微小零部件自动计数分装器的设计与实现
目录
一、引言 1
（一）课题来源及研究意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）课题主要研究内容 2
二、总体设计方案 3
（一）工艺流程设计 3
（二）整体设计方案 3
三、机械结构设计 6
（一）落料与计数结构的设计 6
（二）包装系统的设计 10
四、电气控制PLC程序设计 11
（一） 控制系统设备选型 12
（二） 控制系统PLC地址分配 15
（三）控制系统PLC程序设计 16
五 、人机交互软件程序设计 19
（一）人机交互功能分析 20
（二）人机交互界面设计 20
六、 设备调试 23
（一）设备调试 23
（二）设备使用与维护 24
总结 26
参考文献 27
致 谢 28
附件： 29
一、引言
（一）课题来源及研究意义
本课题来源于苏州瑞思机电科技有限公司为一家机械零部件的生产企业设计研发项目。该企业的微小零件产品具有批量大、体积小的特点。企业在零部件生产完成后，需要工人手工清点并且按照要求完成零部件产品包装。在实际的操作过程中，人工按件清点计数操作时常发生包装零件数量错误。为此，企业投入大量的人力成本进行零部件的计数分拣，但是收效甚微。
针对微小机械零部件加工企业面对的计数分装难题，本文设计了一种可变规格的自动计数分装设备，完成相关企业的微小零部件的自动定量分装操作，减少因人工计数分装不准确造成的返工，降低企业生产成本，为企业带来实质性的经济效益。
（二）国内外研究现状
1.国外研究现状
计数分装设备作为完成加工产品计数和包装工艺过程的技术设备广泛应用于工业生产中，是现代工业生产过程的必要支撑。计数准确、分装快速则能带来巨大的社会效益和经济效益。工业计数包装设备作为专业性极强的操作设备要求设备传动装置紧凑、可靠性高、计数分拣速度高等要求。
随着全球加工产业的持续发展，计数分装设备在未来10年内以
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> （二）国内外研究现状
1.国外研究现状
计数分装设备作为完成加工产品计数和包装工艺过程的技术设备广泛应用于工业生产中，是现代工业生产过程的必要支撑。计数准确、分装快速则能带来巨大的社会效益和经济效益。工业计数包装设备作为专业性极强的操作设备要求设备传动装置紧凑、可靠性高、计数分拣速度高等要求。
随着全球加工产业的持续发展，计数分装设备在未来10年内以每年5.3%的速度增长，在2015年达到580亿美元的市场规模。目前，美国、日本、德国和意大利时国际公认的四大计数分装设备强国[1-4]。其中，美国拥有全球最大的包装设备生产厂商。美国计数包装工业自二战后迅速发展，逐步形成以包装材料、工艺及相关机械设备的完整工业体系；上世纪70年代，日本的包装工业得到快速发展，并在90年代将微电子控制技术、智能传感和工业机器人计数成功应用于包装工业，大大提高了日本包装设备的国际市场竞争力；德国包装机械在测量、结构设计及技术可靠性等方面具有很大的技术优势，欧洲70%的计数包装机械设备都由德国制造提供，其计数包装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性高等特点；意大利时欧洲仅次于德国的第二大包装机械设备出口国，其包装设备主要用于食品加工产业，产品性能优良、价格便宜。
2.国内研究现状
我国计数包装机械设备起步较晚，水平较低。从上世纪80年代开始逐步自主研发生产应用于烟草加工、制糖、酿酒等行业。目前，我国自主研发的计数包装设备可基本满足国内市场需求，但和四大包装强国相比，在控制技术和产品可靠性方面存在较大差距，同时，新技术和新材料的推广应用范围太窄、速度太慢[5-8]。
因此，我国计数包装机械设备的发展任重道远。在未来，计数包装产业的主要向提高机械设备技术含量、相关设备零部件生产加工专业化、相关设备集成化等方向发展。
（三）课题主要研究内容
为了解决大批量、不同规格、小型号零部件计数分装这一耗时耗工的企业难题，本课题自主设计了一种规格可变的自动化控制的计数分装设备。实现不同型号微小零部件的自动计数分拣操作。自动计数分装器主要由机械和电气两大系统组成，其关键技术如下：
1.实现微小零件有序落料。零件放置于料斗位置，如果没有任何分散装置，零部件将集中通过计数通道，这样一方面将造成落料口的卡壳现象，无法实现落料；另一方面由于零部件的重叠导致计数错误。因此，如何使零件以松散状态依次有序通过计数通道是该设备的关键技术所在。
2.实现不同规格零件的计数操作。由于不同规格的零部件的外形尺寸的差异，很难采用统一的标准去约束设备的技术通道规格。因此，本文设计了一种可调的计数通道实现不同规格零部件的通行。并且可以在计数分装过程中通过调节计数通道的尺寸控制计数通道的通断状态。
3.接近目标值的变量补料。为实现定量装袋，设备必须在计数即将达到目标值时，改变零部件传送速度以实现慢速进给，来保证准确计数和包装，为零部件的分装装动作预留操作时间。
4.料仓自动切换。为提高设备工作时间利用率，设计满仓落料包装和空仓载料的自由切换，在落料包装的同时，空仓已经准备接料，落料包装盒空仓载料的交替操作保证整个计数分拣过程的连续工作。
围绕上述设备设计关键技术，论文从机械设计和电气控制设计两方面分别对自动计数分装器进行说明。
二、总体设计方案
（一）工艺流程设计
自动计数分装设备根据具体定量收集要求通过人机交互系统设定相应的最终计数数值（最终的定量收集数值可选）。本工作流程以1000个落料为最终的定量收集数值为例进行说明。自动计数设备在操作时为了能够精确收集设定的收集数值，必须保证整个系统的精度要求(以定量收集1000个料件为基准)，主要如下：
1.检测速率：传感器检测速率（响应时间）< 工件落料间隔时间，其中检测速率为：10毫秒，工件落料时间：15毫秒；
2.震动频率：高速震动频率为2000Hz；中速震动频率为1000Hz；低速震动频率为500Hz。
图2-1 工艺流程设计
（二）整体设计方案
系统工艺流程如图2-1所示。根据微小零部件计数分装工艺操作流程，本文设计了一种规格可变的自动化控制的计数分装设备。该设备设计包括机械结构的设计和控制系统设计两大部分，设备具体分为落料系统、计数系统、包装系统、电控系统、人机交互系统五部分，其中，落料系统和计数系统设计的成败是整个装置能否实现落料和计数的先决条件；包装系统主要实现零
一、引言 1
（一）课题来源及研究意义 1
（二）国内外研究现状 1
（三）课题主要研究内容 2
二、总体设计方案 3
（一）工艺流程设计 3
（二）整体设计方案 3
三、机械结构设计 6
（一）落料与计数结构的设计 6
（二）包装系统的设计 10
四、电气控制PLC程序设计 11
（一） 控制系统设备选型 12
（二） 控制系统PLC地址分配 15
（三）控制系统PLC程序设计 16
五 、人机交互软件程序设计 19
（一）人机交互功能分析 20
（二）人机交互界面设计 20
六、 设备调试 23
（一）设备调试 23
（二）设备使用与维护 24
总结 26
参考文献 27
致 谢 28
附件： 29
一、引言
（一）课题来源及研究意义
本课题来源于苏州瑞思机电科技有限公司为一家机械零部件的生产企业设计研发项目。该企业的微小零件产品具有批量大、体积小的特点。企业在零部件生产完成后，需要工人手工清点并且按照要求完成零部件产品包装。在实际的操作过程中，人工按件清点计数操作时常发生包装零件数量错误。为此，企业投入大量的人力成本进行零部件的计数分拣，但是收效甚微。
针对微小机械零部件加工企业面对的计数分装难题，本文设计了一种可变规格的自动计数分装设备，完成相关企业的微小零部件的自动定量分装操作，减少因人工计数分装不准确造成的返工，降低企业生产成本，为企业带来实质性的经济效益。
（二）国内外研究现状
1.国外研究现状
计数分装设备作为完成加工产品计数和包装工艺过程的技术设备广泛应用于工业生产中，是现代工业生产过程的必要支撑。计数准确、分装快速则能带来巨大的社会效益和经济效益。工业计数包装设备作为专业性极强的操作设备要求设备传动装置紧凑、可靠性高、计数分拣速度高等要求。
随着全球加工产业的持续发展，计数分装设备在未来10年内以
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
> （二）国内外研究现状
1.国外研究现状
计数分装设备作为完成加工产品计数和包装工艺过程的技术设备广泛应用于工业生产中，是现代工业生产过程的必要支撑。计数准确、分装快速则能带来巨大的社会效益和经济效益。工业计数包装设备作为专业性极强的操作设备要求设备传动装置紧凑、可靠性高、计数分拣速度高等要求。
随着全球加工产业的持续发展，计数分装设备在未来10年内以每年5.3%的速度增长，在2015年达到580亿美元的市场规模。目前，美国、日本、德国和意大利时国际公认的四大计数分装设备强国[1-4]。其中，美国拥有全球最大的包装设备生产厂商。美国计数包装工业自二战后迅速发展，逐步形成以包装材料、工艺及相关机械设备的完整工业体系；上世纪70年代，日本的包装工业得到快速发展，并在90年代将微电子控制技术、智能传感和工业机器人计数成功应用于包装工业，大大提高了日本包装设备的国际市场竞争力；德国包装机械在测量、结构设计及技术可靠性等方面具有很大的技术优势，欧洲70%的计数包装机械设备都由德国制造提供，其计数包装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性高等特点；意大利时欧洲仅次于德国的第二大包装机械设备出口国，其包装设备主要用于食品加工产业，产品性能优良、价格便宜。
2.国内研究现状
我国计数包装机械设备起步较晚，水平较低。从上世纪80年代开始逐步自主研发生产应用于烟草加工、制糖、酿酒等行业。目前，我国自主研发的计数包装设备可基本满足国内市场需求，但和四大包装强国相比，在控制技术和产品可靠性方面存在较大差距，同时，新技术和新材料的推广应用范围太窄、速度太慢[5-8]。
因此，我国计数包装机械设备的发展任重道远。在未来，计数包装产业的主要向提高机械设备技术含量、相关设备零部件生产加工专业化、相关设备集成化等方向发展。
（三）课题主要研究内容
为了解决大批量、不同规格、小型号零部件计数分装这一耗时耗工的企业难题，本课题自主设计了一种规格可变的自动化控制的计数分装设备。实现不同型号微小零部件的自动计数分拣操作。自动计数分装器主要由机械和电气两大系统组成，其关键技术如下：
1.实现微小零件有序落料。零件放置于料斗位置，如果没有任何分散装置，零部件将集中通过计数通道，这样一方面将造成落料口的卡壳现象，无法实现落料；另一方面由于零部件的重叠导致计数错误。因此，如何使零件以松散状态依次有序通过计数通道是该设备的关键技术所在。
2.实现不同规格零件的计数操作。由于不同规格的零部件的外形尺寸的差异，很难采用统一的标准去约束设备的技术通道规格。因此，本文设计了一种可调的计数通道实现不同规格零部件的通行。并且可以在计数分装过程中通过调节计数通道的尺寸控制计数通道的通断状态。
3.接近目标值的变量补料。为实现定量装袋，设备必须在计数即将达到目标值时，改变零部件传送速度以实现慢速进给，来保证准确计数和包装，为零部件的分装装动作预留操作时间。
4.料仓自动切换。为提高设备工作时间利用率，设计满仓落料包装和空仓载料的自由切换，在落料包装的同时，空仓已经准备接料，落料包装盒空仓载料的交替操作保证整个计数分拣过程的连续工作。
围绕上述设备设计关键技术，论文从机械设计和电气控制设计两方面分别对自动计数分装器进行说明。
二、总体设计方案
（一）工艺流程设计
自动计数分装设备根据具体定量收集要求通过人机交互系统设定相应的最终计数数值（最终的定量收集数值可选）。本工作流程以1000个落料为最终的定量收集数值为例进行说明。自动计数设备在操作时为了能够精确收集设定的收集数值，必须保证整个系统的精度要求(以定量收集1000个料件为基准)，主要如下：
1.检测速率：传感器检测速率（响应时间）< 工件落料间隔时间，其中检测速率为：10毫秒，工件落料时间：15毫秒；
2.震动频率：高速震动频率为2000Hz；中速震动频率为1000Hz；低速震动频率为500Hz。
图2-1 工艺流程设计
（二）整体设计方案
系统工艺流程如图2-1所示。根据微小零部件计数分装工艺操作流程，本文设计了一种规格可变的自动化控制的计数分装设备。该设备设计包括机械结构的设计和控制系统设计两大部分，设备具体分为落料系统、计数系统、包装系统、电控系统、人机交互系统五部分，其中，落料系统和计数系统设计的成败是整个装置能否实现落料和计数的先决条件；包装系统主要实现零
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