基于PLC的饮料灌装生产线的控制系统设计(3)

根据已经确定的I/O设备统计所需要的I/O信号的点数和类型，预留10%至15%的空间，选择I/O信号模块。

根据特殊功能要求选择智能单元.

根据通信要求选择通信接口模块。

依据饮料罐装自动生产线的工艺流程图，PLC控制系统有均为开关量的9个输人信号。PLC控制系统的有10个输出信号。

FX2N系列的PLC有继电器输出方式，晶体管输出方式和双向晶闸管输出方式三种, 继电器输出方式其特点是：可接通交、直流电源，其反应慢，但有干结点，安全性及其隔离性好，可靠性高；晶体管输出方式其特点是：只能接入直流电源，无干接点，其响应速度最快——场效应管输出模块的工频可达20kHz，但过度负载能力较差；双向晶闸管输出方式其特点是：只能接入交流电源，无干接点。

综合以上相关信息，并结合经济实用性的考虑，系统选用FX2N-32MR型号的PLC：继电器输出方式,输人点数输出点数均为16点，可以满足工艺要求，且留有一定的余量。便于以后的修改和扩展。根据系统的性能与要求，PLC输入/输出端口地址的分配如表4所示。

3.1.7 PLC的性能指标

1.用户程序存储容量2.输入输出总点数3 .扫描速度4.指令种类5.内部寄存器的配置及容量6.特殊功能。

表1 PLC I/O端地址编号对照表 输入信号

9 输出信号

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SB0

SB1

ST0

S0

SB4

SB5

SB6

SB7

SB10

启动按钮 停止按钮 行程开关 光电传感器 大包 中包 小包 散装 手动复位 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 KM1 YV1 YV2 YV3 HL4 HL5 HL6 HL7 HL10 HL11 传送带电动机 灌装电磁阀 小瓶封盖 大瓶封盖 大包指示灯 中包指示灯 小包指示灯 散装指示灯 系统上电显示 灌装过程显示 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11

3.2电动机的选型

目前市面上的电动机类型多种多样，用于驱动传送带传送的电动机的类型也数不胜数。基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合，并考虑到经济性和实用性，本系统选择的电动机型号为Y132M-4，其性能参数如表5所示。

表2 Y132M-4型电动机的性能参数 电流

15.4 A 电压 380V 堵转转矩 最大转矩 额定转速 2.2 n.m 2.3 n.m 1440 r/min 极数 4 频率 50 Hz 额定功率 7.5KW

3.3接触器的选型

接触器是一种用来接通或断开带负载的交、直流主电路或大型控制电路的切换器，主要控制目标是电动机。通用接触器可大致分以下两类。

1）交流接触器。主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是CJ1、CJ12、CJ12B等系列。

2）直流接触器，一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直交流接触器有几乎相同的动作原理和结构。

接触器的选型有诸多因素外与负载密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的3-5倍。综上所述，本系统选用CJ10-40接触器：额定电流为40A,额

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定电压为380V。

3.4热继电器的选型

热继电器由安装的位置不同的两部分组成。一部分是主触点，接在电动机与接触器KM之间。另一部分是接在控制电路中，与接触器KM的线圈电路相串联。热继电器在控制线路中起过载保护的功能。热继电器采用双金属热元件，动作执行机构，常闭触头和常开触头，复位按钮及整定电流调节旋钮等。根据双金属热元件的数目可分为两极和三极型热继电器，而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种。

主电动机M1的额定电流15A，FR1可以选用JR16，热元件电流为20A，电流整定范围为14-22A工作时将额定电流调整为15A。

3.5开关电器、熔断器的选型

行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关，选用型号为LXK2-131型。

熔断器选用RL1-15型熔点器，熔体的额定电流为30A。

3.6传感器的选型

系统中运用传感器对饮料瓶的大小进行分辨，根据设计需要选择反射式光电传感器。反射式光电传感器的工作原理如图4所示。

图4反射式光电传感器原理图

该系统选择的反射式光电传感器型号为PM2-LF10,其性能参数如表3所示。 表3 PM2-LF10反射式光电传感器的性能参数

性能

检测距离 参数 2.5～8mm(中心：5mm)白色无光泽纸(15×15mm)

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体

应差

重复精度

(垂直于检测轴)

电源电压

消耗电流

输出 使用白色无光泽纸(15×15mm)工作距离的20%以下 0.08mm以下 5～24V DC±10% 脉动P-P5%以下 平均：25mA以下，峰值：80mA以下 NPN开路集电极晶体管

·最大流入电流：100mA

·外加电压：30V DC以下(输出和0V之间)

·剩余电压：1V以下(流入电流为100mA时)

0.4V以下(流入电流为16mA时)

反应时间

0.8ms以下

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4 系统的硬件电路

4.1系统硬件结构框图

系统的主电路、控制电路、辅助电路三大部分组成了硬件系统，硬件中的主要部分是主电路，主电路和辅助电路由控制电路控制，起辅助信号显示作用的是辅助电路。

4.2主电路的设计

传送带用电动机M1来运行，并用接触器KM1来控制电动机的运行与停止。由热继电器FR1实现过载保护。断路器QF1、QF2、QF3将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3为电路提供短路保护。饮料罐装生产的主控制电路如图5所示。

图5主控制电路图

4.3控制电路的设计

PLC控制系统有9个均为开关量的输人信号。其中各种单操作按钮开关6个，分别 SB0 启动按钮、SB1 停止按钮、SB4 大包、SB5 中包、SB6 小包、SB7 散装、

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SB10 手动复位按钮。行程开关1个，传感器开关1个。

PLC控制系统的输出信号有10个，其中1个用于驱动传送带电动机的接触器KM1, 3个电磁阀分别用于大瓶和小瓶的封盖及饮料罐装，6个用于生产线上的状态显示。如图6所示。

图6三菱PLC外部接线图

4.4操作面板的设计

操作简单，直观明了的，对饮料罐装自动生产线的每一步都能准确显示，方便工作人员的工作是操作面板的设计原则。面板如图7所示。

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