【《基于PLC的包装机控制系统硬件设计案例》3800字】

基于PLC的包装机控制系统硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u7201基于PLC的包装机控制系统硬件设计案例 1322341.1PLC的选型 1220941.2喷码机的选型 5241471.3传感器的选型 6131551.4电机的选型 6191431.5I/O地址分配 7基于PLC的包装机硬件设计总体结构见图3-1。图3-1硬件总体结构图按下启动键，电动机开始运转，输送带开始装袋。检测到盒子A后，高速计数器开始计数。在数到1000脉冲的时候，箱体正好到达封箱机下面进行封箱，此时传送带继续工作。在封箱过程中，箱体继续向前推进，在封箱机停止之前，需要500次脉冲脉冲。箱体向前推进，当计数脉累计300次时，喷码机开始喷码，喷码时间为6秒，完整的工作流程已经完成。按下停止按钮使电机停止运转，输送机不再传送包装箱和速度计不再计数。1.1PLC的选型可编程控制器是一种专门用于工业环境中进行数字运算的电子设备。该系统使用可编程存储器来储存逻辑指令、顺序指令、时间指令、运算指令与算术，可以用数字输入、输出或者模拟输入，以达到在不同机器或者生产过程中运行的目的。当前的plc拥有许多不同的功能和指导，但它们都是以微处理器为核心的专门的工业控制计算机。它们的结构和运作的方法大致相同。这种设备的结构类似于小型计算机，它的中央部件是CPU、RAM、只读存储器、输入/输出方式、电源、输入/输出扩充介面等。随着PLC技术的不断发展，目前已能完成以下控制功能：（1）状态调节作用；又称“逻辑控制”或“顺序控制”，指用PLC非命令替代继电器触点串联方式、并联和其他逻辑连接，达到开关控制的目的。（2）计时/计数的控制。所谓状态控制功能就是用PLC所提供的定时器、计数器完成一些操作，不需要定时器计数器就可以。（3）数据处理。数据处理功能指PLC具有数据传输、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算、编码、解码。（4）步控功能。stepController函数表示具有步骤指令以操作多个处理器。目前的步骤才会结束，以便对程序进行后续控制，将步进控制器更换为装置。（5）模数和数字模拟功能。数值模拟和数值模拟功能是通过数字仿真模块将模拟值转换成数值。（6）动作控制功能。通过高速计数器和位置控制模块，运动控制功能是指单轮或多轴运动控制。（7）技术过程管理职能。工艺控制功能是指用PIDPLC指令或控制模块实现温度、压力、速度、成本等物理参数的封闭循环。（8）增强功能。扩充功能是指将输入输出模块（t.e.扩展模块）连接起来，增加不同的智能模块和特殊功能模块，以增强plc的控制。（9）远距离输入输出功能。远距离的输入输出功能是连接远端输入输出设备，通过远距离输入输出装置与主机plc相连。（10）通信网功能。通讯网络功能包括：plc网络、plc与上位机通讯、远程输入控制、数据交换等功能。（11）监测功能意味着，plc能够追踪系统的工作状态和进程，追踪信号和记录系统中的异常情况，甚至是自动关机；也可在网络驱动程序中调节并改变定时器设置及计数器值或者强制输入输出状态。可编程控制器硬件包括5个模块：中央处理器（CPU）模块、内存模块（RAM）模块、I/O模块以及编程器模块。方案结构可以划分为两大部分：（1）监视程序：本系统自带的程序，用于控制PLC的操作（2）使用者程式：使用者所写的程式，用以控制所受控制的系统之操作。PLC具体结构图如图3-2：图3-2PLC结构图在应用程序的设计中，PLC选择得当非常关键。不同的机型分别与其结构类型、性能、能力，指令系统、编程方式和价格相对应。国产PLC以西门子、AB、欧姆龙、三菱、台达为主。本论文针对下列因素，选取了特定PLC模型：（1）结构型式：PLC的结构类型以整体式和模块化。机床的I/O点集中于PLC,CPU，很难进行扩充，主要应用在工艺流程比较简单的控制系统中；功能模块以模块化的方式分布，易于扩充。I/O点的种类繁多，数量众多，拓展灵活，使用方便。主要应用在大型操作系统中。（2）安装方式：PLC可以分为集中式、远端输入/输出、分布式和其他形式，这取决于安装的方式、可编程控制器网络。集中式方式无需安装远距离装置，系统反应快，成本低；远距离输入输出系统设备分布广泛，远距离输入输出装置分散，使得连接更加方便；分布式应用程序可在同一时间内实现多个PLC网络，独立管理多个设备。（3）功能要求：普通PLC的逻辑运算、计数、定时和记忆功能能达到一般控制的要求。（4）响应速度：在自动化领域中，PLC作为通用控制器，各级控制器响应速度相差较大，少则数毫秒，多则数百毫秒。通过分析控制需求，选用适当的控制器，可取得功能和经济相统一的好效果。（5）型号统一：某一装置控制系统型号要尽量均匀，做到装置通用性好、易采购、易交流、资源共享。总之，本文选用西门子s7-200plc为核心控制芯片对包装机控制系统进行控制。它具有以下特点：一是逻辑指令中包含着大量函数指令。其命令超过了200条，不但能实现普通逻辑控制，也能实现运动控制、位置控制与模拟，能够对变频器电机的转速实现直接的控制。二是快速的CPU运算能力。每个基础指令的执行速率约为0.22微秒。三是用户程序具有较大的存储能力。适用于复杂的控制及数据的处理。四是具有V4.0step7-micro/WINSP3的功能。本系统是西门子公司基于S7-200PLC开发的一款软件，它的主要功能是为使用者提供控制程序，并可实时监测使用者的程序运行。五是强大的网络通讯能力.CPU226具有两个RS485接口，可以直接与PC机或触摸屏进行连接，而无需插头。S7-200系列输入电路的连接显示为3-3。当执行输入电路时，主要需要连接输入元件和相应的输入点，再根据输入继电器将信息传送给PLC。PLC在输入信号采样阶段能够得到需要的信息，只需要改变输入组件状态即可改变输入继电器状态。图3-3输入信号采集回路一般情况下，输出界面可分为继电输出、提利斯输出和提利斯输出。各输出电路均采用弧形技术，外部供电，输出电流0.5~2A，负载特性对输出电流的影响较大。输出电路为PLC负载控制电路，输出电路连接如图3-4所示。负载根据输入点与供电端相连，构成一个循环，通过输入点PLC的切换来实现负载的调节，从而达到对负载的作用。根据输入点的技术指标及对其性能的需求，确定了负荷的选取标准。图3-4输出回路的连接1.2喷码机的选型在喷码设备的选型中，要从控制系统中获取批号、生产日期等信息，通讯是喷码装置的重要作用，要保证喷码装置上的信息清楚、容易辨认，就必须采用大型喷码机。按照上述要求，以及喷码的速度、品质、设备成本及其他因素，最后选用伟迪捷公司的VideoJet2120喷码机，这种喷码机能够清楚地打印出不同种类的包装材料、字体与条形码。喷码机可根据需要打印单线和双线字符。字符的高度可以按需调节，装有大型存储器。1.3传感器的选型（1）光电传感器在分析了各种位移近开关的工作机理、工作条件及工作特性的基础上，针对包装过程中所处的工作条件和要求，选用了一种新型的光电接近开关，以最大限度地降低工作条件对其测量准确率的影响。最后，选择BannerQS18系列聚焦式光电传感器，具体型号为QS18VP6CV45Q5。（2）旋转编码器在本课题中，用一个旋转编码器（encoder）来控制设备的旋转。如果需要提升包装层，设备中的一对齿轮相互相对转动90度。在装置位置安装位移传感器，可实现设备内齿轮对角度的控制。角动量传感器根据实际情况选用了倍加福增量型光电旋转编码器RVI58L。1.4电机的选型对包装机而言，所谓传输方式，就是机械设备中能量传递方式。动力传动通常采用链条传动和皮带传动、摩擦传动与齿轮传动等。机械传动系统可分为三大类，即液压传动、机械传动与电动传动。实际上，机械部分主要是用电驱动作为动力，执行机械结构以完成特定的传输过程。内燃机是一种常用的能量传递装置，主要由异步引擎、步进引擎、伺服引擎等组成。感应驱动器是一种把电能转换成动能的电磁装置。在工业生产过程中，主要用于驱动力矩，以及作为电力设备或各种机械结构的动力。三相异步发动机性能好，设计简单，操作可靠，重量轻，使用范围广，使用方便。步进电机是当今数字程控系统中的重要执行器，也是开环控制中的一种。其原理就是把电脉冲变成角位移，以及由脉冲频率及个数控制电机移动距离，使得电机收到脉冲后，能够按一定角度移动，即步距角。步进电动机要求具有将直流电转变成分时电源的脉冲信号，并利用多相定时控制电流，实现步进电动机的工作。是一种用于对伺服系统各机械部件进行操作的引擎，是辅助马达的非直接换档机构。伺服系统利用电压讯号转换成力矩或速度来驱动受控对象，以达到准确的位置及速度等参数。采用伺服电机构成闭环控制系统，将运动部分反馈的运动结果与预置指令进行比较，进一步校正运动结果，提高系统的运动精度。这种伺服电机的特点是：（1）起动转矩高；（二）运行范围广泛；（3）无自转现象。针对该工程中包装机动作过程中的需要，对于运动精度的要求并不太高，因此选择三相异步电机，电机的具体型号为R37FDT71D4/BMG/HF/ASB1/0.37KW。1.5I/O地址分配控制系统的输入信号启动、复位、停止按钮1个，50、70、90按钮各1个，光电传感器3个，电感传感器3个，现场传感器1个，总计13个；输出信号有夹紧电磁阀三个，指示灯三个，封膜机、贴标机、装箱机各一个，总计15个。针对药品包装机系统控制需求，已知期望输入信号及输出信号。总之信号分布表见表3-1：表3-1I/O分配表输入系统输出系统符号地址名称符号地址名称SB1I0.0复位按钮YV1Q0.0夹紧1电磁阀SB2I0.1启动按钮YV2Q0.1夹紧2电磁阀SB3I0.2停止按钮YV3Q0.2夹紧3电磁阀SB4I0.350颗按钮KA1Q0.3传送带电机变频器SB5I0.470颗按钮KA2Q0.