摘 要

冲压式袋式包装机是食用菌培养基生产过程中重要的机械设备。中国是世界生产食用菌总量最多的大国之一，本文依据对国内外食用菌培养基加工设备的比较，从中不难看出当前国内食用菌培养基装袋设备的自动化水平还处于比较低的程度，无法满足工业化大规模生产的要求，严重制约了产品质量的提高和产业规模的发展。

本文通过对现用冲压式袋式包装机的研究结合数字化控制技术对其进行了重新设计：以交流伺服电机作为大转盘的驱动装置，选用机电控制技术替代了传统的不完全齿轮和四连杆机构，来完成食用菌培养基装袋的自动化。按照控制计划的规定和现场设备的控制要求，从而对下位机控制系统使用硬件配置和软件设计，以PLC当作主控单元，主要对其型号进行了选择、I/O端口设计、外部硬件连线等进行了具体的介绍和报告，运用了顺序控制方法设计系统的工作流程图和PLC程序。包装机的工作过程是一个规范的顺序控制，考虑到包装机工作过程繁杂，传感器很多，干扰巨大，而PLC拥有可靠性高、控制功能强、编程快捷方便等优势，选择可编程控制器当作其主控制器。

本论文以论述了集PLC技术，变频器技术，光电感应技术，通讯技术一体化的领先控制技术在该包装机控制系统中的运用。可编程控制系统的发展趋势与现状，明确选型依据和背景知识。了解PLC在包装机械上应用发展的前景和可能性。

认识食用菌冲压式袋式包装机各动作控制工艺的研究。了解食用菌冲压式袋式包装机的工作过程及工艺要求。了解各机构的运动顺序，并以流程图来表示出，为了实现高速全自动运动控制提前做出准备。可编程控制器的设计，包括控制方案的设计选择，选择的模块，I/O端口配置、该接口信号的确定，以及控制程序的设计。

关键词：冲压式袋式包装机；控制技术；PLC；食用菌

Punching bag packaging machine type digital control system based on

ABSTRACT

Ramjet bag packaging machine is important in the production process of edible fungus culture medium mechanical equipment. China is the world's largest country total production of edible fungi. edible fungus culture at home and abroad on the basis of this paper compare processing equipment.it is not difficult to see the current level of domestic edible fungus medium bagging automation equipment still in a relatively low level .unable to meet the requirements of industrial mass production.has seriously hampered the improvement and development of industrial-scale product quality.Through the research on the active ram bag packaging machine combined with digital control technology of its redesigned: the AC servo motor as the drive turntable.the choice of technology to replace the traditional electrome chanical control incomplete gear and four-link agency to complete automation bagging edible fungus culture medium. Control Plan in accordance with the provisions of the control requirements and field devices.thus the use of lower computer control system hardware configuration and software design to PLC as the main control unit.this thesis has been to select their models. I / O port design. external hardwired.etc. specific presentations and reports. designed using the sequential control system work flow diagrams and PLC programs.

Working process of the packaging machine is a standard sequence control.taking into account the packaging machine working process complicated a lot of sensor .interference huge and PLC with high reliability.control functions. fast and convenient programming and other advantages， to select programmable controller as the main controller.this paper discusses a set of PLC technology. inverter technology.optical sensor technology.

communications technology leader in integrated control technology used in the packaging machine control system.Current development trends and programmable control system, a clear selection basis and background.Understand PLC prospects and possibilities in the packaging machinery applications development.Edible know ramjet bag packaging machine of action research process control. Learn Edible work process ramjet bag packaging machine and process requirements.Understanding motion sequence agencies.and flowchart showing.in order to achieve high-speed automatic motion control to make preparations in advance. Programmable controller design.including the design selection control scheme.modules selected, I / O port configuration.determine the interface signals.and design control program.

Keywords:Ramjet bag packing machine ；Control Technology ；PLC Edible

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目录

目录 IV

1 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究背景 1

1.3 课题的国内外研究现状 2

1.3.1 国内研究现状 2

1.3.2 国外研究现状 3

1.4 课题研究的意义 3

1.5 课题研究的内容 4

2 冲压式袋式包装机 5

2.1 冲压式袋式包装机的结构 5

2.2 冲压式袋式包装机的原理 5

2.3 冲压式袋式包装机械的特点 6

2.4 冲压式袋式包装机的发展 6

2.5 冲压式袋式包装机的优点 7

3 控制系统的硬件设计 8

3.1 控制系统的硬件配置 8

3.2 可编程控制系统 9

3.2.1 PLC的主要功能 9

3.2.2 PLC的基本组成 10

3.2.3 PLC的工作原理及过程 12

3.3 控制系统的PLC选型及端口配置 13

3.3.1 PLC的选型原则 13

3.3.2 PLC选型 和I/O端口配置 14

3.4 触摸屏 15

3.4.1 触摸屏 15

3.4.2 触摸屏简介 15

3.4.3 触摸屏实物图 16

4 控制系统的软件设计 17

4.1 PLC的编程语言 17

4.2 西门子PLC编程软件STEP7-Micro/WIN 18

4.2.1 S7-200系列PLC编程系统简介 18

4.3 包装机PLC程序设计 19

4.3.1 包装机流程分析与程序 21

4.3.2 包装机PLC程序 23

4.3.3 包装机转盘步进电动机的程序设计 29

4.3.4 包装机的启动和停止 32

4.4 PLC程序的写入 32

5 结 论 33

致 谢 34

参考文献 35

附录 36

1 绪论

1.1 引言

冲压式袋式包装机在我国主要用于食用菌培养基的装袋。食用菌生产过程中，最繁重的工作是装袋。装袋一般适用于平菇、香菇、黑木耳等的栽培，塑料袋的规格(长×宽)一般为17*35cm，多选用厚度为0.04-0.05mm可常压灭菌的低压聚乙烯塑料袋或可高压灭菌的聚丙烯塑料袋。如6-9月气温高，要求从拌料至装完袋必须在6小时内完成，往往因一次投料较多不可能在很短时间内把料装完。料堆随时间的延长，微生物群大量繁殖，使培养料性质发霉变化，杂菌基数也相应增多，致使灭菌困难，接种后菌丝不吃料，从而造成不同程度的损失。且手工操作不适合规模发展。由此可见合理的装袋机不仅可以提高生产线的生产效率，更能够极大提高食用菌的生产质量。冲压式袋式包装机数字化控制研究对食用菌工厂化生产有着重要意义。

1.2 课题研究背景

我国是食用菌生产大国，近年来，国内外食用菌产业发展很迅速，食用菌产业作为一种工业与农业、农村与城市、生产与消费紧密融合形成的新型产业，食用菌在中国得到了迅速发展，并且食用菌产业已逐步发展成为现代生态农业的重要组成部分之一。 食用菌产业是实现经济效益、社会效益和生态效益一体化是经济发展项目，食用菌又是集保健、有机、营养与一身的绿色食品。人们逐渐认识了食用菌的生长变化规律和特征近几十年来，改善了生产加工方法。通过人工培育和生产食用菌，加快了了食用菌的繁殖速度，从而食用菌变得高产。平菇、滑菇、木耳、蘑菇、香菇、草菇、银耳等作为主要的食用菌被广泛的培育种植，通过优良品种的选型和种植培育技术的提高，食用菌的发展速度有了快速的发展。

发展食用菌产业契合人们消费增长和农业可持续发展的需要，是发展致富的有效途径。食用菌产业已逐步成为了中国种植业中的一项重要产业之一。食用菌拥有巨大的潜力。因此，国内市场加强宣传和产业整合。

1.3 课题的国内外研究现状

1.3.1 国内研究现状

总的来说，虽然中国的包装业发展迅速，取得了巨大成就，其产品品种/技术水平和产品质量差距较大。 我国包装机械工业技术发展较迟，长期也没有形成一个独立的行业。包装机械这一类并未出现在我国政府发布的机械产品目录中在20世纪80年代早期。70年代中期前，我国商品包装的技术水平和装备落后于其他国家。食品企业绝大多数采用手工包装，车间生产和经营散装销售，机械包装是只有糖果，烟草等一些领域使用。目前，中国有超过3300家企业参与生产食品包装机械，包括120多家合资企业，550000名员工，130多家科研单位。产品的技术水平和自动化程度有了极大的提升，产品已由单一机械朝着机电一体化方向转变，电器控制由普通电器朝着可编程和计算机控制方向转型，并由提供单机转型到提供成套生产线，该行业已成为我国机械工业的主力行业。改革开放开始，我国大力发展包装机械行业，并取得了很大的发展，然而包装机械还落后于世界先进水平，只要少数产品能达到发达国家20世纪90年代初期水平，落后发达国家20年左右时间，随着包装机械行业的发展，各种新技术，新工艺，新材料在包装机械中得到应用，如生物工程技术，光纤技术，人工智能技术、机电一体化技术、纳米技术。一些新型技术如计算机辅助生产工艺技术（CAPP）、计算机集成制造系统（CIMS）和计算机辅助设计（CAD）的推广和采用，缩小产品开放技术准备及制造30%左右的周期。不仅完成了高速机构的运动学和动力学优化设计也使其加工变得精密，使得包装机结构变得更加紧凑、运动更平稳、造价更低廉、使用寿命也延长了。就目前而言，国内的包装机械产品系列化水平较低，种类较少，产品缺门多，包装机不能完美满足包装物的需求。采取模块化设计思想，设计出多种多种标准模块，例如计量装置、包装材料输送、制袋成形器、热封装置、打码装置和物料输送等，合理组合这些标准模块，满足不同材料性能的要求，不同的材料和不同的包装容量。包装机标准与外购部件的比例得到了逐渐加大，包装机械的特殊制造功能得到了突出，在一定范围内，包装机械生产实现通用化、标准化和系列化。为了规范企业的生产行为和提高了包装机械产品标准化水平，我们引进国际标准。为了高水平包装机械制造，都要花高价钱购买进口电器元件及气动元件以确保质量和可靠性的主机。这说明了包装机械的质量要通过提升基础件的研制以及配套件的技术水平来实现，研发传感器，高水平的积极的空气泵，真空阀，变频电机，灌装和灌装告诉电磁阀和电动控制组件，并开发各种在线或离线检测设备，来进行金属检测、重量检测、真空度检测和异物检测等，增强了整体技术水品和质量。

1.3.2 国外研究现状

工业革命后，微生物学、遗传学、真菌学、生物化学等学科快速发展，日本、德、英、法、美等国将食用菌的加工和栽培推动到科学化的等级，变成了重要的产业。以二次世界大战后开始，荷兰、美国、日本等发达国家，食用菌生产被改变成了工业化、集约化、工厂化和机械化的生产方式。瓶栽食用菌的工厂化生产和机械化的建立就是在20世纪70年代的日本，接种、搔菌、装瓶、挖瓶这些步骤都采用了机械化操作。在欧洲、美国、荷兰、美洲、英国和法国等国家，电脑控制全过程，培养基的装袋、堆移、输送、发酵、翻堆、培土等都被自动化操作了，变成了专业化、工业化、规模化生产。实现了食用菌培养基装袋机的自动化生产。意大利、美国、德国、日本和英国包装机械水平高。并且德国在包装机械的制造、设计和技术性能等方面有着巨大优势，处于领导地位。德国包装机械的主要出口到中国。

1.4 课题研究的意义

包装机朝着速度越来越快的趋势发展，以交流伺服电机作为大转盘的的驱动装置，采用机电控制技术取代传统的不完全齿轮和四连杆机构，实现食用菌冲压式袋式包装机数字化控制，从而大大提高食用菌培养基生产的自动化水平。对比传统的包装机械，能源上造成极大浪费，材料上损耗巨大，而且工作效率低等这些缺点，科技的快速发展，使得人民生活水平不断进步，从而对生产力的需求也就变得越来越高，传统的包装机控制已经无法满足现代人的要求，包装机械的自动化技术水平就显得尤为重要，它改善人民生活，提高工作效率，节约资源，降低材料的损耗，增强了企业竞争力。采用PLC控制开发，可以让其的周期变短，开发成本变低，并且可以直接运用于工业现场控制。

1.5 课题研究的内容

冲压式袋式包装机是食用菌培养基生产过程中必要的机械设备。中国是世界上食用菌生产大国。然而，通过国内外对比的食用菌培养基的处理设备，不难看出，目前国内的食用菌培养基装袋设备自动化程度仍然处于较低水平，不能满足工业化大规模生产的要求，严重制约了产品质量的提高和产业规模的发展。目前采用较为复杂的机构来实现冲压包装的。随着自动化技术的发展，PLC和伺服电机日益应用在包装机械中。本课题研究利用PLC 与伺服电机来改造冲压式袋式包装机。