基于PLC的食用油灌装生产线的电气控制设计

基于 PLC 的食用油灌装生产线的电气控制设计摘 要：当前，国内食用油灌装机械制造行业上规模的企业不多，行业产品虽比较丰富，但具体制造厂商受发展水平所限，产品线不够完善。多数企业主要是以部件或小型灌装设备的形式供给产品，能够承接整条生产线工程的企业为数不多。本设计根据现实生产需要使用 PLC 控制，利用现有的成熟技术，对整个生产线进行智能化控制，实现完全自动化。大大改善了生产效率，节省了人力成本，对食用油灌装行业有着很高的促进作用。关键词：可编程控制器；伺服电机；人机界面；传感器；变频器；The Design of Electrical Control About the Oil Filling Production Line In the PLC-basedAbstract：At present，the manufacturing industry of edible oil filling machine that in more extensive is seldom,but the definiting manufacturers are limited by the development level.Product lines are not perfect.The majority of companies supply products mainly in the form of parts or small filling equipment,only a few enterprises can accept the whole production line engineering.This design according to the practical production need to use PLC control, useing existing mature technology to control the whole production line intelligently so that it can achiev a fully automated. It significantly improved the producting efficiency, save labor costs and has a very high stimulative effect to the edible oil filling industry.Keywords: PLC; servo motor; man-machine interface; sensor; inverter;目 录摘要 .11 前言 .11.1 研究目的和意义 .11.2 国内外发展现状： .21.3 我国与世界强国的差距 .32 设计方案的确定 .42.1 食用油生产线的分类 .42.2 方案设计 .43 可编程控制器 PLC .63.1 PLC 慨况 .63.2 PLC 的结构及基本配置 .73.3 PLC 选型 .94 硬件设计 .94.1 生产线电气控制要求 .94.2 各元器件的选择 .94.2.1 人机界面的概况及选型 .94.2.2 伺服系统的概况及选型 .104.2.3 变频器的概况及选型 .104.2.4 其他相关元件的选型 .114.3 PLC 的相关硬件设计 .114.4 人机界面的相关硬件设计 .134.5 伺服系统的硬件设计 .144.6 总体设计 .154.6.1 电控柜总的接线 .154.6.2 接线柜布局及面板 .155 软件设计 .165.1 PLC 的软件设计 .165.2 人机界面的软件设计 .466 结束语 .52参考文献 .53致谢 .错误！未定义书签。附录 1.58附录 2.62附录 3.65附录 4.66附录 5.67附录 6.75附录 7.8111 前言对于食用油生产企业来讲；食用油灌装机是基本的生产灌装设备。而现代工业社会机械类设备技术发展速度很快，所以更新换代灌装机设备来给企业带来更多的经济效益，成了衡量粮油企业发展成功与否的重要因素。食用油灌装机的使用情况，不仅可以反应粮油企业的运营情况，而且预示着企业以后的发展状况。在食用油品牌竞争激烈的时代，拥有先进的高精度灌装机设备是获得市场竞争的一种重要手段。如今，食用油灌装机发展到的最高端形式就是自动液体灌装机的使用，不仅让食用油灌装实现了高度自动化，而且高精度的灌装机让成本降到最低，提高了效率又降低了消耗。现在传统形式的食用油灌装机仍然在很多企业中得到使用，他们也可以完成相应的灌装任务，而且价格要有优势。那么发展高精度自动食用油灌装机的能给食用油企业代来什么好处呢，其实是他们忽略了一个重要的企业发展问题成本。高精度食用油灌装机误差在 0.2，而市场上一般灌装机精度是 1，食用油小包装国家计量标准是不准小于标注量。也就是说灌装机灌装量只能大于等于标注量。科技发展很快，虽然液体灌装机行业不像电子科技行业那么快的发展更新换代速度，但是处在这样一个大的经济形势下，食用油灌装机的使用很大程度上也成了食用油脂类公司发展水平的衡量标准。自动食用油灌装机拥有高的灌装速度、精准的灌装精度、低能耗、既保证了充足的生产量.又可以给企业节省成本，而且还可以满足各种需求的灌装.这就大大提升企业发展的速度。自动化是今后生产行业发展趋势，趋势所在，只有更好的去适应和改变，才可以占领有利的市场商机，为企业未来发展赢得机遇。所以高精度自动灌装机如今已经成了食用油灌装行业的趋势，也将会成为很多食用油生产企业的必需设备。我国灌装机械制造行业应紧紧把握市场的需求，积极研发适应市场雪球的技术和产品，打造自己的核心竞争力。1.1 研究目的和意义目前，我国的食品包装企业大部分规模偏小， “小而全”是其主要特征之一，同时存在着不顾行业发展要求，重复生产那些成本低、工艺水平比较落后、易于制造的机械产品，行业内目前大约有 1/4 的企业存在低水平重复生产现象。这是对资源的极大浪费，造成包装机械市场的混乱，阻碍行业的发展。多数企业年产值在几百万元到 1000 万元之间，低于 100 万元的企业为数还不少。每年有近 15%的企业转产或倒闭，但又有 15%的企业加入这个行业，极其不稳定，现象阻碍了行业发展的稳定性。2随着科学技术的不断发展，各种食品、水产加工品的出现，对食品包装技术和设备都提出了新的要求。目前，食品包装机械竞争日趋激烈，未来的食品灌装机械将配合产业自动化，促进包装设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的食品包装设备。实现食用油灌装机械机电一体化是趋势。传统的灌装机械多采用机械式控制，如凸轮分配轴式，后来又出现了光电控制、气动控制等控制形式。但是，随着食品加工工艺的日益提高，对包装参数的要求不断增多，原有的控制系统已难以满足发展的需要，应采用新的技术改变食品包装机械的面貌。当今的食品灌装机械是集机、电、气、光、磁于一体的机械电子设备，在设计时，应着力于提高包装机械的自动化程度，将包装机械的研发与计算机结合，实现机电一体化控制。机电一体化的实质就是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现整体最佳化。总体讲，它是将微机技术引入到包装机械，应用机电一体化技术，开发智能化包装技术，按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产，生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化，实现高速、优质、低耗和安全生产。1.2 国内外发展现状：当前，国内食用油灌装机械制造行业上规模的企业不多，行业产品虽比较丰富，但具体制造厂商受发展水平所限，产品线不够完善。多数企业主要是以部件或小型灌装设备的形式供给产品，能够承接整条生产线工程的企业为数不多。由于技术水平的原因，成套设备的整体性能欠佳。灌装机械制造厂商在整线的研发上，综合实力有限，部分单机发展不错，但配套设备发展地不完善，导致整线性能大打折扣。在高端市场，多数企业仅个别设备达到用户需求；在承接工程时，多是以配套设备供应商的角色出现，市场竞争力较差。虽然，国内灌装机行业已经有了很大的发展，但是在自动化程度上与国外先进设备还存在着很大的差距，还不能改变灌装机目前落后的状况。国内灌装机械制造行业主要是通过技术引进和测绘，仿制国外设备发展起来的。几十年来，一直重复着这样一个过程：落后引进仿制落后。目前，具备自主研发能力的企业寥寥无几，而真正掌握具备国际先进水平的自主知识产权核心技术的更是凤毛麟角。而国外在食用油灌装行业已经发展到了相当的高度，以下是最近几年国外的灌装机械产品，从中不难看出我国与外国的差距。3新一代无菌灌装机。法国斯拉克公司最近向市场推出了新一代可处理多种产品、多种容器、多种尺寸的无菌灌装机系列，该系统可取代传统的杀菌隧道，其磁性控制的灌装嘴可确保同时灌装的液体及半液体产品(浆状物、果粒)达到无菌效果。电子容量式灌装机。意大利迈格瑞公司研制生产出 VoL-JET 系列电子容量式灌装机，该机装有电子流量计的灌装阀，可适用于各种瓶型，机内装有内存 99 组不同产品参数的控制面板，通过随机一起转动的中央 PLC 控制可确保数据传输的连续可靠。灌装过程通过与灌装阀相关的专用流量计进行控制，灌装中无垂直机械运动，因而无磨损、免维护、易清洗。无菌控制阀与容器在灌装过程中不接触，非常适合在无菌环境中灌装。电子旋转 PET 灌装机。德英合资 CBIAL-FILL 公司开发生产出电子旋转 PET 灌装机，是单机结合旋转洗瓶、灌装、封盖的新系统。它采用“瓶颈”传递系统，不同瓶体和包装间的转换可在一分钟内完成。适用于非充气饮料、碳酸饮料、含果肉饮料，灌装温度可在 5-70之间，每小时灌装量可达 4.4 万瓶左右。新容器反压电子灌装机。意大利一家公司开发出新容器反压电子灌装机，它是根据电磁流量计的原理研制而成的一种新设备。它有三种不同的灌装形式：瓶与喷嘴接触的无菌充气饮料、瓶与喷嘴不接触的无菌不充气饮料、瓶与喷嘴接触的不充气饮料和充气饮料。该机可称得上是一条万能的灌装系统，它能够处理各种不同规格的瓶子和产品，具有极高的包装质量和操作安全性。1.3 我国与世界强国的差距（1）产品品种及成套数量少国内大多以生产单机为主，而国外大多为配套生产，很少单机销售。一方面国产设备的品种无法满足国内食品和包装企业的需要，另一方面机械厂单机生产销售上利润微薄，无法获得成套设备销售的高效益。（2）技术水平低主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新材料应用少。我国的食品和包装机械单机多、成套少，通用机型多、满足特殊要求、特殊物料的设备少。技术含量低的产品多，高技术附加值、高生产率的产品少；智能化设备还处于研制阶段。（3）产品质量差4我国食品和包装机械产品的质量差距主要表现在稳定性和可靠性差、造型落后，外观粗糙、基础件和配套件寿命短、无故障运行时间短、大修周期短，且绝大多数产品还没有制定可靠性标准。2 设计方案的确定2.1 食用油生产线的分类目前市场见到的大部分食用油灌装机械的分类：表 1 食用油灌装机械分类Table 1 The classification of the edible oil filling machine 按 自 动 化 程 度 分 按 定 量 装 置 分 按 灌 装 原 理 分 按 供 料 结 构 分 手工灌装 容杯式 真空灌装 单室供料半自动灌装 液面式 常压灌装 双室供料全自动 转子式 反压灌装 多室供料压盖联合灌装 柱塞式 负压灌装从电气角度考虑，在自动化程度方面主要可分为半自动灌装机和全自动灌装机。半自动灌装：半自动灌装机 一 般 都 带 有 脚 踏 开 关 ， 定 量 放 桶 脚 踏 启 动 油 嘴 下 落 灌 装 油 嘴 回 升 真 空 回 吸 下 放 一 组 空 桶 。半 自 动 灌 装 机 分 单 头 和 双 头 ， 单 头 灌 装 能 力 120 桶 /小 时 （ 按 5 升 计 算 ） 。双 头 小 包 装 灌 装 能 力 ： 360 桶 /小 时 （ 按 5 升 计 算 ） 。全 自 动 灌 装 机 ：全 自 动 灌 装 机 流 程 ， 人 工 定 量 人 工 放 瓶 自 动 感 应 瓶 口 位 置 油 嘴 下 落 自动 灌 装 自 动 传 送 人 工 放 盖 自 动 压 盖 自 动 喷 码 传 送 到 库 房 装 箱 （ 此 过 程只 需 人 工 放 瓶 和 人 工 放 盖 两 个 人 工 操 作 ）2.2 方案设计根据生产需要，尽可能的满足全自动化，高精确性，低成本，可靠性高，维修简单等特点。因此，在现有基础上会对现有的结构进行改进。本设计采用完全自动化无人参与的设计思路，用现在比较成熟的技术进行控制。整个过程即注塑机注出空瓶计数器进行计数灌装机灌装压盖机压盖贴标机贴标喷码机5喷码机器手装箱整个生产线的工艺流程如图 1 所示图 1 食用油生产线工艺流程图Fig 1 Process flow diagram of edible oil production line生产线工作现状如图 2 所示注塑机计数器 贴标 喷码装 箱食 用 油 压 盖图 2 食用油生产线工作图Fig 2 Pictrue of edible oil production line in woke注塑机注出空瓶 计数器进行计数 灌装机灌装 压盖机压盖贴标机贴标机器手装箱 喷码机喷码6各个工序的具体电气控制方法：（1）注塑 由注塑机注出来的空瓶经过人工筛选（一般很少有不良品）和一段时间冷却进去下一个工序。（2）计数 由计数器感应并计数，计数器和 PLC 联机，而 PLC 和人机界面（触摸屏）联机并把计数器计的数在人机界面上显示出来。（3）灌装 灌装机的油口由一个总油口和四个分油口组成，每个油口由一个电磁阀控制。为了控制每瓶油的装油量准确无误，在每个分油口上装有一个流量计。电磁阀和流量计都和 PLC 联机，流量计会根据流量跟 PLC 发脉冲来计算流量，当实际脉冲值快到达设定脉冲时关闭总油阀，当达到设定脉冲值时关闭分油阀，灌装完毕。在生产线上还有一个前挡瓶阀和一个后挡瓶阀，并在前挡瓶阀上方有一个传感器，当前挡瓶阀感应到有四个空油瓶经过，延时一下，前挡瓶阀自动挡瓶，而此时后挡瓶阀时挡瓶状态，升降阀下降灌油，当灌装完毕后后升降阀上升，挡瓶阀开启。（4）压盖 压盖机后下方有个感应器，当感应到有油瓶来到时压盖机在 PLC 的控制下自动压，盖待完成后挡瓶阀自动开启通过。（5）贴标 贴标机能自动感应所来油瓶，当油瓶通过，自动进行贴标（6）喷码 喷码机也能自动感应所来油瓶并完成喷码（7）装箱 装箱时在设计在底下仓库，由气动机械手自动装夹和搬运。当机器手下的传感器计数有 4 个瓶通过时由 PLC 控制挡瓶阀挡瓶，再由机械手装夹和搬运，这过程中得运动精度由伺服电机控制，完全保证其运动精度。当机械手提起后，挡瓶阀开启。另外，整个灌装过程会用人机界面进行监控，保证生产的正常有序进行，在出现异常是会自动报警。3 可编程控制器 PLC3.1 PLC 慨况可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称 PC） 。与个人计算机的PC 相区别，用 PLC 表示。PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对 PLC 的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、7定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流。PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计 。 1输入设备（开关、传感器）输出设备（接触器、电磁阀）PLC 内部控制电路控制对象（电动机等）图 3 PLC 构成的存储程序控制系统Fig 3 The stored program control system of PLC3.2 PLC 的结构及基本配置一般讲，PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU 的构成：PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，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。它确定了进行控制的规8模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 虽然划分为以上几个部分，但 PLC 中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU 内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在 PLC 中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU 模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式 PLC 的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接 I/O 模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU 模块上还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定起始工作方式、内存区等。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。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。底板或机架：大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。PLC 的外部设备：外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分，它有四大类（1）编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况。编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。（2）监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。9（3）存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、EEPROM 写入器等。（4）输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。PLC 的通信联网：PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的 PLC 新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有 RS-232 接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC 之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC 与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的 PLC 之间、PLC 与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。了解了 PLC 的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥 PLC 所提供的最佳功能 。23.3 PLC 选型考虑到生产线工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用 PLC 作为核心控制器，各控制对象都必须在 PLC 的统一控制下协同工作， PLC 采用国产汇川公司的 H2U-1616MR 型(16 点输入、16 点输出)和 H1U-0808MT 型 PLC(08 点输入、08 点输出)。两 PLC 分别用于联合灌装和装箱。汇川 H2U 系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，完全兼容日本三菱 FX2N 系列的 PLC，包括程序、软件、扩展模块、通讯协议以及上位机联接。甚至拥有一些其他 PLC 没有的功能，比如加密功能。因此，拥有很高的性价比，是国产 PLC 中的高端产品。加上本人对此产品叫为熟悉。4 硬件设计4.1 生产线电气控制要求（1）人机界面直接设定和监控灌装量（2）PLC 程序控制，可全自动和手动直线灌装（3）高精度容积式流量计，定量精确可靠（4）灌装、压盖、装箱能准确定位4.2 各元器件的选择4.2.1 人机界面的概况及选型人 机 界 面 （ Human Machine Interaction， 简 称 HMI） ， 是 人 与 计 算 机 之 间 传10递 、 交 换 信 息 的 媒 介 和 对 话 接 口 ， 是 计 算 机 系 统 的 重 要 组 成 部 分 。 是 指 人 和 机 器在 信 息 交 换 和 功 能 上 接 触 或 互 相 影 响 的 领 域 或 称 界 面 所 说 人 机 结 合 面 ， 信 息 交 换 ，功 能 接 触 或 互 相 影 响 ， 指 人 和 机 器 的 硬 接 触 和 软 触 ， 此 结 合 面 不 仅 包 括 点 线 面 的 直接 接 触 ， 还 包 括 远 距 离 的 信 息 传 递 与 控 制 的 作 用 空 间 。 人 机 结 合 面 是 人 机 系 统 中的 中 心 一 环 节 ， 主 要 由 安 全 工 程 学 的 分 支 学 科 安 全 人 机 工 程 学 去 研 究 和 提 出 解 决的 依 据 ， 并 过 安 全 工 程 设 备 工 程 学 ， 安 全 管 理 工 程 学 以 及 安 全 系 统 工 程 学 去 研 究具 体 的 解 决 方 法 手 段 措 施 安 全 人 机 学 。 它 实 现 信 息 的 内 部 形 式 与 人 类 可 以 接 受 形 式之 间 的 转 换 。 凡 参 与 人 机 信 息 交 流 的 领 域 都 存 在 着 人 机 界 面 。 现 在 大 量 运 用 在 工业 与 商 业 上 ， 简 单 的 区 分 为 “输 入 ”（ Input） 与 “输 出 ”（ Output） 两 种 ， 输 入 指的 是 由 人 来 进 行 机 械 或 设 备 的 操 作 ， 如 把 手 、 开 关 、 门 、 指 令 （ 命 令 ） 的 下 达 或 保养 维 护 等 ， 而 输 出 指 的 是 由 机 械 或 设 备 发 出 来 的 通 知 ， 如 故 障 、 警 告 、 操 作 说 明 提示 等 ， 好 的 人 机 接 口 会 帮 助 使 用 者 更 简 单 、 更 正 确 、 更 迅 速 的 操 作 机 械 ， 也 能 使 机械 发 挥 最 大 的 效 能 并 延 长 使 用 寿 命 ， 而 目 前 市 面 上 所 指 的 人 机 接 口 则 多 界 狭 义 的 指在 软 件 人 性 化 的 操 作 接 口 上 。3目前市场上用的较多的触摸屏主要有西门子，台大，威能通，汇川。其中西门子的屏以质量好著称，而市场占有率最高的是威能通的屏，其较高的性价比是人们的首选。而考虑到兼容性，此设计所用的是性价比也很高，而且新出的汇川的触摸屏 IT-6070。4.2.2 伺服系统的概况及选型伺 服 系 统 （ servomechaninsm） 是 使 物 体 的 位 置 、 方 位 、 状 态 等 输 出 被 控 量 能够 跟 随 输 入 目 标 （ 或 给 定 值 ） 的 任 意 变 化 的 自 动 控 制 系 统 。 伺 服 主 要 靠 脉 冲 来 定位 ， 基 本 上 可 以 这 样 理 解 ， 伺 服 电 机 接 收 到 1 个 脉 冲 ， 就 会 旋 转 1 个 脉 冲 对 应 的角 度 ， 从 而 实 现 位 移 ， 因 为 ， 伺 服 电 机 本 身 具 备 发 出 脉 冲 的 功 能 ， 所 以 伺 服 电 机 每旋 转 一 个 角 度 ， 都 会 发 出 对 应 数 量 的 脉 冲 ， 这 样 ， 和 伺 服 电 机 接 受 的 脉 冲 形 成 了 呼应 ， 或 者 叫 闭 环 ， 如 此 一 来 ， 系 统 就 会 知 道 发 了 多 少 脉 冲 给 伺 服 电 机 ， 同 时 又 收 了多 少 脉 冲 回 来 ， 这 样 ， 就 能 够 很 精 确 的 控 制 电 机 的 转 动 ， 从 而 实 现 精 确 的 定 位 ，可 以 达 到 0.001mm。 直 流 伺 服 电 机 分 为 有 刷 和 无 刷 电 机 。 有 刷 电 机 成 本 低 ， 结 构简 单 ， 启 动 转 矩 大 ， 调 速 范 围 宽 ， 控 制 容 易 ， 需 要 维 护 ， 但 维 护 不 方 便 （ 换 碳 刷 ） ，产 生 电 磁 干 扰 ， 对 环 境 有 要 求 。 因 此 它 可 以 用 于 对 成 本 敏 感 的 普 通 工 业 和 民 用 场合 。4伺服系统方面中国与国外有着很大的差距，因此目前国内使用的基本上都是使用11的外国品牌，比如德国的西门子，日本的松下、三菱，美国的 A-B。但目前使用最多的还是日本的伺服系统。本设计采用的是三菱的 MR-J2S-40A 的伺服控制器和三菱的 HF-KP-43A 伺服电机。4.2.3 变频器的概况及选型变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流） 、滤波、逆变（直流变交流） 、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。国产变频器已经做的很好，加上考虑到兼容和性价比，本设计采用汇川公司的 MD280NT1.5GB 变频器 。54.2.4 其他相关元件的选型挡瓶阀，升降阀，抽真空阀选用派克公司 DE D41VW001C1NJWTI6N 电磁阀，计数器选用正泰 NJJ5-J 电子计数器和所有开关按钮选用正泰的产品，流量计选用江苏顺通的 ST-LDE 系列流量计，断路器选用正泰的 DZ27-60 3P D15A 断路器，一个 1.5kw的输送带电机和一个 3kw 的油泵电机。4.3 PLC 的相关硬件设计PLC 人机界面流量计传感器挡瓶阀图 4 灌装系统的工作示意图Fig 4 Working diagram of the filling system12轴 脉 冲轴 脉 冲 轴 方 向轴 方 向H2U-0808MT传感器 PLC 伺服控制器挡瓶阀 伺服电机图 5 装箱系统的工作示意图Fig 5 Packing system schematic灌装 PLC 的接线H2U-1616MR图 8 灌装 PLC 的接线图Fig 8 The wiring diagram filling of PLC装箱 PLC 的接线13图 9 装箱 PLC 的接线图Fig 9 Wiring diagram of packing PLC 4.4 人机界面的相关硬件设计开关电源 HMIPLC图 10 人机界面工作示意图Fig 10 The diagram of man-machine interface schematic人机界面的外部接线：开 关 电 源 开 孔 尺 寸 ： 197*138触 摸 屏IT6070IH 通 讯 接 口开 孔 尺 寸 ： 197*138触 摸 屏IT6070IH 通 讯 接 口。 。14图 11 人机界面的外部接线图Fig 11 External wiring diagram of the human-machine interface4.5 伺服系统的硬件设计PLC 伺服控制器伺服电机传感器油瓶位置图 12 伺服系统工作示意图Fig 12 Schematic diagram of the servo system伺服系统的接线图U V WM3MR-J2S-40AU V WMR-J2S-40A轴 脉 冲轴 方 向轴 脉 冲轴 方 向M4H2U-0808MT图 13 伺服系统的接线图15Fig 13 Wiring diagram of the servo system4.6 总体设计4.6.1 电控柜总的接线低 压 断 路 器 开 关电 源75w空 开 空 开 空 开 空 开空 开接 触 器 接 触 器变 频 器触 摸 屏PLCPLC伺 服 控制 器伺 服 控制 器电 机