1、高等教育自學考試本科畢業論文基于PLC的糖果包裝機的控制系統設計考生姓名： 準考證號： 專業層次： 本科 院 （系）：機械與動力工程學院指導教師： 職 稱： 講師 重慶科技學院二O一四年九月一日高等教育自學考試本科畢業論文基于PLC的糖果包裝機的控制系統設計考生姓名： 準考證號： 專業層次： 本科 指導教師： 院 （系）：機械與動力工程學院重慶科技學院二O一四年九月一日重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 中文摘要摘 要PLC作為傳統繼電器控制裝置的替代品已經廣泛應用于工業控制的各個領域，它可以通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小、結構簡單、抗干擾能力強及可靠性高的特點被廣泛應用。此次設

2、計采用PLC來實現對糖果包裝機的總體控制，此包裝機穩定性好，效率高，技術實用，制造工藝先進化，產品節能化，生產過程高度機械化、自動化，外形美觀等特點。此裝置還適合于各種環境下進行工作，有廣泛的應用前景。本文介紹了一個基于PLC的糖果包裝機的系統設計，詳細的描述了利用可編程控制器（PLC）設計開發糖果包裝機的過程。重點對糖果包裝機的PLC控制要求的選擇，對PLC控制系統主要元器件的選擇，以及糖果包裝機的各功能模塊的設計和糖果包裝機的主要控制系統的總體設計，確定了糖果包裝機的總體結構，由PLC來實現對糖果包裝機的總體控制，變頻器來實現變頻調速，步進電機來實現對糖果的運輸問題，傳感器來實現對糖果運輸

3、位置的檢測從而進行開關控制。關鍵詞：PLC，包裝，系統設計I重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 英文摘要PLC-based system designed candy packaging machinABSTRACTPLC as a substitute for traditional relay control device has been widely used in various fields of industrial control, it can be changed by software to control the process, and has the char

4、acteristics of small volume, simple structure, strong anti-interference ability and high reliability, has been widely applied. This design uses PLC to achieve the overall control of the candy packing machine, the packaging machine has good stability, high efficiency, practical technology, manufactur

5、ing processes have evolved first, energy-saving products, the production process of high mechanization, automation, beautiful appearance and other characteristics. This device is also suitable for work in various environment, has the widespread application prospect.This paper introduces a system des

6、ign of candy packing machine based on PLC, a detailed description of the use of programmable logic controller (PLC) design and development process of candy packing machine. The focus on the choice of candy packing machine PLC control requirements, the main components of the PLC control system of cho

7、ice, and the main control system design of each function module of candy packing machine and candy packing machine's overall design, determine the overall structure of candy packing machine, by PLC to realize overall control of candy packing machine. The frequency converter to realize the variab

8、le frequency speed control, step motor to realize the transportation problem of candy, sensor for detection of candy to transport position switch control.Keywords: PLC,Packaging, System designII重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 目錄目 錄中文摘要英文摘要II1緒論11.1 課題背景及研究目的和意義11.2 國內外研究現狀12系統的總體設計22.1糖果包裝機生產工藝簡述22.2 糖果包裝機控制要求

9、62.2.1控制對象分析62.2.2控制系統方式選擇72.2.3 系統運行方式72.3 控制系統主要器件的選擇82.3.1PLC控制器的選擇82.3.2變頻器選擇92.3.3步進電機及其驅動器的選擇92.3.4傳感器選擇133控制系統的硬件設計143.1供電模塊設計圖143.2主電機模塊設計153.3包裝紙控制模塊設計163.4總體控制系統簡述184控制系統的軟件設計234.1系統的功能流程234.2 PLC控制指令語句245結論25致謝26參考文獻27III 附錄28論文原創性聲明32IV 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 1 緒論 1 緒論1.1 課題背景及研究目的和意義隨著科學技

10、術的快速發展，PLC控制系統已經擴展到了很多工業領域，基于PLC總線的工藝控制計算機。基于PLC糖果包裝機的控制系統，要求制造業對市場需求做出迅速的反應能生產小批量，多品種，多規格的各種糖果包裝，為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統必須具有極高的可靠性和靈活性，此類PLC控制系統專為在工業環境下應用而設計的，PLC的應用面廣，功能強大，使用方便，是當代工業自動化的主要設備之一。傳統的產品包裝主要是依靠手工操作，由于手工操作速度慢，衛生條件差，花色品種少等特點，難以供應市場需求。很多方面都無法和機械化包裝相比擬，現代化的包裝機械已超越簡單地模仿人的動作，有許多功能是手工操作根本不能實

11、現的。而三菱-PLC可以通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小、組裝靈活、編程簡單、抗干擾能力強和可靠性高的特點，因此本設計采用三菱-PLC來實現對糖果包裝機的總體控制。 1.2 國內外研究現狀PLC控制的糖果包裝系統在國內各行各業的應用雖然已經十分廣泛，但從生產的包裝機來講，總體發展水平仍然不高，同美國、意大利、英國等先進國家相比有著較大差距。現代化的生產日益趨向商品化、社會化和國際化。其產品已不單純是本國的消費，而是要發展出口創匯，逐步形成外向型的經濟。國內糖果技術專家在引進合作，自主獨創方面取得了優異的成績，在糖果設備方面先后推出充氣奶糖生產線，膠體軟糖自動線，超薄膜真空瞬時熬煮機組，棉

12、花糖生產線等：包裝機械有單扭結包裝機，折疊式包裝機，高速枕式包裝機等。多功能是新設備開發的一個重要趨勢，因為糖果品種花樣多，更新快，生產廠家對設備的要求是多功能，適應性強。此外，現在新推出的設備大都采用伺服電機，光電跟蹤等新技術，使其自動控制能力大大提高。國外已有較多的成熟產品，國外糖果包裝技術發展迅速，并在高速包裝，包裝多樣化，多層包裝等方面取得成果。美國、意大利、英國等國技術領先，都生產出了一批性能優異的糖果包裝機，并在各行業中廣泛應用。目前，國外產品包裝系統正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發展。1 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 2系統的總體設計2 系統的總體設計2.1

13、糖果包裝機生產工藝簡述巧克力設備方面有多功能花色巧克力澆注線，巧克力復合制品自動線，巧克力擠出成型線，巧克力快速精磨機等。比如一種巧克力復合制品自動線，全線由近20臺機組構成，由于不同品種工藝要求的差異，不但有個機組本身調整的問題，更有運轉過程中各機組之間的速度協調問題，該機組采用一臺總變頻器來控制各機組的調速變頻器。巧克力糖果包裝機是一款高速糖果包裝機械，可用于包裝各類塊狀糖果。三菱-PLC控制，袋長即設即切，無需調節空走，一步到位，省時省膜。參數設定方便快捷，故障自診斷功能，故障顯示一目了然，能將檢測出來的信息通域記憶構件或記憶演算，指令遠距離執行機構所規定的動作，如自動剔除不合格品，無料

14、不送袋，斷瓶不充填，缺盒不上標等等。高感度光電眼色標跟蹤，數字化輸入封切位置，使封切位置更加準確。溫度獨立PID控制，更好適合各種包裝材質。定位停機功能不粘刀，不浪費包膜。設備消耗的功率小，糖果包裝機的包裝對象（糖塊）的質量小（一般不超過20g），機器的功率主要用于克服摩擦力，所以消耗的功率就小。衛生要求高，糖果包裝機必須保證糖果的衛生質量。直接和糖塊接觸的構件應符合食品衛生要求，且能迅速地分解和組合，形狀簡單，便于洗滌。整個設備可以分為三大部分：生產線送糖部分，糖果包裝部分，包裝紙部分。其總體外觀圖如圖1-1所示。圖 1-1糖果包裝機外觀圖生產送糖部分直接與糖果生產線相連，通過傳送帶將糖果送

15、至托盤上，再通過送糖盤將巧克力糖送到鉗糖機械手上，包裝完成后由傳送帶將成品輸出。糖送到托盤上以后，接糖桿向下運動，頂糖桿向上運動是糖塊和包裝自夾在兩者之間，然后同步上升，進入機械手，使包裝紙成形，經過折邊器折一邊，由轉盤帶著機械手旋轉，經過托板，是包裝紙全部覆蓋帶糖塊的端面上，完成全部包裝。所有控制由軟件實現，方便功能調整和技術升級，永不落后。該部分僅可通過一顆糖果，糖果經過此通道過后形成隊列,依次從包裝入口進入如圖1-2所示。 1-2 糖果包裝機卷紙圖糖果包裝機的自動化程度高，一般都是自動包裝機，其結構復雜，自動化程度高，它可以是送紙，切紙，抄紙，理糖，包裹及打糖過程自動完善。易于調節糖塊的

16、形狀，大小，及包裝紙的性能，為使糖果包裝機能可靠地工作，糖果包裝機都有調節系統和一定范圍內的無級變速裝置。可以根據需求，對糖果包裝的速度進行無極變速，本機還可以自由更換糖果種類（但必須為顆粒狀的，其尺寸必須在長95-420mm，寬10-360mm，高5-70mm范圍內）。包裝紙送紙部分由齒輪機構驅動，拖動包裝紙向前運動。包裝紙安裝于包裝紙托盤上，正常送紙時，繃緊的包裝紙壓迫包裝紙剎車，使其在摩擦力的作用下向前運動；缺紙或斷紙時，繃力消失，包裝紙剎車回到原位置，系統報警。包裝紙的位置由色標傳感器進行定位，當位置出現偏差時，由控制系統發出指令驅動步進電機進行拖拉包裝紙運動，從而實現包裝紙的準確定位

17、。如圖1-3所示。1-3包裝紙卷紙機構圖糖果包裝部分是周期性的重復動作。整個包糖過程包括如下幾個步驟：推糖送紙包裝噴膠傳送粘合成品。巧克力糖果包裝機工作時很多動作是間歇性的，采用通過三相異步電機帶動齒輪機構提供動力，利用凸輪機構與連桿機構等機械結構配合進行包裝、進排糖、送包裝紙等動作，有效的保證了控制的速度與精度，使系統緊湊、可靠。而且糖果包裝后外形美觀，包裝紙無明顯損傷，撕裂，皺褶，機械結構簡單，操作方便，安全，維修容易，造價低。在包裝機開始工作前，通過安裝在下料筒后側的一個傳感器控制左、右壓緊氣缸動作，使左、右同步帶壓在下料筒兩側的平面上。推動裸糖進入包裝主箱體，同時另一端的送紙機構開始工

18、作，將準備好的包裝紙通過傳送帶送入包裝主箱體，主箱體在得到傳感器和PLC的信號后開始工作，將裸糖包裹，并噴膠進行粘合，最后通過成品傳送帶將已經包裝好的糖果送入成品糖庫。巧克力糖果包裝機主要通過一臺2.2KW的三相異步電機帶動各機械部分完成包糖的各種動作。糖果包裝工藝流程如圖2-1所示。噴膠成品糖庫送糖機構成品糖包糖機構推糖機構糖果托盤裸糖糖果包裝紙圖 2-1 糖果包裝機工藝過程圖裸糖經流水線到達糖果包裝機，當位于糖果包裝機入口處的光電傳感器檢測到有裸糖到來時，控制推糖機構的電磁閥得電，吸合、下拉推糖機構，與此同時推糖機構動作將糖果送入旋轉的糖果托盤中。當糖果進入托盤三個周期后，控制包裝紙轉動的

19、電磁閥閉合，開始送包裝紙。利用色標傳感器控制、調整包裝紙的位置，當紙位置合適時，包裝紙被截斷，在包糖機構的作用下，按預先設定的步驟，包裹糖果。若紙位置不合適，PLC將發出脈沖信號驅動步進電機對包裝紙進行前后拖動，對包裝紙位置進行調整。包裹完畢，進行噴膠，粘合之后，糖果經傳送帶送糖機構送至成品糖庫。在傳送過程中，由于傳送帶的楔形擠壓作用，糖紙粘合完成，同時也對其進行了更好的整形。5 2.2 糖果包裝機控制要求2.2.1控制對象分析包裝機的主要傳感器以開關量提供給PLC，作為決策的依據。開關輸入量有：（1）啟動/停止信號（2）色標信號（3）糖果生產線上行程開關（4）包裝后的糖果輸送線上的行程開關（

20、5）自動/手動開關（6）變頻器復位開關（7）噴膠開關（8）急停按鈕（9）色標開關（10）光電碼盤（11）速度調節（12）壓縮空氣開關輸出量有：（1）急停指示燈（2）無紙斷紙指示燈（3）色標補差信號燈（4）產品過大信號燈（5）強行送紙指示燈（6）色標狀態指示樓上（7）噴膠開啟狀態指示燈（8）步進電機控制器（9）急停控制信號（10）電磁閥1、2輸出信號大多是一些開關輸出信號，如主電機驅動、步進電機驅動等，這些信號經功率放大驅動對應的包裝執行機構。人機界面使用RS-232口進行通訊，變頻器使用RS-485口進行通訊。62.2.2 控制系統方式選擇當前控制系統領域較為成熟的控制技術主要有兩種，分別是D

21、CS控制系統和三菱-PLC控制系統。三菱-PLC控制系統和DCS控制系統相比，用三菱-PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個三菱-PLC的控制器，可以接收幾千個X/Y點（最多可達8000多個X/Y）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用三菱-PLC較為合適。因此在糖果包裝機的控制系統方式的選擇上，采用三菱-PLC控制系統。糖果包裝機的控制對象相對集中，主要有變頻器控利用三菱-PLC可以構成多種控制系統：單機控制系統，集中控制系統，分散型控制、包裝紙位置調整、步進電機驅動控制等，因此選擇集

22、中控制系統。集中控制系統模型如圖所示。各被控對象直接與三菱-PLC的X/Y口相連接，進行通信、控制。為提高系統抗干擾能力，在硬件方面，交流電源增加濾波裝置，輸入信號進行光電隔離，并遠離強電布線。信號采用屏蔽線傳輸，采用放射性一點接地等措施，消除、減弱共模和瞬變干擾。控制器控制對象C控制對象A 控制對象B圖 2-2 集中控制系統模型圖2.2.3 系統運行方式糖果包裝機的運行，采用自動運行和手動運行方式。與運行方式對應的是停止運行方式。糖果包裝機的停止運行方式包括正常停運、暫時停運、緊急停運三種。包裝機控制要求：手動運行：可以用按鈕對包裝機的各個部分進行單獨控制，便于調機，主要用于故障的檢修與恢復

23、。7自動運行:按下啟動按鈕，系統即開始連續、協調、周期性地完成各包裝動作，直到系統接收到停止運行信號。2.3 控制系統主要器件的選擇系統采用三菱-PLC進行集中控制，主要控制對象為一臺2.2KW的Y2-IP54系列三相異步電機。該Y2系列異步電動機具有效率高、起動轉矩大等特點。電動機比Y系列提高了外殼防護等級為IP54；提高了絕緣等級為F級絕緣，溫升作B級考核，降低了電動機的噪聲，用負載噪聲考核（原Y系列（IP44）電動機用空載噪聲考核）。電動機的結構設計合理，外形美觀。Y2系列三相異步電動機的冷卻方式為IC411，安裝尺寸及功率等級完全符合IEC標準和德國的DIN42673標準，與Y系列（I

24、P44）電動機相同。使用條件：環境空氣溫度不超過40；海拔不超過1000m；工作方式為連續運行A1工作制；額定電壓為380V；額定頻率為50Hz；3kW以下為聯結，4kW及以上為聯結。電機的參數如表2-1所示。表2-1Y2IP54三相異步電機主要技術參數型號額定功率滿載時堵轉電流堵轉轉矩最大轉矩KW轉速(r/min)電流(A)效率(%)功率因數(cos)額定電流Ist/IN額定轉矩Tst/TN額定轉矩TM/TNY2 IP542.214305.16800.817.02.32.3主要的控制器件包括：PLC、變壓器、變頻器、步進電機及其控制器、光電編碼盤等。2.3.1 PLC控制器的選擇合理選擇PL

25、C，對于提高PLC在控制系統中的應用有著重要作用。根據分析，以及I/O點數確定并按20%-30%備用量原則，選擇了臺達DVP-64EH系統。DVP-64EH是一款可擴充的高性能型主機，具有高速度，高性能的小型PLC，應用領域相當廣泛。主機具有16K Step程序存儲器，最大512點數位擴充，200KH高速計數器，200KHz高速計數器、200KHz脈沖輸出（提供伺服定位指令）。其內建RS-232與RS-485兩個通訊口，可自行擴充第三個通訊卡。可連接八臺類比、溫度、定位、8計數器等擴充模組。支持PID、PLC EASY LINK(32站)、10,000檔案暫存器、187應用指令。支持數位、類比

26、、通訊、存儲卡與資料設定器等功能。在本系統中，PLC的主要任務是接受外部開關信號（如按鈕、行程開關、繼電器等）的輸入，判斷當前的系統及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應的任務。2.3.2 變頻器選擇考慮到糖果控制系統對速度控制精度要求較高，負載為2.2KW的三相異步電機，屬于輕載。有兩款變頻器適用與糖果包裝機的要求，分別為臺達VFD-A型和臺達VFD-V型，我選擇了容量為2.2KW臺達VFD-V型變頻器。因為臺達VFDV系列是高性能矢量控制交流馬達驅動器。該變頻器采用矢量控制技術，從而提高了系統的控制精度和動態響應精度；輸出頻率在0.1400Hz且可設定V/F曲線；自動轉矩補償及誤

27、差補償；8段預設速度，7段可編程運轉；超低噪音，載波可自115KHz調整；內建PID回授控制，簡易定位功能；睡眠/喚醒功能和零速Holding功能；省能源，有自動穩壓功能18。如圖2-3所示。 圖2-3 臺達VFD-V型變頻器（左）和臺達VFD-A型變頻器（右）系統中的VFD-V型變頻器的使用V/f開環控制，但通過光電編碼器采集電機的實際轉速值。變頻器通過RS-485口接收PLC的“控制字”命令和轉速設定值，或向PLC發送“狀態字”和轉速實際值。2.3.3 步進電機及其驅動器選擇步進電機是一種專門用于位置和速度精確控制的特種電機，步進電機的最大9特點是其“數字性”，對于控制器發過來的每一個脈沖

28、信號，步進電機在其驅動器的推動下運轉一個固定角度，具有慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單，成本低(相對于伺服)、電機和驅動器不易損壞等特點，非常適合于微電腦和PLC控制。步進電機有步距角、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 (1)步距角的選擇電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。(2)靜力矩的選擇步進電機的動

29、態力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。(3)電流的選擇靜力矩一樣的電機，由于電流參數不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓）。10綜上所述，選擇電動機應遵循以下步驟負載步距角修正靜轉矩矩頻特性曲線電流電機型號圖2-3 步進

30、電機選擇步驟 步進電機在糖果包裝機系統中用于糖果包裝紙的精確定位，當糖果包裝紙位置不合適時，色標傳感器發出信號，PLC根據信號發出脈沖給步進電機驅動器對包裝紙進行色標補償，驅動步進電機前后拖動，不斷調整包裝紙的位置，保證糖果包裝的質量。糖果包裝機步進電機保持轉矩為12，系統中選用深圳步進電機公司兩相步進電機110系列中的2S110Q-03999型步進電機，使用2H1080型步進電機驅動器對其進行驅動。該型電動機的基本技術數據如表2-2所示。 表2-22S110Q-03999型步進電機基本技術參數整步步距角（度）靜態相電流（A）相電阻（）相電感（mH）保持轉矩（）阻尼扭矩（）最大軸向負載（N）最

31、大徑向負載（N）1.85.50.79.811.79.7602202H1080型步進電機驅動器是兩相雙極整半步型步進電機驅動器。它的特點是高性價比，高速力矩大，相應快，光隔離拆分信號輸入，靜止時自動低功耗運行，鎖機電流可調等特點。其供電電壓最大可達交流100V，提供電機更好的高速驅動性能；采用雙極性恒流驅動方式，最大驅動電流可達每相8.5A，可驅動相電流小于8.5A的任何兩相11雙極型混合式步進電機；對于電機的驅動輸出相電流可通過DIP開關調整，以配合不同規格的電機；具有DIP開關可設定電機靜態鎖緊狀態下的自動半流功能，可以大大降低電機的發熱；采用專用驅動控制芯片，可通過DIP開關設定整步或半步

32、的驅動控制方式，適合高速大力矩的應用需求；具有脫機功能，可以在必要時關閉給電機的輸出電流；控制信號的輸入電路采用光耦器件隔離，降低外部電氣噪聲干擾的影響。2H1080型步進電機驅動器規格參數如表2-3所示。其接線方法如圖2-3所示。表2-32H1080步進電機驅動器規格參數供電電壓交流60V100V輸出相電流4.5A8.5A控制信號輸入電流620mA冷卻方式內置強制風冷使用環境要求避免有大量金屬粉塵、油霧或腐蝕性氣體使用環境溫度10+45使用環境濕度<85%非冷凝重量1.65Kg圖2-4 H1080驅動器典型接線圖122.3.4 傳感器選擇傳感器分為NPN和PNP型。NPN是指當有觸發信

33、號時，信號輸出線動作于L+這條高電平的電源線。對于NO型，在沒有觸發信號時，輸出線是懸空的；有觸發時則發出與L+電源線相同的電平。對于NC型，在沒有觸發信號時，信號輸出線與L+電源線是連通的；當有觸發信號后，輸出線就懸空了。對于PNP型傳感器來說，信號輸出線是作用于L-這條低電平的電源線的。系統中PLC s/s端接+24V，故選擇NPN型傳感器。糖果包裝機中，共需要3個傳感器：一個色標傳感器、一個光電開關、一個行程開關。光電開關傳感器位于糖果包裝機的入口處，當有糖果到來時，發出信號，并傳送給PLC，PLC控制位于傳感器附近的推糖電磁閥吸合，推糖機構向下運動，將糖果推入糖果托盤。當糖果進入糖果托

34、盤三個周期后，PLC發出指令，吸合控制糖果包裝紙運動的送紙電磁閥，開始送包裝紙進行糖果包裝。接近開關傳感器位于傳送帶入口處，用于檢測糖果是否合格。當糖果超過設定高度時，到達行程開關位置，行程開關發出信號給PLC，PLC發出急停信號，整個系統停機，等待操作工人將不合格糖果剔除或技術維修人員進行維修。13重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 3控制系統的硬件設計3 控制系統的硬件設計功能概述：該機械用先進的PLC+光電系統中英文操作屏幕，可自動完成制袋，充填，封合，計數，打碼等工序，該機為組合式包裝設備。一部分為數數充填部分，裝配有112個振動下料盤，可以搭配性的使用其中一個，兩個，三個.，另

35、一部分為包裝器，自動完成包裝工作，該機可用于包裝食品：如糖果。可對物體進行單件或條盒自動裹包，送料，折疊，熱封。包裝速度可無級調速，更換折級板及少量零部件即可包裝不同規格大小，高矮，寬窄的盒式包裝物。3.1 供電模塊設計圖 3-1 糖果包裝機控制系統供電模塊電氣原理圖糖果包裝機系統中，設備多，工作電壓也不盡相同。三相異步電機工作電壓為380V AC，三菱-PLC的工作電壓為220V AC，人機界面等的工作電壓為24V DC，步進電機驅動器的工作為90V AC。如圖3-1所示。源由滑線引入電氣柜中，經過熔斷器后，再經由總進線空氣斷電器QS后供給系統的控制回路及主電機電路部分。變頻器使用380V交

36、流電壓以供驅動三相異步主機工作，故直接將三相電源經繼電器送入變頻器。14三相電源的線電壓為380V，相電壓為220V，因此系統取三相中的A相相壓提供220V交流電壓，A相經過交流穩壓器后提供給環形變壓器和開關電源等設備。環形變壓器T2的作用是將220V AC變為90V AC供步進電機驅動器工作。開關電源為系統提供24V DC電壓，為人機界面提供工作電壓，PLC的輸入、輸出點提供基準電壓。主電路及各分電路均有帶有預防過流過載功能的斷電器保護裝置，確保在系統過載時能及時與三相電源斷開，防止設備長期處于過流或過載狀態時危及設備安全。220V交流在送入設備之前先通過了穩壓設備，防止電壓出現大幅波動時，

37、對設備造成危害，提高了系統的可靠。3.2 主電機模塊設計3-2 主電機控制電氣原理圖糖果包裝機控制系統中，各機械部分的驅動是由一臺三相異步電機提供的。三相異步電機的具體參數見表2-1。如圖3-2所示電機的控制電氣原理圖。15主電機提供工作電源。正常工作時，變頻器通過RS-485口與PLC通信取得電機工作頻率，驅動電機在相應頻率在工作。過流和過載時，主電機持續發熱，熱繼電器斷開，主電機與電源被切斷，立即停止工作。急停時，PLC發出急停控制信號，其對應變頻器繼電器被斷開，主電機停止動作，等待維修人員進行故障排除。為了保證在系統故障時，能及時對電機進行剎車、制動。所謂制動，是指電能從電機側流到變頻器

38、側，此時電機轉速高于同步轉速。常用的制動方法是在變頻器側安裝制動電阻，將制動產生的能耗以熱量的形式消耗掉。= 三相異步電機的轉子速度與同步速度之差： N 100% = 100% S= 轉差率：相對比N N 為了保證在系統故障時，能及時對電機進行剎車制動，根據臺達變頻器技術手冊選用了300W 70的BR300W070型制動電阻，其具體參數如表3-1所示。主電機在啟動之前，應斷開不必要的負載，確保主電機輕載啟動。按下啟動按鈕后，電機在變頻器的控制下，逐步提高速度，實現高速運轉。若機器出現故障，立即切斷電源，并且進行機械制動，確保機器的安全。表3-1中ED%代表電阻值瓦特數及使用的頻率。表 3-1臺

39、達變頻器剎車電阻選用參數電壓適用馬達全載輸出轉矩KG-M應用電阻規格制動單元制動電阻料號用量制動轉矩10%ED%最小電阻值hPkW型式VFDB用量230V32.21.262300W 70BR300W070112535為了保證主電機轉速的精度，系統中使用了光電編碼器采集實際轉速值，并將其傳送給PLC，再由PLC與變頻器進行通訊不斷的進行修正。3.3 包裝紙控制模塊設計包裝紙的傳送在糖果包裝中相當重要，傳送過快或過慢均會造成包裝紙位置不合適，影響產品包裝質量。在Y06型糖果包裝機中，糖果包裝紙動作是由三相異步電機帶動相應的機械結構來完成的。在包裝紙傳送系統中加入了一臺步進電機和SICK KT3 W

40、-N1116型（NPN）色標傳感器，與PLC聯動，構成一個閉環系統，16重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 3控制系統的硬件設計實行色標補償。當色標探測到包裝紙位置不正確時，PLC會向步進電機驅動器發送脈沖，驅動步進電機對其位置進行調整，從而保證包裝的質量。步進電機及其驅動器電氣原理圖如圖3-3所示。圖3-3 步進電機及其驅動器電氣原理圖 步進電機驅動器2H1080的工作電壓由變壓器T2提供。圖FG為接地保護，直接接到PE。PLS口接PLC高速脈沖輸出口Y0，DIR口接Y1，FREE接PLC的Y2口。當糖果包裝紙位置不合適時，PLC會通過Y0口發出高速脈沖，驅動步進電機前后運動，對包裝紙

41、位置做調整。173.4 PLC控制系統設計1、PLC介紹根據國際電工委員會制定的工業控制編程語言標準。PLC的編程語言包括以下五種：梯形圖語言、指令表語言、功能模塊圖語言、順序功能流程圖語言及結構化文本語言。PLC的特點有可靠性高、抗干擾能力強配套齊全、功能完善、適用性強易學易用、深受工程技術人員歡迎系統的設計、建造工作量小、維護方便、容易改造、能耗低等。PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。糖果包裝機由PLC進行控制，因此，其系統軟件的設計實際

42、上就是PLC軟件的設計，本次設計使用的軟件為FX2N。 FX2N系列PLC硬件組成與其他類型PLC基本相同，主體由三部分組成，主要包括中央處理器CPU、存儲系統和輸入、輸出接口。PLC的基本結構如圖1-1所示。系統電源有些在CPU模塊內，也有單獨作為一個單元的，編程器一般看作PLC的外設。PLC內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。FX2N系列的PLC編程語言有三種：梯形圖、指令表、順序功能流程圖語言，其它編程語言作為可選軟件包使用。通過SIMATIC200在WINDOWS環境下對系統進行配置、程序編制、調試和監視，用戶界面方便友好。如圖4-1所示為FX2NPLC控制器。圖 4-1

43、 FX2NPLC控制器18外部的開關信號、模擬信號以及各種傳感器檢測信號作為PLC的輸入變量，它們經PLC的輸入端子進入PLC的輸入存儲器，收集和暫存被控對象實際運行的狀態信息和數據；經PLC內部運算與處理后，按被控對象實際動作要求產生輸出結果；輸出結果送到輸出端子作為輸出變量，驅動執行機構。PLC的各部分協調一致地實現對現場設備的控制。 （1）中央處理器CPUCPU的主要作用是解釋并執行用戶及系統程序，通過運行用戶及系統程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其它功能，控制整個系統協調一致地工作。常用的CPU主要有通用微處理器、單片機和雙極型位片機。（2）存儲器模塊隨機存取存儲器RAM用于存

44、儲PLC內部的輸入、輸出信息，并存儲內部繼電器（軟繼電器）、移位寄存器、數據寄存器、定時器計數器以及累加器等的工作狀態，還可存儲用戶正在調試和修改的程序以及各種暫存的數據、中間變量等。（3）輸入輸出模塊可編程序控制器是一種工業控制計算機系統，它的控制對象是工業生產過程，與DCS相似，它與工業生產過程的聯系也是通過輸入輸出接口模塊(X/Y)實現的。I/O模塊是可編程序控制器與生產過程相聯系的橋梁。19PLC連接的過程變量按信號類型劃分可分為開關量（即數字量）、模擬量和脈沖量等，相應輸入輸出模塊可分為開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和脈沖量輸入模塊等。（4）編程器編程

45、器是PLC必不可少的重要外部設備。編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲器中。編程器不僅能對程序進行寫入、讀出、修改，還能對PLC的工作狀態進行監控，同時也是用戶與PLC之間進行人機對話的界面。隨著PLC的功能不斷增強，編程語言多樣化，編程已經可以在計算機上完成。2、PLC控制硬件設計而通用計算機是專門為科學計算和數據處理設計的。此外，糖果包裝機的PLC控制程序主要有兩種模式：自動模式和手動模式，由初始化模塊、主電機控制模塊、推糖模塊、包裝紙模塊組合構成。自動模式下，控制系統按預先設定的順序依次執行各模塊；手動模式下每執行完一模塊需要手動操作一次程序才會進入下一模塊。控制

46、系統程序總體流程圖如圖4-1所示。PLC X/Y地址分配如表4-1所示。FX2N系列PLC地址順序以8進制編號。表中列出了輸入繼電器、輸出繼電器的分配情況。20表4-1 PLC X/Y分配表輸入項目名稱對應輸入地址輸出項目名稱對應輸出地址編碼器A相輸入X0步進電機驅動器PLS-Y0編碼器B相輸入X1步進電機驅動器DIR-Y1編碼器Z相輸入X2步進電機驅動器FREE-Y2啟動X4機器復位Y3停止X5運行指示Y4手動/自動X6色標補償Y5色標開關X7缺紙斷紙Y6強行送紙X10停止Y7壓縮空氣X11送紙電磁閥半功率繼電器Y10變頻器故障X12推糖電磁閥半功率繼電器Y11色標傳感器X13變頻器繼電器Y

47、12來料檢測X14壓縮空氣繼電器Y13皺紙檢測X15送紙電磁閥Y14斷紙開關X16推糖電磁閥Y15產品過大X17壓縮空氣電磁閥Y16復位X23變頻器故障指示燈Y17輸入端DC24V的負極接公共端1M、2M。輸入開關的一端接到DC24V的正極，輸入開關的另一端連接到CPU輸入端。輸出端DC24V的正極接L+端。輸出負載的一端接到DC24V的負極，輸入開關的另一端連接到CPU輸出端。PLC外部接線圖見下圖4-2，梯形圖見附錄。21圖4-2 PLC外部接線圖22重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 4控制系統的軟件設計4 控制系統的軟件設計4.1 系統的功能流程糖果包裝機的控制系統程序總體流程圖

48、如圖4-2所示。總體上闡述了糖果包裝機的功能流程。NYNYNYYNYPLC故障程序故障初始化程序手動主電機啟動推搪機構動作延時2周期初始化程序送包裝紙停止報警故障指示手動程序PLC停止運行警報開始結束設備故障自動手動自動有糖來糖果超高結束圖 4-2 糖果包裝機控制系統程序總體流程圖23重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 4控制系統的軟件設計4.2 PLC控制指令語句表4-2主電機的PLC控制指令語句表名稱指令名稱指令LDX4LDX4ANX6ANIX6ANIX12ANIX12ANIX15ANIX15ANIX16ANIX16ANIX17ANIX16SETM2ANIX17LDM2ANDT0ANDX6SETY12ANIX12LDFX4ANIX15ANIX6ANIX16ANIX12ANIX17ANIX15ANDT0ANIX16SETY12ANIX17RSTM2RSTY12LDPX5ORX16ORX15ORX17RSTY12LDX12OUTY4上述程序對應梯形圖將在附錄A中給出。其中，M2自動啟動延時寄存器，T0先吹紙后運行。24重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 5結論5 結論本次設計利用可編程控制器、變頻器、步進電機以及傳感器控制技術，充分利用了數字化電子控制技術，通過合理的設備選擇，軟件設計，提高了糖果包裝機運行的可靠性和運行效率，使糖果包裝機結構緊湊，噪音降低，維修簡