PLC課程設計（論文）啤酒灌裝空瓶箱輸送皮帶控制裝置

1、本科生課程設計（論文） 1 摘要 現(xiàn)代社會對灌裝食品的安全要求越來越高，為保證灌裝出的啤酒等食品整 齊美觀，并且具有良好的包裝質(zhì)量，要求灌裝機具有精確的動作、定位精度和 較高的效率。空瓶等材料的快速使用及回收決定了整條生產(chǎn)線的效率。因此對 于灌裝機的要求越來越高，對于皮帶等控制系統(tǒng)及其外部器件的要求也越來越 高。傳統(tǒng)的繼電器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求了，所以研制高效、經(jīng)濟且有 一定柔性的皮帶輸送控制系統(tǒng)是市場的迫切需要。本文著重設計了一款基于 plc 的空瓶傳送帶控制系統(tǒng)，對于控制系統(tǒng)的硬件及軟件設計做了詳細的介紹。 關(guān)鍵詞：定位精度；繼電器；plc；控制系統(tǒng) 本科生課程設計（論文） 2 第一

2、章 緒論 1.1 設計背景 隨著我國啤酒行業(yè)的不斷發(fā)展，啤酒品牌呈現(xiàn)出種類不斷增多、豐富的局 面。尤其是啤酒的生產(chǎn)產(chǎn)量的不斷提高，對啤酒箱的傳送技術(shù)提出了更高的要 求，特別是對啤酒灌裝箱傳送帶系統(tǒng)提出了更新更高的要求。在當前各種多功 能傳送帶控制設備逐漸進入各企業(yè)的情況下，我們有必要對國產(chǎn)傳送帶控制系 統(tǒng)的應用現(xiàn)狀及發(fā)展做進一步討論。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常需要對啤酒瓶進行計數(shù)、傳送。如果用人工完成 不但麻煩，而且效率低，勞動強度大。隨著微型計算機控制的普及，特別是 plc 的應用，給該類系統(tǒng)的設計帶來了極大的便利，在本次設計中，將主要介 紹 plc 控制傳送系統(tǒng)的設計方法。 1.2 國內(nèi)外發(fā)

3、展現(xiàn)狀 我國早期的礦產(chǎn)資源傳送帶輸送工序主要是采用手工傳送，后來隨著科學 技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸采用機械化裝箱。我國最早使用的傳送帶輸送機主要是 從國外進口的，20 世紀 70 年代中期，天津力生制藥廠就曾經(jīng)進口過意大利生 產(chǎn)的全傳送輸送機，但由于當時我國傳送材料的質(zhì)量及其制作工藝都達不到機 器傳送的要求，使得傳送帶輸送機一直無法正常使用。所以，全傳送帶輸送機 在我國的應用一直無法得到廣泛的推進，以致我國礦產(chǎn)資源生產(chǎn)在很長的一段 時間內(nèi)不得不放棄傳送帶輸送機而采用手工操作，使生產(chǎn)效率極端底下。20 世 紀 80 年代后，相關(guān)技術(shù)水平獲得了飛速發(fā)展，傳送材料的質(zhì)量及箱子制作工藝 等方面的技術(shù)有了明

4、顯的進步，全傳送帶輸送機開始得到了應用與推廣。也正 是此時，礦產(chǎn)資源傳送帶輸送機改變了國外礦資源一統(tǒng)天下的局面，國產(chǎn)礦產(chǎn) 資源傳送帶輸送機開始面市并獲得了廣泛的應用。20 世紀 90 年代末期，一些 生產(chǎn)量大的生產(chǎn)企業(yè)相繼開始采用國產(chǎn)的全傳送帶輸送機來代替手工傳送，同 時國內(nèi)一些相關(guān)的企業(yè)也在研制與生產(chǎn)功能更加全面的全自動傳送帶輸送機。 本科生課程設計（論文） 3 第二章 課程設計的方案 2.1 設計任務 本次設計的任務主要是運用所學的可編程控制器和其他電子元件的原理及 技術(shù)，設計一款基于 plc 和變頻器技術(shù)的啤酒灌裝空瓶箱輸送皮帶控制裝置， 并在實踐的基本技能方面進行一次系統(tǒng)的訓練。能夠全

5、面的運用 plc 課程中所 學的基本知識和和基本技能，并初步掌握 plc 系統(tǒng)設計的基本方法。 2.2 設計規(guī)格 本設計主要是應用所學的 plc 和傳感器以及變頻器等所學知識的綜合應用。 設計啤酒灌裝空瓶箱輸送皮帶控制裝置，由一個二級皮帶傳送，并且兩條皮帶 同步運行，速度 0.05-0.5m/s 可調(diào)?？刂齐姍C采用交流 22kw，額定電流為 42.2a 的三相電機，最大轉(zhuǎn)速 2940r/min，調(diào)速采用變頻器。 2.3 使用器件及其規(guī)格 兩臺控制電機：三相電機，額定電流 42.2a，交流 22kw，最大轉(zhuǎn)速 2940rmin； 一臺光電傳感器：精度 1 級； 一臺 led 顯示屏； 兩條傳送皮

6、帶； plc 可編程控制器及其外部接線和擴展模塊； 一臺變頻器。 2.4 設計思路 兩條傳輸皮帶由兩臺控制電動機控制，由同一個開關(guān)控制啟動或者停止， 當皮帶運行時，變頻器可以調(diào)節(jié)傳送皮帶的速度。在第二條傳送皮帶的末尾處 上方有一臺機械手，用來抓取空瓶。機械手上裝有感應是否有空瓶箱的光電傳 感器，當光電傳感器感應到空瓶箱到達皮帶末尾處的時候，傳感器開始工作， 并且通過電路使電動機停止工作，皮帶也隨之停止。然后機械手抓起空瓶，一 般需要 23 秒鐘，可以通過定時器來延時。當 23 秒后，電動機恢復啟動工作， 皮帶繼續(xù)運行，以此類推。 本科生課程設計（論文） 4 2.5 方案論證 2.5.1 plc

7、 選型 （1）西門子 s7-200 系列： s7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢 測、監(jiān)測及控制的自動化。s7-200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或 相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此 s7-200 系列具有極高的性能/價格比。 s7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從 替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有 與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力 設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠 化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)

8、。 s7-200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 極高的可靠性 極豐富的指令集 易于掌握 便捷的操作 豐富的內(nèi)置集成功能 實時特性 強勁的通訊能力 豐富的擴展模塊 s7-200 系列 plc 常用的 4 種 cpu 模塊： cpu221：集成 6 輸入 4 輸出，無擴展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小，有 一定的高速計數(shù)功能，適合于少點數(shù)的或者特定的控制系統(tǒng)使用。 cpu222：集成 8 輸入 6 輸出，最多擴展兩個模塊，因此是應用更廣泛的全 功能控制器。 cpu224：集成 14 輸入 10 輸出，程序存儲容量擴大一倍，數(shù)據(jù)存儲容量擴 大了四倍，它最多可以有 7 個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強的模

9、擬量和高 速計數(shù)能力，是使用最多的 s7-200 系列產(chǎn)品。 cpu226：集成 24 輸入 16 輸出，與 cpu224 相比，程序存儲容量擴大一倍， 數(shù)據(jù)存儲容量增加到 10kb，它具有兩個通信口，通信能力大大增強，經(jīng)常 用于點數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 本科生課程設計（論文） 5 （2）歐姆龍 cp1e： 這是一款新一代小型 plc 的代表性產(chǎn)品，有超低價格，對應更多的全球競 爭的控制設備。cp1e 提供了高的性價比，cp1e 多功能一體型 plc 可選擇多 cpu 型號;cp1e-e 基本型或 cp1e-n 應用型，通過提高性價比，進一步實現(xiàn)降 低成本;20/30/40 點

10、型 cpu。 cp1e 有著簡化的編程操作和一眼即知的 i/o 接線狀態(tài)，這使得它很受緊湊 設備制造商的青睞。cp1e 將設備制造商從繁重的控制系統(tǒng)設計、調(diào)試和維護中 解放出來，令其可以更加專注于設備本身的制造。 cp1e 的 cpu 有兩種類型。e 型是基本型 cpu 單元，提供了低成本和必須的基 本功能。n 型是應用型 cpu 單元，內(nèi)置了一個串口以連接觸摸屏，提供了脈沖 的輸入和輸出功能用于定位控制。能夠?qū)o湊型設備實行更有效的控制。 cp1e 的主要特性： cp1e 回應了小型 plc 最基本的要求：降低成本。通過修正了元器件的成 本，而非犧牲性能來實現(xiàn)。 所有系列均配置 usb 口，

11、可以使用 usb 電纜與計算機連接，更方便。 io 狀態(tài)一目了然，指示燈放在 io 接線的位置，非常容易觀察開關(guān)狀態(tài)。 編程軟件增加智能輸入功能，編程工作量減少 30。 6 點單相高速計數(shù)，2 點 100khz，4 點 10khz。 2.5.2 傳感器的選擇 光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變 化轉(zhuǎn)化，為電流的變化以達到探測的目的。光電開關(guān)具有如下特點：輸出回路 和輸入回路是電隔離的（即電絕緣） ，體積小、精度高、檢測距離遠，防水、防 腐蝕、防震動，抗光、電、磁等干擾。所以它可以在冶金、紡織、煙草、造紙、 化工、電力、保安等各種行業(yè)得到應用。光電開關(guān)（光電傳感器）

12、利用被檢測 物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無。物體不限 于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上 轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行 探測。 光電開關(guān)在一般情況下由三部分構(gòu)成，它們分為發(fā)送器，接收器和檢測電 路。光電開關(guān)的重要功能是能夠處理光的強度變化：利用光學元件，在傳播媒 本科生課程設計（論文） 6 介中間使光束發(fā)生變化；利用光束來反射物體；使光束發(fā)射經(jīng)過長距離后瞬間 返回。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于二極管（led）和激 光二極管。光束不間斷的發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻

13、射強 度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標不間斷地運行。接收器由光電二極管或光 電三極管組成。在接收器的面前，裝有光學元件如透鏡和光欄等。在其后面是 檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還 有發(fā)射板和光導纖維。 2.5.3 變頻器 在很多的生產(chǎn)線中，都需要用到皮帶傳送機，它可以快速的傳送生產(chǎn)過程 中的產(chǎn)品和配件等，能夠使產(chǎn)量和生產(chǎn)效率大為提高?；葚S f1000 系列變頻器 是一種使用靈活價位適中的變頻調(diào)速裝置，可用于各種速率的驅(qū)動系統(tǒng)，功率 范圍可從 315w-0.2kw 不等。 在 f1000 變頻驅(qū)動裝置中集成有這樣的標準功能：高精度速度設定值，固 定速度（頻率）

14、設定值等均可通過簡單的設置來選定；靈活的控制方式，擴展 的集成保護功能，以及其他一些功能。同時 f1000 系列變頻器也可以對具有一 定頻帶寬度的固定頻率進行抑制。這是一種可避免共振干擾的極為簡便的方法， 而共振干擾往往會加劇元器件的損壞。 2.5.4plc 主機和擴展單元的選擇 因為該系統(tǒng)的的輸入 3/輸出 8，通過合理的選擇，主機選取的是 cpu222， 該主機集成輸入 8/輸出 6，它最多可以擴展 2 個模塊，是應用廣泛的全功能控 制器。但是系統(tǒng)電路還缺少 2 路輸出，因此需要填加一個擴展模塊，因為只要 輸入，所以用擴展模塊 em222 就可以，該擴展模塊 8 點 dc 和 4 點 dc

15、、8 點 ac、8 點繼電器和 4 點繼電器。 本科生課程設計（論文） 7 2.6 系統(tǒng)總體框圖 主機 cpu222 電源 電動機 1 電動機 2 光電傳感 器 模塊 em222 變頻器 開關(guān) 顯示電路 本科生課程設計（論文） 8 第三章 硬件電路設計 3.1 主電路圖 3.2 光電傳感器與開關(guān)的接線電路 123456 a b c d 654321 d c b a title nu mberrevisio nsiz e b date:23 -dec-201 0sh eet of file:c:do cuments and settingsaaa桌桌m(xù)ydesign.dd b drawn by:

16、 q1 r2r3r4 d1 r1 3 2 1 84 lm 293 a gn d vc c 本科生課程設計（論文） 9 3.3 三相電動機控制圖 如圖 3.2 所示，線路要求電動機 ma1 和 ma2 同時啟動，同時停止。按下 sf1 按鈕后，接觸器 qa0 線圈通電并自鎖，電動機 ma1 和 ma2 啟動。當傳感器 接收到信號時，sf2 閉合，sf2 常開觸點斷開，常閉觸點接通，同時時間繼電器 kf 線圈通電。由于 sf2 的常開觸點斷開所以電動機 ma1 和 ma2 停止，當定時 2 秒到時，常閉 sf2 斷開，電路又重新工作，電動機 ma1 和 ma2 又開始啟動。 本科生課程設計（論文）

17、 10 3.4 plc 外部接線圖 第四章 軟件電路設計 4.1 io 分配表 輸入： 啟動 sf1i0.0 停止 sf2i0.1 光電傳感器i0.2 輸出： 本科生課程設計（論文） 11 電動機 ma1q0.0 電動機 ma2q0.1 變頻器q0.2 led 顯示q0.3q0.5 紅燈q0.6 綠燈q0.7 4.2 plc 梯形圖 第五章 系統(tǒng)測試與實驗仿真 本科生課程設計（論文） 12 第六章 設計總結(jié) 本次設計利用變頻器來調(diào)節(jié)傳送皮帶的速度，運用 plc 控制器來控制系統(tǒng) 運行，運用 led 顯示皮帶速度，具有良好的經(jīng)濟性和實用性。本系統(tǒng)在實驗室 調(diào)試成功，實現(xiàn)了對空瓶箱運行、抓取等一系

18、列動作的正常工作和監(jiān)控。為現(xiàn) 代工業(yè)控制的生產(chǎn)起到了積極作用。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、靈活，具 有良好的使用價值和投資價值。 雖然本次課程設計是要求自己獨立完成，但是，彼此還是脫離不了集體的 力量，遇到問題和同學互相討論交流。多和同學討論。我們在做課程設計的過 程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自 己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設計和在一起。討論不 僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己 的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設計的方法，在設計的過程中最 好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題 在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是 每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法。 本科生課程設計（論文） 13 經(jīng)過這次設計我學到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學過的知識， 而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。而且通過這次課程設計使我懂 得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學 的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正的學到知識，從 而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 參考文獻參考文獻