包装机电气系统设计与制作及发动机电控系统的检修

目录TOC\o"1-3"\u目录 I引言 11绪论 11.1课题研究背景 11.2国内外食品包装机的研究状况及发展趋势 21.2.1国产食品包装机的发展情况 31.2.2国外食品包装机的发展状况 31.3课题研究的目的及意义 52立式食品包装机电气控制方案设计 62.1立式食品包装机的工艺流程 62.1.1结构原理图 62.1.2系统工作循环过程 62.2系统设计主要任务 72.3设计要求 82.4方案设计 83立式食品包装机电气控制系统主回路的设计 93.1包装机主电路设计 93.2主要电器设备计算及选型 93.2.1立式食品包装机的主要电器设备 93.2.2主电机电气控制线路设计及设备选择 173.2.3打码机电气控制线路设计及设备选择 183.2.4加热器电气控制线路设计及设备选择 193.2.5三相电源线路和控制线路设计及设备选择 203.5.2三相电源线路主要设备的计算和选择 214立式食品包装机电气系统控制系统设计 224.1可编程控制器（PLC） 224.1.1PLC的构成及各部件的功能 224.2AD模块FX2N-4AD 234.3电源电压欠压和过压保护的实现 264.3.1电压变送器 264.3.2欠压、过压、过流保护的实现 274.4过流保护 284.4.1电流变送器及电流互感器 284.4.2过流保护梯形图 304.5温度自动控制 304.5.1温度传感器 304.5.2温度自动控制梯形图 314.6计数器与显示模块设计 314.6.1LED数码管 314.6.2计数器与显示模块的设计 324.7立式食品包装机电气控制PLC程序设计 335安装与调试 345.1安装要求 345.2安装前期准备 345.3安装前期准备 355.4线路检查与调试 356结论 37谢辞 38参考文献 39附录1 40附录2 41附录3 42附录5 47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。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、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。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。（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。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。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。它的结构和原理将在下面的章节介绍。我国生产的\o"Y系列三相异步电机"Y系列\o"三相异步电机"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。\o"Y系列三相异步电动机"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)50Hz0.55Y801-41.51390730.762.462.30.75Y802-42.0139074.50.762.362.31.1Y90S-42.71400780.71.5Y90L-43.71400790.72.2Y100L1-45.01420810.822.27.02.33Y100L2-46.8142082.50.812.27.02.34Y112M-48.8144084.50.822.27.02.35.5Y132S-411.6144085.50.842.27.02.37.5Y132M-415.4144085.50.842.27.02.311Y160M-422.61460880.842.27.02.315Y160L-430.3146088.50.852.27.02.318.5Y180M-435.91470910.862.07.02.222Y180L-442.5147091.50.862.07.02.230Y200L-456.8147092.20.872.07.02.237Y225S-469.8148091.80.871.97.02.245Y225M-484.2148092.30.881.97.02.255Y250M-4102.5148092.60.882.07.02.275Y280S-4139.7148092.70.881.97.02.290Y280M-4164.3148093.50.891.97.02.2110Y315S-4201.9148093.50.8132Y315M-4139.71480940.8160Y315L1-4289148094.50.8200Y315L2-4361.3148094.50.8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Y802-40.752.13801390(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。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方式动起目较项比方式动起目较项比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=K2INIY=1/3I△a=1:1IQ=1/2IN起动转矩TQ=K2INTQ=K2INTY=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3-4DZ15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/ADZ15-40/1DZ15-40/2DZ15-40/3DZ15-40/440220025.32.40380234DZ15-63/1DZ15-63/2DZ15-63/3DZ15-63/463220110.16.2025.32.4050.63380234DZ15-100/3DZ15-100/41003803480.100低压断路器的选择主要依据一下几个方面：①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。②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。③欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。④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：①根据负载性质选择接触器的类型。②额定电压应大于或等于主电路工作电压。③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）④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3-5JR20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JR20-10660101R0.1~0.13~0.15基本型L型G型CJ20-102R0.15~0.19~0.23…………14R7~8.6~1015R8.6~10`11.6JR20-63631U16~20~24CJ20-40.632U24~30~363U36~42~48…………JR20-1601601w33~40~47CJ20-100.1602w47~55~633w63~74~844w84~92~100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。①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。②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。③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导线技术数据导线标称截面（mm2）导线的持续容许电流（A）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0.50.7518-16-121-19-1.5271924182.5352732254453542326584555421085657559161108510580251451101381053.2.2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。SB3SB4X02X03～KM2过流报警Y01Y13HL2Y06FR1X04SB3SB4X02X03～KM2过流报警Y01Y13HL2Y06FR1X04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＝2IN＝22.1＝4.2（A）接触器：IKM2＝1.3IN＝1.32.1＝2.73（A）热继电器：IFR1＝IN＝2.1（A）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＝2IN＝20.25＝0.5（A）接触器：IKM5＝1.3IN＝1.30.25＝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。温度变送器温度变送器FX2N-4ADY02Y03Y10～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。不锈钢电加热器是专门将电能转化为热能的电器元件,由于其价格便宜，使用方便,安装方便,无污染,被广泛使用在各种加热场合,不锈钢电加热管的使用寿命都很长，一般设计使用寿命有10000多小时。热合口温度的确定与所用的包装材料类型、包装速度及封合压力有关。在设定封合温度时，要根据以上综合因素考虑。包装速度高时封合温度要适当提高，包装速度慢时封合温度可适当降低。表3-9所示为几种包装材料的热封合温度：表3-9包装材料的热封合温度包装材料类型设定温度1纸/聚乙烯、铝箔/聚乙烯尼龙/聚乙烯150℃左右2玻璃纸/聚乙烯140℃左右3涤纶/聚乙烯、BPP/聚乙烯130℃左右4聚丙烯/聚乙烯120℃左右选用的加热器规格为：额定电流为1.59A，额定电压为220V，额定功率为350W，最高使用温度为200℃。低压断路器：IQF3＝2IN＝21.59＝3.18（A）接触器：IKM3＝1.3IN＝1.31.59＝2.07（A）根据以上数据选择相对应的设备型号如下表3-10所示。表3-10纵封、横封加热器线路主要设备型号电气设备名称电气设备额定电（A）电气设备型号低压断路器6DZ15-40/3902接触器9CJX2-09/M连接导线16BV型铜芯塑料线（0.75mm2）封口温度设定在一个范围并实现自动加热，同时显示当前温度值。温度由热电偶温度传感器测量当前温度并由温度变送器将温度信号信号转换成对应的1～5V标准电压信号，接入PLC的AD模块准换成数字量送入PLC比较，当温度低于下限值则通过PLC控制接触器KM3、KM4接通纵封、横封加热器电路；当温度高于上限值则通过PLC控制接触器KM3、KM4断开纵封、横封加热器电路，使温度保持在一定的范围内。3.2.5三相电源线路和控制线路设计及设备选择（1）三相电源线路由接触器构成线路的保护，三相电压变送器对三相电压进行监测，通过PLC控制接触器三相电源的通断。三相电源线路接线图如图3.5所示，PLC控制线路接线如图3.6所示。～KM1Y00～KM1Y00Y05HL1FX2N-4AD三相电压变送器UVWX00X01SB2SB1图3.5三相电源接线图图3.6三相电源PLC控制线路三相电源线路通过接触器来控制电路的分断。PLC的工作过程为：按下三相电源按钮SB1，输入端X00闭合，使接触器KM1线圈得电，KM1主触头闭合，输出端Y00和Y05同时接通，电源灯HL1点亮，Y00端自锁，而且接通三相电路；三相电压变送器对三相电压进行监测，并把采集数据送进AD模块，AD模块把模拟量转化成数字量，在PLC内进行比较，当电压大于1.15UN或电压小于0.75UN时，接触器KM1线圈失电，主触头断开，从而起到保护电路的作用。3.5.2三相电源线路主要设备的计算和选择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。通过接触器和导线的电流大小计算为：低压断路器：IQF1＝4.2+0.5+3.18×2＝11.6（A）接触器电流计算：IKM8＝2.73+0.325+2.067×2=7.189（A）连接导线电流计算：IKM7＝2.1+0.25+1.59×2=5.53（A）根据以上数据选择相对应的设备型号如下表3-11所示。表3-11三相电源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16DZ15-40/3902接触器9CJX2-09连接导线16BV型铜芯塑料线（0.75mm2）4立式食品包装机电气系统控制系统设计随着食品包装技术的发展，人们对包装机的自动化程度要求也越来越高。应用微机系统、嵌入式单片机、PLC等技术来提高包装设备的自动化程度，是实现食品包装技术数字化处理与智能控制的基础。当食品完成制作加工工作后，包装工作是食品工业中不可缺少的一环，其中较多使用小型立式食品包装机。本研究根据立式食品包装机在包装食品过程中的工艺流程特点，将PLC应用于食品包装整个过程的控制，使包装机完成高质量的食品包装工作。4.1可编程控制器（PLC）可编程序控制器（ProgrammableLogicController，简称PC或PLC）于1969年在美国数字设备公司（DEC）出现以来，经过几十年的发展，现在已成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。它应用大规模集成电路、微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多过程控制领域。PLC已和数控技术及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。4.1.1PLC的构成及各部件的功能（1）PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。（2）CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套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。CPU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，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。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。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。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速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。（3）I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。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。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。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。（4）电源模块PLC电源用于为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。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。4.2AD模块FX2N-4AD（1）特点AD模块FX2N-4AD是三菱公司生产的特殊扩展模块，它用于将模拟量输入转化为数字量，并将数据传送到PLC，这样PLC就可以像处理开关量一样，同样方便地处理模拟量。其模块有如下几个特点：①FX2N-4AD模拟特殊模块有四个输入通道。输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量，这称为A/D转换。FX2N-4AD最大分辨率是12位。②基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC（分辨率：5mV），并且/或者4到20mA，-20到20mA（分辨率：20μA）。③FX2N-4AD和FX2N主单元之间通过缓冲存储器交换数据，FX2N-4AD共有32个缓冲存储器（每个16位）。④FX2N-4AD占用FX2N扩展总线的8个点。这8个点可以分配成输入或输出。FX2N-4AD消耗FX2N主单元5V电源槽30mA的电流。（2）性能指标FX2N-4AD的性能技术指标如表4-1所示。表4-1FX2N-4AD性能指标项目电压输入电流输入电压或电流输入的选择基于实际对端子的选择，一次可同时使用4个输入点模拟输入范围DC-10V到10V（输入阻抗：200KΩ），注意：如果输入电压超过±15V，单元会被损坏。DC-20mA到20mA（输入阻抗:250Ω）,注意：如果输入电流超过±32mA，单元会被损坏。数字输出12位的转换结果以16位二进制补码方式存储。最大值：+2047，最小值：-2048分辨率5mV（10V默认范围：1/2000）20μA（20mA默认范围：1/1000）总体精度±1%（对于-10V到10V的范围）±1%（对于-20mA到20mA的范围）转换速度15ms/通道（常速），6ms/通道（高速）（3）缓冲寄存器（BFM）编号特殊功能模块FX2N-4AD的缓冲寄存器BFM，是FX2N-4AD同PLC基本单元进行数据通信的区域，这一缓冲寄存器由32个16位的寄存器组成，编号为BFM#0～#31。FX2N-4AD模拟分配表如表4-2所示。表4-2FX2N-4AD模块BFM分配表BFM内容*#0通道初始化默认设定值=0000*#1通道1平均取样次数默认值=8*#2通道2*#3通道3*#4通道4#5通道1平均值#6通道2#7通道3表4-2续#8通道4#9通道1当前值#10通道2#11通道3#12通道4#13～#19不能使用*#20重置为默认设定值默认设定值=H0000*#21禁止零点和增益调整默认设定值=0，1（允许）*#22零点、增益调整b7b6b5b4b3b2b1b0G4O4G3O3G2O2G1O1*#23零点值默认设定值=0*#24增益值默认设定值=5000#25～#28空置#29出错信息#30识别码K2010#31不能使用表中带*号的缓冲寄存器中的数据可由PLC通过TO指令改写。改写带*号的BFM的设定值即可改变FX2N-4AD模块的运行参数，调整其输入方式、输入增益和零点等。从指定的模块量输入模块读入数据前应先将设定值写入，否则按默认设定值执行。PLC用FROM指令可将不带*号的BFM内的数据读入。①在BFM#0中写入十六进制4位数字H××××使各通道初始化，最低位数字控制通道1，最高位控制通道4，各位数字的意义如下：×=0：设定输入范围-10～+10V×=1：设定输入范围+4～+20mA×=2：设定输入范围-20～+20mA×=3：关闭该通道例如：BFM#0=H3310，则CH1：设定输入范围-10～+10VCH2：设定输入范围+4～+20mACH3、CH4：关闭该通道②输入的当前值送到BFM#9～#12，输入的平均值送到BFM#5～#8。③各通道平均值取样次数分别由BFM#1～#4来指定。取样次数范围从1～4096，若设定值超过该数值范围时，按默认设定值8处理。④当BFM#20被置1时，整个FX2N-4AD的设定值均恢复到默认设定值。这是快速地擦除零点和增益的非默认设定值的方法。⑤若BFM#21的b1、b0分别置为（1，0），则增益和零点的设定值禁止改动。要改动零点和增益的设定值时必须令b1、b0的值分别为（0，1）。默认设定为（0，1）。⑥在BFM#23和BFM#24内的增益和零点设定值会被送到指定的输入通道的增益和零点寄存器中，需要调整的输入通道由BFM#22的G、O（增益、零点）位的状态来指定。例如：若BFM#22的G1、O1位置1，则BFM#23和#24的设定值即可送入通道1的增益和零点寄存器。各通道的增益和零点既可统一调整，也可独立调整。⑦BFM#23和#24中设定值以mV或μA为单位，但受FX2N-4AD的分辨率影响，其实际响应以5mV/20μA为步距。⑧BFM#30中存的是特殊功能模块识别码，PLC可用FROM指令读入。FX2N-4AD的识别码为K2010。用户在程序中可以方便地利用这一识别码在传送数据前先确认该特殊功能模块。⑨BFM#29中各位的状态是FX2N-4AD运行正常与否的信息。例如：b2为OFF时，表示DC24V电源正常，b2为ON时，则电源有故障。用FROM指令将其读入，即可作相应处理。4.3电源电压欠压和过压保护的实现在本次毕业设计中，主要电机的过流，电源的欠压、过压保护的控制是采用FX2N的扩充模块FX2N-4AD转换器来实现的。其过程为先将线路电压或电流分别送入电压变送器或电流变送器，经过降压处理，再送入FX2N-4AD转换器中，对模拟信号进行数字化处理，用程序对电压或电流的采样值与设定值进行自动比较控制PLC的输出。当电压大于设定值的1.15倍时，PLC输出，产生过压保护，即过压报警灯亮，过压报警器响；当电压小于设定值的0.75倍时，PLC输出，产生欠压保护，即欠压报警灯亮，欠压报警器响。4.3.1电压变送器三相交流电压变送器是一种将交流电压转换成按比例输出的与负载无关的直流电流或电压的装置，广泛的应用在电力、石化、油田、冶金、自控等各个需要电量测量的行业。在这里选择了PAS-U3交流电压变送器。其型号用PAS-U3-V6-P5-O4，U3代表的是三相交流电，V6代表输入电压范围为0～500V，P5代表加AC220V电源，O4代表的是输出范围为0～5V。4.3.2欠压、过压、过流保护的实现先将线路电压或电流送入三相交流变送器，对电压和电流进行转换，根据上面的选择输入电压范围为0～500V，输出电压为0～5V。例如，设定电网的额定电压为380V，根据要求，其过压时的电压为额定电压的1.15倍，欠压时的电压为额定电压的0.75倍，所以过压时电压=380V×1.15=437V，欠压时电压=380×0.75=285V，经过三相交流变送器后，其=4.37V，=2.85V。即输入FX2N-4AD模拟转换器的过压电压为4.37V，欠压为2.85V。而电流变送器输入电流范围为0～5A

，输出电压选0～5V。对主电机来说，他的额定电流为2.1A，根据要求，其过电流时的电流为额定值的1.05倍，所以过电流I1=2.1×1.05=2.205A，经过三相交流互感器后I2=2.205*5/100=0.11A,再经过交流变压器变压，这里选择输入为0-5A,输出为0-5V的交流变送器，经过变送器后输入FX2N-4AD模拟转换器的过流转化为4.42V的电压。电压变送时FX2N-4AD模拟转换器选择2号通道，则程序初始化为H3303，其中前面的两个3表示通道3和通道4关闭，中间一位0表示通道2通，最后一个3表示通道1关闭。且选择的设定输入范围是-10～+10V。电流变送时FX2N-4AD模拟转换器选择3号通道，则程序初始化为H3033，选择的设定输入范围是-10～+10V。过压及欠压保护梯形图如下：上面梯形图表示由BFM#30中读出在“0”位置的特殊功能模块的ID号，保存在主单元的D4中。比较该值以检查模块是否是FX2N-4AD，如果是则M1变为ON。然后是程序的初始化，将H3330写入FX2N-4AD的BFM#0，建立模拟输入通道（CH1）。将4写入BFM#1，将CH1的平均采样数设为4。然后FX2N-4AD的操作状态由BFM#29中读出，并作为FX2N主单元的位元件输出。如果操作FX2N-4AD没有错误，则读取BFM#5的平均数据送D0。然后与过压、过流及欠压值分别进行比较，根据结果输出相应的报警信号。上式中的K570、K874和K884的计算根据FX2N-4AD的分辨率及模拟量输入范围可得：过压时，即是K874欠压时，即是K5704.4过流保护4.4.1电流变送器及电流互感器电流互感器它的工作原理和变压器相似。它的特点是：(1)一次线圈串联在电路中，并且匝数很少，因此，一次线圈中的电流完全取决于被测电路的负荷电流．而与二次电流无关；(2)电流互感器二次线圈所接仪表和继电器的电流线圈阻抗都很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定互感比：KN=I1n/I2n因为一次线圈额定电流I1n己标准化，二次线圈额定电流I2n统一为5(1或0.5)安，所以电流互感器额定互感比亦已标准化。KN还可以近似地表示为互感器一、二次线圈的匝数比，即KN=N2/N1式中N1、N2为一、二线圈的匝数。电流互感器的作用就是用于测量比较大的电流。当电流超过一定数值时，电度表和其它测量仪表应经电流互感器接入电路，使测量仪表及工作人员避免与大电流回路直接接触，从而保证仪表及人身的安全。在仪表制造方面也易做到标准化，且可利用互感器任意扩大测量范围，仪表的准确度也容易提高。LA-10Q电流互感器为半封闭式浇绝缘，户内型产品.适用于交流50Hz，10KV及以下线路中，供电流,电能功率测量以及继电保护用。我选用额定电流为100/5的LA-10Q型电流互感器，即它的匝数比为KN=N2/N1=1/20。我选择LA-10Q型电流互感器和D2PTC1AC电流变送器。表4-3为本设计所选的电流变送器型号参数:表4-3电流变送器型号参数型号及规格D2PTC1AC电流变送器辅助供电电压110/240VAC,±20%24/48/110/220VDC±20%耗电3.5VA-AC.4VA-DC输入值Iin0-1AAC/0-5AACVinN.A.DC输出（单/双）0-1mA,0-5mA,0-10mA,0-20mA,4-20mA,0-5V,0-10V信号输出NO单（可选择双输出）响应时间小于500毫秒输入/输出隔离直流电温度0oC至+55oC4.4.2过流保护梯形图4.5温度自动控制4.5.1温度传感器热电阻温度计最大的特点是测量精度高，在测量500℃以下时，它的输出信号比热电偶大得多，性能稳定，灵敏度高。另外热电阻温度计不需要冷端温度补偿，所以在中低温（-200～650℃）测量中得到了广泛得应用。根据实际情况选择江苏省苏科仪表有限公司的插座式热电阻。插座式热电阻采用接插件形式，安装方便。适用于测量-200-+450℃范围内液体、气体及固体表面测温。型号及规格表4-4热电阻技术参数型号分度号测温范围℃热响应时间保护管材料规格WZP-260Pt1000-100＜30S1Cr18Ni9Ti100150200250300WZP2-260＜45SWZP-267MPt100-50-+150＜30SWZP-269Pt100-200-+300＜30S75100150200250WZP2-269＜45SWZC-269Cu50-50-+100＜120SWZP-270Pt100-200-+420＜15S5075100150200WZC-270Cu50-50-+150＜45SWZP-280Pt100-200-+300＜30S4.5.2温度自动控制梯形图4.6计数器与显示模块设计4.6.1LED数码管LED数码管是由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符，LED数码管有8字形和米字形两种字形显示，各有共阳极和共阴极两种。常用的LED显示器为8段(或7段，8段比7段多了1个小数点“dp”段)。每—个段对应1个发光二极管。这种显示器有共阳极和共阴极2种。如图4.2所示。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。(a)共阴极(b)共阳极(c)外形及引脚图4-18段LED结构及外形4.6.2计数器与显示模块的设计计数采用的是PLC内部计数器。PLC内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如X、Y、M、S、T等）进行计数。本食品包装机是在包装成品的出口处安装一个光电开关X6，当包装袋经过时光电开关输出一个脉冲信号，PLC内部计数器对脉冲进行计数，同时用四位数码管将PLC内部计数器的值用对应的十进制数显示。PLC输出的值是BCD码，本电路选用译码芯片为74LS47，共阳极四位数码管。显示部分由PLC的SEGL指令实现，输出端Y30～Y37提供数据信号和选通信号；芯片工作电源为+5V，显示当前已完成包装的成品数量。计数器数码管显示部分的接线图4-2所示：图4-2数码管显示接线图SEGL是FX2N系列PLC带锁存的七段显示功能指令。当执行SEGL指令时,一般情况下,PLC系统要用12个巡回扫描周期将计数器D3单元中的16位BIN数码转换为BCD码,送到Y30～Y33,选通信号则为Y34～Y37。考虑到采用不带外部锁存的电路时,如将系统的巡回扫描周期作为动态显示驱动周期,则即使巡回扫描周期很短,通常也难以满足动态驱动的要求,这是因为需12个周期才能完成一次数据显示,而动态驱动是应用人眼的视觉暂留现象,为避免闪烁感,重复频率一般要求在100HZ以上。当遇到运行的巡回扫描周期很长的情况,例如数百毫秒,既使采用带外部锁存的静态驱动电路,因更新数据长达12个周期,也会使显示过程显得不连续,产生滞后感。为此在SEGL后加了一句RE