包装生产线的PLC控制_毕业设计论文1.doc

河 南 工 业 职 业 技 术 学 院henan polytechnic institute毕业设计（论文）题 目: 包装生产线的plc控制摘 要在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不适合于现代化的生产需要，并且加重了工人的劳动强度。在这个迅速发展的信息社会，社会在进步，科技在迅猛发展，一切工业生产都在讲究生产效率。如果想在竞争激烈的社会中生存下去，必须顺应社会的发展，科学的改革，运用科学技术，提高生产效率，节约成本，创造效益，方能使企业得以站稳脚步，立足于不败之地。现代的科技信息化时代，逼着工厂企业去探索，创新!为了适应现代化的大规模生产某种产品，而且需要对其进行计数，包装，就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平。本文主要对包装生产线系统进行运用可编程控制器（plc）控制研究，对可编程控制器（plc）以及所用到的各个器件的功能进行了详细的介绍。关键词：自动 ， 包装，plc， 控制， 设计 目 录摘 要1目 录2第一章 绪论11.1自动包装生产线的提出背景21.2 包装生产线的设计目的和意义21.3 我国现代包装生产线的发展现状31.4 国外生产线自动化发展概况4第二章 生产线的方案设计与研究62.1 本课题主要研究的内容62.2 plc控制系统的运动72.3 系统运行方式72.4 系统控制总框图7第三章 电气元件的选择83.1 可编程控制器的介绍83.2 电源开关和按钮的选择123.3 熔断器的选择153.4 接触器和热继电器的选择163.7传感器的选择18第四章 控制系统硬件设计214.1 主回路设计214.2 控制回路设计234.3 plc的i/o分配24第五章 plc程序设计285.1 系统工作流程图285.2 包装生产线梯形图29总 结34致 谢35参考文献36 2 包装生产线的plc控制第一章 绪论任务提出： 包装生产线示意图所示，包装物品是放在传送带1上，由于放置的时间是任意的，所以有些包装离得很远，而有的包装靠在一起。当合上电源开关，传送带2启动，包装箱随传送带2运动并到达指定位置，碰到光电开关sc2停止。为使空箱恰好对准产品传送带的末端，使产品刚好落入包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。包装箱到达sc2后，传送带2停止，时间继电器延时两秒后，传送带1运动，物品放在传送带1上，为了准确的计算包装品数量，在物品流出传送带1时，由物品检测器计数，传感器根据在物品通过时发出的脉冲信号计数。当流入包装箱的产品为10个时，传送带1停止，阻止后面的物品流出，同时传送带2启动运行，已包装的包装箱流出，同时下一个空包装箱到达指定位置，完成一个工作过程。如果不按停止按钮，该生产线将按着规定工作顺序工作循环下去。按下停止按钮，传送带1和2均停止。 图1-1 包 装 生 产 线 示 意 图1.1自动包装生产线的提出背景现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民息息相关的市政工程，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自动化系统的身影。自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展水平的重要标志。在自动化日益普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的质量和生产效率。在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不适合现代化的生产需要，并且加重了工人的劳动强度。为了适应现代化的大规模生产某种产品，而且需要对其进行计数，包装，就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平。自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成就。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量。可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。 图1-2 人 工 包 装 生 产 线 图1-3 自 动 包 装 生 产 线 1.2 包装生产线的设计目的和意义包装生产线是新一代的自动化流水线，具有生产速度高、包装质量好、兼容性好性能稳定等优点，是一种机、电、仪、气、机器人一体化的高科技产品，在纸箱的后道包装中有广泛的应用，可将各种待包物品在纸箱后包装过程中的空纸箱配送、纸箱成形、物品列整输送、机械手装箱、自动拆盖上下封箱、工字角边封箱、批号打印、纸箱捆扎、直角转向、纸箱#字捆扎、输送、机器人码垛、空托盘配送、实托盘输送、实托盘顶捆、实托盘水平捆扎、托盘缠绕、实托盘输出等作业全部实现自动化。自动包装生产线在无人干涉的状况下按规则的顺序或指令主动进行操作或节制的进程，其目的是“稳，准，快”。自动化包装技能普遍用于工业、农业、军事、科学研讨、交通运输、贸易、医疗、效劳和家庭等方面。采用自动生产线不仅可以把人从沉重的体力劳动、局部脑力劳动以及恶劣、风险的任务情况中解放出来，并且还能扩展人的器官功用，极大地提高劳动生产效率，加强人类看科技和革新世界的才能。自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成就。自动包装生产线是当今社会发展的必然产物。1.3 我国现代包装生产线的发展现状 在中国，自动化技术还未成熟，还需要长时间的发展，所以将会有很大的空间来发展此技术。这也是未来的发展方向和趋势。中国的经济高速度发展也需要这项技术来促进和加速，相信在自动化技术成熟以后，中国的经济也将有飞跃性的进步。 当前中国的经济发展格局也是非常的需要高技术来支持。这样才会有稳定的发展状态。向西部发展的经济战略思想必然需要有高技术随之转移，生产也将需要自动化技术的支持，这样发展高技术自动化也就是必然的趋势。所以未来的中国必将出现更多的自动化产业。现代社会已经出现一些自动化生产线实例：图1-4 食 用 油 包 装 生 产 线 图1-5 全 自 动 包 装 生 产 线1.4 国外生产线自动化发展概况在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统（dms），其功能已多达140余种。 国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门子公司、法国施耐德公司、美国cooper公司、摩托罗拉公司、英国abb公司、日本东芝公司等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。日本是配电自动化发展得比较快的国家。到1986年，全国9个电力公司的41610条配电线路已有35983条（86.5%）实现了故障后的按时限自动顺序送电，其中2788条（6.7%）实现了配电线开关（指柱上开关）的远方监控（包括一般的和计算机监控）。从国外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好地满足于配电系统自动化所有层次的需要。在一个配电自动化系统内，往往由多种通信技术组合成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式。 第二章 生产线的方案设计与研究第一章我们简要介绍了包装生产线的提出背景，国内外的生产线发展现状。这一章我们将研究包装生产线的控制，现在最普遍的系统控制主要是可编程控制器（plc）控制，所以对于包装生产线我们也是采用plc控制！可编程控制技术并非单纯是指plc本身，而是包括其在内的一系列自动化控制产品和技术的应用。2.1 本课题主要研究的内容现代社会对物品的包装要求越来越高，为使包装出的物品整齐、美观并且具有良好的包装质量，要求包装机具有精确的动作、定位精度及较高的生产率，因此对包装线的控制要求是越来越高。物品下落，传感器计数计数到10，m1停止m2运动到sc2m2停止m1运动包装箱运动开关启动，传送带2运动 图2-1 包 装 生 产 线 的 工 作 流 程该系统有两个传送带，即包装箱传送带和产品传送带。包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。为使空箱恰好对准产品传送带的末端，使产品刚好落入包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。产品传送带将产品从生产车间传送到包装箱，当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由另一传感器转换成计数脉冲。本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。由自动包装生产线的工作流程可以发现主要有传送带运动，计数器计数几部分组成，所以该系统输入信号有：启动信号，传感器计数，包装箱到位检测，过载保护等。输出信号有：计数器计数输出，电动机带动传送带运动等。2.2 plc控制系统的运动通过分析包装生产线的工作流程，控制系统分为电机控制运动，编码器计数等。在高速运动中，传统方式中各部分的动作精确度不够，而采用plc控制的电机完成此项工作是比较容易的。它既灵活方便，又精确可靠，抗干扰能力强，编程简单，使用方便，通用性好，组合灵活；体积小，功耗低，功能完善，适应面广。所以我们选择plc控制的方案是：在控制系统确定后，利用传感器收集的信号通过plc去控制其他执行机构。根据输出的信号来控制电机的运动。2.3 系统运行方式系统运行方式分为手动和自动手动：按下启动按钮，手动开关闭合，程序才能够运行，完成相应的动作。自动：按下启动按钮，程序完成一个周期的动作后又接着从第一步开始运动，自动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统要继续运行到第一步开始位置才停止。根据包装生产线的实际运行情况，本系统采用自动运行和手动运行两种方式，还必须考虑停止运行方式的设计，可编程控制器的停运方式有正常停运，暂时停运和紧急停运三种。根据控制系统要求，又要包装生产线运行期间采用循环工作方式，只有在工作结束或接收到操作人员的停止运行指令或设备出现故障或异常情况时才停止，因此本系统采用硬件切断电源，使系统立即停车。2.4 系统控制总框图系统硬件配置机构框图所示，包括中央处理单元及i/o扩展单元、检测元件（光电开关和接近开关等）、控制元件（交流接触器和电磁阀）以及执行元件（电动机）等几部分。操作人员给出操作指令并指示设备的运行状态，机器启停、功能切换、工况检测、运行状态、故障报警等，检测元件检测料位位置、投料结束信号，以及各部分的动作完成情况；plc自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据梯形图程序所确定的逻辑关系跟新输出点的状态，通过通断交流接触器和电磁阀来控制电动机的启停，从而完成从包装箱到位到产品落入包装箱内完成计数，流动的过程，完成一个工作流程。执行元件 输入输出单元中央处理单元cpu控制元件检测元件 第三章 电气元件的选择3.1 可编程控制器的介绍 3.1 .1可编程控制器的产生可编程控制器（programmable controller）的英文缩写是pc，容易同个人计算机（personal computer）混淆，因此通常都称其为plc（programmable logic controller）。plc是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前plc已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。美国数字设备公司（dec）根据以上要求，于1969年研制出了第一台可编程控制器pdp14，并在美国通用汽车公司的生产线上取得了成功。它用计算机的软组件的逻辑编程成功取代了继电器控制的硬接线编程，生产硬设备的生产线是“柔性”的愿望终于实现了。 图31 美 国 通 用 plc 图32 西 门 子 plc 3.1.2 可编程控制器的特点plc技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：1. 可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强是plc最重要的特点之一。plc的平均无故障时间可达几十万个小时 ，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施：（1）硬件方面 i/o通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对plc的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对cpu等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。（2）软件方面 plc采用扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在plc系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。2编程简单、使用方便目前，大多数plc采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，plc编程器的操作和使用也很简单。这也是plc获得普及和推广的主要原因之一。3功能完善、通用性强 现代plc不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有a/d和d/a转换、数值运算、数据处理、pid控制、通信联网等许多功能。同时，由于plc产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。4设计安装简单、维护方便由于plc用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。plc的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于plc的故障率极低，维修工作量很小；而且plc具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据plc上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。 5体积小、重量轻、能耗低 由于plc采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。3.1.3可编程控制器的分类可以按照结构形式、i/o点数和功能两种形式分类。 （1）按结构形式分类 整体式将cpu、存储器、io和电源等部件集中于一体，安装在一个金属或塑料的机壳的基本单元内，机壳的上下两侧是输入输出接线端子，并配有反映输入输出状态的微型发光二极管。整体式结构的plc具有结构紧凑、体积小巧、重量轻、价格低的优势，适用于嵌入控制设备的内部，常用于单机控制。一般小型以下plc多采用这种结构，如三菱公司的fx2n、fx0n、fx1s系列。模块式把各个组成部分cpu、i/o、电源等分开，做成各自独立的模块，各模块做成插件式，插入机架底板的插座上。可按照控制要求，选用不同档次的 cpu模块、各种i/o模块和其它特殊模块，构成不同功能的控制系统。模块式结构的plc具有配置灵活、组装方便，扩展容易。其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中型plc都采用这种结构，如三菱a2nq系列plc 。 图33三 菱 fx1 s系 列 plc 图34 三 菱 a2nq 系 列 plc （2）按i/o点数和功能分类按i/o点数、内存容量和功能来分，plc可分为微型、小型、中型、大型和超大型五类。小型plc的存储器容量一般在2kb4kb之间，i/o点数一般在64128之间。小型plc具有逻辑运算、定时和计数等功能，适合于开关量控制、定时和计数控制等场合，常用于代替继电器控制的单机线路中。 （3）plc按功能分类plc根据功能可分为低档机，中档机和高档机。3.1.4 plc的结构 plc是专为工业控制而设计,采用了典型的计算机结构,主要由cpu、存储器、采用扫描方式工作的i/o接口电路和电源等组成。 图3-5 plc硬件系统结构框图 plc是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，它按照用户程序存储中预先编制的控制程序，通过输入接口采入现场信息，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口控制各种执行机构动作。作为一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机，它的硬件配置与一般微机装置类似，主要是由cpu模块、输入/输出模块、电源等部分组成。（1）cpu 中央处理单元cpu是可编程序控制器的控制中枢。每台plc至少有一个cpu，它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。（2）i/o模块：plc的对外功能，主要是通过各种i/o接口模块与外界联系的，按i/o点数确定模块规格及数量，i/o模块可多可少，但其最大数受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。i/o模块集成了plc的i/o电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入输出模块可分为：数字i/o接口、模拟i/o接口、智能i/o接口、通信接口、扩展接口。 （3）电源模块： 有些plc中的电源，是与cpu模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220vac或110vac，直流电源，加的为直流电压，常用的为24v。3.1.5 plc的工作原理plc控制plc采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新。i/o映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中各结果的状态。任务的完成是建立在其硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，这一点是和计算机工作原理一致的。因此，plc的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的。plc是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。即plc运行时，cpu根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描。如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。周而复始。plc的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期性循环。3.2 电源开关和按钮的选择3.2.1电源开关开关是用于接通和断开电路的电器。常用的开关有刀开关、铁壳开关、组合开关和自动空气开关。随着社会和科技的不断发展，现代工厂企业车间甚至用户都不在运用这些“古董”产品，被取而代之的是断路器。断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。断路器的分类方式有多种，常见的有按操作方式分：有电动操作、储能操作和手动操作；按结构分：有万能式和塑壳式；按使用类别分：有选择型和非选择型；按灭弧介质分：有油浸式、六氟化硫、真空式和空气式；按动作速度分：有快速型和普通型；按极数分：有单极、二极、三极和四极等；按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。在这里我们主要介绍三种根据使用级别和分断能力从大到小依次是：框架式（万能式）断路器；塑壳式断路器；小型断路器。(1)框架式（万能式）断路器智能型万能式断路器适用交流50hz，额定电压380v、660v，额定电流为200a-6300a的配电网络中,主要用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路，单相接地等故障的危害，该断路器具有多种智能保护功能，可做到选择性保护，动作精确，避免不必要的停电，提高供电可靠性。万能式断路器用来分配电能和保护线路及电源设备的过载、欠电压、短路等，在正常的条件下，可作为线路的不频繁转换之用。1250a以下的断路器在交流50hz电压380v 的网络中可用作保护电动机的过载和短路。在正常条件下还可作为电动机的不频繁起动之用。 图3-6万能式断路器 图3-7西门子塑壳断路器3vl系列 (2)塑壳式断路器塑壳断路器在低压配电系统中的应用已经越来越普遍。塑壳式断路器不仅功能强大、性能优良，和各种电器部件的兼容性也很好。塑壳式断路器可以和漏电器、测量模块、电操模块等功能单元配合使用。塑壳断路器凭借着种种优点，在低压配电系统中起到了越来越重要的作用。目前，塑壳式断路器常被用作低压电路的终端开关或支路开关。塑壳式断路器已经在一定程度上，逐步取代了熔断器和闸刀开关的位置，成为低压配电系统的主要开关。 塑壳断路器随着应用需求的变化和技术的发展，额定电流的覆盖范围逐步增大，目前普通塑壳断路器的额定电流可以达到1250a，足以满足工业供电线路的使用需求。塑壳式断路器较常应用于工业配电系统，如电动机回路、出线回路等。(3)小型断路器小型断路器适用于交流50/60hz额定电压230/400v，额定电流至63a线路的过载和短路保护之用，也可以在正常情况下作为线路的不频繁操作转换之用。小型断路器主要用于工业、商业、高层和民用住宅等各种场所。 图3-8正泰小型断路器dz47-603.2.2按钮开关按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。 按钮开关的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等，有单钮、双钮、三钮及不同组合形式，一般是采用积木式结构，由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，有一对常闭触头和常开触头，有的产品可通过多个元件的串联增加触头对数。按钮的分类方式很多，生产厂家也很多，下面我们主要介绍几种常用的按钮开关。正泰np4系列按钮适用于交流50hz或60hz、电压至380v，直流工作电压至220v的电路控制系统中。作为电磁起动器、接触器、继电器及其它电气线路的控制之用。 图3-9正泰np4按钮 图3-10带灯指示按钮还有一种工厂企业里常用的一种带灯按钮，这种按钮相对于一般的按钮开关来说主要是使操作者能够清晰的观察按钮的动作状态，这种按钮一般有指示灯电源。另一种常见按钮主要运用于机床一级流水线上，这便是我们所说的急停按钮。急停按钮也可以称为“紧急停止按钮”，业内简称急停按钮。顾名思义急停按钮就是当发生紧急情况的时候人们可以通过快速按下此按钮来达到保护的措施。 3.3 熔断器的选择熔断器其实就是一种短路保护器，主要进行短路保护或严重过载保护。根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。对熔断器的选择要求是：在电气设备正常运行时，熔断器不应熔断；在出现短路时，应立即熔断；在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；在用电设备持续过载时，应延时熔断。对熔断器的选用主要包括类型选择和熔体额定电流的确定。选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。所以容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金的rc1a系列熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力。若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的rcia系列或熔体为锌质的rm10系列熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力。当短路电流较大时，宜采用具有高分断能力的rl1系列熔断器。当短路电流相当大时，宜采用有限流作用的rt0系列熔断器。熔断器有高压熔断器和低压熔断器熔之分，在这里我们运用的是380v电压，主要介绍低压熔断器。低压熔断器种类很多，有插入式（rc型），螺旋式（rl型），无填料密闭管式（rm型），有填料封闭管式（rt型）及高分段能力的nt型等。rt14系列高分断能力有填料圆柱型熔断器符合gb13539、iec60269、vde0636标准! 适用于交流50hz，额定电压交流380/500v，额定电流至63a的配电线路中，作过载和短路保护。 图3-11 rt系列熔断器 图3-12 nt型熔断器3.4 接触器和热继电器的选择3.4.1 接触器接触器（contactor）狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。它应用于电力、配电与用电。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。它的控制对象主要是电动机、电热设备、电焊机及电容器组等。接触器分为直流接触器和交流接触器，在该系统中我们运用交流接触器，下面我们主要介绍一下交流接触器。 交流接触器工作原理为,当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时，吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。由于控制系统的主电路中有两台电机，需要选择与之匹配的接触器去控制电机的通断情况。这里我选择的是交流接触器。根据主电路中各个电动机的功率情况，系统选择的型号为cjx2-d09。市场上有多种接触器，在这里我们运用国产cjx2-d09型号交流接触器。 图3-13 国产cjx2-d09 图3-14 西门子 3tf系列交流接触器 市场上还有一种常见接触器，那就是西门子生产的接触器，西门子接触器主要有以下优点：安全性能好，导电部件不外露；体积小，重量轻，灭弧罩材料采用不饱和树脂，耐弧好，不会碎裂；灭弧室呈封闭型，飞弧距离小，可缩小电气箱体寸；主触头系统结构独特，触头磨损小，电寿命增加；电磁铁工作可靠，损耗少，噪音小，且具有很高的机械度；操作频率和控制容量高。3.4.2 热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。主电路中有两台电机，电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常的情况或电路异常使电动机遇到过载，则电动机转速下降、绕组中的电流将增大，使电动机的绕组温度升高。若过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。在运行当中都会产生热量，而产热过高就会影响整个系统的工作状况，甚至造成生产事故，为了防止此类事件的发生，就要在电机的控制中加入热继电器，当有过载现象时，就自动将电路断开，减少事故的发生，也便于将事故排出。 图3-15电子式热继电器 图3-16施耐德ir2热继电器施耐德热继电器主要应用于工业控制、能源及基础设施、建筑等；标准的电动机保护 ；线路保护；电动机过载保护、电动机堵转及缺相保护；这里我们选择的是施耐德ir2热过载继电器。3.7传感器的选择传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路组成。（1）电容式接近开关这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。当检测体为非金属材料时，如；木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开关。（2）霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。（3）电感式接近开关电感式接近开关它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场的接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。（4）光电式接近开关金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开关。控制系统中要收集膜信号、动盘到位情况和料位情况，所以采用光电传感器。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成，如图所示。 图3-17 光电传感器内部电路图图3-17是光电开关原理图,在该图中光电开关具有电源极性及输出反接保护功能。光电开关具有自我诊断功,当对设置后的环境变化（温度、电压、灰尘等）的裕度满足要求，稳定显示灯显示（如果余度足够，则灯亮），当接收光的光敏元件接收到有效光信号，并且光的强度足够大，控制输出的三极管导通，同时动作显示灯显示。这样光电开关能检测自身的光轴偏离、透面镜（传感器面）的污染、地面和背景对其影响、外部干扰的状态等传感器的异常和故障，有利于进行养护，以便设备稳定工作。 图3-18 光 电 传 感 器光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 这里所选用的是欧姆龙公司的 j0srw-05型光电传感器。如图3-18。 第四章 控制系统硬件设计plc控制系统的电气原理图（电路）设计是硬件与软件设计的基础，原理图设计关系控制系统安全、可靠运行等诸多问题，设计完成后不可以随意修改，因此必须引起重视，设计时不能因为plc具有灵活通用的特点，将全部控制都寄希望于软件。plc控制系统的电路设计包括如下内容：1、控制系统主回路设计；2、控制系统控制回路设计；3、控制系统安全电路设计；4、i/o连接电路设计。主回路、控制回路、安全电路、i/o连接电路的设计思想与要求统一体现在电路图上。电路图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试、维修最为重要的技术资料，它应全面反映系统所使用的全部电气元器件及它们之间的连接要求、主要规格参数等内容。设计应遵循国际、国家或行业的标准与规范，涉及安全性、可靠性的准则不可违背。4.1 主回路设计4.1.1 主回路设计原则在电气控制系统中可以直接向负载提供电能的电路称为主回路。plc控制系统的主回路通常包括电动机主回路、各种驱动装置的电源回路与动力回路、变压器的初级输入回路、向控制装置提供电能的电源输入回路等。plc控制系统的主回路设计与其他电气控制系统无区别，主回路设计主要应考虑以下方面的内容。（1）电源总开关为了使得控制系统与电网隔离，机械设备的电气控制装置必须安装电源总开关。总开关必须具有足够的分析能力，分断电流必须大于系统中功率最大的电动机处于堵转、其他所有用电设备和电动机处于额定工作状态的电源总和。总开关原则上应能断开系统中的所有用电设备的电源,例外的是,当系统安装有总电源切断情况下使用的安全保护装置时,这部分的电源允许直接连接在进线上。（2）保护装置的安装为了对主回路进行有效保护，设备中的每一独立部件都必须安装短路、过流保护（断路器）。保护装置必须具有足够的分断能力，能够可靠分断被保护的用电设备。出于调试、维修的需要与可靠性、安全性的考虑，原则上应对不同类型的主回路分类安装总保护断路器。对于i/o点数、种类较多，构成复杂，控制要求较高的控制系统，i/o宜采用分离供电，并安装独立的保护断路器。（3）接地与抗干扰电气控制系统应安装接地母线，与主回路连接的各独立控制装置应有独立的接地线与接地母线连接。系统易受干扰或产生谐波的电气控制装置（如plc、cnc、驱动器、变频器等），应安装隔离变压器、滤波电抗器等。需要进行通/断感性负载，应安装浪涌电压吸收器，以抑制过压。（4）辅助控制电源的设计用于系统安全保护、紧急停机控制装置的电源，应确保不会因急停等操作而分断。系统中可靠性要求较高的控制部件（如plc、cnc），如采用直流供电，应尽量采用稳压电源；如采用交流供电，应安装独立的隔离变压器。plc、cnc原则上不应与其他控制电路和执行元件（如电磁阀、控制电路）共用电源。plc i/o传感器、开关、执行元件所需要的电源尽可能采用外部供电，以防损坏plc。4.1.2 主电路电源供电模块 包装系统中，设备多，工作电压也不尽相同。三相异步电动机工作电压是380v(ac)，plc的工作电压为220v（ac）,传感器的工作电压为24v dc。（1）电源进线 如图4-1所示，电源由滑线引入电器柜中，经过刀开关qs后，再经由熔断器后供给系统的控制回路及主电机电路部分。三相电源的线电压为380v ，相电压为220v，因此系统采用三相中的a相相电压提供220v的交流电压。（2）电源模块如图4-2所示，直流电源能使电路中形成恒定电流的装置，如干电池、蓄电池、直流发电机等。在24v电压范围内又叫24v直流电源，直流电源有正负两个电极，正极的电势高，负极的电势低；当两个电极与电路连通后，直流电源能维持两个电极之间的恒定电势差，从而在外电路中形成由正极到负极的恒定电流。24v电源模块开关电源为系统中的a/d模块和电磁阀提供24v dc电压。图4-2 电源模块主电路图图4-1 电源进线主电路图4.1.3 包装生产线的继电器控制主电路原理图 图4-3 主 电 路 原 理 图4.2 控制回路设计plc控制系统中的控制回路是指由继电器、接触器等低压电器构成的强电控制回路。控制回路一般有ac 220v与dc24v两类。（1）ac 220v控制回路plc控制系统中的ac 220v控制回路通常包括以下部分。ac 220v安全电路，如紧急分断电路、安全门控制电路、双手控制电路等。控制装置、电动机的启动、停止控制回路。ac 220v接触器通/断控制电路。虽然部分plc的输出可以直接驱动ac 220v负载，但出于安全、可靠性及线路互锁方面的考虑，主回路的接触器控制宜用ac 220v电路。各种驱动装置、控制装置的ac 220v辅助控制电路等。（2）dc 24v控制回路plc控制系统中的dc 24v控制回路一般包括以下部分。dc 24v继电器/接触器控制回路。dc 24v紧急分断电路、安全电路、防护门联锁电路。dc 24v电磁阀、制动器、电磁离合器等执行元件的驱动电路等。作为控制回路设计同样必须以系统运行的安全、可靠性作为最高准则。控制回路的设计不仅要考虑设备的正常运行情况，还要考虑到设备的机械部件、电气元件发生故障，以及出现误操作、误动作情况下的紧急处理。无论出现任何情况。控制回路必须保证设备的安全、可靠停机，且不会对操作及维修人员的人身与设备造成伤害。控制回路的动作设计应尽可能简洁、明了，以方便操作与维修；电气元件尽可能统一，生产厂家不宜过多；控制回路的电压应符合标准规定，种类不宜过多等。4.3 plc的i/o分配 表4.1 plc的i/o分配表编程元件i/o端子电路器件 元件作用输入继电器i0.0sb1启动按钮sb1i0.1sb2停止按钮sb2i0.2sb3计数器复位按钮sb3i0.3sc1传感器sc1i0.4sc2传感器sc2输