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1、目录1 绪论12 糖果包装机系统分析及控制系统总体设计32.1 Y06型糖果包装机生产工艺概述32.2 糖果包装机控制要求32.2.1 PLC控制系统方式选择32.2.2 系统运行方式42.3 糖果包装机控制系统主要器件的选择42.3.1 包装机控制对象分析52.3.2 PLC控制器的选择62.3.3 变频器选择62.3.4 步进电机及其驱动器选择62.3.5 传感器选择93 糖果包装机各功能模块设计103.1 供电模块设计103.2 执行主电机模块设计113.3 包装纸同步控制模块设计124 糖果包装机主要控制系统的PLC程序设计154.1 糖果包专机的控制系统设计简述154.2 主电机的P
2、LC控制指令语句表174.3 糖果包装机包装机的PLC控制I/O分配表18结论20致谢21参考文献22附录23附录A231、绪论食品行业是满足人民“衣食住行”需求的基础性行业，在国民经济中处于重要地位，具有不可替代性，尤其是目前我国居民收入日益提高、生活质量不断改善，对食品的需求也日趋多样化，全国食品工业面临良好发展契机，食品工业规模快速增长，经济效益也大幅提升，产业结构和增长方式进一步优化。去年食品工业增加值占全国工业经济比重达到十分之一强，并且呈逐年上升趋势。食品行业的快速发展必定会带动食品包装业的发展，所以对食品包装机的改造创新是非常必要的。 图1-1 Y06 型糖果包装机系统外观图Y0
3、6型糖果包装机是一款高速糖果包装机械，可用于包装各类块状糖果。整个设备可以分为三大部分：生产线送糖部分，糖果包装部分，包装纸部分。其总体系统外观图如图1-1所示。生产送糖部分部分直接与糖果生产线相连，通过传送带将糖果送至糖果包装部分入口处。该部分仅可通过一颗糖果，糖果经过此通道过后形成队列，依次从包装入口进入如图1-2所示图 1-2 糖果包装纸送纸部分机械图图 1-3 包装纸卷纸机构包装纸送纸部分由齿轮机构驱动，拖动包装纸向前运动。包装纸安装于包装纸托盘上，正常送纸时，绷紧的包装纸压迫包装纸刹车，使其在摩擦力的作用下向前运动；缺纸或继纸时，绷力消失，包装纸刹车回到原位置，系统报警。包装纸的位置
4、由色标传感器进行定位，当位置出现偏差时，由控制系统发出指令驱动步进电机进行拖拉包装纸运动，从而实现包装纸的准确定位。糖果包装部分是周期性的重复动作。整个包糖过程包括如下几个步骤：推糖送纸包装喷胶传送粘合成品。Y06型糖果包装机采用通过三相异步电机带动齿轮机构提供动力，利用凸轮机构与连杆机构等机械结构配合进行包装、进排糖、送包装纸等动作，有效的保证了控制的速度与精度，使系统紧凑、可靠。2、糖果包装机系统分析及控制系统总体设计2.1 Y06型糖果包装机生产工艺概述糖果包装机主要通过一台2.2KW的三相异步电机带动各机械部分完成包糖的各种动作。糖果包装工艺流程如图2-1所示。图 2-1 糖果包装机工
5、艺流程图裸糖经流水线到达糖果包装机，当位于糖果包装机入口处的光电传感器检测到有裸糖到来时，控制推糖机构的电磁阀得电，吸合、下拉推糖机构，与此同时推糖机构动作将糖果送入旋转的糖果托盘中。当糖果进入托盘三个周期后，控制包装纸转动的电磁阀闭合，开始送包装纸。利用色标传感器控制、调整包装纸的位置，当纸位置合适时，包装纸被截断，在包糖机构的作用下，按预先设定的步骤，包裹糖果。若纸位置不合适，PLC将发出脉冲信号驱动步进电机对包装纸进行前后拖动，对包装纸位置进行调整。包裹完毕，进行喷胶，粘合之后，糖果经传送带送糖机构送至成品糖库。在传送过程中，由于传送带的楔形挤压作用，糖纸粘合完成，同时也对其进行了更好的
6、整形。2.2 糖果包装机控制要求2.2.1 PLC控制系统方式选择控制系统和远程I/O控制系统。由于糖果包装机的控制对象相对集中，主要有变频器控利用PLC可以构成多种控制系统：单机控制系统，集中控制系统，分散型控制、包装纸位置调整、步进电机驱动控制等，因此选择集中控制系统。集中控制系统模型如图所示。各被控对象直接与PLC的I/O口相连接，进行通信、控制。为提高系统抗干扰能力，在硬件方面，交流电源增加滤波装置，输入信号进行光电隔离，并远离强电布线。信号采用屏蔽线传输，采用放射性一点接地等措施，消除、减弱共模和瞬变干扰。图2-2 集中控制系统模型2.2.2 系统运行方式糖果包装机的运行，采用自动运
7、行和手动运行方式。与运行方式对应的是停止运行方式。糖果包装机的停止运行方式包括正常停运、暂时停运、紧急停运三种。包装机控制要求：手动运行：可以用按钮对包装机的各个部分进行单独控制，便于调机，主要用于故障的检修与恢复。自动运行:按下启动按钮，系统即开始连续、协调、周期性地完成各包装动作，直到系统接收到停止运行信号。2.3 糖果包装机控制系统主要器件的选择系统采用PLC进行集中控制，主要控制对象为一台2.2KW的三相异步电机，主电机的参数如表2-1所示。表 2-1Y2-100L1-4三相异步电机主要技术参数型号额定功率满载时堵转电流堵转转矩最大转矩KW转速(r/min)电流(A)效率(%)功率因数
8、(cos)额定电流Ist/IN额定转矩Tst/TN额定转矩TM/TNY2-100L1-42.214305.16800.817.02.32.3主要的控制器件包括：PLC、变压器、变频器、步进电机及其控制器、光电编码盘等。2.3.1 包装机控制对象分析包装机的主要传感器以开关量提供给PLC，作为决策的依据。开关输入量有：（1）启动/停止信号（2）色标信号（3）糖果生产线上行程开关（4）包装后的糖果输送线上的行程开关（5）自动/手动开关（6）变频器复位开关（7）喷胶开关（8）急停按钮（9）色标开关（10）光电码盘（11）速度调节（12）压缩空气开关输出量有：（1）急停指示灯（2）无纸断纸指示灯（3）
9、色标补差信号灯（4）产品过大信号灯（5）强行送纸指示灯（6）色标状态指示楼上（7）喷胶开启状态指示灯（8）步进电机控制器（9）急停控制信号（10）电磁阀1、2输出信号大多是一些开关输出信号，如主电机驱动、步进电机驱动等，这些信号经功率放大驱动对应的包装执行机构。人机界面使用RS-232口进行通讯，变频器使用RS-485口进行通讯。2.3.2 PLC控制器的选择根据分析，以及I/O点数确定并按20%-30%备用量原则，选择了台达DVP-64EH系统。DVP-64EH是一款可扩充的高性能型主机，具有高速度，高性能的小型PLC，应用领域相当广泛。主机具有16K Step程序存储器，最大512点数位扩
10、充，200KH高速计数器，200KHz高速计数器、200KHz脉冲输出（提供伺服定位指令）。其内建RS-232与RS-485两个通讯口，可自行扩充第三个通讯卡。可连接八台类比、温度、定位、计数器等扩充模组。支持PID、PLC EASY LINK(32站)、10,000档案暂存器、187应用指令。支持数位、类比、通讯、存储卡与资料设定器等功能。在本系统中，PLC的主要任务是接受外部开关信号（如按钮、行程开关、继电器等）的输入，判断当前的系统及输出信号去控制接触器、继电器等器件，以完成相应的任务。2.3.3 变频器选择考虑到糖果控制系统对速度控制精度要求较高，负载为2.2KW的三相异步电机，属于轻
11、载。因此选择了容量为2.2KW台达VFD22M43B变频器。台达VFDM系列是系列高性能矢量控制交流马达驱动器。该变频器采用矢量控制技术，从而提高了系统的控制精度和动态响应精度；输出频率在0.1400Hz且可设定V/F曲线；自动转矩补偿及误差补偿；8段预设速度，7段可编程运转；超低噪音，载波可自115KHz调整；内建PID回授控制，简易定位功能；睡眠/唤醒功能和零速Holding功能；省能源，有自动稳压功能18。系统中的VFD22M43B变频器的使用V/f开环控制，但通过光电编码器采集电机的实际转速值。变频器通过RS-485口接收PLC的“控制字”命令和转速设定值，或向PLC发送“状态字”和转
12、速实际值。2.3.4 步进电机及其驱动器选择步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。(1)步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。(2)静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择
13、的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。(3)电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：图2-3 步进电机选择步骤步进电机在糖果包装机系统中用于糖果包装纸的精确定位，当糖果包装纸位置不合适时，色标传感器发出信号
14、，PLC根据信号发出脉冲给步进电机驱动器对包装纸进行色标补偿，驱动步进电机前后拖动，不断调整包装纸的位置，保证糖果包装的质量。糖果包装机步进电机保持转矩为12，系统中选用深圳步进电机公司两相步进电机110系列中的2S110Q-03999型步进电机，使用2H1080型步进电机驱动器对其进行驱动。该型电动机的基本技术数据如表2-2所示。表 2-22S110Q-03999型步进电机基本技术参数整步步距角（度）静态相电流（A）相电阻（）相电感（mH）保持转矩（）阻尼扭矩（）最大轴向负载（N）最大径向负载（N）1.85.50.79.811.79.7602202H1080型步进电机驱动器是两相双极整半步型
15、步进电机驱动器。其供电电压最大可达交流100V，提供电机更好的高速驱动性能；采用双极性恒流驱动方式，最大驱动电流可达每相8.5A，可驱动相电流小于8.5A的任何两相双极型混合式步进电机；对于电机的驱动输出相电流可通过DIP开关调整，以配合不同规格的电机；具有DIP开关可设定电机静态锁紧状态下的自动半流功能，可以大大降低电机的发热；采用专用驱动控制芯片，可通过DIP开关设定整步或半步的驱动控制方式，适合高速大力矩的应用需求；具有脱机功能，可以在必要时关闭给电机的输出电流；控制信号的输入电路采用光耦器件隔离，降低外部电气噪声干扰的影响。2H1080型步进电机驱动器规格参数如表2-3所示。其接线方法如图2-4所示表 2-32H1080步进电机驱动器规格参数说明最小值典型值最大值单位供电电压6090100V(AC)输出相电流4.58.5A控制信号输入电流620mA图 2-4 H108
