基于PLC的包装机的控制系统设计(3)

图 2-4 H1080驱动器典型接线图

2.3.5 传感器选择

传感器分为NPN和PNP型。NPN与PNP传感器的区别：常用的传感器可分为4个分类，即NPN-NO、NPN-NC、PNP-NO与PNP-NC。NPN是指当有触发信号时，信号输出线动作于L+这条高电平的电源线。对于NO型，在没有触发信号时，输出线是悬空的；有触发时则发出与L+电源线相同的电平（实际是这两条线连通了）。对于NC型，在没有触发信号时，信号输出线与L+电源线是连通的（同电平）；当有触发信号后，输出线就悬空了（相当于与L+电源线断开了）。对于PNP型传感器来说，信号输出线是作用于L-这条低电平的电源线的，其中NO和NC型的原理是与上面说的一样。

系统中PLC s/s端接+24V，故选择NPN型传感器。糖果包装机中，共需要3个传感器：一个色标传感器、一个光电开关、一个行程开关。

光电开关传感器位于糖果包装机的入口处，当有糖果到来时，发出信号，并传送给PLC，PLC控制位于传感器附近的推糖电磁阀吸合，推糖机构向下运动，将糖果推入糖果托盘。当糖果进入糖果托盘三个周期后，PLC发出指令，吸合控制糖果包装纸运动的送纸电磁阀，开始送包装纸进行糖果包装。

接近开关传感器位于传送带入口处，用于检测糖果是否合格。当糖果超过设定高度时，到达行程开关位置，行程开关发出信号给PLC，PLC发出急停信号，整个系统停机，等待操作工人将不合格糖果剔除或技术维修人员进行维修。

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第三章 糖果包装机各功能模块设计

糖果包装机用三相异步电机驱动，由变频器供电，转速通过变频调速实现。步进电机用于调整包装纸的位置。Y06型糖果包装机控制系统主要有推糖机构控制、糖果检测、糖果包装与糖果包装纸同步控制等。各加工工位的动作是由三相异步电机通过齿轮机构带动机械结构来实现的。

3.1 供电模块设计

图 3-1 糖果包装机控制系统供电模块电气原理图

糖果包装机系统中，设备多，工作电压也不尽相同。三相异步电机工作电压为380V AC，PLC的工作电压为220V AC，人机界面等的工作电压为24V DC，步进电机驱动器的工作为90V AC。

如图3-1所示。源由滑线引入电气柜中，经过熔断器后，再经由总进线空气断电器QS后供给系统的控制回路及主电机电路部分。变频器使用380V交流电压以供驱动三相异步主机工作，故直接将三相电源经继电器送入变频器。

三相电源的线电压为380V，相电压为220V，因此系统取三相中的A相相电压提供220V交流电压，A相经过交流稳压器后提供给环形变压器和开关电源等设备。环形变压器T2的作用是将220V AC变为90V AC供步进电机驱动器工作。

开关电源为系统提供24V DC电压，为人机界面提供工作电压，PLC的输入、输出点提供基准电压。

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主电路及各分电路均有带有预防过流过载功能的断电器保护装置，确保在系统过载时能及时与三相电源断开，防止设备长期处于过流或过载状态时危及设备安全。220V交流在送入设备之前先通过了稳压设备，防止电压出现大幅波动时，对设备造成危害，提高了系统的可靠。

所有设备均通过PE线进行接地保护。接地技术可以减小线缆等因素对设备造成的电磁干扰，提高控制的精度，保护系统安全性，进一步提高系统的可靠性。

3.2 执行主电机模块设计

图 3-2 主电机控制电气原理图

糖果包装机控制系统中，各机械部分的驱动是由一台三相异步电机提供的。三相异步电机的具体参数见表2-1。如图3-2所示电机的控制电气原理图。

三相电源分别通过线路11、12、13接入变频器的R、S、T端子为变频器及主电机提供工作电源。正常工作时，变频器通过RS-485口与PLC通信取得电机工作频率，驱动电机在相应频率在工作。过流和过载时，主电机持续发热，热继电器断开，主电机与电源被切断，立即停止工作。急停时，PLC发出急停控制信号，其对应变频器继电器被断开，主电机停止动作，等待维修人员进行故障排除。

为了保证在系统故障时，能及时对电机进行刹车、制动。所谓制动，是指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧），此时电机转速高于同步转速。常用

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的制动方法是在变频器侧安装制动电阻，将制动产生的能耗以热量的形式消耗掉。

为了保证在系统故障时，能及时对电机进行刹车制动，根据台达变频器技术手册选用了300W 70?的BR300W070型制动电阻，其具体参数如表3-1所示。

主电机在启动之前，应断开不必要的负载，确保主电机轻载启动。按下启动按钮后，电机在变频器的控制下，逐步提高速度，实现高速运转。若机器出现故障，立即切断电源，并且进行机械制动，确保机器的安全。

表3-1中ED%代表电阻值瓦特数及使用的频率。

电压 适用马全载达 输出hP kW 转矩 KG-M 230V 3 2.2 1.262 表 3-1 台达变频器刹车电阻选用参数 应用电阻制动单元 制动电阻料用制动转规格 号 量 矩 10í% 型式用量 VFDB BR300W070 1 125 300W 70? 最小电阻值 35? 为了保证主电机转速的精度，系统中使用了光电编码器采集实际转速值，并将其传送给PLC，再由PLC与变频器进行通讯不断的进行修正。

3.3 包装纸同步控制模块设计

包装纸的传送在糖果包装中相当重要，传送过快或过慢均会造成包装纸位置不合适，影响产品包装质量。在Y06型糖果包装机中，糖果包装纸动作是由三相异步电机带动相应的机械结构来完成的。在包装纸传送系统中加入了一台步进电机和SICK KT3 W-N1116型（NPN）色标传感器，与PLC联动，构成一个闭环系统，实行色标补偿。当色标探测到包装纸位置不正确时，PLC会向步进电机驱动器发送脉冲，驱动步进电机对其位置进行调整，从而保证包装的质量。步进电机及其驱动器电气原理图如图3-3所示。

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图3-3 步进电机及其驱动器电气原理图

步进电机驱动器2H1080的工作电压由变压器T2提供。图FG为接地保护，直接接到PE。PLS口接PLC高速脉冲输出口Y0，DIR口接Y1，FREE接PLC的Y2口。当糖果包装纸位置不合适时，PLC会通过Y0口发出高速脉冲，驱动步进电机前后运动，对包装纸位置做调整。

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