啤酒灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 品檢測區(qū)，當有次品通過次品檢測區(qū)時，次品檢測接近開關(guān)發(fā)給PLC一個信號，并由此啟動次品推動裝置及次品傳送帶，分離出次品后，主傳送帶恢復運行。3啤酒灌裝傳送帶調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 近年來，社會的發(fā)展和進步對各行各業(yè)提出了越來越高的要求。機械化加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率和市場競爭力，采用了機械化流水線作業(yè)的生產(chǎn)方式，對不同的產(chǎn)品分別組成了自動流水線。產(chǎn)品不斷地更新?lián)Q代，也同時要求相應的控制系統(tǒng)隨之改，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。在這種情況下，硬連接方式的繼電接觸式控制系統(tǒng)就不能滿足經(jīng)常更新的要求了。這是因為，一是成本高，二是周期長。在早期還出現(xiàn)過矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)，由于這些裝置體積大，功能少，本身存在很多不足，雖然在能夠提高控制系統(tǒng)的通用性和靈活性，但均未得到廣泛應該。 隨著大規(guī)模集成電路和微處理器的發(fā)展和應用，在上世紀60年代出現(xiàn)了能夠以軟件手段來實現(xiàn)各種控制功能的革命性控制裝置—可編程邏輯控制器（PLC）。它把計算機的功能完備、通用性和靈活性好等優(yōu)點和繼電接觸式控制系統(tǒng)的操作方便、簡單易懂、價格低廉等優(yōu)點結(jié)合起來了，因此它是一種能夠完全適應于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置。PLC和原來的控制系統(tǒng)相比，增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、過程控制、數(shù)據(jù)通信等功能，能夠很方便的完成大型而復雜的任務。可編程序控制器作為工業(yè)自動化的支柱之一，在工業(yè)自動控制領(lǐng)域占有十分重要的地位。 眾所周知，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。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，變頻調(diào)速是異步電動機控制的一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速，在調(diào)速過程中從高速到低速都能可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能，能夠很好地提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。在許多工業(yè)控制中，由于對生產(chǎn)效率的需要，要求電動機能夠調(diào)速。過去由于交流電動機調(diào)速困難，調(diào)速性能要求高的場合一般都采用直流調(diào)速，而直流電冬季結(jié)構(gòu)復雜，體積大，維修困難，因此隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，交流調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速，往往需要進行矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，來滿足各種生產(chǎn)工藝的要求。利用變頻器拖動電動機，起動電流小，可以實現(xiàn)軟起動、多段速調(diào)速和無級調(diào)速，方便的進行加減速控制，是電動機獲得高性能，大幅度地節(jié)約電能，因而變頻器在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到了越來越廣泛的應用。隨著電力電子元件的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速的應用己越來越廣泛，而且中、小功率的變頻器都有定型產(chǎn)品，無需用戶進行主回路參數(shù)計算，即可以按機械設(shè)備的工藝要求直接選用變頻器。如能正確使用，其壽命可達10年以上,消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量，應用變頻器節(jié)電率為20%～50%，效益顯著。 綜合上述可編程控制器和變頻器控制的諸多優(yōu)點，我們將二者結(jié)合起來，通過可編程控制器輸出來控制變頻器的多段速調(diào)速，讓電動機轉(zhuǎn)速跟隨檢測的反饋信號而變化，實現(xiàn)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(yè)生產(chǎn)的效率。本次設(shè)計將可編程控制器和變頻器控制進行了充分的結(jié)合運用，將可編程控制器的開關(guān)量輸出端直接與變頻器的開關(guān)輸入端相連，體現(xiàn)了由新的控制器帶來新的控制理念的思想。 罐裝傳送帶調(diào)速系統(tǒng)工藝流程 系統(tǒng)工藝流程圖啟動開始狀態(tài)手動選擇速度檔位光電開關(guān)檢測瓶流速度進入PLC計數(shù)低速報警L2高速報警L1啟動低速啟動高速啟動中速切斷電源是否大于16是否在區(qū)間1216內(nèi)是否在區(qū)間48內(nèi)是否在區(qū)間812內(nèi)變頻器是否故障是否小于4模式選擇 Y Y N N N NY Y Y Y罐裝傳送帶控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計目的是利用PLC和變頻器控制電動機轉(zhuǎn)動帶動皮帶傳動，然后將要灌裝的瓶傳送給灌裝機，達到瓶流速度和灌裝速度的協(xié)調(diào)，從而提高工作效率。，系統(tǒng)啟動后按下電機正轉(zhuǎn)開關(guān)，若電機出現(xiàn)異常馬上切斷工作電源進行保護，若電機情況正常則電開始下一步工作。電機開始轉(zhuǎn)動，帶動皮帶傳動，待灌裝的瓶子在皮帶的傳動作用下經(jīng)過光電傳感器，傳感器對瓶子進行計數(shù)送往PLC進行數(shù)據(jù)處理，處理后得到的瓶流速度和PLC存儲器里面設(shè)定的值進行比較，判斷是否需要進行調(diào)速，如果不需要調(diào)速電機按照原來的速度運轉(zhuǎn)，如果需要進行調(diào)速，則PLC輸出控制信號給變頻器多段速調(diào)速控制端，變頻器接受到PLC傳送過來的控制信號后經(jīng)內(nèi)部處理，輸出特定頻率的電壓實現(xiàn)對電機的變頻調(diào)速。變頻器異常輸出端反饋信號給PLC輸入，實現(xiàn)對變頻器的保護。 根據(jù)系統(tǒng)的功能需要，本系統(tǒng)的輸入信號主要有10個，分別是啟動按鈕、停止按鈕、自動、手動切換按鈕、檢測頻率輸入信號端、變頻器突發(fā)信號進入端。啟動按鈕用于啟動調(diào)速系統(tǒng)開始工作，停止按鈕用于結(jié)束調(diào)速系統(tǒng) ，自動按鈕用于控制電機自動調(diào)速運轉(zhuǎn)，手動按鈕用于手動控制電機轉(zhuǎn)速，頻率信號輸入端是用于將光電傳感器傳來的脈沖信號傳入PLC，由PLC進行邏輯處理，突發(fā)信號進入端用于檢測變頻器的異常以便于及時進行處理，防止變頻器因此而損壞。： 輸入元件符號名稱端子號作用SA選擇開關(guān)X0手動X1自動SB按鈕開關(guān)X2啟動SB按鈕開關(guān)X3停止SB按鈕開關(guān)X5高速SB按鈕開關(guān)X6中速SB按鈕開關(guān)X7低速SB按鈕開關(guān)X10停止報警A變頻器故障反饋信號X11反饋保護IC光電檢測信號X4計數(shù)檢測 輸入端口列表圖 輸出信息分析 根據(jù)系統(tǒng)的功能需要，本系統(tǒng)的輸出信號主要有7個，其中Y0、YY2用于設(shè)定頻率控制信號，控制電動機的低、中、高速運轉(zhuǎn)。Y3用于實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的過快報警，Y4用于實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的過慢報警，Y5用于當變頻器發(fā)生異常故障時斷開變頻器電源，Y6用于啟動電動機的正轉(zhuǎn)運行，： 輸出端口列表 輸出元件名稱名稱端子號作用RL低速輸入Y0起動低速運行RM中速輸入Y1起動中速運行RH高速輸入Y2起動高速運行L1報警燈L1Y3過速報警L1L2報警燈L2Y4慢速報警L2KM1接觸器Y5變頻器反饋保護STF正轉(zhuǎn)輸入Y6正轉(zhuǎn)運行 輸出端口列表 灌裝生產(chǎn)線系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)總圖如下所示： 系統(tǒng)總設(shè)計圖4用PLC 實現(xiàn)灌裝壓蓋機的自動控制飲料灌裝流水線的基本結(jié)構(gòu)整個灌裝流水線的基本結(jié)構(gòu)如圖圖圖3所示。整個流水線由主傳送帶、次品傳送帶、灌裝裝置、次品推動裝置、定位傳感器、次品檢測傳感器等組成。電動機的啟動和停止，灌裝裝置向上、向下移動和灌裝，次品的檢測、推動都是由PLC控制的。流水線由傳感器實時監(jiān)控，由PLC控制，控制準確，自動化程度高。圖1 灌裝流水線基本結(jié)構(gòu)圖圖2 灌裝流水線基本結(jié)構(gòu)圖圖3 灌裝流水線的基本結(jié)構(gòu)圖選擇電器元件（1）電動機的選擇電動機M1型號為Y132M4，額定電壓為交流380V，額定電流為15A，頻率為50HZ，轉(zhuǎn)速為1440r/min。電動機M2型號為Y90S4，額定電壓為交流380V，頻率為50HZ，轉(zhuǎn)速為1440r/min。電動機M3選與電動機M2一樣的型號即可。（2）斷路器的作用：斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。而高壓斷路器要開斷1500V，電流為15002000A的電弧，這些電弧可拉長至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。 吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過吹弧拉長電弧加強帶電粒子的復合和擴散，同時把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復介質(zhì)的絕緣強度。 斷路器選用原則；1）空開額定工作電壓大于等于線路額定電壓2）空開額定電流大于等于線路負載電流3）空開電磁脫扣器整定電流大于等于負載最大峰值電流（負載短路時電流值達到脫扣器整定值時，空開瞬時跳閘。一般D型代號的空開出廠時，電磁脫扣器整定電流值為額定電流的812倍。）也就是說短路跳閘而電機啟動電流是可以避開的。 根據(jù)三個電動機的額定電流，選擇斷路器QFQFQF3的型號如表 所示。并根據(jù)PLC和變壓器選擇QF4和QF5的型號。（3）熱繼電器FRFRFR3主電動機M1的額定電流15A，F(xiàn)R1可以選用JR16，熱元件電流為20A，電流整定范圍為14~22A工作時將額定電流調(diào)整為15A。同理，F(xiàn)R2可選用JR1010型熱繼電器，熱元件電流為2A，~。FR3的型號和FR2相同。（4）微波液位儀微波液位儀原理圖如圖4所示：相距為S的發(fā)射天線和接收天線，相互構(gòu)成一定角度。波長為λ的微波從被測液面反射后進入接受天線。接收天線接收到的微波功率將隨著被測液面的高低不同而異。接受天線接收到的功率為 式中， 為發(fā)射天線的發(fā)射功率；為發(fā)射天線的增益；為接收天線的增益；d為兩天線與被測表面間的垂直距離。當發(fā)射功率、波長、增益均恒定時，上式可改寫為 圖4 微波液位儀原理圖式中， 為取決于發(fā)射功率、天線增益與波長的常數(shù)；為取決于天線安裝方法和安裝距離的常數(shù)。由上式可知，只要測到接收功率，就可得到被測液面的高度。（5）紅外發(fā)光二極管常用的紅外發(fā)光二極管（如SE303PH303），其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光（ m ）。當紅外線接收管受到紅外線的照射時，其本身的電阻很小，呈低阻值，電路導通。當紅外發(fā)射頭與接收頭中間沒有物品擋住時紅外接收到紅外線照射，呈現(xiàn)低電阻，發(fā)出一個高電平信號。當有物體經(jīng)過紅外發(fā)射與接收的中間時，由于紅外線被擋住，紅外接收管呈現(xiàn)大的阻值，電路斷開，這時紅外接收管發(fā)出一個低電平信號。當物體過完之后又回到原來的狀態(tài)。電器元件及其型號如表1所示。表 1 電器元件明細表符 號名 稱型 號數(shù) 量M1主傳送帶電動機Y132M—41M2灌裝裝置電動機Y90S—41M3次品傳送帶電動機