【文章內(nèi)容簡介】 核包裝控制系統(tǒng)主要有下面幾個部分 元件 組成： （ 1） 主控元件：也就是 PLC，它是整個系統(tǒng)的控制中心，通過對其進行程序的編寫，使其指揮電機、氣壓機、封口機等各個裝置按照所需要的方式運行，得到預期的結(jié)果。 （ 2） 傳感器：這里主要用到 壓力傳感器、接近傳感器、料位 傳感器，它們分別負責臨時儲物箱內(nèi)紅棗的重量 、料位監(jiān)， 稱量器內(nèi)紅棗的重量監(jiān)控， 儲料倉料位監(jiān)控等，控制 孔狀運輸帶的停止、運行 ，頂核針頂棗針的運作等。 （ 3） 驅(qū)動元件：這里的驅(qū)動元件主要是電機與氣壓機，分別有驅(qū)動運輸帶運作的電機，驅(qū)動頂核針與頂棗針運作的電機，驅(qū)動清理殘余棗核的電機，還有負責將頂核針內(nèi)棗核噴出的氣壓機。 （ 4） 限位 開關(guān)：主要有負責稱量器與封口機兩部分的 限位 開關(guān)，分別完成對稱量器倒料、復位 ，紙箱位置檢測、封口機的工作與停止等工作。 （ 5） 傳動裝置：由驅(qū)動元件帶動完成運輸、頂核頂棗、清理等工作。 （ 6） 報警裝置：達到報警條件時進行報警工作。 圖 圖 去核包裝系統(tǒng)的構(gòu)成 13 PLC 的選型 確 定 PLC的選型首先要確定輸入、輸出量的數(shù)量， 再根據(jù)所需配置選擇相應的 PLC型號，現(xiàn)對系統(tǒng)的輸入、輸出 端子數(shù)估算如下表： 表 31 輸入端子數(shù)估算 設備說明 數(shù)量（個） 故障報警 4 啟動 5 停止 5 備用 2 合計 16 表 32 輸出端子數(shù)估算 設備說明 數(shù)量（個） 電機 12 氣壓機 1 封口機 1 傳感器 5 報警器 3 合計 22 I/O點總數(shù)在 256點一下的 PLC稱為小型 PLC。小型 PLC的 I/O點數(shù)小于 256點，單 CPU、 8 位或 26 位處理器、用戶存儲器容量在 4K 以下，基于以上因素考慮，選用小型 PLC 能滿足要求，經(jīng)考慮最終選用 三菱 FX2N64MRD PLC，該 PLC基本單元帶 32點輸入、 32點繼電器輸出，足以滿足系統(tǒng)需求。 三菱 FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相當于 FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。 可在基本單元上進行單元擴展或者模塊擴展，能進行 16— 256點的靈活輸入輸出組合。軟元件應用指令非常豐富，例如高速處理指紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的硬件設計 14 令、中斷輸入處理、簡單指令、直接輸出等。 圖 為三菱 FX2N64MRD PLC實物圖。 圖 FX2N48MR 實物圖 傳感器的選型 壓力傳感器 的選型 壓力傳感器分別用在系統(tǒng)中的臨時儲存箱和稱量 裝置上面，分別用于監(jiān)控臨時儲存箱內(nèi)紅棗質(zhì)量與稱量器內(nèi)紅棗的質(zhì)量。 根據(jù)該傳感器的工作環(huán)境與工作強度，要對傳感器進行多方面的挑選。首先是工作環(huán)境，由于該傳感器工作在紅棗加工系統(tǒng)中，在加工過程中會產(chǎn)生大量的水分和粉塵，所以要考慮該該傳感器具有較高的密閉性，以防止水分和粉塵對傳感器造成影響。其次該傳感器工作 在電機附近，電機運行的時候產(chǎn)生的磁場會對傳感器造成一定影響，所以其次要考慮所選傳感器要具有較強的抗磁能力。最后要考慮該傳感器的工作范圍，也就是其稱量范圍，根據(jù)需要，其計算如下： C=K0 K1 K2 K3 (Wmax+W)/N 其分別表示： C— 單個傳感器的額定量程 W— 秤體自重 Wmax— 被稱物體凈重的最大值 15 N— 秤體所采用支撐點的數(shù)量 K0— 保險系數(shù)，一般取值在 ～ 之間 K1— 沖擊系數(shù) K2— 秤體的重心偏移系數(shù) K3— 風壓系數(shù) 經(jīng)考慮，臨時儲物箱用四個傳感器，稱量器用一個傳感器。 實際計算后得出單個傳感器的額定量 C 程 分別 為 150KG、 40KG。 綜合以上因素考慮，決定選用 MEACON 旗下 MIKLCS1 系列 MIKLCS1 型的傳感器。該傳感器 量程選擇范圍 廣，可配套相關(guān)放大變送器輸出 420mA、 15V， 010V等信號，極大方便 PLC，數(shù)顯表，模擬量采集卡等進行采集 。其封裝采用薄膜或果凍膠進行封裝，防水防塵效果非常出色， 外徑導線，內(nèi)置 7芯鍍銀屏蔽線，信號干凈，穩(wěn)定性很好，解決了電機磁場對傳感器的影響。主要技術(shù)參數(shù)如下： （ 1） 量程范圍： 0— 500KG內(nèi)任意量程 （ 2） 激勵電壓： 10— 15V （ 3） 對應輸出： 2mV/V （ 4） 傳感精度： %、 %、 % （ 5） 變送精度： %、 % （ 6） 工作溫度范圍：﹣ 20℃ — +80℃ 具體實物圖如下所示： 圖 壓力傳感器實物圖 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的硬件設計 16 接近傳感器的選型 接近傳感器主要用于孔狀運輸帶的定位，通過檢測安裝于孔狀運輸帶電機上的同步滾輪上的設定的凸點是否到位從而控制運輸帶的停止、運行，去核設備的前進后退。 考慮到該種環(huán)境下灰塵多、空氣中水分含量重等環(huán)境因素，最后選用歐姆龍的 E2B 接近傳感器。該傳感器即使在黑暗環(huán)境中也 能輕松實現(xiàn) 360176。的可視性， 因此可以任意角度安裝傳感器，安裝非常方便，其次公司對其進行了耐油霧測試，測試結(jié)果非常出色，完全能勝任去核包裝控制系統(tǒng)的要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下： （ 1） 檢測距離： （ 2） 設定距離： 0— （ 3） 應差距離： 10%的檢測距離內(nèi) （ 4） 可檢測物體：磁性金屬（對于非磁性金屬檢測距離會減?。? （ 5） 電源電壓： 10— 30VDC （ 6） 消耗電流： 10mA以下 （ 7） 環(huán)境溫度：工作和存放于 25℃ — +70℃ 其實物圖入圖 ： 圖 接近傳感器實物圖 料位傳感器的 選型 料位傳感器其一主要用于監(jiān)控儲物倉里面的紅棗剩余量是否滿足要求，如果紅棗數(shù)量過少則報警提醒工作人員進行相關(guān)操作，避免出現(xiàn)空料運行的情況發(fā) 17 生。其二主要用于檢測臨時儲物箱里面的物料是否超標，以防止紅棗過多影響去核的效果。其三主要用于廢料桶內(nèi)的廢料進行監(jiān)控，避免廢料溢出廢料桶造成不必要的麻煩。 經(jīng)考慮選用 SENLOD 的 SLDA 型一體式超聲波物位傳感器，該傳感器 吸取了國內(nèi)外多種物位儀優(yōu)點 ,實現(xiàn)了全數(shù)字化 ,人性化設計理念 ,具有完善的物 /液位測控 、 數(shù)據(jù)傳輸和人機交流功能。具有抗干擾性強，可任意設置上下限節(jié)點及在線 輸出調(diào)節(jié)，并帶有現(xiàn)場顯示，可選擇模擬量，開關(guān)量及 RS485輸出，方便的與相關(guān)設施接口。 主要參數(shù)如下： （ 1） 量程： — 8M （ 2） 模擬輸出信號： 0～ 20mA （ 3） 數(shù)字輸出： RS485（支持 Modbus） （ 4） 工作電壓： DC12— 30V （推薦 24V） 功耗 （ 5） 溫度：－ 10℃～ 60℃相對濕度 下圖 。 圖 料位傳感器實物圖 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的硬件設計 18 電動機的選型 電動機主要用于傳送帶的驅(qū)動，去核機構(gòu)部件的驅(qū)動，稱量器的驅(qū)動等。 初步估算傳送帶所需功率約為 8KW， 查閱相關(guān)資料 后，決定選用三相交流異步電動機作為驅(qū)動電機， 考慮到系統(tǒng)中電機不需要進行調(diào)速，進一步確定使用鼠籠式電機，其次是安裝方式，系統(tǒng)中所有的驅(qū)動電機都設計臥式安裝。在實際生產(chǎn)中可能會產(chǎn)生大量的灰塵雜質(zhì)，所以電機進一步選用防護式電機。 傳送帶的運輸速度不需要太快，啟動時要求啟動轉(zhuǎn)矩較大，所以電機極對數(shù)選擇為 8 極， 700 轉(zhuǎn)每分鐘足夠滿足所需。 最終選用帆龍的 158 型電動機， 其主要參數(shù)如下，實物如圖 ： （ 1） 額定電壓： 380V （ 2） 額定電流： （ 3） 額定轉(zhuǎn)速： 750r/min （ 4） 額定功率： 15KW （ 5） 絕緣等級： B （ 6） 接法 ： Y （ 7） 功率因素： 圖 三相異步電動機實物圖 19 限位 開關(guān)的選擇 該 系統(tǒng)中限位開關(guān)主要用于檢測紙箱到位情況與稱量器倒料時的位置與復位 檢測，考慮選用歐姆龍 ZC55型封閉式高精度限位開關(guān)，帶內(nèi)置標準型開關(guān)的小型、高精度封閉式開關(guān)，確保高可重復性和耐久性，操作次數(shù)最少一千萬次。與傳統(tǒng)限位開關(guān)相比，所需操作力更小，產(chǎn)品系列中包含帶操作指示燈的型號，易于維護和檢測?；緟?shù)如下，實物圖入圖 ： （ 1）：環(huán)境溫度 +20177。 2176。 C。 （ 2）：環(huán)境濕度： 65177。 5%RH （ 3）：操作頻率： 20次 /min 圖 限位開關(guān)實物圖 報警器的選擇 報警器主要用于生產(chǎn)過程中對滿足報警條件的部件進行報警，提醒工作人員及時進行相關(guān)的操作，減少損失。這里使用刻銳型號 :為 PJ600800的報警器。圖。 圖 報警器實物圖 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的硬件設計 20 控制系統(tǒng)的 I/O 分配 表 3— 3 控制系統(tǒng)的 I/O 分配表 序號 名稱 地址編號 輸入信號 1 啟動開關(guān) X0 2 停止開關(guān) X1 3 臨時儲物箱限重開關(guān) X2 4 接近傳感器接近開關(guān) X3 5 稱量器限重開關(guān) X4 6 傾倒下限開關(guān) X5 7 復位開關(guān) X6 8 左限位開關(guān) X7 9 去核系統(tǒng)停止限位開關(guān) X10 10 報警器 1開關(guān) X11 11 報警器 2開關(guān) X12 12 報警器 3開關(guān) X13 輸出信號 1 儲料倉閥門電機 Y0 2 運輸帶 1電機 Y1 3 稱量器 1 Y2 4 運輸帶 2電機 Y3 5 接近傳感器 Y4 6 運輸帶 3電機 Y5 7 頂核電機 Y6 8 氣壓機 Y7 9 稱量器 2 Y10 10 清理電機 Y13 11 傾倒電機 Y14 12 復位電機 Y15 13 運輸帶 5電機 Y16 14 封口機 Y17 15 頂棗電機 Y20 16 運輸帶 4電機 Y21 17 限位 1— 3傳感器 Y22— Y24 18 報警器 1 Y26 19 報警器 2 Y27 20 報警器 3 Y30 21 PLC 接線圖 PLC 接線圖如圖 ： 圖 PLC 接線圖 紅棗去核包裝控制系統(tǒng)的軟件設計 22 4 紅棗自動去核包裝控 制系統(tǒng)的軟件設計 控制系統(tǒng)的程序 流程圖 及梯形圖的編寫 根據(jù)本設計的控制要求，所設計的程序按照 圖 、圖 進行，以達到 紅棗自動去核包裝控制系統(tǒng) 的最佳設計要求和完成系統(tǒng)的最佳設計。 具體梯形圖 見附錄 A，梯形圖指令表見附錄 B。 編程軟件的選擇 用于三菱 FX系列的編程軟件主要有 Gx Developer 和 Gx Works2 這兩種，這里選用的是 Gx Developer 編程軟件，該軟件是三菱綜合 PLC 編程軟件，是專用于 PLC設計、調(diào)試、維護的編程工具，適用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、 AnA、 FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、 SFC、 ST 及 FB、 Label 語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫 PLC程序功能。 圖 報警系統(tǒng)程序流程圖 23 圖 控制系統(tǒng) 程序流程圖 開始 按下啟動按鈕 儲物倉閥門打開 閥門打開？ 運輸帶 1 啟動 儲物箱稱量器啟動 是否超重 運輸帶 2 啟動 接近傳感器啟動 定時清理裝定時動 是否接近 頂核、頂棗 氣壓機 裝置啟動 運輸帶 2 停止1 秒 是否滿足 清理啟動 一次 是否觸動開關(guān) 運輸帶 3 啟動 運輸帶 4 啟動 稱量器啟動 是否滿足 運輸帶 4 停止 是否觸發(fā)限位 1 傾倒 是否觸發(fā)限位 2 復位 運輸帶 5 啟動 封口機啟動 運輸帶 1