自动化包装生产线装箱控制系统的设计

自动化包装生产线装箱控制系统的设计摘要该自动化包装生产线的装箱控制系统采用的上、下位机控制模式，“PLC+HMI”以州作为上位机，实现对系统运行状态的可视化监控；以作为下位机,实现1PLC对系统的精准位置控制为了进一步提高自动化包装生产线的装箱效率，采用伺服反复示教的方法，记录夹爪不同的等待、抓取、横移、旋转及放料位置,最终通过对比得到，在一个工作周期内，较优装箱路径下钢瓶自动装箱的平均时间约为相较于传统装箱路径下缩短了时间，并且运行更加稳定、可靠，可以在智能

13.9s,工厂中广泛运用关键词装箱控制系统；；；伺服反复示教PLC HMI所需要的平均时间为了进一步提高自动化包装生产线的装箱效率，通过伺服反复示教的方法,多次记录夹爪不同的等待、抓取、横移、旋转及放料位置，最终确定了一个较优的钢瓶装箱路径在该较优的钢瓶装箱路径下，升降伺服电机、对应点位的脉冲12量分别如下钢瓶上方等待位的目标坐标为钢瓶抓取位的目标坐标为250628PLS,钢瓶横移位的目标坐标为钢瓶可旋转安全位的目标坐标为286000PLS,188647PLS,放料位的目标坐标为；横移伺服电机对应点位的脉冲量分别77617PLS,384000PLS如下纸箱线上方放置点的目标坐标为钢瓶线上方放置点的目标坐标T54639PLS,为同时记录在该路径下，一个工作周期钢瓶自动装箱时间的实验数据，T905PLS如下表所示1表一个工作周期钢瓶自动装箱时间1实立2-•,4,67»时间140*12213513911414140*14,71U・•将表格中上述个实验数据绘制出如下图所示的图像，如下图所示811图一个工作周期钢瓶自动装箱时间11根据上述实验数据可以得出，在较优的钢瓶装箱路径下，完成一个工作周期所需的平均时间约为相较于传统的钢瓶装箱路径，进一步缩短了装箱时间，并

13.9s,且该系统可以在分钟内完成个钢瓶入箱的工作任务，满足了自动化生产线的116节拍装箱控制系统的可视化监控

3.2触摸屏主要用于对整个装箱控制系统运行过程的可视化监控，分为手动和自动运行，其中手动运行用于调试、复位或检修操作，自动运行用于正常生产.该系统主要包含系统控制、参数设置、监控、诊断报警等功能,，并需要在I/O软件上添加相应的画面，放置状态切换开关、位状态指示灯、显示UtilityManager框、以及文本框等控件然后对其进行相应的编辑设计和属性设置；最后将编辑”3好的画面进行离线仿真，来确保每个控件可以正常切换使用，以便实时显示夹爪的运行状态、位置坐标等数据信息若系统出现故障，人机交互界面上会显示相应的报警提示以手动、自动及参数设置界面为例，其离线仿真界面如下图HMI所示12图离线仿真界面12HMi装箱控制系统的实验测试4装箱控制系统的软、硬件设计完毕后，再结合总体电路接线图完成伺服部分以及其他电气部件的接线通电后，首先对伺服驱动器进行参数配置，将伺服参数传入伺服驱动器中，再通过工控机分别将程序和界面下载到控制器和PLC HMI PLC触摸屏上，实现与州间的通讯；然后在控制器上完成参数设定，将升降PLC IPLC伺服电机、起动速度的脉冲输出量设定为加减速度设定为；12100000Hz,350Hz/ms横移伺服电机起动速度的脉冲输出量设定为加减速度设定为85000Hz,400Hz/ms,并设定升降伺服电机、及横移伺服电机的正、负限位和原点位置根据自动化12生产线的加工顺序在触摸屏上进行动作编辑，对每个点和程序模块进行I/O PLC调试在调试过程中，其操作指令由发出，从而控制升降伺服电机、横移HMI12,伺服电机以及夹爪的夹紧、松开状态通过伺服反复示教获得夹爪等待位、抓取位、横移位、旋转位及放料位等位置点的信息后，并保存各位置点在示教过程中的脉冲数据信息其中，在自动运行状态下的参数设置界面中，各关键点坐标位置信息如下图所示13图示教过程中关键点坐标13经过一段时间的生产使用，装箱控制系统可以很好地实现三轴联动、手动运行、自动运行等功能，较好地完成装箱工作；并且采用伺服反复示教的方法来改变各控制点位的脉冲量，在保证生产线不间断运行的同时，可以进一步提高自动化包装生产线的钢瓶装箱效率，从而提高生产效益结语根据自动化包装生产线的工作要求，对其装箱控制系统进行设计，并采用的上、下位机控制模式，以作为上位机，实现对系统运行状态的可“PLC+HMI”HMI视化监控，以作为下位机，实现对系统的精准位置控制实验表明，该装箱控PLC制系统不仅能够高速、高精度控制夹爪运行，还能实时监控夹爪的运行状态,实现个钢瓶的装箱速度，满足设计要求和实际应用，为自动化包装生产线提供16/min了解决方案，可以在智能工厂中得到广泛运用参考文献⑴胡兵，王小娟.基于和触摸屏的马口瓶装箱机控制系统设计包装工PLC[J].程,2017,3805:157-

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175.致谢感谢我的设计指导老师老师，老师对设计倾注了很多心血，花费了XXX XXX很多时间，从选题、构思、框架制定、问卷、用词、排版等都细致的注意到了，并提出了很多的指导意见这篇设计能够完成老师的指导不可或缺最后对XXX借用文献的专家、学者在此表示感谢漫漫求学路也离不开其他老师的指导与帮助,离不开同学、朋友的关心与理解，离不开家人的支持与陪伴星光不问赶路人，岁月不负有心人最后，我想要对自己说一声感谢，感谢那个面对挫折与挑战，从不曾轻言放弃的自己；感谢那个即使灰头土脸，也要乐观向上的自己，我始终相信奋斗的青春最美丽在此，衷心感谢一路走来，所有人的关系和帮助！目录引言1装箱控制系统的总体结构11装箱控制系统的硬件设计22装箱控制系统的介绍

2.12装箱控制系统的参数设定

2.22装箱控制系统的软件设计33装箱控制系统的模块化设计

3.13装箱控制系统的初始化

3.

1.13装箱控制系统的原点复归

3.

1.24装箱控制系统的伺服示教

3.

1.36装箱控制系统的伺服运动

3.

1.46装箱控制系统的可视化监控

3.28装箱控制系统的实验测试49结语10参考文献11致谢13引言随着人们生活水平的提高和自动化生产的需要，企业对装箱控制系统的要求也越来越高⑴，产品装箱逐步从手工装箱发展为半自动、自动装箱⑵在自动装箱控制系统中，传统的控制方式具有结构复杂、体积大、维修繁琐、不方便扩展等缺陷，不能满足实时监控和可视化的需求⑶鉴于抗干扰能力强、运行稳定，触摸屏具有图形化显示功能，能够实时监PLC控现场数据的变化⑷因而提出了采用和触摸屏相结合的控制方式来解决浙PLC江某企业钢瓶自动化包装生产线上装箱控制的问题将自动化包装生产线的“开箱、喷码、装箱过程”作为研究对象，并根据工作要求，开箱机折叠纸箱并下料至输送带；颜色识别传感器对钢瓶进行分类，再通过喷码机对钢瓶喷码⑸;纸箱侧的相机对纸箱所选取的特征部分进行示教对比，筛选出不合格的纸箱巴最后，完成自动化包装生产线的钢瓶装箱工作⑺整个过程具有承载能力强、工作节拍可调且运动定位精度高等优点，可替代人工开箱、喷码、装箱工作⑻，做到在满足自动控制要求的基础上，实现实时监控和可视化运行，从而为企业节省人力成本⑼装箱控制系统的总体结构1本文主要研究自动化包装生产线的装箱控制系统，该系统主要由横梁、减速机、抓手系统（夹爪、气缸）、传动系统（滚珠丝杠）以及伺服系统等几个部分组成，能够实现两个升降及横移伺服电机的三轴联动装箱控制系统的整体结构如下图1所示图装箱控制系统的整体结构1电气控制柜横移伺服电机纸箱输送板链变频电机坦克链装箱控制

1.

2.

3.

4.

5.

6.系统机架滚珠丝杠升降伺服电机升降伺服电机钢瓶夹爪夹

7.

8.

19.

210.H.1#

12.2#爪夹爪夹爪导轨

13.3#

14.4#

15.装箱控制系统的硬件设计2装箱控制系统的介绍

2.1该装箱控制系统是以控制器和伺服电机为核心，并搭配工控机,触摸屏,变PLC频器，变频电机，电磁阀，气缸，伺服电机驱动器，伺服电机，升降轴、及横12移轴的丝杆组件，夹爪等机构构成，装箱控制系统的集成框图如下所示图装箱控制系统的集成框图2装箱控制系统的参数设定

2.2针对装箱控制系统的参数设定，主要集中于伺服驱动器部分伺服驱动器选用松下系列，速度波动率小，具有超程限制、伺服报警、定位完成等功能MinasA6的，可满足装箱控制系统的要求口伺服控制模式选用位置控制，指令脉冲输入L方式设定为“脉冲数量+脉冲方向”因装箱过程中要求移动速度高，力口、减速度大，故在升降轴、处增设了减速机12通用计算公式当参数为时PrO.080脉冲当量=螺距/减速比*伺服每转一周的驱动脉冲数针对该装箱控制系统，将升降轴、及横移轴的设定值其中升降轴、及横移轴的丝杆12prO.08=250012导程为升降轴、上的减速比为10mm,12101通过计算可以得到升降轴的脉冲当量升降轴的脉冲当量1=10/2500*10=

0.004mm/plus2=10/横移轴的脉冲当量2500*10=

0.004mm/plus=10/2500=

0.04mm/plus装箱控制系统的软件设计3装箱控制系统的模块化设计

3.1根据装箱控制系统的工艺要求，采用编程软件进行编程，在对KVSTUDI0PLC程序设计时，由于单元模块间的各个工序与系统对接信号较多，控制过程较为复杂，故需要先划分各个子模块,从而将上述动作有序地组合并模块化，主要包含装箱控制系统的初始化、原点复归、伺服示教、伺服运动等［］将程序划分为手动12和自动两种运行模式在手动模式下支持动作编辑、系统设置及各个工序的参数设定，自动模式下支持装箱控制系统的正常工作当系统正常工作时，控制器PLC先通过与伺服驱动器相连的脉冲口向其发送脉冲信号，从而控制伺服电机的运I/O行，并在人机交互界面中实时显示当前伺服电机的运行状态运转速度和方向，该系统的软件平台是实现该功能的保障装箱控制系统的初始化

3.

1.1装箱控制系统的初始化部分主要包含各软元件恢复到原位，异常状态检测以及伺服定位模块运行参数的设置，夹爪等待位、抓取位、横移位、旋转位、放料位以及当前位置的读取等在电源接通后几秒钟内，伺服单元可能因初始动作不稳定而报警，故给出运动控制条件先确认运动命令并将伺服使能再分别设定各个运动指令其OFF,ON,中，升降轴初始化子程序及其动作流程如下图、所示134图升降轴初始化子程序31二A.vS无田・修^^i^**^^-^***^「1M认尢4」（话it初帕化华H•:1:用队运动命令or尸:3;a角认同邸便能e1项从何南方HH信号5I设定运动命令u*否运大二＞_--IMTift定的母切「J]1动作完成后.谴动命令・c结束,图初始化动作流程图4装箱控制系统的原点复归

3.

1.2装箱控制系统的原点复归方式采用原点传感器上升沿，设定复归的方向为存在起始位置为侧、侧、在原点传感器范围内等几种情况对于横CCW,CW CCW移伺服电机来说，其侧指的是纸箱方向，侧指的是钢瓶方向；对于升降CW CCW伺服电机、来说，其侧指的是下方靠近钢瓶流水线方向，侧指的是12CW CCW上方丝杠导轨固定支座方向在每次断电重启后归零标志位会复位，故必须要在设备启动前进行复位，保证三个伺服电机的机械位置符合启动要求在伺服电机返回原位时，受到机械干涉的影响，需要对各轴原点复归的顺序进行限定，必须先将升降伺服电机、升至安全位置，再将横移伺服电机复归回原点，防止出现12碰撞钢瓶、设备损坏的现象其中，以起始位置在侧为例，其动作流程如下CW图所示5图上升沿方式下的动作流程图5伺服电机开始以的速度起动，称为原点复归的起动速度；以2000Hz500Hz/ms的速度加速，称为加速度；以的速度减速，称为减速度；加速或减速到500Hz/ms称为其运转速度原点复归参数设定界面如下图所示30000Hz,6ill・・M□胡・■・・4•Fd JK^K1*”E11mA上次7yTIM图原点复归参数设定是原点复归指令，该指令是执行原点复归，并使机60RG械位置与内当前寄存器一致其中，以升降轴原点复归程序为例，升降轴PLC11上的原点传感器输入信号，则原点复归动作完成图轴原点复归程序71装箱控制系统的伺服示教

3.

1.3示教前复位按钮将高速计数器的值、相关标志位和所用通道全部清零在

[13]o示教过程中，根据装箱控制系统的实际使用要求，结合各点位的操作按钮完成对夹爪抓取路径的规划；接着，通过上位机控制升降轴、横移轴上的伺服电机，12,从而带动夹爪点动运行到控制点位，包含夹爪等待位、抓取位、横移位、旋转位及放料位，并经过示教将各点位脉冲当前值保存到相应的、具有断电保存功能的数据寄存器中示教完成后，夹爪先返回原位，再按照控制点位顺序运动,并完成指定的搬运动作，再进行复位操作，如此循环往复其中，升降轴伺服示教程1序及其动作流程如下图、所示89图轴伺服示教程序81装箱控制系统的伺服运动装箱控制系统的伺服运动方式是在其高速输出端向伺服驱动器发出定位脉冲指令，其运动距离取决于发出的脉冲数量，运动速度取决于脉冲频率对于伺服驱动器而言，会接收到伺服电机的脉冲编码器输出的位置脉冲反馈，构成一个半•T1闭环的位置控制系统；对于控制器而言，发出的定位脉冲数与工作台的运PLC PLC动位置是严格对应的，通过自身发出的定位脉冲数，间接测得工作台的当前PLC位置在本系统中，升降轴、控制夹爪的升降，横移轴控制夹爪在钢瓶及纸箱传送12带间的行走，是定位启动的专用指令，是向轴点、轴点、轴点、PSTRT1112L3轴点轴点、轴点、轴点、轴点轴点、轴点、轴点14,21222324,313233等发送定位启动指令，从而完成输送钢瓶、抓取钢瓶到钢瓶装箱整个周期的全自动运行,也包含出现异常时的自动处理、箱少自动补箱等操作其中，以升降轴1点的定位启动程序为例，如下图所示进行说明110图轴点的定位启动程序1011在传统的钢瓶装箱路径下，一个工作周期内钢瓶装箱的动作流程如下

①夹爪、夹爪、夹爪、夹爪先在钢瓶上方的等待位处等待，直到传感1#2#3#4#器检测到四个钢瓶的到位信号，升降伺服电机、开始反转，控制夹爪垂直向下12运动到抓取位后，夹爪夹紧钢瓶；

②升降伺服电机、开始正转，控制夹爪垂直向上运动到旋转位；12

③升降伺服电机、停止运转，横移伺服12电机开始正转，控制夹爪向纸箱侧运动直至纸箱正上方；

④横移伺服电机停止运转，升降伺服电机、开始反转，控制夹爪向下运动并12深入纸箱中，直至夹爪运动到装箱位，升降伺服电机、停止运转，夹爪松开；12

⑤升降伺服电机、正转，控制夹爪向上运动到纸箱上方与钢瓶等待位处于同12一水平高度的位置，此时升降伺服电机、停止运转;横移伺服电机开始反转，控12制夹爪运动到钢瓶正上方的等待位，装箱控制系统停止运行；

⑥此时，钢瓶自动装箱的一个工作周期完成若按传统的钢瓶装箱路径，重复上述动作数次，并记录一个工作周期内钢瓶自动装箱的时间，从而计算出在传统的钢瓶装箱路径下，完成上述一个工作周期。