包装机电气系统设计与制作.doc

桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 I 页页 共共 II 页页 目 录 引言 1 1 绪论 2 1 1 课题研究背景 2 1 2 国内外食品包装机的研究状况及发展趋势 3 1 2 1 国产食品包装机的发展情况 3 1 2 2 国外食品包装机的发展状况 4 1 3 课题研究的目的及意义 5 2 立式食品包装机电气控制方案设计 6 2 1 立式食品包装机的工艺流程 6 2 1 1 结构原理图 6 2 1 2 系统工作循环过程 6 2 2 系统设计主要任务 7 2 3 设计要求 8 2 4 方案设计 8 3 立式食品包装机电气控制系统主回路的设计 9 3 1 包装机主电路设计 9 3 2 主要电器设备计算及选型 9 3 2 1 立式食品包装机的主要电器设备 9 3 2 2 主电机电气控制线路设计及设备选择 17 3 2 3 打码机电气控制线路设计及设备选择 18 3 2 4 加热器电气控制线路设计及设备选择 19 3 2 5 三相电源线路和控制线路设计及设备选择 20 3 5 2 三相电源线路主要设备的计算和选择 21 4 立式食品包装机电气系统控制系统设计 23 4 1 可编程控制器 PLC 23 4 1 1 PLC 的构成及各部件的功能 23 4 2 AD 模块 FX2N 4AD 24 4 3 电源电压欠压和过压保护的实现 27 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 II 页页 共共 II 页页 4 3 1 电压变送器 27 4 3 2 欠压 过压 过流保护的实现 27 4 4 过流保护 29 4 4 1 电流变送器及电流互感器 29 4 4 2 过流保护梯形图 30 4 5 温度自动控制 30 4 5 1 温度传感器 30 4 5 2 温度自动控制梯形图 31 4 6 计数器与显示模块设计 32 4 6 1 LED 数码管 32 4 6 2 计数器与显示模块的设计 33 4 7 立式食品包装机电气控制 PLC 程序设计 34 5 安装与调试 35 5 1 安装要求 35 5 2 安装前准备工作 35 5 3 安装 36 5 4 线路检查与调试 37 6 结论 40 谢 辞 41 参考文献 42 附 录 1 43 附 录 2 44 附 录 3 45 附 录 4 47 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 1 页页 共共 50 页页 引言 包装行业是直接为提高人民生活质量服务的新兴行业 随着社会的发展 人民生 活水平的提高 人们对产品的包装质量提出了越来越高的要求 其中 与人民生活密 切相关的粉粒状物料 如食盐 味精等日用食品 麦片等营养食品 都要精确的定量 包装 这些物料如果用手工定量包装 劳动强度大 速度慢 经济效益差 此外手工 包装往往不能满足卫生要求 因此 需要采用包装机械 包装机械是现代包装工业的基本设备 包装机械是使产品包装实现机械化 自动 化的根本保证 它能够大幅度地提高生产效率 降低劳动强度 改善劳动条件 保护 环境 节约原材料 降低产品成本 有利于被包装产品的卫生 提高产品包装质量 增强市场销售的竞争力 由于包装机械的计量准确 产品包装的外形美观 整齐 统 一 封口严密 提高了产品包装的质量 增强了产品销售的竞争力 可获得较高的经 济效益 延长产品的保质期 方便产品的流通 包装机械保证包装产品质量高 生产 效率高 品种多 生产环境好 生产成本低 环境污染小 因而获得较强的市场竞争 能力 带来巨大的社会效益和经济效益 近年来随着食品市场需求的不断变更 我国食品包装机械得到了飞速发展 包装 机械向机电一体化 智能化 自动化方面发展 当前包装机械的设计和制造水平也在 不断提高 特别是自动控制技术 检测传感技术和电子技术的发展 促进了包装机械 的控制系统发生了巨大变化 变频调速技术 可编程序控制技术 温度控制技术等在 包装机械中的应用越来越广泛 使包装机械向着高效率 高自动化和高质量的方向发 展 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 2 页页 共共 50 页页 1 绪论 自动制袋充填食品包装机采用卷筒式包装材料 在机上实现自动制袋 充填 封 口 打印 计数等全部包装工序 适用于粉状 颗粒 块状 流体及胶体状物料的包 装 特别以小食品 颗粒冲剂 速溶食品的包装应用最为广泛 按总体布局分为立式 和卧式两大类 下面我们以食品包装中应用最多的立式连续制袋三边封口包装机了解 食品包装的发展过程 1 1 课题研究背景 我国食品工业发展迅速 十五 期间发展速度达到 18 21 食品包装机械形成 行业已 20 多年 相对于食品工业 还是一个新行业 这 20 多年来又是世界技术发展 最快的时期 新技术不断在行业上应用 而国内行业的基础薄弱 技术及科研力量不 足 其发展相对滞后 在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿 总体发展虽然较快 但食品及包装工业发展更快 2005 年 食品和包装机械工业总产值约为 620 亿元 而 国内市场需求达到 850 亿元 预计到 2010 年 国内行业总产值可达到 1300 亿元 现 价 而市场需求可能达到 2000 亿元 这个市场的空间将会引来国外设备填补 十一 五 规划的目标是要缩小这个空间 为食品工业赶上世界先进水平 为 包装大国 向 包装强国 迈进 提供先进的技术装备 让进口设备在国内市场上只起到拾遗补 缺的作用 这就要求国内食品和包装机械的年发展速度超过 18 新产品产值率达到 25 目前 世界经济发达国家对包装机械的研发十分重视 集机 电 光 声 磁为 一体的高新技术产品不断涌现 生产高效率化 资源高利用化 产品节能化 新技术 实用化和科研成果商业化 已成为世界各国包装机械发展的趋势 这也是我国包装机 械业的发展方向 对于我国的包装机械生产企业 并不是求大求全 而应是求精求专 美国 日本 意大利的包装机械生产企业大部分规模不大 但专业化程度很高 这是 值得我们借鉴的 当前我国食品和包装机械的一个突出问题是新产品开发周期长 模仿多 创新少 这不仅与设计人员的技术水平有关 也和相关行业的发展有关 国际先进的作法是运 用仿真技术 由计算机自动合成三维模型 将过去曾经发生过的生产线故障数据输入 计算机 即可演示实际工况 在用户面前根据需要进行修改 计算机合成速度快 修 改工作迅速方便 如果用户的某些要求达不到 计算机也会告诉你 免除以后的纠纷 由计算机完成的仿真技术 缩短了包装机械 生产线 的设计周期 客户的满意度也 大大提高 随着中国经济高速发展以及人们生活质量的提高 国内对于微波食品 休闲食品 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 3 页页 共共 50 页页 及冷冻食品等方便食品的需求量不断增加 这将直接带动相关食品包装的需求 令国 内食品与包装机械业可在较长时间内维持增长 同时 消费者对食品及其包装要求正在不断提高 目前 食品包装机械的研发正 朝着高速 多功能化及控制智能化的方向发展 以适应市场需求 为满足交货期的要 求和降低工艺流通成本的需要 未来食品包装机械要求能够进行高速生产 同时对一 些产品 还要求包装机械和生产机械相衔接 还可采用连续工作或多头工作方式 此 外 还必须降低废品率及故障率 使正常的生产率得以提高 发展趋势是使包装机械 进一步智能化 现代消费者追求食品口味的丰富性 食品生产趋向于多品种 小批量 与此相应 具有多种切换功能 能适应多种包装材料和模具更换的包装机才能够适应市场的需求 为使包装机械具有良好的柔性和灵活性 提高自动化程度 须大量采用微电脑技术 模块技术和单元组合形式 例如 德国生产的制袋真空包装机 可集制袋 称重 充 填 抽真空 封口等多种功能于一体 方便快捷 目前 国内食品厂的大部分包装工作 特别是较复杂的包装物品的排列 装配等 工作基本上是人工操作 这可能造成被包装产品的污染 这种状况极需得到改变 今后 工业机器人 微电子 电脑 智能型和图像传感技术也将会得到越来越广 泛应用 促使包装机械日趋自动化 1 2 国内外食品包装机的研究状况及发展趋势 1 2 1 国产食品包装机的发展情况 改革开放以来 食品包装机械行业通过引进 消化 吸收和自主创新 已经生产 出了可以替代进口的灌装机 制袋充填封口包装机 热收缩包装机 贴标机 打码机 喷码机 真空包装机 多功能枕式糖果包装机 高速 PET 吹瓶机等 如今我国的食品 包装技术正在成为一项跨学科的系统工程 一批国产品牌的食品包装机械已经达到或 正在努力赶超世界先进水平 包装材料的国产化使国产制袋充填封口机的技术也逐渐成熟起来 其中卧式和立 式自动制袋装填封口包装机在包括饼干在内的食品包装上立下了汗马功劳 制袋充填 封口包装机的发展经历了从单边封到两边 三边或者四边封 控制技术从初级到高级 的发展过程 现在的国产制袋机性能已经比较稳定 自动化程度有了不断的提高 如 配备了光电检测系统 实现光标的准确定位 保证了包装封口和剪切工序的精度 为 了防止含水多的饼干氧化变质 在食品包装机上还增添了充气的功能 通过注入氮气 或者二氧化碳和氮气的混合气体 防止了微生物的生长 这些气调包装技术显著地提 高了饼干类点心的保质期 国产的制袋 充填 封口包装机还在糕点类的食品如蛋糕 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 4 页页 共共 50 页页 年糕 桃酥 月饼以及颗粒 片状食品包装中得到了推广应用 为了满足我国品种繁多的食品包装的需求 30 年来 包装行业相继开发出了包装 托盘的半自动热收缩包装机 包装液体食品的液体食品软包装机 包装颗粒食品的颗 粒包装机 包装酱状食品的酱状包装机 包装药品 保健食品的泡罩包装机 包装油 炸膨化食品和油炸土豆片的真空包装机和充氮包装机以及吸塑包装机等 食品包装机 械行业初步形成了品种多 门类比较齐全的行业格局 特别是最近 10 年 伴随世界食品包装机械技术水平的不断提高 中国的食品包装 机械行业通过借鉴国际先进技术 对现有的包装机械进行技术升级和创新 促使国产 包装机械又上了一个档次 比如立式袋成型充填封口设备改变了单一品种和单一功能 实现了在同一台设备上除了可以完成包装成型 物料的充填封口等工序外 还可以完 成液体 黏稠流体 粉体 颗粒状等多种类食品物料的包装 在计量和充填装置方面 各种计量和充填技术得到了应用 如根据物料的性质 分别采用称重法计量和充填 螺杆法计量和充填 容杯法计量和充填 记数法计量和充填 液体法计量和灌装 为 了提高不规则物料的充填精度 近年来计算机技术在固体计量充填包装机上得到了推 广 组合式定量充填包装技术即电脑组合秤的应用大大的提高了充填速度和充填精度 1 2 2 国外食品包装机的发展状况 国外食品包装机械设备的技术水平普遍比较高 微电脑广泛用于生产过程的自动 控制 国外包装机械采用计算机控制工序和加工程式化 并配备各种参数计量装置 使包装 计量检测一机完成 设备材质好 生产中卫生和质量有保证 设备一般都采 用不锈钢制造 并十分重视空瓶 实瓶和自动检验设备的原地高速 高效清洗等 以 保证产品质量达到高度卫生 国外的食品包装与分装新方法有 小型商用集装箱和塑料薄膜食品包装 小型商 用集装箱是一种便于食品用机械装御 搬运和仓储的装货箱子 它的特点是有统一的 规格标准 以适应机械与自动化的需要 同时又便于食品的出入库 便于清点箱内货 物的数量 有足够的强度 可以反复周转使用 并能保证食品的安全 塑料薄膜食品 包装 在国外 随着塑料机械工业的发展 塑料薄膜作为内包装应用日广 除常见的 塑料薄膜袋外 最近又有以下几种新的塑料薄膜包装方法 热缩包装 热缩薄膜一般 很薄 透明度好 顾客可以直接观察食品 例如可以包装一只冻鸡 一袋冻肉 一袋 冻鱼等 热缩包装除具有运销方便 透明度好 外观好看 包装牢固 减少包装体积 保持清洁等优点外 其所用的包装机械设备也比较简单 目前 在国外这种包装方法 很流行 充气包装 在热缩包装内 充以惰性气体 这样可以抑制细菌繁殖 延长食 品的保存期限 真空包装 用塑料薄膜将食品包好并封口后 再把里边的空气用真空 泵抽出 这样可以防虫 防腐 防潮 使食品不易变质 自动化真空包装机已在国外 广泛使用 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 5 页页 共共 50 页页 国际上包装和食品机械的发展是以大客户的要求为目标 带动相关机械的发展 大客户的要求主要体现在以下方面 一是对生产效率要求越高越好 这样可以降低产品的成本 满足交货期 高速包 装机要求与前道工序要有相关衔接 不需搬运环节 包括控制衔接 整个生产线按生 产及包装工序排列要做到倒序启动 顺序停机 如冷灌装生产线 从塑料原料自动上 线到饮 料灌装及大包装码垛全部自动在封闭车间内进行 二是可适应产品的更新变化 包装机械要具有很高的柔性和灵活性 生产线允许 在一定的尺寸范围内包装物大小可以变化 因为产品的生命周期远短于设备使用寿命 变更产品及包装不至于更换昂贵的包装生产线 三是设备常见故障迅速排除 解决方案预先输入电脑 当设备出现常见的故障时 可以自行诊断 亦可实行远程诊断并排除故障 四是要求具有自动识别功能 一方面 可以实现自动识别包装材料的厚度 硬度 反弹力等 通过电脑反馈到机械手调整动作幅度 保证不反弹 另一方面 让各种不 同的产品 如形状各异的巧克力或点心等 装到同一盒中 其排列是有规律的 生产 线传递的产品是无序的 可用探头扫描 确定不同形状的物料位置 再反馈到不同的 机械手 它会准确无误地将物品按准确的位置及方向放入托盘中 快速而且准确 排 除人工操作的视觉及手指的疲劳 五是可以尽量减少环境污染 减少包括噪声 粉尘污染 并尽量减少废弃物 在 食品加工过程中尤为重要 食品原料在加工时不仅收获主要产品 如玉米加工 产品 除了玉米淀粉外 还有玉米油 色拉油 人造黄油 葡萄糖 玉米蛋白及饲料 以及 污水处理等生产全过程 均为自动化 没有废弃物 没有污染 其价值已大大超过玉 米淀粉的价值 1 3 课题研究的目的及意义 食品包装中应用最多的是立式包装机 整机包括几大部分 传动系统 包装材料 供送系统 袋成型装置 纵封装置 横封及切断装置 物料供给装置以及监测装置等 据调查 我国现有制袋 充填 封口食品包装机存在以下主要问题 1 包装精度低 目前我国此类包装机械的包装精度 计量精度 均在 2 3 之间 有的还在 3 以上 而国外同类设备的包装精度都在 1 以下 而且稳定可靠 2 包装速度低 目前国产包装机的包装速度 小袋包装在60 120袋 分之间 包装速度超过80袋 分时包装质量将下降 中袋包装为35 60袋 分 国外设备的包装速 度已达到小袋包装为1200袋 分 中袋包装为160袋 分 3 封口质量难以保证 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 6 页页 共共 50 页页 4 包装机的横封机构运动形式的不合理 将导致封口质量问题 我国现有一些 包装机采用纵横封加热装置一体或传送袋与纵封一体 此封口形式工作速度低 封口 质量差 本文设计了立式食品包装机的电气控制系统 希望可以实现提高生产效率 降低 劳动强度 操作控制方便 降低产品成本 实现包装的外形整齐统一 封口严密 适 应现代社会的快节奏等 对实现包装机的自动化具有重要的实践意义 2 立式食品包装机电气控制方案设计 2 1 立式食品包装机的工艺流程 2 1 1 结构原理图 主电机作为整台机器的动力源 带动拉膜机构 传送装置 袋成型装置等 横封 和纵封机构由横封纵封电机带动 打印功能由油墨打码机实现 2 1 2 系统工作循环过程 当系统进入正常工作状态时 主电机带动拉膜机构 传送装置 卷膜包装材料通 过导向辊经成型器对折后 纵封电机带动热封器进行纵缝连续封合 于此同时 计量 装置将计量好的物料充填入袋 然后纵封电机停转 最后由横封电机带动横封辊完成 横封和切断成单个成品袋 完成一次包装 系统循环工作 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 7 页页 共共 50 页页 图 2 2 一次包装流程图 2 2 系统设计主要任务 设计就是根据题目的要求而对硬件和软件进行规划 并选择最合适的硬件电路和 软件程序来达到目的 硬件设计是通过对设计要求的分析 对各种元器件的了解 而得出分立元件与集 成块的某些连接方法 以达到设计的功能要求 并且把这些元器件焊接在一块电路板 上 它包括对各种元器件的功能和接法的了解 以及对各种元器件的选择和设计方案 的选择 软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能 并且调试优化产品功能 本文利用 PLC 控制立式食品包装机电气控制系统 设计过程中最关键的两个部分 系统硬件的设计和控制软件的编写 这也是在设计过程中需要解决的最关键的问题 1 硬件问题 包装机控制系统的硬件主要有3大部分 即主电路及主电路控制部分 温度检测及 显示部分和成品数量统计及显示部分 主电路部分由电机及其相关的低压控制电器组 成 由PLC对低压控制电器进行控制 温度检测部分主要由温度传感器及温度变送器 组成 它对封合温度进行控制 并将当前温度显示出来 硬件的设计需要PLC 传感 器及电机的相关知识 在解决这一问题的过程中 需要查阅大量资料 结合所学知识 向老师获取帮助 2 软件问题 软件设计主要包括温度自动控制和电压 电流监测 温度自动控制程序是将传感 器输入的温度模拟量通过PLC的AD模块转换成数字量 送入PLC与预设值比较 然后 控制加热电路的通断 电压监测程序要通过电压变送器输入当前的三相电压 与预设 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 8 页页 共共 50 页页 值比较 保证电路的正常工作 电流监测程序要通过电流变送器输入当前主电机的电 流值 与预设值比较 保证主电机免于过热而损坏 要对程序进行多次调试 分块编 程 对各个子程序块所解决的问题要相当明确 最后在制作完成硬件电路板后要调试 出设计要求的功能 2 3 设计要求 具体要实现的功能为 1 系统运行在正常工作状态时 食品包装好后统计并显示成品的数量 2 系统运行在正常工作状态时 封口温度能控制在预定范围 并显示当前温度值 3 当系统电压低于 0 75 倍额定电压时 系统应迅速切断总电源开关 4 当系统电压高于 1 15 倍额定电压时 系统应迅速切断总电源开关 5 当主电机电路电流高于 1 05 倍额定电流时 系统应迅速切断主电机电路 2 4 方案设计 本设计按下面思路展开 根据设计要实现的基本功能 大致可分为信号输入 信号控制 信号处理这三个 部分 1 温度信号输入部分通过温度传感器来检测封口温度 并由温度变送器将温度信 号转化成标准的电压或电流等模拟量 电压信号输入部分通过电压变送器来监测线路 电压 并转化成标准的电压或电流等模拟量 电流信号输入部分通过电流变送器来监 测主电机电流 并转化成标准的电压或电流等模拟量 2 信号控制部分是通过 PLC 控制方式实现对设计要求的准确操作 3 信号处理部分是通过数码管显示温度和成品数量来实现控制部分的要求 为了能够实现上述功能 输入部分可选用 40 350 的温度传感器 0 500V 的 电压变送器以及 0 5A 的穿孔穿芯一体化电流变送器 控制部分选用 PLC 来实现精确 控制 用数码管输出显示 因此 总的设计思路为 当系统正常运行时 通过光电开关检测有无卷膜包装材 料 若连续检测不到 则 PLC 控制报警动作 并显示当前已包装完成成品数量 封口 温度通过温度变送器将当前温度输入 PLC 的 AD 模块转换成数字量 然后送人 PLC 与 预设值比较 当加热到预设上限值停止加热 低于温度下限值则加热 并显示当前温 度 系统电压通过电压变送器输入 PLC 的 AD 模块转换成数字量与 PLC 内预设值比较 当系统电压大于 1 15 倍额定电压或小于 0 75 倍额定电压时断开总电源 主电机电流通 过电流变送器输入 PLC 的 AD 模块转换成数字量与 PLC 内预设值比较 当电流大于 1 05 倍的额定电流时断开主电机电路 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 9 页页 共共 50 页页 3 立式食品包装机电气控制系统主回路的设计 3 1 包装机主电路设计 根据要求 主电机有过载保护和短路保护功能 电源有欠压保护和过压保护功能 当电源电压 线电压 小于 0 75UN时 要求控制系统产生欠压保护 当电源电压 线电压 大于 1 15UN 时 要求电气控制系统产生过压保护 同时要求显示温度和成品计数 从而主电路设计如下 图 3 1 立式食品包装机电气控制系统主电路原理图 3 2 主要电器设备计算及选型 3 2 1 立式食品包装机的主要电器设备 1 主电动机的选择 电动机 Motors 是把电能转换成机械能的设备 分布于各个用户处 电动机按 使用电源不同分为直流电动机和交流电动机 电力系统中的电动机大部分是交流电机 可以是同步电机或者是异步电机 电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速 YCT 系列电磁调速电动机是一种控制简单的交流调速电动机 由 Y 系列三相异步 电动机 涡流离合器 又称电磁转差离合器或滑差离合器 和测速发电机组成 通常与 JD 系列 TKZ 系列控制器 或其他控制装置 组成一套具有测速负反馈系统的交流无级 调速驱动装置 能在比较宽广的转速范围内进行平滑的无级调速 它的结构和原理将 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 10 页页 共共 50 页页 在下面的章节介绍 我国生产的 Y 系列三相异步电机具有高效 节能 性能好 振动小 噪声低 寿命 长 可靠性高 维护方便 起动转矩大等优点 Y 系列电动机应用于无特殊要求的机械 设备 农业机械 食品机械 风机 水泵 机床 拌搅机 空气压缩机等 Y 系列电机 容量在 4KW 以上的都是三角形联结 额定电压为 380V 起动时 先将定子绕组接成星 形 这时加在每相绕组上的电压是电源电压除以 3 约等于 220V 电机起动后 再改接 到三角形联结 此时电机端电压为额定值 电机起动时接成星形 起动电流只有原来三 角形联结的 1 3 但起动转矩也相应降低 因为电机的转矩与所加的电压的平方成正比 所以起动时接成星形 起动转矩也只有原来三角形联结的 1 3 但对 Y 系列电机而言 因为它的起动转矩大 其平均值为额定转矩的 1 96 倍 故采用星 三角起动不仅适用与 轻载起动的场合 也可用于较重负载起动的场合 如果 Y 系列电机容量大于 4KW 时 应当采用星 三角减压起动方法 如果 Y 系列电机容量小于 4KW 时 则应该用直接启动 表 3 1 电机的型号参数 功率 千瓦 KW 型号 电流 380V A 转速转 分 r min 效率 n 功率因 素 COS 同步转速 1500 转 分 4 极 50 Hz 0 55Y801 41 51390730 762 462 3 0 75Y802 42 0139074 50 762 362 3 1 1Y90S 42 71400780 782 36 52 3 1 5Y90L 43 71400790 792 36 52 3 2 2Y100L1 45 01420810 822 27 02 3 3Y100L2 46 8142082 50 812 27 02 3 4Y112M 48 8144084 50 822 27 02 3 5 5Y132S 411 6144085 50 842 27 02 3 7 5Y132M 415 4144085 50 842 27 02 3 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 11 页页 共共 50 页页 11Y160M 422 61460880 842 27 02 3 15Y160L 430 3146088 50 852 27 02 3 18 5Y180M 435 91470910 862 07 02 2 22Y180L 442 5147091 50 862 07 02 2 30Y200L 456 8147092 20 872 07 02 2 37Y225S 469 8148091 80 871 97 02 2 45Y225M 484 2148092 30 881 97 02 2 55Y250M 4102 5148092 60 882 07 02 2 75Y280S 4139 7148092 70 881 97 02 2 90Y280M 4164 3148093 50 891 97 02 2 110Y315S 4201 9148093 50 891 86 82 2 132Y315M 4139 71480940 891 86 82 2 160Y315L1 4289148094 50 891 86 82 2 200Y315L2 4361 3148094 50 891 86 82 2 主线路中的主电机是控制生产线的水平作业 不需要带动物体运转 所以使用功 率不大于 4KW 电机即可 因此所选电机可允许直接起动 主电机选用型号如下表 3 2 所示 表 3 2 电机型号选择 型号 功率 KW 额定电流 A 额定电压 V 额定转速 r min 主电机 Y802 40 752 1 3801390 2 三相异步电动机启动方法的介绍 这次毕业设计所用到的主要电动机是三相异步电机 三相异步电动机由定子和转子两 大部件及其他附件组成 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 12 页页 共共 50 页页 定子 定子是由机座 定子铁心和定子绕组三部分组成 机座是电动机的主要支架 用来固定定子铁心和支持端盖 一般由铸铁制成 为了减少铁心中的能量损耗 铁心 是由一定厚度圆环状 内圆冲有嵌放放定绕组的下线槽 互相绝缘的硅钢片叠成的 定子绕组是用漆包线或纱包线绕制而成 三相绕组在电动机内部可接成三角形 为了 改变接线方便 三相绕组的 6 个接线端子 从内部引线接到电动机定子外面的接线板 上 转子 转子是由转子铁心和转子绕组组成 轴是用中碳钢制造的 转子铁心是 0 35 0 5mm 厚圆形硅钢片叠压而成的 靠近边缘均匀的冲有用来嵌放转子绕组的线 槽 笼型转子各线槽内绕组和两端短路还连同风叶一起 同铝铸成一个整体 实际就是转 子的绕组 绕线型转子的绕组和定子绕组的形成基本上相同 三相绕组的尾端连在一 起星形联结 而三个始端则连接在三个铜集电环上 环与环之间以及环与轴之间互相 绝缘 电机的起动方法有直接启动 减压启动与软启动等 1 直接起动 直接起动 也就是全压起动 是一种最简单的起动方式 起动时 通过一些直接起动 设备 把全部电源电压 即全压 直接加到电动机的定子绕组 显然 这时起动电流 较大 可达额定电流的 4 7 倍 根据对国产电动机的实际测量 某些电动机甚至可达 到 8 12 倍 对于经常起动的电动机 过大的起动电流将造成电动机的发热 影响电 动机的寿命 同时电动机绕组在电动力的作用下 会发生变形 可能造成短路而烧坏 电动机 过大的起动电流还会使线路压降增大 造成电网电压显著下降而影响接在同 一电网的其它电动机的正常工作 所以 一般规定 异步电动机的功率低于 7 5KW 时 允许直接起动 如果大于 7 5KW 一般用降压起动 2 减压起动 1 电阻减压或电抗减压起动 电动机起动过程中 在定子电路串联电阻或电抗 起动电流在电阻或电抗将产生压降 降低了电动机定子绕组上的电压 起动电流也从而得到减少 2 自耦补偿起动 自耦补偿起动是利用自耦变压器降低到电动机定子绕组的电压 以减小起动电流 它 适用于容量较大的低压电动机作减压起动用 应用比较广泛 有手动和自动控制线路 不过它的体积比较大 质量也比较大 价格比较高 3 星形 三角形起动 星形 三角形起动也是一种降压启动 使用这种方法起动的电动机 在运行时连接成三 角形的 而且每相绕组引出两个出线端 三相共引出六个出线端 在起动时 先将三 相定子绕组连成星形 待转速接近稳定时再改为连接成三角形 这样 起动时连接成 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 13 页页 共共 50 页页 星形的定子绕组电压与电流都只是三角形的 1 1 732 由于三角形连接时绕组内的电流 是线路电流的 1 3 而星形连接时两者相等的 因此连接成星形起动时的线路电流只有 连接成三角形直接起动时线路电流的 1 3 所以这种起动方式只适用于空载或轻载起动 4 延边三角形起动 延边三角形起动法是利用电动机引出的九个出线端 即每相定子绕组多引出一个出线 端 的一种连接法 能达到减压起动的目的 3 软起动 软起动是一种无级别能平滑起动的 有五种起动方法 1 限流或恒流起动方法 2 斜坡电压起动法 3 转矩控制起动法 4 转矩加脉冲突跳控制起动法 5 电压控制起动法 三相异步电动机所采用的降压起动方式的实质 都是在电源电压不变的情况下 设法 降低定子绕组的电压 以减小起动电流 它们都是在起动时定子绕组为某一种联结方 式 借助于时间继电器自动地转换为另一种联结方式全压运动 它们之间的比较见表 3 3 表 3 3 三相异步电动机起动方式的比较 定子串电阻 自耦变压器星 三角起动延边三角 起动电流IQ KINI1 K2IN IY 1 3I a 1 1 IQ 1 2 IN 起动转矩TQ K2INTQ K2IN TY 1 3T TQ 1 2TN 适用范围适用于起动次数 不太多 电动机 容量不大 适用于比较大容 量的电动机 只适用于正常运 行为三角形联结 的电动机 只适用于能这样联结 的电动机 项 目 较 比 式 方 动 起 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 14 页页 共共 50 页页 特点电路简单 价格 低廉 电阻消耗 功率大 起动转 矩较小 价格较贵 体积 大 起动转矩较 大 不能频繁起 动 只能在空载或轻 载下起动 起动转矩比星 三角 方式大 接线复杂 根据实际要求 在本包装机设计里使用的主要电机都是轻载起动的电机 所以在 这里选择的起动方式是 小电机为直接起动 大电机为星形 三角形起动 2 低压断路器 低压断路器又称自动开关 它是一种既有手动开关作用 又能自动进行失压 欠 压 过载 和短路保护的电器 它可用来分配电能 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 一获得了广泛的应用 分类 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 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 单级 二级 三级和四级等 按安装方式分有 插入式 固定式和抽屉式等 表 3 4 DZ15 系列塑料外壳式断路器主要技术参数如下 型号 壳架额定电流 A 额定电压 V极数 脱扣器额定电流 A 2201DZ15 40 1 DZ15 40 2 DZ15 40 3 DZ15 40 4 40 380 2 3 4 6 10 16 20 25 32 40 2201 DZ15 63 1 DZ15 63 2 DZ15 63 3 63 380 2 3 10 16 20 25 32 40 50 63 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 15 页页 共共 50 页页 DZ15 63 44 DZ15 100 3 DZ15 100 4 100380 3 4 80 100 低压断路器的选择主要依据一下几个方面 低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路 设备的正常工作电压和 电流 低压断路器的极限通断能力应大于或等于电路最大短路电流 欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压 过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流 一般选择低压断路器的额定电流为电机额定电流的 2 倍 3 交流接触器 接触器是一种自动化的控制电器 接触器主要用于频繁接通或分断交 直流电路 具有控制容量大 可远距离操作 配合继电器可以实现定时操作 联锁控制 各种定 量控制和失压及欠压保护 广泛应用于自动控制电路 其主要控制对象是电动机 也 可用于控制其它电力负载 如电热器 照明 电焊机 电容器组等 接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器 这里主要介绍常用的 交流接触器 交流接触器又可分为电磁式和真空式两种 接触器的选择主要依据一下几个方面 根据负载性质选择接触器的类型 额定电压应大于或等于主电路工作电压 额定电流应大于或等于被控电路的额定电流 对于电动机负载 可按下面的经 验公式计算 Ij 1 3I 3 1 吸引线圈的额定电压与频率要与所在控制电路的选用电压和频率相一致 4 热继电器选择 热继电器是一种电子控制器件 它具有控制系统 又称输入回路 和被控制系统 又称输出回路 通常应用于自动控制电路中 它实际上是用较小的电流去控制较大 电流的一种 自动开关 故在电路中起着自动调节 安全保护 转换电路等作用 在电力拖动控制系统中 当三相交流电动机出现长期带负荷欠电压下运行 长期 过载运行以及长期单相运行等不正常情况时 会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏 为了充分发挥电动机的过载能力 保证电动机的正常起动和运转 当电动机一旦出现 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 16 页页 共共 50 页页 长时间过载时又能自动切断电路 从而出现了能随过载程度而改变动作时间的电器 这就是热继电器 热继电器的主要技术参数有额定电压 整定电流 相数 热元件编号及整定电流 调节范围等 热继电器的整定电流是指热继电器的热元件允许长期通过又不致引起地 板郭子仪的电流值 对于某一热元件 可通过调节其电流调节旋钮 在一定范围内调 节其整定电流 表 3 5 JR20 系列双金属片式热继电器主要技术数据 产品型号 额定电 压 v 额定电 流 A 热元件 代号 整定电流范围 A 安装特 征 配用的 CJ20 交流接触器 1R0 1 0 13 0 15 2R0 15 0 19 0 23 14R7 8 6 10 JR20 1010 15R8 6 10 11 6 CJ20 10 1U16 20 24 2U24 30 36 3U36 42 48 JR20 6363 CJ20 40 63 1w33 40 47 2w47 55 63 3w63 74 84 JR20 160 660 160 4w84 92 100 基本型 L 型 G 型 CJ20 100 160 热继电器选用时 主要是根据电动机的使用场合和额定电流来确定热继电器的型 号及热元件的额定电流等级 在不频繁起动场合 要保证热继电器在电动机的起动过 程中不产生误动作 通常可按电动机的额定电流选取热继电器 对于三角形连接的电 动机 应选择带断相保护功能的热继电器 5 连接导线选用 在选择导线截面时 一般应根据导线机械强度要求 导线允许载流量和线路电压 损失要求三个基本原则来选择导线截面 根据机械强度要求选择导线截面 由于电力线路受到自身条件及大自然的外力 作用和线路敷设等条件的影响 所以要求电力线路应具有一定的机械度 根据允许截流量要求选择导线截面 负荷电流通过导线时 由于导线电阻的作 用 会产生能耗 使导线发热 温度上升 从而使绝缘线绝缘老化 甚至烧坏引起火 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 17 页页 共共 50 页页 灾事故 或能使裸导线接头处加剧氧化 增加接触电阻 严重时会发生断线事故 所 谓的导线允许截流量 就是在规定的环境条件下 导线能够连续承受不致使其温度超 过允许值的最大电流 一般根据上述环境条件将导线截流量列表备查 根据线路电压损失要求选择导线截面 制造厂根据导线的容许温升 制定了各类导线在不同敷设条件下的持续容许电流 表 在选择导线时 导线中通过的电流不允许超过表 3 6 规定 表 3 6 导线技术数据 导线的持续容许电流 A 导线标称截面 mm2 BX 型铜芯橡皮 线 BLX 型铝芯橡 皮线 BV BVR 型 铜芯塑料线 BLV 型铝芯塑料线 0 5 0 7518 16 121 19 1 527192418 2 535273225 445354232 658455542 1085657559 161108510580 25145110138105 3 2 2 主电机电气控制线路设计及设备选择 1 主电机电气线路是由低压断路器 接触器 热继电器来构成电机的保护 控 制线路由 PLC 控制接触器线圈来实现电气线路的通断 主电机电气线路接线图如图 3 2 所示 PLC 控制线路接线如图 3 3 所示 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 18 页页 共共 50 页页 SB3SB4 X02X03 KM2过流报警 Y01Y13 HL2 Y06 FR1 X04 图 3 2 主电机电气线路接线图 图 3 3 主电机控制线路图 图 3 2 主电机电气线路中的 1 2 3 孔是穿孔穿芯一体化电流变送器的一次电流侧 主电机的三相主回路从此穿过 变送器的二次侧输出与输入电流成比例的 0 5V 电压 信号 可监控主电机电路的电流 当电流大于额定电流的 1 05 倍时 通过控制 PLC 输 出使 KM2 接触器断开 压断路器的作用是当发生过载或短路等故障时能自动切断电路 接触器的作用控 制电机的启动和停止 热继电器的作用是防止电动机长期过载运行而导致严重过热 PLC 的控制过程如下 按下启动按钮 SB3 输入端 X02 闭合 使接触器 KM2 线圈得 电 接触器 KM2 主触头闭合 输出端 Y01 和 Y06 接通 主电机灯工作指示灯 HL2 点 亮 Y01 端自锁 主电机得电直接起动 热继电器 FR1 的常开触点连接于输入端 X04 X04 的常闭触头分别与接触器线圈 KM2 串接 当过载时 热继电器 FR1 的常开 触头闭合 X4 的常闭触头断开 接触器线圈 KM2 失电 Y01 停止工作 主电机停止 运转 2 选择低压断路器的额定电流一般为电机额定电流的 2 倍 接触器的额定电流 应大于或等于被控电路的额定电流 对于电动机负载 通常按照 1 3 倍的电动机额定电 流来选择 热继电器的选用通常可按电动机的额定电流选取 通过线路各设备的电流 大小计算为 主电机线路各设备的电流计算 低压断路器 IQF1 2 IN 2 2 1 4 2 A 接触器 IKM2 1 3 IN 1 3 2 1 2 73 A 热继电器 IFR1 IN 2 1 A 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 19 页页 共共 50 页页 根据以上数据选择相对应的设备型号如下表 3 7 所示 表 3 7 主电机线路主要设备型号 电气设备名称 电气设备额定电 流 A 电气设备型号 低压断路器6DZ15 40 3902 接触器9CJX2 09 热继电器3 5JR16 20 3D 连接导线16BV 型铜芯塑料线 0 75mm2 3 2 3 打码机电气控制线路设计及设备选择 1 电动油墨打码机是单相交流电机 电气线路由低压断路器 接触器构成电机 的保护 控制线路由 PLC 控制接触器线圈来实现电气线路的通断 低压断路器的作用是当发生过载或短路等故障时能自动切断电路 接触器能控制电机 的启动和停止 PLC 的控制过程如下 在包装制袋的流水线过程中 当光电开关 SB6 检测到有包装膜通过的时候 输入端 X05 闭合 使接触器 KM5 线圈得电 接触器 KM5 主触头闭合 输出端 Y04 接通并自锁 打码机电机运转 按一定的速度在每个包 装袋上打印生产日期 当 X05 持续一分钟检测不到包装膜时 时间继电器 T1 的常闭 触头将断开 使得 KM5 的线圈失电 接触器 KM5 的主触头断开 打码机停止运转 同时 蜂鸣器响起 断膜 无膜指示灯闪烁 2 选择低压断路器的额定电流一般为电机额定电流的 2 倍 接触器的额定电流 应大于或等于被控电路的额定电流 对于电动机负载 通常按照 1 3 倍的电动机额定电 流来选择 热继电器的选用通常可按电动机的额定电流选取 通过线路各设备的电流 大小计算为 低压断路器 IQF4 2 IN 2 0 25 0 5 A 接触器 IKM5 1 3 IN 1 3 0 25 0 325 A 根据以上数据选择相对应的设备型号如下表 3 8 所示 表 3 8 气泵电机线路主要设备型号 电气设备名称电气设备额定电流 A 电气设备型号 低压断路器6DZ15 40 3902 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 第第 20 页页 共共 50 页页 接触器9CJX2 09 M 连接导线16BV 型铜芯塑料线 0 75mm2 3 2 4 加热器电气控制线路设计及设备选择 1 加热器电气线路都由低压断路器 接触器构成保护的 控制线路均由 PLC 控制接触器线圈来实现电气线路的通断 PLC 控制线路接线如图 3 4 所示 温度变 送器 FX2N 4AD Y02Y03Y10 KM3KM4HL3 图 3 4 加热器控制线路图 低压断路器的作用是当发生过载或短路等故障时能自动切断电路 接触器能控制 加热器的启动和停止 PLC 的控制过程如下 温度传感器检测当前温度并由温度变送 器将温度信号转换成标准 1 5V 信号 然后送入 AD 模块 AD 模块把模拟量转化成 数字量后在 PLC 内与预设值比较 比较结果小于预设值时 使接触器 KM3 线圈和 KM4 线圈同时得电 接触器 KM3 和 KM4 主触头闭合 输出端 Y02 和 Y03 同时接通 加热灯 HL3 点亮 Y02 端自锁 纵封加热器和横封加热器同时工作 2 选择低压断路器的额定电流一般为电机额定电流的 2 倍 接触器的额定电流 应大于或等于被控电路的额定电流 对于电动机负载 通常按照 1 3 倍的电动机额定电 流来选择 不锈钢电加热器是以金属管为外壳 沿管内中心轴向均布螺旋电热合金丝 镍铬 铁铬合金 其空隙填充压实具有良好绝缘导热性能的氧化镁砂 管口两端用硅胶或陶 瓷密封 这种金属铠装电热元件可以加热空气 金属模具和各种液体 不锈钢加热器在耐高温不锈钢无缝管内均匀地分布高温电阻丝 在空隙部分致密 地填入导热性能和绝缘性能均良好的结晶氧化镁粉 加热器这种结构不但先进 热效 率高 而且发热均匀 当高温电阻丝中有电流通过时 加热器产生的热通过结晶氧化 镁粉向金属管表面扩散 再传递到被加热件或空气中去 达到加热的目的 不锈钢电