花式立体冰激凌PLC系统设计 毕业设计

1、摘要随着科学技术和经济的发展，人们对冰淇淋的生产提出了更高的要求。作为生产高档冰淇淋的自动化设备立体花式冰淇淋成型机，主要由机架及传动部件、灌注造型头、料泵组件、控制系统组成。控制系统主要由可编程控制器（plc）、人机界面(hmi)、气缸和各种传感器等组成。本文主要介绍了成型机的控制部分，包括气动系统设计、plc和hmi的选择、plc程序、人机界面设计等。基于plc控制系统的成型机具有友好的人机交互界面，操作简单，控制集中，效率高,劳动强度小，具有较高的性价比，特别适合中小型企业的要求。关键词：plc，人机界面，冰淇淋成型机abstract with the development of sc

2、ientific and technological and socio-economic, higher request for ice cream production has been put forward. as stereo pattern cream former which produces high-grade ice cream, it mainly includes the frame and transmission components, nozzles for dosage and shaping, subassembly for pumping material

3、and control system. control system is mainly made of programmable logic controller (plc), human machine interface (hmi), air cylinder and many kinds of sensors, etc. this article mainly introduced the control segment of the former, including the pneumatic control system design, the selection of plc

4、and hmi , plc program, man-machine interface design, etc。based on plc control system has friendly man-machine interface, easy operation, high efficiency, centralized control , labor intensity is small, with high performance, especially suitable for small and medium enterprises.key words： plc; human

5、machine interface; ice cream former; 目 录摘要iabstractii第一章 绪论11.1 冰淇淋成型机的现状及发展趋势11.2 冰淇淋成型机的意义及价值2第二章冰淇淋成型机机械结构设计32.1 设计方案论证与比较32.2 传动部分42.3 棘轮机构52.4 输送带5第三章 气动系统设计73.1 工艺方案的分析73.2 气动系统的确定83.2.1 气压传动的特点83.2.2 输送带与其他执行器的互锁93.2.3 挡料气缸、送料气缸及切料气缸103.2.4 气动系统原理图103.2.5 气动元件的选择11第四章 控制系统硬件设计124.1 控制方案确定124.

6、2 可编程控制器134.3 触摸屏144.4 plc控制盒设计154.5 可编程控制器的接线16第五章 控制系统软件设计175.1工艺流程分析175.2 电磁阀动作时序图175.3 触摸屏195.4 plc i/o分配215.5 步进梯形图225.6 指令程序如下：26第六章 总结29参考文献30致谢3115毕业设计第一章 绪论1.1 冰淇淋成型机的现状及发展趋势冰淇淋以其时尚美味的感受，从19 世纪问世以来，受到了世界各地人们的喜爱。欧美消费者对冰淇淋的消费已做到普及，它不再是季节性的消费品，而是日常和餐后的必备的消费品。统计数据显示，国内冰淇淋市场冬季是夏季的1/30，而这个差距在美国是1

7、/2 到1/3，季节性的差异反映了消费结构的单一以及产品发挥的功能单一1。数据显示，2007 年我国冰淇淋市场的产销量达256 万吨，同比增长12%，实现销售额308亿元左右。预计2010年中国市场规模将达到280万吨，人均消费量可达2.1公斤/年；2015年产销量将达到320 万吨,人均消费量可达2.4 公斤/ 年2。而且随着人均收入增加、消费水平的提高、消费群体不断扩大以及城市化的发展,人们的冷饮消费习惯和消费能力有所改变和增加。这些都为中国冰淇淋市场结构升级和市场壮大提供了前提条件。因此，加工冰淇淋机械的市场前景同样非常广阔。近年来冰淇淋行业竞争激烈，国外知名企业看好中国市场，纷纷进军中

8、国，给国内企业以很大的竞争。并且成型设备存在的缺陷，成型机的性能不高，制约了我国高档软冰淇淋行业的发展。所以，尽快研制出高性能的国产冰淇淋成型机，以推动冰淇淋行业的快速发展。目前国内设备大多数是以80年代前期的进口设备测绘开发的，由于长期良好的市场需求，冰淇淋生产企业又多为新建企业,在技术标准上要求不高。造成了国内冰淇淋的成型机械整体的精度不高，给生产厂家的质量控制和品质提高带来困难，反过来还影响了新产品的生命周期。例如,作为冰淇淋生产的关键设备连续式凝冻机，目前国家标准满产时冰淇淋进出料温度分别为4和-4,而国外设备出料温度标准为-63。据有关研究资料表明,由于出料温度不够,对冰淇淋的组织结

9、构和抗融性都有不利影响，也阻碍了国内冰淇淋品质的提高，拉大了与洋品牌产品的差距。生产冰淇淋的设备是冰淇淋机，它主要由制冷系统、控制系统、传动系统和搅拌系统等组成。冰淇淋机传统的控制方式是接触器继电器式的。这种控制方式在开发周期、硬件的灵活性、适应性和准确性上很难满足客户的需求，尤其在高性能的软冰淇淋成型机方面。随着微电子技术、计算机技术、可编程工业控制器技术的发展，电子电控系统取代继电器控制方式。而可编程控制器（plc）比单片机具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、更加人性化等等。国内已经出现了很多有关plc控制的冰淇淋机。现在国外电子计算机应用于冰淇淋生产已很普遍，不仅用于配方设计

10、，并用于整个生产系统的自动化控制。高度机械化、自动化的生产，不仅大大提高了劳动生产率，并可为建立良好的产品质量监控系统创造条件。国内市场上有国产的和国外的软冰淇淋成型机，但都存在一定的问题。国产软冰淇淋成型机虽然便宜，但制冷量不够，不能将高品质的软冰淇淋浆料很好地成型。国外制造的软冰淇淋成型机虽然能够很好地将软冰淇淋浆料成型，但价格太高。钱献庆先生认为，要解决设备成型性能和价格之间的矛盾，一要在现有国产设备的基础上，加大软冰淇淋成型机的制冷量；二要采取其他配套措施，对国产软冰淇淋成型机的整体结构进行改进；三要降低高性能软冰淇淋成型机的制造成本，提高设备的市场竞争力4。1.2 冰淇淋成型机的意义

11、及价值本课题目的是对现有的冰淇淋生产设备进行改良设计，对其控制系统进行改进设计。国内冰淇淋行业进入争取规模与效益的协调发展的新阶段。消费者对冰淇淋产品的要求不断提高，对设备行业提出了全新的要求；企业规模扩大，对设备的生产效率要求越高；销售半径增大，对产品的卫生控制要求也更严格，设备的卫生设计将更为重要；全国品牌与地区品牌逐渐形成，产品的统一性及质量稳定性要求对设备行业也提出了更高要求。而只有优质的设备以其稳定的运转和低廉的维护费用才能有效地控制生产成本，体现出良好的综合效益。随着更多的国际先进的技术引入中国，竞争也向着多层次发展，国内冰淇淋行业首先要避免走单纯的测绘仿制的老路，开发出多品种多规

12、格大型化，适合中国国情的设备；其次要改变“国产设备价廉质次”的观念5，在提高产品科技含量的同时，重视产品的加工质量,精益求精。基于这样的考虑，我们对现有的冰淇淋成型机进行改造，加入现有的电子产品，使成型机既具有原有机械的优点，又有现代机电产品的优势，真正成为符合我国实际的冰淇淋成型设备，从而促进冰淇淋行业的健康发展。第二章 冰淇淋成型机机械结构设计2.1 设计方案论证与比较这次设计的课题是在原有成型机的基础上改进的。首先原有的成型机体积大，结构复杂，维修困难，采用mcs-51控制系统6；其次，控制面板上需要安装许多按钮，操作复杂，功能增加的同时，工作参数的调整数量也相应的增加；再者，功能的增加

13、使设备的工位增多，这样对故障的排除提出了新的要求。从而使成型机制造成本很高，成型机的市场售价也很高，生产出的立体花色冰淇淋价格相应也高，这些都影响了成型机的经济效益7。在这种情况下，我们提出了对成型机进行改造的课题。在保留原有成型机优点的同时，我们对成型机作了改进：把原有的控制系统改为plc进行控制，利用人机界面进行操作。从而增加了设备的可靠性，易于排除故障，提高生产率8。采用人机界面之后，用户可以根据操作要求，通过屏幕来加以解决。对于运行参数的修改和设定，也可以将其设计在屏幕上运行显示和调整。进入正常运行后，还可以根据实际的工况环境，对一些参数进行调整。其次，可以为故障的查找提供相应的提示。

14、在屏幕界面设计时，可先将每一功能部件均简化成示意图，图中将各信号点在相应的部位列出，当设备有故障时，通过程序判断将相应的部位画面在屏中自动的显示出来，帮助用户到相应的工位上去找故障点，这样就能迅速、准确排除故障，减少查找故障的时间而造成平均产量的下降。另外，在设备调试期间，调试人员可根据部件示意图的动态效果，在屏上观察各个部件的运行情况，由此来判断输入输出点的接线及状态是否正确，给调试带来方便。在正常的生产期间，操作人员也可直接通过查看屏幕了解设备的运行情况。成型机设计适应了中、小企业的要求，提高了产品的经济性。立体花式冰淇淋成型机是一种高档次的冷饮食品加工机械，其产品要求在造型上、口味上有其

15、独特优点，但卫生要求尤为重要。机架及传动部件是立体花式冰淇淋成型机的主要部件之一，而冰淇淋就是在传动部件带动下经过不同工位的操作在机架上成型的，这就要求机架的操作部分必须保持清洁卫生。在设计中是通过将驱动部分与工作部分分开来实现此要求的，有效的防止了驱动润滑脂对冰淇淋的影响，在导轨护养中使用食用油也是这个原因。在材料选用方面，传动部件的导轨选用方铝，杯座选用1cr18ni9ti不锈钢，不仅满足了卫生要求，而且满足了产品设计的外观要求。我们所设计的机架封闭式结构，在高度方向上尺寸的设计中考虑到用户操作方便、舒适。前后面板、侧面板及盖板均采用1cr18ni9ti不锈钢材料；横梁、立柱、支承板等结构

16、件多采用q235；较多的采用铝板所卷制的角钢、横钢形式。既美观漂亮，给人清洁感，又能降低成本及机床重量，同时保证了机床所需的刚度及强度。机架内部留有空间用于安装电磁阀板，这样使得整机结构紧凑。机架整体结构紧凑，外形整洁光亮，给人一种清新的感受。2.2 传动部分立体花式冰淇淋成型机的传动部件是在plc控制下的气动执行元件驱动气缸作用下，带动齿轮实现履带的传动的结构。齿轮向履带传递运动是通过双排链传动实现的，该机构有机地结合了plc、气动及机械结构配合控制的方法。图2.1 传动结构示意图 传送带的驱动单元由驱动气缸、齿条轴、齿轮、棘轮机构等几个主要部分组成。如图2.1。上气后，驱动气缸无杆腔通气，

17、活塞杆上升，齿条轴在导向座导向作用下也上升，带动齿轮正向旋转，因离合器是正向结合的，所以链轮也正向旋转，链条在水平方向上移动一段距离，杯座有一个工作位置移到下一个工作位置。到位后，其他各部件执行相应操作（如送料、灌注等），同时气缸有杆腔通气，活塞杆下降，齿条轴下降，带动齿轮反向旋转，但因离合器是反向脱开的，链轮并不随齿轮反转，不会使杯位发生变化；各工位操作完毕后气缸无杆腔再次通气，进行下一个循环过程，这样就可以使传送带实现所需的步进动作。 成型机根据工艺要求，当传送带停止时，其他执行器才开始操作，操作完毕后，传送带开始下一次步进，在设计中采用了“气电”互锁的方案，保证在驱动气缸活塞杆前伸时其他

18、执行器因无气而不会动作9。2.3 棘轮机构 棘轮机构由棘轮、棘爪及机架组成，用于输送带每次步进时的定位，如图2.2 。主动杆空套在与棘轮固连的从动轴上，驱动棘爪与主动杆用转动副相连，当主动杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮的齿槽，使棘轮跟着转过某一角度，这时止回棘爪在棘轮的齿背上滑过。当主动杆顺时针方向摆动时，止回棘爪阻止棘轮发生顺时针方向转动，同时驱动棘爪在棘轮的齿背上滑过，此时棘轮静止不动。棘轮每次步进的角度转化为排链的步进距离，即为相邻两杯座之间的距离。 棘轮上取八个齿槽，均匀分布。齿轮的尺寸，棘轮的位置及杯座间距的关系公式： l= (1/4) r 其中：l相邻杯座间距 r齿轮半径

19、1. 棘轮2. 机架3. 片簧4. 止回棘爪5. 棘爪 图2.2 棘轮机构2.4 输送带输送带是带动杯座实现步进运动，移动杯座到不同工位进行操作的传送装置。从图2.3中可以看出，输送带是通过双排链传动实现其传动的。其中，杯座与链条通过中装片联接，从而实现了杯座随链条的步进运动。输送带采用了双排链传动。打开机架的左侧盖，转动手轮可以调整链轮的位置，达到链条张紧的目的，以防止链条垂度过大引起的啮合不良和振动等现象。链条及输送导轨的润滑均采用食用油脂。综合以上各方面，机架及传动部件满足了立体花式冰淇淋成型机的工艺要求，同时也达到了设计的要求。图2.3 杯座与链条联接关系简图第三章 气动系统设计3.1

20、 工艺方案的分析图3.1冰淇淋成型机加工过程示意图 冰淇淋成型机的加工过程如图3.1。传动气缸动作之后带动棘轮传动机构旋转一定的角度，从而传动带移动一个杯子的距离。棘轮机构中有一离合器保证了在传动气缸收缩时传动带不会反向运动。料斗组件中存放的是冰淇淋料，电磁铁控制料斗组件的开关。电磁铁得电漏斗组件则停止放料；电磁铁失电，漏斗组件则开始放料。当传送带停止运动时，料斗打开冰淇淋料流入杯子中。同时根据不同的需要，可以打开料泵组件，注入不同的原料。还可以在造型部分加入不同的造型模具，利用这些模具制出不同的花型。再利用切料汽缸将花型切开，将加工好的花型放入到杯子中，接着进行人工加盖、贴标签、速冻等操作。

21、成型机每6秒一个工作节拍，这样可以保证日产量很大，放杯盒取杯均是由人工完成，又可以大大减少设备的成本，进而生产的冰淇淋的成本不高，非常适合中小企业。如果对此设备进一步缩小，可以为家庭使用。 所设计的立体花式冰淇淋成型机由机架及传动部件、灌注造型头、料泵组件、控制系统组成。控制系统主要有可编程控制器（plc）、人机界面(hmi)、气缸和各种传感器等组成。plc具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、更加人性化的特点。人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。使用人机界面能够明确指示

22、并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误。在冰淇淋成型机中引入plc和hmi，既可以增加设备的稳定性，又可以提高生产效率，进一步提高设备的附加值。3.2 气动系统的确定3.2.1 气压传动的特点 气压传动控制系统是指以压缩空气为工作介质，实现动力传递和工程控制的系统。一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件以及气源清净化元件所组成。气压传动以空气为传动介质，取之不尽，用之不竭；用过的空气直接排到大气中，处理方便，不污染环境，符合绿色制造中清洁能源的要求。空气的粘度很小，因而流动时阻力损失小，便于集中供气，远距离传输和控制。通过对气压传

23、动方式与其它传动方式的相互比较，可知气动易于集中控制、程序控制和实现工序自动化，气压传动具有以下特点：1）气动元件结构简单、紧凑、易于制造、元件便于标准化、使用维修简单、寿命长。工作介质是空气，来源方便，使用后可直接排至大气，不污染环境。空气在管道内的流动损失小，可远距离输送，压缩空气便于贮存，故气动常被做为低成本自动化气动的最佳手段。2）在易燃、易爆、粉尘大、强磁、潮湿、温度变化大、存在腐蚀性气体等恶劣场合，工作安全可靠，易于实现快速的直线往复运动、摆动和高速转动，输出力和运动速度的调节都很方便，安装和控制的自由度都很大，能实现过载自动保护，故气动具有非常广泛应用领域。因其含有水蒸汽，排气噪

24、声较大，故需供油润滑， 排除冷凝水和消声。3）工作适应性。压缩空气工作压力一般在0.40.8mpa，故输出力和力矩不太大，传动效率较低；空气有压缩性，运动速度的稳定性较差，实现精密控制较难；信号传递速度比液压、电气小，因空气传动方式有自己的优缺点，在选择传动和控制方式时应扬长避短，对某个工程对象，最理想的传动和控制方式，可以是单一式，也可以是混合式10。立体花式冰淇淋成型机输送带的步进、灌注造型动作的实现、料泵组件的开/关以及造型的切料的动作均是在可编程控制器的控制下由气动执行件完成的。上气后，可由机身上触摸屏的点动触点检查输送带的步进及气缸的动作是否正常可靠，而后进入系统。3.2.2 输送带

25、与其他执行器的互锁根据工艺要求，当输送带停止时，其他执行器才开始操作，操作完成后输送带开始下一次步进。在系统设计时，我们采用了“气电”互锁的方案，因为当输送带停止时，电磁阀ya0的另一侧得电，气缸p0反方向运动，到达终点时，气缸的另一侧气压升高，从而推动气控阀向另一侧运动，最终使其它气动元件上气。保证在活塞杆前伸时其他执行器不动作，而在活塞杆后缩时由于采用了离合器也不造成误动作。图3.2所示为“气电”互锁回路。图3.2 “气电”互锁回路 由气动原理图可以看出，只有在p0缸（输送带驱动气缸）有杆腔为高压，即输送带停止时，气动阀左腔接通后其他气动执行器才能上气执行操作。3.2.3 挡料气缸、送料气

26、缸及切料气缸根据不同种类的冰淇淋，需要加入不同的原料进行造型。在造型之前需要关闭进料的管路，此时挡料气缸动作关闭管路。接着送料气缸动作对原料造型，同时把之前已做好的花型送出，然后切料汽缸把连续的花型分开。这三个气缸的动作顺序是由气缸的上的位置传感器与plc配合完成的。3.2.4 气动系统原理图 根据立体花式冰淇淋的成型机工艺过程，综合输送带、传动气缸、送料气缸、切料汽缸、挡料气缸，设计出了如图3.3所示的原理图图3.3 气动原理图3.2.5 气动元件的选择成型机上所用的气动元件均为smc公司的产品，smc corporation 成立于1959年，总部设在日本东京都。时至今日，smc已成为世界

27、级的气动元件研发、制造、销售商。smc作为世界最著名的气动元件制造和销售的跨国公司，其销售网及生产基地遍布世界。smc产品以其品种齐全、可靠性高、经济耐用、结构精巧细致，质量优良。由于其体积小，可使电磁阀板布局紧凑，占用空间小，电磁阀板装于机架内部，上面有一挡板可起到水洗机床时对阀的保护作用。1. 气缸气缸是气压传动的执行元件，它和主机工作机构直接相关，根据机械设备及其工作机构的不同，气缸具有不同的用途和工作要求，因此在进行气缸选用之前，必须对整个气动系统进行工况分析，选定系统的工作压力。气缸选用的主要内容和步骤如下：（1） 预选气缸的缸径根据气缸的负载状态，确定气缸的轴向负载f；根据负载的运

28、动状态，预选气缸的负载率；根据气源供气条件，确定气缸的使用压力p，p小于减压阀的进口压力的85%11。（2） 预选气缸行程根据气缸的操作距离及传动机构的行程来预选气缸的行程。 （3） 选择气缸的品种根据气缸的承担的任务的要求来选择气缸的品种。如要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声，应选缓冲气缸；如要求重量轻，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；不允许活塞杆旋转，可选择具有杆不回转功能的气缸；出活塞杆作直线往复运动外，还需缸体摆动，可选耳轴式或耳环式安装方式气缸等。根据成型机的运动要求，选的传动气缸、切料气缸和送料气缸为cd

29、a1b50-125，挡料气缸为cdab40-125。2. 电磁阀电磁阀能改变气体流动方向或通断的控制阀。根据所选用的气缸，确定的电磁阀型号为：vj3220-5b。工作电压为dc24v,接电方式为直接出线式。第四章 控制系统硬件设计 4.1 控制方案确定所设计的立体花色冰淇淋成型机采用plc与触摸屏的组合控制，体现出机电一体化产品的优点。在设计中，注重发挥以plc为核心的电子技术优势。将传动机构、执行机构和气压传动控制融为一体，使控制灵活、细致，进而使产品造型丰富多彩，更好实现花型设计，而且花型的变更可通过软件调整有关参数及更换相应的模具方便的实现。产品具有更大的改型灵活性，利于用户进行再次开发

30、12。plc可靠性高，抗干扰能力强，它是专门为工业环境下应用而设计的，对环境的要求不高；plc使用方便，不需要用户自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置；plc的编程语言简单、易学，便于掌握，用户可以容易的对程序进行更改；plc控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少的多，只需要将现场的各种设备与plc相应的i/o端相连13。plc的主机由微处理器（cpu）、存储器（eprom、ram）、输入/输出模块、外设i/o接口、通信接口及电源组成。主机的各个部分均通过电源总线、控制总线和数据总线连接14。人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁,用户可以自由的组合文

31、字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕.随着机械设备的飞速发展,以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作,而且操作困难,无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况,使操作变的简单生动,并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少plc 控制器所需的i/o 点数，降低生产的成本同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值.立体花式冰淇淋成型机的控制方案采用plc气动控制系统，控制盒是联系plc的输入输出以及气动控制系统的中心枢

32、纽。电磁阀断电/通电、气动执行元件的位置如何以及其它机构的动作都要经控制盒得以协调实现。在设计中，控制盒有两部分组成：触摸屏和plc盒。触摸屏安装于机身表面，便于操作；plc盒安装于床身端部的侧盖位置，打开侧盖可进行编程、更换rom盒等操作，同时装于内部可以起到一定的保护plc的作用。采用分接盒分开可以减少控制部分的体积，增加外形美观，而且便于操作。4.2 可编程控制器plc是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点。plc硬件系统的基本结构框图如图 4.1所示

33、。图4.1 plc硬件系统结构框图在图4.1中，plc的主机由微处理器(cpu)、存储器(eprom、ram)、输入/输出模块、外设i/o设备、通信接口及电源组成。主机的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接15。cpu是plc的控制中枢。plc的cpu按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键入的应用程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。当plc运行时，cpu首先以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算的结果送入i/o映像

34、区或数据寄存器内，等所有的用户的程序执行完毕后，最后将i/o映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直至停止。可编程控制器配有两种寄存器，即系统寄存器（eprom）和用户寄存器（ram）。系统寄存器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放系统的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区。它包括输入输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前值的数据区，存放中间结果的缓冲区。plc的控制对象是工业生产过程，实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是各不相同的，而可编程控制器的

35、cpu所处理的信号只能是标准电平，这就需要有相应的i/o模块作为cpu与工业生产现场的桥梁，进行信号的转换16。我们在设计中根据成型机的输入输出选用16点输入16点输出的三菱plc，型号为：fx2n-32mr。4.3 触摸屏触摸屏是用于用户操作的部分，客观要求便于工人操作的位置。立体花式冰淇淋成型机工作过程中，用户是站在冰淇淋灌注头后的一端位置，进行放盖、装箱等操作的，所以控制盒安装于成型机右端床身表面上，便于用户及时操作处理问题。触摸屏作为一种新型的人机界面,从一出现就受到关注,它的简单易用,强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境,甚至可以用于日常生活之中,应用非常广泛,比如：自动

36、化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等,甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整触摸屏具有操作简便、界面友好、信息丰富、响应迅速、安全可靠、扩充性好等优点。触摸屏的本质是传感器，它由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置接收触摸信息，并将它转换成触点坐标送给cpu，同时能接收cpu发来的命令并加以执行。目前，根据传感器的类型，触摸屏大致被分为红外线式、电阻式、表面声波式和电容式触摸屏四种17。我们在设计中选用的触摸屏为mt5420t。该触摸屏全面支持以太网，usb

37、 等高速接口, 支持usb 高速接口；更多的资源，相对低的价格；简单易用，稳定可靠； 全面支持以太网通讯功能，多个触摸屏可以任意组网； 使用标准c 语言宏代码可以以多种方式被触发，功能强大，灵活易用； usb 下载大大加快了用户组态的下载速度； 增加usb 口通讯能力，可以通过usb 口下载程序。我们通过软件对触摸屏进行设计、模拟，设置触摸屏与plc的通讯参数，然后到现场进行实际操作。mt5420t与fx2n-32mr通讯参数设置如图4.2所示。图 4.2 通讯参数设置4.4 plc控制盒设计所设计的plc盒主要用于安装可编程控制器的结构部分。plc盒面板选用q235材料，厚度=2mm，其上加

38、工有可编程控制器接线时用的穿孔线。可编程控制器及端子排就是安装于plc面板上的，分别置于面板的两侧。设计的plc盒中，可编程控制器采用硬接线，接线弯成直角，理顺摆正。plc盒安装于立体花式冰淇淋成型机右端侧盖内，固定在床身上。打开侧盖就可以方便的进行编程和更换rom盒操作。同时，这样安装对于可编程控制器有一定的保护作用。其上的挡板也是为了保护plc盒而设计的。4.5 可编程控制器的接线可编程控制器简单、灵活性强、可靠性高等优点。其对工业生产过程的自动控制，只有通过接线将执行器与自身联系起来才能真正体现出魅力。但是接线工作是杂乱而又繁琐的，要是有接线配置图就可以清楚地看出接线情况，下面将详细地给

39、出可编程控制器的接线的配置图，同时将分接盒中的配置关系一一对应起来，就可以作为用户操作、维修时的指导性资料。如图4.5所示。触摸屏和电磁阀所使用的标准电压为dc24v，则通过变压器先将ac220v变为ac24v，然后经过单相桥式整流电路把ac24v变成dc24v，为二者提供电源。由于果酱泵和奶酪泵只是用来提供果酱和奶酪，所以需要的功率不大，选用两个单相交流异步电动机。电动机的型号为y2-802-2。图4.5 外部接线图图4.6 plc控制原理图编程控制第五章 控制系统软件设计 立体花式冰淇淋成型机是生产高档花式冰淇淋的自动生产设备，进口设备多采用凸轮气动控制系统，本机在设计中采用了plc控制系

40、统，一方面简化了机构，同时使控制更准确，更可靠。成型机主要机架及传动部件、灌注造型头、料泵组件、分接盒等几部分组成。能实现输送带的步进传动，冰淇淋的造型，料泵的开关。 plc控制的立体花式冰淇淋成型机是按机电一体化设计的整机。在设计中，注意注重发挥以plc为核心的微电子技术优势，与气动技术有机的结合起来，使得控制灵活，细致，精确可靠。只要变更软件程序，调整有关参数及变更模具头就可实现产品花型种类的变化，利于用户的二次开发18。5.1工艺流程分析根据工艺要求，当输送带停止时，其他执行器才开始操作。整机的工艺流程图如图5.1：图5.1 工艺流程图 杯子中先注入冰淇淋料，然后根据不同的冰淇淋加入相应

41、的花型。5.2 电磁阀动作时序图根据工艺要求，各气动执行器可点动控制，且有总开关控制.plc进行编程时采用状态图5.2 电磁阀动作时序图初始化命令ist，操作人员可以根据不同的模式选择命令，同时也便于编程，利于排除故障。电磁阀动作时序图如图5.2。 5.3 触摸屏根据工艺和控制要求，我们可按如图5.4所示的流程图设计触摸屏19。图5.3 触摸屏控制流程图图5.4 触摸屏视图图5.5 触摸屏视图触摸屏的主界面如图5.4。运行设备后，点击“菜单”，选择运行模式：点动操作、连续运行、运行一次。刚运行机器时，需要检查成型机的各执行件是否到位、杯子的位置是否合适等，则选择“点动操作”模式。如图5.5 。

42、弹出一小的窗口，窗口中会出现对成型机各执行器的操作按钮：传动气缸、挡料气缸、送料气缸、切料汽缸、电磁铁、果酱泵、奶酪泵。按下不同的按钮相应的执行器动作，对应的指示灯也会闪动。点击弹出的小窗口右下角，关闭该窗口，进入模式选择对话框。图5.6 触摸屏视图点击“运行一次”，如图5.6，成型机自动运行一个周期，然后停止。以此来检验各个执行器是否工作正常、冰淇淋的造型是否符合要求。如果不符合要求则继续调整各执行器，直至满足。按要求点击“连续运行”，进入正常的生产过程。主界面中有一“故障停车”按钮，此按钮对应plc的特殊辅助继电器m8037强制输出禁止。点击它可使plc所有输出禁止，成型机停止运行。选择操

43、作模式后点击“启动”或“停止”按钮，是成型机运行或停止。主界面中各指示灯对应各执行器动作情况：执行器动作指示灯亮。“无杯1”与“无杯2”分别对应传动气缸处的杯子检测传感器1与切料气缸处的杯子检测传感器。当各执行器处于原位是，原位指示灯亮。5.4 plc i/o分配plc i/o分配表见表5.1。表5.1 plc i/o分配表序号输入地址说明序号输入地址说明1x0传动气缸原位8x7切料气缸终点2x1挡料气缸原位9x10启动3x2送料气缸原位10x11有杯检测传感器14x3切料气缸原位11x12有杯检测传感器25x4传动气缸终点12x13故障停止6x5挡料气缸终点13x14停止7x6送料气缸终点1

44、4x15序号输出地址说明序号输出地址说明1y0传动气缸伸出8y7切料气缸收缩2y1挡料气缸伸出9y10电磁铁3y2送料气缸伸出10y11果酱泵4y3切料气缸伸出11y12奶酪泵5y4传动气缸收缩12y13原位指示灯6y5挡料气缸收缩13y147y6送料气缸收缩14y155.5 步进梯形图（1） 如图5.7所示为初始化步进梯形图。为使用ist指令，模式输入要配以下的号码输入：x20、x21x27。但是为减少plc的输入点数，而使用辅助继电器进行模式指定的初始输入。此成型机只选用五种模式：各个操作、循环运行一次、连续运行一次、自动运行、停止。y13为原位指示灯，当各气缸都在原位，杯子到位时，指示灯

45、就会显示。（2）选择“各个操作”模式。操作人员可以对各执行器进行点动控制，其中气缸在动作之后可以自动返回原位。电磁铁、果酱泵与奶酪泵电机都是触点接触控制，松开触点之后自动断开。步进梯形图如图5.8.（3）连续运行模式步进梯形图如图5.9。当各气缸在原位、有杯时，选择连续运行，成型机进行连续加工冰淇淋。图5.7 初始化步进梯形图 图5.8 分步运行步进梯形图 图5.9 连续运行步进梯形图5.6 指令程序如下：初始化程序：ldm27outm0ldim8000out m1outm2outm3ldm24outm4ldm25out m5ldm26outm6ldm30outm7andx01andx02an

46、dx03andx11outm8044outy13ldx12outm8037ldm8000ist60spm0sps20sps31分布操作：stls0ldm10ldm20ani x00anboutm20anix04outy00andx04outy04ldm11ldm20ld x00anix01anboutm20andx05outy01andx05outy05ldm12ldm20anix02anboutm20ldix06outy02andx06outy06ldm13ldm20anix03outm20anix07outy03自动运行：stls2ldm8014andm8044ldx10sets20ld

47、m22sets21ldm23sets22stls20outy00stls21sety11stls22sety12stls20stls21andx07outy07ldm14outy10ldm15outy11ldm16outy12(ret)stls22ldx11andx04sets23stls23rsty10ldim22orm23sets24ldm22orm23sets26stls24outy04aniy00outy03ldx06sets24stls24outy06aniy02outy03ldx07sets26stls26outy07stls27outy04outy03ldx05sets28stl

48、s28aniy00outy02ldx06sets29stls29outy06aniy00aniy02outy03ldx02ldx07sets30stls30outy05outy07stls26ldx03setx31stls30ldx03sets31stls31sety10outt0k10ldt0outs2retend第六章 总结至此，立体花式冰淇淋成型机设计完成了。它达到了设计任务书上的要求，采用smc的气动元件、三菱plc、mt5420t触摸屏。 作为一种产品，立体花式冰淇淋成型机采用的“plc气动控制系统”柔性强，控制精度高，可靠。能满足各种不同花式的产品要求，体现出机电一体化产品的优势，plc控制系统的抗干扰能力强，工作稳定；系统的结构能适应冰淇淋生产车间温度变化较大的工况，增加触摸屏使成型机的操作和排除故障更加容易20；成型机设计外形也给人一种清新之感。该成型机具有以下特点：（1）具有友好的人机交互界面，操作简单；（2）整体安全可靠，功能齐全；（3）操作控制集中，既可以自动操作也可以手动操作；（4）控制系统成本低； 但成型机还存在不足之处，比如机身结构设计的还不够完美。该成型机没有实现完全自动化，不能实现自动取杯、放盖。因此，可以对该成型机继续改进，在此机器上加入一些装置，实现取杯、放盖和贴标签自动化。