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啤酒装箱机控制系统的PLC设计

专 业 电气自动化 学 号 2008070320 姓 名 王佳 指导教师 韩振梅

2010年12月

摘 要

为了满足我国啤酒行业日益扩大生产规模的需求和啤酒现代化灌装机械高速灌装的要求，国内各啤酒生产厂家都在积极寻求或改造本单位的啤酒灌装生产设备，使其成为具有良好的使用性能，先进的技术水平及高生产效率、运行稳妥可靠、维护成本低的啤酒现代化灌装机。

关键词：PLC、 电磁阀、啤酒装箱机、变频器

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目 录

第1章 可编程控制器PLC概括……………………………1

1.1 PLC 的简介………………………………………1 1.2 PLC 的发展………………………………………1 1.3 PLC 的特点………………………………………1 1.4 PLC 的领域………………………………………2 第2章 啤酒装箱机的组成……………………………………2

2.1夹头…………………………………………………2 2.2定位器………………………………………………2 2.3出箱臂………………………………………………2 2.4进箱臂………………………………………………3 2.5箱导向………………………………………………3 第3章 啤酒装箱机的工作原理……………………………3 3.1变频器的工作原理…………………………………3 3.2变频器的控制方式…………………………………4 3.3电机拖动传送带的过程……………………………4 第4章 啤酒装箱机控制系统结构…………………………4 4.1工艺流程图…………………………………………4 4.2程序设计……………………………………………5 4.3系统调试……………………………………………8 4.4改造后控制系统功能………………………………9

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4.5控制系统检测状态的监控功能……………………9 参考文献………………………………………………………11 致 谢………………………………………………………12

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第一章 可编程控制器PLC概括

1、PLC的基本概念

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。 2、PLC的发展

随着社会迅速的发展，各机械产品层出不穷。控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如：机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等 3、PLC的特点

它的特点共分为六点，具体如下： ⑴ 抗干扰能力强，可靠性高

⑵ 控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 ⑶ 编程方便，易于使用 ⑷ 功能完善，扩展能力强

⑸ PLC控制系统设计、安装、调试方便

⑹ 结构紧凑 体积小、重量轻，易于实现机电一体化。

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4、PLC的领域

PLC的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点 ，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。

第二章啤酒装箱机的组成 1夹头

利用夹爪的弹性变形使工件或刀具定心和夹紧的机床附件。弹簧夹头通常装有机床主轴的孔内使用。带有外锥面的头部沿轴向开有3条或4条等分的长槽，形成可以向心收缩的夹爪。内孔形状根据被夹物截形可制成圆形、正方形或六边形。中部为一薄壁段，起弹性变形作用。尾部带螺纹，与拉杆相连。弹簧夹头的外锥面与主轴的内锥孔相配合。当拉杆后拉时，夹头产生轴向移动，于是外锥受压，使夹爪均匀收缩，实现工件或刀具的定心和夹紧。 2定位器

遥控器主要由形成遥控信号的微处理器芯片、晶体振荡器、放大晶体管、红外发光二极管以及键盘矩阵组成。其工作原理如下红外线发射二极管和发射集成电路，按下按键时发射集成电路会按你的要求编成指令通过二极管发射出去，当游戏机收到指令后传到集成电路进行解码，再去控制相应的器件执行动作。从而就达到了定位的效果。 3出箱臂

一种杠杆支架向外臂１１铰轴的支承体１４相对于夹具ＭＯ夹板之间的待

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切割工件的支承平面Ｐ的高度是可选择的。(向外侧) 3进箱臂

一种杠杆支架向外臂１１铰轴的支承体１４相对于夹具ＭＯ夹板之间的待切割工件的支承平面Ｐ的高度是可选择的。(向内侧) 4箱导向

一种集装箱导向定位装置，包括导向块、解除块及承压块，其特征在于导向块、解除块及承压块均弹性枢设于主纵梁上翼板下，导向块与承压块共用翼板上的一个支撑点支撑，突出部上形成限位面、导向面及顶面；解除块上有一弧面部及顶面，弧面部下端凹设一容置部；承压块一端靠在导位块的底面上。

第三章啤酒装箱机的工作原理 1变频器的工作原理

我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n＝60 f(1－s)/p (1)

式中 n———异步电动机的转速； f———异步电动机的频率； s———电动机转差率； p———电动机极对数。

由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

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2变频器的控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。 3电机拖动传送带的过程

在传送带上安装Omron的E6A2旋转编码器，测量传送带的速度。当传送带电机异常停车时，停止包装机工作。

第四章啤酒装箱机控制系统结构 1工艺流程图

电气系统输出控制在电气控制部分的改造中，分析了包装机的工作过程和控制特点；对包装机的控制基本上都是光电开关、接近开关、电磁阀、电机等这类的开关量输入、输出设备。控制过程以连续的逻辑量控制为主的操作方式。PLC的开关逻辑和顺序控制是PLC应用最广泛、最基本的功能，基于PLC的这

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一使用功能和特点，决定将原有继电器控制系统全部拆除，采用PLC控制。因为该用户厂家其他自动化设备使用的基本都是日本Omron公司的PLC，再根据采集和控制点数，我们选用Omron公司的SYSMAC CPM2A-60CDR-A的 PLC作为系统控制器。

2程序设计

1．四连杆装箱包装机的电机可以进行点动、正转和反转，以带动夹瓶装置做往复运动装箱。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和与之对应的气缸，分别控制“夹头”，“定位器”，“出箱臂”及“进箱臂”“箱导向”。设“手动”和“自动”操作两个切换开关。

2．在包装机的操作前台和设备后台、侧面加装3只光电检测开关，在操作人员误入设备危险区域时，系统紧急停车，保证安全。

3．在传送带上安装Omron的E6A2旋转编码器，测量传送带的速度。当传送带电机异常停车时，停止包装机工作。

4．系统输入回路中有光电开光和接近等开关，PLC上的DC24V电源容量就不足了，各输入、输出元件均使用DC24V直流稳压电源。PLC控制系统原理图见图（2）。

PLC程序采用梯形图编写，其自动控制操作流程图4

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为了使PLC系统安全可靠运行，采取了多种防护措施，如和系统中的强电设备分开接地，接地线的截面积大于2平方毫米。PLC输入和输出的感性负载都并联续流二极管等，以消除输入触点在断开时，感性负载因储能作用而产生电弧高于电源电压数倍甚至于数十倍的反电势对系统产生的干扰。见图（3）

6．系统的输入部分36点，输出19点，一共占用PLC 点，系统冗余6点，符合自动化系统设计要求。

PLC程序采用梯形图编写，其自动控制操作流程图

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其中，PLC主程序参照原有继电器控制系统的电气控制原理图进行设计，这种程序设计方法简单，有现成的电气控制线路为依据，设计周期短，在旧设备电气系统改造中经常采用。

按照原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PLC的I/O点，原来由继电器硬件完成的逻辑控制功能由PLC软件——梯形图替代完成。图（5）为四连杆装箱包装机进箱臂部分电气控制原理图。图（6）为转换后的四连杆装箱包装机进箱臂部分PLC程序梯形图。进箱臂部分主要I/O对照表如下：

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3系统调试

1．调整光电开关SQ1和反射板的安装距离，使光电开关处于工作状态时，调整到“挡光”，PLC输入通道HR0003的指示灯亮。以同样方法调整好光电开

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关SQ2、SQ3、SQ4„„..SQ10。2．调整接近开关JQ0，使“夹头”在运动轨迹的最低点时接近“档块”，并使PLC输入通道HR0012指示灯亮，以同样方法调整好接近开关JQ2、JQ3、JQ4、JQ5。

3．调试旋转编码器时，A、B、Z相按说明书接线，在PLC编程软件中对编码器的高速计数进行设置，使用Z相加软件复位方法。见图（7）。按下按钮5SA，使传送带电机停车时，四连杆装箱包装机应停止工作。

4．按动相应的按钮，分别控制进箱电机、出箱电机、瓶电机的开、停。关机以后将开关位置置于“关”。1SA和2SA分别控制“出箱臂”和“瓶定位”，10SA，15SA控制“导向”和“变距”。

5．在上述“动作”都已正确时，将“手动”转为“自动”，按下“整机启动”按钮，调试PLC逻辑程序。进行自动装箱包装操作。

4、控制系统检测状态的监控功能进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测

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每个压瓶部分上面的小铁片的位置，产生光电脉冲输出，再有PLC采集，由于每个压瓶部分上面的小铁片的位置是活动的，在机器运行一段时间后，压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位置发生位移，造成检测开关误判断，如没瓶判断为有瓶，爆瓶漏检、误检等造成输出失误，使PLC产生误动作，造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控

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