-基于PLC的饮用纯净水灌装生产线系统设计9(3)

重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 2 系统的总体设计方案

至行程开关处，行程开关闭合，电动机停转，灌装设备通过阀门的关断来控制灌装的时间，灌装过程完成后电动机恢复转动，如此循环实现生产线的自动控制。对于传送带上的瓶大小的分辨，利用了通过下图的反射式光电传感器。

图2-2生产流水线结构图

2.3软件方案设计

2.3.1梯形图的设计

梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法。这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的。该方法的核心是输出线圈。以下是经验设计方法的基本步骤：

1.了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况。 2.确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。

3.确定与继电器电路图的中间继电器，时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器（M）和定时器（T）的元件号。

4.根据前面的对应关系画出梯形图。 2.3.2电气控制线路的设计

继电器控制系统的本质是逻辑线路。看一个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是通过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开，合两种状态。因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律。如图：

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明确设计任务和技术条件PLC机型选择系统总体设计制作控制区I/O配线安装PLC编制程序程序检查调试局部模拟运行联机调试修改软件，硬件 是否满足要求？是系统试运行程序备份整理系统文件交付使用否

图2-3 PLC逻辑设计步骤图

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3、系统元件的选择

3.1 PLC选型与硬件配置

设计PLC控制时，应遵循以下基本原则

(1) 最大限度地满足被控对象的要求；

(2) 确保PLC控制系统安全可靠； (3) 力求简单、经济、使用及维修方便； (4) 适应生产发展的需要；

事实上PLC控制系统的设计：首先考虑的是应是系统的安全性、可靠性设计，然后才是根据控制工艺要求进行控制流程的设计，最后就是编写切实可行、简单、高效的PLC程序，安全性、可靠性设计要求的前提下，编写相应的PLC程序非常重要，硬件上保证的安全性与可靠性，以及软件PLC程序中的安全性考虑应该同步进行。

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

选择PLC型号时应注意以下指标：1.CPU性能2.输出输入总数3.功能模块的配套4.通信能力。

考虑到生产规模的扩大、生产工艺的改进、控制任务的增加以及维护重接线的需要，在选择硬件模块时要留有适当的余量。

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根据已经确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数和类型，预留10%至15%的空间，选择I/O信号模块。

根据特殊功能要求选择智能单元. 根据通信要求选择通信接口模块。

依据罐装自动生产线的工艺流程图，PLC控制系统有均为开关量的9个输人信号。PLC控制系统的有10个输出信号。

系统选用FX2N-40MR型号的PLC：继电器输出方式,输人点数输出点数均为16点，可以满足工艺要求，且留有一定的余量。

3.2电动机的选型

目前市面上的电动机类型多种多样，用于驱动传送带传送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型号为Y132M-4，其性能参数：电流:15.4 A；电压： 380V；堵转转矩:2.2 n.m；最大转矩:2.3 n.m；额定转速:1440 r/min；极数:4；频率： 50 Hz;额定功率:7.5KW.

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。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。本系统选用CJ10-40接触器：额定电流为40A,额定电压为380V。

3.3热继电器的选型

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。

主电动机M1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。

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3.4开关电器、熔断器的选型

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。

3.5传感器的选型

系统中运用传感器对饮用纯净水瓶的大小进行区别，根据设计需要选择反射式光电传感器。反射式光电传感器的工作原理如图3-1所示。

图3-1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: 检测距离:2.5～8mm(中心：5mm);最小检测物体:直径:0.05mm铜线(设定距离：5mm)；重复精度：(垂直于检测轴) 0.08mm以下；电源电压:5～24V；消耗电流平均：25mA以下，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：30V DC以下(输出和0V之间)；剩余电压：1V以下(流入电流为100mA时)；反应时间：0.8ms以下。

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