晉中學院本科畢業設計題目啤酒灌裝流水線控制設計院系機械學院專業機械設計制造及其自動化姓名耿小偉學號1114112205學習年限2023年9月至2023年7月指導教師翟曉華職稱講師申請學位工學學士學位2015年啤酒灌裝流水線控制設計學生姓名：耿小偉指導教師：翟曉華摘要：隨著工業自動化水平日益提高，眾多工業企業均面臨著傳統生產線的改造和重新設計問題。PLC〔可編程序控制器〕是以微處理器為核心的工業控制裝置，它將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起，近年來在工業自動控制、機電一體化、改造傳統產業等方面得到普遍應用。鑒于此，設計者利用PLC的功能和特點設計出了一款啤酒灌裝生產流水線控制系統。本設計綜合可編程控制器和變頻器控制的諸多優點，通過可編程控制器輸出來控制變頻器的多段速調速，讓電動機轉速跟隨檢測的反應信號而變化，實現對灌裝啤酒傳送帶速度的自動控制，使其與灌裝機的速度相匹配，提高工業生產的效率。關鍵詞：PLC變頻器灌裝ThedesignofcontrolbeerproductionlineAuthor’sName：GengxiaoweiTutor：ZhaiXiaohuaABSTRACT：Withtheincreasinglevelofindustrialautomation,manyindustrialenterprisesarefacedwiththetransformationoftraditionalproductionlineandre-designproblem.PLC(programmablelogiccontroller)isamicroprocessorasthecoreofindustrialcontroldevices,itwillrelaythetraditionalcontrolsystemcombinedwithcomputertechnologyinrecentyearsinindustrialautomation,mechanicalandelectricalintegration,thetransformationoftraditionalindustriessuchasgenerallyapplied.Inviewofthis,thedesignersoftheuseofPLCfunctionsandfeaturesdesignedabeveragefillingproductionlinecontrolsystem.This

design

composite

integrated

programmable

controller

and

inverter

control

of

the

many

advantages

of

the

programmable

controller

to

control

the

inverter

output

multi-speed

governor,

so

that

motor

speed

feedback

signal

to

follow

the

detection

of

change,

to

realize

the

speed

of

filling

beer

belt

automatic

control,

and

filler

to

match

the

speed

and

improve

the

efficiency

of

industrial

production.

KEYWORDS:

The

programmable

controllerFrequencytransformerFilling目錄1引言 12總體方案設計 22.1方案比擬 22.2方案選擇 32.3總設計思路 33控制系統硬件選型 43.1電機的選擇 43.2PLC的選擇〔西門子PLC〕 53.3變器頻的選擇 63.4接觸器的選型 83.5電纜的選型 93.6開關電器選擇 103.7熔斷器的選型 113.8信號電器的選擇 123.9傳感器選擇 133.10熱繼電器的選擇 144控制系統分析 154.1輸入信息分析 154.2輸入信息分析 155控制系統硬件設計 165.1控制電路設備的端子接線 165.2系統總設計圖 175.3電器元件選型 196控制系統軟件設計 206.1控制系統要求簡述 206.2啤酒灌裝生產線PLC控制的順序功能圖 206.3梯形圖 22總結與致謝 25參考文獻 261引言隨著國民經濟的開展和人民生活的改善，我國啤酒工業也得到了空前的開展。我國的啤酒需求量日趨增大，隨著市場競爭的加劇與消費群體的日益成熟，對啤酒的質量和風味的要求也越來越高。由于啤酒生產的工藝復雜，目前我國大多數啤酒生產企業技術裝備落后，自動化程度低，產品質量不穩定，如何提高啤酒生產的綜合自動化水平，增強我國啤酒工業的綜合實力和國際競爭力是一個刻不容緩的研究課題。把啤酒裝入啤酒瓶是其加工儲存過程中一個重要工序，人工完成這個工序是一個繁重的過程,效率非常低。為了提高產量,節省人力,同時保障人身平安,啤酒加工廠家需要一個自動化程度很高的灌裝控制系統?？删幊炭刂破骺煽啃愿?，組合靈活，編程簡單，維修方便。利用PLC能很好的實現對灌裝現場的控制。因此,設計一套PLC編程軟件實現啤酒自動灌裝的啤酒自動灌裝控制系統。PLC把計算機的功能完備、通用性和靈活性好等優點和繼電接觸式控制系統的操作方便、簡單易懂、價格低廉等優點結合起來，和原來的控制系統相比，增加了算術運算、數據轉換、過程控制、數據通信等功能，能夠很方便的完成大型而復雜的任務。PLC是以微處理器為核心的專用計算機利用它面向用戶的編程語言，不僅能始實現邏輯控翻，還能實現各種順序和定時控制以及復雜的閉環控制。［3］利用它內部大量的輔助繼電器可以實現無觸點控制；利用它控制時可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強；編程容易且維護工作量小；還配有通訊接口和各種摸塊的特點，可以把它作為工作下位機放在自動生產線的工作現場完成各種控制任務。［10］變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻調速是異步電動機控制的一種比擬合理和理想的調速方法，它通過改變定子供電頻率來改變同步轉速實現對異步電動機的調速，利用變頻器拖動電動機，起動電流小，可以實現軟起動、多段速調速和無級調速，方便的進行加減速控制。［7］將可編程控制器和變頻器二者結合起來，通過可編程控制器輸出來控制變頻器的多段速調速，讓電動機轉速跟隨檢測的反應信號而變化，實現對灌裝啤酒傳送帶速度的自動控制，使其與灌裝機的速度相匹配，提高工業生產的效率。2總體方案設計2.1方案比擬在這里我想兩種方案，思路如下。方案一：單片機控制。根本原理：單片機單片機電機驅動芯片電動機傳送帶光電傳感器圖2-1單片機控制框圖利用單片機作為整個系統的控制核心。光電傳感器配合單片機的外部中斷功能，檢測出當前時刻傳送帶的轉速。單片機內部對檢測出的速度進行數據處理以及比擬，根據偏差的的正負利用電機驅動芯片控制電動機的轉速增減，最終到達一個動態穩定的過程。方案二：PLC控制。根本原理：利用PLC的開關量輸入輸出模塊控制變頻器的多功能輸入端，以控制電機的正轉和轉速等，實現有級調速。一次調解法，即用光電傳感器檢測瓶流速度并送入PLC與的罐裝速度做差得到差值電壓V，然后對V進行處理，得出需要調解的速度段數，由PLC輸出以控制變頻器的頻率控制端，變頻器改變輸出頻率驅動電動機，實現對電動機的調速即控制瓶流速度與罐裝速度相一致，到達設計目的。PLCPLC控制變頻器電動機傳送帶光電檢測器圖2-2PLC控制框圖2.2方案選擇方案一利用單片機控制具備體積小，開發周期短，本錢低的特點，它的缺點也很明顯，就是抗干擾能力差。在生產線上的設備，最根本也是最高的要求就是設備能夠在工業現場長時間無過失的運行下去。方案二中，充分表達出PLC抗干擾能力強的特點。系統的控制信號為數字信號，所以頻率設定值比擬準確，不會受溫漂的影響。且調速實現比擬簡單，易于實現，對于精度要求不高的場合非常適用。因此，綜合考慮各方面因素及要求，選擇方案二作為本次設計的設計方案。2.3總設計思路罐裝傳送帶控制系統的系統設計思路是利用PLC和變頻器控制電動機轉動帶動皮帶傳動，然后將要灌裝的瓶傳送給灌裝機，到達瓶流速度和灌裝速度的協調，從而提高工作效率。，系統啟動后按下電機正轉開關，電機開始轉動，帶動皮帶傳動，待灌裝的瓶子在皮帶的傳動作用下經過光電傳感器，傳感器對空瓶進行檢測計數送往PLC進行數據處理，同時空瓶檢測指示燈亮。當空瓶到達灌裝位置，傳感器檢測到瓶子到位信息處理后送往PLC進行處理，同時瓶子到位指示燈亮，電機停止運轉，停頓2秒，開始灌裝，同時灌裝報警器啟動，罐裝過程時間多少由液位計檢測，罐裝過程有LED顯示液位，裝滿1秒后，不再顯示并發出響聲報警。灌裝結束傳感器檢測到滿瓶并計數，同時滿瓶檢測指示燈亮起，電機啟動帶動傳送帶，瓶速檢測傳感器得到的瓶流速度和PLC存儲器里面設定的值進行比擬，判斷是否需要進行調速，如果不需要調速電機按照原來的速度運轉，如果需要進行調速，那么PLC輸出控制信號給變頻器多段速調速控制端，變頻器接受到PLC傳送過來的控制信號后經內部處理，輸出特定頻率的電壓實現對電機的變頻調速。報警提示空瓶檢測傳感器瓶子出口M滿瓶檢測傳感器M電動機瓶子檢測傳感器圖2-3啤酒灌裝流水線系統示意圖3控制系統硬件選型3.1電機的選擇3.1.1電動機種類的選擇電動機的選擇要根據電動機的具體使用環境和工作要求等情況來確定，結合電動機的選擇原那么：〔1〕當生產機械對電動機的啟動、制動、調速性能要求不高時應盡量采用交流電動機；〔2〕對于負載平穩，且無特殊要求的長期工作制機械，應選用鼠籠型電動機；對于具有有級調速的生產機械，應采用鼠籠型多速異步電動機；〔3〕對于功率較大，又不需要調速的生產機械，應采用同步電動機等。據此初步采用選用三相籠型異步電動機。［4］3.1.2電動機外形結構的選擇電動機的外形結構有開啟式、防護式，封閉式、密封式、防爆式。結合啤酒灌裝的生產環境，我在防護式和封閉式中選擇。防護式用于枯燥和灰塵不多，沒有腐蝕性和爆炸性氣體存在的環境中；封閉式適用于潮濕、多灰塵、易受風雨腐蝕的惡劣環境中。啤酒灌裝環境潮濕，選用封閉式。［10］3.1.3電動機型號的選擇結合電動機種類和外形需要封閉式的三相籠型異步電動機，我選用了Y系列電動機，并選用應用較多的四級電動機。該系列為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，具有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電動機內部的特點，適用于電源電壓為380V且無特殊要求的機械上，如運輸機、攪拌機、農業機械等。局部型號參數如下。表3-1局部Y系列三相異步電動機的技術數據電動機型號額定功率/kW滿載轉速/(r/min)堵轉轉矩/淡定轉矩最大轉矩/額定轉矩質量/kgY90L-41.514002.32.327Y100L1-42.214302.22.334Y100L2-4314302.22.338Y112M-4414402.22.343Y132M-45.514402.22.368基于該系統的控制要求與各類型電動機的結構特點和工作場合，并考慮到經濟性和實用性。本次設計選用的電動機參數如下。電機型號功率/kW電壓/V額定電流/A轉速/(r/min)功率因數級數效率/%Y100L1-42.23805.014200.824813.2PLC的選擇〔西門子PLC〕西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性高。其中S7-200是超小型化的PLC，它適用于各行各業，各種場合中的自動檢測、監測及控制等；S7-300是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用；S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程控制器。S7-200在規模不太大的控制領域是較為理想的控制設備，可以滿足各種各樣的自動化控制的需要。由于具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令系統，使得S7—200可以近乎完美地滿足小規模的控制要求。［12］S7-200系列PLC常用的5種CPU模塊如下。表3-2S7-200系列PLC5種CPU模塊比擬指標CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226數字量I/O6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出24入/16出模擬量I/O2入/1出擴展模塊數量2777根據啤酒灌裝生產線示意圖，PLC控制系統輸入信號有10個，其中6個開關量，3個傳感器輸入開關量，一個傳感器輸入模擬量；輸出信號有6個，模擬輸出量1個，綜合以上信息，并結合經濟實用性的考慮，控制系統選用西門子S7-200CPU224,型號CPU224CNDC/DC/DC6ES7

214-1AD23-0XB8,尺寸(W×H×D)120.5×80×62mm，重量360g，功耗7W。該型號的PLC輸入點為14，輸出點為10。由于四個傳感器均不是輸入開關量，于是擴展一個數字量輸入輸出模塊EM223D14/D04XDC24V,用于輸出為數字量的傳感器接入電路；再擴展一個模擬量輸入輸出單元EM235用于輸入量為模擬量的傳感器接入電路，這樣就可以滿足設計的需求，而剩余的輸入輸出點可以備作它用。3.3變器頻的選擇通用變頻器的選擇包括型式選擇和容量選擇兩個方面，變頻器類型要根據負載的要求選擇。對于風機、泵類等平方轉矩，低速下負載轉矩較小，通?？蛇x擇專用或普通功能型通用變頻器；恒轉矩類負載，如擠壓機、攪拌機、傳送機、廠內運輸電車、起重機等，那么有兩種情況：①采用普通功能型變頻器，為了實現恒轉矩調速，常采用加大電動機和變頻器容量的方法，以提上下速轉矩；②更多的是采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器實現恒轉矩負載的調速運行，這種變頻器低速轉矩大，靜態機械特性硬度大，不怕沖擊負載，具有挖土機特性；軋鋼、造紙、塑料薄膜加工線這一類于要求高精度、快響應的生產機械，采用矢量控制高性能型通用變頻器。［9］根據以上信息我們在西門子M系列中選型。表3-3西門子M系列變頻器比擬型號MM420MM430MM440主要應用領域“通用型〞供電電源電壓為三相交流

(或單相交流)，具有現場總線接口的選件，可以用于傳送帶，材料運輸機，泵類，風機和機床的驅動?！八煤惋L機專用型〞具有優化的操作面板(BOP-2)(可以實現手動/自動切換)，可用于特定控制功能的軟件，以及優化的運行效率(節能運行)“適用于一切傳動裝置〞具有高級的矢量控制功能

(帶有或不帶編碼器反應)可用于多種部門的各種用途，例如傳送帶系統，紡織機械，電梯，卷揚機以及建筑機械等。功率范圍0.12-11kW7.5-250kW0.12

kW

至

200

kW

(CT：恒轉矩)0.12kW至250kW

(VT：變轉矩電壓范圍200V至

240V，單相交流200V至

240V，三相交流380V至

480V，三相交流380V至

480V，三相交流200V至

240V，單相交流200V

至240V，三相交流380V

至

480V，三相交流500V

至

600V，三相交流控制線性

V/f

控制特性多點設定的v/f

控制特性(可編程的

v/f

控制特)

FCC

(磁通電流控制)線性

v/f

控制特性多點設定的

v/f

控制特性〕FCC

(磁通電流控制)線性

v/f

控制特性多點設定的

v/f

控制特性多點設定的

v/f

控制特性

(可編程的

v/f

控制特性)

FCC

(磁通電流控制)矢量控制依據電機參數：電壓380V,額定功率2.2Kw,額定電流5.0A我選的是西門子系列M440，且該系列具有矢量控制。變頻器容量的選擇：變頻器容量的選擇前提是變頻器的額定電流大于電機的額定電流。變頻器的額定電流：Ib>Idk1k3/k2〔3-1〕式中Ib—變頻器的額定電流(A)；Id——電動機的額定電流(A)；k1—最大負載系數，為所需最大轉矩與電動機額定轉矩之比；k2—變頻器過載能力系數，取k2=1.5；k3-余量系數，取k3=1.1。Idk1k3/k2=5.0x2.3x1.1/1.5=8.4(A)即變頻器的額定電流要大于8.4A。通過查閱MM440變頻器選型手冊，整理得以下表格。表3-4局部MM440變頻器技術參數電壓功率/kWhp額定輸入電流/A額定輸出電流/AM440變頻器訂貨號電源電壓220V-240V單相交流1.52.0137.46SE6440-2UC21-5BA02.23.017.610.46SE6440-2UC22-2BA03.04.023.713.66SE6440-2UC23-0CA0電源電壓220V-240V三相交流1.52.05.67.46SE6440-2UC23-5BA02.23.07.610.46SE6440-2UC23-2BA03.04.010.513.66SE6440-2UC23-0CA0電源電壓380V-480V三相交流3.04.06.77.76SE6440-2UD23-0BA04.05.08.510.26SE6440-2UD24-0BA05.57.511.613.26SE6440-2UD25-5CA0電機功率2.2Kw,且變頻器的額定電流要大于8.4A,因此本設計選用變頻器6SE6440-2UC23-0CA0,額定電壓三相220V,功率3.0Kw，額定電流10.5A。3.4接觸器的選型接觸器是一種用來接通或斷開帶負載的交直流主電路或大容量控制電路的自動化切換器，主要控制對象是電動機。通用接觸器可大致分以下兩類?！?〕交流接觸器。主要有電磁機構、觸頭系統、滅弧裝置等組成。常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列?！?〕直流接觸器，一般用于控制直流電器設備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動作原理和結構根本上與交流接觸器是相同的。接觸器的選型有諸多因素外與負載密切相關，接觸器的額定電流應大于或等于被控電路的額定電流。［11］對于電動機負載，可按以下經驗公式計算：IC=PNX103/KUN〔3-2〕式中IC為接觸器主觸點電流，單位A；PN為電動機額定功率，單位kW；UN為電動機額定電壓，單位為V；K為經驗系數，一般取1-1.4。IC=PNX103/KUN=2.2x103選用接觸器的額定電流應大于等于IC，根據《電氣控制系統與PLC應用技術》表1-1CJ20系列交流接觸器的主要技術參數選用CJ20-16額定電流16A,額定電壓380V,額定功率7.5Kw。3.5電纜的選型電(線)纜工作電流計算公式：I=P÷(U×1.732×cosΦ)〔3-3〕P-功率(W);U-電壓(380V);cosΦ-功率因素(0.8);I-相線電流(A)。電動機2.2KW負載的線電流：I=P/1.732Ucosφ=2200/〔1.732*380*0.8〕=4.78A根據負載的性質和數量修正電流值。此工程負載中數量少，同時使用，可以取使用系數為0.5到0.8，這里取0.7，電流修正值為3.3A。就可以按這個電流選擇導線、空開、接觸器、熱繼電器等設備。變頻器3kW負載的線電流：I=P/1.732Ucosφ=3000/〔1.732*380*0.8〕=5.70A修正電流I=4.0A。BVR-表示聚氯乙烯絕緣，銅芯〔軟〕布電線，常常簡稱軟線。由于電線比擬柔軟，常常用于電力拖動中和電機的連接以及電線常有輕微移動的場合。［8］額定電壓：電線浸水1小時，經受交流50Hz250V〔450/750V〕、2000V〔300/500V〕電壓實驗5分鐘不擊穿。工作溫度：正常工作最高溫度不超過70℃，BVR-105型工作最高溫度那么為105℃，電線的敷設溫度應不低于0℃。允許彎曲半徑：電線外徑〔D〕小于25mm者不小于4D；電線外徑〔D〕為25mm及以上者應不小于6〔D〕。顏色：紅、黃、藍、綠、黑、棕、黃綠、白等，可根據要求定制。用途：適用與交流額定電壓450/750V及以下動力、日用電器、儀器儀表及電信設備等線路，且多用于各種機械設備。根據前面計算，選擇BVR4平米電線，三芯，電纜允許的平安工作電流20A，PLC選擇界面為1.5平方的導線。3.6開關電器選擇低壓斷路器，俗稱自動空氣開關，主要在低壓配電線路或開關柜中作為電源開關使用，并對線路、電氣設備及電動機等進行保護?？諝忾_關工作原理：當工作電流超過額定電流、短路、失壓等情況下，自動切斷電路。［5］空氣開關還分幾P，1P就是1根線進出，2P就是2根線進出，以此類推。家里一般就用到1P或者2P，1P和2P的區別就是1P只能斷開1根火線，2P是能同時斷開火線和零線也就是1P+N，所以相對來說2P的更好點。如果你負載的設備額定電壓是220V時，就可以用1P或2P的空氣開關，如果是380V，就需要3P或4P了，對負載設備不需要零的就只選3P就可以了，如電動機、風機、水泵等只用3P空氣開關；如是380V的開水器、熱水器之類的設備，就需要4P了，而且還要帶漏電保護功能的空氣開關，這是為防止漏電事故，保障人身平安是必須的要用的。［5］目前家庭使用DZ系列的空氣開關〔帶漏電保護的小型斷路器〕，常見的有以下型號/規格：C16、C25、C32、C40、C60、C80、C100、C120等規格，其中C表示脫扣電流，即起跳電流。工業上常見的型號有：動力電路用DW和DZ型分20，32，50，63，80，100，125，160，250，400，600，800，1000...(單位A)。選擇要點：空氣開關額定電壓大于等于線路額定電壓；空氣開關額定電流和過電流脫扣器的額定電流大于等于線路計算負荷電流。空氣開關型號：D代表動力，C代表照明。C65N1P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N2P-:C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N3P-：C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N4P-：C1AC2AC4AC6AC10AC16AC20AC25AC32AC40AC50AC63A；C65N1P-：D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A；C65N2P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A；C65N3P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A；C65N4P-:D1AD2AD4AD6AD10AD16AD20AD25AD32AD40AD50AD63A。電流計算：總負荷電流I=P/U=〔2.2+3〕x1000/380=14APLC的CPU耗功7w，總功率按20w計算。I=20/380=0.05A所以，主電路選擇C65N3P-D16A,PLC局部選擇C65N1P-D1A。3.7熔斷器的選型熔斷器用作電路或用電設備的嚴重過載和短路保護，主要用來作短路保護。對電動機保護的主電路一般用螺旋式容電器；控制電路及照明電路一般用插入式、無填料封閉管或圓筒帽式熔斷器。［13］〔1〕單臺電動機熔體額定電流，可按下式選擇：IFU≥〔〕IN〔3-4〕式中為IFU熔體的額定電流，單位A；IN為電動機的額定電流，單位為A?！?〕對于輸線電路，熔體的額定電流應略大于或等于線路的平安電流。電動機IFU≥〔〕IN=〔〕PLCIFU≥0.05A主電路IFU≥表3-5熔斷器RL1系列產品型號額定電流/A熔體額定電流/A極限分析能力KAcosFRL1-15152,4,5,6,10,15500.3RL1-606020,25,30,35,40,50,600.3RL1-10010060,80,1000.25RL1-200200120,150,2001.05表3-6熔斷器RT18系列產品型號額定電流/A熔體額定電流/ART-18-32322,4,6,8,10,16,20,25,32RT-18-32X322,4,6,8,10,16,20,25,32RT-18-63632,4,6,10,16,20,25,32,40,50,63RT-18-63X632,4,6,10,16,20,25,32,40,50,63根據計算出的IFU，主電路FU1選擇RT-18-32，額定電流32A,熔體16A；變頻器過載保護FU2選擇RT-18-32，額定電流32A,熔體10A；PLC負載短路保護FU3選擇RL1-15，額定電流15A,熔體2A。3.8信號電器的選擇信號電器是用來對電氣控制系統的某些信號狀態進行指示，如指示燈，蜂鳴器等本設計中用閃光蜂鳴器做灌裝過程報警，APTDC24V，紅色，型號AD16-22Sr2M/3，其他指示燈選型如下。表3-7指示燈選擇作用材質、電壓顏色型號空瓶指示塑料指示燈AC220V綠色XB2BVM3LC瓶子到位指示塑料指示燈AC220V黃色XB2BVM5LC滿瓶指示塑料指示燈AC220V藍色XB2BVM6LC3.9傳感器選擇光電開關〔光電傳感器〕是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。光電開關已被用作物位檢測、液位控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及平安防護等諸多領域。選型原那么：要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為適宜，那么需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制，再考慮傳感器的具體性能指標。針對本課題的控制要求，在設計中我選用了三個光電傳感器〔瓶位檢測傳感器、空瓶檢測傳感器、滿瓶檢測傳感器〕，其中空瓶和瓶位檢測傳感器利用物體對光的遮擋作用，檢測物體的通過個數，或物體是否存在；滿瓶檢測傳感器檢測液位，檢測瓶子是否裝滿。〔1〕瓶位檢測計數傳感器。規格型號：E3JK-DS30M1外型尺寸：50*50*18mm〔毫米〕檢出方式：漫反射式檢測距離：30cm〔厘米〕工作電壓：AC:220V交流輸出形式：繼電器輸出、1常開與和1常閉〔2〕空瓶檢測傳感器。型號:E18-D80NK光電式傳感器〔光電開關〕NPN常開電器特性：U:5VDC

I:100mASn:3-80CM直徑:17MM傳感器長度:70MM引線長度:120CM應用：生產線貨物自動計數設備；多功能提醒器；走迷宮機器人〔3〕滿瓶檢測傳感器。型號：E18-D80NK工作電壓：DC5V[特殊要求可改12V/24V]工作電流：<100MA輸出方式：繼電器開關輸出響應時間：<500ms絕緣電阻：100MΩ有效距離3-80C可調工作溫度：-30~80℃工作濕度：0-100%RH防水特性：全密封防水設計安裝方式：M15*12圓孔引線長度：0.5米重量：30g尺寸：40mm*40mm*18mm〔4〕瓶速檢測傳感器。型號：YXSCH12-20K高速檢測：大于20kHZ外形尺寸：M11*1*45檢測距離：埋人式2mm工作電壓：4-24VDC工作電流：<=100mA空載電流：<=0.05mA飽和電壓：<=0.7VDC3.10熱繼電器的選擇熱繼電器可以對電機進行過載保護，斷相及電流不平衡運行，選擇哪種熱繼電器時還要充分思考電動機工作的地點，起動的情況，負載是哪種性質，是否允許過載及過載的能力等因素。1.熱繼電器結構形式的選擇。電動機在選擇不一樣的時候，熱繼電器也得歡不一樣的，星形的電動機就得挑2相或3相的，三角形的電動機就得挑帶斷相保護的3相的繼電器。2.熱繼電器在返回時有個時間，那個時間的6倍，就是它用來保護的電動機在真是的開啟的時間。3.選擇熱繼電器額定I使用下面的式子的:IN=〔0.95~1.05〕INM〔3-5〕式中：IN是指熱元件的額定I(A)；INM是指電動機的額定I(A)。對工作環境惡劣，起動頻繁的電動機，那么按下式選?。篒N=〔1.15~1.5)INM〔3-6〕對于傳送電機的熱繼電器來說：IN=(0.95~1.05)INM=1×5A=5A〔3-7〕根據《電氣控制與PLC應用技術》選用JR20-10熱元件號11R，熱元件額定電流6A，熱元件整定電流調節范圍4-5-6A,相配的交流接觸器CJ20-10。4控制系統分析4.1輸入信息分析表4-1輸入端口列表控制信號工位名稱元件符號地址輸入啟動按鈕SB1I0.0停止按鈕SB2I0.1瓶位檢測傳感器SR1I2.0空瓶檢測傳感器SR2I2.1滿瓶檢測傳感器SR3I2.2瓶速檢測傳感器SR4AIW4手動清零SB3I0.3系統復位SB4I0.44.2輸入信息分析表4-2輸出端口列表控制信號工位名稱元件符號地址輸出傳送帶電動機M1Q0.0傳送電動機正轉啟動Q2.0灌裝設備驅動信號M2Q0.1灌裝過程報警蜂鳴器L1Q0.2空瓶檢測指示燈L2Q0.3瓶子到位指示燈L3Q0.4空瓶已滿指示燈L4Q0.5模擬量電壓AQW45控制系統硬件設計5.1控制電路設備的端子接線5.1.1EM235的端子接線西門子S7-200的模擬量擴展模塊EN235含有4路輸入和1路輸出，為12位數據格式，其端子及其接線如下圖。RA、A+、A-為第一路模擬量輸入端子，RB、B+、B-為第二路模擬量輸入端子，RC、C+、C-為第三路模擬量輸入端子，RD、D+、D-為第四路模擬量輸入端子。M0、V0、I0為模擬量輸出端子，電壓輸出大小為-10～+10V，電流輸出大小為0～20mA。L+、M接EM235的工作電源。如圖中第一輸入通道為電壓信號輸入接法，第二輸入通道未作使用。如模擬量輸出為電壓信號，那么接端子V0與M0。本次設計，壓力傳感器輸出4～20mA的信號至EM235，所以模擬量信號輸入設定為單極性信號，對DIP開關SW1～SW6分別設定為ON、OFF、OFF、OFF、OFF、ON。對DIP開關的設置，即下列圖中右下角的配置開關。EM235模塊模擬量輸出只有一點，采用電壓-10～+10V輸出形式。［7］5.1.2變頻器端子接線選擇MM440變頻器有6個數字輸入端口〔DIN1～DIN6〕，即端口“5〞、“6〞、“7〞、“8〞、“16〞和“17〞。每個數字輸入端口功能很多，可根據需要進行設置。MM440變頻器可以用模擬輸入端控制電動機轉速的大小，它為用戶提供了兩對模擬輸入端口AIN1+、AIN1-、AIN2+、AIN2-，即端口“3〞、“4〞和端口“10〞、“11〞。MM440變頻器的輸出端口“1〞、“2〞為用戶提供了一個高精度的+10V直流穩壓電源。外接轉速調節電位器RP1串接在電路中，調節RP1時，輸入端口AIN1+給定的模擬輸入電壓改變，變頻器的輸出量緊緊跟蹤給定量的變化，從而平滑無級地調節電動機轉速的大小。［16］5.2系統總設計圖本設計中，共采用了數字量輸入點7點，數字量輸出點7點，模擬量輸入輸出點1點。控制局部PLC采用西門子S7-200中CPU224XP的PLC，然后擴展外加一個模擬量輸入輸出單元EM235，擴展一個數字量輸入輸出模塊EM223。圖5-1系統總設計圖5.3電器元件選型本設計中所使用的元器件清單如下。表5-1元件清單列表編號代號元件名稱型號規格件數作用1PLC可編程控制器S7-200CPU224XP(W×H×D)120.5×80×62

mm重量360g功耗7W1邏輯控制2VVVF變頻器MM440三相220V3.0KW10.5A1電壓頻率變化3M電動機Y100L1-42.2KW380V5.0A1帶動皮帶傳動4QF1自動空氣開關C65N3P-D16A16A/3P電源總開關5QF2自動空氣開關C65N1P-D1A1A/1PPLC電源開關6FU1熔斷器RT-18-3232A熔體16A3電源保護7FU2熔斷器RT-18-3232A熔體10A2變頻器過載保護8FU3熔斷器RL1-1515A熔體2A2PLC負載短路保護9KM交流接觸器CJ20-16額定電流16A,額定電壓380V,額定功率7.5Kw1變頻器故障保護10SB1-SB6按鈕開關LA19-116PLC輸入控制11SR1傳感器E18-D80NKDC5V1空瓶檢測12SR2傳感器E3JK-DS30M150*50*18mmAC:220V交流1瓶位檢測13SR3傳感器E18-D80NKDC5V1滿瓶檢測14SR4傳感器YXSCH12-20K(霍爾)1瓶速檢測15L1報警燈AD16-22Sr2M/3AC200V紅1灌裝過程報警16L2指示燈XB2BVM3LCAC220V綠1空瓶指示17L3指示燈XB2BVM5LCAC220V黃1瓶子到位指示18L4指示燈XB2BVM6LCAC220V藍1滿瓶指示19T變壓器BK-4KVA1降壓給定20FR熱繼電器CJ20-1011R1電機過載保護6控制系統軟件設計6.1控制系統要求簡述(1)系統通過開關設定為自動操作模式，一旦啟動，那么傳送帶的驅動電機啟動并一直保持到停止開關動作或罐裝設備下的傳感器檢測到一個瓶子時停止；瓶子裝滿飲料后，傳送帶驅動電機必須自動啟動，并保持到又檢測到一個瓶子或停止開關動作。(2)當瓶子定位在罐裝設備下時，停頓2秒，罐裝設備開始工作，罐裝過程時間多少由液位計檢測，罐裝過程應有LED或者LCD顯示液位，裝滿1秒后，不再顯示并發出響聲報警。(3)用兩個以上傳感器和假設干個加法器檢測并記錄有無空瓶和滿瓶個數，一旦系統啟動，必須記錄滿瓶數，最多不超過9999999瓶。(4)可以手動對計數值清零和對系統進行復位。6.2啤酒灌裝生產線PLC控制的順序功能圖順序功能圖是一種較新的編程方法，它將一個完整的控制過程分為假設干階段，各階段具有不同的動作，階段間有一定的轉換條件，轉換條件滿足就實現階段轉移，上一階段動作結束，下一階段動作開始。它提供了一種組織程序的圖形方法。在順序功能圖中可以用別的語音嵌套編程，步、路徑和轉換是順序功能圖的3種主要元素。順序功能圖主要用來描述開關量順序控制系統，根據它可以很容易畫出順序控制梯形圖程序。Q0.2Q0.1T0Q0.0R3R