自动装箱与包装机及其控制系统设计.doc

长春理工大学毕业论文I第一早绪论.1.1包装机械发展简史 11.2我国包装机械的现状 11.3包装机械的发展趋势 2第二章总体设计 32.1 设计方案 3第三章 机械部分 53.1 传送带部分 53.2档箱阀部分 63.3夹具体部分 7第四章电控部分 104.1硬件设计 104.1.1 总体设计 104.1.2 键盘输入部分 124.1.3显示输出部分 124.1.4 并行接口的扩展 134.1.5 光电检测系统 164.1.6 电机驱动电路 194.1.7 “看门狗”电路 214.2软件设计 234.2.1系统分析及框图设计 234.2.2系统内存分配 244.2.3系统程序 25结 论 30参考文献 31致 谢 32长春理工大学毕业论文第一章绪论1.1包装机械发展简史包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械它是随着新包装材料 的出现，和包装技术的不断革新而发展的中国发明的造纸技术，在历史上为纸包装的 产生提供了条件1850年世界纸价大跌，纸包装开始用于食品1852年美国的沃利发明 出制纸袋机，从而出现纸制品机械1861年德国建立了世界上第一个包装机械厂，并于 1911年生产了全自动成形充填封口机。

1890年美国开始生产液体灌装机，1902年又生产了重力式灌装机20世纪初，英 国的杜兰德采用金属容器保存食物，从而出现各种罐头包装食品二十世纪60年代以来，新材料逐渐代替传统的包装材料， 特别是采用塑料包装材料 后，包装机械发生重大变革超级市场的兴起，对商品的包装提出了更新的要求为保 证商品输送快捷安全，集装箱应运而生，集装箱体尺寸也逐渐实现了标准化和系列化， 从而促使包装机械进一步完善和发展⑴1.2我国包装机械的现状我国的包装机械行业是在市场经济浪潮中诞生的一个新兴行业，近几年发展很快， 取得的成绩也是显著的，但与国外产品相比存在一定的差距拿饮料加工机械设备这一 行业进行比较：从生产规模，生产效率角度看，国外包装机械生产规模大、速度快、效率高例如， 美国机械化程度较高的10家饮料公司生产占全美总产量的 70%以上，而可口可乐和百 事可乐饮料产量则占市场总量的一半灌装速度已由上 -世纪50年代的150瓶/分钟发 展到现在的1200瓶/分钟，最高可以达到2000瓶/分钟［2］从自动化角度看，国外包装机械采用计算机控制工序和加工程度化，并配备各种参 数计量装置，使包装、计量检测一机完成，自动化程度高。

例如，为控制配料精确度， 在生产系统中普遍装有与微机相连的流量机、速度计等连续测量装置，并由计算机控制 每道工序的起始和结束，控制各种配料的浓度和流量，误差精度可控制在千分之一的精 度内，饮料生产设备一般都装有 CTP系统，用微机对清洗过程实行控制从生产卫生和质量角度看，国外的包装设备一般都采用不锈钢制造，并十分重视空 瓶、实瓶和自动检验设备的原地高速、高效清洗等，以保证产品质量达到高度卫生1.3包装机械的发展趋势我国要赶上国际包装机械发展的步伐必须先了解各国包装机械发展的趋势目前， 世界各国对包装机械发展十分重视，集机、电、光、声、磁为一体的高新技术产品不断 涌现生产高效化、资源高利用化，产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已 成为国际包装机械的发展趋 势⑶要实现这一目标可以从以下几方面着手：在产品结构上，包装机械行业应以市场为导向，改变目前以低技术含量为主、低水平 竞争的状况，淘汰一批低效高耗、低档次、低附加值、劳动密集型的产品 ，努力开发生产高效低耗、产销对路的大型成套设备和高新技术产品在包装功能上，由于包装机械的最终目的是完成产品包装 ，提高工作效率，因而在工 农业产品趋向精致化与多元化的发展时期，要求包装机械产品朝着产品多功能与单一高 速的两极化方向发展，如可口可乐产品的包装要求是速度与质量，而包装结构的变换是次 要的；对于糖果包装就需要枕式的、异形的、联体的，这些产品的包装要求在一台包装机 上完成。

在技术性能上，要将其他领域的先进技术应用在包装机械上，如机电一体化技术、热 管技术、远距离遥控技术、自动柔性补偿技术等，使产品技术性能大幅度提高在设计思路上，结构设计的标准化与模块化应为同一种模式，这样可以利用原有机型 进行模块化设计，以便在较短时间内开发出新机型，提高产品更新换代的速度，同时也有 利于包装机械的专业化生产在生产制造上，专业化生产已成为趋势国际包装机械厂商 都十分重视包装机械零部件的通用性，一些通用标准件不再由包装机械厂生产，某些特殊 的零部件则由高度专用化的生产厂家生产，而真正的包装机械厂在某种意义上只是组装 厂而我国的包装机械企业也不必做大做全 ，而应集中力量发展核心技术，提升产品的竞 争优势 -第二章总体设计2.1设计方案本论文的任务就是设计出一套适合各种灌装饮料或罐头的包装系统的总体结构，它 是以单片机控制为基础的，集光、机、电为一体的一套机械设备该设备具有上面所提 到的生产效率咼、自动化程度咼、保障食品安全，减少生产消耗等优点设计的主体为 一套装箱的检测和控制系统，包括控制系统的组成，控制器、传感器的选择，接口设计 及主程序的编制另外，基于市场调研，关于装箱机械手的设计已非常成熟，如南昌大 学邹文生教授关于全自动装箱机机械手的设计，他采用气动吸瓶头的设计，实现抓瓶平 稳可靠，另外结构也简 单⑷右⑸。

而本文的机械部分主要是箱体的自动检测和定位机构——> :CC OOOOO CCCCC CCCccccccccccccccccc ooooo ccccc OOO00r1 r1!自动走瓶台机 械 手纸箱rrr 〈夹具图2.1装箱工艺流程图根据“自动装箱”这一设计要求，系统必须满足以下要求： 1具有对箱体的自动走箱、定位功能；2对罐头或者瓶体的自动走瓶功能；3机械手的自动抓瓶、提瓶、运瓶、 放瓶功能；4箱体装满后的自动运输功能；5保证以上四步动作按一定的时序完成；6对 箱体和瓶体的大小具有对结构的调节功能图 2.1为装箱工艺流程图，它的基本流程是：从灌装机源源不断地传来的瓶子流入各走瓶槽内，在终端排成方阵，由机械手从走瓶台上 一次抓起一箱的瓶子装到走箱槽上的空箱内空箱不断从入口进入走箱槽，到达装箱工位 后,等待装箱,装满后继续前进，传给打包机全部传输都是最简单的直线运动，不仅机械 结构和控制线路简单，而且运行可靠本文主要研究的是传送箱体这一流水线上的机构以及控制部分图 2.2为装箱工位的示意图，当纸箱5经输送皮带1传送过来，传送带由电机7，经减速器8减速后带动 当纸箱到达光电检测开光4处，开关命令传到控制系统，控制系统则控制挡箱阀 2快速 升起，挡箱阀由升降电机6带动，当纸箱5撞击到挡箱阀2时，延迟3秒，以保证倾斜 的纸箱左侧与挡箱阀齐平，完成水平方向的定位。

3秒后主电机停止，即传送带1停止运 动，同时启动纸箱两侧的夹具 3，完成对纸箱的前后定位定位完成以后，系统再延迟 30秒，这30秒系统用来完成装箱的操作，30秒后夹具3松开，同时挡箱阀2快速下降， 这些操作系统设置用3秒完成，3秒后主电机启动，把装满的纸箱运走1 2 3 4 5图2.2装箱工位示意图另外，在设备开始工作之前，可以设置一个每次运行的装箱数，通过键盘输入在 装箱时，通过七段发光二极管实时显示当前的装箱数当装箱达到设定的数时，系统等 待下一步命令：1系统停止运行；2保持这个装箱数，进行下一次装箱循环； 3改变装箱数，然后再运行在对于箱体的系统设计中，要求完成以下功能：（1） 包装箱数可用键盘设定及修改2） 包装箱体传送带可由程序控制，当箱体传送到指定位置后，光电检测开关发 出状态信号，控制挡箱阀的状态，当箱体撞击挡箱阀时，挡箱阀再输出一状 态信号，控制主电机的状态及侧位夹具的状态，定位完成后，系统设定一段 延时，用来完成机械手的装箱工作，装箱完成后延迟结束，主电机工作，把 装满的箱体运走3） 装满的箱体运走后，系统产生一记数脉冲，由计算机进行统计计数，并不断地与设定值比较，当未达到设定值时，重复步骤（2）的过程，直至满足了设 定值指定的箱数，关断电机，等待新的操作命令。

4） 设置启动开关和停止开关，以备必要时进行人工干预5） 包装的箱数应用数字显示，便于操作人员对工况的了解，如发生错误给予停 止中断第三章机械部分3.1传送带部分图3.1传送带动力装置示意图图3.1为传送带动力装置示意图，传送带电机输出扭矩，经 1/2V带减速、1/50减速器减速后，带动传送带运动动［12］按工作条件和要求，选用一般用途的 丫系列三相异步电动机三相异步电动机由定 子、转子、轴承、机壳、端盖等构成定子铁心槽中嵌装三相绕组（有单层链式、单层 同心式和单层交叉式三种结构）定子绕组成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋 转磁场，在转子导体中产生感应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下， 又产生电磁转柜（即异步转柜），使电动机旋转由于三相笼型异步电机具有结构简单、 价格便宜、坚固耐用、维修方便等优点，所以得到广泛的应用据统计，在一般工矿企 业中，笼型异步电机的数量占电力拖动设备总台数的 85加右［5］电机的输出功率Pd为Pd=Fv/1000 a设定运输带的有效拉力F=10000 N,运输带的速度v=0.2m/s.电动机至运输带的传动总效率为a二带承4齿2联卷4 2=0.96 X 0.99 X 0.98 X 0.99 X 0.96 〜0.84则 Pd=Fv/1000 n a=10000X 0.15 - 1000-0.84 〜1.79kW选定电动机的型号为 Y100L2-4其基本参数为表3.1传送带电机参数电动机型号额定功率/kW满载转数/r.min -1堵转转矩最大转矩额定转矩额定转矩Y100L1-42.214202.22.2知道了电机的型号和减速比，可以向生产厂家购买现成的减速器、减速带轮、 V带3.2档箱阀部分为了便于装配，使系统更为紧凑，挡箱阀电机选用特殊电机一一升降电机，直接实 现挡箱阀的升降，能满足一次上升到最高位置、一次下降到最低位置。

其基本参数如下表3.2档箱阀电机参数产品型号电压负载行程速度固定方式回馈信号IMD3 M12V/24V DC700N50 〜300mim 〜75mm/s5两端点固定可变电阻挡箱阀部分相当于一个行程开关，将机械位移转变为电信号，用来控制生产机械的 动作这里当空箱撞击挡箱阀后，延时 3秒，确保空箱在传送带方向的准确定位，再启 动夹具部分，完成垂直与传送带方向的定位图3.2滚轮式行程开关的内部结构1-滚轮2-上转臂3-盘形弹簧4-推杆5-弹簧6-小滚轮7-压板8、9-触点10-擒纵件11-压缩弹簧中点时，盘形弹簧3和弹簧11都使擒纵行程开关又分为直动式行程开关、滚 轮旋转式行程开关、微动式行程开关和组 合式行程开关⑹直动式行程开关虽然结 构简单，但是触头的分合速度取决于撞块 移动的速度荣撞块移动速度太慢，则触 头就不能瞬时切断电路，使电弧在触头上 停留的时间过长，易于烧蚀触头。