畢業(yè)設(shè)計---小型全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題目：小型全自動包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p&g

2、t;<b>　　前 言</b></p><p>　　第1章DXD系列包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計說明…………………………………………6</p><p>　　1.1本設(shè)計所用包裝機(jī)的特點…………………………………………………… 6</p><p>　　1.2技術(shù)參數(shù)及設(shè)計要求………………………………………………………… 7</p><p

3、>　　第2章　DXD系列包裝機(jī)的組成結(jié)構(gòu)…………………………………………8</p><p>　　2.1供紙模塊……………………………………………………………………… 8</p><p>　　2.2橫封縱封模塊………………………………………………………………… 8</p><p>　　2.2.1 包裝封口強(qiáng)度的檢測意義……………………………………………… 9&l

4、t;/p><p>　　2.2.2熱封器的基本組成……………………………………………………… 9</p><p>　　2.3光電定長………………………………………………………………………11</p><p>　　第3章 包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計……………………………………………12</p><p>　　3.1 步進(jìn)電機(jī)的選用…………………………

5、…………………………………12</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電機(jī)概述…………………………………………………………12</p><p>　　3.1.2 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)選擇……………………………………………………13</p><p>　　3.1.3步進(jìn)電機(jī)工作原理及工作方式…………………………………………15</p><p>　　3.1

6、.4步進(jìn)電機(jī)的特性…………………………………………………………17</p><p>　　3.1.5步進(jìn)電機(jī)參數(shù)的選擇……………………………………………………19</p><p>　　3.2步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的選用……………………………………………………24</p><p>　　3.2.1步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電源……………………………………………………25</p>

7、<p>　　3.3可編程控制器（PLC）選用……………………………………………………26</p><p>　　3.3.1可編程控制器概述………………………………………………………26</p><p>　　3.3.2 PLC選型…………………………………………………………………29</p><p>　　3.4包裝機(jī)電氣接線圖及電氣原器件表……………………

8、……………………30</p><p>　　第4章 包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計……………………………………………30</p><p>　　4.1包裝機(jī)的動作過程……………………………………………………………30</p><p>　　4.2 PLC控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)原理…………………………………………………31</p><p>　　4.3電氣控制系

9、統(tǒng)梯形圖及時序圖………………………………………………32</p><p>　　4.4包裝機(jī)的調(diào)試運行……………………………………………………………35</p><p>　　結(jié) 論…………………………………………………………………………………39</p><p>　　致 謝…………………………………………………………………………………40</p><

10、;p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………41</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　本設(shè)計的主要目的是為了滿足控制精度的醫(yī)用制袋充填封口包裝設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)。所包含的內(nèi)容有：DXD系列包裝機(jī)的發(fā)展概況；包裝機(jī)九大組成部件中的供膜、熱封、光電定長的介紹；本課題所用的電氣控制元件的選擇；實現(xiàn)

11、設(shè)計目的的軟硬件設(shè)計方法等；其中可編程控制器（PLC）、拉袋步進(jìn)電機(jī)、光電開關(guān)、熱電偶、溫控儀的選擇、軟硬件的設(shè)計方法是本文的主要內(nèi)容。展望現(xiàn)階段包裝機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，可以預(yù)知包裝機(jī)在不久的將來會被廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)學(xué)、建材工業(yè)等領(lǐng)域，從而成為現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)中所必須的設(shè)備之一。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC），步進(jìn)電動機(jī)，熱電偶，溫控儀</p><p><b>　　

12、ABSTRACT </b></p><p>　　Main purpose that this text design for meet medical use to control precision make bag fill with, seal electric control system to pack the apparatus. The content included is as fo

13、llows：development overview of the DXD series packer ; Nine packer heavy to make up part support membrane , heat seal, photo electricity make the long introduction; Electric choice which controls the component that this s

14、ubject uses; Software and hardware design method to realize purpose of design ,etc.; Programmable cont</p><p>　　KEY WORDS: the programmable controller (PLC), walk into the motor, electric thermocouple, tempe

15、rature-controlled appearance</p><p><b>　　前 言 </b></p><p>　　近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速增長和人民生活水平的不斷提高，作為傳統(tǒng)行業(yè)之一的包裝工業(yè)，呈快速發(fā)展態(tài)勢，是人們普遍看好的“朝陽產(chǎn)業(yè)”，隨之而來的就是包裝機(jī)應(yīng)用需求的大幅增長。機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源

16、、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的今天，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，包裝機(jī)已全部實現(xiàn)了自動化。自動包裝機(jī)一般分為半自動包裝機(jī)和全自動包機(jī)兩種，由人工供給包裝材料（容器）和內(nèi)裝物，但能自動完成其它包裝工序的機(jī)器稱為半自動包裝機(jī)，自動完成主要包裝工序和其它輔助包裝工序的機(jī)器稱全自動包裝機(jī)。</p><p>　　DXD系列包裝機(jī)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、化工、茶葉、種子等顆粒狀

17、、片狀、粉狀及半流體狀物料包裝。DXD全自動包裝機(jī)要求加料、制袋、充填、封口、剪切、撕口等工序全自動完成，包裝速度、制袋長度可以調(diào)整。采用PLC控制的DXD全自動包裝機(jī)是集機(jī)電一體化、光電檢測、步進(jìn)電機(jī)自動跟蹤糾偏等功能于一體的多用途自動包裝機(jī)，該包裝機(jī)具有電眼跟蹤、PLC控制、無級變速糾偏等功能，計量精確，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且具有性能穩(wěn)定、操作維護(hù)方便、效率高等特點，保證了包裝袋的長度穩(wěn)定，圖形美觀。根據(jù)工藝要求，DXD全自動包裝機(jī)采用

18、PLC進(jìn)行自動控制，包含兩個最關(guān)鍵的步進(jìn)電機(jī)的協(xié)調(diào)運行。選用1塊CPU模塊作為整個控制系統(tǒng)的核心部分，還包含三路高速脈沖計數(shù)輸入和兩路高速脈沖輸出，其輸出頻率最大可達(dá)。選用液晶觸摸屏作為人機(jī)界面。采用PLC控制的DXD全自動包裝機(jī)可以實現(xiàn)自動制袋、自動封裝等多項功能，并可對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控，完成自動診斷、自動報警和數(shù)據(jù)上傳等功能。根據(jù)工藝要求，DXD全自動包裝機(jī)的控制系統(tǒng)由人機(jī)界面操作及顯示系統(tǒng)、制袋控制系統(tǒng)、送料計量控制系統(tǒng)、封裝

19、及剪切控制系統(tǒng)組成。</p><p>　　本課題設(shè)計的目的就是利用原有設(shè)備的機(jī)械本體，設(shè)計一個新型的電氣控制系統(tǒng)，提高其包裝性能，使包裝速度、制袋長度和物料充填量在額定范圍內(nèi)無級可調(diào)且不需要更換零件；封口溫度采用兩路溫度控制器控制，使溫度設(shè)置方便，控制準(zhǔn)確，適合多種包裝材料；制袋長度可在操作面板上直接設(shè)定，操作方便。使用有色標(biāo)的包裝材料時，包裝袋長度可由色標(biāo)間的距離確定。電控采取于智能系統(tǒng)的柔性控制，能對不同材質(zhì)

20、、不同厚度、不同物料的包裝對象進(jìn)行參數(shù)自動調(diào)整，并使之最優(yōu)化，從而大大地提高生產(chǎn)效率和物料利用率，減輕勞動強(qiáng)度。本課題的意義在于解決當(dāng)前醫(yī)用制袋充填封口包裝機(jī)械中普遍存在的控制精度低、操作不方便等技術(shù)障礙問題；設(shè)計新型的醫(yī)用自動包裝機(jī)械的電氣控制器，并推廣應(yīng)用；理論聯(lián)系實際對落后設(shè)備進(jìn)行改造。</p><p>　　因此，結(jié)合包裝機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，得知本文的設(shè)計有很大的現(xiàn)實意義和實用價值。新一代小型一體化PLC在D

21、XD系列包裝機(jī)上的應(yīng)用，在提高包裝機(jī)自動化方面取得了很好效果，具有很好的推廣前景。</p><p>　　第1章 DXD系列包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計說明</p><p>　　1.1 本設(shè)計所用包裝機(jī)的特點</p><p>　　DXD系列包裝機(jī)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、化工、茶葉、種子等顆粒狀、片狀、粉狀及半流體狀物料包裝。北京某包裝機(jī)械制造有限公司以及珠海天楹精密機(jī)

22、械有限公司是生產(chǎn)DXD系列自動包裝機(jī)及灌裝機(jī)的專業(yè)廠家，其生產(chǎn)的DXD系列自動包裝機(jī)及灌裝機(jī)行銷海內(nèi)外，得到用戶的普遍好評。其控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果，大大提高了設(shè)備的自動化水平。DXD全自動包裝機(jī)要求加料、制袋、充填、封口、剪切、撕口等工序全自動完成，包裝速度、制袋長度可以調(diào)整。采用PLC控制的DXD全自動包裝機(jī)是集機(jī)電一體化、光電檢測、步進(jìn)電機(jī)自動跟蹤糾偏等功能于一體的多用途自動包裝機(jī)，該包裝機(jī)具有電眼跟蹤、PLC控制、無級變速糾偏等

23、功能，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且具有性能穩(wěn)定、操作維護(hù)方便、效率高等特點，保證了包裝袋的長度穩(wěn)定，圖形美觀。根據(jù)工藝要求，DXD全自動包裝機(jī)采用PLC進(jìn)行自動控制，包含兩個最關(guān)鍵的步進(jìn)電機(jī)的協(xié)調(diào)運行。選用1塊CPU模塊作為整個控制系統(tǒng)的核心部分，還包含三路高速脈沖計數(shù)輸入和兩路高速脈沖輸出，其輸出頻率最大可達(dá)。選用液晶觸摸屏作為人機(jī)界面。采用PLC控制的DXD全自動包裝機(jī)可以實現(xiàn)自動制袋、自動封裝等多項功能，并可對生產(chǎn)</p>&

24、lt;p>　　本課題設(shè)計所用的包裝機(jī)：DXD系列C型全自動包裝機(jī)是天楹公司借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)、在B型包裝機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)研制的新式小型多功能間歇式包裝機(jī)。該系列包裝機(jī)采用了電腦控制、細(xì)分驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)拉袋等技術(shù)?？梢淮涡宰詣油瓿捎嬃?、制袋、充填、封合、切斷、計數(shù)等全部工作。特別使用于食品、醫(yī)藥及化工等行業(yè)的生產(chǎn)需要。本機(jī)具有如下特點：（本機(jī)外型如圖1-1所示）</p><p>　　包裝速度、制袋長度和物料充填量

25、在額定范圍內(nèi)無級可調(diào)不需更換零件。</p><p>　　封口溫度采用兩路溫度控制器控制，溫度設(shè)置方便，控制準(zhǔn)確，適合多種包裝材料。</p><p>　　操作面板采用輕觸薄膜開關(guān)，密封、絕緣、耐腐蝕，便于清潔，符合安全和衛(wèi)生要求。</p><p>　　制袋長度可在操作面板上直接設(shè)定，操作方便。使用有色標(biāo)的包裝材料時，包裝袋可由色標(biāo)間的距離確定。該動作由電腦控制步進(jìn)電機(jī)

26、完成，準(zhǔn)確可靠。</p><p>　　具有缺紙、卡袋、安全門打開自動報警并停機(jī)等功能，使機(jī)器的運行更安全可靠。</p><p>　　具有定位停機(jī)功能，確保機(jī)器在任何情況下停機(jī)，熱封器及切刀都處于張開的狀態(tài)。</p><p>　　可自動打印產(chǎn)品批號，并可根據(jù)用戶需要增加易撕切口、鋸齒形切口等功能。</p><p>　　所以與物料接觸的部件均由耐

27、腐蝕塑料制成，符合食品衛(wèi)生要求。</p><p>　　1.2 技術(shù)參數(shù)及設(shè)計要求</p><p><b>　　1．參數(shù)：</b></p><p><b>　　2．設(shè)計要求：</b></p><p>　　包裝速度、制袋長度和物料充填量在額定范圍內(nèi)無級可調(diào)，不需要更換零件；</p><

28、;p>　　封口溫度設(shè)置方便，控制準(zhǔn)確，并實時顯示封裝溫度。使用多種包裝材料；</p><p>　　制袋長度可在操作面板上直接設(shè)定，操作方便。使用有色標(biāo)的包裝材料時，包裝袋長度可由色標(biāo)間的距離確定。該動作由PLC控制步進(jìn)電機(jī)完成，準(zhǔn)確可靠。</p><p>　　操作面板密封、絕緣、耐腐蝕、便于清潔；</p><p>　　具有缺紙、卡袋、安全門打開自動報警并停機(jī)等

29、功能，確保機(jī)器運行的安全可靠。</p><p>　　具有定位停機(jī)功能，確保機(jī)器在任何情況下停機(jī)，熱封器及切刀都處于張開狀態(tài)。</p><p>　　制袋長度的誤差〈=3mm</p><p>　　在環(huán)境溫度升高時，控制系統(tǒng)能正常工作。</p><p>　　第2章 DXD系列包裝機(jī)的組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　DXD系列C

30、型全自動包裝機(jī)基本組成是由：供膜、成型、定量供料、導(dǎo)向、牽引、縱封、光電定長、橫封和輸出九大模塊。各功能模塊的構(gòu)成、作用以及機(jī)器總體結(jié)構(gòu)模塊圖。（說明：由于本課題設(shè)計是有關(guān)電氣控制的系統(tǒng)設(shè)計，成型、定量供料、導(dǎo)向、牽引和輸出等與機(jī)械原理息息相關(guān)，將在最后一章介紹其動作原理。）</p><p><b>　　2.1 供紙模塊</b></p><p>　?。ㄈ绺綀D2-1所示

31、）</p><p>　　1、供紙模塊共有兩部分組成：紙架，送料部分，步進(jìn)電機(jī)控制部分；</p><p>　　紙架：由機(jī)械結(jié)構(gòu)完成。由架紙軸，擋紙輪，支撐板構(gòu)成；</p><p><b>　　送料部分：</b></p><p>　　由于包裝紙總是以卷筒狀安放在放料架上，由步進(jìn)電機(jī)直接拖動，在電機(jī)升速是產(chǎn)生很大的加速度，因而

32、會產(chǎn)生大的慣性力，使電機(jī)失步或拉斷加工材料，因而在放料架上必須安裝放料裝置，該裝置要求較低，只需要在每次步進(jìn)電機(jī)拉袋之前送出足夠一次拉料的材料即可。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)的核心為性能優(yōu)良的PLC控制器。在運行時步進(jìn)電機(jī)處于待命狀態(tài)，當(dāng)收到位置傳感器發(fā)來的信號時，步時電機(jī)讀入拔碼盤上預(yù)置的十進(jìn)制長度數(shù)據(jù)，并換

33、算成十六進(jìn)制脈沖步數(shù)，從靜上開始逐步升速到較高的運行頻率，當(dāng)運行的步數(shù)剩下到一定數(shù)目時，步進(jìn)電機(jī)則開始降速，直至走完整個長度。每送完料一次，計數(shù)器加1，并判斷是否達(dá)到設(shè)定次數(shù)，如達(dá)到則啟動傳送帶，把切下的料送走，接著再進(jìn)行下一個循環(huán)。為保證送料的精度，取脈沖當(dāng)量為1/3mm，加上膠輥滑移、紙張延伸等不定因素，精度可達(dá)+-0.5mm左右。</p><p><b>　　動作情況</b></

34、p><p>　　機(jī)器運轉(zhuǎn)時，拉袋機(jī)構(gòu)向下拉袋的同時，通過包裝材料將供紙控制桿抬起，供紙接近開關(guān)發(fā)出信號，使供紙電機(jī)運轉(zhuǎn)，輸送包裝材料，供紙控制桿將自動下落，在接近開關(guān)的控制下供紙電機(jī)停轉(zhuǎn)。如此循環(huán)，完成供紙過程，當(dāng)包裝材料用完時，缺紙控制桿復(fù)位，缺紙接近開關(guān)發(fā)出信號，機(jī)器停機(jī)并報警。</p><p><b>　　接近開關(guān)</b></p><p>　

35、　接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器根據(jù)工作原理的不同分為電感式和電容式，本次課題設(shè)計采用電感式。電感式接近開關(guān)它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體，檢測距離由0.8mm至150mm?？筛鶕?jù)客戶需要

36、制作成耐高溫型接近開關(guān)，最高溫度150℃。 </p><p>　　2.2 橫封縱封模塊</p><p>　?。ㄈ绺綀D2-2所示）</p><p>　　2.2.1 包裝封口強(qiáng)度的檢測意義  </p><p>　　封口強(qiáng)度對包裝材料來講是一個重要性能指標(biāo)，對任何一種軟包裝材料都要做成包裝袋來包裝各種商品，包裝商品都要

37、熱封或粘接來封口，達(dá)到包裝目的。封口要有一定的強(qiáng)度才能夠承受一定重量的內(nèi)裝物的壓力，保證商品在流通過程中不開裂。熱封是利用外界條件(電加熱、超聲波等)使塑料薄膜的封口部位變成粘流狀態(tài)，借助刀具壓力使薄膜融合為一體，冷卻后能保持一定強(qiáng)度。熱封工藝的三大因素——熱封溫度、壓力、時間，其中主要是溫度。根據(jù)材料的不同和料袋運動狀態(tài)需要不同的熱封因素，三者是必須協(xié)調(diào)配合才能獲得好的熱封質(zhì)量。因此在實際大規(guī)模生產(chǎn)之前，要進(jìn)行大量的實驗來確定恰當(dāng)?shù)臒?/p>

38、封參數(shù)。熱封溫度：溫度太低，薄膜不能全部融合；溫度太高，薄膜以產(chǎn)生變形。嚴(yán)重的會燙傷。因此必須隨各種薄膜的不同來加以調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.2.2 熱封器的基本組成</p><p>　　1、熱電偶：本課題中所使用的熱電管作用在于：對包裝紙袋進(jìn)行加熱，然后配合熱電偶和溫控儀完成整個紙袋的包裝溫度的控制。即：在熱封當(dāng)中起到很大的包裝封合作用。</p><p>　

39、　熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，其優(yōu)點是：</p><p>　?、贉y量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）。③構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。</p&g

40、t;<p>　　1）熱電偶測溫基本原理</p><p>　　將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱點效應(yīng)。熱電偶是利用這種效應(yīng)來工作的。</p><p>　　2）熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成</p><p><b&g

41、t;　?、贌犭娕嫉姆N類</b></p><p>　　常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某種特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國

42、際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、I、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。</p><p><b>　?、跓犭娕嫉慕Y(jié)構(gòu)形式</b></p><p>　　為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下：</p><p>　　A、組成熱電偶的兩個熱電極焊接必須牢固；</p><p>　　B、兩個熱電極彼此之間應(yīng)

43、很好地絕緣，以防短路；</p><p>　　C、補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；</p><p>　　D、保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)隔離。</p><p>　　3）熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償</p><p>　　由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴 金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用

44、補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到 儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100°C。</p><p&

45、gt;<b>　　2、溫控儀</b></p><p>　　本課題設(shè)計中，使用了兩個溫控儀。一是控制包裝袋溫度的橫封，一是控制包裝袋溫度的縱封。作用：在于時刻控制包裝袋包裝的效果，是整個熱封運動過程穩(wěn)定可靠運行。設(shè)定溫度：根據(jù)所用的包裝材料，在溫控儀上設(shè)定熱封溫度。一般情況下應(yīng)使橫封設(shè)定值高出縱封設(shè)定值5～10度左右。本設(shè)計采用的包裝材料是鋁箔/聚乙烯，其設(shè)定溫度值在150度左右，如果包裝效果

46、達(dá)不到要求，可對設(shè)定值稍加調(diào)整。若出現(xiàn)包裝袋封嚴(yán)或受熱變形較大的情況，亦可能選擇較高的溫度和較低的封合壓力，以延長機(jī)器的使用壽命。</p><p><b>　　2.3 光電定長</b></p><p>　?。ɡ鼨C(jī)構(gòu)如附圖2-3所示）</p><p>　　基本組成電氣原器件為：光電開關(guān)、步進(jìn)電動機(jī)和可編程控制器（PLC）</p>

47、<p><b>　　1、光電開關(guān)</b></p><p>　　光電開關(guān)亦稱光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)

48、用非常廣泛。由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻檔)三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電

49、元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射剄光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān)。 </p><p>　　2、步進(jìn)電動機(jī)、可編程控制器</p><p>　　有關(guān)步進(jìn)電動機(jī)和可編程控制器的介紹將在下面章節(jié)詳細(xì)介紹。</p><p>　

50、　第3章 包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電機(jī)概述</p><p><b>　　一、應(yīng)用與發(fā)展</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

51、，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)沒有什么區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在本世紀(jì)初，由于資本主義列強(qiáng)爭奪殖民地，造船工業(yè)發(fā)展很快，同時也使得步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。到了80年代后，由于廉價的微型計算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動機(jī)的控制方式更加靈活多樣。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅

52、調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路。計算機(jī)則通過軟件來控制步進(jìn)電機(jī)，更好地挖掘出電動機(jī)的潛力。因此，用計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢。步進(jìn)電機(jī)和普通電動機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號的控制。步進(jìn)電機(jī)靠一種叫環(huán)形分配器的電子開關(guān)器件，通過功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源。由于勵磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流和直流電源接通后，就會在空間

53、形成一種</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點，步進(jìn)電機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。不過步進(jìn)電機(jī)在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動機(jī)。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點。使用恰當(dāng)?shù)臅r候，甚至可以和直流伺服電動機(jī)性能相媲美。  步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生

54、產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機(jī)床的制造中，因為步進(jìn)電機(jī)不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。早期的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達(dá)。隨著步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)已經(jīng)能夠單獨在系統(tǒng)上進(jìn)行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。比如步進(jìn)電動機(jī)用作數(shù)控銑床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電動機(jī)，在這個應(yīng)用中，步進(jìn)電動機(jī)可以同時完成兩個工作，其

55、一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。步進(jìn)電機(jī)也可以作為數(shù)控蝸桿砂輪磨邊機(jī)同步系統(tǒng)的驅(qū)動電動機(jī)。除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也可以并用在其他的機(jī)械上，比如作為自動送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的</p><p>　　二、步進(jìn)電機(jī)的特點：</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī)。它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)或PLC控制。近幾

56、十年來，數(shù)字技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，推動了步進(jìn)電動機(jī)的發(fā)展。為步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)有如下特點：</p><p>　　1）步進(jìn)電動機(jī)的角位移與輸入脈沖嚴(yán)格成正比，因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。</p><p>　　由步進(jìn)電動機(jī)與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非?？煽?。同

57、時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。</p><p>　　速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運行，他不能直接使用交流電源和直流電源。</p><

58、;p>　　步進(jìn)電動機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)自身的噪聲和振動較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。</p><p>　　3.1.2 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)是在PLC控制系統(tǒng)中一種十分重要的自動化執(zhí)行元件。它和PLC數(shù)字系統(tǒng)結(jié)合可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用做電磁制動輪、電

59、磁差分器、電磁減法器或角位移發(fā)生器等。步進(jìn)電動機(jī)根據(jù)作用原理和結(jié)構(gòu)，基本上可分成下面兩大類型。電磁型步進(jìn)電動機(jī)和定子和轉(zhuǎn)子之間僅靠電磁作用就可以產(chǎn)生步進(jìn)作用的步進(jìn)電動機(jī)。</p><p>　　根據(jù)本課題設(shè)計要求采用：第二種類型的步進(jìn)電機(jī)。這種電動機(jī)一般有多相繞組，在定子和轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械聯(lián)系。這種電動機(jī)有良好的可靠性及快速性。工業(yè)應(yīng)用上大量用作狀態(tài)伺服元件、狀態(tài)指示元件及功率伺服拖動元件，有時也用做位置控制、速度

60、控制元件。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，可以分成永磁轉(zhuǎn)子電動機(jī)或反應(yīng)式轉(zhuǎn)子電動機(jī)，它們也簡稱為永磁式步進(jìn)電動機(jī)或反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。在永磁式步進(jìn)電動機(jī)中，它的轉(zhuǎn)子是用永久磁鋼制成的，也有通過滑環(huán)供電的直流激磁繞組制成的，無論如何，其轉(zhuǎn)子是一個磁源。在反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)中，其轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成齒狀，轉(zhuǎn)子的齒也稱顯極。在這種步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中沒有繞組。因為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)有力矩/慣性比高，步進(jìn)頻率高，頻率響應(yīng)快，不通電時可自由轉(zhuǎn)動，可雙向轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡單和

61、壽命長等特點。所以選用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖1所示：這是一個三相步進(jìn)電動機(jī)。</p><p>　　在反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)中，分成定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。在定子上有6個大極，每個大極上繞有繞組。對稱的大極繞組形成一組繞組，也即形成一相控制繞組。顯然，分別產(chǎn)生了A，B，C三相繞組，正因這三相控制繞組的存在，才使步進(jìn)電動機(jī)產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩。在每個大極上，面向轉(zhuǎn)

62、子的部分分布著多個小齒，這些小齒呈梳壯布列，并大小相同，間距相等。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由軟材料制成，外部呈齒狀的圓柱體。轉(zhuǎn)子中的小齒和定子的小齒形狀相似，齒矩相同。所以定子大極的齒和轉(zhuǎn)子的齒是對應(yīng)吻合的。在定子大極中，其中心線是齒的中心線，在有些反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)中是槽的中心線。</p><p>　　圖1 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的齒距角θs組可以用下式來

63、表示：</p><p>　　Θs=360°/(mzrc)=360°/（3×2×40）=1.5°</p><p>　　式中，c為通電方式系數(shù)，m為控制繞組的相數(shù)，zr為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。純單拍或純雙拍時取為1，單、雙拍交替時取2。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的三相六拍通電方式的步距角比純單拍或純雙拍通電方式的小一倍。步進(jìn)電動機(jī)相繞組通常有二相、三相、四相及五

64、相等。相數(shù)越多，步距角越小。步距角確定后，通以一定頻率f的脈沖，將產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n(r/min).即: </p><p>　　n=60f/(mzrc)=60×50/（3×2×40）=12.5r/min</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的繞組通常由單極性脈沖供電，一般由基本脈沖串和輔助脈沖串進(jìn)行換向控制步進(jìn)工作。有時也采用雙極性脈

65、沖供電。</p><p>　　3.1.3 步進(jìn)電機(jī)工作原理及工作方式</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將給定的電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。 給定一個電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，這個角度就稱作該步進(jìn)電機(jī)的步距角。目前常用步進(jìn)電機(jī)的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的進(jìn)步電機(jī)來說，當(dāng)我們給步進(jìn)電機(jī)一個電脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就

66、轉(zhuǎn)過0.9度；給兩個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就可以連續(xù)運轉(zhuǎn)。由于電脈沖信號與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角存在的這種線性關(guān)系，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現(xiàn)的。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率減小時，步進(jìn)電機(jī)的速度就下降；當(dāng)頻率增加時，速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高步進(jìn)電機(jī)的速度或位置精度。步進(jìn)電機(jī)的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個脈沖

67、，轉(zhuǎn)過一個步距角，當(dāng)停止的位置確定以后，也就決定了步進(jìn)電機(jī)需要給定的脈沖數(shù)。在包裝機(jī)控制中，給定脈沖數(shù)的多少，還與機(jī)構(gòu)的參數(shù)有關(guān)。在包裝機(jī)械中，很多情況下需要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運行速度和運行位置，以前都是通過機(jī)械或其它方式來完成的，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)節(jié)不易。改用步進(jìn)電</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作方式：</p><p>　　1. 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)各相為A，B，C相。如果換相方式為A

68、-B-C-A，則電流切換三次，即換相三次時，磁場就會旋轉(zhuǎn)一周，同時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距。對某相通電時，轉(zhuǎn)子齒就會與該相定子齒對齊。這種通電方式稱為單三拍方式。</p><p><b>　　A→B→C→A</b></p><p><b>　　2．雙三拍工作方式</b></p><p>　　在步進(jìn)電動機(jī)的步進(jìn)控制中，如果每次都是兩

69、相通電，控制電流切換三次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子移動一個齒距位置，則稱為雙三拍工作方式。</p><p>　　AB→BC→CA→AB</p><p>　　3．對三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行控制時，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來,就產(chǎn)生了六拍工作方式。在六拍工作方式中，通電的相數(shù)如下：</p><p>　　A→AB→B→BC→C→CA→A</p><p&

70、gt;　　對于一個三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，轉(zhuǎn)子有40個齒，那么齒距角為9°。則在六拍工作方式中每一步轉(zhuǎn)子齒移動9°/6，步距角為1.5°。顯然六拍工作方式比單三拍或雙三拍的步進(jìn)精度都高出一倍，顯然選用六拍工作方式。</p><p>　　在六拍工作方式中，控制電流切換六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子移動一個齒距。</p><p><b>　　圖2</b&g

71、t;</p><p>　　表3-1三種工作方式的區(qū)別</p><p>　　3.1.4步進(jìn)電機(jī)的特性</p><p><b>　　一、基本特性</b></p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)是頻率特性曲線，即起動速度力矩曲線。步進(jìn)電動機(jī)的頻率特性曲線的縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)動力矩，用T表示，單位為kgf·cm；橫坐標(biāo)為

72、轉(zhuǎn)動頻率，用f表示，單位為步/s。典型的步進(jìn)電動機(jī)頻率特性曲線如圖3所示。</p><p>　　圖3 步進(jìn)電動機(jī)典型頻率特性曲線</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)的頻率特性曲線和很多因素有關(guān)，這些因素包括步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子鐵心有效長、控制線路的電壓、齒數(shù)、齒形、齒槽比、步進(jìn)電動機(jī)內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子間的氣隙、轉(zhuǎn)動一個齒距所需的拍數(shù)等。</p><p&

73、gt;　　二、振蕩、失步和阻尼方法</p><p>　　振蕩是步進(jìn)電動機(jī)在工作時存在的一般現(xiàn)象，但嚴(yán)重的振蕩會引起失步。這些是在控制系統(tǒng)中所不希望的。下面介紹這些問題，并給出在實際應(yīng)用中的解決辦法。</p><p><b>　　1.振蕩</b></p><p>　　振蕩的產(chǎn)生原因有多種，其中主要的原因有步進(jìn)電動機(jī)處于低頻單步運行；步進(jìn)電動機(jī)的換

74、向頻率和轉(zhuǎn)子的特征頻率、倍特征頻率、分?jǐn)?shù)特征頻率相等；步進(jìn)電動機(jī)突然停車等情況。另外，步進(jìn)電動機(jī)的工作狀態(tài)也會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。例如，當(dāng)一個步進(jìn)電動機(jī)在正常步進(jìn)旋轉(zhuǎn)時，突然制動，則無論步進(jìn)電動機(jī)原來以什么換相頻率工作，都會產(chǎn)生振蕩。</p><p><b>　　2.失步</b></p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)的失步有兩種原因：一 是轉(zhuǎn)子的加速度慢于步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場。這

75、時是因為輸入電機(jī)的電能不足，從而引起失步。并且凡是比這時頻率高的工作頻率都必將失步。這種失步說明了步進(jìn)電動機(jī)的拖動能力不夠，一旦減少負(fù)載，或者提高繞組中的激磁電流，則有可能克服失步。二是轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度。這時定子通電激磁的時間較長，大于轉(zhuǎn)子步進(jìn)一步所需的時間，則轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得了過多的能量，從而產(chǎn)生前沖和后沖的擺動振蕩。當(dāng)振蕩足夠嚴(yán)重時就導(dǎo)致失步。</p><p><b>　

76、　3.阻尼方法</b></p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)在運行中，振蕩是它的固有特性，但也是在任何拖動系統(tǒng)中所不希望的。所以，需要對振蕩進(jìn)行抑制。抑制振蕩通常采用各種阻尼方法。包括合理選擇電動機(jī)參數(shù)，以機(jī)械方法進(jìn)行阻尼，以電子方法進(jìn)行阻尼。對于步進(jìn)電動機(jī)的用戶而言，一般采用的方法都是電子方法。以電子方法進(jìn)行步進(jìn)電動機(jī)的振蕩消除，基本上都是從電源著手。</p><p>　　3.1.

77、5 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)的選擇</p><p>　　根據(jù)本課題設(shè)計所要求的精度及步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)距的大?。矗骸?.5Nm），所以選用的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的型號為：3S85Q-04097，現(xiàn)將其具體參數(shù)介紹如下：</p><p><b>　　外形尺寸</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)外形尺寸圖</b></p>

78、;<p><b>　　2）技術(shù)參數(shù)</b></p><p><b>　　見表3-2</b></p><p><b>　　3）矩頻曲線</b></p><p><b>　　4）電機(jī)電纜</b></p><p>　　3.2 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的選用

79、</p><p>　　雖然步進(jìn)電動機(jī)是一種數(shù)控元件，易于同數(shù)字電路接口。但是，一般數(shù)字電路的信號能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。常用驅(qū)動電路有：單極性、雙極性、高低壓、斬波及細(xì)分驅(qū)動電路等。因此，必須有一個與之匹配的驅(qū)動電路來驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路選擇有如下的一般要求：</p><p>　　能夠提供快速上升和快速下降的電流，使電流波形盡量接近矩形；</p><

80、;p>　　具有供截止期間釋放電流的回路，以降低相繞組兩端的反電動勢，加快電流衰減；</p><p><b>　　功耗低，效率高。</b></p><p>　　除此之外，在一些有特殊要求的應(yīng)用場合，為了提高步進(jìn)電動機(jī)定位的分辨率，減小過沖和抑制振蕩，驅(qū)動電路還應(yīng)有細(xì)分功能。通過參考文獻(xiàn)的閱讀及結(jié)合本次課題設(shè)計的要求，步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路選用細(xì)分電路。細(xì)分電路亦稱微

81、步驅(qū)動，它通過控制電動機(jī)各相繞組中電流的大小和比例，使步距角減小到原來的幾分之一至幾十分之一。細(xì)分電路提高了步進(jìn)電動機(jī)的分辨率，能夠平滑步進(jìn)運動，減弱甚至消除振蕩。各個驅(qū)動電路的比較見下表：</p><p><b>　　表3-3</b></p><p>　　根據(jù)要求，選用所匹配的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器型號為：3M485</p><p>　　3

82、.2.1 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電源</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)運動控制系統(tǒng)是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。它的組成包括：運動控制軟件、脈沖分配器、驅(qū)動器、步進(jìn)電動機(jī)及傳動裝置等。結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)的控制繞組中需要一系列的有一定規(guī)律的電脈沖信號，從而使電機(jī)按照生產(chǎn)要求運行。這個產(chǎn)生一系列有一定規(guī)律的電脈沖信號的電源稱為驅(qū)動電源。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源主要包括變頻信號源、脈沖分配器和脈

83、沖放大器三個部分。</p><p><b>　　1．脈沖分配器</b></p><p>　　脈沖分配器又稱環(huán)形分配器，它是根據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關(guān)系加到功率放大器上，使各相繞組按一定的順序和時間導(dǎo)通和切斷，并根據(jù)指令使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)確定的運行方式。早期的環(huán)形分配器采用分立元件搭建，現(xiàn)在一般采用集成電路塊構(gòu)成還可以用軟件生成環(huán)形分配器。</p>

84、<p><b>　　2．功率放大電路</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的功率放大電路實際上是一種脈沖放大電路從環(huán)形分配器輸出脈沖信號是很弱的，必須經(jīng)過功率的放大電路將脈沖信號放大后才能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運行。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的核心是如何提高步進(jìn)電機(jī)的快速性和平穩(wěn)性，功率放大電路可分為電壓驅(qū)動和電流驅(qū)動兩種方式。步進(jìn)電機(jī)的運行特性不僅取決于電機(jī)本身具有的機(jī)械特性和電氣特性，而且取決

85、于驅(qū)動電源的性能優(yōu)劣。</p><p>　　3.3 可編程控制器（PLC）選用</p><p>　　3.3.1 可編程控制器概述</p><p><b>　　一、應(yīng)用與發(fā)展</b></p><p>　　近年來，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器PLC以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，已進(jìn)入過程控制和

86、位置控制等領(lǐng)域，成為一種多功能、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機(jī)。PLC的應(yīng)用范圍非常廣泛，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，從繼電器控制系統(tǒng)到過程控制系統(tǒng)都可以使用PLC，實現(xiàn)自動化控制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。例如：控制電動機(jī)的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，實施溫度、壓力、流量等技術(shù)參數(shù)設(shè)定。PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，適用于一切工業(yè)領(lǐng)域。也可以說，凡是采用繼電器控制盤的場合，或兼有PID調(diào)節(jié)的場合，都可以選用PLC。比如PLC在以

87、下工業(yè)中的應(yīng)用：電力、紡織、機(jī)械、造紙、汽車制造、鋼鐵、食品、建材等。</p><p>　　1969年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC，以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機(jī)。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的

88、PLC系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機(jī)之間的許多過程控制領(lǐng)域。可編程序控制器已和數(shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱。是在繼電器控制和計算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。它具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點，因此迅速普及并成為當(dāng)代工業(yè)自動化的支柱設(shè)備之一。它的發(fā)展趨勢為：編程組態(tài)軟件

89、圖形化；輸入輸出模塊智能化和專用化；網(wǎng)絡(luò)通信功能標(biāo)準(zhǔn)化；控制技術(shù)冗余化；機(jī)電一體化（Mechatronics）；控制與管理功能一體化。</p><p>　　目前，PLC的生產(chǎn)廠家有幾百家，從微型PLC到大型PLC，都有許多型號和系列。各個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC型號均不統(tǒng)一，基本性能也有較大的差別。PLC部分主要生產(chǎn)廠家有：</p><p>　　1 美國艾倫-布拉德利（A-B）公司 5美國通用

90、電氣（GE）公司</p><p>　　2 德國西門子（SIEMENS）公司 6德國通用電氣（AGE）公司</p><p>　　3 法國TE（TELEMECANIQUE）公司 7日本富士（FUJI）電機(jī)公司</p><p>　　4 日本歐姆龍（OMRON）公司 8日本三菱（MITSUBISHI）電機(jī)公司</p><p>　　二

91、、可編程控制器的優(yōu)點</p><p>　　可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個PLC生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使PLC的平均無故障時間達(dá)到30萬小時以上，使用壽命長。</p><p>　　控制功能強(qiáng)。PLC具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、

92、位置控制和過程控制等。</p><p>　　編程方便，易于使用。PLC采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。PLC可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對老設(shè)備的技術(shù)改造。</p><p>　　適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。</p><p>　　具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。</p>&

93、lt;p>　　采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性，擴(kuò)展靈活方便。</p><p>　　維修方便。PLC上有I/O指示燈（LED），哪個I/O元件有故障，一目了然。</p><p>　　可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運行情況，隨時對程序進(jìn)行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。</p><p>　　三、可編程控制器的構(gòu)成及分類</p>

94、;<p><b>　　1、構(gòu)成：</b></p><p>　　單片機(jī)，包括一臺計算機(jī)所必需的部件：中央處理器（CPU）；存儲器（RAM和ROM、EPROM或EEPROM）；并行接口（PIO）；串行接口（SIO）；時鐘（CTC）。單片機(jī)對整個PLC的工業(yè)進(jìn)行控制。</p><p>　　輸入/輸出（I/O）接口電路，分為開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。所有輸入輸出信

95、號都經(jīng)過光耦合器或繼電器。輸入信號一般有兩種形式：直流輸入和交流輸入。輸出信號一般有三種形式：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。</p><p>　　穩(wěn)壓電源，供應(yīng)PLC內(nèi)部輸入電源，有的PLC還能供應(yīng)外部輸出電源，方便用戶。</p><p>　　配置有擴(kuò)展接口、存儲器接口、通信接口和編程器接口等。</p><p><b>　　各種智能模塊。<

96、;/b></p><p><b>　　編程器。</b></p><p><b>　　2、分類：</b></p><p>　　按I/O點數(shù)一般分為微型（32點以下）、小型（128點以下）、中型（1024點以下）、大型（2048點以下）、超大型（可達(dá)8192點及以上）五種。</p><p>　　按

97、結(jié)構(gòu)可分為箱體式、模塊式和平板式三種。</p><p><b>　　3、結(jié)構(gòu)：</b></p><p>　　一臺PLC就是一臺工業(yè)控制用的微型計算機(jī)。PLC的控制原理是：外部輸入信號驅(qū)動輸入繼電器，有輸入繼電器驅(qū)動內(nèi)部程序，內(nèi)部程序使輸出繼電器動作，最后由輸出繼電器去驅(qū)動外部負(fù)載。PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖4：</p><p>　　圖4 PLC內(nèi)

98、部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.3.2 PLC選型</p><p><b>　　1.PLC選型方法</b></p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括：PLC機(jī)型選擇；PLC容量選擇；I/O模塊的選擇；電源模塊的選擇。根據(jù)被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求,可進(jìn)行PLC型號的選定。進(jìn)行PLC選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時

99、要兼顧維修、備件的通用性。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時，一般的小型PLC都可以滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機(jī)械的自動控制等。當(dāng)控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入/輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。對帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選擇具有所需功能的PLC主機(jī)，還要根據(jù)需要選擇相應(yīng)的模塊、配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動裝置等。輸入/輸

100、出的點數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準(zhǔn)確統(tǒng)計被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)基礎(chǔ)上，一般應(yīng)加上10%～20%的備用點數(shù)。多數(shù)小型PLC為整體式，具有體積小、價格便宜等優(yōu)點，適于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用主機(jī)模塊與輸入模塊、功能模塊組合使用的方法，比整體式</p><p>　　2.確定輸入/輸出電器</p><

101、;p>　　包裝機(jī)要完成計量、拉袋、封口、成型等過程，必須要運用較多的輸入/輸出設(shè)備來達(dá)到設(shè)計的要求。首先，包裝機(jī)是一個電氣控制系統(tǒng)，有一個主電動機(jī)來提供總的動力，然后分配給其他動作器件，主電機(jī)就是一個輸出設(shè)備。其次，系統(tǒng)控制過程中用到很多開關(guān)，比如：缺紙光電開關(guān)、卡袋光電開關(guān)、接近開關(guān)、功能鍵及溫控儀等，都是輸入設(shè)備。然而這些輸入設(shè)備與完成整個制袋過程緊密相關(guān)，相對應(yīng)的輸出電氣設(shè)備。如：供紙步進(jìn)電機(jī)，拉袋步進(jìn)電機(jī)，蜂鳴器等。以上這

102、些電氣控制原件都是PLC控制對象。根據(jù)本設(shè)計中的電器原件，算出所需PLC總的輸入/輸出點數(shù)為：33點/34點。綜合以上內(nèi)容及課題設(shè)計要求及PLC選型手冊，而選用三菱公司生產(chǎn)的FX2N-80MT PLC如下表所示：</p><p><b>　　表3-4</b></p><p>　　3．PLC I/O配置及接線（如附圖一所示）</p><p>　　

103、4. I/O地址分配</p><p>　　為了盡量減少占用PLC的I/O點個數(shù)， 結(jié)合本次課題設(shè)計所需的電氣原器件表及課題設(shè)計的要求，通過用PLC控制來實現(xiàn)整個制袋的過程，本次設(shè)計所用到的輸入輸出設(shè)備多，I/O地址分配情況如下：（如附表一所示）</p><p>　　3.4包裝機(jī)電氣接線圖及電氣原器件表</p><p>　　1.包裝機(jī)內(nèi)部電氣布局簡圖（如附圖二所示）&

104、lt;/p><p>　　2.電氣接線圖（如附圖三所示）</p><p>　　3.電氣原器件表：（如附表二所示）</p><p>　　第4章 包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　4.1包裝機(jī)的動作過程</p><p>　　調(diào)速機(jī)構(gòu)：通過調(diào)節(jié)調(diào)速器受柄，可改變住、從動皮帶輪的直徑比，得到不同轉(zhuǎn)速，即改變包裝速度。

105、</p><p>　　主傳動機(jī)構(gòu)：由主電機(jī)提供動力源，通過減速器驅(qū)動分配軸，分配給計量、充填、熱封、切斷、輸送等機(jī)構(gòu)，同時為電控系統(tǒng)提供同步控制信號。</p><p>　　拉袋機(jī)構(gòu)：在電腦控制、驅(qū)動下，由拉袋步進(jìn)電機(jī)提供動力，帶動拉袋滾輪完成拉袋動作。</p><p>　　計量機(jī)構(gòu)：由分配軸通過傳動齒輪帶動計量盤旋轉(zhuǎn)、或帶動計量泵、或帶動數(shù)粒盤來完成計量和填充動作。

106、對于DXDF機(jī)型，系由充填步進(jìn)電機(jī)提供動力，并帶動充填螺桿，在計量控制系統(tǒng)的控制下完成計量及充填動作。</p><p>　　供紙機(jī)構(gòu)：機(jī)器運轉(zhuǎn)時，拉袋機(jī)構(gòu)向下拉袋的同時，通過包裝材料將供紙控制桿抬起，供紙接近開關(guān)發(fā)出信號，使供紙電機(jī)運轉(zhuǎn)，輸送包裝材料，供紙控制桿將自動下落，在接近開關(guān)的控制下供紙電機(jī)停轉(zhuǎn)。如此循環(huán)，完成供紙過程，當(dāng)包裝材料用完時，缺紙控制桿復(fù)位，缺紙接近開關(guān)發(fā)出信號，機(jī)器停機(jī)并報警。</p&

107、gt;<p>　　輸送機(jī)構(gòu)：由分配軸通過一對錐齒輪將動力傳給輸送皮帶輪，并由其將成品送出機(jī)外。</p><p>　　總之，該設(shè)備是基于繼電器，接觸器的控制系統(tǒng)，拉袋，充填，送料由同一臺主電機(jī)（異步電機(jī)）進(jìn)行拖動，充填，送料的動力傳動均由蝸輪蝸桿傳動。當(dāng)主電動機(jī)起動后，控制柜中的部分元件得電如：熱電管、溫控儀等。在設(shè)定好拉袋長度，其它機(jī)構(gòu)在調(diào)試好的前提下，按下點動開關(guān)時，步進(jìn)電機(jī)就在驅(qū)動器、供紙電機(jī)和

108、接近開關(guān)等其它開關(guān)的協(xié)調(diào)下，就開始拉袋動作了。當(dāng)達(dá)到所設(shè)定的袋子長度是就要定位停機(jī)，然后進(jìn)行熱封、切袋及傳輸動作，此時供紙電機(jī)不會馬上停機(jī)。延時一定時間，拉袋步進(jìn)電機(jī)又開始了拉袋工作。當(dāng)用有色標(biāo)的包裝材料時，要采用控制面板上的開/閉環(huán)轉(zhuǎn)換鍵，在閉環(huán)的狀況下，來完成包裝動作過程。其它的機(jī)構(gòu)都要協(xié)調(diào)所設(shè)定的袋長來動作，如料盤的旋轉(zhuǎn)速度、下料時間、下料的多少，從而來確定拉袋的長度及控制步進(jìn)電機(jī)所需要的脈沖數(shù)等。每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用重大，它們是保證

109、制袋精確度和包裝效果的關(guān)鍵。</p><p>　　4.2 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)原理</p><p>　　PLC 控制步進(jìn)電機(jī)常用的形式有普通型通用PLC 控制和PLC 專用步進(jìn)驅(qū)動模塊控制等兩種, 模塊式控制方式具有控制可靠性高的優(yōu)點, 而通用PLC 控制步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng), 具有PLC 系統(tǒng)構(gòu)成簡單, 工程造價低等優(yōu)點, 易于推廣應(yīng)用。下面介紹具有高頻計數(shù)脈沖輸入端的小型PLC 控制步進(jìn)驅(qū)