啤酒灌裝流水線控制設(shè)計(jì)

晉中學(xué)院本科畢業(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)化姓名耿小偉學(xué)號(hào)1114112205學(xué)習(xí)年限2023年9月至2023年7月指導(dǎo)教師翟曉華職稱講師申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)學(xué)士學(xué)位2015年啤酒灌裝流水線控制設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：耿小偉指導(dǎo)教師：翟曉華摘要：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)速跟隨檢測的反應(yīng)信號(hào)而變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)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’sName：GengxiaoweiTutor：ZhaiXiaohuaABSTRACT：Withtheincreasinglevelofindustrialautomation,manyindustrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalproductionlineandre-designproblem.PLC(programmablelogiccontroller)isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditionalcontrolsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformationoftraditionalindustriessuchasgenerallyapplied.Inviewofthis,thedesignersoftheuseofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem.This

design

composite

integrated

programmable

controller

and

inverter

control

of

the

many

advantages

of

the

programmable

controller

to

control

the

inverter

output

multi-speed

governor,

so

that

motor

speed

feedback

signal

to

follow

the

detection

of

change,

to

realize

the

speed

of

filling

beer

belt

automatic

control,

and

filler

to

match

the

speed

and

improve

the

efficiency

of

industrial

production.

KEYWORDS:

The

programmable

controllerFrequencytransformerFilling目錄1引言 12總體方案設(shè)計(jì) 22.1方案比擬 22.2方案選擇 32.3總設(shè)計(jì)思路 33控制系統(tǒng)硬件選型 43.1電機(jī)的選擇 43.2PLC的選擇〔西門子PLC〕 53.3變器頻的選擇 63.4接觸器的選型 83.5電纜的選型 93.6開關(guān)電器選擇 103.7熔斷器的選型 113.8信號(hào)電器的選擇 123.9傳感器選擇 133.10熱繼電器的選擇 144控制系統(tǒng)分析 154.1輸入信息分析 154.2輸入信息分析 155控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 165.1控制電路設(shè)備的端子接線 165.2系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖 175.3電器元件選型 196控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 206.1控制系統(tǒng)要求簡述 206.2啤酒灌裝生產(chǎn)線PLC控制的順序功能圖 206.3梯形圖 22總結(jié)與致謝 25參考文獻(xiàn) 261引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展和人民生活的改善，我國啤酒工業(yè)也得到了空前的開展。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(duì)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(chǔ)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)保障人身平安,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)。可編程控制器可靠性高，組合靈活，編程簡單，維修方便。利用PLC能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)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。［3］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)控制的一種比擬合理和理想的調(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(duì)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(jí)調(diào)速，方便的進(jìn)行加減速控制。［7］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)速跟隨檢測的反應(yīng)信號(hào)而變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)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)2.1方案比擬在這里我想兩種方案，思路如下。方案一：單片機(jī)控制。根本原理：單片機(jī)單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電動(dòng)機(jī)傳送帶光電傳感器圖2-1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(duì)檢測出的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及比擬，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，最終到達(dá)一個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的過程。方案二：PLC控制。根本原理：利用PLC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(jí)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與的罐裝速度做差得到差值電壓V，然后對(duì)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(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速即控制瓶流速度與罐裝速度相一致，到達(dá)設(shè)計(jì)目的。PLCPLC控制變頻器電動(dòng)機(jī)傳送帶光電檢測器圖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，本錢低的特點(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，最根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)間無過失的運(yùn)行下去。方案二中，充分表達(dá)出PLC抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)的控制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，所以頻率設(shè)定值比擬準(zhǔn)確，不會(huì)受溫漂的影響。且調(diào)速實(shí)現(xiàn)比擬簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)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)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)，到達(dá)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(duì)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(chǔ)器里面設(shè)定的值進(jìn)行比擬，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，那么PLC輸出控制信號(hào)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(hào)后經(jīng)內(nèi)部處理，輸出特定頻率的電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的變頻調(diào)速。報(bào)警提示空瓶檢測傳感器瓶子出口M滿瓶檢測傳感器M電動(dòng)機(jī)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)的選擇原那么：〔1〕當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速性能要求不高時(shí)應(yīng)盡量采用交流電動(dòng)機(jī)；〔2〕對(duì)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(duì)于具有有級(jí)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(duì)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)。［4］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)式用于枯燥和灰塵不多，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。［10］3.1.3電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇結(jié)合電動(dòng)機(jī)種類和外形需要封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(jí)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。局部型號(hào)參數(shù)如下。表3-1局部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(hào)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-45.514402.22.368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(hào)功率/kW電壓/V額定電流/A轉(zhuǎn)速/(r/min)功率因數(shù)級(jí)數(shù)效率/%Y100L1-42.23805.014200.824813.2PLC的選擇〔西門子PLC〕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模塊如下。表3-2S7-200系列PLC5種CPU模塊比擬指標(biāo)CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226數(shù)字量I/O6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出24入/16出模擬量I/O2入/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(hào)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(hào)有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(hào)CPU224CNDC/DC/DC6ES7

214-1AD23-0XB8,尺寸(W×H×D)120.5×80×62mm，重量360g，功耗7W。該型號(hào)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/D04XDC24V,用于輸出為數(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(duì)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；恒轉(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，那么有兩種情況：①采用普通功能型變頻器，為了實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大電動(dòng)機(jī)和變頻器容量的方法，以提上下速轉(zhuǎn)矩；②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)恒轉(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。［9］根據(jù)以上信息我們?cè)谖鏖T子M系列中選型。表3-3西門子M系列變頻器比擬型號(hào)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)“適用于一切傳動(dòng)裝置〞具有高級(jí)的矢量控制功能

(帶有或不帶編碼器反應(yīng))可用于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0.12-11kW7.5-250kW0.12

kW

至

200

kW

(CT：恒轉(zhuǎn)矩)0.12kW至250kW

(VT：變轉(zhuǎn)矩電壓范圍200V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M440，且該系列具有矢量控制。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>Idk1k3/k2〔3-1〕式中Ib—變頻器的額定電流(A)；Id——電動(dòng)機(jī)的額定電流(A)；k1—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；k3-余量系數(shù)，取k3=1.1。Idk1k3/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MM440變頻器選型手冊(cè)，整理得以下表格。表3-4局部MM440變頻器技術(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(hào)電源電壓220V-240V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3.04.06.77.76SE6440-2UD23-0BA04.05.08.510.26SE6440-2UD24-0BA05.57.511.613.26SE6440-2UD25-5CA0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6SE6440-2UC23-0CA0,額定電壓三相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(duì)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、0CJ12、CJ12B等系列?！?〕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)根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)，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(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：IC=PNX103/KUN〔3-2〕式中IC為接觸器主觸點(diǎn)電流，單位A；PN為電動(dòng)機(jī)額定功率，單位kW；UN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。IC=PNX103/KUN=2.2x103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÷(U×1.732×cosΦ)〔3-3〕P-功率(W);U-電壓(380V);cosΦ-功率因素(0.8);I-相線電流(A)。電動(dòng)機(jī)2.2KW負(fù)載的線電流：I=P/1.732Ucosφ=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。此工程負(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/1.732Ucosφ=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，常常簡稱軟線。由于電線比擬柔軟，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。［8］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70℃，BVR-105型工作最高溫度那么為105℃，電線的敷設(shè)溫度應(yīng)不低于0℃。允許彎曲半徑：電線外徑〔D〕小于25mm者不小于4D；電線外徑〔D〕為25mm及以上者應(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，選擇BVR4平米電線，三芯，電纜允許的平安工作電流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(duì)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。［5］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，所以相對(duì)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，就需要3P或4P了，對(duì)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，保障人身平安是必須的要用的。［5］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(hào)/規(guī)格：C16、C25、C32、C40、C60、C80、C100、C120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(hào)有：動(dòng)力電路用DW和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(hào)：D代表動(dòng)力，C代表照明。C65N1P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N2P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N3P-：C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N4P-：C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N1P-：D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A；C65N2P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A；C65N3P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A；C65N4P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A。電流計(jì)算：總負(fù)荷電流I=P/U=〔2.2+3〕x1000/380=14APLC的CPU耗功7w，總功率按20w計(jì)算。I=20/380=0.05A所以，主電路選擇C65N3P-D16A,PLC局部選擇C65N1P-D1A。3.7熔斷器的選型熔斷器用作電路或用電設(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(duì)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(tái)電動(dòng)機(jī)熔體額定電流，可按下式選擇：IFU≥〔〕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(duì)于輸線電路，熔體的額定電流應(yīng)略大于或等于線路的平安電流。電動(dòng)機(jī)IFU≥〔〕IN=〔〕PLCIFU≥0.05A主電路IFU≥表3-5熔斷器RL1系列產(chǎn)品型號(hào)額定電流/A熔體額定電流/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(hào)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IFU，主電路FU1選擇RT-18-32，額定電流32A,熔體16A；變頻器過載保護(hù)FU2選擇RT-18-32，額定電流32A,熔體10A；PLC負(fù)載短路保護(hù)FU3選擇RL1-15，額定電流15A,熔體2A。3.8信號(hào)電器的選擇信號(hào)電器是用來對(duì)電氣控制系統(tǒng)的某些信號(hào)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(hào)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(hào)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(duì)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(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及平安防護(hù)等諸多領(lǐng)域。選型原那么：要進(jìn)行—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適宜，那么需要根據(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位置對(duì)傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)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(duì)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(duì)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(hào)：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常開與和1常閉〔2〕空瓶檢測傳感器。型號(hào):E18-D80NK光電式傳感器〔光電開關(guān)〕NPN常開電器特性：U:5VDC

I: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(hào)：E18-D80NK工作電壓：DC5V[特殊要求可改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：100MΩ有效距離3-80C可調(diào)工作溫度：-30~80℃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*40mm*18mm〔4〕瓶速檢測傳感器。型號(hào)：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(duì)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)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=〔0.95~1.05〕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(duì)工作環(huán)境惡劣，起動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，那么按下式選?。篒N=〔1.15~1.5)INM〔3-6〕對(duì)于傳送電機(jī)的熱繼電器來說：IN=(0.95~1.05)INM=1×5A=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(hào)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CJ20-10。4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(hào)工位名稱元件符號(hào)地址輸入啟動(dòng)按鈕SB1I0.0停止按鈕SB2I0.1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(hào)工位名稱元件符號(hào)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(hào)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模擬量電壓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5.1.1EM235的端子接線西門子S7-200的模擬量擴(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，其端子及其接線如下圖。RA、A+、A-為第一路模擬量輸入端子，RB、B+、B-為第二路模擬量輸入端子，RC、C+、C-為第三路模擬量輸入端子，RD、D+、D-為第四路模擬量輸入端子。M0、V0、I0為模擬量輸出端子，電壓輸出大小為-10～+10V，電流輸出大小為0～20mA。L+、M接EM235的工作電源。如圖中第一輸入通道為電壓信號(hào)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(hào)，那么接端子V0與M0。本次設(shè)計(jì)，壓力傳感器輸出4～20mA的信號(hào)至EM235，所以模擬量信號(hào)輸入設(shè)定為單極性信號(hào)，對(duì)DIP開關(guān)SW1～SW6分別設(shè)定為ON、OFF、OFF、OFF、OFF、ON。對(duì)DIP開關(guān)的設(shè)置，即下列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。［7］5.1.2變頻器端子接線選擇MM440變頻器有6個(gè)數(shù)字輸入端口〔DIN1～DIN6〕，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(duì)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RP1串接在電路中，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(jí)地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。［16］5.2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)?？刂凭植縋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。圖5-1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖5.3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元件清單列表編號(hào)代號(hào)元件名稱型號(hào)規(guī)格件數(shù)作用1PLC可編程控制器S7-200CPU224XP(W×H×D)120.5×80×62

mm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AD16-22Sr2M/3AC200V紅1灌裝過程報(bào)警16L2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)，那么傳送帶的驅(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)以上傳感器和假設(shè)干個(gè)加法器檢測并記錄有無空瓶和滿瓶個(gè)數(shù)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，必須記錄滿瓶數(shù)，最多不超過9999999瓶。(4)可以手動(dòng)對(duì)計(jì)數(shù)值清零和對(duì)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假設(shè)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。Q0.2Q0.1T0Q0.0R3R