【精品】自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))

1、I / 71 精品 word摘摘 要要隨著工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)的改造和重新設(shè)計(jì)問(wèn)題。PLC（可編程序控制器）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線(xiàn)邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在飲料行業(yè)，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)方式是推廣的最普及的一種生產(chǎn)模式，它促使灌裝的速度大幅提升，同時(shí)也使得灌裝精度更高，給企業(yè)帶來(lái)了不可小覷的生產(chǎn)力。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用 PLC 的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了一款飲料

2、灌裝生產(chǎn)流水線(xiàn)控制系統(tǒng)。本文所涉及的飲料灌裝自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)采用 PLC 控制，流量計(jì)計(jì)量，確保了灌裝的速度和精度。本文詳細(xì)論述了飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，通過(guò)對(duì)灌裝機(jī)系統(tǒng)的充分了解，以行業(yè)現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合其他行業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用情況，提出了基于 PLC 的飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中完成了飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件的配置和軟件方面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了飲料灌裝機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高，對(duì)飲料的質(zhì)量和產(chǎn)量的提高都具有深遠(yuǎn)的意義。利用 PLC 控制飲料灌裝生產(chǎn)過(guò)程，可有效提高灌裝生產(chǎn)效率，并顯著增加控制系統(tǒng)的可靠性和柔性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：可編程控制器；自動(dòng)化；灌裝；生產(chǎn)線(xiàn)I

3、I / 71 精品 wordAbstractWith the increasing level of industrial automation, many industrial enterprises are faced with the transformation of traditional production line and re-design problem. PLC (programmable logic controller) is a microprocessor as the core of industrial control devices, it will rel

4、ay the traditional control system combined with computer technology in recent years in industrial automation, mechanical and electrical integration, the transformation of traditional industries such as generally applied. As a general-purpose industrial control computer, the realization of industrial

5、 control wiring logical leap in logic to storage, industrial control in the world is playing an increasingly important role. In beverage industry, automated production line mode of production is to promote the most popular a kind of production mode, it causes the filling speed increases, but make th

6、e filling a higher precision, to bring enterprise cannot small gaze of productivity. In view of this, the designers of the use of PLC functions and features designed a beverage filling production line control III / 71 精品 wordsystem. This paper involves the drinks filling automation production line a

7、dopts PLC control, flow meter metering, insure the filling speed and precision. This paper describes in detail the control system of the drinks filling machine design steps, a brief introduction of the drinks filling machine control system and base on the self-industry and the application of the oth

8、er trade on auto-control technique, proposed the frame of the control system based on programmable logical controller. This design completes the drinks production line hardware configuration and software design, to achieve the automation of the carbonated drinks filling machine. Not only improve the

9、 labor productivity, but also has far-reaching significance of the improvement of quality and yield. PLC control of the use of beverage filling production process, which can effectively improve the production efficiency of filling, and significantly increase the reliability of control systems and fl

10、exible. Keywords: Programmable controller；Automation；Filling；Production line 1 / 71 精品 word目目 錄錄摘摘 要要 .IABSTRACT.II前前 言言.11.概述概述.21.1 概論.21.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.31.3 相關(guān)預(yù)備知識(shí).31.3.1 PLC 的定義.31.3.2 PLC 的基本組成.31.3.3 PLC 的功能與特點(diǎn).41.3.4 PLC 的應(yīng)用范圍.41.4 總體方案設(shè)計(jì).52.系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).72.1 電機(jī)的選擇 .72.1.1 絲杠電機(jī)的選擇.72.1.2 傳送帶電機(jī)

11、的選擇.102.2 滾珠絲杠副的計(jì)算 .112.2.1 最大工作載荷 Fm的計(jì)算.112.2.2 最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算 .112.2.3 額定動(dòng)載荷 Ca的校核.112.2.4 剛度的驗(yàn)算.122.3 滾動(dòng)軸承的選擇 .122.3.1 絲杠滾動(dòng)軸承的選擇.132.3.2 滾筒滾動(dòng)軸承的選擇.132.4 聯(lián)軸器的選擇 .142.4.1 傳送帶電機(jī)聯(lián)軸器的選擇.142.4.2 絲杠電機(jī)聯(lián)軸器的選擇.142.5 灌裝機(jī)儲(chǔ)液箱的尺寸確定 .143.電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).153.1 總體方案分析 .153.2 控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配.153.2.1 輸入信號(hào) I/O 點(diǎn)地

12、址分配.153.2.2 輸出信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配.163.3 電氣元件選型 .172 / 71 精品 word3.3.1 PLC 的選型.173.3.2 斷路器的選型.173.3.3 接觸器的選型.183.3.4 行程開(kāi)關(guān)的選型.183.3.5 光電傳感器的選型.183.3.6 流量計(jì)的選型.193.3.7 電磁閥的選型.193.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖 .203.4.1 電氣原理圖總體設(shè)計(jì).203.4.2 傳送帶電機(jī)接線(xiàn)圖.203.4.3 絲杠電機(jī)接線(xiàn)圖.213.4.4 電磁閥接線(xiàn)圖.223.4.5 控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖.224.電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).234.1 STEP7-

13、MICRO/WIN 軟件介紹.234.2 電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) .254.2.1 電氣控制系統(tǒng)流程圖.254.2.2 傳送帶前進(jìn).264.2.3 光電傳感器開(kāi)始計(jì)瓶數(shù).274.2.4 噴口下壓.284.2.5 系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行灌裝.294.2.6 噴口上抬.304.3 PLC 程序調(diào)試.314.3.1 調(diào)試思路.314.3.2 調(diào)試結(jié)果.31總結(jié)與體會(huì)總結(jié)與體會(huì).34致致 謝謝.35參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).36附錄：系統(tǒng)程序梯形圖附錄：系統(tǒng)程序梯形圖.371 / 71 精品 word前前 言言工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制和信息通信提出了更高的要求。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程

14、的自動(dòng)控制和信息通訊提出了更高的要求。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)從單機(jī)的 PLC 控制發(fā)展到多 PLC 及人機(jī)界面（HMI，Human Machine Interface）的網(wǎng)絡(luò)控制。全自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線(xiàn)是由數(shù)臺(tái)自動(dòng)灌裝機(jī)械經(jīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，并按照各自功能完成一定任務(wù)進(jìn)行順序、連續(xù)生產(chǎn)的一系列機(jī)器組合。通過(guò)對(duì)飲料罐裝自動(dòng)控制的介紹，使我們對(duì)灌裝這個(gè)行業(yè)有了更深的了解，也對(duì)自動(dòng)化這個(gè)名詞有了進(jìn)一步的了解。我國(guó)的飲料罐裝自動(dòng)化相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)講還有很大的差距。設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，成為阻礙我們灌裝行業(yè)發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。鑒于這些問(wèn)題，我國(guó)企業(yè)不斷發(fā)展自身的實(shí)力，逐步朝著生產(chǎn)高速化、設(shè)備結(jié)構(gòu)合理化、設(shè)備

15、的多功能化、設(shè)備的綠色化、控制的智能化等方向發(fā)展。推出適合自己需求的產(chǎn)品來(lái)。 早期的灌裝生產(chǎn)流水線(xiàn)大多數(shù)采用容積泵式、蠕動(dòng)泵式作為計(jì)量方式。這些方式存在一些缺點(diǎn)。例如：灌裝精度和穩(wěn)定性難以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本設(shè)計(jì)鑒于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、使用極為方便三大特點(diǎn)，利用 PLC 技術(shù)平臺(tái)自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動(dòng)化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制功能用 PLC 代替，構(gòu)成實(shí)用、可靠的飲料灌裝生產(chǎn)線(xiàn) PLC 控制系2 / 71 精品 word統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導(dǎo)線(xiàn)與原材料,縮短設(shè)計(jì)周期,減少維修工作量, 提高加工零件合格率,進(jìn)而提高生產(chǎn)率，而且程

16、序調(diào)整修改方便靈活，提高了設(shè)備的柔性和靈活性。具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 PLC 控制具有編程簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。3 / 71 精品 word1.概述概述1.1 概論概論現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，致使眾多工業(yè)企業(yè)均面臨著傳統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)的改造和重新設(shè)計(jì)問(wèn)題。幾年前，自動(dòng)化技術(shù)只占包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的 30%，現(xiàn)在已占 50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化控制。提高包裝機(jī)械自動(dòng)化程度的目的：一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機(jī)械完成復(fù)雜動(dòng)作的能力。 飲料灌裝機(jī)用于灌裝各種各樣的瓶裝飲料，適合大中型飲料生產(chǎn)廠(chǎng)家，

17、早期的灌裝機(jī)械大多數(shù)采用容積泵式、蠕動(dòng)泵式作為計(jì)量方法。這些方法存在一些缺點(diǎn)。例如：灌裝精度和穩(wěn)定性難以保證、更換灌裝規(guī)格困難等。本系統(tǒng)采用的飲料分裝計(jì)量是通過(guò)時(shí)間和單位時(shí)間流量來(lái)確定的，計(jì)量精度由可編程控制器（PLC）控制確定。PLC 控制具有編程簡(jiǎn)單、工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。專(zhuān)為 PLC 應(yīng)用而實(shí)際的觸摸屏集主機(jī)、輸入和輸出設(shè)備于一體，適合在惡略的工業(yè)環(huán)境中使用。 飲料灌裝裝置主要包括兩部分：恒壓儲(chǔ)液罐灌液和計(jì)數(shù)部分。在恒壓儲(chǔ)液罐灌液不封，里面有上限液位和下線(xiàn)液位傳感器，它們淹沒(méi)時(shí)是 1 狀態(tài)。液面低于下線(xiàn)液位時(shí)恒壓儲(chǔ)液罐為空。飲料通過(guò)進(jìn)液電磁閥流入恒壓儲(chǔ)液

18、罐，液面達(dá)到上限位時(shí)進(jìn)液電磁閥斷電關(guān)閉，使液位保持恒定。4 / 71 精品 word鑒于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、使用極為方便三大特點(diǎn)，利用 PLC 技術(shù)平臺(tái)自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，將機(jī)械、電氣和自動(dòng)化等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制功能用 PLC 代替，構(gòu)成實(shí)用、可靠的飲料灌裝生產(chǎn)線(xiàn) PLC 控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可節(jié)省大量電氣元件、導(dǎo)線(xiàn)與原材料,縮短設(shè)計(jì)周期,減少維修工作量, 提高加工零件合格率,進(jìn)而提高生產(chǎn)率，而且程序調(diào)整修改方便靈活，提高了設(shè)備的柔性和靈活性。具有整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)與要求在畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)為：以 PLC 控制為核

19、心，采用電動(dòng)機(jī)、流量計(jì)等輔助手段來(lái)完成 6 口 0.5L 飲料瓶的自動(dòng)灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)，完成機(jī)械結(jié)構(gòu)圖、電氣原理圖和控制程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）由學(xué)生本人獨(dú)立完成。2、完成整個(gè)系統(tǒng)的方案選型，元件選擇，軟件設(shè)計(jì)。3、技術(shù)指標(biāo)：1) 飲料瓶容積：0.5L2) 每次灌裝瓶數(shù)：63) 灌裝節(jié)拍：515S,可調(diào)節(jié);4) 精度：5mL5 / 71 精品 word1.3 相關(guān)預(yù)備知識(shí)相關(guān)預(yù)備知識(shí)1.3.1 PLC 的定義的定義可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC（Programmable logic Controller）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987

20、年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC 做了如下定義： “PLC 是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。1.3.2 PLC 的基本組成的基本組成PLC 的基本組成可歸為四大部件：1中央處理單元（CPU 板）控制器的核心；2. 輸入部

21、件連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與 CPU 之間的接口電路；3. 輸出部件送出 PLC 運(yùn)算后得出的控制信息；4. 電源部件為 PLC 內(nèi)部電路提供能源。另外，還必須有編程器將用戶(hù)程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲(chǔ)器內(nèi)。PLC 的基本組成框圖如圖 1-1 所示：6 / 71 精品 word圖 1-1 PLC 的基本組成框圖1.3.3 PLC 的功能與特點(diǎn)的功能與特點(diǎn)功能：1.邏輯控制2.定時(shí)控制3.計(jì)數(shù)控制4.步進(jìn)(順序)控制、5.PID 控制、數(shù)據(jù)控制6.PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)7.其它 PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、CRT 模塊。特點(diǎn)：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)2.功能

22、完善，適用性強(qiáng)3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎1.3.4 PLC 的應(yīng)用范圍的應(yīng)用范圍目前，在國(guó)內(nèi)外 PLC 已廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車(chē)、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著7 / 71 精品 wordPLC 性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類(lèi)型來(lái)看，PLC 的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面：1.開(kāi)關(guān)量邏輯控制 2.運(yùn)動(dòng)控制 3.過(guò)程控制 4.數(shù)據(jù)處理1.4 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)本次自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)是根據(jù)六口自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)的原理來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作流程及原理如下：首先，人工將飲料瓶放置在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上（自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的寬度僅夠一個(gè)瓶身通

23、過(guò)，且兩端空隙不超過(guò) 2 毫米，瓶與瓶之間無(wú)空隙，傳送帶前后端各有一鐵桿攔住所有瓶子，并且兩端各有一光電傳感器計(jì)瓶數(shù)） 。啟動(dòng)機(jī)器，后攔截桿收回，傳送帶將瓶子往前移，移至后光電傳感器下端時(shí)，后光電傳感器自動(dòng)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，后光電傳感器傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 控制后攔截桿，后攔截桿攔截第 7 個(gè)瓶子，后光電傳感器清零。延時(shí) 2S 后，傳送帶停止工作。此時(shí) PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)絲杠使噴口向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)噴口下壓到下限位時(shí)，噴口下限位行程開(kāi)關(guān)打向另一側(cè)，使 PLC傳輸信號(hào)給噴口上的電磁閥，電磁閥開(kāi)通，橢圓齒輪流量計(jì)開(kāi)始計(jì)流量，噴口開(kāi)始注水。當(dāng)流量計(jì)顯示流量達(dá) 500ml

24、時(shí)，流量計(jì)傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 關(guān)斷噴口電磁閥，噴口停止注水。隨后 PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)噴口上抬置頂，觸發(fā)噴口上限位行程開(kāi)關(guān)。此后 PLC 控制傳送帶電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶，前攔截桿收回，瓶子移動(dòng)，前光電傳感器開(kāi)始計(jì)滿(mǎn)瓶數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，前光電傳8 / 71 精品 word感器傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 控制前攔截桿伸出，后攔截桿收回，前光電傳感器清零，后光電傳感器繼續(xù)計(jì)數(shù)，而后往復(fù)循環(huán)。如圖 1.2所示。圖 1-2 控制系統(tǒng)流程圖9 / 71 精品 word2.系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，移動(dòng)部件上下移動(dòng)的距離為100mm，應(yīng)快速

25、到達(dá)，時(shí)間為 1s，選絲杠的公稱(chēng)直徑為 d=20mm，估計(jì)移動(dòng)部件總重量為 G=100N。其下方設(shè)置一條滾動(dòng)的帶傳動(dòng)設(shè)備，使飲料瓶能隨皮帶到達(dá)灌裝口。圖 2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)10 / 71 精品 word2.1 電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇2.1.1 絲杠電機(jī)的選擇絲杠電機(jī)的選擇1）絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)軸上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jeq 的計(jì)算加在絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jeq 是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，它對(duì)選擇電機(jī)具有主要意義。Jeq 主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與滾珠絲杠以及移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。Jeq 的具體計(jì)算方法如下：已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑 d0=20mm，總長(zhǎng) 480mm，導(dǎo)程 P

26、h=5mm,材料密度 P=7.85*10-3kg/cm3,移動(dòng)部件總重力 G=100N。算得各零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=0.6kg.cm2，滑塊折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jw=0.398kg.cm2。初選絲杠電機(jī)的型號(hào)為 75BC380A，為三相反應(yīng)式，步矩角為1.5 度，查得該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm=0.2kg.cm2。由 Jeq=Js+Jw+Jm，帶入數(shù)據(jù)，則計(jì)算得加在絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jeq=Js+Jw+Jm=0.6+0.398+0.2=1.198kg.cm2。2）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下是不同的。通?？紤]兩種情況

27、：一種是快速上升，另一種是快速下降。顯然快速上升時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大。設(shè)快速上升時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 Teq，則Teq=Tamax+Tf+T0 11 / 71 精品 word(2-1)式中：Tamax快升時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為N.m； Tf部件移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為N.m； T0滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為 N.m；快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大附加轉(zhuǎn)矩：Tamax=(2*Jeq*n)/(60t) (2-2)式中：Jeq電機(jī)轉(zhuǎn)軸上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為 kg.m2； n電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； t電機(jī)加速所用時(shí)間，單位為 s，在 0.

28、31s 之間??；其中：n=(vmax*)/(360*) (2-3)式中：vmax空載最快移動(dòng)速度，本機(jī)器為 6000mm/min； 步進(jìn)電機(jī)步矩角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 1.5 度； 脈沖當(dāng)量，=0.01mm；將以上各值代入式(2-3)，算得 n=2500r/min。設(shè) t=0.4s，傳動(dòng)系統(tǒng)總效率 =0.7，求得：Tamax=(2*1.198*10-4*2500)/(60*0.4*0.8)0.196N.m移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：12 / 71 精品 wordTf=(F摩*Ph)/( 2) (2-4)式中：F摩導(dǎo)軌的摩擦力，單位為 N； Ph滾珠絲杠導(dǎo)程，單位為 m； 傳動(dòng)系統(tǒng)總效率

29、，一般取 =0.70.85；其中：F摩=(Fc+G) (2-5)式中：導(dǎo)軌的摩擦因素（滑動(dòng)導(dǎo)軌取 0.150.18，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 0.0030.005） ，取 =0.15； Fc垂直方向的工作負(fù)載，車(chē)削時(shí)為 Fc，立銑時(shí)為Fz，單位為 N，取 Fc=0； G運(yùn)動(dòng)部件總重力，單位為 N，本設(shè)備 G=100N；將以上各值代入式(2-5)，算得 F摩=15N。由式(2-4)可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：Tf=(F摩*Ph)/( 2i)=(15*0.005)/(2*3.14*0.7*2)=0.00853N.m滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩：T0=(FYJ*Ph)(

30、1-02)/( 2i) (2-6)式中：FYJ滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷 FM的 1/3，單位為 N； 0滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取13 / 71 精品 word0=0.9；由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，所以有式(2-6)算出的 T0 值很小，與 Tamax 和 Tf 比起來(lái)，通?？梢院雎圆挥?jì)。最后由式(2-1)，求得快速啟動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq=Tamax+Tf+T0=0.196+0.0085=0.2045N.m3) 絲桿電機(jī)的校核將上述計(jì)算說(shuō)得的 Teq 乘上一個(gè) K，用 K*Teq 的值來(lái)初選絲杠電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，其中的系數(shù) K 稱(chēng)作安全系數(shù)。對(duì)于開(kāi)環(huán)

31、控制，一般應(yīng)在 2.54 之間選取。取 K=4，則絲杠電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩：Tjmax=4Teq=4*0.2045=0.818N.m上述初選的絲杠電機(jī)型號(hào)為 75BC380A，該電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=0.98N.m，滿(mǎn)足要求。2.1.2 傳送帶電機(jī)的選擇傳送帶電機(jī)的選擇1）傳送帶電機(jī)的初選若傳送帶滾筒直徑 D=70mm，左右滾筒用 45#鋼實(shí)心柱型，滾筒長(zhǎng)約 100mm(支撐部分不包含在內(nèi))，已知 45#鋼的密度為=7.85g/cm3。取傳送帶兩滾筒軸間的間距為 2m，平均 100mm 放一個(gè)瓶子，每一個(gè)瓶子容量為 0.5L，質(zhì)量為 0.5kg。這時(shí)傳送帶上瓶子的最大質(zhì)量為 10kg，傳送帶的

32、最大速度為 0.1m/s。則滾筒的體積 V=(D/2)2*h=3.14*3.52*10=384.65cm3,所以滾筒14 / 71 精品 word的質(zhì)量 m=V*=384.65*7.85=3.02kg。若此時(shí)加上支撐部分的質(zhì)量，則總質(zhì)量為 4.25kg。這時(shí)兩個(gè)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J1=(1/2)*m*(D/2)2=0.5*4.25*3.52=26.03kg.cm2。傳送帶上的瓶子質(zhì)量折算到電機(jī)主軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J2=(365w/4g)*(v/n) 2 (2-7)式中：w傳送帶上的最大重量，單位為 N，此處w=10kg*9.8m/s2； v傳送帶上瓶子的速度，單位為 m/s； n滾筒的轉(zhuǎn)速，單

33、位為 r/s；其中 v/n 簡(jiǎn)化得 v/n=D，代入得：J2=365*10*(3.14*0.07)2/4=44.085kg.cm2。初選傳送帶電機(jī)型號(hào)為 86BYG250B-SAFRBC-0202，該電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J3=3.0kg.cm2。總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J0= J1+ J2+ J3=26.05+44.085+3.0=73.115kg.cm2。2）傳送帶電機(jī)的校核該電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間為 0.03s，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸上所受的轉(zhuǎn)矩為：M= J0*(2n)/(60t)=(73.115*6.28*27.3*10-2)/(60*0.03)=0.696N.m以 M 乘以一個(gè)系數(shù) K，即以 KM 來(lái)初選電機(jī)的最大靜

34、轉(zhuǎn)矩，取K=4，則傳送帶電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax為：Tjmax=4M=0.696*4=2.784N.m15 / 71 精品 word所選電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 5N.m，滿(mǎn)足要求。2.2 滾珠絲杠副的計(jì)算滾珠絲杠副的計(jì)算2.2.1 最大工作載荷最大工作載荷 Fm的計(jì)算的計(jì)算滾珠絲杠副的最大工作載荷 Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給力。它包括滾珠絲杠副的進(jìn)給力、移動(dòng)部件的重力以及作用在導(dǎo)軌上的切削力所產(chǎn)生的摩擦力。由圖1-2 可知，絲杠只受進(jìn)給方向載荷 F=G=100N。又有 Fm=KF，K 為顛覆力矩影響系數(shù)，這里取 K=1.15。所以 Fm=1.15*100=115

35、N。2.2.2 最大動(dòng)載荷最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算的計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷 Ca選用，最大動(dòng)載荷計(jì)算原理與滾動(dòng)軸承相同。滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷 C 可用以下公式計(jì)算：C=*fm*Fm 3L(2-8)式中：L滾珠絲杠副的工作壽命，單位為 106r； fm運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無(wú)沖擊狀態(tài)取 11.2，一般狀態(tài)取1.21.5，有沖擊振動(dòng)取 1.52.5，此處取 fm=1.5； Fm滾珠絲杠副最大工作載荷，單位為 N； 其中：L=60nt/106 (2-9) 式中：n絲杠轉(zhuǎn)速，n=1000v/L0(v 為最大載荷下的進(jìn)給速度，16 / 71 精品 word可取最高速度的 1/31/2；L0為絲杠的基本導(dǎo)程，

36、單位為mm)，計(jì)算時(shí)，可根據(jù)快進(jìn)速度 vmax和絲杠最大轉(zhuǎn)速nmax初選一個(gè)數(shù)值(L0=1000vmax/nmax)，待剛度驗(yàn)算后再確定； t額定使用壽命，單位為 h，可取 t=15000h；將以上數(shù)值代入式(2-9)得 L=60*(1000*6/0.005)*15000/106=1080(106r)。再由式(2-8)計(jì)算得 C=*1.5*115=1769.83N=1.77kN。310802.2.3 額定動(dòng)載荷額定動(dòng)載荷 Ca的校核的校核 滾珠絲杠的型號(hào)為 CDM2005-2.5-P3，其額定動(dòng)載荷 Ca=10kN，遠(yuǎn)大于 C=1.77kN，所以滿(mǎn)足要求。2.2.4 剛度的驗(yàn)算剛度的驗(yàn)算 滾珠

37、絲杠副的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形等。絲杠的拉伸或壓縮變形量 1在總變形量中占的比重比較大，可按下式計(jì)算： 1= IEMaESFm2217 / 71 精品 word(2-10) 式中：Fm絲杠的最大工作載荷，單位為 N； 絲杠兩端支撐間的距離，單位為 mm； E絲杠的材料彈性模量，鋼的 E=2.1*105MPa； S絲杠按底徑 d2確定的截面積，單位為 mm2； M轉(zhuǎn)矩，單位為 N.mm； I絲杠按底徑 d2確定的截面慣性矩，單位為 mm4；其中， “+”號(hào)用于拉伸， “”號(hào)用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩

38、 M 一般較小，所以式中第 2 項(xiàng)在計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)，因此有1=(115*500)/(2.1*105*20)=0.01369。滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2可從產(chǎn)品型號(hào)中查出。絲杠總變形量 =1+2。一般總變形量 不應(yīng)大于規(guī)定精度的一半，本產(chǎn)品精度不大，所以絲杠夠用。2.3 滾動(dòng)軸承的選擇滾動(dòng)軸承的選擇如今滾動(dòng)軸承多為已標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件。因而，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承的部件時(shí)，只需：1）正確選擇出能滿(mǎn)足約束條件的滾動(dòng)軸承，包括：合理選擇軸承和校核所選擇的軸承是否能滿(mǎn)足強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟(jì)等方面的約束；2）進(jìn)行滾動(dòng)軸承部件的組合設(shè)計(jì)，包括：合理選擇軸承的類(lèi)型、內(nèi)徑以及諸如公差等級(jí)、特殊結(jié)構(gòu)等。18

39、 / 71 精品 word2.3.1 絲杠滾動(dòng)軸承的選擇絲杠滾動(dòng)軸承的選擇由于絲杠滾動(dòng)軸承主要受軸向力，所以選擇角接觸軸承。已知內(nèi)徑為 20mm，所以初選軸承 GB/T 292-1994，角接觸軸承 7002C 型，其主要參數(shù)：內(nèi)徑：d=15mm；外徑：D=32mm；寬：B=9mm；極限轉(zhuǎn)速：24000r/min；基本額定動(dòng)載荷：Cr=6.25kN；基本額定靜載荷：C0=3.42kN；則軸承的壽命可由以下公式計(jì)算：Lh10=； 1066010Ln)(60106PrFCn(2-11)其中 =3，設(shè)軸承的轉(zhuǎn)速為 n=6000r/min，則當(dāng)量動(dòng)載荷FP=XFR+YFA=0.44*0+1.4*115

40、=161N。所以軸承的壽命為：Lh10=1.63*105h。)(60106PrFCn36)161. 025. 6(60006010壽命足夠了。2.3.2 滾筒滾動(dòng)軸承的選擇滾筒滾動(dòng)軸承的選擇綜前所述，選用角接觸軸承，選軸承 GB/T 292-1994，角接觸軸承 7004AC，其主要參數(shù)：19 / 71 精品 word內(nèi)徑：20mm； 外徑：42mm； 寬：12mm； 極限轉(zhuǎn)速：19000r/min；基本額定動(dòng)載荷：10.0kN；基本額定靜載荷：5.78kN；2.4 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的選用，首先按工作條件選則合適的類(lèi)型，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速查有關(guān)手冊(cè)選擇尺寸。2.4.1

41、傳送帶電機(jī)聯(lián)軸器的選擇傳送帶電機(jī)聯(lián)軸器的選擇傳送帶電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為 28mm，所以根據(jù)所傳送的轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速，從聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)件中選取聯(lián)軸器型號(hào)：GY4，其主要參數(shù)：軸孔直徑：28mm；軸孔長(zhǎng)度：62mm；許用轉(zhuǎn)矩：40N.m；許用轉(zhuǎn)速：9500r/min；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：0.0093kg.m2；2.4.2 絲杠電機(jī)聯(lián)軸器的選擇絲杠電機(jī)聯(lián)軸器的選擇絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為 8mm，所以根據(jù)所傳送的轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速，從聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)件中選取聯(lián)軸器型號(hào)：NL1，其主要參數(shù)：20 / 71 精品 word軸孔直徑：8mm；軸孔長(zhǎng)度：23mm；公稱(chēng)扭矩：40N.m；許用轉(zhuǎn)速：6000r/min；2.5 灌裝機(jī)儲(chǔ)液箱的尺寸

42、確定灌裝機(jī)儲(chǔ)液箱的尺寸確定儲(chǔ)液箱的長(zhǎng)寬高尺寸是根據(jù)儲(chǔ)液箱的有效容積來(lái)確定，它的長(zhǎng)寬高按 1:1:1 或 1:2:3 結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)熱和散熱及熱平衡原則來(lái)計(jì)算，因?yàn)橄到y(tǒng)發(fā)熱少，所以無(wú)需熱平衡校核。參照現(xiàn)有的水箱尺寸，定其長(zhǎng)寬高分別為：900mm，500mm，200mm。儲(chǔ)液箱需要進(jìn)行噴丸、酸洗和表面清洗，內(nèi)壁可以涂一層塑料薄膜或清漆。3.電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 總體方案分析總體方案分析本次自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)是根據(jù)六口自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)的原理來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作流程及原理如下：首先，人工將飲料瓶放置在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上（自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的寬度僅夠一個(gè)瓶身通過(guò)，且兩端空隙不超過(guò) 2

43、 毫米，瓶與瓶之間無(wú)空隙，傳送帶前后端各有一鐵桿攔住所有瓶子，并且兩端各有一光電傳感器計(jì)瓶數(shù)） 。啟動(dòng)機(jī)器，后攔截桿收回，傳送帶將瓶子往前移，移至后光電傳感器下端時(shí)，后光電傳感器自動(dòng)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，21 / 71 精品 word后光電傳感器傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 控制后攔截桿，后攔截桿攔截第 7 個(gè)瓶子，后光電傳感器清零。延時(shí) 2S 后，傳送帶停止工作。此時(shí) PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)絲杠使噴口向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)噴口下壓到下限位時(shí)，噴口下限位行程開(kāi)關(guān)打向另一側(cè)，使 PLC傳輸信號(hào)給噴口上的電磁閥，電磁閥開(kāi)通，橢圓齒輪流量計(jì)開(kāi)始計(jì)流量，噴口開(kāi)始注水。當(dāng)流量計(jì)顯示流量達(dá) 500

44、ml 時(shí)，流量計(jì)傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 關(guān)斷噴口電磁閥，噴口停止注水。隨后 PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)噴口上抬置頂，觸發(fā)噴口上限位行程開(kāi)關(guān)。此后 PLC 控制傳送帶電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶，前攔截桿收回，瓶子移動(dòng)，前光電傳感器開(kāi)始計(jì)滿(mǎn)瓶數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，前光電傳感器傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 控制前攔截桿伸出，后攔截桿收回，前光電傳感器清零，后光電傳感器繼續(xù)計(jì)數(shù)，而后往復(fù)循環(huán)3.2 控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配點(diǎn)及地址分配3.2.1 輸入信號(hào)輸入信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配點(diǎn)地址分配輸入信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配如表 3.1 所示。表 3-1 輸入信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配

45、名稱(chēng)代碼地址編號(hào)啟動(dòng)按鈕SF1I0.0停止按鈕SF2I0.122 / 71 精品 word噴頭上限位行程開(kāi)關(guān)BG1I0.2噴頭下限位行程開(kāi)關(guān)BG2I0.3前擋桿前限位行程開(kāi)關(guān)BG3I0.4前擋桿后限位行程開(kāi)關(guān)BG4I0.5后擋桿前限位行程開(kāi)關(guān)BG5I0.6后擋桿后限位行程開(kāi)關(guān)BG6I0.7后光電開(kāi)關(guān)KF1I1.0前光電開(kāi)關(guān)KF2I1.11 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào)BG7I1.22 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào)BG8I1.33 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào)BG9I1.44 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào)BG10I1.55 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào)BG11I1.66 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào)BG12I1.73.2.2 輸出信號(hào)輸出信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配點(diǎn)地

46、址分配輸出信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配如表 3.2 所示。表 3-2 輸出信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配23 / 71 精品 word名稱(chēng)代碼地址編號(hào)傳送帶啟動(dòng)QA03Q0.0前擋桿伸出電磁閥MB1Q0.1前擋桿收回電磁閥MB2Q0.2后擋桿伸出電磁閥MB3Q0.3后擋桿收回電磁閥MB4Q0.5傳送帶停止MB01Q0.41 號(hào)噴口電磁閥MB11Q0.62 號(hào)噴口電磁閥MB12Q0.73 號(hào)噴口電磁閥MB13Q1.04 號(hào)噴口電磁閥MB14Q1.15 號(hào)噴口電磁閥MB15Q1.26 號(hào)噴口電磁閥MB16Q1.3噴口下壓QA05Q1.4噴口上抬QA06Q1.53.3 電氣元件選型電氣元件選型3.3.1 PL

47、C 的選型的選型從上面分析可知系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入 16 個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出 14 個(gè)。參照西門(mén)子 S7-200 產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī) CPU226 AC/DC/繼電器。如表 3-3 所示。24 / 71 精品 word3.3.2 斷路器的選型斷路器的選型斷路器選用原則:1）空開(kāi)額定工作電壓大于等于線(xiàn)路額定電壓2）空開(kāi)額定電流大于等于線(xiàn)路負(fù)載電流3）空開(kāi)電磁脫扣器整定電流大于等于負(fù)載最大峰值電流（負(fù)載短路時(shí)電流值達(dá)到脫扣器整定值時(shí)，空開(kāi)瞬時(shí)跳閘。一般 D 型代號(hào)的空開(kāi)出廠(chǎng)時(shí)，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的 8-12 倍。 ）也就是說(shuō)短路跳閘而電機(jī)啟動(dòng)電流是可以避開(kāi)的。斷路器的作用：斷路

48、器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，保證安全運(yùn)行。而高壓斷路器要開(kāi)斷 1500V，電流為1500-2000A 的電弧，這些電弧可拉長(zhǎng)至 2m 仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問(wèn)題。 吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過(guò)吹弧拉長(zhǎng)電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散，同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。 根據(jù)三個(gè)電動(dòng)機(jī)的額定電流，選擇斷路器 QA01、QA02、QA04的型號(hào)為 DZ47-63-C16。如表 3-3 所示。3.3.3 接觸器的選型接觸器的選型接觸器是一種用來(lái)接通或斷開(kāi)帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動(dòng)化切換器

49、，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。通用接觸器可25 / 71 精品 word大致分以下兩類(lèi)。 1）交流接觸器。主要有電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成。常用的是 CJ1、0CJ12、CJ12B 等系列。2）直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線(xiàn)圈中通以直流電，直流接觸器的動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。接觸器的選型有諸多因素外與負(fù)載密切相關(guān)一般三相異步電機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的 3-5 倍。所以接觸器的額定電流為：4IN=36A 綜上所述，本系統(tǒng)選用 CJX2-09 接觸器：額定電壓為220V。如表 3-3 所示。3.3.4 行程開(kāi)關(guān)的選型行程開(kāi)關(guān)的選型行程開(kāi)關(guān)又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)或位置開(kāi)關(guān)。它是一

50、種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作原理與控制按鈕相似，在機(jī)床設(shè)備中，事先將行程開(kāi)關(guān)根據(jù)工藝要求安裝在一定位置上，部件在運(yùn)行中，裝在其上撞塊壓下行程開(kāi)關(guān)頂桿，使行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)電路的切換，達(dá)到控制運(yùn)動(dòng)部件行程位置的目的。根據(jù)系統(tǒng)的整體要求，選擇行程開(kāi)關(guān)的型號(hào)為 LX19-001。如表3-3 所示。3.3.5 光電傳感器的選型光電傳感器的選型本設(shè)計(jì)采用的是歐姆龍的光電傳感器（光電開(kāi)關(guān)） ，型號(hào)為26 / 71 精品 wordE3JK-5M3，直流正負(fù) 12240V，交流 24240V。如表 3-3 所示。該光電傳感器的特點(diǎn)有：1）檢測(cè)距離長(zhǎng)； 2）對(duì)檢測(cè)物

51、體的限制少； 3）響應(yīng)時(shí)間短； 4）分辨率高； 5）可實(shí)現(xiàn)非接觸的檢測(cè)； 6）可實(shí)現(xiàn)顏色判別； 7）便于調(diào)整。3.3.6 流量計(jì)的選型流量計(jì)的選型根據(jù)系統(tǒng)整體要求，選用橢圓齒輪流量計(jì)，型號(hào)為 LWGY。如表 3-3 所示。橢圓齒輪流量計(jì)是容積式流量計(jì)的一種，用于緊密的連續(xù)或間斷的測(cè)量管道中液體的流量或瞬時(shí)流量，精度較高。長(zhǎng)期使用的橢圓齒輪流量計(jì)，其內(nèi)部的齒輪會(huì)被腐蝕和磨損，從而影響測(cè)量精度。因而，要經(jīng)常注意觀(guān)察，并定期拆下進(jìn)行檢查，若條件允許最好定期進(jìn)行標(biāo)定。3.3.7 電磁閥的選型電磁閥的選型國(guó)內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(lèi)（即：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式） ，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原

52、理上的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類(lèi)（直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、27 / 71 精品 word直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)） 。本設(shè)計(jì)采用的主要是直動(dòng)式電磁閥。根據(jù)系統(tǒng)整體要求，選用直動(dòng)式電磁閥，型號(hào)為 BS12C。如表3-3 所示。表 3-3 電氣元件選型表序號(hào)代號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量備注1SF1按鈕LA19-111綠色2SF2按鈕LA19-111紅色3BG1BG12行程開(kāi)關(guān)LX19-001124KF1KF2光電傳感器E3JK-5M325BF流量計(jì)LWGY6橢圓式6CPU226可編程控制器CPU226 AC/DC 繼電器17MA1傳送帶電機(jī)86BYG250B-SAFRBC120

53、0W8MA2絲杠電機(jī)75BC380A1500mW9QA01斷路器DZ47-63-C1611QA02、QA電機(jī)斷路器DZ47-63-C16228 / 71 精品 word00411QA03電機(jī)接觸器CJX2-091AC220V12QA05、QA06電機(jī)接觸器CJX2-092AC220V13LB電源濾波器DF200-10A-011220/10A14DY24V 直流電源AC/DC 24V110A15PG電源指示燈XB2-BW31M1C1AC220V16MB1MB4電磁閥BS12C4直動(dòng)式17MB11MB16電磁閥BS12C6直動(dòng)式18MB01電磁制動(dòng)器119KF1KF12繼電器JZ7-111220F

54、A熔斷器MDA-12A1限流12A29 / 71 精品 word3.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣控制系統(tǒng)原理圖3.4.1 電氣原理圖總體設(shè)計(jì)電氣原理圖總體設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)需求分析，需要 2 個(gè)電機(jī)，電機(jī)分別有：傳送帶電機(jī)、絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制絲桿的上下運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)噴口上下運(yùn)動(dòng)。所有電機(jī)過(guò)載保護(hù)均采用熔斷器保護(hù)。另外選擇 CPU226 作為主機(jī)，設(shè)計(jì)顯示燈有：電源顯示燈。設(shè)有電磁閥作為各種狀態(tài)的輸出，電磁閥的數(shù)量為 10 個(gè)。輸入有兩個(gè)光電傳感器，用來(lái)計(jì)空瓶數(shù)和滿(mǎn)瓶數(shù)。3.4.2 傳送帶電機(jī)接線(xiàn)圖傳送帶電機(jī)接線(xiàn)圖 如圖 3-2 所示，傳送帶由一個(gè)三相異步電機(jī)控制。當(dāng) QA03 接觸器閉合時(shí)，傳

55、送帶啟動(dòng)；當(dāng) QA03 接觸器斷開(kāi)時(shí)，傳送帶停止。QA03 的閉合與否可由啟動(dòng)按鈕和停止按鈕控制，也可由自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中 PLC 說(shuō)給的相應(yīng)型號(hào)來(lái)控制。30 / 71 精品 word圖 3-2 傳送帶電機(jī)電氣圖3.4.3 絲杠電機(jī)接線(xiàn)圖絲杠電機(jī)接線(xiàn)圖 如圖 3-3 所示，絲杠由電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。當(dāng) QA05 接觸器閉合時(shí)，絲杠電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng) QA06 接觸器閉合時(shí)，絲杠電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠向上運(yùn)動(dòng)。QA05 與 QA06 的閉合斷開(kāi)以及正反轉(zhuǎn)由 PLC 控制31 / 71 精品 word圖 3-3 絲杠電機(jī)電氣圖3.4.4 電磁閥接線(xiàn)圖電磁閥接線(xiàn)圖 如圖 3-4 所示，為電磁閥接線(xiàn)圖

56、。電磁閥不能直接連在 PLC 上，應(yīng)該使用中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。MB1MB4 為控制前后擋桿伸出或收回的電磁閥，MB11MB16 為控制灌裝關(guān)斷的電磁閥。圖 3-4 電磁閥電氣圖32 / 71 精品 word3.4.5 控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖 如圖 3-5 所示，為控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖?？刂葡到y(tǒng)的輸入有兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)，用來(lái)計(jì)瓶數(shù)；輸出接中間繼電器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁閥的關(guān)斷。控制系統(tǒng)選用 CPU226 作為主電路板來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)電路。圖 3-5 控制系統(tǒng)電氣圖4.電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 STEP7-Micro/WIN 軟件介紹軟件介紹STEP7-Micro/WIN 是在 WINDOWS

57、 平臺(tái)上運(yùn)行的 S7-200 系列PLC 的專(zhuān)用編程軟件，操作界面簡(jiǎn)單方便，能解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，可快速進(jìn)入，節(jié)省編程時(shí)間，其主要功能及特點(diǎn)如下。程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)一個(gè)主程序調(diào)用其他子程序或中斷程序，保證了程序結(jié)構(gòu)的清晰；可以用語(yǔ)句表(STL)和梯型圖(LAD)編程；可以進(jìn)行符號(hào)編程；通過(guò)符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址，并可打印輸33 / 71 精品 word出；支持三角函數(shù)，開(kāi)方，對(duì)數(shù)運(yùn)算功能；指令集易學(xué)，指令由容易記的縮寫(xiě)組成。相同的指令只需稍加修改就可用于不同的功能(例如指令 MOVE 根據(jù)傳送的方式不同有不同的形式)；易于使用的組態(tài)向?qū)Вㄎ谋撅@示器，PID 控制器，CPU 間的數(shù)據(jù)傳輸

58、的通訊功能，高速計(jì)數(shù)器；可用于 CPU 硬件設(shè)置，包括擴(kuò)展模塊設(shè)置，輸入延時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)置，口令分配，通訊系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置等；二進(jìn)制運(yùn)算功能，包括移位、循環(huán)移位、轉(zhuǎn)換、與、或、異或等邏輯運(yùn)算，計(jì)數(shù)器、定時(shí)器設(shè)置，16 位、32 位整數(shù)運(yùn)算，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，比較指令運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換等；可在線(xiàn)、離線(xiàn)編程；通過(guò)鍵盤(pán)的快捷鍵可編輯全部功能，語(yǔ)句和程序段可使用剪切、粘貼和插入功能，可取消上一次操作，在用戶(hù)程序中還可以查找文字和操作等。進(jìn)行 PLC 控制邏輯程序設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾個(gè)基本步驟。(1)分解被控對(duì)象或機(jī)器把要控制的對(duì)象或機(jī)器分解成相互獨(dú)立的部分，這些分解將影響功能描述及資源的分配。(2)建立功能規(guī)范寫(xiě)

59、出被控對(duì)象或機(jī)器的每部分的描述，它包括輸入/輸出點(diǎn)(I/O)、操作的功能描述、每個(gè)執(zhí)行器(線(xiàn)圈、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等)的允許狀態(tài)(執(zhí)行前要滿(mǎn)足的狀態(tài))、操作接口的描述、與被控對(duì)象或機(jī)器的其他部分的接口。(3)安全電路的設(shè)計(jì)控制設(shè)備在不安全的狀態(tài)下出現(xiàn)故障，會(huì)造成不希望的啟動(dòng)或34 / 71 精品 word機(jī)器操作的變化。當(dāng)不希望的或不正確的機(jī)器操作會(huì)造成人身傷害或嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失時(shí)，應(yīng)該考慮采用和 CPU 獨(dú)立的機(jī)電冗余來(lái)防止不安全的操作。在安全電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮下面的任務(wù)：防止會(huì)造成危害的不適合的執(zhí)行器操作；識(shí)別那些保證不危險(xiǎn)操作的條件，并決定如何獨(dú)立于 CPU 檢測(cè)這些條件；當(dāng)控制對(duì)象得電或斷電時(shí)

60、 CPU 和 I/O如何影響控制對(duì)象；設(shè)計(jì)獨(dú)立于 CPU 的手動(dòng)或機(jī)電冗余來(lái)阻止危險(xiǎn)的操作；向 CPU 提供獨(dú)立電路的適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)信息，以便于程序員和操作界面得到所需要的信息；識(shí)別其它的和控制對(duì)象安全操作有關(guān)的安全要求。(4)詳細(xì)說(shuō)明操作站根據(jù)功能描述的要求建立操作站的配置圖，包括：與控制對(duì)象或機(jī)器有關(guān)的每個(gè)操作站的位置總圖、操作站的設(shè)備機(jī)械圖(顯示、開(kāi)關(guān)、指示燈等)、與 CPU 或擴(kuò)展模塊有關(guān)的電氣圖。(5)建立 PLC 配置圖根據(jù)功能描述的要求建立控制設(shè)備的配置圖，包括控制對(duì)象或機(jī)器有關(guān)的每個(gè) CPU 的位置圖、CPU 和擴(kuò)展 I/O 模塊的機(jī)械布局圖(包括控制柜和其他設(shè)備)、每個(gè) CPU