自动药片装瓶机控制系统

集集 美美 大大 学学 本科生课程设计报告本科生课程设计报告 题 目 自动药片装瓶机控制系统 课 程 电气控制及可编程控制器 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制1315 学 号 201321137011 姓 名 陈朝晖 指导老师 弓清忠 完成日期 2017 年 1 月 10 号 目 录 1 绪论 1 1 1 课程题目 1 1 2 设计目的及要求 1 1 3 原始资料 2 1 4 课题要求 2 1 5 主要参考书 3 2 器件选择 4 2 1 总体结构 4 2 2 具体器件的选择 4 2 2 1 熔断器的选择 4 2 2 2 电源开关的选择 5 2 2 3 交流接触器的选择 6 2 2 4 热继电器的选择 7 2 2 5 时间继电器的选择 8 2 2 6 行程开关的选择 8 3 方案设计 9 3 1 任务要求 9 3 2 程序流程图设计 9 3 3 自动装药机 I O 分配表 9 3 4 自动装药机外部接线图 10 3 5 梯形图 11 3 6 程序说明 13 4 安装 接线及系统联合测试 14 5 总结 15 6 参考文献 16 0 1 1 绪论 绪论 1 11 1 设计课题 设计课题 自动药片装瓶机控制系统 1 21 2 设计目的及要求 设计目的及要求 首先 自动药片装瓶与传统的手工装瓶相比 其优点是可以避免我们直接 与药品接触 对人体产生的伤害 同时也避免了人与药品直接接触带来的对药 品的污染 使药品质量得到保证的同时 相应的保障人体健康 达到了安全的 要求 既缩短了时间 节约了成本 又极大的提高了生产效率 其次 由于 传统的手工装瓶在生产管理方面比较困难 容易出现纰漏和混乱 出现错误的 状况在所难免 自动药片装瓶机的设计使得管理更加强调流程和自动化 只有 这样经营系统才能改善 生产效率才能提高 控制运行才能更加健康可靠 1 31 3 原始资料 原始资料 这是一个将一定数量的药片自动连续地装入到药瓶中的控制任务 系统的 模拟器示意图如图示 图 1 自动药片装瓶机控制系统模拟示意图 1 41 4 控控制制要要求求 按下按钮 S1 S2 或者 S3 可连续每瓶装入 3 片 5 片或者 7 片 通过指示 灯 H1 H2 或者 H3 表示当前每瓶的装药数量 当选定要装入瓶中的药片数量后 接通系统开关 电动机 M 驱动皮带轮运转 延时 5S 后 或者采用位置检测开关 皮带机上的药瓶到达装瓶的位置 皮带机停止运转 1 当电磁阀 Y 打开装有药片的装置后 通过光电传感器 B1 对进入到药瓶的 药片进行计数 当药瓶中的药片到达预先选定的数量后 电磁阀 Y 关闭 皮带 机重新自动启动 使药片装瓶过程自动连续地运行 如果当前的装药过程正在进行时 需要改变药片装入数量 例如由 7 片改 为 5 片 则只有在当前药瓶装满后 从下一个药瓶开始装入改变后的数量 如果在装药过程中断开系统开关 则在当前药瓶装满后 系统停止运行 相相关关参参数数 传送带电动机 M 的功率均为 500W AC220 1 51 5 设计参考书 设计参考书 1 教材 电气控制与 PLC 应用 2 可编程序控制器原理及应用 3 S7 200 使用手册 2 2 器件选择 器件选择 2 12 1 总体结构 总体结构 生产线自动装箱控制装置如图所示 生产产品由传送带 A 传送 装入由 B 传送的空箱中 每 12 个产品装入一箱 当传送带 1KW 传送了 12 个产品装入 一箱后 传送带 B 2KW 将该箱产品移走 并传送下一个空箱到指定位置等待 传送带 A 传送来的产品 2 2 具体器件的选择 具体器件的选择 2 2 1 熔断器的选择 熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中的保护电器 在使用时串接在所保护 的电路中 当电路出现短路或严重过载是 其内部低熔点的熔丝或熔片将自动 2 熔断 将电路切断 熔断器由熔体 安装熔体的熔管和熔座三部分组成 那么 如何在电路中选择熔断器的大小呢 规格的选择 1 熔体额定电流的选择 1 对于变压器 电炉和照明等负载 熔体的额定电流应略大于或等于负载电流 2 对于输配电线路 熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流 3 在电动机回路用作短路保护时 应考虑电动机的启动条件 按电动机启动时 间的长短来选择熔体的额定电流 电动机末端回路保护 选用 aM 型熔断器 熔断体的额定电流 In 稍大于电动机的额定电流 4 电容补偿柜回路的保护 选用 gG 型熔断器 熔断体的额定电流 In 约等于线 路计算电流 1 8 2 5 倍 如选用 aM 型熔断器 熔断体的额定电流 In 约等于线 路电流的 1 2 5 倍 5 线路上下级间的选择保护 上级熔断器与下级熔断器的额定电流 In 的比等于 或大于 1 6 就能满足防止发生越级动作而扩大故障停电范围的需要 6 保护半导体器件用熔断器 熔断器与半导体器件串联 而熔断器熔体的额定 电流用有效值表示 半导体器件的额定电流用正向平均电流表示 因此 应按 下式计算熔体的额定电流 INR 1 57 INR 1 6 INR 式中 INR 表示半导体器件的正向平均电流 7 降容使用 在 20 的环境下 我们推荐熔断体的实际工作电流不应超过额定电流值 选用熔断体时应考虑到环境及工作条件 如封闭程度 空气流动连接电缆尺寸 长度及截面 瞬时峰值等方面的变化 熔断体的电流承载能力实验是在 20 环境温度下进行的 实际使用时受环境温度变化影响 环境温度越高 熔断体 的工作温度就越高 其寿命也就越短 相反 在较低的温度下运行将延长熔断 体的寿命 来源 输配电设备网 3 8 在配电线路中 一般要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大 2 3 倍 以 防止发生越级动作而扩大故障停电范围 2 熔断器的选择 1 UN 熔断器 UN 线路 2 IN 熔断器 IN 线路 3 熔断器最大分断能力应大于被保护线路上的最大短路电流 类型的选择 应根据使用场合选择熔断器 电网配电一般用刀型触头熔断器 如 HDLRT0 RT36 系列 电动机保护一般用螺旋式熔断器 照明电路一般用圆 筒帽形熔断器 保护可控硅元件则应选择半导体保护用快速式熔断器 常用的熔断器有 1 RC1A 系列瓷插式熔断器 2 RL1 系列螺旋式熔断 器 3 RM10 系列无填料封闭式熔断器 次外 还有 RT0 系列有填料封闭管式 熔断器 RLS RS0 系列快速熔断器 自复式熔断器等 本设计采用 RL1 系列 螺旋式熔断器 2 2 2 电源开关的选择 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 刀开关分单级 双级和三级 适用于接通和断开有电压而无负载电流的电 路 因而结构简单 操作方便 价格便宜 在一般的照明电路小于 5 5KW 电动 机的控制电路中常被采用 用于照明电路是可选用额定电压 220V 或 250V 额 定电流等于或大于电路最大工作电流的两极开关 用于电动机的直接启动时 可选用额定电压 280V 或 500V 额定电流等于或大于电动机额定电流 3 倍的三 级开关 在安装刀开关时刀口应朝上 防止热空气拉弧或重力闸 铁壳开关又叫封闭式负荷开关 是带有熔断器的刀开关放在用铸铁或薄钢 4 板冲压而成的铁壳中 铁壳开关配用的熔断器 额定电流为 60A 及以下者 配 用瓷插式熔断器 额定电流为 100A 以下者 配用无填料封闭管式熔断器 组合开关也称转换开关 多用于机床控制线中作为电源的引入开关 也可 以用作不频繁地接通和断开电路 接线电源和负载以及控制 5KW 及一下的小 容量异步电动机正反转 星三角启动 自动空气开关又叫自动空气断路器 它能对电路进行短路 欠压 严重过 载保护 同时也可作不频繁地启动电动机 本设计采用 梅兰日空气开关梅兰日兰断路器 C65 4P16A 2 2 3 交流接触器的选择 交流接触器是一种自动控制电器可频繁接通和切断电路 它主要由电磁部 分 触头部分及灭弧罩组成 灭弧罩用陶瓷制成的 盖在三个主触头上 使产 生的电弧迅速熄灭 不外溅 当线圈通电时 静铁芯产生电磁吸力 将铁芯吸合 由于触头系统是于动 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 当线圈失电时 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 同时交流接触器具有欠压保护 选择接触器 1 选择接触器主触头的额定电压 应等于或大于负载的饿额定电压 2 选择接触器触头的额定电流 被选用接触器触头的额定电流应不小于负载电 路的额定电流 也可根据所控制的电动机最大功率进行选择 如果接触器是用 来控制电动机的频繁启动 正反或反接制动等场合 应将接触器的主初头额定 电流降低使用 一般可降低一个等级 3 根据控制电路要求确定吸引线圈工作电压和辅助触点 容量 如果控制线路比 较简单 所用接触器的数量较少 则交流接触器线圈的额定电压一般直接选用 380V 或 220V 如果控制线路比较复杂 使用的电器又比较多 为了安全起见 5 线圈的额定电压选低一些 这时需要加一个控制变压器 本设计采用 CJ10 系列交流接触器 2 2 4 热继电器的选择 热继电器常用来对电动机进行过载保护 电动机在运行过程中 由于种种 原因 如长期过载 频繁启动 欠压运行 断相运行等均会使流过电动机的电 流超过额定值 若过电流的数值不足以使电路中的熔断器熔断 电动机绕组就 会因过电流而导致发热 影响电动机的寿命 甚至烧毁电动机 这时就需要热 继电器进行过载保护 通常热继电器的动作电流应等于电动机的额定电流 热继电器的选择 1 类型的选择 类型的选择 一般情况下 可选用两相结构的热继电器 但当三相电压的 均衡性较差 工作环境恶劣或无人看管的电动机 宜选用三相结构的热继电器 对于三角形接线的电动机 应选用带断保护装置的热继电器 2 热继电器额定电流的选择 热继电器的额定电流应大于电动机额定电流 然后根据该额定电流来选择 热继电器的型号 3 热元件额定电流的选择和整定 热元件的额定电流应略大于电动机额定电流 当电动机启动电流为其额定 电流的 6 倍及启动时间不超过 5S 时 热元件的整定电流调节到等于电动机额定 电流 当电动机的启动时间较长 拖动冲击性负载不允许停止时 热元件整定 电流调节到电动机额定电流的 101 105 倍 本设计采用 JR10 系列热继电器 2 2 5 时间继电器的选择 时间继电器是一种呢感延时动作的控制电器 其特点是电磁线圈通电后其 触头经过一定时间间隔动作 选用时间继电器应注意 其线圈 电源 的电流种类和电压等级应与控制 6 电路相同 按控制要求选择延时方式和触点形式 校核触点容量和数量 若不 够时 可用中间继电器扩展 常用的时间继电器有 JS7 系列空气阻尼式 JS17 系列电动式 JSJ 系列晶 体管式 JS20 系列单结晶体管式 本设计采用 JS7 系列空气阻尼式时间继电器 2 2 6 行程开关的选择 行程开关 限位开关 的工作原理及符号表示行程开关又称限位开关 用于 控制机械设备的行程及限位保护 在实际生产中 将行程开关安装在预先安排 的位置 当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时 行程开关的触点 动作 实现电路的切换 因此 行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切 换电路的电器 它的作用原理与按钮类似 行程开关广泛用于各类机床和起重 机械 用以控制其行程 进行终端限位保护 在电梯的控制电路中 还利用行 程开关来控制开关轿门的速度 自动开关门的限位 轿厢的上 下限位保护 行程开关按其结构可分为直动式 滚轮式 微动式和组合式 3 3 方案设计 方案设计 3 13 1 任务要求任务要求 这是一个将一定数量药片自动连续地装入到药瓶中的控制任务 系统 的模拟器示意图如下图 2 1 所示 按下按钮 SB1 SB2 或 SB3 可选择每瓶装入 3 片 5 片或 7 片 通过指示灯 H1 H2 或 H3 表示当前每瓶的装药数量 当选定 要装入瓶中的药片的数量后 接通系统开关 电动机 M 驱动皮带机运转 延时 5S 后 或者采用位置检测开关 皮带上的药瓶到达装瓶的位置 皮带机停止运 转 当电磁阀 Y 打开装有药片的装置后 通过光电传感器 B1 对进入到药瓶的 药片进行计数 当药瓶中的药片到达预先选定的数量后 电磁阀 Y 关闭 皮带 机重新自动启动 使药片装瓶过程自动连续地运行 如果当前的装药过程正在 7 进行时 需要改变药片装入数量 例如由 7 片改为 5 片 则只有在当前药瓶装 满后 从下一个药瓶开始装入改变后的数量 如果在装药过程中断开系统开关 则在当前药瓶装满后 系统停止运行 3 3 2 2 程程序序流流程程图图设设计计 程序开始 选择装药 数量 选择 3 片选择 5 片选择 7 片 皮带机运转 打开电磁阀 装药 8 3 3 3 3 自自动动装装药药机机 I I O O 分分配配表表 表 2 1 I O 分配表 输入器件地址输出器件地址 系统开关ONX23电磁阀YY0 每瓶装 3 片按 钮 S1X213 片指示灯H1Y21 每瓶装 5 片按 钮 S2X225 片指示灯H2Y22 每瓶装 7 片按 钮 S3X237 片指示灯H3Y23 光电传感器B1X24皮带机驱动MY20 3 3 4 4 自自动动装装药药机机外外部部接接线线图图 ON Y S1 H1 S2 H2 S3 H3 M B1 结束 X0 Y0 X1 Y1 X2 Y2 X3 Y3 X4 Y4 X5 COM COM0 9 S4 AC 220V AC 220V 3 3 5 5 梯梯形形图图程程序序 10 自动程序梯形图 3 3 6 6 程程序序说说明明 当系统开关 X0 的常闭触点闭合时 采用手动操作 首先选择装药量 如果 按下每瓶装 3 片按钮 S1 电磁阀打开 开始装药 通过光电传感器和计数器对 药片进行计数 当达到 3 片时电磁阀关闭 停止装药 如果按下每瓶装 5 片按 钮 S2 电磁阀打开 开始装药 通过光电传感器和计数器对药片进行计数 当 达到 5 片时电磁阀关闭 停止装药 如果按下每瓶装 7 片按钮 S3 电磁阀打开 开始装药 通过光电传感器和计数器对药片进行计数 当达到 7 片时电磁阀关 闭 停止装药 按下手动皮带机驱动按钮 皮带机开始运转 5 秒后停止 并 在此过程中复位各个计数器 继续选择装药数量进行装药 当系统开关常开触点接通时 系统进入自动操作 S0 步选择装药数量 X1 的常开触点接通时 跳到 S20 执行装 3 片动作 Y0 接通 电磁阀打开开始装药 装 3 片指示灯亮 通过光电传感器常开触点 X4 和计数器进行装药计数 当计数 达到 3 片时 C0 接通 电磁阀关闭 指示灯熄灭 停止装药 并且程序调到 S23 X2 的常开触点接通时 跳到 S21 执行装 5 片动作 Y0 接通 电磁阀打开开 始装药 装 5 片指示灯亮 通过光电传感器常开触点 X4 和计数器进行装药计数 11 当计数达到 5 片时 C1 接通 电磁阀关闭 指示灯熄灭 停止装药 并且程序 调到 S23 X3 的常开触点接通时 跳到 S22 执行装 7 片动作 Y0 接通 电磁阀打开开 始装药 装 7 片指示灯亮 通过光电传感器常开触点 X4 和计数器进行装药计数 当计数达到 7 片时 C2 接通 电磁阀关闭 指示灯熄灭 停止装药 并且程序 调到 S23 当程序跳到 S23 时 驱动皮带机运转 并且用 T0 进行计时 5 秒 5 秒时间到 T0 接通 程序跳到 S0 皮带机停止运转 程序开始循环执行 程序由M8002进行驱动 S0步进指令工作 选择装药数量 当X20常开触点 接通时 跳到S20执行 装3片指示灯H1 Y21 亮 按下系统开关 电动机M驱 动皮带机运转 Y20 灯亮 5秒后 皮带上的药瓶到达装瓶的位置 皮带机停 止运转 跳到S21执行 Y0接通 电磁阀打开开始装药 通过光电传感器常开触 点X23使计数器进行装药计数 当计数达到3片时 C0接通 电磁阀关闭 指示 灯熄灭 停止装药 并且程序跳到S0步进选择 当X21常开触点接通时 跳到S30执行装5片动作 装5片指示灯H2 Y22 亮 此时系统开关已开 电动机M驱动皮带机运转 Y20 灯亮 5秒后 皮带上 的药瓶到达装瓶的位置 皮带机停止运转 跳到S31执行 Y0接通 电磁阀打开 开始装药 通过光电传感器常开触点X23和计数器进行装药计数 当计数达到5 片时 C0接通 电磁阀关闭 指示灯熄灭 停止装药 并且程序跳到S0 当X22常开触点接通时 跳到S40执行装7片动作 装7片指示灯H3 Y23 亮 此时系统开关已开 电动机M驱动皮带机运转 Y20 灯亮 5秒后 皮带上 的药瓶到达装瓶的位置 皮带机停止运转 跳到S41执行 Y0接通 电磁阀打开 开始装药 通过光电传感器常开触点X23和计数器进行装药计数 当计数达到3 片时 C0接通 电磁阀关闭 指示灯熄灭 停止装药 并且程序返回SO步进指 令 程序开始循环执行 4 安装 接线及系统联合测试安装 接线及系统联合测试 12 在计算机上进行编程 打开自动装箱控制程序 断电情况下连接好 PLC 电 缆 按照 I O 分配表 用实验连线导线将 PLC 主机模块输入 输出接口与实验 板接口一一对应连接 并将 PLC 主机模块的电源端与实验模块的电源端相连接 下载程序文件到 PLC 监控后运行 使 PLC 进入运行方式 1 当 PLC 从 STOP 切换至 RUN 时 L2 指示灯亮 2 按下自动控制按钮 SB1 后 同时传送带 B 启动运行 L1 指示灯亮 3 当 SQ2 空箱到位检测信号到 SQ2 按钮输入 传送带 B 停止运行 同 时传送带 A 启动运行 4 当 SQ1 送入 12 个计数脉冲时 SQ1 按钮 12 次输入 及累计产品