瓷砖自动包装线的PLC控制毕业设计论文.docx
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瓷砖自动包装线的PLC控制毕业设计论文
毕业设计（论文）说明书
中文题目：
瓷砖自动包装线的PLC控制
英文题目：
THEPLCCONTROLOFAUTOMATICPACKAGING
LINEOFTILES
摘 要
本文叙述了一种基于PLC控制的五自由度应用型气动机械手的设计。
文中详细介绍了机械手的整体设计、气压传动系统设计、电气控制系统设计等具体内容。
气动机械手由于具有易实现直线运动、控制简便、介质便宜、传动快速、压力低、安全无污染、环境适应性强等特点,从而广泛应用于电子工业、包装机械、印染机械、食品机械、农业机械等领域。
可编程序控制器（即PLC）作为一种工业环境下的计算机控制装置,由于其极高的可靠性及应用极为方便,国内外正在迅速普及,并高速发展,日益成为机电控制及过程控制不可缺少的核心部件。
在工业生产流水线中，利用气动机械手可以准确、快速地进行物品搬运，劳动强度大大减轻，生产的自动化程度得到提高。
而气动技术与PLC技术相结合，则可以更为方便的实现机电一体化控制。
关键词:
五自由度机械手可编程序控制器气压传动电气控制系统顺序功能图顺序控制步进指令自动控制
ABSTRACT
Inthispaper,aPLC-basedcontroloffivedegreeoffreedompneumaticrobotapplicationdesign.Describedindetailtheoveralldesignoftherobot,pneumaticdrivesystemdesign,electricalcontrolsystemdesigndetails.PneumaticManipulatorwitheasytoachieveasaresultoflinearmotioncontrolissimple,inexpensivemedia,drivefast,low-pressure,safenon-polluting,environmentandothercharacteristicsofadaptability,whichiswidelyusedintheelectronicsindustry,packagingmachinery,printinganddyeingmachinery,foodmachinery,agriculturalmachineryandotherfields.Programmablelogiccontroller（PLC）environmentasanindustrialcomputercontroldevices,becauseofitshighreliabilityanditsapplicationisextremelyconvenient,bothathomeandabroadisrapidlyincreasing,andtherapiddevelopmentofincreasinglymechanicalandelectricalcontrolandprocesscontrolcannotbethelackofthecorecomponents.Intheindustrialproductionline,theuseofpneumaticrobotcanaccurately,quicklyandgoodshandling,greatlyreducedlaborintensity,degreeofautomationofproductionisimproved.ThePLCtechnologyandaerodynamictechnology,youcanmoreeasilycontroltherealizationofmechanical-electricalintegration.
KEYWORDS:
FivedegreesoffreedommanipulatorPLCPneumaticTransmissionElectricalControlSystemSequentialFunctionChartSequenceControlStepinstructionsAutomaticControl
附表1元件清单
附表2电磁阀状态表
附图1控制面板布置示意图
附图2电气箱元件排列图
0绪论
近年来，建陶制造从华东和佛山等中高档建陶集中产区向全国迁移；优质建陶企业通过产业迁移加快产业区域布局，同时，优质建陶企业的迁移也带动新建陶产区由低档建陶生产向中高档建陶生产提升。
全国范围内的建筑陶瓷转移、扩张、重新布局也带动全国建陶产业的发展。
从建筑陶瓷整个行业来看，市场空间仍然很大。
虽然建筑陶瓷业在欧美已属“夕阳产业”，但在中国还是“朝阳产业”，还会有很大的发展。
美国金融海啸对中国建陶行业有影响，但并没有想象的那么大，也没有那么可怕。
中国建陶业完全有能力轻松迈过这场经济灾难。
随着我国建筑陶瓷行业发展环境进一步改善，行业整体也将进一步提高。
预计2010-2011年，我国建筑陶瓷行业增长速度将有所降低，收入年均增长率将达到32.0%，利润年均增长率将达到40.2%；2011年，行业收入将达到4798.0亿元，利润将达到287.3亿元。
建筑陶瓷制品由于主要用于内墙建筑或装饰，对于产品辐射防护的安全性显得尤为重要。
尽管原材料的放射性核素的含量随着产地的不同而不同，但考虑到我国经济建设的快速发展，我国原材料的使用量以及所使用原料的生产地也在不断变化，因此，为保护人体健康应对产品放射性进行控制。
1瓷砖及生产介绍
1.1陶瓷墙地砖的品种
（1）功能墙地砖
①多孔性陶瓷坯体的利用：
通过使用高温能分解大量气体的原料和加入适量的化学发泡剂，制成体积密度只有0．6~1．0g／cm3，甚至更低的多孔性陶瓷坯体，这种比水还轻的陶瓷材料有多种用途。
a．保温节能砖：
坯体表面施釉，具有保温节能效果，也便于清洗。
不施釉的保温节能砖，表面粗糙，具有古朴典雅、返古归真的效果。
b．吸音砖：
坯体空隙率高达40％～50％，能起到减音效果，并有防火、保温作用，在室内音响设计中，利用吸音砖可获得最佳残音效果。
c．轻质屋瓦：
制成屋面用瓦，可减轻房屋承重。
d．渗水路面砖：
在砖内形成多孔连贯的气孔结构，能将地面水渗透到地下，具有普通广场砖的风格，又有透水、保水、防滑功能，是目前广场砖的替代品。
②抗静电砖；在人们日常工作活动中会产生静电。
在安放精密仪器的机房内，在存放易燃、易爆物品的仓库内，静电是非常有害的，为此，设计制造了抗静电砖。
抗静电砖通常是在釉或坯中加入具有半导体性能的金属氧化物，使砖具有半导体性能，避免静电积累，达到抗静电的目的。
（2）新型墙地砖
①微晶玻璃砖：
砖的地层采用陶瓷料、面层采用微晶玻璃，成型采用二次布料技术，用辊道窑烧成。
降低了生产成本，解决了微晶玻璃铺贴不便的问题。
②抛晶砖：
又称抛釉砖、釉面抛光砖。
是在坯体表面施一层烧后约1．5mm厚的耐磨透明釉，经烧成、抛光而成的。
具有彩釉砖装饰丰富和瓷质砖吸水率低、材质性能好的特点，又克服了彩釉砖釉上装施不耐磨、抗化学腐蚀性能差和瓷质砖装饰方法简单的弊端。
抛晶砖采用釉下装饰、高温烧成、釉面细腻、高贵华丽，属高档产品。
1.2陶瓷墙地砖性能指标及检测方法
1.尺寸偏差：
用游标卡尺或直钢尺测砖的长度、宽度及厚度（国标：
指每块砖4个变长平均尺寸与工作尺寸的偏差）国标为≤±0.6%：
2.表面质量：
将不少于1㎡的砖正面向上平铺好，并使其各部分光线达到一定标准，然后在规定距离内用眼目测；
国家标准抛光砖：
A、斑点、起泡、溶洞、落脏、磕碰、麻面：
相聚1m处目测不明显
B、裂纹、漏抛、漏磨、磨痕、磨划：
不允许
C、色差：
距砖3m处目测不明显
国家标准釉面砖：
A、缺釉、斑点、落脏、棕眼、熔洞、釉泡、剥边，坯粉：
相距1m处目测不明显
B、裂纹：
不允许
C、色差：
距砖3m处目测不明显
3、变形：
边直度：
测量相邻的边长并做比较，偏差国标≤0.5%
直角度：
以中线与相对应的边长作比较，偏差≤0.6%
平整度：
用对角线的长度与中心凹陷高度作比较，偏差≤0.5%
4、吸水率：
以产品在一定条件下吸收水分来表示，它表示的是坯体烧制的致密程度，吸水率越低，表示产品的致密度越好，另外吸水率还对产品的抗冻性有较大影响。
5、莫氏硬度：
将试样正面朝上、放平，然后手持实验用矿物质施力均匀的在试样正面刻画，再用肉眼观察其划痕情况；莫氏硬度越大，瓷砖的质量越好。
6、耐磨性：
产品表面抵抗外来物质研磨破坏的能力，一般用耐磨转数来表示，转数越多，耐磨性越好。
7、耐急冷急热性：
产品抵抗外界温度急剧变化而不被破坏的能力。
8、耐酸碱性：
用10%的强碱或强酸与砖面接触24小时，用酒精清洗釉面后，用HB铅笔划线，国家标准，用干布擦掉为A级用湿布擦掉为B级，擦不掉为C级。
9、光泽度：
将具有一定要求的黑玻璃的反光能力与被测此片的反光能力相比较，国家标准≥55度。
2瓷砖包装中的机械手
2.1瓷砖包装设备的发展
现代化瓷砖包装的技术特点，主要表现在重视技术创新，以高新技术来推动创新。
重视基础学科研究，大胆吸收其它行业科研成果，运用到新型包装设计与研制中来。
现在，建筑卫生陶瓷行业，瓷砖实现了机电一体化。
瓷砖包装机械设备加工精度高，定位准确，选用控制精度高的机械手依照最佳方案设计、制造出各种一体化瓷砖自动包装线方案，因而能保证瓷砖包装的质量与工作效率。
瓷砖自动包装线的问世是科信达在创新篇章上发出的又一强音。
该设备采用模块化设计方法，分为摞砖、对齐、送纸、折纸、打包五大模块，根据用户的条件与需要合理优化配置模块，使生产效益最大化；而且摞砖模块采用的是升垛式摞砖方式，反应迅速，不损伤瓷砖的表面。
同时，该设备适合塑料角支撑和泡沫支撑两种主流纸盒折叠包装方式，并通过简单的模块调整，能适用于600×600～800×800瓷砖的包装。
每分钟能达到6盒的工作频率，以每盒4块600×600mm的陶瓷砖计，连续工作22小时则可包装11400㎡。
该设备采用触摸屏的人机对话界面方式，更容易、更直观地对包装线进行操作、调试及维护；并采用PLC控制方式，实时监控每个模块的运行动作。
高速度、高效率、易操作，使科信达的瓷砖自动包装线一经推出便得到了市场的认可，成为陶企生产中的好帮手。
科信达自主研发的精明眼检测生产线，一经问世，便引发了陶机装备业的又一次轰动。
用于在线检测瓷砖砖体尺寸（边长、边直度、大小头角度、对角线、对角线差值）的精明眼检测生产线，颠覆了传统的人工检测的生产工艺流程，解决了解决陶瓷企业大批量生产时人工检测速度慢，人为误差大，精度不统一，劳动量大等一系列的问题。
而该公司最近又在原基础上，改进、完善，推出了第二代精明眼检测生产线，增加了人机界面设置，自动程度更高，操作更简单；测量产品的速度与精度都有进一步的提升。
而且该设备达到了100％在线测量，使陶企可通过实时测量，报告砖体尺寸的变化，利于及时调整机器设备参数保证产品质量。
同时，用户可按企业产品标准自行设定参数，设备将根据客户设定的分级尺寸范围，对产品进行分级处理，保证出厂产品尺寸完全符合设定要求。
后续的困扎、缠绕包装，采用光、机、电、仪一体设计，应用了称量传感技术，采用了DSP、PLC控制，产品具有自动化程度高、高效、安全、便捷等特点，其自动化包装机单元、码垛单元及调试监控等技术有创新。
具有800包/小时的生产能力，适应了我国高速发展的规模化生产和高效能现代化仓储物流业发展的需要。
2.2自动包装线的分类
自动包装线是按包装的工艺过程，将各自动包装机和有关辅助设备，用输送装置连结起来，并具有独立控制装置的工作系统。
它能使被包装物品和包装材料按预定的包装要求和工艺顺序，经由各包装机完成包装的全过程。
在自动包装线中，工人不需要直接参与操作，其主要任务不外乎是监视、调整和控制，以保证自动包装线的正常运行。
自动包装线有许多突出的优点，如可提高包装质量、提高生产能力、改善劳动条件、减少占地面积、降低生产成本等。
它特别适用于少品种、大批量的产品包装中。
是包装工业的发展方向。
自动包装线一般可按下列方式进行分类：
（1）按各包装机间的连接特征分类
①刚性自动包装线。
各包装机间用输送装置直接连接起来，以一定的生产节拍运行。
若某一台设备发生故障停车，将引起全线停车。
②柔性自动包装线。
这种自动线在各包装机间均增设储料器，由储料器对后续包装机供料，若某台机器发生故障，并不影响其它机器的工作，因此生产率较高，但投资较大。
③半柔性自动包装线。
这种自动线把全线分成若干段，对故障少者不设储料器，使之具有“刚性”；对故障多者设置储料器，使之具有“柔性”。
既保证了高生产率，投资又不过大。
（2）按组合布局分类
①串联自动包装线。
各包装机按工艺流程单台顺序连结。
各单机生产节拍相同。
②并联自动包装线。
为了平衡生产节拍，提高生产能力，将相同包装机分成数组，共同完成同一包装操作。
这样的自动线称并联自动包装线。
这类线中需设置一些换向或合流装置。
③混联自动包装线。
它是在一条包装线中同时采用串联和并联两种形式。
其目的是平衡各包装机的生产节拍。
该线一般较长，机器数量较多，故输送、换向、分流、合流装置种类多且复杂。
2.3机械手在自动包装中的应用
2.3.1机械手概况
机械手是工业自动控制领域中经常用到的一种能够自动抓取、操作的装置。
多用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。
机械手一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成,主要完成移动、转动、抓取等动作。
由于气动技术是以压缩空气为介质,以气源为动力的能源传递技术,其工作可靠性高、使用寿命长、对环境没有污染,所以在机械手的驱动系统中常采用气动技术。
控制系统是机械手的指挥系统,它通过控制驱动系统,让执行器按照规定的要求进行工作,并检测其正确与否。
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，集计算机技术、自动化控制技术于一体的一种新型工业控制系统。
PLC一般采取易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令,形象直观，特别适合现场操作人员使用。
与传统的继电接触器控制线路相比，PLC控制系统具有结构简单，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，设计、安装简单,易于操作、维修与维护等特点，现已广泛用于工业控制系统中。
机械手控制系统越来越多的由可编程控制器（即PLC）来实现，用它控制机械手来完成各种规定
2.3.2机械手整体设计的基本要求
对机器使用功能方面的要求:
实现预定的使用功能是机械设计的最基本的要求，好的使用性能指标是设计的主要目标。
另外操作使用方便、工作安全可靠、体积小、重量轻、效率高、外形美观、噪声低等往往也是机械设计时所要求的。
对机器经济性的要求:
机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，在设计机器时要全面综的进行考虑。
设计的经济性体现为合理的功能定位、实现使用功能要求的最简单的技术途径和最简单合理的结构
2.3.3对零件设计的基本要求
机械零件是组成机器的基本单元，对机器的设计要求最终都是通过零件的设计来实现的，所以设计零件时应满足的要求是从设计机器的要求中引伸出来的，即也应从保证满足机器的使用功能要求和经济性要求两方面考虑。
要求在预定的工作期限内正常可靠的工作，从而保证机器的各种功能的正常实现。
这就要求零件在预定的寿命期内不会产生各种可能的失效，即要求零件在强度、刚度、振动稳定性、耐磨性和温升等方面必须满足必要的条件，这些条件就是判定零件工作能力的准则。
设计时应合理地选择材料和毛坯的形式、设计简单合理的零件结构、合理规定零件加工的公差等级以及认真考虑零件的加工工艺性和装配工艺性等。
另外要尽量采用标准化、系列化和通用化的零部件。
2.3.4手部结构
机械手手部（末端执行器）结构形式多样，但总的设计都有如下几点基本要求:
一、应具有适当的夹紧力和驱动力，手指握力（夹紧力）大小要适宜，力量过大则动力消耗多，结构庞大，不经济，甚至会损坏抓取物体;力量过小则夹持不住或产生松动、脱落。
二、手指应具有一定的开闭范围，手应具有一定的开闭角度（手指从张开到闭合绕支点所转过的角度）或开闭范围（对平移型手指从张开到闭合的直线移动距离），以便于抓取或退出物体。
三、应保证抓取物体在手指内的夹持精度，应保证每个被抓取的物体，在手指内都有准确的相对位置。
四、要求结构紧凑、重量轻、效率高，在保证自身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减轻手臂的负载。
3机械手控制方式的比较
目前，我国国内的控制方式有以下几种，通过它们之间的对比，我们可以发现PLC控制方式更具有独特的优越性。
3.1继电器控制方式
这种方式简单直接，工作稳定可靠，成本低，但速度慢，效率低。
随着生产规模的发展，机车对加工精度和生产效率及安全性有了更高的要求，继电器、接触器的断续控制方式不能连续准确地反映信号。
除此之外，随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器电路构成的工业控制系统的缺陷不断暴露出来。
首先表现在设计施工方面，继电器控制完成一项控制工程设计、施工、调试必须顺序进行，工作周期长、修改困难等缺点很快体现出来。
工程越大其缺点就越突出，成千上万根导线连接得密如蛛网，只要有一个电器、一根导线发生故障，系统就不能工作，大大降低了可靠性。
3.2单片机控制方式
单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具有生命力的机种，较适用于控制领域，通常情况下，单片机由单块集成电路芯片构成，内部含有计算机的基本功能部件：
中央处理器CPU、存储器和I/O接口电路等。
因此，单片机只、需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，尤其是八位单片机已经成为当前单片机的主流。
单片机的改善主要在以下四个方面：
（1）为了提高工作速度和精度，CPU的功能有了明显的增强；
（2）内部集成存储器的容量和常用的I/O接口电路的种类和数量明显增多；
（3）随着芯片内部功能的增强和内部资源的丰富，单片机所需要的引脚数也要相应地增加；
（4）在很多应用场合，单片机有很小的体积，只需较低的工作电压和极小的功耗。
所以大多数单片机采用CMOS工艺，并增强了空闲和掉电两种工作方式。
尽管如此，其硬件制作质量和抗干扰措施很难达到高标准，且其环境适应能力差，难以在恶劣的工作条件下工作。
3.3微型计算机控制方式
微型计算机开发系统是一种专门用途的微型计算机系统，他有齐全的硬件和丰富的软件资源，它不仅可以用来设计和调试微型计算机样机，而且也可以为微型计算机开发相对路的软件。
利用微型计算机可以实现图形显示、辅助绘图与设计。
但微机控制方式需要掌握难懂的汇编、BASIC、FORTRAL、PASCAL、C等语言，需要较高级的操作人员和环境要求，且不能应用于比较恶劣的工作环境。
而PLC控制方式对操作人员的要求一般，不用学习专门的计算机语言，不需要用到较专业的软件知识，只是需要了解较简单的梯形图语言、操作系统等。
且PLC的I/O接口多，各种配件齐全，很容易构成系统。
3.4PLC控制方式
20世纪70年代末期，可编程控制器进入了实用发展阶段。
计算机技术已经全面引入了可编程控制器中，使其拥有了更高的运算速度，超小型的体积，更可靠的抗工业干扰设计，使其功能发生了质的飞跃。
模拟量运算PID功能及更高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点更加适用于现代工业控制的需求。
从规模上来说，这个时期发展了大型机以及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，这些单元用于压力、温度、速度、位移等各式各样的控制场合；从产品配套上来说，生产了各种人机界面单元、通讯单元，使应用到可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
这种控制方式的特点很多，有：
可靠性高，扩展能力强，逻辑运算能力强，输入输出电路一律采用光电隔离，内部采用电磁屏蔽，从而能更好地适用于工作环境；配套齐全，功能完善，实用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎。
PLC作为通用工业控制计算机，它体积小，重量轻，能耗少；系统设计工作量小，维护方便，便于维修和改造。
PLC用存储逻辑代替界限逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计以及建造的周期大大缩短，是现代工业工作控制系统的良好选择。
通过上文对各种控制方式的比较，我们可以看出此次课题应该采用PLC控制方式更加合理。
21世纪，可编程控制器会有更大的发展，将在工业以及工业以外的众多领域发挥越来越重要的作用。
3.5选择PLC的原因
次设计选择PLC是因为它有它自身的优点：
（1）好的通用性。
PLC采用存储逻辑,其控制逻辑是以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,因而可通过编程来实现各种控制功能。
而传统的继电控制系统要改变控制功能需重新设计和连线,耗时长、耗资大。
（2）高的可靠性。
一方面PLC在硬件上采用了诸如隔离、滤波、屏蔽、接地等一系列抗干扰措施,在模板机箱进行了完善的电磁兼容性设计,对元器件进行了精心的挑选;另一方面,它采用了诸如数字滤波、指令复执、程序卷回、差错校验等一系列软件抗干扰措施及故障诊断技术,以及在系统一级的冗余配置等。
因而它的可靠性很高,其平均无故障时间可达2～5万小时以上。
（3）强的功能。
PLC不仅具有逻辑运算和控制,以及顺序控制等功能,而且还具有模拟转换、数模转换、高速计数、速度控制、位置控制、模拟量调节（如PID控制）以及远程通讯、生产监控等功能。
（4）编程简单,使用方便。
PLC编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图,它是一种面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程方式,容易掌握。
对于企业中一般的电气技术人员和技术工人,这种面向生产、面向用户的编程方式,与常用的微机语言相比更容易接受。
在PLC出现之前，大多数控制设备是用硬接线逻辑设备。
由于他们的逻辑性比较强，所以要对他们改动会比较困难，在更新机械设备的同时，只能研究新的控制设备，这不仅延长了生产周期，而且也提高了生产成本，在产品更新很快的今天，这些不足之处会大大限制企业的发展，降低企业的竞争力。
而PLC的出现解决了以上的难题。
它替代了硬接线控制设备，实现了软件编程，用程序来描述控制过程，要更改生成过程只需要改变程序就可以了。
这大大缩短了生产周期，效率得到了明显的改善。
4控制模型的设计
机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用于按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和自动包装等方面。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用机械
升级会员 