現(xiàn)某一電路的通斷，從而實現(xiàn)某一設(shè)定的功能。繼電器在粘箱機中做電控制器件，可以自動調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)粘箱機的聯(lián)動控制自動運行的功能。編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。編碼器在粘箱機中把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，把電信號信息反饋給控制器。下表3-2所示為斷路器、接觸器、繼電器、編碼器等電氣設(shè)備的選型：表3-2電氣設(shè)備選型名稱品牌型號斷路器NSC100S3040接觸器LC1-D40M7C繼電器RXM2LB2BD電動機斷路器GV2-PM04C編碼器歐姆龍E6B2-CWZ5B-500P/R3.6plcI/O端口分配全自動粘箱機的I/O端口分配如表3-3所示：表5-1I/O端口分配表輸入輸出輸入設(shè)備對應(yīng)端口功能說明輸出設(shè)備對應(yīng)端口功能說明SB1I0.0移動板反饋KM1Q0.0移動擋板增SB2I0.1整理后反饋KM2Q0.1移動擋板減SB3I0.2后規(guī)上光電KM3Q0.2整理后規(guī)減SB4I0.3后規(guī)下光電KM4Q0.3整理部增SB5I0.4計數(shù)光電KM5Q0.4整理部減SB6I0.5氣缸原點KM6Q0.5下排出皮帶SB7I0.6氣缸到位1KM7Q0.6排紙風機SB8I0.7氣缸到位2KM8Q0.7托紙架上升SB9Z110報紙復位KM9Q0.8托紙架下降SB10Z112進紙停止KM10Q0.9提紙氣缸SB11Z113主機停止KM11Q1.0推出氣缸第4章電氣系統(tǒng)設(shè)計為了便于后期管理和維護，電氣系統(tǒng)設(shè)計分為三部分：進紙與折疊部電路設(shè)計、動力部電路設(shè)計、整理計數(shù)部電路設(shè)計。三個電路隔開控制，互不干擾，若哪一部分損壞，不必檢查所有線路。4.1進紙與折疊部電路設(shè)計進紙與折疊電路的電機包括：動作折臂電機、非動作折臂電機、涂膠移動電機、動作折臂風機、非動作折臂風機。通過電路控制這些電機，能夠完成紙板的進入、涂膠和折疊。上述電機全部采用0.4KW的電機，通過熔斷器、接觸器與電網(wǎng)相連，并且都接地。動作折臂電機。非動作折臂電機、涂膠移動電機，通過接觸器的控制，可以實現(xiàn)位置移動。電路主回路如圖4-1所示:圖4-1進紙部與折疊部主回路全自動粘箱機加工完一批產(chǎn)品需要更換訂單，這時就需要各個部件根據(jù)紙板尺寸進行調(diào)整，來適合下一批產(chǎn)品的尺寸，滿足要求，如下圖4-2所示為進紙部與折疊部控制原理圖，通過對動作折臂、非動作折臂、涂膠移動電機、折臂風機的控制，改變各部分的位置，可以使各個部位適合新訂單的要求。圖4-2進紙與折疊部控制原理圖4.2動力部電路設(shè)計動力部電機包括主電機、直角整理電機1、直角整理電機2、動力部風機和排出電機組成。主電機采用7.5W的大功率電機，保證足夠的功率輸出，通過變頻器調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，直角整理電機1、2均采用0.37KW功率的電機，動力部風機采用1.5KW功率的電機，排出電機采用3.0KW功率的電機，通過變頻器可以調(diào)整排出電機的轉(zhuǎn)速。電動機保護開關(guān)QM在電機異常時可斷開，以免電機損壞。主電機、直角整理電機、動力部風機，都通過小型斷路器DX來實現(xiàn)電機的通關(guān)。電機主電路如圖4-3所示：圖4-3動力部電機控制回路4.3整理計數(shù)部電路設(shè)計整理計數(shù)部的電機包括：移動擋板電機、整理后規(guī)電機、整理部移動電機、下排出皮帶電機、排出風機、整理后規(guī)升降電機。通過這些電機的配合使用，可以完成對折疊好的紙箱進行整理，計數(shù)，最后按照設(shè)定數(shù)量排出紙箱，完成紙箱的粘接工作。整理計數(shù)部的電機通過plc的控制，根據(jù)plc的指令完成動作，整理計數(shù)部的控制回路如圖4-4所示：圖4-4整理計數(shù)部主回路整理計數(shù)部要完成整理和排出紙箱工作，還要在更換訂單時完成移動擋板增減、整理后規(guī)增減、整理部增減、排出皮帶、排紙風機、整理后規(guī)的升降工作。以上各個部位到達指定位置，正常工作，才能使紙箱能夠準確的排出。全自動粘箱機整理計數(shù)部控制原理圖如下圖4-5所示：圖4-5整理計數(shù)部控制原理圖第5章全自動粘箱機的軟件設(shè)計5.1系統(tǒng)主程序設(shè)計根據(jù)控制系統(tǒng)總體方案，系統(tǒng)的加工程序為：首先是從送紙部進紙，經(jīng)過涂膠機涂膠，進入到折疊部，進行左右翻折，然后到整理部堆疊整理計數(shù)并排出。主程序流程圖如圖5-1所示：圖5-1主程序流程圖5.2折疊機構(gòu)程序設(shè)計在折疊機構(gòu)部分，當主機啟動后，左折臂電機、右折臂電機、涂膠墻板電機、跟據(jù)設(shè)定的紙板尺寸進行移動，限位開關(guān)反映各部位位置信息，到達指定位置，則開始工作，未到達指定位置，電機自行增減，直到達到正確位置，當所有電機運行后，風機啟動，開始折疊紙板，折疊完成后，排出到下一工序。折疊機構(gòu)流程圖如圖5-2所示圖5-2折疊機構(gòu)流程圖5.3計數(shù)排出機構(gòu)程序設(shè)計當紙箱在折疊部完成折疊后，進入到整理部，整理部需要對紙箱進行堆疊和排齊，當檢測到達到一定數(shù)量后，整理部的排出機構(gòu)排出紙箱，完成全自動粘箱機的最后一步。流程圖如圖5-3所示：圖5-3計數(shù)排出機構(gòu)程序圖全自動粘箱機監(jiān)控畫面6.1登錄界面為了避免生產(chǎn)信息泄露和未經(jīng)允許的人員操作，設(shè)計了登陸界面如圖6-1所示。在登陸界面，可以選擇中文和英文兩種語言，正確輸入用戶名和密碼后，可以進入系統(tǒng)，對全自動粘箱機進行控制，否則無法進入。圖6-1登錄界面6.2主界面進入系統(tǒng)后，可以顯示出主界面，如圖6-2所示，主界面中有主機速度加減按鈕，主機速度顯示儀表，手動控制按鈕，聯(lián)線自動按鈕，啟動和停止按鈕，急停按鈕，生產(chǎn)數(shù)量顯示還有菜單選項。主機速度加減按鈕可以對主機速度進行控制，主機的速度通過儀表顯示出來，讓操作者可以直觀的看到此時主機的速度，聯(lián)線自動按鈕可以使機械處于自動運行的狀態(tài)，手動控制按鈕點擊后可以控制某一設(shè)備的開關(guān)，菜單按鈕點擊后可以進入設(shè)置。圖6-2主界面6.3菜單界面在主頁點擊菜單界面，進入菜單設(shè)置，其中可以對手動控制、參數(shù)調(diào)整、參數(shù)編輯進行設(shè)置，也可以進入報警界面和幫助界面，如圖6-3所示。圖6-3菜單界面6.4手動控制界面從菜單界面中點擊手動控制，則進入手動控制界面，手動控制可以對進紙風機，排出電機，動力風機，上排出皮帶電機，下排出皮帶電機，排紙風機的開關(guān)進行控制，如圖6-4所示，還可以對托紙架和壓紙皮帶的升降進行調(diào)整。圖6-4手動控制界面6.5參數(shù)編輯界面如圖6-5所示，進入?yún)?shù)編輯界面，參數(shù)編輯界面是根據(jù)不同紙板尺寸設(shè)置左折臂、右折臂、整理后規(guī)、移動擋板、進紙后規(guī)的位置?！癢”表示紙板寬度，“L”表示紙板長度，“H”表示紙板高度，“&”表示紙板厚度。堆疊數(shù)量設(shè)定為每一次排紙排出數(shù)量。圖6-5參數(shù)編輯界面6.6參數(shù)調(diào)整界面如圖6-6所示，在菜單界面點擊參數(shù)調(diào)整，則進入?yún)?shù)調(diào)整界面，參數(shù)調(diào)整界面可以對動作折臂，非動作折臂，涂膠機進行位置調(diào)整，并且位置信息會顯示出來，還可以對整理部，移動擋板，整理后規(guī)進行位置調(diào)整，使紙板能更準確的進行折疊和堆放。圖6.6參數(shù)調(diào)整界面6.7幫助界面如圖6-7所示，在幫助界面可以了解到各個符號代表的含義，以及如何新增，刪除和保存新的訂單，如何將訂單里的數(shù)據(jù)下載到plc中。圖6-7幫助界面第7章系統(tǒng)調(diào)試與安裝7.1系統(tǒng)硬件安裝與調(diào)試系統(tǒng)硬件的安裝需要將各個電氣元器件根據(jù)電路圖連接起來，在連接過程中，一定不能接錯，否則設(shè)備不能實現(xiàn)設(shè)定的功能。假如連接錯誤，則需要一部分一部分的進行檢查，排除錯誤后開機重試。確定連接正確后，在顯示器上試驗各部分功能，看看各部分功能是否都能實現(xiàn)，是否能夠根據(jù)要求，進行相應(yīng)的操作。圖7-1現(xiàn)場控制柜接線圖7.2軟件部分調(diào)試將檢查無誤后的程序輸入到plc內(nèi)，然后運行程序，檢查各部分參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)，若不在，則關(guān)閉程序，檢查硬件和軟件是否有誤。然后再測試一下報警系統(tǒng)，人工制造一些可能出現(xiàn)的