气动捆扎工序的PLC电气控制设计
摘要：随着我国自动化领域发展水平的不断提高，越来越多的企业有意向于选择以自动化的方式完成包装工作，本文阐述了一种以三菱S-320型PLC为控制核心的气动捆扎电气控制系统的设计。他应用现有的PLC的系统和气动系统相关联，在很多的自动化产业中应用越来越来广。具有的先进模式是其他传统所不能比拟的。
关键词：气动，捆扎，PLC
The Electronic Control Design of the Pneumatic bundling process
Abstract：With the development of industrial automation level, the robot is playing increasingly important in the industrial production. There are increasing number of enterprises attempting to choose a way of automation for packing. This paper describes a design using Simens PLC s-320 to control the production line of pneumatic bundling process. He applies the existing PLC system to the pneumatic system and is widely used in many automation industries. The advanced mode is unmatched by other traditions.
Keywords: pneumatic, bundling, PLC
1、绪论
1.1 课题来源及研究意义
本课题来源于物流行业中包装过程的实际生产情况。无论在生产零部件的工厂还是在单纯的提供物流服务的仓库，他们都面临着对待运送的物件进行包装扎捆的工作，其目的是为了保证在长途运输的过程中，整个物体不会受到外力的影响，例如碰撞，而受到损坏。在过去的实际工作环境中，因为物体的大小不一，且包装箱规格的不规范，导致这些工作几乎是靠人力手工完成。
手工扎捆带来的第一大问题就是工作效率低下。因为手工扎捆的速度完全依赖工人工作的熟练程度。一名熟练的工人的工作速度与新手的工作速度是不能想比的，经过最近对5家相关企业中关于手工扎捆速度的统计，工作2年以上的扎捆工人的速度比刚工作的新人的工作速度高出约50%。因此，新手的工作熟练程度极度影响了企业生产的效率。然而，随着我国生产能力的提高和物流行业的发展，单纯地依靠手工对物件进行扎捆已经不能适应企业的实际发展需要，特别是在当前市场经济竞争如此激烈的环境之下，任何效率低下的生产工艺都必将导致整个企业处于落后的地位。
除此之外，手工扎捆还带来了扎捆标准和质量不一致的问题。因为手工扎捆工艺的质量完全依赖于执行该工作的工人的操作。因此，有经验的工人和新手对物体的捆扎所产生的效果是不一样的。有经验的工人知道在扎捆的过程中，哪个部分需要特别加固，哪个部分可以简单包装，而新手可能会随便包装，从而导致被包装的物件可能因为捆扎不牢导致在运输的过程中受到损坏，为企业带来损失。更严重的是，因为不同的工人采用的包装方法和技术不同，会导致在包装时所用到的相关材料不一致，导致产生了不同程度的浪费，为企业造成了成本损失。
为了弥补手工扎捆工作所带来的一系列问题，本文从电气自动化的角度进行考虑，利用当前的计算机自动控制技术与气动控制相结合，将原文重复的手工扎捆工作改造为由可编程控制器控制的机械设备完成。用户可以通过在人机界面上设定工艺过程中的相关参数使机器按照预定的工作流程完成扎捆工作。其目的是在提高生产效率的同时，还可以规范扎捆的工作标准和提高待包装产品的扎捆质量。其产生的效果将提高企业生产的效率并且有利于企业核算成本，更重要的是标准化和高质量的扎捆使产品在运输的过程中不会因扎捆不牢而受到损失。
1.2国内外发展现状
国内的自动化捆扎技术发展较晚，因为我国在最近几十年有强大的人口红利优势，其相关领域工人的薪资要求较低，因此，大多数的企业往往忽视了捆扎的成本核算，这导致了许多的企业在捆扎的工作上采用的是人工操作。
而与之相反的是，因为国外的人力成本较高，且上游生产的工作由机器设备自动化完成，其生产效率极高，因此，单纯地依赖工人手工完成工作是不可能完成的。因为每个工人的劳动强度是有限的，因此，为了完成大量的物件打包，各个企业只能通过增加相关操作的工人数量来达到生产目的。但是，国外蓝领工人薪资水平非常高，这在很大程度上增加了企业的经济负担。因此，国外发达国家早在32世纪初就进行了关于自动化捆扎技术的研究，如美国的SIGNODE公司、德国的 CYKLOP公司等。特别是在五十到六十年代，其全球的生产中心转移到日本之后，日本的工程师利用高强度的塑料袋的物理特性改进了捆扎的工艺。他们开发了基于电脑控制的电气自动捆扎设备，通过利用机械设备将塑料袋在物件的固定角度进行捆扎，替代了手工劳动带来的各种问题。
我国于1976年开始了相关的理论研究，并在相关企业进行了试点，设计并完成了一些相关的机械设备。随着近32年国内外技术交流的深入，越来越多的企业引入了利用电脑控制的机械设备，因此其捆扎工作领域也由原来的单纯电气控制向计算机与电气控制相结合的方向发展，并在市场上出现了一系列的相关产品，如安徽赛耐尔为代表的自动化捆扎设备生产商。
一、选题简介、意义
气动捆扎工序是近二十余年来随着现代包装工业发展和运输集装化发展而发展起来的机、电、光、气一体化的新型包装设备所应用的技术，它是产品包装实现机械化、自动化的关键之一，它不仅提高生产效率，改善生产条件，降低生产、运输成本，而且对产品包装起到装饰作用，增强产品的市场竞争力，这个现状不断刺激着捆扎工件电气控制设计的更新换代，体现在不仅仅生产效率要提升，成本的降低，而是品质、安全、环保上跟上整个行业的实际需求和发展趋势。本课题着重研究以气动元件为核心的电气控制系统，气动系统是以压缩空气为工作介质进行能量传递或信号传递的系统。它以压缩空气为动力，通过气动元件来完成预定要求切割气缸伸出，实现生产过程的机械化及自动化。主要核心执行机构采用气缸，整个工作过程主要有送带、收紧、切烫、粘结四个环节组成，整个工序采用电气-气动程序回路设计。单一的电气控制是现行的大多数方式，而电气-气动执行系统更胜在稳定，在成本上也有所降低。这样的电路设计的好处相比单一的电气控制系统减少了负荷，在安全上也达到了相应的要求。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
一）、主要内容
本文研制的捆扎工件电气控制设计电气控制方法，以纸箱、塑料包裹为主要捆扎对象，主要内容包括：送、退带捆紧机构的研究、剪切和粘合机构的设计，主要的研究内容是执行气动系统的设计、材料的选用、形式的选择等，核心部分是通过继电-接触器系统和PLC控制气动机械完成工作实施。
（二）、方案选择
整个系统为机械系统和控制系统，控制系统为送带、退带张紧机构，捆扎封接机构。控制系统分为有收紧机构，捆扎工件电气控制设计构，夹压剪切机构。
（三）、主要的解决的问题
1.电气控制方案
在打捆过程中，气动控制主要实现了位置控制。相对于电机控制而言，气缸在实现来回伸缩控制方而有其独特的特点和优势;具有切割气缸伸出实现简单，可大大减少辅助机构的设计(相对于电机控制而言)。气缸的运动过程由电磁阀进行控制，简单易行。
机电配合的整个工作过程如下:
（1）接通电源,PLC开始工作,电热烫头开始加热升温；
（2）手动将带拉出，将包装带缠绕捆扎物一周，当带碰到行程开关后，气动手指夹紧捆扎带，1S后拉带气缸伸出，执行气动手指带动工件带前行；
（3）3s后气缸伸出，实现收带，对包装件进行捆紧；
（4）前行到位，制动气缸，将捆扎带固定；
（5）粘合气缸伸出，热熔搭接器开始对包装带加热。3S后缩回；
（6）切割气缸夹紧将包装带切断并迅速下移；
（7）气缸收缩，捆扎完成。
2、基于PLC的执行元件控制系统设计
系统硬件配置包括PLC、行程开关、电磁阀、单向节流阀、气泵等组成。
（四）、预期目标（元器件选型）
PLC可编程逻辑控制器，电源部分可直接接入交流电。
单向节流阀
单向节流阀由单向阀和节流阀组合而成，常用于控制气缸的运动速度，也称为速度控制阀。安装时要在排气路上安装，已达到排气节流的目的。
气缸
要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；
要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；
有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；
不允许活塞杆执行转，可选具有杆不执行功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，活塞杆伸出端安装防尘罩，要求无污染时需要选用无机油。
目标：通过该毕业设计，熟练掌握电气控制设计开发基本理论知识，练地运用编程工具实现设计应用系统，培养分析问题和解决问题。
要求：
① 系统分析正确，系统设计合理有效。
② 绘制必须的程序流程框图。
③ 用图表形式表示不同功能模块的实现。
④ 完成整个系统的开发设计工作。
⑤ 论文正文字数不少于1.5万汉字，按照规定格式、编辑、打印、装订。
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
毕业论文结构组织如下：
1、绪论
1.1课题来源及研究意义
1.2国内外发展现状
2、总体控制结构设计
2.1系统总体结构设计
2.3硬件总体设
2.4软件总体设计
3、气路原理图
3.1气路硬件选用论证说明
3.2气路硬件选用明细表
4、电气原理图
4.1电气元件选用论证说明
4.2电磁阀选型
4.3电气元件选用明细表
5、PLC外部接线图
5.1 PLC程序编程说明
5.2 流程图或顺序功能图
6、PLC程序梯形图
6.1触摸屏组态方案的设计
6.2 PLC与触摸屏的通讯
6.3模拟调试情况
7、小结
参考文献
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