基于PLC的糖果包装机的操纵系统设计毕业设计.docx
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基于PLC的糖果包装机的操纵系统设计毕业设计
目 录
1绪论1
2糖果包装机系统分析及操纵系统整体设计3
Y06型糖果包装机生产工艺概述3
糖果包装机操纵要求3
PLC操纵系统方式选择3
系统运行方式4
糖果包装机操纵系统要紧器件的选择4
包装机操纵对象分析5
PLC操纵器的选择6
变频器选择6
步进电机及其驱动器选择6
传感器选择9
3糖果包装机各功能模块设计10
供电模块设计10
执行主电机模块设计11
包装纸同步操纵模块设计12
4糖果包装机要紧操纵系统的PLC程序设计15
糖果包专机的操纵系统设计简述15
主电机的PLC操纵指令语句表17
糖果包装机包装机的PLC操纵I/O分派表18
结论20
致谢21
参考文献22
附录23
附录A23
一、绪论
食物行业是知足人民“衣食住行”需求的基础性行业,在国民经济中处于重腹地位,具有不可替代性,尤其是目前我国居民收入日趋提高、生活质量不断改善,对食物的需求也日趋多样化,全国食物工业面临良好进展契机,食物工业规模快速增加,经济效益也大幅提升,产业结构和增加方式进一步优化。
去年食物工业增加值占全国工业经济比重达到十分之一强,而且呈逐年上升趋势。
食物行业的快速进展必然会带动食物包装业的进展,因此对食物包装机的改造创新是超级必要的。
图1-1Y06型糖果包装机系统外观图
Y06型糖果包装机是一款高速糖果包装机械,可用于包装各类块状糖果。
整个设备能够分为三大部份:
生产线送糖部份,糖果包装部份,包装纸部份。
其整体系统外观图如图1-1所示。
生产送糖部份部份直接与糖果生产线相连,通过传送带将糖果送至糖果包装部份入口处。
该部份仅可通过一颗糖果,糖果通过此通道事后形成队列,依次从包装入口进入如图1-2所示
图1-2糖果包装纸送纸部份机械图
图1-3包装纸卷纸机构
包装纸送纸部份由齿轮机构驱动,拖动包装纸向前运动。
包装纸安装于包装纸托盘上,正常送纸时,绷紧的包装纸压迫包装纸刹车,使其在摩擦力的作用下向前运动;缺纸或继纸时,绷力消失,包装纸刹车回到原位置,系统报警。
包装纸的位置由色标传感器进行定位,当位置显现误差时,由操纵系统发出指令驱动步进电机进行拖沓包装纸运动,从而实现包装纸的准确信位。
糖果包装部份是周期性的重复动作。
整个包糖进程包括如下几个步骤:
推糖→送纸→包装→喷胶→传送粘合→成品。
Y06型糖果包装机采纳通过三相异步电机带动齿轮机构提供动力,利用凸轮机构与连杆机构等机械结构配合进行包装、进排糖、送包装纸等动作,有效的保证了操纵的速度与精度,使系统紧凑、靠得住。
2、糖果包装机系统分析及操纵系统整体设计
Y06型糖果包装机生产工艺概述
糖果包装机要紧通过一台的三相异步电机带动各机械部份完成包糖的各类动作。
糖果包装工艺流程如图2-1所示。
图2-1糖果包装机工艺流程图
裸糖经流水线抵达糖果包装机,当位于糖果包装机入口处的光电传感器检测到有裸糖到来时,操纵推糖机构的电磁阀得电,吸合、下拉推糖机构,与此同时推糖机构动作将糖果送入旋转的糖果托盘中。
当糖果进入托盘三个周期后,操纵包装纸转动的电磁阀闭合,开始送包装纸。
利用色标传感器操纵、调整包装纸的位置,当纸位置适合时,包装纸被截断,在包糖机构的作用下,按预先设定的步骤,包裹糖果。
假设纸位置不适合,PLC将发出脉冲信号驱动步进电机对包装纸进行前后拖动,对包装纸位置进行调整。
包裹完毕,进行喷胶,粘合以后,糖果经传送带送糖机构送至成品糖库。
在传送进程中,由于传送带的楔形挤压作用,糖纸粘合完成,同时也对其进行了更好的整形。
糖果包装机操纵要求
PLC操纵系统方式选择
控制系统和远程I/O操纵系统。
由于糖果包装机的操纵对象相对集中,要紧有变频器控利用PLC能够组成多种操纵系统:
单机操纵系统,集中操纵系统,分散型控制、包装纸位置调整、步进电机驱动操纵等,因此选择集中操纵系统。
集中操纵系统模型如图所示。
各被控对象直接与PLC的I/O口相连接,进行通信、操纵。
为提高系统抗干扰能力,在硬件方面,交流电源增加滤波装置,输入信号进行光电隔离,并远离强电布线。
信号采纳屏蔽线传输,采纳放射性一点接地等方法,排除、减弱共模和瞬变干扰。
图2-2集中操纵系统模型
系统运行方式
糖果包装机的运行,采纳自动运行和手动运行方式。
与运行方式对应的是停止运行方式。
糖果包装机的停止运行方式包括正常停运、临时停运、紧急停运三种。
包装机操纵要求:
手动运行:
能够用按钮对包装机的各个部份进行单独操纵,便于调机,要紧用于故障的检修与恢复。
自动运行:
按下启动按钮,系统即开始持续、和谐、周期性地完成各包装动作,直到系统接收到停止运行信号。
糖果包装机操纵系统要紧器件的选择
系统采纳PLC进行集中操纵,要紧操纵对象为一台的三相异步电机,主电机的参数如表2-1所示。
表2-1 Y2-100L1-4三相异步电机要紧技术参数
型号
额定功率
满载时
堵转电流
堵转转矩
最大转矩
KW
转速(r/min)
电流(A)
效率(%)
功率因数(cos)
额定电流Ist/IN
额定转矩Tst/TN
额定转矩TM/TN
Y2-100L1-4
1430
80
要紧的操纵器件包括:
PLC、变压器、变频器、步进电机及其操纵器、光电编码盘等。
包装机操纵对象分析
包装机的要紧传感器以开关量提供给PLC,作为决策的依据。
开关输入量有:
(1)启动/停止信号
(2)色标信号
(3)糖果生产线上行程开关
(4)包装后的糖果输送线上的行程开关
(5)自动/手动开关
(6)变频器复位开关
(7)喷胶开关
(8)急停按钮
(9)色标开关
(10)光电码盘
(11)速度调剂
(12)紧缩空气开关
输出量有:
(1)急停指示灯
(2)无纸断纸指示灯
(3)色标补差信号灯
(4)产品过大信号灯
(5)强行送纸指示灯
(6)色标状态指示楼上
(7)喷胶开启状态指示灯
(8)步进电机操纵器
(9)急停操纵信号
(10)电磁阀1、2
输出信号大多是一些开关输出信号,如主电机驱动、步进电机驱动等,这些信号经功率放大驱动对应的包装执行机构。
人机界面利用RS-232口进行通信,变频器利用RS-485口进行通信。
PLC操纵器的选择
依照分析,和I/O点数确信并按20%-30%备用量原那么,选择了台达DVP-64EH系统。
DVP-64EH是一款可扩充的高性能型主机,具有高速度,高性能的小型PLC,应用领域相当普遍。
主机具有16KStep程序存储器,最大512点数位扩充,200KH高速计数器,200KHz高速计数器、200KHz脉冲输出(提供伺服定位指令)。
其内建RS-232与RS-485两个通信口,可自行扩充第三个通信卡。
可连接八台类比、温度、定位、计数器等扩充模组。
支持PID、PLCEASYLINK(32站)、10,000档案暂存器、187应用指令。
支持数位、类比、通信、存储卡与资料设定器等功能。
在本系统中,PLC的要紧任务是同意外部开关信号(如按钮、行程开关、继电器等)的输入,判定当前的系统及输出信号去操纵接触器、继电器等器件,以完成相应的任务。
变频器选择
考虑到糖果操纵系统对速度操纵精度要求较高,负载为的三相异步电机,属于轻载。
因此选择了容量为台达VFD22M43B变频器。
台达VFD-M系列是系列高性能矢量操纵交流马达驱动器。
该变频器采纳矢量操纵技术,从而提高了系统的操纵精度和动态响应精度;输出频率在~400Hz且可设定V/F曲线;自动转矩补偿及误差补偿;8段预设速度,7段可编程运转;超低噪音,载波可自1~15KHz调整;内建PID回授操纵,简易定位功能;睡眠/唤醒功能和零速Holding功能;省能源,有自动稳压功能[18]。
系统中的VFD22M43B变频器的利用V/f开环操纵,但通过光电编码器搜集电机的实际转速值。
变频器通过RS-485口接收PLC的“操纵字”命令和转速设定值,或向PLC发送“状态字”和转速实际值。
步进电机及其驱动器选择
步进电机具有惯量低、定位精度高、无积存误差、操纵简单等特点。
步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。
一旦三大要素确信,步进电机的型号便确信下来了。
(1)步距角的选择
电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每一个当量电机应走多少角度(包括减速)。
电机的步距角应等于或小于此角度。
目前市场上步进电机的步距角一样有度/度(五相电机)、度/度(二、四相电机)、度/3度(三相电机)等。
(2)静力矩的选择
步进电机的动态力矩一下子很难确信,咱们往往先确信电机的静力矩。
静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。
单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。
直接起动时(一样由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时要紧考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。
一样情形下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确信下来(几何尺寸)。
(3)电流的选择
静力矩一样的电机,由于电流参数不同,其运行特性不同专门大,可依据矩频特性曲线图,判定电机的电流(参考驱动电源、及驱动电压)
综上所述选择电机一样应遵循以下步骤:
图2-3步进电机选择步骤
步进电机在糖果包装机系统顶用于糖果包装纸的精准定位,当糖果包装纸位置不适合时,色标传感器发出信号,PLC依照信号发出脉冲给步进电机驱动器对包装纸进行色标补偿,驱动步进电机前后拖动,不断调整包装纸的位置,保证糖果包装的质量。
糖果包装机步进电机维持转矩为12
,系统当选用深圳步进电机公司两相步进电机110系列中的2S110Q-03999型步进电机,利用2H1080型步进电机驱动器对其进行驱动。
该型电动机的大体技术数据如表2-2所示。
表2-2 2S110Q-03999型步进电机大体技术参数
整步步距角(度)
静态相电流(A)
相电阻
(
)
相电感
(mH)
保持转矩(
)
阻尼扭矩(
)
最大轴向负载(N)
最大径向负载(N)
60
220
2H1080型步进电机驱动器是两相双极整半步型步进电机驱动器。
其供电电压最大可达交流100V,提供电机更好的高速驱动性能;采纳双极性恒流驱动方式,最大驱动电流可达每相,可驱动相电流小于的任何两相双极型混合式步进电机;关于电机的驱动输出相电流可通过DIP开关调整,以配合不同规格的电机;具有DIP开关可设定电机静态锁紧状态下的自动半流功能,能够大大降低电机的发烧;采纳专用驱动操纵芯片,可通过DIP开关设定整步或半步的驱动操纵方式,适合高速大力矩的应用需求;具有脱机功能,能够在必要时关闭给电机的输出电流;操纵信号的输入电路采纳光耦器件隔离,降低外部电气噪声干扰的阻碍。
2H1080型步进电机驱动器规格参数如表2-3所示。
其接线方式如图2-4所示
表2-3 2H1080步进电机驱动器规格参数
说明
最小值
典型值
最大值
单位
供电电压
60
90
100
V(AC)
输出相电流
A
控制信号输入电流
6
20
mA
图2-4H1080驱动器典型接线图
传感器选择
传感器分为NPN和PNP型。
NPN与PNP传感器的区别:
经常使用的传感器可分为4个分类,即NPN-NO、NPN-NC、PNP-NO与PNP-NC。
NPN是指当有触发信号时,信号输出线动作于L+这条高电平的电源线。
关于NO型,在没有触发信号时,输出线是悬空的;有触发时那么发出与L+电源线相同的电平(实际是这两条线连通了)。
关于NC型,在没有触发信号时,信号输出线与L+电源线是连通的(同电平);当有触发信号后,输出线就悬空了(相当于与L+电源线断开了)。
关于PNP型传感器来讲,信号输出线是作用于L-这条低电平的电源线的,其中NO和NC型的原理是与上面说的一样。
系统中PLCs/s端接+24V,应选择NPN型传感器。
糖果包装机中,共需要3个传感器:
一个色标传感器、一个光电开关、一个行程开关。
光电开关传感器位于糖果包装机的入口处,当有糖果到来时,发出信号,并传送给PLC,PLC操纵位于传感器周围的推糖电磁阀吸合,推糖机构向下运动,将糖果推入糖果托盘。
当糖果进入糖果托盘三个周期后,PLC发出指令,吸合操纵糖果包装纸运动的送纸电磁阀,开始送包装纸进行糖果包装。
接近开关传感器位于传送带入口处,用于检测糖果是不是合格。
当糖果超过设定高度时,抵达行程开关位置,行程开关发出信号给PLC,PLC发出急停信号,整个系统停机,等待操作工人将不合格糖果剔除或技术维修人员进行维修。
3、糖果包装机各功能模块设计
糖果包装机用三相异步电机驱动,由变频器供电,转速通过变频调速实现。
步进电机用于调整包装纸的位置。
Y06型糖果包装机操纵系统要紧有推糖机构操纵、糖果检测、糖果包装与糖果包装纸同步操纵等。
各加工工位的动作是由三相异步电机通过齿轮机构带动机械结构来实现的。
供电模块设计
图3-1糖果包装机操纵系统供电模块电气原理图
糖果包装机系统中,设备多,工作电压也不尽相同。
三相异步电机工作电压为380VAC,PLC的工作电压为220VAC,人机界面等的工作电压为24VDC,步进电机驱动器的工作为90VAC。
如图3-1所示。
源由滑线引入电气柜中,通过熔断器后,再经由总进线空气断电器QS后供给系统的操纵回路及主电机电路部份。
变频器利用380V交流电压以供驱动三相异步主机工作,故直接将三相电源经继电器送入变频器。
三相电源的线电压为380V,相电压为220V,因此系统取三相中的A相相电压提供220V交流电压,A相通过交流稳压器后提供给环形变压器和开关电源等设备。
环形变压器T2的作用是将220VAC变成90VAC供步进电机驱动器工作。
开关电源为系统提供24VDC电压,为人机界面提供工作电压,PLC的输入、输出点提供基准电压。
主电路及各分电路均有带有预防过流过载功能的断电器爱惜装置,确保在系统过载时能及时与三相电源断开,避免设备长期处于过流或过载状态时危及设备平安。
220V交流在送入设备之前先通过了稳压设备,避免电压显现大幅波动时,对设备造成危害,提高了系统的靠得住。
所有设备均通过PE线进行接地爱惜。
接地技术可以减小线缆等因素对设备造成的电磁干扰,提高操纵的精度,爱惜系统平安性,进一步提高系统的靠得住性。
执行主电机模块设计
图3-2主电机操纵电气原理图
糖果包装机操纵系统中,各机械部份的驱动是由一台三相异步电机提供的。
三相异步电机的具体参数见表2-1。
如图3-2所示电机的操纵电气原理图。
三相电源别离通过线路11、12、13接入变频器的R、S、T端子为变频器及主电机提供工作电源。
正常工作时,变频器通过RS-485口与PLC通信取得电机工作频率,驱动电机在相应频率在工作。
过流和过载时,主电机持续发烧,热继电器断开,主电机与电源被切断,当即停止工作。
急停时,PLC发出急停操纵信号,其对应变频器继电器被断开,主电机停止动作,等待维修人员进行故障排除。
为了保证在系统故障时,能及时对电机进行刹车、制动。
所谓制动,是指电能从电机侧流到变频器侧(或供电电源侧),现在电机转速高于同步转速。
经常使用的制动方式是在变频器侧安装制动电阻,将制动产生的能耗以热量的形式消耗掉。
为了保证在系统故障时,能及时对电机进行刹车制动,依照台达变频器技术手册选用了300W70
的BR300W070型制动电阻,其具体参数如表3-1所示。
主电机在启动之前,应断开没必要要的负载,确保主电机轻载启动。
按下启动按钮后,电机在变频器的操纵下,慢慢提高速度,实现高速运转。
假设机械显现故障,当即切断电源,而且进行机械制动,确保机械的平安。
表3-1中ED%代表电阻值瓦特数及利用的频率。
表3-1 台达变频器刹车电阻选用参数
电压
适用马达
全载输出转矩
KG-M
应用电阻规格
制动单元
制动电阻料号
用量
制动转矩10%ED%
最小电阻值
hP
kW
型式VFDB
用量
230V
3
300W70
BR300W070
1
125
35
为了保证主电机转速的精度,系统中利用了光电编码器搜集实际转速值,并将其传送给PLC,再由PLC与变频器进行通信不断的进行修正。
包装纸同步操纵模块设计
包装纸的传送在糖果包装中相当重要,传送过快或过慢均会造成包装纸位置不适合,阻碍产品包装质量。
在Y06型糖果包装机中,糖果包装纸动作是由三相异步电机带动相应的机械结构来完成的。
在包装纸传送系统中加入了一台步进电机和SICKKT3W-N1116型(NPN)色标传感器,与PLC联动,组成一个闭环系统,实行色标补偿。
当色标探测到包装纸位置不正确时,PLC会向步进电机驱动器发送脉冲,驱动步进电机对其位置进行调整,从而保证包装的质量。
步进电机及其驱动器电气原理图如图3-3所示。
图3-3步进电机及其驱动器电气原理图
步进电机驱动器2H1080的工作电压由变压器T2提供。
图FG为接地爱惜,直接接到PE。
PLS口接PLC高速脉冲输出口Y0,DIR口接Y1,FREE接PLC的Y2口。
当糖果包装纸位置不适合时,PLC会通过Y0口发出高速脉冲,驱动步进电机前后运动,对包装纸位置做调整。
图3-4Y06型糖果包装机控制系统电气原理图
4、糖果包装机要紧操纵系统的PLC程序设计
糖果包装机的操纵系统设计简述
PLC即可编程操纵器(ProgrammablelogicController),是指以运算机技术为基础的新型工业操纵装置。
在1987年国际电工委员会公布的PLC标准草案中对PLC做了如下概念:
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
采纳能够编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出。
”
依照国际电工委员会制定的工业操纵编程语言标准。
PLC的编程语言包括以下五种:
梯形图语言、指令表语言、功能模块图语言、顺序功能流程图语言及结构化文本语言。
。
PLC的特点有靠得住性高、抗干扰能力强配套齐全、功能完善、适用性强易学易用、深受工程技术人员欢迎系统的设计、建造工作量小、保护方便、容易改造、能耗低等
CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序给予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式搜集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄放器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程进程中的语法错误等。
糖果包装机由PLC进行操纵,因此,其系统软件的设计事实上确实是PLC软件的设计,本次设计利用的软件为WPLSoft。
WPLSoft为台达电子-可编程序操纵器DVP系列在WINDOWS操作系统环境下所利用之程序编程软件。
WPLSoft除一样PLC程序的计划及WINDOWS的一样编辑功能(例如:
剪切、粘贴、复制、多窗口……)外,另提供多种中/英文批注编辑及其它便利功能(例如:
寄放器编辑、设定、文件读取、存盘及各接点图标监测与设定等等…)。
DVP系列的PLC编程语言有三种:
梯形图、指令表、顺序功能流程图语言,其它编程语言作为可选软件包利用。
通过WPLSoft在WINDOWS环境下对系统进行配置、程序编制、调试和监视,用户界面方便友好。
4-1糖果包装机操纵系统程序整体流程图
主电机的PLC操纵指令语句表
LDPX4
ANDX6
ANIX12
ANIX15
ANIX16
ANIX17
SETM2
LDM2
ANDX6
ANIX12
ANIX15
ANIX16
ANIX17
ANDT0
SETY12
RSTM2
LDX4
ANIX6
ANIX12
ANIX15
ANIX16
ANIX16
ANIX17
ANDT0
SETY12
LDFX4
ANIX6
ANIX12
ANIX15
ANIX16
ANIX17
RSTY12
LDPX5
ORX16
ORX17
ORX15
RSTY12
LDY12
OUTY4
上述程序对应梯形图将在附录A中给出。
其中,M2-自动启动延时寄放器,T0-先吹纸后运行。
糖果包装机的PLC操纵I/O分派表
PLC基于运算机,但不等同于运算机。
一般运算机进行入出信息变换,多只考虑信息本身,信息的入出,只要人机界面好就好了。
而PLC那么还要考虑信息入出的靠得住性、实时性和信息的利用等问题。
专门是要考虑怎么适应于工业环境,如便于安装,抗干扰等问题。
PLC与通用运算机操纵系统之间的区别是:
PLC是专门为工业操纵而设计的,而通用运算机是专门为科学计算和数据处置设计的。
尽管二者都采纳了运算机系统,可是二者设计的起点不同,因此他们在结构上也有专门大不同,利用对象和利用环境也有所不同。
PLC抗干扰能力强,能适应工业现场的温度、湿度及相当程度的振动。
其输入/输出采纳光电隔离技术或其它隔离技术,并配有输出继电器或输出晶体管等输出部件,由于这些输出部件能够直接经受较大的负载,因此它们能够直接驱动小型电机等负载。
PLC利用专门的面向工业对象的编程语言,使程序的编制和修改都超级方便。
而通用运算机,它的输出信号通常都需要数模转换并放大后才能驱动工业负载。
另外,糖果包装机的PLC操纵程序要紧有两种模式:
自动模式和手动模式,由初始化模块、主电机操纵模块、推糖模块、包装纸模块组合组成。
自动模式下,操纵系统按预先设定的顺序依次执行各模块;手动模式下每执行完一模块需要手动操作一次程序才会进入下一模块。
操纵系统程序整体流程图如图4-1所示。
PLCI/O地址分派如表4-1所示。
台达DVP系列PLC地址顺序以8进制编号。
表中列出了输入继电器、输出继电器的分派情形。
表4-1 PLC I/O分派表
输入项目名称
对应输入地址
编码器A相输入
X0
编码器B相输入
X1
编码器Z相输入
X2
启动
X4
停止
X5
手动/自动
X6
色标开关
X7
强行送纸
X10
压缩空气
X11
变频器故障
X12
色标传感器
X13
来料检测
X14
皱纸检测
X15
断纸开关
X16
产品过大
X17
故障复位
X20
输出项目名称
对应输出地址
步进电机驱动器PLS-
Y0
步进电机驱动器DIR-
Y1
步进电机驱动器FREE-
Y2
喷胶电磁阀
Y3
运行指示
Y4
色标补偿
Y5
缺纸断纸
Y6
产品过大
Y7
送纸电磁阀半功率继电器
Y10
推糖电磁阀半功率继电器
Y11
变频器继电器
Y12
压缩空气继电器
Y13
送纸电磁阀
Y14
推糖电磁阀
Y15
压缩空气电磁阀
Y16
变频器故障指示灯
Y17
结论
通过项目设计,锻炼了自己的能力,积存了很多体会。
完成了电气操纵系统硬件和软件设计。
系统的分析与设计进程也是对学习的总结进程,是大学三年学习
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- 关 键 词:
- 基于 PLC 糖果 装机 操纵 系统 设计 毕业设计