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包装自动线控制
1、课题说明
课题简介
包装自动线结构
包装自动线是依据包装工作过程要求而设计制造的一种高效率自动化设备，
具有计数，移动功能。题中包装生产线由输送待包装产品的输送带，产品计数装
置，产品分离与推送装置组成。包装自动生产线的输送带采用电动机驱动，分离
产品的挡板机构和退出产品的推送机构采用气动系统驱动，由电气控制系统实现
工作自动循环的控制，是典型的机电或机液（气）一体化的自动化工作设备。
包装自动线输送带持续转动，源源不断的将待包装产品送往打包工作台；待
包产品随机摆放在输送带上，通过到位检测传感器检测是否到位，旋转编码器计
算进入包装工作台的产品数目，挡板机构在计数产品达到指定数目（4 个）时上
升，挡住后面的产品；推板机构将计数好的产品推到打包位置，从而完成一次打
包循环。包装自动生产线结构及运动部件工作循环如图所示。
包装自动线控制要求
(1)包装自动线打包工作过程
包装自动线打包工作时，由于人工不断将待包装产品放置在输送带上，包装自
动完成计数，分离和送出，其工作过程如图所示。
（1） 包装自动线的控制要求
包装自动线的控制要求，是必须能满足自动线所有的工作要求。包装自动线
的工作要求包含三个方面，工作方式要求，工作过程要求，安全稳定要求。
（2）包装自动线工作方式要求
为保证包装自动线能够处于正常工作，要求具备二种工作方式；
○1 输送带能够点动向前调整；挡板，推板能够分别调整；
○2 整机全自动工作循环
（3）包装自动线工作过程要求
包装自动线工作过程是自动线在正常包装时整机全自动循环的工作过程，其
过程需要满足如下工作要求：
○1 按下启动按钮，输送带启动，输送带包装产品；
○2 挡板与推板在原位，待包装产品到达检测位置，检测传感器信号出发计数；
○3 到达计给定数值后，挡板上升 2 秒后，推板前移推出工件；
○4 推板退回，到达原位后，挡板下降；
○5 按下停止按钮，生产系统停止。
（4）包装自动线控制系统元件配置与工作要求
包装自动线输送带电机为 ，挡板机构与推板机构由气压系统驱动，供
气站气泵电动机为 2KW，挡板和推板动作方向通过电磁阀控制。自动循环工作
时，所有工步切换由行程开关控制。电器元件工作关系如表所示
电器元件工作关系表
（5）包装自动线安全稳定工作要求
○1 具有运动部件间安全工作的联锁功能；
○2 具有位置保护功能（如限位 ,越位 ,相对位置保护）
○3 电气控制系统具有短路，电动机过载等保护功能；
○4 具有应急操作功能
○5 具有照明，指示灯辅助功能。
课程设计的目的
《机电传动控制》课程设计为该课程的实践环节，在本课程设计的过程中，
通过课程设计实践环节巩固和加强<机电传动控制>课程所学习的知识，掌握课程
知识实际应用的能力。使学生能够运用机电传动控制的原理和分析问题，解决问
题的方法，并能综合已学知识，进行简单控制系统设计，PLC 控制程序设计，增
强编程软件使用的能力。
2、课题任务分析
设备机构组成分析:
依据包装自动线控制系统设计任务书分析可知：包装自动生产线由输送待包
装产品的输送带，产品计数装置，产品分离与推送装置组成。包装自动生产线的
输送带采用电动机驱动，分离产品的挡板机构和退出产品的推送机构采用气动系
统驱动，由电气控制系统实现工作自动循环的控制。
设备工作过程分析：
包装自动线输送带持续转动，源源不断的将待包装产品送往打包工作台；待
包产品随机摆放在输送带上，通过到位检测传感器检测是否到位，旋转编码器计
算进入包装工作台的产品数目，挡板机构在计数产品达到指定数目（4 个）时上
升，挡住后面的产品；推板机构将计数好的产品推到打包位置，从而完成一次打
包循环。
3、控制方案设计
任务分析
控制要求分析
(1) 包装自动线能够处于正常工作，要求具备二种工作方式，即：
○1 输送带能够点动向前调整；挡板，推板能够分别调整
○2 整机全自动工作循环
(2) 包装自动线工作过程是自动线在正常包装时整机全自动循环的工作过
程，其过程需要满足的工作要求有：
○1 按下启动按钮，输送带启动，输送带包装产品；
○2 挡板与推板在原位，待包装产品到达检测位置，检测传感器信号出发计数；
○3 到达计给定数值后，挡板上升 2 秒后，推板前移推出工件；
○4 推板退回，到达原位后，挡板下降；
○5 按下停止按钮，生产系统停止。
控制方案
由设备条件和控制要求分析结果可以确定控制方案如下：
（1） 输送带电机启动和气泵启动采用开关量控制
（2）基于设备自动工作的要求，选择 PLC 为主要控制器件构成控制系统由
于控制对象为单机设备，控制系统属于小型系统，因此选用三菱公司型号为
FX2N 的 PLC 产品；
由于工作要求确定，控制系统可运行在 2 种模式下，即全自动工作循环
和手动调整工作；
（1） 2 台电动机均为直接启动控制，单方向转动。电动机无制动控制；
（2） 电动机驱动电路三相电源供电，线电压 380V
（3）PLC 主机工作电源为交流电源，电压 220v，交流接触器线圈使用交流
电源，电压为 220v；电磁阀的电磁铁使用 24v 直流电源，主令控制电器及行
程开关等使用 24v 直流电源。
（4） 控制系统具有短路和过载保护功能；
（5）使用信号灯显示机床工作状态。
设计主电路
包装自动线电气控制主要由两部分组成，即电动机驱动系统（主电路）
和由 PLC 设备构成的控制部分，系统电路图如图所示。
主电路图
电器元件明细表
符号 名称及用途 符号 名称及用途
M1 输送带电动机 SB1 总停按钮
M2 气泵电动机 SB2 启动按钮
KM1 输送带接触器 SB3 输送带点动按钮
KM2 气压系统接触器 SB4 挡板上升点动
KM3 检测器接触器 SB5 推板前移点动
KM4 挡板上升自锁接触器 SB6 推板后移点动
KM5 推板后移自锁接触器 SB7 挡板下移点动
KM6 挡板下降自锁接触器 SB8 停止自动循环按钮
KM7 推板前移自锁接触器 SB9 恢复自动循环按钮
QF PLC 电源开关 SA1 自动/手动选择开关
QS 电源隔离开关 SQ1 产品到位检测
SQ2、 SQ3 推板前、后移极位开
关
FU1、FU2、FU3
FU4、FU5、FU6
短路保护熔断器
SQ5、SQ6 挡板上升、下降极位
开关
HL1 气压系统指示灯 FR1、FR2 电机过载保护热继电
器
HL2 输送带电机指示灯 YV1、YV2、 挡板移动电磁阀电磁
铁
YV3、YV4 推板移动电磁阀电磁
铁
HL3 自动运行指示灯
VC 整流器
HL4 手动指示灯 TC 变压器
PLC 选型设计
本系统选用三菱公司型号为 FX2N 的 PLC 产品。
I/O 分配表
电器元件信号与 plc 连接的通道分配表
输入 输出
元件 通道地址 说明 元件 通道地址 说明
SB1 X001 总停按钮 HL1 Y002 气压系统指示器
SB2 X002 启动按钮 HL2 Y004 输送带电机指示灯
SB3 X003 输送带点动按钮 HL3 Y005 自动运行指示灯
SB4 X004 挡板上升点动 HL4 Y006 手动指示灯
SB5 X005 推板前移点动 YV1 Y007 控制挡板上升电磁
铁
SB6 X006 推板后移点动 YV2 Y011 控制挡板下降电磁
铁
SB7 X007 挡板下移点动 YV3 Y010 控制推板前移电磁
铁
SB8 X100 停止自动循环按钮 YV4 Y011 控制推板后移电磁
铁
SB9 X101 恢复自动循环按钮 KM1 Y003 输送带接触器
SA1 X010 自动/手动选择开关 KM2 Y001 气压系统接触器
SQ1 X020 产品到位检测 KM3 Y013 检测器接触器
SQ2 X021 推板后移极位开关 KM4 Y012 挡板上升自锁接触
器
SQ3 X022 推板前移极位开关 KM5 Y014 推板后移自锁接触
器
SQ5 X023 挡板上升极位开关 KM6 Y015 挡板下降自锁接触
器
SQ6 X024 挡板下降极位开关 KM7 Y016 推板前移自锁接触
器
I/O 端子接线图
4、控制流程分析
流程图
由于控制系选择三菱系列 PLC，该产品具有顺序控制的特殊用法，即步进控
制。步进控制采用状态转换的方式简化控制条件，使得控制程序设计简洁方便，
包装自动控系统工作过程为典型顺序控制，因此采用步进控制，其控制流程设计
采用与控制流程图功能一致的状态转移图描述。流程图如下所示：
梯形图
根据上述过程的分析设计，编写梯形图如图：
指令表
由梯形图得指令表如下图：
5、设计小结
机电传动控制被普遍应用于现代化的各种机械，学习机电传动控制有着十分
重要的现实意义。作为学习机械设计的大学生，了解并学习机电传动控制以及
PLC 是非常必须的。而机电传动控制课程设计无疑是进一步巩固我们所学机电传
动控制知识的非常有效的途径。通过本次课程设计使我对设计 PLC 控制电路有了
初步的了解，通过自己对课题的分析以及与同学的讨论研究和参考各种相关书籍，
使我对 PLC 控制系统的工作方式和基本组成有了清晰具体的了解。通过课程设
计，理论联系实际，使我对以前课堂所学机电传动控制的有了系统的整理和巩固。
同时，本次课程设计也是一次对我自己设计能力的锻炼和考验，使我受益匪浅。
当然，在设计过程中遇到问题是不可避免的。我们所设计的课题要求对每一
个产品都准确计数，但是现实中可能会出现两个产品连在一起的情况，这样就有
可能把两个产品误计成一个，这是不被允许的，所以，我们必须解决这个问题，
后查询相关书籍，参考相关的项目我们发现用旋转编码器与产品到位检测组合使
用可以解决这个问题。然后在对编写的梯形图进行调试的时候，自动工步 S0 与
手动工步 S30 会不断闪烁，但是编写梯形图并转换的时候能正常转换，既没有逻
辑问题，我百思不得其解，不知道问题在什么地方。另外，也不知道该如何编写
梯形图，可以使得自动工步与手动工步可以正常选择和切换。编写完程序，对于
如何选择 PLC 型号又出现了新的问题，通过查询相关书籍并参照类似的系统，最
终根据我们的课题系统为小型系统并且需要手动和自动控制等，最终我们选择
FX2N 型号的 PLC。
参考文献
[1]海心、赵华主编 .机电传动控制 .高等教育出版社出版 .2008 年
[2]周军，海心 .电器控制及 PLC.北京：机械工业出版社 ,2001,6
[3]海心 马银忠 刘树青主编 .西门子 PLC 开发入门与典型实例 .人民邮电出版
社 .2009 年 1 月
[4]宋伯生 .PLC 编程实用指南 .北京：机械工业出版社，2007，2
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出版社 2006，8
[6]付家才，PLC 实验与实践 .北京：高等教育出版社 ,2006,5
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[8]汪小澄，袁立宏，张世荣 . 可编程序控制器运动控制技术 .北京：机
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[9]洪志育 . 例说 PLC. 北京：人民邮电出版社 ,2006,6
