啤酒灌裝流水線控制設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目啤酒灌裝流水線控制設(shè)計(jì)院系機(jī)械學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓名學(xué)號學(xué)習(xí)年限2011年9_月至2015年7月指導(dǎo)教師職稱申請學(xué)位工學(xué)學(xué)士學(xué)位2015年5月11日啤酒灌裝流水線控制設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：摘要：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)線的改造和重新設(shè)計(jì)問題。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。鑒于此，設(shè)計(jì)者利用PLC的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了一款啤酒灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)綜合可編程控制器和變頻器控制的諸多優(yōu)點(diǎn)，通

2、過可編程控制器輸出來控制變頻器的多段速調(diào)速，讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨檢測的反饋信號而變化，實(shí)現(xiàn)對灌裝啤酒傳送帶速度的自動(dòng)控制，使其與灌裝機(jī)的速度相匹配，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。關(guān)鍵詞：PLC變頻器灌裝ThedesignofcontrolbeerproductionlineAuthor'sNameGengxiaoweiTutor:ZhaiXiaohuaABSTRACT:Withtheincreasinglevelofindustrialautomation,manyindustrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalprodu

3、ctionlineandre-designproblem.PLC(programmablelogiccontroller)isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditionalcontrolsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformationoftraditionalindustriessuchasg

4、enerallyapplied.Inviewofthis,thedesignersoftheuseofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem.Thisdesigncompositeintegratedprogrammablecontrollerandinvertercontrolofthemanyadvantagesoftheprogrammablecontrollertocontroltheinverteroutputmulti-speedgovernor,sothatmotorsp

5、eedfeedbacksignaltofollowthedetectionofchange,torealizethespeedoffillingbeerbeltautomaticcontrol,andfillertomatchthespeedandimprovetheefficiencyofindustrialproduction.KEYWORDS:TheprogrammablecontrollerFrequencytransformerFilling1引言12總體方案設(shè)計(jì)222.1 方案比較.222.2 方案選擇332.3 總設(shè)計(jì)思路333控制系統(tǒng)硬件選型443.1 電機(jī)的選擇443.2 P

6、LC的選擇（西門子PLC）553.3 變器頻的選擇663.4 接觸器的選型883.5 電纜的選型993.6 開關(guān)電器選擇10103.7 熔斷器的選型1.1113.8 信號電器的選擇12123.9 傳感器選擇12123.10 熱繼電器的選擇1.4144控制系統(tǒng)分析15154.1輸入信息分析15154.2輸入信息分析15155控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)16165.1 控制電路設(shè)備的端子接線.16165.2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖16165.3 電器元件選型19196控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)20206.1 控制系統(tǒng)要求簡述20206.2 啤酒灌裝生產(chǎn)線PLC控制的順序功能圖20206.3 梯形圖2121總結(jié)與致謝2525參考文

7、獻(xiàn)26261引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善，我國啤酒工業(yè)也得到了空前的發(fā)展。我國的啤酒需求量日趨增大，隨著市場競爭的加劇與消費(fèi)群體的日益成熟，對啤酒的質(zhì)量和風(fēng)味的要求也越來越高。由于啤酒生產(chǎn)的工藝復(fù)雜，目前我國大多數(shù)啤酒生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)裝備落后，自動(dòng)化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，如何提高啤酒生產(chǎn)的綜合自動(dòng)化水平，增強(qiáng)我國啤酒工業(yè)的綜合實(shí)力和國際競爭力是一個(gè)刻不容緩的研究課題。把啤酒裝入啤酒瓶是其加工儲存過程中一個(gè)重要工序，人工完成這個(gè)工序是一個(gè)繁重的過程，效率非常低。為了提高產(chǎn)量，節(jié)省人力，同時(shí)保障人身安全，啤酒加工廠家需要一個(gè)自動(dòng)化程度很高的灌裝控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骺煽啃愿撸M合靈活，編程

8、簡單，維修方便。利用PLC能很好的實(shí)現(xiàn)對灌裝現(xiàn)場的控制。因此,設(shè)計(jì)一套PLC編程軟件實(shí)現(xiàn)啤酒自動(dòng)灌裝的啤酒自動(dòng)灌裝控制系統(tǒng)。PLC把計(jì)算機(jī)的功能完備、通用性和靈活性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電接觸式控制系統(tǒng)的操作方便、簡單易懂、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，和原來的控制系統(tǒng)相比，增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、過程控制、數(shù)據(jù)通信等功能，能夠很方便的完成大型而復(fù)雜的任務(wù)。PLC是以微處理器為核心的專用計(jì)算機(jī)利用它面向用戶的編程語言，不僅能始實(shí)現(xiàn)邏輯控翻，還能實(shí)現(xiàn)各種順序和定時(shí)控制以及復(fù)雜的閉環(huán)控制。利用它內(nèi)部大量的輔助繼電器可以實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)控制；利用它控制時(shí)可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)；編程容易且維護(hù)工作量??；還配有通

9、訊接口和各種摸塊的特點(diǎn)，可以把它作為工作下位機(jī)放在自動(dòng)生產(chǎn)線的工作現(xiàn)場完成各種控制任務(wù)。：10：變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)控制的一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，利用變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流小，可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)、多段速調(diào)速和無級調(diào)速，方便的進(jìn)行加減速控制。將可編程控制器和變頻器二者結(jié)合起來，通過可編程控制器輸出來控制變頻器的多段速調(diào)速，讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨檢測的反饋信號而變化，實(shí)現(xiàn)對灌裝啤酒傳送帶速度的自動(dòng)控制，使其與灌裝機(jī)的速度相匹配，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。2總體方案設(shè)計(jì)2

10、.1 方案比較在這里我想兩種方案，思路如下方案一：單片機(jī)控制?；驹恚簣D2-1單片機(jī)控制框圖利用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。光電傳感器配合單片機(jī)的外部中斷功能，檢測出當(dāng)前時(shí)刻傳送帶的轉(zhuǎn)速。單片機(jī)內(nèi)部對檢測出的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及比較，根據(jù)偏差的的正負(fù)利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增減，最終達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的過程。方案二：PLC控制?；驹恚豪肞LC的開關(guān)量輸入輸出模塊控制變頻器的多功能輸入端，以控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速等，實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速。一次調(diào)解法，即用光電傳感器檢測瓶流速度并送入PLC與已知的罐裝速度做差得到差值電壓V,然后對V進(jìn)行處理，得出需要調(diào)解的速度段數(shù)，由PLC輸出以控制變頻器的

11、頻率控制端，變頻器改變輸出頻率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的調(diào)速即控制瓶流速度與罐裝速度相一致，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。圖2-2PLC控制框圖2.2 方案選擇方案一利用單片機(jī)控制具備體積小，開發(fā)周期短，成本低的特點(diǎn)，它的缺點(diǎn)也很明顯，就是抗干擾能力差。在生產(chǎn)線上的設(shè)備，最基本也是最高的要求就是設(shè)備能夠在工業(yè)現(xiàn)場長時(shí)間無差錯(cuò)的運(yùn)行下去。方案二中，充分體現(xiàn)出PLC抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)的控制信號為數(shù)字信號，所以頻率設(shè)定值比較準(zhǔn)確，不會(huì)受溫漂的影響。且調(diào)速實(shí)現(xiàn)比較簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對于精度要求不高的場合非常適用。因此，綜合考慮各方面因素及要求，選擇方案二作為本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案。2.3 總設(shè)計(jì)思路罐裝傳送帶控制系統(tǒng)

12、的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是利用PLC和變頻器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)，然后將要灌裝的瓶傳送給灌裝機(jī)，達(dá)到瓶流速度和灌裝速度的協(xié)調(diào)，從而提高工作效率。，系統(tǒng)啟動(dòng)后按下電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)，待灌裝的瓶子在皮帶的傳動(dòng)作用下經(jīng)過光電傳感器，傳感器對空瓶進(jìn)行檢測計(jì)數(shù)送往PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)空瓶檢測指示燈亮。當(dāng)空瓶到達(dá)灌裝位置，傳感器檢測到瓶子到位信息處理后送往PLC進(jìn)行處理，同時(shí)瓶子到位指示燈亮，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，停頓2秒，開始灌裝，同時(shí)灌裝報(bào)警器啟動(dòng)，罐裝過程時(shí)間多少由液位計(jì)檢測，罐裝過程有LED顯示液位，裝滿1秒后，不再顯示并發(fā)出響聲報(bào)警。灌裝結(jié)束傳感器檢測到滿瓶并計(jì)數(shù)，同時(shí)滿瓶檢測指示

13、燈亮起，電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)傳送帶，瓶速檢測傳感器得到的瓶流速度和PLC存儲器里面設(shè)定的值進(jìn)行比較，判斷是否需要進(jìn)行調(diào)速，如果不需要調(diào)速電機(jī)按照原來的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，如果需要進(jìn)行調(diào)速，則PLC輸出控制信號給變頻器多段速調(diào)速控制端，變頻器接受到PLC傳送過來的控制信號后經(jīng)內(nèi)部處理，輸出特定頻率的電壓實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的變頻調(diào)速。區(qū)）報(bào)警提示空瓶檢測傳感器電動(dòng)機(jī)瓶子出口滿瓶檢測傳感器瓶子檢測傳感器圖2-3啤酒灌裝流水線系統(tǒng)示意圖3控制系統(tǒng)硬件選型3.1 電機(jī)的選擇3.1.1 電動(dòng)機(jī)種類的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的具體使用環(huán)境和工作要求等情況來確定，結(jié)合電動(dòng)機(jī)的選擇原則：（1）當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速性能

14、要求不高時(shí)應(yīng)盡量采用交流電動(dòng)機(jī)；（2）對于負(fù)載平穩(wěn)，且無特殊要求的長期工作制機(jī)械，應(yīng)選用鼠籠型電動(dòng)機(jī)；對于具有有級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)采用鼠籠型多速異步電動(dòng)機(jī)；（3）對于功率較大，又不需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)采用同步電動(dòng)機(jī)等。據(jù)此初步采用選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。.3.1.2 電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)的選擇電動(dòng)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式，封閉式、密封式、防爆式。結(jié)合啤酒灌裝的生產(chǎn)環(huán)境，我在防護(hù)式和封閉式中選擇。防護(hù)式用于干燥和灰塵不多，沒有腐蝕性和爆炸性氣體存在的環(huán)境中；封閉式適用于潮濕、多灰塵、易受風(fēng)雨腐蝕的惡劣環(huán)境中。啤酒灌裝環(huán)境潮濕，選用封閉式3.1.3 電動(dòng)機(jī)型號的選擇10結(jié)合電動(dòng)機(jī)種類和外形需要封

15、閉式的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，我選用了Y系列電動(dòng)機(jī)，并選用應(yīng)用較多的四級電動(dòng)機(jī)。該系列為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn)，適用于電源電壓為380V且無特殊要求的機(jī)械上，如運(yùn)輸機(jī)、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。部分型號參數(shù)如下。表3-1部分Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)型號額定功率/kW滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/淡定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量/kgY90L-41.514002.32.327Y100L1-42.214302.22.334Y100L2-4314302.22.338Y112M-4414402.22.343Y132M-45.514

16、402.22.368基于該系統(tǒng)的控制要求與各類型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作場合，并考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下。電機(jī)型號功率/kW電壓/V額定電流/A轉(zhuǎn)速/(r/min)功率因數(shù)級數(shù)效率/%Y100L1-42.23805.014200.824813.2PLC的選擇(西門子PLQ西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。其中S7-200是超小型化的PLC它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動(dòng)檢測、監(jiān)測及控制等；S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng),能滿足中等性能要求的應(yīng)用；S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程控制器。S7-200在規(guī)模不太

17、大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備，可以滿足各種各樣的自動(dòng)化控制的需要。由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。：12：S7-200系列PLC常用的5種CPU真塊如下表3-2S7-200系列JPLC5種CPg塊比較指標(biāo)CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226數(shù)字量I/O6人/4出8人/6出14入/10出14入/10出24入/16出模擬量I/O2人/1出擴(kuò)展模塊數(shù)量2777根據(jù)啤酒灌裝生產(chǎn)線示意圖，PLC控制系統(tǒng)輸入信號有10個(gè)，其中6個(gè)開關(guān)量，3個(gè)傳感器輸入開關(guān)量，一個(gè)傳感器輸入模擬量；輸出信號有

18、6個(gè)，模擬輸出量1個(gè)，綜合以上信息，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，控制系統(tǒng)選用西門子S7-200CPU224型號CPU224CNDC/DC/DC6ES714-1AD23-0XB8,尺寸(WXHXD)120.5X80X62mm,重量360g,功耗7W該型號的PLC輸入點(diǎn)為14,輸出點(diǎn)為10。由于四個(gè)傳感器均不是輸入開關(guān)量，于是擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字量輸入輸出模塊EM223D14/D04XDC24Vl于輸出為數(shù)字量的傳感器接入電路；再擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入輸出單元EM235用于輸入量為模擬量的傳感器接入電路，這樣就可以滿足設(shè)計(jì)的需求，而剩余的輸入輸出點(diǎn)可以備作它用。3.3變器頻的選擇通用變頻器的選擇包括型式選擇和容量

19、選擇兩個(gè)方面，變頻器類型要根據(jù)負(fù)載的要求選擇。對于風(fēng)機(jī)、泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通?？蛇x擇專用或普通功能型通用變頻器；包轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送機(jī)、廠內(nèi)運(yùn)輸電車、起重機(jī)等，則有兩種情況：采用普通功能型變頻器，為了實(shí)現(xiàn)包轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大電動(dòng)機(jī)和變頻器容量的辦法，以提高低速轉(zhuǎn)矩；更多的是采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器實(shí)現(xiàn)包轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運(yùn)行，這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕沖擊負(fù)載，具有挖土機(jī)特性；軋鋼、造紙、塑料薄膜加工線這一類于要求高精度、快響應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)械，采用矢量控制高性能型通用變頻器。根據(jù)以上信息我們在西門子M系列中選型。表3-3西門子M系列變

20、頻器比較型號MM420MM430MM440主要應(yīng)用領(lǐng)域“通用型”供電電源電壓為三相交流（或單相交流），具有現(xiàn)場總線接口的選件，可以用于傳送帶，材料運(yùn)輸機(jī)，泵類，風(fēng)機(jī)和機(jī)床的驅(qū)動(dòng)?！八煤惋L(fēng)機(jī)專用型”具有優(yōu)化的操作面板（BOP-2）（可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換），可用于特定控制功能的軟件，以及優(yōu)化的運(yùn)行效率（節(jié)能運(yùn)行）“適用干-切傳動(dòng)裝置”具有高級的矢量控制功能（帶有或小帶編碼器反饋）可附十多種部門的各種用途，例如傳送帶系統(tǒng)，紡織機(jī)械，電梯，卷揚(yáng)機(jī)以及建筑機(jī)械等。功率范圍0.12-11kW7.5-250kW0.12kW至200kW（CT：恒轉(zhuǎn)矩）0.12kW至250kW（VT:變轉(zhuǎn)矩電壓范圍200V

21、至240V,單相交流200V至240V,三相交流380V至480V,三相交流380V至480V,三相交流200V至240V,單相交流200V至240V,三相交流380V至480V,三相交流500V至600V,三相交流控制線性V/f控制特性多點(diǎn)設(shè)定的v/f控制特性（可編程的v/f控制特）FCC（磁通電流控制）線性v/f控制特性多點(diǎn)設(shè)定的v/f控制特性）FCC（磁通電流控制）線性v/f控制特性多點(diǎn)設(shè)定的v/f控制特性多點(diǎn)設(shè)定的v/f控制特性（可編程的v/f控制特性）FCC（磁通電流控制）矢量控制依據(jù)電機(jī)參數(shù)：電壓380V,額定功率2.2Kw,額定電流5.0A我選的是西門子系列M44Q且該系列具有矢

22、量控制。變頻器容量的選擇：變頻器容量的選擇前提是變頻器的額定電流大于電機(jī)的額定電流。變頻器的額定電流：Ib>Idkik3/k2（3-1）式中Ib一變頻器的額定電流（A）;Id電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）;匕一最大負(fù)載系數(shù)，為所需最大轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩之比；k2變頻器過載能力系數(shù)，取k2=1.5;ka-余量系數(shù),取ka=1.1oIdkika/k2=5.0x2.3x1.1/1.5=8.4(A)即變頻器的額定電流要大于8.4A通過查閱MM44度頻器選型手冊，整理得以下表格。表3-4部分MM44底頻器技術(shù)參數(shù)電壓功率/kWhp額定輸入電流/A額定輸出電流/AM440變頻器訂貨號電源電壓220V-24

23、0V單相交流1.52.0137.46SE6440-2UC21-5BA02.23.017.610.46SE6440-2UC22-2BA03.04.023.713.66SE6440-2UC23-0CA0電源電壓220V-240V三相交流1.52.05.67.46SE6440-2UC23-5BA02.23.07.610.46SE6440-2UC23-2BA03.04.010.513.66SE6440-2UC23-0CA0電源電壓380V-480V三相交流3.04.06.77.76SE6440-2UD23-0BA04.05.08.510.26SE6440-2UD24-0BA05.57.511.613.

24、26SE6440-2UD25-5CA0電機(jī)功率2.2Kw,且變頻器的額定電流要大于8.4A,因此本設(shè)計(jì)選用變頻器6SE6440-2UC23-0CA涮定電壓三相220V,功率3.0Kw,額定電流10.5A。3.4接觸器的選型接觸器是一種用來接通或斷開帶負(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，主要控制對象是電動(dòng)機(jī)。通用接觸器可大致分以下兩類。(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、0CJ12CJ12B等系列。(2)直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，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

25、密切相關(guān)，接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流。：11：對于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Ic=FNX10/KUn(3-2)式中Ic為接觸器主觸點(diǎn)電流，單位A;n為電動(dòng)機(jī)額定功率，單位kVVUN為電動(dòng)機(jī)額定電壓，單位為V;K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取1-1.4。33Ic=PNX10/KUn=2.2x10/(1-1.4)x380=4.1-5.79A選用接觸器的額定電流應(yīng)大于等于Ic,根據(jù)電氣控制系統(tǒng)與PLC應(yīng)用技術(shù)表1-1CJ20系列交流接觸器的主要技術(shù)參數(shù)選用CJ20-16額定電流16A,額定電壓380V,額定功率7.5Kw。3.5 電纜的選型電(線)纜工作電流計(jì)算公式：I=P+(UX1

26、.732Xcos)(3-3)P-功率(W);U-電壓(380V);cos-功率因素(0.8);l-相線電流(A)。電動(dòng)機(jī)2.2KW負(fù)載的線電流：I=P/1.732Ucos(|)=2200/(1.732*380*0.8)=4.78A根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)和數(shù)量修正電流值。此項(xiàng)目負(fù)載中數(shù)量少，同時(shí)使用，可以取使用系數(shù)為0.5到0.8,這里取0.7,電流修正值為3.3A。就可以按這個(gè)電流選擇導(dǎo)線、空開、接觸器、熱繼電器等設(shè)備。變頻器3kW負(fù)載的線電流：I=P/1.732Ucos(|)=3000/(1.732*380*0.8)=5.70A修正電流I=4.0A。BVR表示聚氯乙烯絕緣，銅芯(軟)布電線，常常簡稱

27、軟線。由于電線比較柔軟，常常用于電力拖動(dòng)中和電機(jī)的連接以及電線常有輕微移動(dòng)的場合。額定電壓：電線浸水1小時(shí)，經(jīng)受交流50Hz250V(450/750V)、2000V(300/500V)電壓實(shí)驗(yàn)5分鐘不擊穿。工作溫度：正常工作最高溫度不超過70C,BVR-105型工作最高溫度則為105C,電線的敷設(shè)溫度應(yīng)不低于0C。允許彎曲半徑：電線外徑(D)小于25mm#不小于4D;電線外徑(D)為25mmi以上者應(yīng)不小于6(D)。顏色：紅、黃、藍(lán)、綠、黑、棕、黃綠、白等，可根據(jù)要求定制。用途：適用與交流額定電壓450/750V及以下動(dòng)力、日用電器、儀器儀表及電信設(shè)備等線路，且多用于各種機(jī)械設(shè)備。根據(jù)前面計(jì)算

28、，選擇BVR4ff米電線，三芯,電纜允許的安全工作電流20A,PLC選擇界面為1.5平方的導(dǎo)線。3.6 開關(guān)電器選擇低壓斷路器，俗稱自動(dòng)空氣開關(guān)，主要在低壓配電線路或開關(guān)柜中作為電源開關(guān)使用，并對線路、電氣設(shè)備及電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行保護(hù)?？諝忾_關(guān)工作原理：當(dāng)工作電流超過額定電流、短路、失壓等情況下，自動(dòng)切斷電路。2空氣開關(guān)還分幾P,1P就是1根線進(jìn)出，2P就是2根線進(jìn)出，以此類推。家里一般就用到1P或者2P,1P和2P的區(qū)別就是1P只能斷開1根火線，2P是能同時(shí)斷開火線和零線也就是1P+N所以相又t來說2P的更好點(diǎn)。如果你負(fù)載的設(shè)備額定電壓是220V時(shí)，就可以用1P或2P的空氣開關(guān)，如果是380V,就

29、需要3P或4P了，對負(fù)載設(shè)備不需要零的就只選3P就可以了，如電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等只用3P空氣開關(guān)；如是380V的開水器、熱水器之類的設(shè)備，就需要4P了，而且還要帶漏電保護(hù)功能的空氣開關(guān)，這是為防止漏電事故，保障人身安全是必須的要用的。目前家庭使用DZ系列的空氣開關(guān)（帶漏電保護(hù)的小型斷路器），常見的有以下型號/規(guī)格：C16C25、C32C40C60C80C100C120等規(guī)格，其中C表示脫扣電流，即起跳電流。工業(yè)上常見的型號有：動(dòng)力電路用DWf口DZ型分20,32,50,63,80,100,125,160,250,400,600,800,1000.（單位A）。選擇要點(diǎn)：空氣開關(guān)額定電壓大于等于線

30、路額定電壓；空氣開關(guān)額定電流和過電流脫扣器的額定電流大于等于線路計(jì)算負(fù)荷電流?？諝忾_關(guān)型號：D代表動(dòng)力，C代表照明。C65N1P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63AC65N2P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63AC65N3P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63AC65N4P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63AC65N1P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD2

31、5AD32AD40AD50AD63AC65N2P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63AC65N3P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63AC65N4P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A電流計(jì)算：總負(fù)荷電流I=P/U=(2.2+3)x1000/380=14APLC的CPlfi功7w,總功率按20w計(jì)算。I=20/380=0.05A所以，主電路選擇C65N3P-D16A,PLC?分選擇C65N1P-D1A3.7 熔斷器的選型熔斷器用作電

32、路或用電設(shè)備的嚴(yán)重過載和短路保護(hù)，主要用來作短路保護(hù)。對電動(dòng)機(jī)保護(hù)的主電路一般用螺旋式容電器；控制電路及照明電路一般用插入式、無填料封閉管或圓筒帽式熔斷器。：13(1)單臺電動(dòng)機(jī)熔體額定電流，可按下式選擇：Ifu>(1.5-2.5)In(3-4)式中為Ifu熔體的額定電流，單位A;In為電動(dòng)機(jī)的額定電流，單位為A。(2)對于輸線電路，熔體的額定電流應(yīng)略大于或等于線路的安全電流。電動(dòng)機(jī)Ifu>(1.5-2.5)Inf(1.5-2.5)x5=7.5-12.5APLCIfu>0.05A主電路Ifu>7.05-12.55A表3-5熔斷器RL1系列產(chǎn)品型號額定電流/A熔體額定電流

33、/A極限分析能力KAcosFRL1-15152,4,5,6,10,15500.3RL1-606020,25,30,35,40,50,600.3RL1-10010060,80,1000.25RL1-200200120,150,2001.05表3-6熔斷器RT18系列產(chǎn)品型號額定電流/A熔體額定電流/ART-18-32322,4,6,8,10,16,20,25,32RT-18-32X322,4,6,8,10,16,20,25,32RT-18-63632,4,6,10,16,20,25,32,40,50,63RT-18-63X632,4,6,10,16,20,25,32,40,50,63根據(jù)計(jì)算出的

34、Ifu主電路FU1選才?RT-18-32,額定電流32A,熔體16A;變頻器過載保護(hù)FU2®?RT-18-32,額定電流32A,熔體10A;PLC負(fù)載短時(shí)&保護(hù)FU3®?RL1-15,額定電流15A,熔體2A。3.8 信號電器的選擇信號電器是用來對電氣控制系統(tǒng)的某些信號狀態(tài)進(jìn)行指示，如指示燈，蜂鳴器等本設(shè)計(jì)中用閃光蜂鳴器做灌裝過程報(bào)警，APTDC24V紅色，型號AD16-22Sr2M/3,其他指示燈選型如下。表3-7指示燈選擇作用材質(zhì)、電壓顏色型號空瓶指示塑料指示燈AC220V綠色XB2BVM3LC瓶子到位指示塑料指示燈AC220V黃色XB2BVM5LC滿瓶指示塑料

35、指示燈AC220V藍(lán)色XB2BVM6LC3.9 傳感器選擇光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。光電開關(guān)已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。選型原則：要進(jìn)行一個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y

36、位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制，再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。針對本課題的控制要求，在設(shè)計(jì)中我選用了三個(gè)光電傳感器（瓶位檢測傳感器、空瓶檢測傳感器、滿瓶檢測傳感器)，其中空瓶和瓶位檢測傳感器利用物體對光的遮擋作用，檢測物體的通過個(gè)數(shù)，或物體是否存在；滿瓶檢測傳感器檢測液位，檢測瓶子是否裝滿。(1)瓶位檢測計(jì)數(shù)傳感器。規(guī)格型號：E3JK-DS30M1外型尺寸：50*50*18mm(毫米)檢出方式：漫反射式檢測距離：30cm(厘米)工作電壓：AC:220V交流輸出形式：繼電器輸出、1常開

37、與和1常閉(2)空瓶檢測傳感器。型號:E18-D80NK光電式傳感器(光電開關(guān))NPNT開電器特性：U:5VDCI:100mASn:3-80CM直徑:17MM傳感器長度：70MM引線長度：120CM應(yīng)用：生產(chǎn)線貨物自動(dòng)計(jì)數(shù)設(shè)備；多功能提醒器；走迷宮機(jī)器人(3)滿瓶檢測傳感器。型號：E18-D80NK工作電壓：DC5V臍殊要求可改12V/24V工作電流：100MA輸出方式：繼電器開關(guān)輸出響應(yīng)時(shí)間：500ms絕緣電阻：100MQ有效距離3-80C可調(diào)工作溫度：-3080c工作濕度：0-100%RH防水特性：全密封防水設(shè)計(jì)安裝方式：M15*12圓孔引線長度：0.5米重量：30g尺寸：40mm*40m

38、m*18mm(4)瓶速檢測傳感器。型號：YXSCH12-20K高速檢測：大于20kHZ外形尺寸：M11*1*45檢測距離：埋人式2mm工作電壓：4-24VDC工作電流：=100mA空載電流：=0.05mA飽和電壓：=0.7VDC3.10 熱繼電器的選擇熱繼電器可以對電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，斷相及電流不平衡運(yùn)行，選擇哪種熱繼電器時(shí)還要充分思考電動(dòng)機(jī)工作的地點(diǎn)，起動(dòng)的情況，負(fù)載是哪種性質(zhì)，是否允許過載及過載的能力等因素。1 .熱繼電器結(jié)構(gòu)形式的選擇。電動(dòng)機(jī)在選擇不一樣的時(shí)候，熱繼電器也得歡不一樣的，星形的電動(dòng)機(jī)就得挑2相或3相的，三角形的電動(dòng)機(jī)就得挑帶斷相保護(hù)的3相的繼電器。2 .熱繼電器在返回時(shí)有個(gè)時(shí)

39、間，那個(gè)時(shí)間的6倍，就是它用來保護(hù)的電動(dòng)機(jī)在真是的開啟的時(shí)間。3 .選擇熱繼電器額定I使用下面的式子的：IN=(0.951.05)INM(3-5)式中：IN是指熱元件的額定I(A);INM是指電動(dòng)機(jī)的額定I(A)。對工作環(huán)境惡劣，起動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，則按下式選取：IN=(1.151.5)INM(3-6)對于傳送電機(jī)的熱繼電器來說：IN=(0.951.05)INM=1乂5A=5A(3-7)根據(jù)電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)選用JR20-10熱元件號11R,熱元件額定電流6A,熱元件整定電流調(diào)節(jié)范圍4-5-6A,相配的交流接觸器CJ20-10O4控制系統(tǒng)分析4.1輸入信息分析表4-1輸入端口列表控制信號工

40、位名稱元件符號地址啟動(dòng)按鈕SB1I0.0停止按鈕SB2I0.1輸入瓶位檢測傳感器SR1I2.0空瓶檢測傳感器SR2I2.1滿瓶檢測傳感器SR3I2.2瓶速檢測傳感器SR4AIW4手動(dòng)清零SB3I0.3系統(tǒng)復(fù)位SB4I0.44.2輸入信息分析表4-2輸出端口列表控制信號工位名稱元件符號地址輸出傳送帶電動(dòng)機(jī)M1Q0.0傳送電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)Q2.0灌裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)信號M2Q0.1灌裝過程報(bào)警蜂鳴器L1Q0.2空瓶檢測指示燈L2Q0.3瓶子到位指示燈L3Q0.4空瓶已滿指示燈L4Q0.5模擬文電壓AQW45控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1 控制電路設(shè)備的端子接線5.1.1 EM235的端子接線西門子S7-200的模擬

41、量擴(kuò)展模塊EN235含有4路輸入和1路輸出，為12位數(shù)據(jù)格式，其端子及其接線如圖所示。RAA+、A-為第一路模擬量輸入端子，RBB+sB-為第二路模擬量輸入端子，RGC-kC-為第三路模擬量輸入端子，RDD-kD-為第四路模擬量輸入端子。MQVRI0為模擬量輸出端子，電壓輸出大小為-10+10V,電流輸出大小為020mAL+、M接EM235的工作電源。如圖中第一輸入通道為電壓信號輸入接法，第二輸入通道未作使用。如模擬量輸出為電壓信號，則接端子V0與M0o本次設(shè)計(jì)，壓力傳感器輸出420mA的信號至EM235,所以模擬量信號輸入設(shè)定為單極性信號，對DIP開關(guān)SWSW6分別設(shè)定為ON、OFFOFFO

42、FFOFFON對DIP開關(guān)的設(shè)置，即下圖中右下角的配置開關(guān)。EM235模塊模擬量輸出只有一點(diǎn)，采用電壓-10+10V輸出形式。5.1.2 變頻器端子接線選擇MM44變頻器有6個(gè)數(shù)字輸入端口(DIN1DIN6),即端口“5”、“6”、“7”、“8”、“16”和“17”。每個(gè)數(shù)字輸入端口功能很多，可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。MM440變頻器可以用模擬輸入端控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，它為用戶提供了兩對模擬輸入端口AIN1+、AIN1-、AIN2+、AIN2-,即端口“3”、“4”和端口“10”、“11”。MM440變頻器的輸出端口“1”、“2”為用戶提供了一個(gè)高精度的+10V直流穩(wěn)壓電源。外接轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電位器RP

43、1用接在電路中，調(diào)節(jié)RP1時(shí)，輸入端口AIN1+給定的模擬輸入電壓改變，變頻器的輸出量緊緊跟蹤給定量的變化，從而平滑無級地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。1615.2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖本設(shè)計(jì)中，共采用了數(shù)字量輸入點(diǎn)7點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)7點(diǎn)，模擬量輸入輸出點(diǎn)1點(diǎn)?？刂撇糠諴LC采用西門子S7-200中CPU224XP的PLC,然后擴(kuò)展外加一個(gè)模擬量輸入輸出單元EM235,擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字量輸入輸出模塊EM223。L1L2L3N測QF1FU1檢電光啟動(dòng)按鈕停止按鈕手動(dòng)清零系統(tǒng)復(fù)位瓶位檢測傳感器空瓶檢測傳感器滿瓶檢測傳感器口口FU3FU4QF2QF3220V220V24V24V整流器L1L2L3L4I0.6Q1.0I0

44、.7I1.0Q1.1COMA+VB+MM1LL+Q2.0MQ2.11MQ2.2I2.0I2.1Q2.4Q2.5I2.2Q2.6Q2.73lLRAA+A-M03LQ0.7V0Q2.32L整流器24VL+M1LSB1Hh1MI0.0Q0.0Q0.1SB2一尸gI0.1Q0.2SB3I0.2Q0.3SB4CPU224XP2LI0.3Q0.4I0.4Q0.5I0.5Q0.624V24VSR1SR2SR3速度傳24VEM223EM225圖5-1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖FU2KM3MM440V灌裝過程報(bào)警燈空瓶檢測指示燈瓶子到位指示燈瓶子已滿指示燈FRM5.3 電器元件選型本設(shè)計(jì)中所使用的元器件清單如下。表5-1元件

45、清單列表編R代號元件名稱型號規(guī)格件數(shù)作用1PLC可編程控制器S7-200CPU224XP(WXHXD)120.5X80X62mm重量360g功耗7W1邏輯控制2VVVF變頻器MM440三相220V3.0KW10.5A1電壓頻率變化3M電動(dòng)機(jī)Y100L1-42.2KW380V5.0A1帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)4QF1自動(dòng)空氣開關(guān)C65N3P-D16A16A/3P電源總開關(guān)5QF2自動(dòng)空氣開關(guān)C65N1P-D1A1A/1PPLC電源開關(guān)6FU1熔斷器RT-18-3232A熔體16A3電源保護(hù)7FU2熔斷器RT-18-3232A熔體10A2變頻器過載保護(hù)8FU3熔斷器RL1-1515A熔體2A2PLC負(fù)載短路保

46、護(hù)9KM交流接觸器CJ20-16額定電流16A,額定電壓380V,額定功率7.5Kw1變頻器故障保護(hù)10SB1-SB6按鈕開關(guān)LA19-116PLC輸入控制11SR1傳感器E18-D80NKDC5V1空瓶檢測12SR2傳感器E3JK-DS30M150*50*18mmAC:220V交流1瓶位檢測13SR3傳感器E18-D80NKDC5V1滿瓶檢測14SR4傳感器YXSCH12-20K(霍爾)1瓶速檢測15L1報(bào)警燈AD16-22SAC200V紅1灌裝過程報(bào)警r2M/316L2指示燈XB2BVM3LCAC220V綠1空瓶指示17L3指示燈XB2BVM5LCAC220V黃1瓶子到位指示18L4指示燈

47、XB2BVM6LCAC220V藍(lán)1滿瓶指示19T變壓器BK-4KVA1降壓給定20FR熱繼電器CJ20-1011R1電機(jī)過載保護(hù)6控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1 控制系統(tǒng)要求簡述(1)系統(tǒng)通過開關(guān)設(shè)定為自動(dòng)操作模式，一旦啟動(dòng)，則傳送帶的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并一直保持到停止開關(guān)動(dòng)作或罐裝設(shè)備下的傳感器檢測到一個(gè)瓶子時(shí)停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須自動(dòng)啟動(dòng)，并保持到又檢測到一個(gè)瓶子或停止開關(guān)動(dòng)作。(2)當(dāng)瓶子定位在罐裝設(shè)備下時(shí)，停頓2秒，罐裝設(shè)備開始工作，罐裝過程時(shí)間多少由液位計(jì)檢測，罐裝過程應(yīng)有LED或者LCD顯示液位，裝滿1秒后，不再顯示并發(fā)出響聲報(bào)警。(3)用兩個(gè)以上傳感器和若干個(gè)加法器檢測并記錄

48、有無空瓶和滿瓶個(gè)數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，必須記錄滿瓶數(shù)，最多不超過瓶。(4)可以手動(dòng)對計(jì)數(shù)值清零和對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。6.2 啤酒灌裝生產(chǎn)線PLC控制的順序功能圖順序功能圖是一種較新的編程方法，它將一個(gè)完整的控制過程分為若干階段，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實(shí)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動(dòng)作結(jié)束，下一階段動(dòng)作開始。它提供了一種組織程序的圖形方法。在順序功能圖中可以用別的語音嵌套編程，步、路徑和轉(zhuǎn)換是順序功能圖的3種主要元素。順序功能圖主要用來描述開關(guān)量順序控制系統(tǒng)，根據(jù)它可以很容易畫出順序控制梯形圖程序。圖6-1啤酒灌裝生產(chǎn)線PLC控制的順序功能圖6.3 梯形圖網(wǎng)絡(luò)1|口.口啟動(dòng)，|口1惇止，啟前后傳法芾電機(jī)開始工作網(wǎng)絡(luò)2112碇位傳感器接