现有封装生产线的改造问题
徐波1,2，王乐1,2，史建卫2，袁和平2
1.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点试验室，黑龙江，哈尔滨 150001
2.日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳 518103
摘要：根据无铅回流焊的工艺特点，论述了对回流炉加热、冷却、助焊剂管理和氮气保护各系统的改造原则和方案，给出了氮气保护系统的评价标准，对罐装氮气和氮气发生器两种供应系统进行了成本估算和对比。
关键词：无铅回流炉；加热系统；冷却系统；助焊剂管理系统；氮气保护系统
中图分类号：TN305.94文献标识码：A文章编号：1004-4507(2005)10-0042-06 Restructure of Conventional Production Line
Xu Bo1,2，Wang Le1,2, Shi Jian-Wei2, Yuan He-Ping2
1.Harbin Institute of Technology, Harbin, 150001, China
2.Sun East Electronic Technology (Shenzhen) Company Lt.d, Shenzhen, 518103 China
Abstract: This article presents the principle and access of the restructure of reflow oven according to the specialty of lead-free soldering techniques, including heating、cooling、flux management and nitrogen protection. We also present a evaluation system of nitrogen protection and then make a cost comparison of two different N2 production systems。
Key words: lead-free reflow soldering oven; heating system; cooling system; flux management; nitrogen protection system
Document Code: A Article ID: 1004-4507(2005)10-0042-06
1.引言
电子整机行业的无铅化技术发展是国际信息产业工业发展的必然趋势，我国信息产业部也要求在2006年7月1日前，全国实现电子信息产品的无铅化。当世界电子组装逐渐实现无铅化后，无铅钎料的高熔点、低润湿性给实际的焊接生产工艺带来了很大变化。设备生产厂商应该对炉子结构和性能进行新的设计和改进，满足无铅化焊接的要求，主要包括加热系统、制程控制系统、助焊剂管理系统、冷却系统和氮气保护系统。
2.无铅再流焊设备的改造原则
实施无铅化电子组装，许多企业并不主动，而是在各种压力下才转为无铅技术的。压力主要包括法令规定、环保意识、市场利益、用户需求、有害物质管理处理和无铅技术方面等。
无铅化对再流焊设备提出了许多新的要求，主要包括：更高的加热能力、空载和负载状态下的热稳定性、适合高温工作的材料、良好的热绝缘、优良的均温性、氮气防漏能力、温度曲线的灵活性、更强的冷却能力等。
目前国内市场存在成千上万旧生产线，如果要全部通过购买新设备更换来设备来实施无铅化改造，对设备制造商而言是个很大的机遇，但对电子组装厂来说是个沉重的负担。目前一台新的再流焊设备一般在30万左右，再加上附加功能，如快冷、氮气保护等，费用相当大。对于电子组装厂，尤其是利润较低的企业，
力求寻找一些简单的改造方法来迎接无铅化的挑战。面对这样的问题，根据旧生产线的设备特点和新产品的要求，对旧生产线可以从以下三方面进行改造。
3.加热系统
在选择无铅热风再流焊设备时，加热系统是非常重要的一个性能指标，其中包括加热效率、温控精度、温度均匀性以及稳定性等。
（1）温度高效性
温度高效性是热传到效率的一个直接反映。热传导率高，设备的设定温度和实际温度就相差较小，温度补偿能力快，生产柔性系数就大，可以适用不同生产量、不同热容大小的产品。如果温度高效性不好，对于实际的无铅焊接峰值温度240℃，设定温度就会达到290℃甚至更高，导致高温下热风马达的使用寿命减少。温度高效性是一个很重要的参数，它决定了设备是否能做到无铅化生产要求。
（2）温度均匀性
当温度曲线稳定之后，常用测试板上任意两点的最大温度偏差△T来衡量温度均匀性。一般情况下，温度偏差越小，温度均匀性就越好。SnPb共晶钎料的温度均匀性要求为±5℃，而无铅钎料的温度均匀性要求为±2℃。
（3）温度稳定性
无铅再流焊炉必须具有稳定的温度曲线，如果温度曲线不稳定，就没有可靠稳定的产品质量保证。目前一些电子制造商在生产时，会每一个工作日或半个工作日测试一次温度曲线，来保证温度曲线的稳定性。而先进的设备制造商已开发出一套温度监控系统，对炉体内各温区实际温度进行实时监控，确保温度曲线的稳定性。
加热系统改造应注意以下几个方面：
（1）如果旧设备为上下两面同时加热的各模块独立控制强制热风对流系统，炉腔隔热系统良好，且热风马达能承受300～350℃高温，此设备具有较强的加热效率，容易实现较高的峰值温度，可以用于无铅化生产。
（2）如果旧设备为局部上下两面同时加热或单面加热的各模块独立控制强制热风对流系统，炉腔隔热系统不良且热风马达不能承受300～350℃的高温，此设备加热效率较低，达到较高峰值温度较难，一般不适合无铅化生产。
（3）如果旧设备为局部上下两面同时加热或单面加热的各模块独立控制强制热风对流系统，且加热模块容易增加、更换和维修，热风马达能承受300～350℃高温，此设备可通过适当的增添加热模块来提高热效率，可以用于无铅化生产。
（4）如果旧设备带有红外加热系统，此设备温度均匀性较差，不能满足无铅化生产所需温度均匀性要求的±2℃，一般不适合无铅化生产。
（5）如果旧设备为热风强制对流系统，但采用的是大循环气流流动方式，而不是各模块独立气流循环，此设备温度各温区温度不易控制，均温性和稳定性较差，一般不适合无铅化生产。
4.冷却系统
无铅化后再流焊峰值温度升高，在同等条件下产品出口温度升高，不便于焊后人工检测，这就要求需要快速冷却以达到新工艺的要求。另外一些研究表明，快速冷却可以细化组织、防止金属间化合物（IMC）增厚，提高可靠性[1]。目前无铅再流焊设备一般采用循环水冷系统，并配有一台制冷机进行强制冷却。相应地，设备的价格要增加3万左右，而且还要占用一些资源。
冷却系统改造应注意以下几个方面：
（1）如果旧设备为强制风冷进行冷却，其冷却速率一般为1～2℃/s，此设备一般不能满足无铅化生产。如果设备冷却系统可更换，那么就可以方便升级为水循环冷却，用较低的成本来进行无铅化生产。
（2）如果旧设备为水循环冷却，其冷却速度一般为2～4℃/S，可以满足一般的无铅化生产。对特殊要求的温度曲线，如冷却速率要大于4℃/S就不冷满足，需要将冷水管与外界冷水机连通进行升级或更换，其冷却速率可达到4～6℃/S。
5.助焊剂管理系统
无铅化后助焊剂污染由于高温氧化的影响而显得格外明显，无铅再流焊设备一般都配有助焊剂管理系统，防止还有大量助焊剂的高温气流进入冷却区而凝结在散热片和炉体内，降低冷却效果并污染设备。图1为助焊剂管理系统一示意图。
图1 助焊剂管理系统
上述系统是把含有大量助焊剂的高温气流从预热区、再流区及冷却区前抽出，经过体外冷却过虑系统后，把干净的气体送回炉内。这样做还有一个好处就是使用氮气保护时形成闭循环，防止氮气消耗。此系统改动较大，一般难以升级，如果生产量不是很大，助焊剂污染程度小，可以定期进行清理而不用替换。
6.氮气保护系统
6.1氮气使用原则
无铅化电子组装中并不是一定要氮气保护，原则包括以下几个方面的要求：（1）满足欧美和日本等客户的要求时；
（2）使用高温焊膏或低固体、低活性（免清洗、低残留）焊膏时；
（4）钎焊比较昂贵的集成电路元器件、小体积元器件、细间距元器件、倒装芯片和不可以返修元器件时；
（5）多次过板组装工艺或钎焊带有OPS镀层的PCB多次再流时；
（6）钎焊无保护膜铜焊盘或储存时间较长的电路板或可靠性首要时。
从氮气保护再流焊工艺来讲，它可以改善性能较差助焊剂润湿性，提高焊点强度，对部分类型焊点缺陷也有一定的防止作用。此外更重要的是它可以减少内部空洞，降低峰值温度，扩大工艺温度窗口。考虑到这些特点，生产中可根据实际情况选择是否实施氮气保护。
6.2再流焊设备氮气系统评价标准
衡量再流焊设备氮气系统可用残余氧含量最低值和氮气消耗量来评价此系统的性能。残余氧含量一般采用氧分析仪进行测试，测试氧含量有两个指标：稳定程度和最低氧含量。最低氧含量与氮气源纯度有关，使用高纯度氮气源时，一些较好的设备可以降到50×10-6或更低。氮气消耗量与所需氧含量和设备防漏能力有关：一般氧含量越低，氮气消耗量越大；设备防漏能力越差，氮气消耗量越大。目前市场上的再流焊设备在氧含量为500×10-6时，氮气消耗量一般为25～35m3/h。
旧生产线实施无铅氮气保护时，再流焊设备面临改造和替换两种选择。如果原有再流焊设备为过渡、可升级型，那么氮气系统的改造就比较容易，否则改造成本就会很高，推荐替换方案。因为旧设备的设计和加工在机架结构、气密性、氮气系统的添加部件（比如氧分析仪，氮气调节阀）等方面是不可以升级的，即使勉强能改造，其效果也不能达到预期的目的，设备的稳定性和效率都有待探讨。图2为具有氮气保护功能的加热模块结构，（a）为示意图，（b）为实物图，其中蓝色的为氮气输入管。
（a）可填充氮气加热模块示意图（b）可填充氮气加热模块实物图
图2 具有氮气保护的加热模块结构
再流焊炉氮气系统，目前国内外已有成熟的技术得以应用，主要有五种：一是采用可变的风扇速度来降低N2消耗，二是炉内使用可随意选择的空置气流来检测是否有PCB板正在通过，当炉中没有PCB板通过的时候，系统会自动减小风扇速度、空气循环和氮气供应，三是可以在智能控制时精确的调节对流速率，从而减小N2的消耗，四是可以通过减小炉子开口、出口和采用闭环氮气控制系统来减小N2消耗。炉子开口被定制为最小可通过元器件的尺寸，被抽进炉体中的气体越少，五是安装一个帘子或一些百叶窗和门，这些门通过自动传感器激活而允许板进出。同时内部设计的改造可以使气体以很薄的气流方式流动，并且没有牺牲热效率。
日东电子科技（深圳）有限公司，是国内首家生产无铅再流焊炉的设备商，氮气保护系统综合上述四和五的优点，研发出国内第一台无铅再流焊设备NT-8N-V2。设备采用炉子出口和入口安装硅胶帘或高温材料，并具有可调的进出口尺寸，减小氮气的泄漏和消耗，见图3。设备还配备了闭环氮气控制系统，氧含量检测系统，进而对氮气消耗量进行控制，见图4。
图3 氮气防漏措施
（a）氧分析仪（b）各温区氮气流量控制阀
图4 氧含量检测措施
6.3.氮气供应系统
实施氮气保护时，一般要求氧含量在100～1000×10-6之间[2]，这对氮气供应系统构成参考依据。目前常用氮气源纯度可为97～99.9995％，一般使用99.9％，99.99％和99.999％三个等级，其供应方式主要有两种：液态罐装氮气和制氮机产生氮气。
（1）液态罐装氮气
液态罐装氮气是用大型制氮设备制造出气态氮气，然后经过高压超低温处理（500Mpa，-180℃）使其转化为液氮，氮气源纯度一般为9.999％，一吨液氮相当于常温常压下780m3的有效氮气。
（2）制氮机产生氮气
膜分离制氮机。单位时间的产气量小，只适合配套单台炉，可达到的氮气纯度较低，一般为99.9％，且对与此配套的空压机出口压力要求高。
PSA制氮机。采用不同的流程技术，分离空气中的氮气，直接产生高纯氮气供给设备使用。这种系统提供氮气流量为1～2000m3/h，纯度范围一般为97～99.9995％，压力为0.05～1.0MPa。这种方式为目前市场主流。
（3）PSA+纯化装置制氮机
先用PSA生产出低纯氮气（纯度一般为99％），再用“氢除氧”工艺净化，氮气纯度较高，一般为99.99～99.9995％。这种制氮法故障率较高，即PSA的故障＋“氢除氧”的故障。“氢除氧”故障主要为点火装置不能间断，而且始终保持稳定流量的氮气。
6.4.氮气系统配置
如果使用PSA制氮机，生产出来的氮气可直接供设备使用；如果使用罐装液氮供应，由于氮气温度极低，使用时需要一个气化过程：减压、升温。一般需经翘片管汽化器后，通过50米长的金属管道提供给再流焊设备使用，如图5。
图5 液态罐装氮气供应系统[2]
每台再流焊设备与氮气源的接口处都有压力要求，这在操作手册中有标明，这个压力通常为0.55Mpa，0.75Mpa，对应制氮机的出口压力就应为0.60Mpa，0.80Mpa（因在远距离传送过程中会有压降产生）。
生产时如果采用液态罐装氮气，一般都是“一拖一”，如果采用制氮机供气，一般实行“一拖三”（即一台制氮机供三台炉子）。使用时要考虑到留有10～15％的余量，如果一台炉子耗氮量为30m3/h，那么制氮机的流量应为30×3×1.15＝103.5m3/h。由于氮气流量与纯度成反比，考虑实施“一拖几”的时候，并非拖的越多越好，一般选择“一拖二”、“一拖三”、“一拖四”。另外考虑到降低风险系数，尽可能采用制氮机组，防止出现故障。氮气罐的储气量与内压之间有以下关系[3]：
V a=V s×[(P a＋14.7)/14.7]1/2（1）其中V a为实际储氮量，V s为实际用氮量，P a为实际罐内压力。使用时要注意调节参数来满足以上要求。
6.5氧含量确定
所需氧含量与氮气源选择有关，一般可通过所需氧含量要求来选择具体的氮气供应方式和制作工艺。氮气源纯度选择时应该先确定生产时所需最低氧含量，再确定氮气源纯度。一般氮气源纯度选择为99.9％、99.99％和99.999％，对应设备中最低氧体积含量为1000×10-6、100×10-6和10×10-6。
生产成本与氮气消耗量有关，而氮气消耗量与所需氧含量有关，图6为Alan Rae等人对氧含量与氮气流量、生产成本之间的关系进行的一个评估，可以看出当氧含量低于100×10-6后，随着氧含量的下降，氮气消耗量和生产成本都急剧增加。在选择氧含量时，可以参考表1。
表1 不同工艺要求所需氧含量
氧含量(ppm) 工艺要求
氧含量
(ppm)
工艺要求
<10000 减少基板污染
减少桥连形成
<1000降低助焊剂残余程度
<300 减少焊球形成，减少竖碑形成
1000～700提高焊点强度
减少润湿不良<100 提高免清洗，低固残留钎料可焊性
图6氧含量与耗氮量和成本之间的关系[4]
6.6采用氮气保护生产成本估算
目前国内市场旧设备改造的面临的最大问题就是投资成本。一台无铅再流焊设备的市场价格为25～30万元，配套氮气供应系统，成本会更高，而这对于流动资金不足或低利润电子制造或组装厂，比如家电生产商，是一个很大开支。
6.6.1氮气发生器供应系统成本估算
（以下成本估算各计算式中凡下标R表示回流炉，下标O表示氧气，下标N表示氮气，下标E表示用电价格，下标M表示设备，下标S表示消耗品）（1）再流焊设备成本
所需再流焊设备数量：X R
每台再流焊设备价格：Q R
购买所需资金：M1＝X R×Q R
（2）氮气发生器选型
生产时所需氧含量：L O
每台再流焊设备每小时消耗氮气量：V N
氮气发生器供应方式：Y1/2，Y1/3，Y1/4
再流焊设备接口处所需压力：P＝0.60～0.80MPa
根据以上参数对氮气发生器进行选型。
（3）氮气发生器成本
每台氮气发生器价格：Q N
所需氮气发生器数量：X N
购买所需资金：M2=X N×Q N
（4）电能消耗成本
每套氮气供应系统每小时消耗电能：E N
当地工业用电价格：Q E
氮气供应系统服役期：H M
服役期内工业用电费用：
M3=X N×E N×H M×Q E
（5）氮气供应系统消耗品成本
每套消耗品费用：Q S
服役期内所需消耗品总套数：
消耗品所需总费用：M4＝Q S×（X S－1×X N）
（6）工业用地成本
每套氮气供应系统占地面积：S N
服役期内工业用地所需费用：M5
（7）无铅氮气保护再流焊总资本投入：
M＝M1＋M2＋M3＋M4＋M5
（8）每小时消耗成本
M6＝（M2＋M3＋M4＋M5）÷（H M×X R）
6.6.2罐装液氮供应系统成本估算
常用罐装液氮公称工作压力为115kg，氮气摩尔质量为28g/mol，即一罐液氮在室温下的体积为：
V A＝115÷28×22.4＝92（m3）。
考虑使用后留有10～15％的余量，实际氮气体积为：
V A＝92×（0.85～0.90）＝78.2～82.8m3。
特定氧含量下，假设每台再流焊设备每小时消耗氮气量为V N，则每罐液氮可以供应生产时间约为：
T＝V A/V N。
目前市场价每公斤液氮价格为3元，每罐液氮的价格为345元，每小时的成本消耗为：
M7＝345÷T。
7.举例说明
以上资本估算是可以量化的，而在具体的生产中，实际资本投入一般要大于上诉估算值M。为了比较两种氮气供应系统的优缺点，暂不考虑不可量化因素。假设一电子组装厂现有生产线15条，要进行无铅再流焊生产工艺，下面对其旧生产线改造投资成本进行简单的估算。
（1）再流焊设备投入成本：M1＝15×30＝450（万元）；
（2）生产时氧含量控制在1000ppm左右，每台再流焊设备每小时消耗氮气25m3，则15条线每小时共需要消耗氮气375m3。氮气供气方式采用“一拖三”，接口处压力取0.6MPa，氮气源所需纯度为99.999％。所需氮气发生器共5套，每套设备价格约65万元，则氮气发生器设备投入成本：
M2＝65×5＝325（万元）。
（3）氮气发生器每小时耗电量为50kW，设备服役期按照30000小时计算，工业用电按照0.6元/度计算，则服役期内工业用电费用：
M3＝5×50×30000×0.6＝45（万元）
（4）假设每年使用一套消耗品，那么服役期内所需消耗品总费用为：
M4＝0.5×（5×5－5×1）＝10（万元）
（5）占地费用暂不考虑，则无铅氮气保护再流焊总资本投入：
M＝M1＋M2＋M3＋M4=450＋325＋45＋10=830（万元）（6）每台炉子每小时消耗成本：
M6＝380÷（30000×15）≈8.4（元/小时）
如果使用罐装液氮，每台炉子每小时消耗氮气25m3，每罐氮气实际使用氮气体积按照80m3计算，则每罐液氮可以供应生产时间约为：
T＝V A/V N＝80÷25≈3.2（小时）
每台炉子每小时的成本消耗为：
M7＝345÷3.2≈107.8（元/小时）
由上述分析可知，使用罐装氮气生产附加成本要远远高于氮气发生器成本，所以大批量生产一般不推荐采用罐装液氮。而罐装氮气并不是没有优点，一次性投入资本小，使用方便，占地面积小，可根据实际生产量灵活搭配，生产柔性系数大，对于小批量，间断性生产较为适合。其缺点也是很明显的，需要停机进行氮气源更换，压力不稳，使用到最后压力不足，氧含量会随之升高。对于一个企业来讲，怎样进行决策，应该根据实际的生产量、生产长期性等因素来决定，择优选择。
8.小结
1．旧设备改造是无铅化电子组装面临的一个大问题。对于旧设备的改造，各电子组装厂应该根据自己旧设备的特点和新产品的需求制定合理的改造方案，把成本降到最低。
2．氮气保护是无铅化电子组装提出的一个新问题，目前研究表明：氮气保护对无铅再流焊工艺有一定的改善作用。
3．在使用氮气保护的条件下，需要建立无铅氮气保护系统，这需要从再流焊设备和氮气工艺系统两方面着手。对于再流焊设备而言，要增加氮气供应接口和防止氮气泄漏相关措施，另外还需氧含量检测设备，氮气输入管道等等。
4．氮气源的供应要考虑实际生产量而定，对于小批量生产，而且不间断更换生产线的企业，可以采用罐装液氮作为发生器，反之就要采用氮气发生器来提供氮气。
参考文献：
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https://www.doczj.com/doc/8610154073.html,/docs/Lead-FreeDesignersDilemma.pdf
修改者：林子木 电子元件封装大全及封装常识 一、什么叫封装 封装，就是指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连 接.封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、 密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线 连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连 接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。因为芯片必须与外界隔离，以防止空 气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也 更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与 之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比 值越接近1 越好。封装时主要考虑的因素： 1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率，尽量接近1：1； 2、引脚要尽量短以减少延迟，引脚间的距离尽量远，以保证互不干扰，提高性 能； 3、基于散热的要求，封装越薄越好。 封装主要分为DIP 双列直插和SMD 贴片封装两种。从结构方面，封装经历了最 早期的晶体管TO（如TO-89、TO92）封装发展到了双列直插封装，随后由PHILIP 公司开发出了SOP 小外型封装，以后逐渐派生出SOJ（J 型引脚小外形封装）、 TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、 TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电 路）等。从材料介质方面，包括金属、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高强度工作 条件需求的电路如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。 封装大致经过了如下发展进程： 结构方面：TO－>DIP－>PLCC－>QFP－>BGA －>CSP； 材料方面：金属、陶瓷－>陶瓷、塑料－>塑料； 引脚形状：长引线直插－>短引线或无引线贴装－>球状凸点； 装配方式：通孔插装－>表面组装－>直接安装 二、具体的封装形式 1、SOP/SOIC 封装 SOP 是英文Small Outline Package 的缩写，即小外形封装。SOP 封装技术由 1968～1969 年菲利浦公司开发成功，以后逐渐派生出SOJ（J 型引脚小外形封 装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、 TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电 路）等。 SOP(Small Out-Line package) 也叫SOIC，小外形封装。表面贴装型封装之一， 引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L 字形)。材料有塑料和陶瓷两种。SOP 除了用 于存储器LSI 外，也广泛用于规模不太大的ASSP 等电路。在输入输出端子不 超过10～40 的领域，SOP 是普及最广的表面贴装封装。引脚中心距 1.27mm，引脚数从8～44。另外，引脚中心距小于1.27mm 的SOP 也称为SSOP；装配 高度不到1.27mm 的SOP 也称为TSOP。还有一种带有散热片的SOP。
课程设计说明书 课程名称：机械原理课程设计 设计题目：产品包装生产线（方案三） 院（系）：船舶与海洋工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 12级机械四班 班号： 1213104 设计者：刘胜男 学号：121310402 指导老师：杨绪剑 设计时间：2014.06.30-2014.07.07 哈尔滨工业大学（威海）
产品包装生产线(方案3) 1.设计课题概述 如下图所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长?宽?高 200200600??=，采取步进式输送方式，送第一包产品至托盘A 上（托盘A 上平面与输送线1的上平面同高）后，托盘A 下降00mm 2，第二包产品送到后，托盘A 上升00mm 2，然后，把产品推入输送线2。原动机转速为2400rpm ，产品输送数量分三档可调，每分钟向输送线2分别输送 8 ，16 ， 24 件小包装产品。 图1功能简图 2.设计课题工艺分析 由题目和功能简图可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行机构1，在A 处使产品上升，下降的是执行构件2，在A 处把产品推到下一个工位的是执行构件3，三个执行构件的运动协调关系如图所示。 T3 T2 T 1 执行构件 运动情况 执行构件1 进 退 进 退 进 退 进 退 执行构件2 停 降 停 升 停 降 停 升 执行构件3 停 进 退 停 图2 运动循环图 图1中T 1为执行构件1的工作周期，T 2是执行构件2的工作周期，T 3是执A 21280
行构件3的工作周期。由图2可以看出，执行构件1是作连续往复移动的，而执行构件2则有一个间歇往复运动，执行构件3作一个间歇往复运动。三个执行构件的工作周期关系为：2T 1= T 2。执行构件3的动作周期为其工作周期的1/4。 3.设计课题运动功能分析及运动功能系统图 根据前面的分析可知，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有运动功能如图3所示。该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动两次，主动件的转速分别为4、8、12 rpm 。 图3 执行机构1的运动功能 由于电动机转速为2400rpm ，为了在执行机构1的主动件上分别得到4、8、12 rpm 的转速，则由电动机到执行机构之间的传动比i z 有3种分别为： 20012 2400300824006004 2400332211====== ===n n i n n i n n i z z z 总传动比由定传动比i c 与变传动比i v 组成，满足以下关系式： i z1 = i c i v1 i z2=i c i v2 i z3=i c i v3 三种传动比中i z1最大，i z3最小。由于定传动比i c 是常数，因此3种变传动比中i v1最大，i v3最小。若采用滑移齿轮变速，其最大传动比最好不要大于4，即： i v1≤4 令： i v1=4 则有： 1504 60011===v z c i i i 故变传动比的其他值为： 3 41502002150 3003322======c z v c z v i i i i i i
包装生产线的工作流程及PLC控制系统设计 现代社会对物品的包装要求越来越高，为使包装出的物品整齐、美观并且具有良好的包装质量，要求包装生产线具有精确的动作、定位精度及较高的生产率，因此对自动包装生产线的控制要求是越来越高。 自动包装生产线有两个传送带，即包装箱传送带和产品传送带。包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。为使空箱恰好对准产品传送带的末端，使产品刚好落入包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。产品传送带将产品从生产车间传送到包装箱，当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由另一传感器转换成计数脉冲。本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。 包装生产线的工作流程 由包装生产线的工作流程可以发现自动包装生产线的控制系统主要由传送带运动，计数器计数几部分组成，所以该系统输入信号有：启动信号，传感器计数，包装箱到位检测，过载保护等。输出信号有：计数器计数输出，电动机带动传送带运动等。 1、PLC控制系统的运动 通过分析包装生产线的工作流程，包装生产线控制系统分为电机控制运动，编码器计数等。在高速运动中，传统方式中各部分的动作精确度不够，而采用PLC控制的电机完成此项工作是比较容易的。它既灵活方便，又精确可靠，抗干扰能力强，编程简单，使用方便，通用性好，组合灵活；体积小，功耗低，功能完善，适应面广。所以我们选择PLC控制的方案是：在控制系统确定后，利用传感器收集的信号通过PLC去控制其他执行机构。根据输出的信号来控制电机的运动。 2、系统运行方式 包装生产线的PLC控制系统运行方式分为手动和自动： (1)手动：按下启动按钮，手动开关闭合，程序才能够运行，完成相应的动作。 (2)自动：按下启动按钮，程序完成一个周期的动作后又接着从第一步开始运动，自动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统要继续运行到第一步开始位置才停止。 根据包装生产线的实际运行情况，本系统采用自动运行和手动运行两种方式，还必须考虑停止运行方式的设计，可编程控制器的停运方式有正常停运，暂时停运和紧急停运三种。根据控制系统要求，又要包装生产线运行期间采用循环工作方式，只有在工作结束或接收到操作人员的停止运行指令或设备出现故障或异常情况时才停止，因此本系统采用硬件切断电源，使系统立即停车。 3、系统控制总框图
13.3.7输送装置 自动包装生产线采用输送装置的目的在于将所配备的全部包装工艺设备有机地联系起来而成为一个工作整体，它不单起着中间的传送作用，还能完成被包装物品和包装材料的输人以及包装成品和次品的输出。因此,输送装置的工作性能同样会影响全线的自动化程度、生产能力、包装质量、产品成本、操作条件和卫生安全等。设计者必须根据工艺要求和总体布局合理地加以设计和选用。 包装线所用的输送装置按输送力的来源大体可分重力和动力式2大类。 13.3.7. 1重力式输送装置 重力式输送装置有滑槽、滚道和滑轮输送道等。这类装置都是依靠物件自身的重力或惯性力以克服滑槽或滑道的接触摩擦阻力而实现输送的，结构简单,应用较广。但它只能向下输送，而且运动稳定性差,所以对自动包装生产线的工作节拍有严格要求的场合，不宜直接采用。滚道结构可参见图2-16。 13.3.7.2动力式输送装置 动力式输送装置不仅具有向下的输送能力，还有沿水平向和向上的输送能力,输送速度可调节。典型的动力式输送装置大致有动力滚道、带式、链式、板链式输送机等。它们能驱动物件做连续或间歇运动。输送装置结构可参见图2 -14和图2 -15。
1)带式输送机 带式输送机结构简单,工作可靠,造价低廉,适应性强。特别对工作节拍没有严格要求而且比较干燥的生产场所，可用于柔性或半柔性自^包装线，输送袋、盒、箱等产品。按输送带下部支承的结构不同,分为托板式及托辊式2种。前者在工作中稳定性较好,但摩擦阻力较大,适用于短距离及轻载的场合;后者适用于长距离和重载的场合。 带式输送机一般由主从动滚轮、张紧轮、挠性带、托板（或栏杆）和驱动装置等组成。挠性带常用棉织带、橡胶带、钢带及金属丝编织带等，由于承载较轻-般以薄型为主。 2)链式及板链式输送机 (1)链式。如图2-14(b)所示,链条架在导轨上，直线承载大型箱体之类的物件。块状物件被放在托板上,借链条上的推头推送，能始终保持一定的间距，有利于实现所需的工作节拍。因无任何强制性推进元件,一般只适用于低速的水平输送。 (2)板链式。如图2-14(a)和图2-14(b)所示，瓶、罐等物件由架在轨道上的板链承载。图2-14( a)所示结构简单，只能沿直线方向移送;图2-14( b)所示结构较复杂,可沿曲折平面移送，在自动包装生产线上都得到广泛应用。 13.3.7.3 其他类型输送机 在自动包装生产线上，有时利用物件本身的种种特性（如材料，形状等）而采用特种形式的输送装置,以达到简单、可靠的工作效果。 1)摩擦输送带 对于质量较轻而且刚性较好的圆筒形物件常采用摩擦输送带。加料区和排料区既可安排在同一侧，也可安排在另一侧。由于输送带受弹簧片的张紧紧作用而向物件施加一定的压力，因此能产生向上提升所必需的摩擦力。 2)磁性输送带 图13 -19所示为磁性输送带工作原理图，紧靠输送带的是按一定顺序排列的永久磁铁或者电磁铁。这样，可使某些导磁性和散落性都较强的小物件受磁场作用,被吸附和增强它对输送带的接触摩擦力，从而能克服物件的自重而向上提升。输送带常用较薄的氧丁橡胶制成,带速为30m/min~70m/min。如果需要在上部卸料,则应将输送带的主动轮设计成带磁性的辊筒。
目录 一、课程设计题目名称 二、课程设计目的 三、设计任务及要求 四、设计分工 五、I/O地址分配地址及其相关的硬件配置要求 六、系统主电路原理图、PLC的输入输出外部接线图 七、PLC的控制程序，并阐述程序设计、调试思路 八、系统主画面和命令语言程序，阐述监控系统所具 有的功能 九、调试过程中的问题和解决方法 十、课程设计心得 十一、参考文献 一、课程设计题目名称：包装生产线PLC控制系统
设计。 二、课程设计目的：通过对包装生产线PLC控制系统设计，即系统的硬件设计、PLC控制程序设计、监控程序设计及调试，使我们对PLC系统集成、PLC复杂控制程序设计、与电气控制系统结合、人机界面设计及监控实现等建立起整体印象，强化工程意识，提高应用能力。巩固和加强PLC控制程序书写的技巧和知识，进一步掌握电气原理图和PLC的输入/输出外部接线图的绘制。 三、设计任务及要求 如上图所示包装物品由传送带1随时运来，运送时间不固定，因此包装物品的间隔是不确定的，有的包装距离
较远，有的包装则靠在了一起。在传送带1的电动机轴上安装一个旋转编码器E6A，电动机转动1圈，旋转编码器发出1个脉冲。每个包装物品的宽度是 4个脉冲，当光电检测器 SP1检测到包装物品，且旋转编码器发出4个脉冲时，表示有1个包装物品通过传送带1到达传送带2。这样就可以通过对旋转编码器发出的脉冲数的计数，实现对包装物品的准确计数。 控制任务和要求： ①按下启动按钮 SF1后，传送带 1和传送带 2运转，传送包装物品到传送带 2（传送带1、2均由三相笼型异步电动机驱动）。 ②当传送带2上有3个物品后，挡板电动机MA1正转，驱动挡板上升，阻止后面的包装物品继续运送到传送带2上。 ③当挡板上升到位，上限位开关BG3动作，挡板停止上升，推动器电动机MA2正转，将3个包装物品向前推出。 ④当推动器到达前限位开关，BG2动作，打包机打
元器件封装大全 A. 名称Axial 描述轴状的封装 名称 AGP （Accelerate Graphical Port） 描述加速图形接口 名称 AMR (Audio/MODEM Riser) 描述声音/调制解调器插卡 B. 名称 BGA （Ball Grid Array） 描述 球形触点阵列，表面贴 装型封装之一。在印刷基板 的背面按阵列方式制作出 球形凸点用以代替引脚，在 印刷基板的正面装配LSI 芯片，然后用模压树脂或灌 封方法进行密封。也称为凸 点阵列载体(PAC) 名称 BQFP (quad flat package with bumper) 描述 带缓冲垫的四侧引脚扁 平封装。QFP封装之一，在 封装本体的四个角设置突 (缓冲垫)以防止在运送过 程中引脚发生弯曲变形。 C．陶瓷片式载体封装 名称 C－ (ceramic) 描述 表示陶瓷封装的记号。 例如，CDIP 表示的是陶瓷 DIP。 名称C-BEND LEAD 描述名称CDFP 描述
名称Cerdip 描述 用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装，用于ECL RAM，DSP(数字信号处理器)等电路。带有玻璃窗口的Cerdip 用于紫外线擦除型EPROM 以及内部带有EPROM 的微机电路等。 名称CERAMIC CASE 描述 名称 CERQUAD (Ceramic Quad Flat Pack) 描述 表面贴装型封装之一， 即用下密封的陶瓷QFP，用 于封装DSP 等的逻辑LSI 电路。带有窗口的Cerquad 用于封装EPROM 电路。散热 性比塑料QFP 好，在自然空 冷条件下可容许 1.5～2W 的功率 名称CFP127 描述 名称 CGA (Column Grid Array)描述 圆柱栅格阵列，又称柱栅阵列封装 名称 CCGA (Ceramic Column Grid Array) 描述陶瓷圆柱栅格阵列 名称CNR 描述CNR是继AMR之后作为INTEL的标准扩展接口 名称CLCC 描述 带引脚的陶瓷芯片载体，引脚从封装的四个侧面引出，呈丁字形。带有窗口的用于封装紫外线擦除型EPROM 以及带有EPROM 的微机电路等。此封装也称为QFJ、QFJ－G.
自动化包装流水线解决方案 自动化包装流水线组成部分 1.MG-505纸箱成型封底机 2.动力输送机<空纸箱输送） 3.MG5545C全自动边封收缩包装 机 4.装箱机 5.喷码机 6.MG-503折盖封箱机 7.MG-504角边封箱机 8.MG-102B无人化打包机 9.栈板供给码垛 机 10.MH-105B全自动穿剑式打包机 11.MG-105A 全自动栈板水平打包机 12.TP2000FZ- PL在线缠绕包装机 13.成品暂存区<无动力输送机） 自动包装流水线解决方案流程概述整条自动包装流水线由：纸箱成型封底机<开箱机）、封切热收缩机、自动装箱机、喷码机、折盖封箱机、角边封箱机、无人化打包机、栈板供给码垛机、穿剑式打包机、水平式打包机、在线缠绕包装机及输送机组成。此款包装流水线为昱音最完整成套设备，整套包装线可实现无人化运行、
包装外观整洁、稳固。开箱机(纸箱成型封底机）完成吸箱、开箱、 胶带封底，输送到积放滚筒输送机，阻挡器阻挡纸箱。全自动封切 包装机是通过前后输送皮带将产品送入到位，光电开关感应产品到位，由PLC和其它外围线路控制气动元件和机械装置相结合的自动 包装设备。该设备的执行元件是气缸。由二位五通电磁阀控制其前 进和后退。气缸的工作位置由磁性开关和接近开关检测并反馈给PLC，由PLC通过程序发出控制命令给相应气缸的电磁阀，从而控制 气缸的动作。通过自动控制将产品外表用收缩膜封切包装起来。通 过收缩机炉膛，完成贴体包装。通过输送线进入装箱机<根据产品可 采取平推式装箱、落差式装箱、机械手装箱）由设备完成装箱后， 放行纸箱包装。通过输送机进入喷码区域完成喷码<喷码机国产及进 口可选）。进入折盖封箱机前端，自动折盖封箱机纸箱底部面形 成的四面可弯折的面板折合，放入物品后输入由两侧皮带驱动的输 送轨道内，封箱机上侧的纸箱折盖装置启动，折盖封箱一次性完成。纸箱大小变化时，全自动机器定位 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：机械原理课程设计 设计题目：产品包装生产线（方案5） 院系：机电学院 班级： 11108107 设计者： 学号： 指导教师：林琳 设计时间： 2013.07.01-2013.07.05 哈尔滨工业大学 产品包装生产线(方案8) 1.题目要求 如图1所示，输送线1上为小包装产品，其尺寸为长*宽*高=500*200*200，采取步进式输送方式，把产品送至托盘A上（托盘A上平面与输送线1的上平面等高）托盘A上升5mm、顺时针回转90°后，把产品推入输送线2。然后，托盘A逆时针回转90°、下降5mm，恢复原始位置。原动机转速为1430rpm，产品输送量分三档可调，每分钟向输送线2分别输送7、14、21件小包装产品。 图1功能简图 2.题目解答 （1）工艺方法分析 由题目和功能简图可以看出，推动产品在输送线1上运动的是执行机构1，在A处使产品上升、转位的是执行构件2，在A处把产品推到下一个工位的是执行构件3，三个执行构件的运动协调关系如图所示。 下图中T 1为执行构件1的工作周期，T 2 是执行构件2的工作周期，T 3 是执行 构件3的工作周期。由图2可以看出，执行构件1是作连续往复移动的，而执行构件2则有一个间歇往复运动和一个间歇往复转动，执行构件3作一个间歇往复 运动。三个执行构件的工作周期关系为：T 1= T 2 = T 3= T。 执 行 机 构 运动情况 执 行 构 件1 进(0.6T) 退(0.4T) 执行构件2 停(0.6T) 升 (0.1T) 停(0.2T) 降 (0.1T) 停(0.7T) 转 +90° (0.05T) 停(0.1T) 转 -90° (0.05T) 停 (0.05T) 执 行构件3 停(0.75T) 进 (0.06T) 退 (0.04T)_ 停(0.15T) 图2 运动循环图 （2）运动功能分析及运动功能系统图 根据前面的分析可知，驱动执行构件1工作的执行机构应该具有运动功能如图3所示。该运动功能把一个连续的单向转动转换为连续的往复移动，主动件每转动一周，从动件（执行构件1）往复运动一次，主动件的转速分别为7、14、21 rpm 7、14、21rpm 图3 执行机构1的运动功能 由于电动机转速为1430rpm，为了在执行机构1的主动件上分别得到7、14、21 rpm的转速，则由电动机到执行机构1之间的传动比i z 有3种分别为： i z1 = = 204.2857 i z2 = = 102.1429 i z3 = = 68.0952 总传动比由定传动比i c 与变传动比i v 组成，满足以下关系式： i z1 = i c *i v1 摘要 传统的机械设备与产品，多是以机械为主，是电气、液压或气动控制的机械设备。随着工业水平的不断发展，机械设备己逐步地由手动操作改为自动控制，设备本身也发展成为机电一体化的综合体。可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。经过30多年的发展，目前，可编程控制器已成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，己跃居工业生产自动化四大支柱(可编程控器、数控机床、机器人、计算机辅助设计与制造)的首位。其应用的深度和广度已成为衡量一个国家工业先进与自动化程度高低的标志。 本论文共分四章，从可编程控器(PLC)基础到整个系统的规划设计，以及PLC 控制系统的硬件、软件的开发，给出全面、详细的设计思路。该系统的核心部分是包装码垛自动生产线的控制系统，其控制系统主要是以可编程控制器(PLC)为基础进行集成控制的。 全自动包装码垛生产线主要应用于化工、粮食、食品及医药等行业中的粉、粒、块状物料（如塑料、化肥、合成橡胶、粮食等）的全自动包装，即对包装过程中的称重、供袋、装袋、折边、封袋、倒袋整形、批号打印、检测、转位编组、码垛、托盘和垛盘的输送等作业全部实现自动化。以PLC为基础的全自动包装码垛生产线，控制系统简单、便于维护、适应性强，自动化程度高，节约人力，可极大提高生产效率。 关键词：PLC；控制系统；包装码垛自动生产线 Abstract The traditional mechanical device and the product, many are by the machinery primarily, is electrical, the hydraulic pressure or the pneumatic control mechanical device. Along with the industry level's unceasing development, mechanical device oneself changes the automatic control gradually by the manual operation, the equipment itself also develops into the integration of machinery complex compound. Programmable controller (PLC) is take the microprocessor as a core, the comprehensive computer technology, the automated technology and the communication develop one new industry automatic control device. After more than 30 years development, at present, the programmable controller has become in the industrial automation domain to be most important, to apply most control devices, oneself leaps to the industrial production automation four big props (programmable controller, numerically-controlled machine tool, robot, computer-aided design and manufacture) the first place. Its application's depth and the breadth have become weigh a national industry to be advanced and automaticity height symbol. This thesis consists of four chapters, from the programmable logic controller (PLC) based planning and design of the entire system, and PLC control system hardware, software development, give full and detailed design ideas. The core of the system is Palletizing automatic production line control system, the control system is mainly based on programmable logic controller (PLC) as the basis for integrated control. Automatic Palletizing production line is mainly used in chemical, food, food and pharmaceutical industries in the flour, grain, bulk materials (such as plastics, fertilizers, synthetic rubber, food, etc.) of the automatic packaging, ie packaging process weight for bags, bagging, folding, envelope, plastic bags down, batch printing, testing, transfer grouping, stacking, pallets, and stack operations such as disk full automated transmission. With PLC based fully automatic palletizing packaging production line, control system is simple, easy maintenance, strong adaptability, high automation, saving manpower, can greatly increase productivity. Key word:PLC;Control System;Palletizing automatic production line 真空包装机工作原理及维修手册 真空包装机能够自动抽出包装袋内的空气，达到预定真空度后完成封口工序。亦可再充入氮气或其它混合气体，然后完成封口工序。真空包装机常被用于食品行业，因为经过真空包装以后，食品能够抗氧化，从而达到长期保存的目的。追踪真空包装机的发展历史，就会发现每一次竞争战火过后，包装市场的发展就会更加的顺利。要显示自身实力，必须在产品上下功夫。只有将产品更深的研发，创新，不断推出高新技术的包装机，让市场来见证企业的实力与魅力!真空包装机的保养核心是真空泵的保养，所以我们称为真空泵的保养。 平板真空包装机(有双式单式) 技术参数:型号：YSDZ-400 本系列真空包装机只须按下真空盖即自动按程序完成抽真空、封口。印字、冷却、排气的过程。经过包装后的产品防止氧化、霉变、虫蛀、受潮、可保质、保鲜而延长产品的储存限期。 真空泵保养具体分以下6点： 1、更换排气过滤器如果泵温明显升高、电动机电流达到或超过额定电流，泵排气口有油烟产生，则应检查排气过滤器是否堵塞，如堵塞，应及时更换。可在泵加油孔处安装排气压力表，检查过滤器是否堵塞。当压力超过0.6bar（表压力）时可更换排气过滤器。 2、更换真空泵油及油过滤器如果油受污染而发黑、乳化或变稠应及时换油。换油同时，应更换油过滤器。并在加入新油之前请清洗泵。清洗、换油步骤：停泵将热油放掉；旋上放油塞，运转5-10秒，将油放尽；注入清洗用油（32号普通机械油）到油窗高度的3/4处；运转真空泵5-10分钟；停泵，将油放掉。如放掉的油还是比较浑浊，达不到要求，重复 3、4步骤，直到放出的油呈透明状；旋上放油塞运转5-10秒；将油放尽；注入规定的新油即 芯片封装方式大全 各种IC封装形式图片 BGA Ball Grid Array EBGA 680L LBGA 160L PBGA 217L Plastic Ball Grid Array SBGA 192L QFP Quad Flat Package TQFP 100L SBGA SC-70 5L SDIP SIP Single Inline Package TSBGA 680L CLCC CNR Communicati on and Networking Riser Specification Revision CPGA Ceramic Pin Grid Array DIP Dual Inline Package SO Small Outline Package SOJ 32L SOJ SOP EIAJ TYPE II 14L SOT220 SSOP 16L DIP-tab Dual Inline Package with Metal Heatsink FBGA FDIP FTO220 Flat Pack HSOP28SSOP TO18 TO220 TO247 TO264 TO3 ITO220 ITO3p JLCC LCC LDCC LGA LQFP PCDIP TO5 TO52 TO71 TO72 TO78 TO8 TO92 PGA Plastic Pin Grid Array PLCC 详细规格 PQFP PSDIP LQFP 100L 详细规格 METAL QUAD 100L 详细规格 PQFP 100L 详细规格 TO93 TO99 TSOP Thin Small Outline Package TSSOP or TSOP II Thin Shrink Outline Package uBGA Micro Ball Grid Array uBGA Micro Ball Grid Array 基于PLC的自动灌装生产线控制系统设计与实现 【摘要】本文主要介绍基于欧姆龙CP1H PLC及组态王设计的矿泉水自动灌装控制系统。包括自动控制和手动控制，实现了清洗、灌装、封盖、包装、检测等功能。形成快速一体的自动灌装系统。另外，为了保证系统在出现意外故障时，能够得到很好的解决，系统还配置了急停开关等。对于检查出的不合格产品采用机械手将其移走。并运用组态王软件实现了对整个自动灌装系统的实时监控，可以更好的了解和修改生产工艺及控制程序。 【关键词】自动灌装；可编程控制器；CP1H；组态王 1 矿泉水灌装生产线基本结构及控制要求 1.1 生产线结构及工作过程 矿泉水自动灌装生产线的基本结构由清洗环节、灌装环节、封盖环节、包装环节、检测环节五部分组成。清洗环节是通过对回收回来的饮料瓶进行清洗，首先先向空瓶子里注入专门的清洗液，对瓶子进行清洗、消毒，然后通过倒瓶机将清洗液倒出，再将清洗好的空瓶子通过传送带送至灌装环节。灌装环节是PLC 控制电磁阀将气压导通从而控制气压阀对瓶子进行灌装，当液位高度达到标准后气压阀停止灌装，灌装口将灌装后的瓶子放下，再由传送带将瓶子送往下一个加工环节。封盖环节固定架将瓶盖放到瓶子口使得瓶盖的螺纹与瓶口的螺纹重合，通过传送带测壁的摩擦链将瓶子旋转，将瓶盖旋紧，实现封盖。包装环节是由两个固定包装纸的轴组成的，当瓶子被送至包装位置的时候，包装带将一端粘合在瓶子的侧壁，然后旋转瓶身，让包装纸缠绕在瓶身上，缠绕一周后包装纸切断，包装纸的另一端固定粘合到粘合处，包装环节结束。最后加工后的产品经过检测环节的感光传感检测不良，其中包括瓶身外部损伤、瓶盖封装不良、包装不良、灌装液位不良等等，最后机械手会将不合格的产品移至指定区域，合格的产品进行装箱，至此整个加工过程结束。 1.2 控制要求 自动灌装生产线需要设计手动和自动两种工作模式。手动模式用于设备的维护保养，调试和计数统计的复位，自动模式下允许启动生产线的正常运行。并实现下面功能： （1）急停功能 当设备发生故障或人员伤亡时，按下急停按钮，停止设备的运行所以要求在每一个生产环节都要设有急停按钮，且直接作用于电源。 （2）手动模式 枕式包装机是食品、医药等包装行业中应 用比较广泛的一种包装机械，日常生活中使用到大量的日常用品和食品的包装大多是枕式包装机封装而成。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，给包装机行业带来了良好的发展机遇，应用范围也越来越宽广，同时对包装机的品质和生产效率也提出了更高的要求。 传统的枕式包装机主要采用差速齿轮箱的结构，优点是运行稳定；缺点是噪声较大，机械容易损坏，封装精度的调整很麻烦。随着微电子技术、计算机技术、传感器技术的发展，PLC 技术日益成熟，应用也更加广泛。包装机主机系统采用PLC 作为控制系统核心，可以使得包装速度高，定位准确，系统更加可靠、稳定，符合、满足现在包装的发展要求。 图1 包装机前视图 系统组成 枕式包装机主要完成成型、定位、包装和封口等功能。主要包括以下几个系统部分： 1.封切系统 枕式包装机的封切系统由横封刀（上、下）和纵封刀（左、右）组成，其作用就是对包装物进行横向和纵向的封装。 2.加热系统 系统需要对横封刀和纵封刀进行加热，并进行温度控制，采用台达温度表采集并控制封切刀的温度。 3.变频调速系统 变频器驱动横切刀达到封切的目的，其速度决定该包装机的包装速度。 4.纵封送料系统 纵封送料系统由伺服驱动送料辊与横切送料系统配合，根据包装膜的袋长等技术指标达到准确送膜并能达到封切准确（横切到包装膜的色标位置）的要求。 5.电气控制系统 电源采用单相220V/50Hz供电，主机的电气系统主要由PLC、变频器、伺服系统、人机界面等组成。并在横封刀轴上安装一个接近开关，位置为横切点；在送膜轴上装一光电开关，在包装膜上黑色光标通过时起作用；在纵封送料系统的主轴安装一个360线编码器，对袋长进行计长（通过PLC高速计数实现）。 电气控制原理 系统通过人机界面上对应划面设置袋长（包装膜两个光标之间的距离），袋长设定也可以通过启动系统袋长自动量测来实现。按下袋长自动量测按钮时，伺服系统以固定的速度启动，驱动纵封系统送料。当光电开关检测到包装膜的第一个光标的时候开始计长，当运行到下一个光标到来时停止计长，并把计算出来的长度显示到人机界面上。按下存储按钮时，就把该长度送进PLC，作为当前封切时包装膜的长度。 系统采用PLC通信方式采集变频器的命令频率F和输出频率H，通过求这两个频率的平均值（依此来避免采集单一输出频率时的延时），作为变频器的当前频率。通过计算得到电机的当前运行速度V，根据机械结构的传动比可以计算出当前横切刀的旋转速度R（转/分），作为送膜快慢的依据。 控制系统设计 啤酒包装自动生产线解决方案 1．工艺流程及平面布局 (1)啤酒包装自动生产线工艺流程 如图1所示是生产能力为36000瓶/h啤酒灌装生产线流程示意图。其主要组成单机有：卸箱机、洗瓶机、验瓶机、灌装压盖机、杀菌机、贴标机、装箱机或热收缩薄膜包装机等。 图1 啤酒包装自动生产线工艺流程图 (2)啤酒包装自动生产线车间平面布局 ①平面布局依据的条件 进行车间的平面布局设计，需要提供以下资料： ·生产线的规模及生产工艺要求； ·车间建筑平面图； ·啤酒瓶及瓶箱规格，配套设备情况及相关资料； ·用户要求。 ②平面布局应该注意以下几点 ·设备分布间隔要合理、场地使用要合理、布局要紧凑； ·各台设备的操作者位置应该尽量考虑集中在一个公共的操作场地，形成一个操作中心，达到一人操作两台机器，减少操作工数量； ·操作者通道畅通，位置宽松，有良好的通风采光及安全设施，充分体现以 人为本的企业管理理念； ·输送系统有较大的缓冲时间和贮存能力，使瓶子运送畅通； ·车间内要有一定的空箱和木板堆放空间； ·车间内或设备间有一定的维修场地； ·预留以后扩大生产的余地。 ③啤酒包装自动生产线平面布局形式 可分为如下两大类：直线布局形式、U形布局形式。 U形布局方式： 啤酒包装生产线U形布局方式 优缺点： ·脏瓶区与成品区分隔在车间的两端，二者相距较远，更符合水平卫生条件； ·潮湿区与干燥区分开较远，使得贴标后的成品不容易受潮； ·车间区域地面有利于成品堆放，工作环境较好； ·卸垛机与码垛机分隔距离较长，使得木板输送线路拉长，投资较大。 直线布局形式： 啤酒包装生产线直线布局方式 优缺点： ·卸垛机与码垛机之间的木板输送线路较短，节省投资； ·卸垛机与码垛机布置在车间的同一端，铲车可以交替使用，提高利用率； ·布局比较紧凑，中间有一个公共场地可作设备维修使用； 机械原理课程设计任务书 姓名：院（系）： 专业：班号： 任务起至日期：2013 年7 月5 日至2013 年7 月14 日 设计题目：产品包装生产线（方案2） 1. 产品包装生产线使用功能描述 如下图所示，输送线 1 上为小包装产品，其尺寸为长宽高600 200 200 ，采取步进式输送方式，小包装产品送至 A 处（自由下落）达到 3 包时，被送到下一个工位进行包装。原动机转速为1430 rpm ，产品输送数量分三档可调，每分钟向下一工位分别输送，，件小包装产品。 280 1 A 序号三档运输包装件数序号三档运输包装件数 1 12，18，30 7 9，15，24 2 12，21，3 3 8 9，15，27 3 12，21，27 9 15，24，33 4 9，18，24 10 6，12，18 5 15，24，30 11 6，12，15 6 9，18，2 7 12 15，21，27 2. 设计要求 □（1）画出机械系统运动循环图； □（2）画出机械系统运动功能系统图； □（3）选定电动机转速、拟定机械系统运动方案； □（4）确定机械系统传动部分运动尺寸、执行机构运动尺寸并对机械系统进行运动分析。 工作量 完成 1 张机械系统运动简图（A3），1 份设计说明书。 成绩构成 平时（出勤、设计过程）40%； 设计图纸、设计说明书60%。 工作计划安排 （1）查资料，画出机械系统运动循环图（ 1 天）； （2）画机械系统运动功能系统图（ 1 天）； （3）选定电动机转速、拟定机械系统运动方案(2 天)； （4）确定机械系统传动部分运动尺寸、执行机构运动尺寸并对机械系统进行运动分析（ 2 天学时）；（5）画机械系统运动简图、机械系统实际运动循环图（ 1 天）； （6）撰写设计说明书（ 1 天）。 指导教师签字___________________ 年月日教研室主任意见： 教研室主任签字___________________ 年月日 摘要 在工业生产中，有很多地方需要对粉末状或小颗粒状散状固体的流量进行准确的测量和控制，再配以给料设备组成定量给料控制系统。它是集喂料、流量测量和控制于一身的设备。目前，作为许多生产设备的定量给料控制系统己广泛应用于水泥、冶金、建材、电力、化工、食品、矿山、粮食等各行各业。定量给料在工业生产中发挥着越来越重要的作用，正因为其应用的广泛性，如果能提高给料系统的精度、自动化程度，就有着重要的现实意义。 包装码垛自动生产线适用于石油化工、化肥、粮食、港口等行业，可对PP、PE粒子、PVC、化肥、粮食等粉状、颗粒状物料进行全自动包装码垛作业，便于用户储存、运输和销售，全自动包装码垛生产线主要由自动定量包装机、自动上袋机组、封口系统、倒袋机、金属检测机、重量检验机、检选机、喷墨打印机、码垛机等单元组成。通过可编程序控制器对整个生产线的工作过程进行自动控制，对运行过程中出现的故障或供料不足，供袋不及时、出垛不及时等，进行声光报警。该设备具有操作简单，运行可靠，维修方便等优点。 关键词：控制系统,包装码垛生产线,可编程序控制器 ABSTRACT Industrial production, there are many places need for powdered or granular solids flow for accurate measurement and control, with feeding device consisting of quantitative feeding control system. It is a feeder, flow measurement and control in a device. At present, production equipment as many quantitative feeding control system has been widely used in cement, metallurgy, building materials, electric power, chemical, food, mining, food and other industries. Quantitative feeding in industrial production is playing an increasingly important role, because of its wide application, if can improve the feeding system precision, the degree of automation, it has important practical significance. Automatic bagging palletizing line is used in the industries of petrochemical, fertilizer, food processing, and transportation port etc. It can perform bagging and palletizing automatically for powder and granular materials such as chemical fertilizer, plastic granules (PP/PE/PVC) and grains etc. It is easy for customers to store, transport and sale their products. Automatic bagging & palletizing line consists of auto-weighing bagging machine, auto-bag feed group, sealing system ,bag turn down machine, metal detector, sorting machine, jet printer and palletizing machine etc. units. Through programming controller, the whole system process can be automatic controlled. Any process operation troubles, not enough feeds, bag feeding not due or palletizing not in time all can be alarmed by sound or light. It has the advantages of simple operation, reliable and easy maintenance etc. KEY WORDS: control systembagging , palletizing line,Programmable controller产品包装线设计(方案)
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