PLC课程设计（论文）-啤酒灌装空瓶箱输送皮带控制装置.doc

本科生课程设计（论文） 1 摘要 现代社会对灌装食品的安全要求越来越高，为保证灌装出的啤酒等食品整 齐美观，并且具有良好的包装质量，要求灌装机具有精确的动作、定位精度和 较高的效率。空瓶等材料的快速使用及回收决定了整条生产线的效率。因此对 于灌装机的要求越来越高，对于皮带等控制系统及其外部器件的要求也越来越 高。传统的继电器已经不能满足现代生产的需求了，所以研制高效、经济且有 一定柔性的皮带输送控制系统是市场的迫切需要。本文着重设计了一款基于 plc 的空瓶传送带控制系统，对于控制系统的硬件及软件设计做了详细的介绍。 关键词：定位精度；继电器；plc；控制系统 本科生课程设计（论文） 2 第一章 绪论 1.1 设计背景 随着我国啤酒行业的不断发展，啤酒品牌呈现出种类不断增多、丰富的局 面。尤其是啤酒的生产产量的不断提高，对啤酒箱的传送技术提出了更高的要 求，特别是对啤酒灌装箱传送带系统提出了更新更高的要求。在当前各种多功 能传送带控制设备逐渐进入各企业的情况下，我们有必要对国产传送带控制系 统的应用现状及发展做进一步讨论。 在工业生产过程中，常常需要对啤酒瓶进行计数、传送。如果用人工完成 不但麻烦，而且效率低，劳动强度大。随着微型计算机控制的普及，特别是 plc 的应用，给该类系统的设计带来了极大的便利，在本次设计中，将主要介 绍 plc 控制传送系统的设计方法。 1.2 国内外发展现状 我国早期的矿产资源传送带输送工序主要是采用手工传送，后来随着科学 技术的发展，人们逐渐采用机械化装箱。我国最早使用的传送带输送机主要是 从国外进口的，20 世纪 70 年代中期，天津力生制药厂就曾经进口过意大利生 产的全传送输送机，但由于当时我国传送材料的质量及其制作工艺都达不到机 器传送的要求，使得传送带输送机一直无法正常使用。所以，全传送带输送机 在我国的应用一直无法得到广泛的推进，以致我国矿产资源生产在很长的一段 时间内不得不放弃传送带输送机而采用手工操作，使生产效率极端底下。20 世 纪 80 年代后，相关技术水平获得了飞速发展，传送材料的质量及箱子制作工艺 等方面的技术有了明显的进步，全传送带输送机开始得到了应用与推广。也正 是此时，矿产资源传送带输送机改变了国外矿资源一统天下的局面，国产矿产 资源传送带输送机开始面市并获得了广泛的应用。20 世纪 90 年代末期，一些 生产量大的生产企业相继开始采用国产的全传送带输送机来代替手工传送，同 时国内一些相关的企业也在研制与生产功能更加全面的全自动传送带输送机。 本科生课程设计（论文） 3 第二章 课程设计的方案 2.1 设计任务 本次设计的任务主要是运用所学的可编程控制器和其他电子元件的原理及 技术，设计一款基于 plc 和变频器技术的啤酒灌装空瓶箱输送皮带控制装置， 并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够全面的运用 plc 课程中所 学的基本知识和和基本技能，并初步掌握 plc 系统设计的基本方法。 2.2 设计规格 本设计主要是应用所学的 plc 和传感器以及变频器等所学知识的综合应用。 设计啤酒灌装空瓶箱输送皮带控制装置，由一个二级皮带传送，并且两条皮带 同步运行，速度 0.05-0.5m/s 可调。控制电机采用交流 22kw，额定电流为 42.2a 的三相电机，最大转速 2940r/min，调速采用变频器。 2.3 使用器件及其规格 两台控制电机：三相电机，额定电流 42.2a，交流 22kw，最大转速 2940rmin； 一台光电传感器：精度 1 级； 一台 led 显示屏； 两条传送皮带； plc 可编程控制器及其外部接线和扩展模块； 一台变频器。 2.4 设计思路 两条传输皮带由两台控制电动机控制，由同一个开关控制启动或者停止， 当皮带运行时，变频器可以调节传送皮带的速度。在第二条传送皮带的末尾处 上方有一台机械手，用来抓取空瓶。机械手上装有感应是否有空瓶箱的光电传 感器，当光电传感器感应到空瓶箱到达皮带末尾处的时候，传感器开始工作， 并且通过电路使电动机停止工作，皮带也随之停止。然后机械手抓起空瓶，一 般需要 23 秒钟，可以通过定时器来延时。当 23 秒后，电动机恢复启动工作， 皮带继续运行，以此类推。 本科生课程设计（论文） 4 2.5 方案论证 2.5.1 plc 选型 （1）西门子 s7-200 系列： s7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检 测、监测及控制的自动化。s7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或 相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 s7-200 系列具有极高的性能/价格比。 s7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从 替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有 与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力 设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶 化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 s7-200 系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通讯能力 丰富的扩展模块 s7-200 系列 plc 常用的 4 种 cpu 模块： cpu221：集成 6 输入 4 输出，无扩展能力，程序和数据存储容量较小，有 一定的高速计数功能，适合于少点数的或者特定的控制系统使用。 cpu222：集成 8 输入 6 输出，最多扩展两个模块，因此是应用更广泛的全 功能控制器。 cpu224：集成 14 输入 10 输出，程序存储容量扩大一倍，数据存储容量扩 大了四倍，它最多可以有 7 个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高 速计数能力，是使用最多的 s7-200 系列产品。 cpu226：集成 24 输入 16 输出，与 cpu224 相比，程序存储容量扩大一倍， 数据存储容量增加到 10kb，它具有两个通信口，通信能力大大增强，经常 用于点数较多，要求较高的小型或中型控制系统。 本科生课程设计（论文） 5 （2）欧姆龙 cp1e： 这是一款新一代小型 plc 的代表性产品，有超低价格，对应更多的全球竞 争的控制设备。cp1e 提供了高的性价比，cp1e 多功能一体型 plc 可选择多 cpu 型号;cp1e-e 基本型或 cp1e-n 应用型，通过提高性价比，进一步实现降 低成本;20/30/40 点型 cpu。 cp1e 有着简化的编程操作和一眼即知的 i/o 接线状态，这使得它很受紧凑 设备制造商的青睐。cp1e 将设备制造商从繁重的控制系统设计、调试和维护中 解放出来，令其可以更加专注于设备本身的制造。 cp1e 的 cpu 有两种类型。e 型是基本型 cpu 单元，提供了低成本和必须的基 本功能。n 型是应用型 cpu 单元，内置了一个串口以连接触摸屏，提供了脉冲 的输入和输出功能用于定位控制。能够对紧凑型设备实行更有效的控制。 cp1e 的主要特性： cp1e 回应了小型 plc 最基本的要求：降低成本。通过修正了元器件的成 本，而非牺牲性能来实现。 所有系列均配置 usb 口，可以使用 usb 电缆与计算机连接，更方便。 io 状态一目了然，指示灯放在 io 接线的位置，非常容易观察开关状态。 编程软件增加智能输入功能，编程工作量减少 30。 6 点单相高速计数，2 点 100khz，4 点 10khz。 2.5.2 传感器的选择 光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变 化转化，为电流的变化以达到探测的目的。光电开关具有如下特点：输出回路 和输入回路是电隔离的（即电绝缘） ，体积小、精度高、检测距离远，防水、防 腐蚀、防震动，抗光、电、磁等干扰。所以它可以在冶金、纺织、烟草、造纸、 化工、电力、保安等各种行业得到应用。光电开关（光电传感器）利用被检测 物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无。物体不限 于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上 转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行 探测。 光电开关在一般情况下由三部分构成，它们分为发送器，接收器和检测电 路。光电开关的重要功能是能够处理光的强度变化：利用光学元件，在传播媒 本科生课程设计（论文） 6 介中间使光束发生变化；利用光束来反射物体；使光束发射经过长距离后瞬间 返回。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于二极管（led）和激 光二极管。光束不间断的发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强 度在发射中经过多次选择，朝着目标不间断地运行。接收器由光电二极管或光 电三极管组成。在接收器的面前，装有光学元件如透镜和光栏等。在其后面是 检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还 有发射板和光导纤维。 2.5.3 变频器 在很多的生产线中，都需要用到皮带传送机，它可以快速的传送生产过程 中的产品和配件等，能够使产量和生产效率大为提高。惠丰 f1000 系列变频器 是一种使用灵活价位适中的变频调速装置，可用于各种速率的驱动系统，功率 范围可从 315w-0.2kw 不等。 在 f1000 变频驱动装置中集成有这样的标准功能：高精度速度设定值，固 定速度（频率）设定值等均可通过简单的设置来选定；灵活的控制方式，扩展 的集成保护功能，以及其他一些功能。同时 f1000 系列变频器也可以对具有一 定频带宽度的固定频率进行抑制。这是一种可避免共振干扰的极为简便的方法， 而共振干扰往往会加剧元器件的损坏。 2.5.4plc 主机和扩展单元的选择 因为该系统的的输入 3/输出 8，通过合理的选择，主机选取的是 cpu222， 该主机集成输入 8/输出 6，它最多可以扩展 2 个模块，是应用广泛的全功能控 制器。但是系统电路还缺少 2 路输出，因此需要填加一个扩展模块，因为只要 输入，所以用扩展模块 em222 就可以，该扩展模块 8 点 dc 和 4 点 dc、8 点 ac、8 点继电器和 4 点继电器。 本科生课程设计（论文） 7 2.6 系统总体框图 主机 cpu222 电源 电动机 1 电动机 2 光电传感 器 模块 em222 变频器 开关 显示电路 本科生课程设计（论文） 8 第三章 硬件电路设计 3.1 主电路图 3.2 光电传感器与开关的接线电路 123456 a b c d 654321 d c b a title nu mberrevisio nsiz e b date:23 -dec-201 0sh eet of file:c:do cuments and settingsaaa桌桌mydesign.dd b drawn by: q1 r2r3r4 d1 r1 3 2 1 84 lm 293 a gn d vc c 本科生课程设计（论文） 9 3.3 三相电动机控制图 如图 3.2 所示，线路要求电动机 ma1 和 ma2 同时启动，同时停止。按下 sf1 按钮后，接触器 qa0 线圈通电并自锁，电动机 ma1 和 ma2 启动。当传感器 接收到信号时，sf2 闭合，sf2 常开触点断开，常闭触点接通，同时时间继电器 kf 线圈通电。由于 sf2 的常开触点断开所以电动机 ma1 和 ma2 停止，当定时 2 秒到时，常闭 sf2 断开，电路又重新工作，电动机 ma1 和 ma2 又开始启动。 本科生课程设计（论文） 10 3.4 plc 外部接线图 第四章 软件电路设计 4.1 io 分配表 输入： 启动 sf1i0.0 停止 sf2i0.1 光电传感器i0.2 输出： 本科生课程设计（论文） 11 电动机 ma1q0.0 电动机 ma2q0.1 变频器q0.2 led 显示q0.3q0.5 红灯q0.6 绿灯q0.7 4.2 plc 梯形图 第五章 系统测试与实验仿真 本科生课程设计（论文） 12 第六章 设计总结 本次设计利用变频器来调节传送皮带的速度，运用 plc 控制器来控制系统 运行，运用 led 显示皮带速度，具有良好的经济性和实用性。本系统在实验室 调试成功，实现了对空瓶箱运行、抓取等一系列动作的正常工作和监控。为现 代工业控制的生产起到了积极作用。整个系统结构简单，操作方便、灵活，具 有良好的使用价值和投资价值。 虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的 力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过 程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自 己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不 仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己 的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最 好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题 在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是 每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法。 本科生课程设计（论文） 13 经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识， 而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且通过这次课程设计使我懂 得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学 的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从 而提高自己的实际动手能力和