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1、电气控制系统1. 系统概述电气控制系统控制并协调码垛系统各单元的动作，使码垛机按照工艺流程来完成整个生产过程。工艺过程如下：包装好的料袋经过斜坡输送机进入压平机和加速输送机，对料袋进行整平、加速，然后进行转位（需要时）和编组操作，将竖袋2袋编为1组，横袋3袋编为1组；编好组的料袋由推袋机推到分层机上，一层5个料袋在分层机上再次整形后，打开分层机放到升降机上的托盘上，升降机下降一层料袋的高度，即码好一层；这样码完8层（或10层）即为一垛，码好后升降机下降到最低位，再由垛盘输送机将垛盘输送到无动力垛盘输送机上，最后由叉车运走。托盘的供给：叉车将空托盘（最多10个）放入托盘仓中，托盘仓能自动地将托盘
2、放到托盘输送机上，再由托盘输送机送到升降机上。码垛机电气控制系统原理框图如图1-1所示，包括中央处理单元PLCCPU及其I/0扩展单元、检测单元（光电开关、接近开关）、操作与显示单元（触摸屏、按钮开关和指示灯）、控制元件（交流接触器、变频器和电磁阀）以及执行部件（电机和气缸）等几个部分组成。操作与显示单元作为设备操作的操作界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态；检测元件检测料袋、托盘、垛盘的位置状态以及各单元的运行状态，PLC自动循环扫描各输入输出点的当前状态，并根据程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态，通过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电机的启停和气缸的动作，从而完成码垛全过
3、程的控制。输出通道输入通道中央处理单元 PLC（可编程序控制器）执行部件检测元件操作与显示单元控制元件电源 图1-1 电控系统原理框图 2. 系统的主要特点及技术说明2.1 电源部分现场的主电源380VAC进入控制柜后，首先经过旋钮开关和总断路器。在不打开控制柜的情况下，可方便地通过控制柜门上的旋转手柄完成接通和断开主电源的操作。码垛机的每一个电机均有一个单独的断路器对其进行保护。因此保证了每个电机得到最佳的保护，并且便于在发生故障的情况下查找故障点。本系统所采用的保护断路器集成了多种保护功能，即短路、过载及断相保护，因而省去了传统的热继电器。根据工艺的要求，推袋机、分层机及升降机在动作过程中
4、需要进行调速，故采用变频调速器驱动相应的电机。对应每一个变频器也有一个单独的保护断路器，在变频器发生过载和短路时切断其源端电流。变频器本身在电机发生过载等故障时，也可以进入保护状态并停止其输出。为了满足系统的要求，转位机的转位部分在动作过程中需要进行位置控制，所以采用伺服驱动器控制伺服电机带动转位夹板进行转位。为交流接触器供电的220V电源由一个小型断路器作保护。由于控制部分的电路对电源要求较高，故由一个隔离变压器为PLC、直流稳压电源等提供交流220V电源，其源端和副端均有小型断路器保护。码垛机上所有控制元件及主令电器的工作电源均为直流24V，因而提高了设备运行及人员操作的安全性。直流稳压电
5、源的交流端和直流端分别有相应的保护。钥匙开关、急停按钮、控制继电器及强制停状态指示灯构成了急停回路，用来切断PLC输出通道的控制电源，包括交流接触器控制线圈的电源和电磁阀的控制电源。动力回路及控制器电源详见电气原理图。2.2可编程序控制器（PLC）选用德国西门子公司S7-300系列PLC。该产品的CPU具有极快的I/O处理速度，能够满足现代生产线对速度的越来越高要求。由于内置一个MPI端口，通过适配器可以和可编程终端或触摸屏相连。该PLC提供了丰富的指令系统，使用起来非常方便，并且比传统PLC的功能更强大。由于是模块化的PLC、扩展起来非常方便。本码垛系统采用16点/公共端的24V直流输入模块
6、，16点/公共端的继电器输出模块。输入所占通道地址从左到右为I0.0-I1.7，I4.0-5.7，I8.0-I9.7,I12.0-I13.7；输出所占通道地址从左到右为Q16.0-Q17.7,Q20.0-Q21.7,Q24.0-Q25.7,Q28.0-Q29.7，输入、输出位号定义详见电气原理图。2.3变频调速器本码垛机生产线控制系统选用三个日本富士公司的变频调速器，分别用于推袋机、分层机和升降机。变频器的工作方式、工作频率（多级）、加速时间等参数可通过键盘面板设置。控制端子FWD和REV分别控制电机的正向运转和反向运转，当均为OFF时，变频器停止输出；X5（X9）为自由旋转端子；X1、X2、
7、为多级速度控制端。由于推袋机、分层机和升降机在码垛过程中需要正、反向运行，且为了使垛形整齐和提高码垛速度需要两级调速，故使用了变频器。通过FWD和REV端子控制电机的正反转；通过X1和X2端进行速度控制：当X1=ON，X2=OFF时变频器以频率1输出；点X1=OFF，X2=ON时变频器以频率2输出；当X1=ON，X2=ON时变频器以频率3输出。对本码垛机，应将频率1设定为自动运行的高速频率，频率3设定为自动运行的低速频率，频率2设定为手动运行频率，这些数值的设定和修改须首先通过“PRG”键进入编程状态。变频调速器的详细操作参见其说明书。2.4伺服驱动器本系统采用德国STOBER公司的MDS50
8、00系列伺服驱动器SEA5000，用于转位伺服电机的驱动。伺服驱动器的I/O信号通过X101与PLC相连。系统中使用的伺服驱动器的输出信号有三个，分别是：1、BA1-伺服驱动器准备好信号（初始化结束，允许进行位操作）；2、BA2伺服完成信号（伺服电机每一个位移结束时此信号输出为ON）；3、RELAY1伺服报警信号。PLC向伺服驱动器发出的信号共有五个，分别是；1、BE1位移控制编码输入端1；2、BE2位移控制编码输入端2；3、BE3参考点信号（REF）输入端；4、BE4位移运行控制信号（POSTION-START）；5、ENABLE数字量信号输入端（BE1BE4）使能端（X1）。伺服驱动器的控
9、制模式、位置回路增益、位置控制的方向、长度、速度以及电子齿轮等参数分别在计算机软件中设定。伺服驱动器的详细情况请参考说明书。2.5 其他为确保电控系统的可靠性和工作寿命，几乎所有的电器元件和电控柜外的操作箱（包括接线端子、按钮开关和指示灯）、接线箱（包括接线端子）、按钮盒、传感器（开关）、电磁阀等，电控柜内的断路器、交流接触器、中间继电器等均采用具有国际声誉的德国、法国、等国家著名品牌的产品。 本系统所使用的通用控制元件主要有两种：交流接触器和电磁换向阀。其控制线圈与PLC输出点控制的中间继电器相连。交流接触器简称接触器，当其控制线圈得电，则接触器的触点将接通，为电机供电。电磁换向阀简称电磁阀
10、，用来切换气缸缸杆的伸出与缩回状态，进而带动相应的机械机构运作，完成相应的操作。请注意，在码垛机处于停止时，气缸缸杆的伸出与缩回状态不尽相同，但电阀一般均为失电状态。3. 码垛机的工和原理及控制过程压平机又启动否为方便叙述，下面将分成四个部分加以说明，控制回路电路图详见电气原理图。3.1 斜坡输送、压平加速、转位编组部分开始：启动运行YY斜坡输送机停止N压平机停否N斜坡输送机启动N图1-2 斜坡输送机控制过程框图斜坡输送机完成料袋的输送，进入到高架码垛。在码垛机运转过程中，只要压平机运转，斜坡输送机就运转；若压平机停止，则斜坡输送机也跟着停止，待压平机运转后，斜坡输送机也重新开始运转。斜坡输送
11、机控制过程框图如图1-2所示。在斜坡输送机上有一个“急停”按钮，在码垛机运行时，按下此按钮，则整个码垛机停止运行。压平部分包括上、下压平输送机和加速输送机二个单元，在码垛过程中完成压袋、加速功能。在压平输送机和加速输送机的出口各有一个光电开关，用来实现连锁控制，即当转位机进行转位过程中时，如果料袋已到达加速输送机出口，则加速输送机停止运行；若此时下一个料袋到达压平输送机出口，则压平输送机也停止运行。延时5秒后，若压平输送机仍未运行，则斜坡输送机也停止运行。只有当加速输送机运行后，压平输送机和斜坡输送机才随之启动运行。压平输送机控制过程框图如图1-3所示，加速输送机控制过程框图如图1-4所示。转
12、位编组部分包括转位机和编组机两个单元 。转位机包括输送机和上转位机构两部分，开始：启动运行压平输送机运转开始：启动运行Y堵袋否加速输送机运转NN加速输送有袋否N压平输送机有袋YYN加速输送机有袋且停Y转位机运行吗Y压平输送机停止N加速输送机停图1-3 压平输送机控制过程框图图1-4 加速输送机控制过程框图可对料袋进行90和180的转位。在进行90和180的转位时，夹袋气缸将闭合，夹住料袋，同时，输送机停止；在转位机中间有一个光电开关，当需要转位的料袋中间对准该光电时，夹袋气缸闭合，夹住料袋，PLC控制转位伺服电机，并带动夹袋气缸正转或反转90和180，其目的是为了满足2/3和3/2编组的要求，
13、并使袋口全部朝向垛里。当转位电机正转或反转到位时，伺服电机驱动器给PLC一个定位信号，夹袋气缸打开，输送机转动，输送给过渡输送机。此外，当编组机编组满(2或3袋)时，若下一个料袋到达过渡输送机，则料袋头部将在编组传送1光电开关处停止。只有当推袋机将编组机上的一组料袋(2或3袋)推出编组机时，过渡输送机才重新开始运行。转位输送机的控制过程框图如图1-5所示。开始：启动运行转位输送机运转N料袋到转位否YN需转位或袋编组满吗Y输送机停止NN需正转吗YN编组机无袋吗Y夹袋气缸打开图1-5 转位输送机控制过程框图N需到位否Y夹袋气缸关闭需转90吗伺服正转180伺服反转90伺服正转90 图1-6 编组方式
14、编组机用于实现料袋的编组，编组方式如图1-6所示，竖袋时二袋为一组；横袋时三袋为一组。编组机上有三个光电开关：在编组机的入口有两个，用于控制编组机的启停；启停时间如下：当料袋一到编组机的入口，挡住靠外边的光电开关(由OFF变为NO)，PLC就启动编组机；等编组机靠外边的光电开关（由ON变为OFF)后，编组机就停止；如果是每一组的最后一个料袋，则料袋必须超过向前推袋时的侧挡板，即与此档板对齐的另外一个光电开关由ON变为OFF后，编组机才停止。当编组完成，编组机中的料袋已满(2或3袋)时，编组机传送到位档板后的光电开关为ON，此时推袋机可以推袋。编组机的控制过程框图如图1-7所示。开始：启动运行N料袋到编组机入口否Y编组机运转NY是第2/5/8/10袋吗NN料袋过推袋侧档板否料袋全进入编组机否YY 编组机停止图1-7 编组机控制过程框图3.2 推袋、压袋、侧边整形部分推袋机由电机驱动，并且利用变频调速器控制推袋电机的转向、速度和加速度。推袋机的启停由PLC通过控制变频器启动端(FWD或REV)来控制，推袋机停止时，推袋变频器外部制动电阻接通制动。控制推袋机运行的检测输入元件为八个接近开关，即推板开、推板关、推袋后位、推袋后位减速、推袋中位、推袋中位减速、推袋前
