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1、在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数和包装，如果这些繁杂的工作由人工完成的话不但效率低，而且劳动强度大，不适合现代化的生产需要。本文主要对基于生产线自动装箱的PLC控制系统进行了详细的研究。该系统有一个机械手和两个传送带，即运物机械手，包装箱传送带和产品传送带。运物机械手用来转移饮料瓶，即把产品传送带上的饮料送到包装箱传送带的饮料箱中。包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。为使空箱恰好对准机械手松开端，使饮料瓶装进包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。为使产品传送带将产品从生产车间传送到合适位置，在产品传送带的
2、中间也装有一光电传感器。当产品被送到传送带的末端，会自动停止并由机械手将其送到包装箱中。本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。关键词：可编程控制器；自动装箱控制系统；传送带控制；机械手ABSTRACTOften need to carry out counting and package on the product in the commercial run being modernized, not only the inefficient, moreover intensity of labor working from the w
3、ords that the manpower accomplishes if these are complicated and overloaded is big, the childbirth being unfit to be modernized needs. In this paper, based on PLC control system of automatic packing production line has carried on the detailed research. The system has a robotic arm and two conveyor b
4、elts, namely carrying manipulator, package box conveyor belt and product conveyor belt. Delivery manipulator used to transfer water bottles, beverage for all products on the conveyor belt conveyor belt of the beverage box sent to packing. The package box conveyor belt is used to deliver the product
5、package box, whose function is that the package box luck already filling to full is leaked, is uses one to replace to come empty space box and. End being to make the empty space box aim at the product conveyor belt fitly, just the drop-in package box is hit by the messenger product, before package b
6、ox conveyor belt center install one photoelectricity sensor, in order to check if package box arrive at a place. And the product conveyor belt transmits a product from producing a workshop to package box, pawn some one products deliver to the conveyor belt end, the meeting automation drop-in package
7、 box inner, change from another sensor becoming counting pulse. This control system has high precision, low cost, strong anti-interference ability, low failure rate, simple operation and maintenance and so on, has the good application value. Keywords: Programmable controller; packing and automatic c
8、ontrol system; the conveyor control; manipulator目 录第1章 绪论11.1 课题背景11.2 自动装箱生产线的发展概况21.2.1 国内自动装箱生产线的发展概况21.2.2 国外自动装箱生产线的发展概况2第2章 方案论证与设计要求42.1 方案论证42.1.1 采用传统继电接触器电气控制系统42.1.2 采用PLC可编程序控制器控制系统42.1.3 方案比较与选择42.2 本文主要研究内容52.2.1 设计任务书52.2.2 主要解决的问题7第3章 PLC的概述83.1 PLC的硬件结构83.2 PLC控制系统组成83.3 PLC的工作过程8第4
9、章 控制系统硬件设计104.1 硬件的选型104.1.1 PLC型号的选择104.1.2 传感器的选择114.1.3 电动机的选择124.1.4 接触器的选择134.1.5 热继电器的选择134.1.6 开关电器、熔断器的选择134.2 PLC控制系统硬件设计134.2.1 I/O点数的估算134.2.2 系统I/0点的分配14第5章 控制系统软件设计175.1 控制系统构成图和工作流程图175.1.1 控制系统构成图175.1.2 控制系统工作流程图175.2 PLC控制系统软件设计195.2.1 控制系统逻辑分析195.2.2 控制系统程序设计195.3 系统程序调试及结果25第6章 结论
10、与展望266.1 结论266.2 不足之处及未来展望26参考文献26致 谢27附 录28第1章 绪论1.1 课题背景现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民生活息息相关的市政工程，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自动化系统的身影。自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且经发展水平的重要标志。在自动化生产日渐普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的质量和生产效率。在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数、包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不适合现代化的生产需要。为了适应现代化的大规模生产某种产品
11、，进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平,就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。而且需要对其进行计数，包装，自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成绩。2002年11月3至7日在芝加哥举行的国际PACK EXPO上，我们可以看到多家自动化公司展示的最新的包裝设备和新技术。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量。可见自动装箱技术应用前景
12、十分广阔1。近年来，生产线上的自动化控制应用已越来越多，越来越广泛。随着工业生产自动化水平的不断加快，对控制系统提出了愈来愈严格的要求。随着大规模集成电路广泛应用，控制系统本身也得到长足发展，已由原来的分立元件、继电器控制，发展成为大规模集成电路的微机控制。控制方式也由原来的分散控制发展为集中控制。正是在这种发展的需求下，可编程控制器应运而生。由于可编程控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、组态灵活等优点，因而在工业控制系统中得到非常广泛的应用。 在自动生产线检测控制系统中可编程控制器主要用作下位机，检测各状态点的状态，直接控制系统的启、停和其他控制单元的投切，并将各点的状态送给上位机计算
13、机，计算机综合可编程控制器和其他设备的数据，做出相应的处理和显示。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。1.2 自动装箱生产线的发展概况 1.2.1 国内自动装箱生产线的发展概况中国的包装业相对发达国家如日本和美国相当落后，具有非常大的发展潜力。控制系统从20世纪四十年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前
14、身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统。这一代系统以PLC和DCS为代表，从七十年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。其中PLC，即可编程控制器，主要是从顺序控制发展而来的，但从九十年代开始，随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC的性能扩展的越来越广，PLC的应用也逐渐向连续流程工业拓展。同时，DCS也开始向小型化的方向拓展。之后，陆续出现了现场总线控制系统、基于PLC的控制系统等。在中国，自动化技术还未成熟，还需要长时间的发展，所以将会有很大的空间来发展此技术。这也是未来的
15、发展方向和趋势。中国的经济高速度发展也需要这项技术来促进和加速，相信在自动化技术成熟以后，中国的经济也将有飞跃性的进步。当前中国的经济发展格局也是非常的需要高技术来支持。这样中才会有稳定的发展状态。向西部发展的经济战略思想必然需要有高技术随之转移，生产也将需要自动化技术的支持，这样发展高技术自动化也就是必然的趋势。1.2.2 国外自动装箱生产线的发展概况从上世纪30年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，大型自动生产线承担的加工对象也随之改变。生产线的控制系统使用的继电器数量很多，在频繁动作情况下寿命较短，使生产线的可靠性降低。为了解决这一问题，自二十世纪六十年代
16、美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大
17、，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数
18、器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软
19、件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS方式要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近十几年来，国外PLC技术取得了飞跃，其容量成倍扩大、体积不断缩小、功能不断增强，不但具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有PID等特殊控制功能，可直接进行A/D、D/A转换，还开发管控一体化2。第2章 方案论证与设计要求2.1 方案论证 2.1.1 采用传统继电接触器电气控制系统由于继电接触器电气控制线路简单，价格低廉，多年来在
20、各种生产机械的电气控制领域中，应用十分广泛，而且技术上也十分成熟，因此受到大力推广。但是在一些较为复杂的控制系统中，特别是涉及到时序控制的自动控制系统，必须使用大量的中间继电器、时间继电器、接触器等，而且控制线路复杂、器件多、接点多，因而在这类控制系统中可靠性低、可维护性差。2.1.2 采用PLC可编程序控制器控制系统 PLC可编程序控制器其实就是工业控制计算机，用以取代传统的中间继电 器、时间继电器、计数器等，并具有一切计算机控制系统的功能。目前PLC已成为工业控制的标准设备，其应用面几乎覆盖了整个工业企业，广泛应用于化工、石油等企业的现代过程控制中。 2.1.3 方案比较与选择采用传统据电
21、接触器电气控制系统，虽然价格低廉，但大量的中间继电器、时间继电器，使得线路复杂、器件多、接点多、可靠性低，而且一旦出现故障，检修困难。用于自动控制系统中，其反应时间、跟踪能力差，有可能使得系统不能正常运行。 而采用PLC可编程序控制器，其优点如下： 1) 具有高可靠性。PLC除采用优质器件等外，在硬件方面采用了较先进的电源，用以防止由电源回路串入干扰。其内部采用了电磁屏蔽，以防辐射干扰。而外部输入/输出电路则一律采用光电隔离，加上常规滤波和数字滤波；软件方面设置了警戒时钟WDT、自诊断等措施。因而使得PLC的平均无故障时间达到30万小时，被称为“永远不坏的控制器”，因而可靠性优于传统继电接触器
22、电气控制系统。 2) 灵活性高、扩展性好、通用性强。它采用程序使得硬件软件化，对于不同的控制系统，只需改变程序即可，因而通用性强。而且现场接口容易，设计周期短。 3) 功能强。PLC具有自诊断、监控和各种报警功能既可完成过程控制，又可进行闭环回路的调节控制，而且在将来的工控领域，可以说是无所不能。由于生产线上的恶劣环境和电磁干扰，一般的电子仪器都会受到干扰。而 PLC是从取代工厂内继电器线路、进行顺序控制发展开来的工业控制产品。PLC由于具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。在电器控制系统中得到广泛应用。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算
23、、计数和各种闭环控制功能。整个控制系统利用PLC的控制实现了空箱传送、产品运输、产品计数等功能。并且有手动控制和自动控制两种控制方式。在生产线自动装箱控制的控制系统应用，可使生产线的控制更加灵活、可靠。进而提高生产效率，突现节约用工，改善工人工作环境，减轻工人劳动强度，节约材料消耗和用工3。 因此，本文选择PLC控制系统，来实现复杂的逻辑控制，并完成定时、计算、计数和各种闭环控制功能，进而实现饮料瓶的自动化装配。2.2 本文主要研究内容2.2.1 设计任务书一、设备概述:该自动装箱系统可把12瓶饮料装成一箱。本系统由皮带传输机传送瓶子，当到达装箱位置时，机械手下降夹起瓶子后上升，上升到位后再向
24、右移动，把瓶子装进纸箱内，然后机械手返回原位，开始下一个动作。 该系统中皮带传输机、机械手均由PLC控制，机械手由三台电动机控制，一台电机带动夹紧机构，一台电机带动升降机构，一台电机带动移动机构，如图2-1 所示。 图2-1 机械手控制示意图二、设计任务和要求:对生产线上某种产品自动按指定数量(如12个)装箱，产品装箱前及装箱后都由传送带传送。生产线自动装箱控制装置示意图如图2-2所示。生产产品由传送带A传送，装入由B传送的空箱中。每12个产品装入一箱，当传送带A传送了12个产品装入一箱后，传送带B 将该箱产品移走，并传送下一个空箱到指定位置等待传送带A传送来的产品。图2-2 生产线自动装箱控
25、制装置示意图用PLC控制整个控制装置要达到以下要求：1) 按下控制装置启动按钮后，传送带B先启动运行，拖动空箱前移至指定位置，达到指定位置后，由SQ2发出信号，使传送带B制动停止。2) 传送带B停车后，传送带A启动运行，产品逐一落人箱内，由传感器检测产品数量，当累计产品数量达12个时，传送带A制动停车，传送带B启动运行。3) 上述过程周而复始地运行，直到按下停止按钮，传送带A和传送带B同时停止，其工作流程如图2-3所示。4) 应有必要的信号指示，如电源有电、传送带A工作和传送带B工作等。5) 传送带A工作和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修。图2-3 生产线自动装箱工作流程图2.2.2
26、 主要解决的问题在传统的工业控制中，一般都是由继电器来进行控制的，当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的成果。在很多领域，PLC已经取代了继电器进行控制。在传统的控制中，传送带的控制通常是通过继电器来完成，维护复杂。本设计介绍了通过PLC来对传送带进行自动控制。该系统有一个机械手和两个传送带，即运物机械手，包装箱传送带和产品传送带。依据提出的要求，我们需要解决的关键是：1) 对机械手的上升，下降，左转，右和夹紧，松开的执行；对传送带A拖动饮料瓶到指定位置的控制；2) 对传送带B拖动空箱到指定位置的控制；以及传送带A制动后机械手的运行，对这一循环的计数和传送带B的运动，怎么使其形成一个循环的
27、过程；3) 对机械手和传送带的控制还应该设置报警功能；同时机械手，传送带A和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修；4) 最后还要对机械手运送的产品进行指定数量的检测。对于传送带的控制可采用步控指令实现步进控制；而对于传送带的独立点动控制可设置一个手动控制按钮，当其按下时，系统可进行独立点动控制。对于PLC这些都可通过软件完成要求；其中需要用传感器来进行位置检测和产品计数。第3章 PLC的概述3.1 PLC的硬件结构PLC采用的是典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入、输出接口电路等。其内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量PLC
28、输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号等均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子，作为PLC的输出变量，对外围设备进行控制。PLC的一般内部逻辑结构框图如图3-1所示。图3-1 PLC的逻辑硬件结构框图3.2 PLC控制系统组成1) 输入部分：如按钮开关、限位开关等，直接与PLC输入端子相连接，用以产生输入控制信号，这些信号一般来自操作台上的人工指令。 2) 控制部分:反复执行根据被控对象的实际控制要求所编制的处理程序，并产生各种输出号。3) 输出部分:如接触器、电磁阀等，它们与PLC输出端子
29、相连接，用以控制被控对象的动作。3.3 PLC的工作过程1) 输入处理:PLC以重复扫描方式执行用户处理程序，在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态(输入信号)读入输入映象寄存器中，然后开始执行用户处理程序.在执行过程中，即使输入信号发生变化，输入映象寄存器的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才重新读取输入状态。 2) 程序控制:在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序，每执行一条程序所需要的信息都从输入映象寄存器和其他内部寄存器中读出并参与计算，然后将执行结果写入有关输出映象寄存器中。 3) 输出处理:当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄
30、存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出。随着微电子技术的发展，可编程序控制器（PLC）以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，已进入过程控制和位置控制等领域，成为一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机4。第4章 控制系统硬件设计4.1 硬件的选型4.1.1 PLC型号的选择因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求不高，所以可选用西门子S7-200系列的CPU226型可编程控制器PLC作为控制核心，该单元为40点I/O，24点输入，16点输出，所以满足系统输入、输出点需要。西门子S7-200系列CPU224型 PLC的特点： 1) 高速计数器
31、能方便的测量高速运动的加工件。 2) 扩展能力增强，最大到12ch的模拟量。 3) 带高速扫描和高速中断的高速处理。 4) 可方便的与西门子的可编程序终端(PT)相连接，为机器操作提供一个可视化界 面。 5) A/D、D/A精度大幅度提高，分辨率为1/6000。 6) 可进行分散控制和模拟量控制。 7) 通讯功能增强，提供内置RS232C端口及RS485的适配器。S7-200虽然体积小，但是提供了许多功能。具有强大的模拟量扩展功能，能够带3块模拟量输入输出模块；能够连接触摸屏；提供新的适配器，把外设口转成RS485口。为小型的紧凑型设备提供人机界面(HMI)和高精度的测量方法。采用S7-200
32、将在很小的空间内获得许多先进的功能。小机壳内会聚了先进的功能和优异的表现。为轻工行业、医疗制冷行业，传送设备和紧凑型的制造商提供更优越的性能和更高的附加值。西门子小型系列PLC具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技术特点：1) 稳定的性能西门子系列PLC外型小巧结构紧凑，西门子公司长期积累的生产控制经验和严格的技术标准保证了其可靠稳定的性能，即使在恶劣的工业环境下仍然能正常运行。更经过高低温的考验，使得该PLC可以适用在特殊的场合。 2) 通讯功能增强提供内置的RS232C端口和RS422端口。西门子完全开放的通讯协议可以方便的实现上位机远程监控功能，用户可以随心所欲自己定制开发通讯
33、监控系统。 3) 高速的程序执行速度更快的程序指令执行速度，使得控制过程精确无误。 4) 很强的扩充能力模拟量可以增加到12路；系统支持Device Net协议，具有强大的扩充能力，通过远程端子，可以扩充到256点，方便组成集散控制系统。4.1.2 传感器的选择近年来，随着生产自动化程度的提高，光电传感器的功能不断完善，现已成为与PLC相配套的系列产品，广泛用于自动包装、打胶、罐装、以及自动装配流水线。 针对本文设计要求，我们可采用光电开关来对产品计数和空箱到位检测。这类光电传感器利用光电元件受光照或无光照时“有”“无”电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的开关信号。为此，要求光电元件灵敏度
34、高，而对光照特性的线性要求不高。这类传感器主要应用于零件或产品的自动记数、光控开关、电子计算机的光电输入设备、光电编码器以及光电报警装置等方面5。 光电开关可分为两类：透射型和反射型两种。 透射型光电开关是由分离的发射器和接收器组成并相对放置。发射器发射的红外线直接照射到接收器上，当有物品通过时，将红外线光源切断遮挡住了，接收器收不到红外光，于是就发出一个信号。可用于产品计数。 反射型光电开关的接收部分和发射部分合做在一起，利用物体对发射部分发射出的红外线反射回去，由接收部分接收，从而判断是否有物体存在。当有物体通过，接收器接收不到红外光，于是就发出一个信号。可用于空箱是否到位检测。 当采用接
35、近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻R，如图4-1所示。当漏电流不足lmA时可以不考虑其影响6。 图4-1 PLC与光电开关的连接旁路电阻R的计算公式如下： 式（4-1）式（4-1）中：I为传感器的漏电流（mA），U0ff为PLC输入电压低电平的上限值（V），RC为PLC的输入阻抗（K），RC的值根据输入点不同有差异。反射式光电传感器的工作原理如图4-2所示7。图4-2 反射式光电传感器原理图该系统选择的反射式光电传感器型号为PM2-LF10,其性能参数如表4-1所示。表4-1 PM2-LF10反
36、射式光电传感器的性能参数性能参数检测距离2.58mm(中心:5mm)白色无光泽纸(1515mm)最小检测物体 0.05mm铜线(设定距离:5mm)应差使用白色无光泽纸(1515mm)工作距离的20%以下重复精度(垂直于检测轴)0.08mm以下电源电压524V DC10% 脉动P-P5%以下消耗电流平均值25mA以下和峰值80mA以下输出NPN开路集电极晶体管最大流入电流100mA外加电压值30V DC以下(输出和0V之间)剩余电压值1V以下(流入电流为100mA时)0.4V以下(流入电流为16mA时)短路保护装 备反应时间0.8ms以下4.1.3 电动机的选择目前市面上的电动机类型多种多样用于
37、自动化生产线的电动机的类型也数不胜数。基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合，并考虑到经济性和实用性，本系统选择的电动机是Kinco三相步进电动机3S57Q-04056，与之配套的驱动器为Kinco 3M458三相步进电动机驱动器，它的部分技术参数如表4-2所示。表4-2 3S57Q-04056型电动机的性能参数参数名称步距角相电流（A）保持扭矩阻尼扭矩电动机惯量参数值1.85.8A1.0Nm0.04Nm0.34.1.4 接触器的选择接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器,主要控制对象是电动机。通用接触器可大致分以下两类。 1) 交流接触器
38、。主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列。 2) 直流接触器.一般用于控制直流电器设备,线圈中通以直流电,直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。 接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的3-5倍。所以接触器的额定电流为: 4IN=36A综上所述，本系统选用CJ10-40接触器的额定电流为40A，额定电压为380V。4.1.5 热继电器的选择热继电器由两部分组成，每一部分安装的位置不同。一部分是主触点，接在电动机与接触器KM之间。另一部分是接在控制电路中。与接触器KM的线圈电路相串联。热继电器在控
39、制线路中起过载保护的功能。热继电器是采用双金属热元件,动作机构，常闭触头和常开触头，复位按钮及整定电流调节旋钮等构成。根据双金属热元件的数目可分为两极和三极型热器，而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种。 电动机的额定电流15A，FR1可以选用JR16，热元件电流为20A，电流整定范围为14-22A工作时将额定电流调整为15A。4.1.6 开关电器、熔断器的选择行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关，选用型号为LXK2-131型。熔断器选用RL1-15型熔点器，熔体的额定电流为30A。4.2 PLC控制系统硬件设计根据自动装箱系统的控制要求,系统应有手动控制和自动控制功能。为了避免意
40、外事故或故障的发生，系统设有报警器。系统的具体设计过程如下： 4.2.1 I/O点数的估算1) 系统输入信号： 自动控制按钮，需要1个输入端； 手动控制按钮，需要1个输入端； 停止按钮，需要1个输入端； 手动控制时，传送带A和传送带B独立点动控制按钮需要2个输入端； 产品数量检测信号SQ1和空箱位置检测信号SQ2，需要2个输入端； 机械手的上升下降，左移右移，夹紧放松，需要6个输入端；故障报警消音按钮，需要1个输入端。 以上共需14个输入信号点。2) 系统输出信号：机械手的上升下降，左移右移，夹紧放松，需要5个输出端；传送带A和传送带B，需用2个控制输出端；系统上电指示和手动指示、装箱指示需要
41、3个输出端；一个报警器，需要1个输出端。 以上共需11个输出信号点。4.2.2 系统I/0点的分配系统I/O点的分配如表4-3所示。表4-3 S7-200 I/O分配表输入输出启动I0.0系统指示灯Q1.0停止I0.5传送带A输出Q0.6光电开关PS1输入I0.6传送带B输出Q0.7光电开关PS2输入I0.7原点Q0.0自动I2.1上升Q0.1手动I2.2下降Q0.2传送带A手动输入I1.0左移Q0.3传送带B手动输入I1.7右移Q0.4手动上升I1.1加紧与松开Q0.5手动下降I1.2手动指示灯Q1.1手动左移I1.3手动右移I1.4手动加紧I1.5手动松开I1.6上限I0.1下限I0.2左
42、限I0.3右限I0.4系统输入/输出接线图如图4-3所示图4-3 系统输入/输出接线图第5章 控制系统软件设计5.1 控制系统构成图和工作流程图 5.1.1 控制系统构成图图5-1 生产线自动装箱的PLC控制系统图5.1.2 控制系统工作流程图1) 按下启动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS1检测到饮料瓶，才停止。2) 传送带A停止后，机械手下降。下降到位后机械手夹紧饮料瓶，2s后开始上升，而机械手保持加紧。上升到位右转，右转到位下降，下降到位机械手松开，将饮料瓶放进B传送带上的空箱内，2s后机械手上升。上升到位左转，左转到位下降，开始下一循环，用PLC作计数控制，对机械手这一循环计数。3)
43、 计到24次循环后，传送带B开始运行，当PS2检测到下一空箱后，传送带B停止。4) 上述过程周而复始的进行，直到按下停止按钮，传送带A和传送带B同时停止。其工作流程图如图5-2所示。5) 当按下手动选择按钮后，系统停止上述的自动控制运行，而可以手动进行控制传送带A和传送带B的运行，以便于调试和维修8。 图5-2 系统自动控制流程框图5.2 PLC控制系统软件设计 5.2.1 控制系统逻辑分析自动装箱系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控制设备动作之间的相互关联性,最佳的实现方案就是采用顺序控制。这样就考虑针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现自动装箱系统从传送带A开始工作
44、到产品进入空箱之中并完成精确的计数这样一个周期控制工作的程序实现。 设计使用一系列的中间状态信号来传递状态转换信息，完成顺序的交互。因为要求机械手，传送带A和传送带B具有点动控制功能，故分别设置自动控制和手动控制两个启动按钮。当按下自动启动按钮时，系统进行自动控制。在自动装箱过程中，当传送带A到达指定位置时，由PS1发出信号，使传送带A停止；而后机械手启动运行，将产品逐一放入箱内，由PLC的计数器检测机械手的循环次数，当机械手累计循环12次时，传送带B启动运行，当PS2检测到空箱时发出信号，传送带B停止运行；完成整个循环工作。当按下手动控制按钮时，若按下手动上升，机械手就手动上升，若按下手动下
45、降，机械手就手动下降；若按下手动左移，机械手就手动左移，若按下手动右移，机械手就手动右移；若按下手动加紧与松开，机械手就手动加紧或松开；若按下传送带A独立点动输入按钮，传送带A就工作；若按下传送带B独立点动输入按钮，传送带B就开始工作。其中各步是完全独立的9。 5.2.2 控制系统程序设计（1） 根据前面所述画出该系统的功能流程图，如图5-3所示。图5-3系统功能流程图（2） 自动控制程序梯形图如下：主程序梯形图： 主程序工作过程：当按下启动按钮SB1时，使得传送带运行并形成自锁，辅助继电器M0.0控制满瓶及空瓶传感器工作，带动生产及计数两个子程序的工作。当按下停止按钮SB2时，系统停止工作。
46、生产程序梯形图： 生产程序工作过程：当定位器I0.2检测到瓶子时，自动闭合并启动定时器T37，所以在这里加入了中间继电器SM0.0。当T37定时器定时动作结束时，灌装设备开始工作，同时定时器T38开始工作，并且报警显示启动（表示灌装设备正在正常运行），而对于SM0.0进行复位，也就是对T37进行复位。当系统工作5秒后，灌装完成，传送带继续运行10。计数程序梯形图：计数程序工作过程：复位按钮I0.5连接继电器M0.1，满瓶传感器I0.3连接计数器C0形成满瓶计数器，当检测到一个满瓶经过时，启动C0自加1但是出于局限性，只能显示一位输出。同理，空瓶传感器连接C2形成空瓶计数器。C1与C3经由继电器M0.1连接到复位按钮I0.5上，同时与C0和C2相连，这是为了对C0与C2的复位
