目錄TOC\o"1-3"\u目錄 I引言 11緒論 11.1課題研究背景 11.2國(guó)內(nèi)外食品包裝機(jī)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 21.2.1國(guó)產(chǎn)食品包裝機(jī)的發(fā)展情況 31.2.2國(guó)外食品包裝機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 31.3課題研究的目的及意義 52立式食品包裝機(jī)電氣控制方案設(shè)計(jì) 62.1立式食品包裝機(jī)的工藝流程 62.1.1結(jié)構(gòu)原理圖 62.1.2系統(tǒng)工作循環(huán)過(guò)程 62.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù) 72.3設(shè)計(jì)要求 82.4方案設(shè)計(jì) 83立式食品包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì) 93.1包裝機(jī)主電路設(shè)計(jì) 93.2主要電器設(shè)備計(jì)算及選型 93.2.1立式食品包裝機(jī)的主要電器設(shè)備 93.2.2主電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇 173.2.3打碼機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇 183.2.4加熱器電氣控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇 193.2.5三相電源線路和控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇 203.5.2三相電源線路主要設(shè)備的計(jì)算和選擇 214立式食品包裝機(jī)電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 224.1可編程控制器（PLC） 224.1.1PLC的構(gòu)成及各部件的功能 224.2AD模塊FX2N-4AD 234.3電源電壓欠壓和過(guò)壓保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 264.3.1電壓變送器 264.3.2欠壓、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 274.4過(guò)流保護(hù) 284.4.1電流變送器及電流互感器 284.4.2過(guò)流保護(hù)梯形圖 304.5溫度自動(dòng)控制 304.5.1溫度傳感器 304.5.2溫度自動(dòng)控制梯形圖 314.6計(jì)數(shù)器與顯示模塊設(shè)計(jì) 314.6.1LED數(shù)碼管 314.6.2計(jì)數(shù)器與顯示模塊的設(shè)計(jì) 324.7立式食品包裝機(jī)電氣控制PLC程序設(shè)計(jì) 335安裝與調(diào)試 345.1安裝要求 345.2安裝前期準(zhǔn)備 345.3安裝前期準(zhǔn)備 355.4線路檢查與調(diào)試 356結(jié)論 37謝辭 38參考文獻(xiàn) 39附錄1 40附錄2 41附錄3 42附錄5 47引言包裝行業(yè)是直接為提高人民生活質(zhì)量服務(wù)的新興行業(yè)。隨著社會(huì)的發(fā)展、人民生活水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品的包裝質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。其中，與人民生活密切相關(guān)的粉粒狀物料，如食鹽、味精等日用食品，麥片等營(yíng)養(yǎng)食品，都要精確的定量包裝。這些物料如果用手工定量包裝，勞動(dòng)強(qiáng)度大，速度慢，經(jīng)濟(jì)效益差。此外手工包裝往往不能滿足衛(wèi)生要求。因此，需要采用包裝機(jī)械。包裝機(jī)械是現(xiàn)代包裝工業(yè)的基本設(shè)備。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證。它能夠大幅度地提高生產(chǎn)效率；降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產(chǎn)品成本；有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)銷售的競(jìng)爭(zhēng)力；由于包裝機(jī)械的計(jì)量準(zhǔn)確，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，增強(qiáng)了產(chǎn)品銷售的競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益；延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通。包裝機(jī)械保證包裝產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)環(huán)境好、生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小，因而獲得較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)隨著食品市場(chǎng)需求的不斷變更，我國(guó)食品包裝機(jī)械得到了飛速發(fā)展，包裝機(jī)械向機(jī)電一體化、智能化、自動(dòng)化方面發(fā)展。當(dāng)前包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造水平也在不斷提高，特別是自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了包裝機(jī)械的控制系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化，變頻調(diào)速技術(shù)、可編程序控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)等在包裝機(jī)械中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使包裝機(jī)械向著高效率、高自動(dòng)化和高質(zhì)量的方向發(fā)展。1緒論自動(dòng)制袋充填食品包裝機(jī)采用卷筒式包裝材料，在機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制袋、充填、封口、打印、計(jì)數(shù)等全部包裝工序。適用于粉狀、顆粒、塊狀、流體及膠體狀物料的包裝，特別以小食品、顆粒沖劑、速溶食品的包裝應(yīng)用最為廣泛。按總體布局分為立式和臥式兩大類。下面我們以食品包裝中應(yīng)用最多的立式連續(xù)制袋三邊封口包裝機(jī)了解食品包裝的發(fā)展過(guò)程。1.1課題研究背景我國(guó)食品工業(yè)發(fā)展迅速，“十五”期間發(fā)展速度達(dá)到18%-21%。食品包裝機(jī)械形成行業(yè)已20多年，相對(duì)于食品工業(yè)，還是一個(gè)新行業(yè)。這20多年來(lái)又是世界技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期，新技術(shù)不斷在行業(yè)上應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)行業(yè)的基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)及科研力量不足，其發(fā)展相對(duì)滯后，在某種程度上拖了食品和包裝工業(yè)的后腿。總體發(fā)展雖然較快，但食品及包裝工業(yè)發(fā)展更快。2005年，食品和包裝機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值約為620億元，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求達(dá)到850億元，預(yù)計(jì)到2010年，國(guó)內(nèi)行業(yè)總產(chǎn)值可達(dá)到1300億元（現(xiàn)價(jià)），而市場(chǎng)需求可能達(dá)到2000億元。這個(gè)市場(chǎng)的空間將會(huì)引來(lái)國(guó)外設(shè)備填補(bǔ)。“十一五”規(guī)劃的目標(biāo)是要縮小這個(gè)空間，為食品工業(yè)趕上世界先進(jìn)水平，為“包裝大國(guó)”向“包裝強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)，提供先進(jìn)的技術(shù)裝備，讓進(jìn)口設(shè)備在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上只起到拾遺補(bǔ)缺的作用。這就要求國(guó)內(nèi)食品和包裝機(jī)械的年發(fā)展速度超過(guò)18%，新產(chǎn)品產(chǎn)值率達(dá)到25%。目前，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)包裝機(jī)械的研發(fā)十分重視，集機(jī)、電、光、聲、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、新技術(shù)實(shí)用化和科研成果商業(yè)化，已成為世界各國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)；這也是我國(guó)包裝機(jī)械業(yè)的發(fā)展方向。對(duì)于我國(guó)的包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，并不是求大求全，而應(yīng)是求精求專。美國(guó)、日本、意大利的包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)大部分規(guī)模不大，但專業(yè)化程度很高，這是值得我們借鑒的。當(dāng)前我國(guó)食品和包裝機(jī)械的一個(gè)突出問(wèn)題是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、模仿多、創(chuàng)新少，這不僅與設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平有關(guān)，也和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展有關(guān)。國(guó)際先進(jìn)的作法是運(yùn)用仿真技術(shù)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)合成三維模型，將過(guò)去曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的生產(chǎn)線故障數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，即可演示實(shí)際工況，在用戶面前根據(jù)需要進(jìn)行修改。計(jì)算機(jī)合成速度快，修改工作迅速方便，如果用戶的某些要求達(dá)不到，計(jì)算機(jī)也會(huì)告訴你，免除以后的糾紛。由計(jì)算機(jī)完成的仿真技術(shù)，縮短了包裝機(jī)械（生產(chǎn)線）的設(shè)計(jì)周期，客戶的滿意度也大大提高。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展以及人們生活質(zhì)量的提高，國(guó)內(nèi)對(duì)于微波食品、休閑食品及冷凍食品等方便食品的需求量不斷增加，這將直接帶動(dòng)相關(guān)食品包裝的需求，令國(guó)內(nèi)食品與包裝機(jī)械業(yè)可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持增長(zhǎng)。同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)食品及其包裝要求正在不斷提高。目前，食品包裝機(jī)械的研發(fā)正朝著高速、多功能化及控制智能化的方向發(fā)展，以適應(yīng)市場(chǎng)需求。為滿足交貨期的要求和降低工藝流通成本的需要，未來(lái)食品包裝機(jī)械要求能夠進(jìn)行高速生產(chǎn)。同時(shí)對(duì)一些產(chǎn)品，還要求包裝機(jī)械和生產(chǎn)機(jī)械相銜接，還可采用連續(xù)工作或多頭工作方式。此外，還必須降低廢品率及故障率，使正常的生產(chǎn)率得以提高，發(fā)展趨勢(shì)是使包裝機(jī)械進(jìn)一步智能化。現(xiàn)代消費(fèi)者追求食品口味的豐富性，食品生產(chǎn)趨向于多品種、小批量。與此相應(yīng)，具有多種切換功能，能適應(yīng)多種包裝材料和模具更換的包裝機(jī)才能夠適應(yīng)市場(chǎng)的需求。為使包裝機(jī)械具有良好的柔性和靈活性，提高自動(dòng)化程度，須大量采用微電腦技術(shù)、模塊技術(shù)和單元組合形式。例如，德國(guó)生產(chǎn)的制袋真空包裝機(jī)，可集制袋、稱重、充填、抽真空、封口等多種功能于一體，方便快捷。目前，國(guó)內(nèi)食品廠的大部分包裝工作，特別是較復(fù)雜的包裝物品的排列、裝配等工作基本上是人工操作，這可能造成被包裝產(chǎn)品的污染。這種狀況極需得到改變。今后，工業(yè)機(jī)器人、微電子、電腦、智能型和圖像傳感技術(shù)也將會(huì)得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用,促使包裝機(jī)械日趨自動(dòng)化。1.2國(guó)內(nèi)外食品包裝機(jī)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)產(chǎn)食品包裝機(jī)的發(fā)展情況改革開(kāi)放以來(lái)，食品包裝機(jī)械行業(yè)通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收和自主創(chuàng)新，已經(jīng)生產(chǎn)出了可以替代進(jìn)口的灌裝機(jī)、制袋充填封口包裝機(jī)、熱收縮包裝機(jī)、貼標(biāo)機(jī)、打碼機(jī)、噴碼機(jī)、真空包裝機(jī)、多功能枕式糖果包裝機(jī)、高速PET吹瓶機(jī)等。如今我國(guó)的食品包裝技術(shù)正在成為一項(xiàng)跨學(xué)科的系統(tǒng)工程，一批國(guó)產(chǎn)品牌的食品包裝機(jī)械已經(jīng)達(dá)到或正在努力趕超世界先進(jìn)水平。包裝材料的國(guó)產(chǎn)化使國(guó)產(chǎn)制袋充填封口機(jī)的技術(shù)也逐漸成熟起來(lái)，其中臥式和立式自動(dòng)制袋裝填封口包裝機(jī)在包括餅干在內(nèi)的食品包裝上立下了汗馬功勞。制袋充填封口包裝機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從單邊封到兩邊、三邊或者四邊封，控制技術(shù)從初級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程。現(xiàn)在的國(guó)產(chǎn)制袋機(jī)性能已經(jīng)比較穩(wěn)定，自動(dòng)化程度有了不斷的提高。如配備了光電檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光標(biāo)的準(zhǔn)確定位，保證了包裝封口和剪切工序的精度。為了防止含水多的餅干氧化變質(zhì)，在食品包裝機(jī)上還增添了充氣的功能，通過(guò)注入氮?dú)饣蛘叨趸己偷獨(dú)獾幕旌蠚怏w，防止了微生物的生長(zhǎng)，這些氣調(diào)包裝技術(shù)顯著地提高了餅干類點(diǎn)心的保質(zhì)期。國(guó)產(chǎn)的制袋、充填、封口包裝機(jī)還在糕點(diǎn)類的食品如蛋糕、年糕、桃酥、月餅以及顆粒、片狀食品包裝中得到了推廣應(yīng)用。為了滿足我國(guó)品種繁多的食品包裝的需求，30年來(lái)，包裝行業(yè)相繼開(kāi)發(fā)出了包裝托盤(pán)的半自動(dòng)熱收縮包裝機(jī)；包裝液體食品的液體食品軟包裝機(jī)；包裝顆粒食品的顆粒包裝機(jī)；包裝醬狀食品的醬狀包裝機(jī)；包裝藥品、保健食品的泡罩包裝機(jī)；包裝油炸膨化食品和油炸土豆片的真空包裝機(jī)和充氮包裝機(jī)以及吸塑包裝機(jī)等。食品包裝機(jī)械行業(yè)初步形成了品種多、門(mén)類比較齊全的行業(yè)格局。特別是最近10年，伴隨世界食品包裝機(jī)械技術(shù)水平的不斷提高，中國(guó)的食品包裝機(jī)械行業(yè)通過(guò)借鑒國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有的包裝機(jī)械進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和創(chuàng)新，促使國(guó)產(chǎn)包裝機(jī)械又上了一個(gè)檔次。比如立式袋成型充填封口設(shè)備改變了單一品種和單一功能，實(shí)現(xiàn)了在同一臺(tái)設(shè)備上除了可以完成包裝成型、物料的充填封口等工序外，還可以完成液體、黏稠流體、粉體、顆粒狀等多種類食品物料的包裝。在計(jì)量和充填裝置方面，各種計(jì)量和充填技術(shù)得到了應(yīng)用。如根據(jù)物料的性質(zhì)，分別采用稱重法計(jì)量和充填、螺桿法計(jì)量和充填、容杯法計(jì)量和充填、記數(shù)法計(jì)量和充填、液體法計(jì)量和灌裝。為了提高不規(guī)則物料的充填精度，近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)在固體計(jì)量充填包裝機(jī)上得到了推廣，組合式定量充填包裝技術(shù)即電腦組合秤的應(yīng)用大大的提高了充填速度和充填精度。1.2.2國(guó)外食品包裝機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外食品包裝機(jī)械設(shè)備的技術(shù)水平普遍比較高。微電腦廣泛用于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。國(guó)外包裝機(jī)械采用計(jì)算機(jī)控制工序和加工程式化，并配備各種參數(shù)計(jì)量裝置，使包裝、計(jì)量檢測(cè)一機(jī)完成。設(shè)備材質(zhì)好，生產(chǎn)中衛(wèi)生和質(zhì)量有保證。設(shè)備一般都采用不銹鋼制造，并十分重視空瓶、實(shí)瓶和自動(dòng)檢驗(yàn)設(shè)備的原地高速、高效清洗等，以保證產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到高度衛(wèi)生。國(guó)外的食品包裝與分裝新方法有：小型商用集裝箱和塑料薄膜食品包裝。小型商用集裝箱是一種便于食品用機(jī)械裝御、搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)的裝貨箱子。它的特點(diǎn)是有統(tǒng)一的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)機(jī)械與自動(dòng)化的需要，同時(shí)又便于食品的出入庫(kù)，便于清點(diǎn)箱內(nèi)貨物的數(shù)量。有足夠的強(qiáng)度，可以反復(fù)周轉(zhuǎn)使用，并能保證食品的安全。塑料薄膜食品包裝。在國(guó)外，隨著塑料機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，塑料薄膜作為內(nèi)包裝應(yīng)用日廣，除常見(jiàn)的塑料薄膜袋外，最近又有以下幾種新的塑料薄膜包裝方法：熱縮包裝。熱縮薄膜一般很薄，透明度好，顧客可以直接觀察食品。例如可以包裝一只凍雞，一袋凍肉，一袋凍魚(yú)等。熱縮包裝除具有運(yùn)銷方便，透明度好，外觀好看，包裝牢固，減少包裝體積，保持清潔等優(yōu)點(diǎn)外，其所用的包裝機(jī)械設(shè)備也比較簡(jiǎn)單。目前，在國(guó)外這種包裝方法很流行。充氣包裝。在熱縮包裝內(nèi)，充以惰性氣體，這樣可以抑制細(xì)菌繁殖，延長(zhǎng)食品的保存期限。真空包裝。用塑料薄膜將食品包好并封口后，再把里邊的空氣用真空泵抽出。這樣可以防蟲(chóng)，防腐，防潮，使食品不易變質(zhì)。自動(dòng)化真空包裝機(jī)已在國(guó)外廣泛使用。國(guó)際上包裝和食品機(jī)械的發(fā)展是以大客戶的要求為目標(biāo)，帶動(dòng)相關(guān)機(jī)械的發(fā)展。大客戶的要求主要體現(xiàn)在以下方面：一是對(duì)生產(chǎn)效率要求越高越好。這樣可以降低產(chǎn)品的成本，滿足交貨期。高速包裝機(jī)要求與前道工序要有相關(guān)銜接，不需搬運(yùn)環(huán)節(jié)，包括控制銜接，整個(gè)生產(chǎn)線按生產(chǎn)及包裝工序排列要做到倒序啟動(dòng)，順序停機(jī)。如冷灌裝生產(chǎn)線，從塑料原料自動(dòng)上線到飲料灌裝及大包裝碼垛全部自動(dòng)在封閉車間內(nèi)進(jìn)行。二是可適應(yīng)產(chǎn)品的更新變化。包裝機(jī)械要具有很高的柔性和靈活性，生產(chǎn)線允許在一定的尺寸范圍內(nèi)包裝物大小可以變化。因?yàn)楫a(chǎn)品的生命周期遠(yuǎn)短于設(shè)備使用壽命，變更產(chǎn)品及包裝不至于更換昂貴的包裝生產(chǎn)線。三是設(shè)備常見(jiàn)故障迅速排除。解決方案預(yù)先輸入電腦，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)常見(jiàn)的故障時(shí)可以自行診斷，亦可實(shí)行遠(yuǎn)程診斷并排除故障。四是要求具有自動(dòng)識(shí)別功能。一方面，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別包裝材料的厚度、硬度、反彈力等，通過(guò)電腦反饋到機(jī)械手調(diào)整動(dòng)作幅度，保證不反彈；另一方面，讓各種不同的產(chǎn)品，如形狀各異的巧克力或點(diǎn)心等，裝到同一盒中，其排列是有規(guī)律的。生產(chǎn)線傳遞的產(chǎn)品是無(wú)序的，可用探頭掃描，確定不同形狀的物料位置，再反饋到不同的機(jī)械手，它會(huì)準(zhǔn)確無(wú)誤地將物品按準(zhǔn)確的位置及方向放入托盤(pán)中，快速而且準(zhǔn)確，排除人工操作的視覺(jué)及手指的疲勞。五是可以盡量減少環(huán)境污染。減少包括噪聲、粉塵污染，并盡量減少?gòu)U棄物，在食品加工過(guò)程中尤為重要。食品原料在加工時(shí)不僅收獲主要產(chǎn)品，如玉米加工，產(chǎn)品除了玉米淀粉外，還有玉米油、色拉油、人造黃油、葡萄糖、玉米蛋白及飼料，以及污水處理等生產(chǎn)全過(guò)程，均為自動(dòng)化。沒(méi)有廢棄物、沒(méi)有污染，其價(jià)值已大大超過(guò)玉米淀粉的價(jià)值。1.3課題研究的目的及意義食品包裝中應(yīng)用最多的是立式包裝機(jī)。整機(jī)包括幾大部分：傳動(dòng)系統(tǒng)、包裝材料供送系統(tǒng)、袋成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置、物料供給裝置以及監(jiān)測(cè)裝置等。據(jù)調(diào)查，我國(guó)現(xiàn)有制袋-充填-封口食品包裝機(jī)存在以下主要問(wèn)題：（1）包裝精度低。目前我國(guó)此類包裝機(jī)械的包裝精度（計(jì)量精度）均在±2％～±3％之間，有的還在±3%以上，而國(guó)外同類設(shè)備的包裝精度都在±1％以下，而且穩(wěn)定可靠。（2）包裝速度低。目前國(guó)產(chǎn)包裝機(jī)的包裝速度，小袋包裝在60～120袋／分之間，包裝速度超過(guò)80袋/分時(shí)包裝質(zhì)量將下降；中袋包裝為35～60袋/分。國(guó)外設(shè)備的包裝速度已達(dá)到小袋包裝為1200袋／分，中袋包裝為160袋／分。（3）封口質(zhì)量難以保證。（4）包裝機(jī)的橫封機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式的不合理，將導(dǎo)致封口質(zhì)量問(wèn)題。我國(guó)現(xiàn)有一些包裝機(jī)采用縱橫封加熱裝置一體或傳送袋與縱封一體，此封口形式工作速度低，封口質(zhì)量差；本文設(shè)計(jì)了立式食品包裝機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，希望可以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、操作控制方便、降低產(chǎn)品成本、實(shí)現(xiàn)包裝的外形整齊統(tǒng)一、封口嚴(yán)密、適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的快節(jié)奏等，對(duì)實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)的自動(dòng)化具有重要的實(shí)踐意義。2立式食品包裝機(jī)電氣控制方案設(shè)計(jì)2.1立式食品包裝機(jī)的工藝流程2.1.1結(jié)構(gòu)原理圖主電機(jī)作為整臺(tái)機(jī)器的動(dòng)力源，帶動(dòng)拉膜機(jī)構(gòu)，傳送裝置，袋成型裝置等，橫封和縱封機(jī)構(gòu)由橫封縱封電機(jī)帶動(dòng)。打印功能由油墨打碼機(jī)實(shí)現(xiàn)。2.1.2系統(tǒng)工作循環(huán)過(guò)程當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí)，主電機(jī)帶動(dòng)拉膜機(jī)構(gòu)，傳送裝置，卷膜包裝材料通過(guò)導(dǎo)向輥經(jīng)成型器對(duì)折后，縱封電機(jī)帶動(dòng)熱封器進(jìn)行縱縫連續(xù)封合。于此同時(shí)，計(jì)量裝置將計(jì)量好的物料充填入袋，然后縱封電機(jī)停轉(zhuǎn)，最后由橫封電機(jī)帶動(dòng)橫封輥完成橫封和切斷成單個(gè)成品袋。完成一次包裝，系統(tǒng)循環(huán)工作。圖2-2一次包裝流程圖2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求而對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來(lái)達(dá)到目的。硬件設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，對(duì)各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達(dá)到設(shè)計(jì)的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對(duì)各種元器件的功能和接法的了解，以及對(duì)各種元器件的選擇和設(shè)計(jì)方案的選擇。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。本文利用PLC控制立式食品包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫(xiě)。這也是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的最關(guān)鍵的問(wèn)題。（1）硬件問(wèn)題包裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即主電路及主電路控制部分、溫度檢測(cè)及顯示部分和成品數(shù)量統(tǒng)計(jì)及顯示部分。主電路部分由電機(jī)及其相關(guān)的低壓控制電器組成，由PLC對(duì)低壓控制電器進(jìn)行控制。溫度檢測(cè)部分主要由溫度傳感器及溫度變送器組成，它對(duì)封合溫度進(jìn)行控制，并將當(dāng)前溫度顯示出來(lái)。硬件的設(shè)計(jì)需要PLC、傳感器及電機(jī)的相關(guān)知識(shí)。在解決這一問(wèn)題的過(guò)程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，向老師獲取幫助。（2）軟件問(wèn)題軟件設(shè)計(jì)主要包括溫度自動(dòng)控制和電壓、電流監(jiān)測(cè)。溫度自動(dòng)控制程序是將傳感器輸入的溫度模擬量通過(guò)PLC的AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入PLC與預(yù)設(shè)值比較，然后控制加熱電路的通斷。電壓監(jiān)測(cè)程序要通過(guò)電壓變送器輸入當(dāng)前的三相電壓，與預(yù)設(shè)值比較，保證電路的正常工作；電流監(jiān)測(cè)程序要通過(guò)電流變送器輸入當(dāng)前主電機(jī)的電流值，與預(yù)設(shè)值比較，保證主電機(jī)免于過(guò)熱而損壞。要對(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。對(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問(wèn)題要相當(dāng)明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計(jì)要求的功能。2.3設(shè)計(jì)要求具體要實(shí)現(xiàn)的功能為：(1)系統(tǒng)運(yùn)行在正常工作狀態(tài)時(shí)，食品包裝好后統(tǒng)計(jì)并顯示成品的數(shù)量。(2)系統(tǒng)運(yùn)行在正常工作狀態(tài)時(shí)，封口溫度能控制在預(yù)定范圍，并顯示當(dāng)前溫度值。(3)當(dāng)系統(tǒng)電壓低于0.75倍額定電壓時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷總電源開(kāi)關(guān)。(4)當(dāng)系統(tǒng)電壓高于1.15倍額定電壓時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷總電源開(kāi)關(guān)。(5)當(dāng)主電機(jī)電路電流高于1.05倍額定電流時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷主電機(jī)電路。2.4方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)按下面思路展開(kāi)：根據(jù)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，大致可分為信號(hào)輸入，信號(hào)控制，信號(hào)處理這三個(gè)部分。(1)溫度信號(hào)輸入部分通過(guò)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)封口溫度，并由溫度變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量；電壓信號(hào)輸入部分通過(guò)電壓變送器來(lái)監(jiān)測(cè)線路電壓，并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量；電流信號(hào)輸入部分通過(guò)電流變送器來(lái)監(jiān)測(cè)主電機(jī)電流，并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量。(2)信號(hào)控制部分是通過(guò)PLC控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確操作。(3)信號(hào)處理部分是通過(guò)數(shù)碼管顯示溫度和成品數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)控制部分的要求。為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，輸入部分可選用-40℃～350℃的溫度傳感器、0～500V的電壓變送器以及0～5A的穿孔穿芯一體化電流變送器；控制部分選用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制；用數(shù)碼管輸出顯示。因此，總的設(shè)計(jì)思路為：當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)有無(wú)卷膜包裝材料，若連續(xù)檢測(cè)不到，則PLC控制報(bào)警動(dòng)作，并顯示當(dāng)前已包裝完成成品數(shù)量；封口溫度通過(guò)溫度變送器將當(dāng)前溫度輸入PLC的AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送人PLC與預(yù)設(shè)值比較，當(dāng)加熱到預(yù)設(shè)上限值停止加熱，低于溫度下限值則加熱，并顯示當(dāng)前溫度；系統(tǒng)電壓通過(guò)電壓變送器輸入PLC的AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量與PLC內(nèi)預(yù)設(shè)值比較，當(dāng)系統(tǒng)電壓大于1.15倍額定電壓或小于0.75倍額定電壓時(shí)斷開(kāi)總電源；主電機(jī)電流通過(guò)電流變送器輸入PLC的AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量與PLC內(nèi)預(yù)設(shè)值比較，當(dāng)電流大于1.05倍的額定電流時(shí)斷開(kāi)主電機(jī)電路。3立式食品包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì)3.1包裝機(jī)主電路設(shè)計(jì)根據(jù)要求：主電機(jī)有過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)功能；電源有欠壓保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)功能；當(dāng)電源電壓（線電壓）小于0.75UN時(shí),要求控制系統(tǒng)產(chǎn)生欠壓保護(hù)；當(dāng)電源電壓（線電壓）大于1.15UN時(shí)，要求電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)。同時(shí)要求顯示溫度和成品計(jì)數(shù)。從而主電路設(shè)計(jì)如下：圖3-1立式食品包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)主電路原理圖3.2主要電器設(shè)備計(jì)算及選型3.2.1立式食品包裝機(jī)的主要電器設(shè)備(1)主電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，分布于各個(gè)用戶處，電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。YCT系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)是一種控制簡(jiǎn)單的交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，由Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，渦流離合器(又稱電磁轉(zhuǎn)差離合器或滑差離合器)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，通常與JD系列、TKZ系列控制器(或其他控制裝置)組成一套具有測(cè)速負(fù)反饋系統(tǒng)的交流無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置，能在比較寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。它的結(jié)構(gòu)和原理將在下面的章節(jié)介紹。我國(guó)生產(chǎn)的\o"Y系列三相異步電機(jī)"Y系列\(zhòng)o"三相異步電機(jī)"三相異步電機(jī)具有高效、節(jié)能、性能好、振動(dòng)小、噪聲低、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)方便、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。\o"Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)"Y系列電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品機(jī)械、風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、拌攪機(jī)、空氣壓縮機(jī)等。Y系列電機(jī)容量在4KW以上的都是三角形聯(lián)結(jié)，額定電壓為380V，起動(dòng)時(shí)，先將定子繞組接成星形，這時(shí)加在每相繞組上的電壓是電源電壓除以3(約等于220V)。電機(jī)起動(dòng)后，再改接到三角形聯(lián)結(jié)，此時(shí)電機(jī)端電壓為額定值。電機(jī)起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)電流只有原來(lái)三角形聯(lián)結(jié)的1/3。但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩與所加的電壓的平方成正比，所以起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只有原來(lái)三角形聯(lián)結(jié)的1/3。但對(duì)Y系列電機(jī)而言，因?yàn)樗钠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩大，其平均值為額定轉(zhuǎn)矩的1.96倍，故采用星-三角起動(dòng)不僅適用與輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，也可用于較重負(fù)載起動(dòng)的場(chǎng)合。如果Y系列電機(jī)容量大于4KW時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用星-三角減壓起動(dòng)方法。如果Y系列電機(jī)容量小于4KW時(shí)，則應(yīng)該用直接啟動(dòng)。表3-1電機(jī)的型號(hào)參數(shù)：功率（千瓦）

（KW）型號(hào)電流

380V（A）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分

（r/min）效率%

（n）功率因素

（COS）同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分(4極)50Hz0.55Y801-41.51390730.762.462.30.75Y802-42.0139074.50.762.362.31.1Y90S-42.71400780.71.5Y90L-43.71400790.72.2Y100L1-45.01420810.822.27.02.33Y100L2-46.8142082.50.812.27.02.34Y112M-48.8144084.50.822.27.02.35.5Y132S-411.6144085.50.842.27.02.37.5Y132M-415.4144085.50.842.27.02.311Y160M-422.61460880.842.27.02.315Y160L-430.3146088.50.852.27.02.318.5Y180M-435.91470910.862.07.02.222Y180L-442.5147091.50.862.07.02.230Y200L-456.8147092.20.872.07.02.237Y225S-469.8148091.80.871.97.02.245Y225M-484.2148092.30.881.97.02.255Y250M-4102.5148092.60.882.07.02.275Y280S-4139.7148092.70.881.97.02.290Y280M-4164.3148093.50.891.97.02.2110Y315S-4201.9148093.50.8132Y315M-4139.71480940.8160Y315L1-4289148094.50.8200Y315L2-4361.3148094.50.8主線路中的主電機(jī)是控制生產(chǎn)線的水平作業(yè)，不需要帶動(dòng)物體運(yùn)轉(zhuǎn)，所以使用功率不大于4KW電機(jī)即可。因此所選電機(jī)可允許直接起動(dòng)。主電機(jī)選用型號(hào)如下表3-2所示。表3-2電機(jī)型號(hào)選擇型號(hào)功率（KW）額定電流（A）額定電壓（V）額定轉(zhuǎn)速（r/min）主電機(jī)Y802-40.752.13801390(2)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的介紹： 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用到的主要電動(dòng)機(jī)是三相異步電機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件及其他附件組成。定子：定子是由機(jī)座，定子鐵心和定子繞組三部分組成。機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的主要支架，用來(lái)固定定子鐵心和支持端蓋，一般由鑄鐵制成。為了減少鐵心中的能量損耗，鐵心是由一定厚度圓環(huán)狀，內(nèi)圓沖有嵌放放定繞組的下線槽。互相絕緣的硅鋼片疊成的。定子繞組是用漆包線或紗包線繞制而成，三相繞組在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部可接成三角形，為了改變接線方便，三相繞組的6個(gè)接線端子，從內(nèi)部引線接到電動(dòng)機(jī)定子外面的接線板上。轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成，軸是用中碳鋼制造的。轉(zhuǎn)子鐵心是0.35～0.5mm厚圓形硅鋼片疊壓而成的，靠近邊緣均勻的沖有用來(lái)嵌放轉(zhuǎn)子繞組的線槽。籠型轉(zhuǎn)子各線槽內(nèi)繞組和兩端短路還連同風(fēng)葉一起，同鋁鑄成一個(gè)整體，實(shí)際就是轉(zhuǎn)子的繞組。繞線型轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組的形成基本上相同。三相繞組的尾端連在一起星形聯(lián)結(jié)，而三個(gè)始端則連接在三個(gè)銅集電環(huán)上。環(huán)與環(huán)之間以及環(huán)與軸之間互相絕緣。電機(jī)的起動(dòng)方法有直接啟動(dòng)、減壓?jiǎn)?dòng)與軟啟動(dòng)等。1、直接起動(dòng)直接起動(dòng)，也就是全壓起動(dòng)，是一種最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方式。起動(dòng)時(shí)，通過(guò)一些直接起動(dòng)設(shè)備，把全部電源電壓（即全壓）直接加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組，顯然，這時(shí)起動(dòng)電流較大，可達(dá)額定電流的4～7倍，根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際測(cè)量，某些電動(dòng)機(jī)甚至可達(dá)到8～12倍。對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，過(guò)大的起動(dòng)電流將造成電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，影響電動(dòng)機(jī)的壽命；同時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組在電動(dòng)力的作用下，會(huì)發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電動(dòng)機(jī)。過(guò)大的起動(dòng)電流還會(huì)使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓顯著下降而影響接在同一電網(wǎng)的其它電動(dòng)機(jī)的正常工作。所以，一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于7.5KW時(shí)允許直接起動(dòng)，如果大于7.5KW，一般用降壓起動(dòng)。2、減壓起動(dòng)(1)電阻減壓或電抗減壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，在定子電路串聯(lián)電阻或電抗，起動(dòng)電流在電阻或電抗將產(chǎn)生壓降，降低了電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，起動(dòng)電流也從而得到減少。(2)自耦補(bǔ)償起動(dòng)自耦補(bǔ)償起動(dòng)是利用自耦變壓器降低到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，以減小起動(dòng)電流。它適用于容量較大的低壓電動(dòng)機(jī)作減壓起動(dòng)用，應(yīng)用比較廣泛，有手動(dòng)和自動(dòng)控制線路。不過(guò)它的體積比較大，質(zhì)量也比較大，價(jià)格比較高。(3)星形-三角形起動(dòng)星形-三角形起動(dòng)也是一種降壓?jiǎn)?dòng)，使用這種方法起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行時(shí)連接成三角形的，而且每相繞組引出兩個(gè)出線端，三相共引出六個(gè)出線端。在起動(dòng)時(shí)，先將三相定子繞組連成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時(shí)再改為連接成三角形。這樣，起動(dòng)時(shí)連接成星形的定子繞組電壓與電流都只是三角形的1/1.732，由于三角形連接時(shí)繞組內(nèi)的電流是線路電流的1/3，而星形連接時(shí)兩者相等的。因此連接成星形起動(dòng)時(shí)的線路電流只有連接成三角形直接起動(dòng)時(shí)線路電流的1/3，所以這種起動(dòng)方式只適用于空載或輕載起動(dòng)。(4)延邊三角形起動(dòng)延邊三角形起動(dòng)法是利用電動(dòng)機(jī)引出的九個(gè)出線端（即每相定子繞組多引出一個(gè)出線端）的一種連接法，能達(dá)到減壓起動(dòng)的目的。3、軟起動(dòng)軟起動(dòng)是一種無(wú)級(jí)別能平滑起動(dòng)的，有五種起動(dòng)方法。(1)限流或恒流起動(dòng)方法。(2)斜坡電壓起動(dòng)法(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)法(4)轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳控制起動(dòng)法(5)電壓控制起動(dòng)法三相異步電動(dòng)機(jī)所采用的降壓起動(dòng)方式的實(shí)質(zhì)，都是在電源電壓不變的情況下，設(shè)法降低定子繞組的電壓，以減小起動(dòng)電流。它們都是在起動(dòng)時(shí)定子繞組為某一種聯(lián)結(jié)方式，借助于時(shí)間繼電器自動(dòng)地轉(zhuǎn)換為另一種聯(lián)結(jié)方式全壓運(yùn)動(dòng)。它們之間的比較見(jiàn)表3-3。表3-3三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的比較方式動(dòng)起目較項(xiàng)比方式動(dòng)起目較項(xiàng)比定子串電阻自耦變壓器星—三角起動(dòng)延邊三角起動(dòng)電流IQ=KINI1=K2INIY=1/3I△a=1:1IQ=1/2IN起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TQ=K2INTQ=K2INTY=1/3T△TQ=1/2TN適用范圍適用于起動(dòng)次數(shù)不太多，電動(dòng)機(jī)容量不大適用于比較大容量的電動(dòng)機(jī)只適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)只適用于能這樣聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，電阻消耗功率大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小價(jià)格較貴，體積大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，不能頻繁起動(dòng)只能在空載或輕載下起動(dòng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比星—三角方式大，接線復(fù)雜根據(jù)實(shí)際要求，在本包裝機(jī)設(shè)計(jì)里使用的主要電機(jī)都是輕載起動(dòng)的電機(jī)，所以在這里選擇的起動(dòng)方式是，小電機(jī)為直接起動(dòng)，大電機(jī)為星形-三角形起動(dòng)。(2)低壓斷路器低壓斷路器又稱自動(dòng)開(kāi)關(guān)，它是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用，又能自動(dòng)進(jìn)行失壓、欠壓、過(guò)載、和短路保護(hù)的電器。它可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考猾@得了廣泛的應(yīng)用。分類：

按操作方式分有：電動(dòng)操作、儲(chǔ)能操作和手動(dòng)操作。

按結(jié)構(gòu)分有：萬(wàn)能式和塑殼式。按使用類別分有：選擇型和非選擇型。按滅弧介質(zhì)分有：油浸式、真空式和空氣式。按動(dòng)作速度分有：快速型和普通型。按極數(shù)分有：?jiǎn)渭?jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)等。按安裝方式分有：插入式、固定式和抽屜式等。表3-4DZ15系列塑料外殼式斷路器主要技術(shù)參數(shù)如下型號(hào)殼架額定電流/A額定電壓/V極數(shù)脫扣器額定電流/ADZ15-40/1DZ15-40/2DZ15-40/3DZ15-40/440220025.32.40380234DZ15-63/1DZ15-63/2DZ15-63/3DZ15-63/463220110.16.2025.32.4050.63380234DZ15-100/3DZ15-100/41003803480.100低壓斷路器的選擇主要依據(jù)一下幾個(gè)方面：①低壓斷路器的額定電流和額定電壓應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓和電流。②低壓斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路最大短路電流。③欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。④過(guò)電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負(fù)載電流。一般選擇低壓斷路器的額定電流為電機(jī)額定電流的2倍。（3）交流接觸器接觸器是一種自動(dòng)化的控制電器。接觸器主要用于頻繁接通或分?jǐn)嘟弧⒅绷麟娐罚哂锌刂迫萘看螅蛇h(yuǎn)距離操作，配合繼電器可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作，聯(lián)鎖控制，各種定量控制和失壓及欠壓保護(hù)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制電路，其主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于控制其它電力負(fù)載，如電熱器、照明、電焊機(jī)、電容器組等。接觸器按被控電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器。這里主要介紹常用的交流接觸器。交流接觸器又可分為電磁式和真空式兩種。接觸器的選擇主要依據(jù)一下幾個(gè)方面：①根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇接觸器的類型。②額定電壓應(yīng)大于或等于主電路工作電壓。③額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Ij=1.3I（3-1）④吸引線圈的額定電壓與頻率要與所在控制電路的選用電壓和頻率相一致。（4）熱繼電器選擇熱繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)長(zhǎng)期帶負(fù)荷欠電壓下運(yùn)行、長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行以及長(zhǎng)期單相運(yùn)行等不正常情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組嚴(yán)重過(guò)熱乃至燒壞，為了充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，保證電動(dòng)機(jī)的正常起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載時(shí)又能自動(dòng)切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨過(guò)載程度而改變動(dòng)作時(shí)間的電器，這就是熱繼電器。熱繼電器的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、整定電流、相數(shù)、熱元件編號(hào)及整定電流調(diào)節(jié)范圍等。熱繼電器的整定電流是指熱繼電器的熱元件允許長(zhǎng)期通過(guò)又不致引起地板郭子儀的電流值，對(duì)于某一熱元件，可通過(guò)調(diào)節(jié)其電流調(diào)節(jié)旋鈕，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其整定電流。表3-5JR20系列雙金屬片式熱繼電器主要技術(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品型號(hào)額定電壓/v額定電流/A熱元件代號(hào)整定電流范圍/A安裝特征配用的CJ20交流接觸器JR20-10660101R0.1~0.13~0.15基本型L型G型CJ20-102R0.15~0.19~0.23…………14R7~8.6~1015R8.6~10`11.6JR20-63631U16~20~24CJ20-40.632U24~30~363U36~42~48…………JR20-1601601w33~40~47CJ20-100.1602w47~55~633w63~74~844w84~92~100熱繼電器選用時(shí)，主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的使用場(chǎng)合和額定電流來(lái)確定熱繼電器的型號(hào)及熱元件的額定電流等級(jí)，在不頻繁起動(dòng)場(chǎng)合，要保證熱繼電器在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生誤動(dòng)作，通常可按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器。對(duì)于三角形連接的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選擇帶斷相保護(hù)功能的熱繼電器。（5）連接導(dǎo)線選用在選擇導(dǎo)線截面時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度要求、導(dǎo)線允許載流量和線路電壓損失要求三個(gè)基本原則來(lái)選擇導(dǎo)線截面。①根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度要求選擇導(dǎo)線截面。由于電力線路受到自身?xiàng)l件及大自然的外力作用和線路敷設(shè)等條件的影響，所以要求電力線路應(yīng)具有一定的機(jī)械度。②根據(jù)允許截流量要求選擇導(dǎo)線截面。負(fù)荷電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線電阻的作用，會(huì)產(chǎn)生能耗，使導(dǎo)線發(fā)熱，溫度上升，從而使絕緣線絕緣老化、甚至燒壞引起火災(zāi)事故；或能使裸導(dǎo)線接頭處加劇氧化、增加接觸電阻、嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生斷線事故。所謂的導(dǎo)線允許截流量，就是在規(guī)定的環(huán)境條件下，導(dǎo)線能夠連續(xù)承受不致使其溫度超過(guò)允許值的最大電流。一般根據(jù)上述環(huán)境條件將導(dǎo)線截流量列表備查。③根據(jù)線路電壓損失要求選擇導(dǎo)線截面。制造廠根據(jù)導(dǎo)線的容許溫升，制定了各類導(dǎo)線在不同敷設(shè)條件下的持續(xù)容許電流表，在選擇導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線中通過(guò)的電流不允許超過(guò)表3-6規(guī)定。表3-6導(dǎo)線技術(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)線標(biāo)稱截面（mm2）導(dǎo)線的持續(xù)容許電流（A）BX型銅芯橡皮線BLX型鋁芯橡皮線BV、BVR型銅芯塑料線BLV型鋁芯塑料線0.50.7518-16-121-19-1.5271924182.5352732254453542326584555421085657559161108510580251451101381053.2.2主電機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇（1）主電機(jī)電氣線路是由低壓斷路器、接觸器、熱繼電器來(lái)構(gòu)成電機(jī)的保護(hù)，控制線路由PLC控制接觸器線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣線路的通斷。主電機(jī)電氣線路接線圖如圖3.2所示。PLC控制線路接線如圖3.3所示。SB3SB4X02X03～KM2過(guò)流報(bào)警Y01Y13HL2Y06FR1X04SB3SB4X02X03～KM2過(guò)流報(bào)警Y01Y13HL2Y06FR1X04圖3.2主電機(jī)電氣線路接線圖圖3.3主電機(jī)控制線路圖圖3.2主電機(jī)電氣線路中的1，2，3孔是穿孔穿芯一體化電流變送器的一次電流側(cè)，主電機(jī)的三相主回路從此穿過(guò)，變送器的二次側(cè)輸出與輸入電流成比例的0～5V電壓信號(hào)，可監(jiān)控主電機(jī)電路的電流。當(dāng)電流大于額定電流的1.05倍時(shí)，通過(guò)控制PLC輸出使KM2接觸器斷開(kāi)。壓斷路器的作用是當(dāng)發(fā)生過(guò)載或短路等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，接觸器的作用控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，熱繼電器的作用是防止電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行而導(dǎo)致嚴(yán)重過(guò)熱。PLC的控制過(guò)程如下：按下啟動(dòng)按鈕SB3，輸入端X02閉合，使接觸器KM2線圈得電，接觸器KM2主觸頭閉合，輸出端Y01和Y06接通，主電機(jī)燈工作指示燈HL2點(diǎn)亮，Y01端自鎖，主電機(jī)得電直接起動(dòng)。熱繼電器FR1的常開(kāi)觸點(diǎn)連接于輸入端X04，X04的常閉觸頭分別與接觸器線圈KM2串接，當(dāng)過(guò)載時(shí)，熱繼電器FR1的常開(kāi)觸頭閉合，X4的常閉觸頭斷開(kāi)，接觸器線圈KM2失電，Y01停止工作，主電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）選擇低壓斷路器的額定電流一般為電機(jī)額定電流的2倍。接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，通常按照1.3倍的電動(dòng)機(jī)額定電流來(lái)選擇。熱繼電器的選用通常可按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取。通過(guò)線路各設(shè)備的電流大小計(jì)算為：主電機(jī)線路各設(shè)備的電流計(jì)算：低壓斷路器：IQF1＝2IN＝22.1＝4.2（A）接觸器：IKM2＝1.3IN＝1.32.1＝2.73（A）熱繼電器：IFR1＝IN＝2.1（A）根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇相對(duì)應(yīng)的設(shè)備型號(hào)如下表3-7所示。表3-7主電機(jī)線路主要設(shè)備型號(hào)電氣設(shè)備名稱電氣設(shè)備額定電流（A）電氣設(shè)備型號(hào)低壓斷路器6DZ15-40/3902接觸器9CJX2-09熱繼電器3.5JR16-20/3D連接導(dǎo)線16BV型銅芯塑料線（0.75mm2）3.2.3打碼機(jī)電氣控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇（1）電動(dòng)油墨打碼機(jī)是單相交流電機(jī)，電氣線路由低壓斷路器、接觸器構(gòu)成電機(jī)的保護(hù)，控制線路由PLC控制接觸器線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣線路的通斷。低壓斷路器的作用是當(dāng)發(fā)生過(guò)載或短路等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，接觸器能控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止。PLC的控制過(guò)程如下：在包裝制袋的流水線過(guò)程中，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)SB6檢測(cè)到有包裝膜通過(guò)的時(shí)候，輸入端X05閉合，使接觸器KM5線圈得電，接觸器KM5主觸頭閉合，輸出端Y04接通并自鎖，打碼機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，按一定的速度在每個(gè)包裝袋上打印生產(chǎn)日期。當(dāng)X05持續(xù)一分鐘檢測(cè)不到包裝膜時(shí)，時(shí)間繼電器T1的常閉觸頭將斷開(kāi)，使得KM5的線圈失電，接觸器KM5的主觸頭斷開(kāi)，打碼機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，蜂鳴器響起，斷膜、無(wú)膜指示燈閃爍。（2）選擇低壓斷路器的額定電流一般為電機(jī)額定電流的2倍。接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，通常按照1.3倍的電動(dòng)機(jī)額定電流來(lái)選擇。熱繼電器的選用通常可按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取。通過(guò)線路各設(shè)備的電流大小計(jì)算為：低壓斷路器：IQF4＝2IN＝20.25＝0.5（A）接觸器：IKM5＝1.3IN＝1.30.25＝0.325（A）根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇相對(duì)應(yīng)的設(shè)備型號(hào)如下表3-8所示。表3-8氣泵電機(jī)線路主要設(shè)備型號(hào)電氣設(shè)備名稱電氣設(shè)備額定電流（A）電氣設(shè)備型號(hào)低壓斷路器6DZ15-40/3902接觸器9CJX2-09/M連接導(dǎo)線16BV型銅芯塑料線（0.75mm2）3.2.4加熱器電氣控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇（1）加熱器電氣線路都由低壓斷路器、接觸器構(gòu)成保護(hù)的，控制線路均由PLC控制接觸器線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣線路的通斷。PLC控制線路接線如圖3.4所示。溫度變送器溫度變送器FX2N-4ADY02Y03Y10～KM3KM4HL3圖3.4加熱器控制線路圖低壓斷路器的作用是當(dāng)發(fā)生過(guò)載或短路等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，接觸器能控制加熱器的啟動(dòng)和停止。PLC的控制過(guò)程如下：溫度傳感器檢測(cè)當(dāng)前溫度并由溫度變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)1～5V信號(hào)，然后送入AD模塊，AD模塊把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量后在PLC內(nèi)與預(yù)設(shè)值比較，比較結(jié)果小于預(yù)設(shè)值時(shí)，使接觸器KM3線圈和KM4線圈同時(shí)得電，接觸器KM3和KM4主觸頭閉合，輸出端Y02和Y03同時(shí)接通，加熱燈HL3點(diǎn)亮，Y02端自鎖，縱封加熱器和橫封加熱器同時(shí)工作。（2）選擇低壓斷路器的額定電流一般為電機(jī)額定電流的2倍。接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，通常按照1.3倍的電動(dòng)機(jī)額定電流來(lái)選擇。不銹鋼電加熱器是以金屬管為外殼，沿管內(nèi)中心軸向均布螺旋電熱合金絲（鎳鉻，鐵鉻合金）其空隙填充壓實(shí)具有良好絕緣導(dǎo)熱性能的氧化鎂砂，管口兩端用硅膠或陶瓷密封，這種金屬鎧裝電熱元件可以加熱空氣，金屬模具和各種液體。不銹鋼加熱器在耐高溫不銹鋼無(wú)縫管內(nèi)均勻地分布高溫電阻絲，在空隙部分致密地填入導(dǎo)熱性能和絕緣性能均良好的結(jié)晶氧化鎂粉，加熱器這種結(jié)構(gòu)不但先進(jìn)，熱效率高，而且發(fā)熱均勻，當(dāng)高溫電阻絲中有電流通過(guò)時(shí)，加熱器產(chǎn)生的熱通過(guò)結(jié)晶氧化鎂粉向金屬管表面擴(kuò)散，再傳遞到被加熱件或空氣中去，達(dá)到加熱的目的。不銹鋼電加熱器是專門(mén)將電能轉(zhuǎn)化為熱能的電器元件,由于其價(jià)格便宜，使用方便,安裝方便,無(wú)污染,被廣泛使用在各種加熱場(chǎng)合,不銹鋼電加熱管的使用壽命都很長(zhǎng)，一般設(shè)計(jì)使用壽命有10000多小時(shí)。熱合口溫度的確定與所用的包裝材料類型、包裝速度及封合壓力有關(guān)。在設(shè)定封合溫度時(shí)，要根據(jù)以上綜合因素考慮。包裝速度高時(shí)封合溫度要適當(dāng)提高，包裝速度慢時(shí)封合溫度可適當(dāng)降低。表3-9所示為幾種包裝材料的熱封合溫度：表3-9包裝材料的熱封合溫度包裝材料類型設(shè)定溫度1紙/聚乙烯、鋁箔/聚乙烯尼龍/聚乙烯150℃左右2玻璃紙/聚乙烯140℃左右3滌綸/聚乙烯、BPP/聚乙烯130℃左右4聚丙烯/聚乙烯120℃左右選用的加熱器規(guī)格為：額定電流為1.59A，額定電壓為220V，額定功率為350W，最高使用溫度為200℃。低壓斷路器：IQF3＝2IN＝21.59＝3.18（A）接觸器：IKM3＝1.3IN＝1.31.59＝2.07（A）根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇相對(duì)應(yīng)的設(shè)備型號(hào)如下表3-10所示。表3-10縱封、橫封加熱器線路主要設(shè)備型號(hào)電氣設(shè)備名稱電氣設(shè)備額定電（A）電氣設(shè)備型號(hào)低壓斷路器6DZ15-40/3902接觸器9CJX2-09/M連接導(dǎo)線16BV型銅芯塑料線（0.75mm2）封口溫度設(shè)定在一個(gè)范圍并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱，同時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。溫度由熱電偶溫度傳感器測(cè)量當(dāng)前溫度并由溫度變送器將溫度信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的1～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，接入PLC的AD模塊準(zhǔn)換成數(shù)字量送入PLC比較，當(dāng)溫度低于下限值則通過(guò)PLC控制接觸器KM3、KM4接通縱封、橫封加熱器電路；當(dāng)溫度高于上限值則通過(guò)PLC控制接觸器KM3、KM4斷開(kāi)縱封、橫封加熱器電路，使溫度保持在一定的范圍內(nèi)。3.2.5三相電源線路和控制線路設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇（1）三相電源線路由接觸器構(gòu)成線路的保護(hù)，三相電壓變送器對(duì)三相電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)PLC控制接觸器三相電源的通斷。三相電源線路接線圖如圖3.5所示，PLC控制線路接線如圖3.6所示。～KM1Y00～KM1Y00Y05HL1FX2N-4AD三相電壓變送器UVWX00X01SB2SB1圖3.5三相電源接線圖圖3.6三相電源PLC控制線路三相電源線路通過(guò)接觸器來(lái)控制電路的分?jǐn)唷LC的工作過(guò)程為：按下三相電源按鈕SB1，輸入端X00閉合，使接觸器KM1線圈得電，KM1主觸頭閉合，輸出端Y00和Y05同時(shí)接通，電源燈HL1點(diǎn)亮，Y00端自鎖，而且接通三相電路；三相電壓變送器對(duì)三相電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把采集數(shù)據(jù)送進(jìn)AD模塊，AD模塊把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，在PLC內(nèi)進(jìn)行比較，當(dāng)電壓大于1.15UN或電壓小于0.75UN時(shí)，接觸器KM1線圈失電，主觸頭斷開(kāi)，從而起到保護(hù)電路的作用。3.5.2三相電源線路主要設(shè)備的計(jì)算和選擇選擇低壓斷路器的額定電流一般為電機(jī)額定電流的2倍。接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控電路的額定電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，通常按照1.3倍的電動(dòng)機(jī)額定電流來(lái)選擇。通過(guò)接觸器和導(dǎo)線的電流大小計(jì)算為：低壓斷路器：IQF1＝4.2+0.5+3.18×2＝11.6（A）接觸器電流計(jì)算：IKM8＝2.73+0.325+2.067×2=7.189（A）連接導(dǎo)線電流計(jì)算：IKM7＝2.1+0.25+1.59×2=5.53（A）根據(jù)以上數(shù)據(jù)選擇相對(duì)應(yīng)的設(shè)備型號(hào)如下表3-11所示。表3-11三相電源線路主要設(shè)備型號(hào)電氣設(shè)備名稱電氣設(shè)備額定電流（A）電氣設(shè)備型號(hào)低壓斷路器16DZ15-40/3902接觸器9CJX2-09連接導(dǎo)線16BV型銅芯塑料線（0.75mm2）4立式食品包裝機(jī)電氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著食品包裝技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)包裝機(jī)的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高。應(yīng)用微機(jī)系統(tǒng)、嵌入式單片機(jī)、PLC等技術(shù)來(lái)提高包裝設(shè)備的自動(dòng)化程度，是實(shí)現(xiàn)食品包裝技術(shù)數(shù)字化處理與智能控制的基礎(chǔ)。當(dāng)食品完成制作加工工作后，包裝工作是食品工業(yè)中不可缺少的一環(huán)，其中較多使用小型立式食品包裝機(jī)。本研究根據(jù)立式食品包裝機(jī)在包裝食品過(guò)程中的工藝流程特點(diǎn)，將PLC應(yīng)用于食品包裝整個(gè)過(guò)程的控制，使包裝機(jī)完成高質(zhì)量的食品包裝工作。4.1可編程控制器（PLC）可編程序控制器（ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PC或PLC）于1969年在美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）出現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點(diǎn)和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的PLC產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的許多過(guò)程控制領(lǐng)域。PLC已和數(shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。4.1.1PLC的構(gòu)成及各部件的功能（1）PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。（2）CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。（3）I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開(kāi)關(guān)量是指只有開(kāi)和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。（4）電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。4.2AD模塊FX2N-4AD（1）特點(diǎn)AD模塊FX2N-4AD是三菱公司生產(chǎn)的特殊擴(kuò)展模塊，它用于將模擬量輸入轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將數(shù)據(jù)傳送到PLC，這樣PLC就可以像處理開(kāi)關(guān)量一樣，同樣方便地處理模擬量。其模塊有如下幾個(gè)特點(diǎn)：①FX2N-4AD模擬特殊模塊有四個(gè)輸入通道。輸入通道接收模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這稱為A/D轉(zhuǎn)換。FX2N-4AD最大分辨率是12位。②基于電壓或電流的輸入/輸出的選擇通過(guò)用戶配線來(lái)完成，可選用的模擬值范圍是-10V到10VDC（分辨率：5mV），并且/或者4到20mA，-20到20mA（分辨率：20μA）。③FX2N-4AD和FX2N主單元之間通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N-4AD共有32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器（每個(gè)16位）。④FX2N-4AD占用FX2N擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)。這8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入或輸出。FX2N-4AD消耗FX2N主單元5V電源槽30mA的電流。（2）性能指標(biāo)FX2N-4AD的性能技術(shù)指標(biāo)如表4-1所示。表4-1FX2N-4AD性能指標(biāo)項(xiàng)目電壓輸入電流輸入電壓或電流輸入的選擇基于實(shí)際對(duì)端子的選擇，一次可同時(shí)使用4個(gè)輸入點(diǎn)模擬輸入范圍DC-10V到10V（輸入阻抗：200KΩ），注意：如果輸入電壓超過(guò)±15V，單元會(huì)被損壞。DC-20mA到20mA（輸入阻抗:250Ω）,注意：如果輸入電流超過(guò)±32mA，單元會(huì)被損壞。數(shù)字輸出12位的轉(zhuǎn)換結(jié)果以16位二進(jìn)制補(bǔ)碼方式存儲(chǔ)。最大值：+2047，最小值：-2048分辨率5mV（10V默認(rèn)范圍：1/2000）20μA（20mA默認(rèn)范圍：1/1000）總體精度±1%（對(duì)于-10V到10V的范圍）±1%（對(duì)于-20mA到20mA的范圍）轉(zhuǎn)換速度15ms/通道（常速），6ms/通道（高速）（3）緩沖寄存器（BFM）編號(hào)特殊功能模塊FX2N-4AD的緩沖寄存器BFM，是FX2N-4AD同PLC基本單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的區(qū)域，這一緩沖寄存器由32個(gè)16位的寄存器組成，編號(hào)為BFM#0～#31。FX2N-4AD模擬分配表如表4-2所示。表4-2FX2N-4AD模塊BFM分配表BFM內(nèi)容*#0通道初始化默認(rèn)設(shè)定值=0000*#1通道1平均取樣次數(shù)默認(rèn)值=8*#2通道2*#3通道3*#4通道4#5通道1平均值#6通道2#7通道3表4-2續(xù)#8通道4#9通道1當(dāng)前值#10通道2#11通道3#12通道4#13～#19不能使用*#20重置為默認(rèn)設(shè)定值默認(rèn)設(shè)定值=H0000*#21禁止零點(diǎn)和增益調(diào)整默認(rèn)設(shè)定值=0，1（允許）*#22零點(diǎn)、增益調(diào)整b7b6b5b4b3b2b1b0G4O4G3O3G2O2G1O1*#23零點(diǎn)值默認(rèn)設(shè)定值=0*#24增益值默認(rèn)設(shè)定值=5000#25～#28空置#29出錯(cuò)信息#30識(shí)別碼K2010#31不能使用表中帶*號(hào)的緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)可由PLC通過(guò)TO指令改寫(xiě)。改寫(xiě)帶*號(hào)的BFM的設(shè)定值即可改變FX2N-4AD模塊的運(yùn)行參數(shù)，調(diào)整其輸入方式、輸入增益和零點(diǎn)等。從指定的模塊量輸入模塊讀入數(shù)據(jù)前應(yīng)先將設(shè)定值寫(xiě)入，否則按默認(rèn)設(shè)定值執(zhí)行。PLC用FROM指令可將不帶*號(hào)的BFM內(nèi)的數(shù)據(jù)讀入。①在BFM#0中寫(xiě)入十六進(jìn)制4位數(shù)字H××××使各通道初始化，最低位數(shù)字控制通道1，最高位控制通道4，各位數(shù)字的意義如下：×=0：設(shè)定輸入范圍-10～+10V×=1：設(shè)定輸入范圍+4～+20mA×=2：設(shè)定輸入范圍-20～+20mA×=3：關(guān)閉該通道例如：BFM#0=H3310，則CH1：設(shè)定輸入范圍-10～+10VCH2：設(shè)定輸入范圍+4～+20mACH3、CH4：關(guān)閉該通道②輸入的當(dāng)前值送到BFM#9～#12，輸入的平均值送到BFM#5～#8。③各通道平均值取樣次數(shù)分別由BFM#1～#4來(lái)指定。取樣次數(shù)范圍從1～4096，若設(shè)定值超過(guò)該數(shù)值范圍時(shí)，按默認(rèn)設(shè)定值8處理。④當(dāng)BFM#20被置1時(shí)，整個(gè)FX2N-4AD的設(shè)定值均恢復(fù)到默認(rèn)設(shè)定值。這是快速地擦除零點(diǎn)和增益的非默認(rèn)設(shè)定值的方法。⑤若BFM#21的b1、b0分別置為（1，0），則增益和零點(diǎn)的設(shè)定值禁止改動(dòng)。要改動(dòng)零點(diǎn)和增益的設(shè)定值時(shí)必須令b1、b0的值分別為（0，1）。默認(rèn)設(shè)定為（0，1）。⑥在BFM#23和BFM#24內(nèi)的增益和零點(diǎn)設(shè)定值會(huì)被送到指定的輸入通道的增益和零點(diǎn)寄存器中，需要調(diào)整的輸入通道由BFM#22的G、O（增益、零點(diǎn)）位的狀態(tài)來(lái)指定。例如：若BFM#22的G1、O1位置1，則BFM#23和#24的設(shè)定值即可送入通道1的增益和零點(diǎn)寄存器。各通道的增益和零點(diǎn)既可統(tǒng)一調(diào)整，也可獨(dú)立調(diào)整。⑦BFM#23和#24中設(shè)定值以mV或μA為單位，但受FX2N-4AD的分辨率影響，其實(shí)際響應(yīng)以5mV/20μA為步距。⑧BFM#30中存的是特殊功能模塊識(shí)別碼，PLC可用FROM指令讀入。FX2N-4AD的識(shí)別碼為K2010。用戶在程序中可以方便地利用這一識(shí)別碼在傳送數(shù)據(jù)前先確認(rèn)該特殊功能模塊。⑨BFM#29中各位的狀態(tài)是FX2N-4AD運(yùn)行正常與否的信息。例如：b2為OFF時(shí)，表示DC24V電源正常，b2為ON時(shí)，則電源有故障。用FROM指令將其讀入，即可作相應(yīng)處理。4.3電源電壓欠壓和過(guò)壓保護(hù)的實(shí)現(xiàn)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要電機(jī)的過(guò)流，電源的欠壓、過(guò)壓保護(hù)的控制是采用FX2N的擴(kuò)充模塊FX2N-4AD轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其過(guò)程為先將線路電壓或電流分別送入電壓變送器或電流變送器，經(jīng)過(guò)降壓處理，再送入FX2N-4AD轉(zhuǎn)換器中，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，用程序?qū)﹄妷夯螂娏鞯牟蓸又蹬c設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)比較控制PLC的輸出。當(dāng)電壓大于設(shè)定值的1.15倍時(shí)，PLC輸出，產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，即過(guò)壓報(bào)警燈亮，過(guò)壓報(bào)警器響；當(dāng)電壓小于設(shè)定值的0.75倍時(shí)，PLC輸出，產(chǎn)生欠壓保護(hù)，即欠壓報(bào)警燈亮，欠壓報(bào)警器響。4.3.1電壓變送器三相交流電壓變送器是一種將交流電壓轉(zhuǎn)換成按比例輸出的與負(fù)載無(wú)關(guān)的直流電流或電壓的裝置，廣泛的應(yīng)用在電力、石化、油田、冶金、自控等各個(gè)需要電量測(cè)量的行業(yè)。在這里選擇了PAS-U3交流電壓變送器。其型號(hào)用PAS-U3-V6-P5-O4，U3代表的是三相交流電，V6代表輸入電壓范圍為0～500V，P5代表加AC220V電源，O4代表的是輸出范圍為0～5V。4.3.2欠壓、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)先將線路電壓或電流送入三相交流變送器，對(duì)電壓和電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)上面的選擇輸入電壓范圍為0～500V，輸出電壓為0～5V。例如，設(shè)定電網(wǎng)的額定電壓為380V，根據(jù)要求，其過(guò)壓時(shí)的電壓為額定電壓的1.15倍，欠壓時(shí)的電壓為額定電壓的0.75倍，所以過(guò)壓時(shí)電壓=380V×1.15=437V，欠壓時(shí)電壓=380×0.75=285V，經(jīng)過(guò)三相交流變送器后，其=4.37V，=2.85V。即輸入FX2N-4AD模擬轉(zhuǎn)換器的過(guò)壓電壓為4.37V，欠壓為2.85V。而電流變送器輸入電流范圍為0～5A

，輸出電壓選0～5V。對(duì)主電機(jī)來(lái)說(shuō)，他的額定電流為2.1A，根據(jù)要求，其過(guò)電流時(shí)的電流為額定值的1.05倍，所以過(guò)電流I1=2.1×1.05=2.205A，經(jīng)過(guò)三相交流互感器后I2=2.205*5/100=0.11A,再經(jīng)過(guò)交流變壓器變壓，這里選擇輸入為0-5A,輸出為0-5V的交流變送器，經(jīng)過(guò)變送器后輸入FX2N-4AD模擬轉(zhuǎn)換器的過(guò)流轉(zhuǎn)化為4.42V的電壓。電壓變送時(shí)FX2N-4AD模擬轉(zhuǎn)換器選擇2號(hào)通道，則程序初始化為H3303，其中前面的兩個(gè)3表示通道3和通道4關(guān)閉，中間一位0表示通道2通，最后一個(gè)3表示通道1關(guān)閉。且選擇的設(shè)定輸入范圍是-10～+10V。電流變送時(shí)FX2N-4AD模擬轉(zhuǎn)換器選擇3號(hào)通道，則程序初始化為H3033，選擇的設(shè)定輸入范圍是-10～+10V。過(guò)壓及欠壓保護(hù)梯形圖如下：上面梯形圖表示由BFM#30中讀出在“0”位置的特殊功能模塊的ID號(hào)，保存在主單元的D4中。比較該值以檢查模塊是否是FX2N-4AD，如果是則M1變?yōu)镺N。然后是程序的初始化，將H3330寫(xiě)入FX2N-4AD的BFM#0，建立模擬輸入通道（CH1）。將4寫(xiě)入BFM#1，將CH1的平均采樣數(shù)設(shè)為4。然后FX2N-4AD的操作狀態(tài)由BFM#29中讀出，并作為FX2N主單元的位元件輸出。如果操作FX2N-4AD沒(méi)有錯(cuò)誤，則讀取BFM#5的平均數(shù)據(jù)送D0。然后與過(guò)壓、過(guò)流及欠壓值分別進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。上式中的K570、K874和K884的計(jì)算根據(jù)FX2N-4AD的分辨率及模擬量輸入范圍可得：過(guò)壓時(shí)，即是K874欠壓時(shí)，即是K5704.4過(guò)流保護(hù)4.4.1電流變送器及電流互感器電流互感器它的工作原理和變壓器相似。它的特點(diǎn)是：(1)一次線圈串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測(cè)電路的負(fù)荷電流．而與二次電流無(wú)關(guān)；(2)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。電流互感器一、二次額定電流之比，稱為電流互感器的額定互感比：KN=I1n/I2n因?yàn)橐淮尉€圈額定電流I1n己標(biāo)準(zhǔn)化，二次線圈額定電流I2n統(tǒng)一為5(1或0.5)安，所以電流互感器額定互感比亦已標(biāo)準(zhǔn)化。KN還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數(shù)比，即KN=N2/N1式中N1、N2為一、二線圈的匝數(shù)。電流互感器的作用就是用于測(cè)量比較大的電流。當(dāng)電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，電度表和其它測(cè)量?jī)x表應(yīng)經(jīng)電流互感器接入電路，使測(cè)量?jī)x表及工作人員避免與大電流回路直接接觸，從而保證儀表及人身的安全。在儀表制造方面也易做到標(biāo)準(zhǔn)化，且可利用互感器任意擴(kuò)大測(cè)量范圍，儀表的準(zhǔn)確度也容易提高。LA-10Q電流互感器為半封閉式澆絕緣，戶內(nèi)型產(chǎn)品.適用于交流50Hz，10KV及以下線路中，供電流,電能功率測(cè)量以及繼電保護(hù)用。我選用額定電流為100/5的LA-10Q型電流互感器，即它的匝數(shù)比為KN=N2/N1=1/20。我選擇LA-10Q型電流互感器和D2PTC1AC電流變送器。表4-3為本設(shè)計(jì)所選的電流變送器型號(hào)參數(shù):表4-3電流變送器型號(hào)參數(shù)型號(hào)及規(guī)格D2PTC1AC電流變送器輔助供電電壓110/240VAC,±20%24/48/110/220VDC±20%耗電3.5VA-AC.4VA-DC輸入值Iin0-1AAC/0-5AACVinN.A.DC輸出（單/雙）0-1mA,0-5mA,0-10mA,0-20mA,4-20mA,0-5V,0-10V信號(hào)輸出NO單（可選擇雙輸出）響應(yīng)時(shí)間小于500毫秒輸入/輸出隔離直流電溫度0oC至+55oC4.4.2過(guò)流保護(hù)梯形圖4.5溫度自動(dòng)控制4.5.1溫度傳感器熱電阻溫度計(jì)最大的特點(diǎn)是測(cè)量精度高，在測(cè)量500℃以下時(shí)，它的輸出信號(hào)比熱電偶大得多，性能穩(wěn)定，靈敏度高。另外熱電阻溫度計(jì)不需要冷端溫度補(bǔ)償，所以在中低溫（-200～650℃）測(cè)量中得到了廣泛得應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際情況選擇江蘇省蘇科儀表有限公司的插座式熱電阻。插座式熱電阻采用接插件形式，安裝方便。適用于測(cè)量-200-+450℃范圍內(nèi)液體、氣體及固體表面測(cè)溫。型號(hào)及規(guī)格表4-4熱電阻技術(shù)參數(shù)型號(hào)分度號(hào)測(cè)溫范圍℃熱響應(yīng)時(shí)間保護(hù)管材料規(guī)格WZP-260Pt1000-100＜30S1Cr18Ni9Ti100150200250300WZP2-260＜45SWZP-267MPt100-50-+150＜30SWZP-269Pt100-200-+300＜30S75100150200250WZP2-269＜45SWZC-269Cu50-50-+100＜120SWZP-270Pt100-200-+420＜15S5075100150200WZC-270Cu50-50-+150＜45SWZP-280Pt100-200-+300＜30S4.5.2溫度自動(dòng)控制梯形圖4.6計(jì)數(shù)器與顯示模塊設(shè)計(jì)4.6.1LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，LED數(shù)碼管有8字形和米字形兩種字形顯示，各有共陽(yáng)極和共陰極兩種。常用的LED顯示器為8段(或7段，8段比7段多了1個(gè)小數(shù)點(diǎn)“dp”段)。每—個(gè)段對(duì)應(yīng)1個(gè)發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極2種。如圖4.2所示。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。(a)共陰極(b)共陽(yáng)極(c)外形及引腳圖4-18段LED結(jié)構(gòu)及外形4.6.2計(jì)數(shù)器與顯示模塊的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)采用的是PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器。PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器是在執(zhí)行掃描操作時(shí)對(duì)內(nèi)部信號(hào)（如X、Y、M、S、T等）進(jìn)行計(jì)數(shù)。本食品包裝機(jī)是在包裝成品的出口處安裝一個(gè)光電開(kāi)關(guān)X6，當(dāng)包裝袋經(jīng)過(guò)時(shí)光電開(kāi)關(guān)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)用四位數(shù)碼管將PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器的值用對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)顯示。PLC輸出的值是BCD碼，本電路選用譯碼芯片為74LS47，共陽(yáng)極四位數(shù)碼管。顯示部分由PLC的SEGL指令實(shí)現(xiàn)，輸出端Y30～Y37提供數(shù)據(jù)信號(hào)和選通信號(hào)；芯片工作電源為+5V，顯示當(dāng)前已完成包裝的成品數(shù)量。計(jì)數(shù)器數(shù)碼管顯示部分的接線圖4-2所示：圖4-2數(shù)碼管顯示接線圖SEGL是FX2N系列PLC帶鎖存的七段顯示功能指令。當(dāng)執(zhí)行SEGL指令時(shí),一般情況下,PLC系統(tǒng)要用12個(gè)巡回掃描周期將計(jì)數(shù)器D3單元中的16位BIN數(shù)碼轉(zhuǎn)換為BCD碼,送到Y(jié)30～Y33,選通信號(hào)則為Y34～Y37。考慮到采用不帶外部鎖存的電路時(shí),如將系統(tǒng)的巡回掃描周期作為動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)周期,則即使巡回掃描周期很短,通常也難以滿足動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的要求,這是因?yàn)樾?2個(gè)周期才能完成一次數(shù)據(jù)顯示,而動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是應(yīng)用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象,為避免閃爍感,重復(fù)頻率一般要求在100HZ以上。當(dāng)遇到運(yùn)行的巡回掃描周期很長(zhǎng)的情況,例如數(shù)百毫秒,既使采用帶外部鎖存的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路,因更新數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá)12個(gè)周期,也會(huì)使顯示過(guò)程顯得不連續(xù),產(chǎn)生滯后感。為此在SEGL后加了一句RE