【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PLC 控制立式食品包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫(xiě)。這也是在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的最關(guān)鍵的問(wèn)題。（1）硬件問(wèn)題包裝機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即主電路及主電路控制部分、溫度檢測(cè)及顯示部分和成品數(shù)量統(tǒng)計(jì)及顯示部分。主電路部分由電機(jī)及其相關(guān)的低壓控制電器組成，由PLC對(duì)低壓控制電器進(jìn)行控制。溫度檢測(cè)部分主要由溫度傳感器及溫度變送器組成，它對(duì)封合溫度進(jìn)行控制，并將當(dāng)前溫度顯示出來(lái)。硬件的設(shè)計(jì)需要PLC、傳感器及電機(jī)的相關(guān)知識(shí)。在解決這一問(wèn)題的過(guò)程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，向老師獲取幫助。（2）軟件問(wèn)題軟件設(shè)計(jì)主要包括溫度自動(dòng)控制和電壓、電流監(jiān)測(cè)。溫度自動(dòng)控制程序是將傳感器輸入的溫度模擬量通過(guò)PLC的AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入PLC與預(yù)設(shè)值比較，然后控制加熱電路的通斷。電壓監(jiān)測(cè)程序要通過(guò)電壓變送器輸入當(dāng)前的三相電壓，與預(yù)設(shè)值比較，保證電路的正常工作；電流監(jiān)測(cè)程序要通過(guò)電流變送器輸入當(dāng)前主電機(jī)的電流值，與預(yù)設(shè)值比較，保證主電機(jī)免于過(guò)熱而損壞。要對(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。對(duì)各個(gè)子程序塊所解決的問(wèn)題要相當(dāng)明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計(jì)要求的功能。 設(shè)計(jì)要求具體要實(shí)現(xiàn)的功能為：(1) 系統(tǒng)運(yùn)行在正常工作狀態(tài)時(shí)，食品包裝好后統(tǒng)計(jì)并顯示成品的數(shù)量。(2) 系統(tǒng)運(yùn)行在正常工作狀態(tài)時(shí)，封口溫度能控制在預(yù)定范圍，并顯示當(dāng)前溫度值。(3) 當(dāng)系統(tǒng)電壓低于 倍額定電壓時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷總電源開(kāi)關(guān)。(4) 當(dāng)系統(tǒng)電壓高于 倍額定電壓時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷總電源開(kāi)關(guān)。(5) 當(dāng)主電機(jī)電路電流高于 倍額定電流時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷主電機(jī)電路。 方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)按下面思路展開(kāi)：根據(jù)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本功能，大致可分為信號(hào)輸入，信號(hào)控制，信號(hào)處理這三個(gè)部分。(1) 溫度信號(hào)輸入部分通過(guò)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)封口溫度，并由溫度變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量；電壓信號(hào)輸入部分通過(guò)電壓變送器來(lái)監(jiān)測(cè)線路電壓，并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量；電流信號(hào)輸入部分通過(guò)電流變送器來(lái)監(jiān)測(cè)主電機(jī)電流，并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量。(2) 信號(hào)控制部分是通過(guò) PLC 控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確操作。(3) 信號(hào)處理部分是通過(guò)數(shù)碼管顯示溫度和成品數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)控制部分的要求。為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，輸入部分可選用40℃～350 ℃的溫度傳感器、0～500V 的電壓變送器以及 0～5A 的穿孔穿芯一體化電流變送器；控制部分選用 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制；用數(shù)碼管輸出顯示。 因此，總的設(shè)計(jì)思路為：當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)有無(wú)卷膜包裝材料，若連續(xù)檢測(cè)不到，則 PLC 控制報(bào)警動(dòng)作，并顯示當(dāng)前已包裝完成成品數(shù)量；封口溫度通過(guò)溫度變送器將當(dāng)前溫度輸入 PLC 的 AD 模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送人 PLC 與預(yù)設(shè)值比較，當(dāng)加熱到預(yù)設(shè)上限值停止加熱，低于溫度下限值則加熱，并顯示當(dāng)前溫度；系統(tǒng)電壓通過(guò)電壓變送器輸入 PLC 的 AD 模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量與 PLC 內(nèi)預(yù)設(shè)值比較，當(dāng)系統(tǒng)電壓大于 倍額定電壓或小于 倍額定電壓時(shí)斷開(kāi)總電源；主電機(jī)電流通過(guò)電流變送器輸入 PLC 的 AD 模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量與 PLC 內(nèi)預(yù)設(shè)值比較，當(dāng)電流大于 倍的額定電流時(shí)斷開(kāi)主電機(jī)電路。3 立式食品包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì) 包裝機(jī)主電路設(shè)計(jì) 根據(jù)要求：主電機(jī)有過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)功能；電源有欠壓保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)功能；當(dāng)電源電壓（線電壓）小于 時(shí),要求控制系統(tǒng)產(chǎn)生欠壓保護(hù)；當(dāng)電源電壓（線電壓）大于 時(shí)，要求電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)。同時(shí)要求顯示溫度和成品計(jì)數(shù)。從而主電路設(shè)計(jì)如下：圖 31 立式食品包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)主電路原理圖3 .2 主要電器設(shè)備計(jì)算及選型 立式食品包裝機(jī)的主要電器設(shè)備(1)主電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，分布于各個(gè)用戶(hù)處，電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速） 。YCT 系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)是一種控制簡(jiǎn)單的交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，由 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，渦流離合器(又稱(chēng)電磁轉(zhuǎn)差離合器或滑差離合器)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，通常與JD 系列、TKZ 系列控制器(或其他控制裝置)組成一套具有測(cè)速負(fù)反饋系統(tǒng)的交流無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置，能在比較寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。它的結(jié)構(gòu)和原理將在下面的章節(jié)介紹。我國(guó)生產(chǎn)的 Y 系列三相異步電機(jī)具有高效、節(jié)能、性能好、振動(dòng)小、噪聲低、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)方便、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。 Y 系列電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品機(jī)械、風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、拌攪機(jī)、空氣壓縮機(jī)等。Y 系列電機(jī)容量在 4KW 以上的都是三角形聯(lián)結(jié)，額定電壓為 380V，起動(dòng)時(shí)，先將定子繞組接成星形，這時(shí)加在每相繞組上的電壓是電源電壓除以 3(約等于 220V)。電機(jī)起動(dòng)后，再改接到三角形聯(lián)結(jié)，此時(shí)電機(jī)端電壓為額定值。電機(jī)起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)電流只有原來(lái)三角形聯(lián)結(jié)的 1/3。但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩與所加的電壓的平方成正比，所以起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只有原來(lái)三角形聯(lián)結(jié)的 1/3。但對(duì) Y 系列電機(jī)而言，因?yàn)樗钠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩大，其平均值為額定轉(zhuǎn)矩的 倍，故采用星三角起動(dòng)不僅適用與輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，也可用于較重負(fù)載起動(dòng)的場(chǎng)合。如果 Y 系列電機(jī)容量大于 4KW 時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用星三角減壓起動(dòng)方法。如果 Y 系列電機(jī)容量小于 4KW 時(shí)，則應(yīng)該用直接啟動(dòng)。表 31 電機(jī)的型號(hào)參數(shù)：功率（千瓦）（KW）型號(hào)電流380V（A）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分（r/min）效率%（n）功率因素（COS）同步轉(zhuǎn)速 1500 轉(zhuǎn)/分(4 極)50 Hz Y8014 1390 73 6 Y8024 1390 6 Y90S4 1400 78 Y90L4 1400 79 Y100L14 1420 81 3 Y100L24 1420 4 Y112M4 1440 Y132S4 1440 Y132M4 1440 11 Y160M4 1460 88 15 Y160L4 1460 Y180M4 1470 91 22 Y180L4 1470 30 Y200L4 1470 37 Y225S4 1480 45 Y225M4 1480 55 Y250M4 1480 75 Y280S4 1480 90 Y280M4 1480 110 Y315S4 1480 132 Y315M4 1480 94 160 Y315L14 289 1480 200 Y315L24 1480 主線路中的主電機(jī)是控制生產(chǎn)線的水平作業(yè)，不需要帶動(dòng)物體運(yùn)轉(zhuǎn)，所以使用功率不大于 4KW 電機(jī)即可。因此所選電機(jī)可允許直接起動(dòng)。主電機(jī)選用型號(hào)如下表 32所示。表 32 電機(jī)型號(hào)選擇型號(hào)功率（KW）額定電流（A）額定電壓（V）額定轉(zhuǎn)速（r/min）主電機(jī) Y8024 380 1390(2)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的介紹：這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用到的主要電動(dòng)機(jī)是三相異步電機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件及其他附件組成。定子：定子是由機(jī)座，定子鐵心和定子繞組三部分組成。機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的主要支架，用來(lái)固定定子鐵心和支持端蓋，一般由鑄鐵制成。為了減少鐵心中的能量損耗，鐵心是由一定厚度圓環(huán)狀，內(nèi)圓沖有嵌放放定繞組的下線槽?；ハ嘟^緣的硅鋼片疊成的。定子繞組是用漆包線或紗包線繞制而成，三相繞組在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部可接成三角形，為了改變接線方便，三相繞組的 6 個(gè)接線端子，從內(nèi)部引線接到電動(dòng)機(jī)定子外面的接線板上。轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成，軸是用中碳鋼制造的。轉(zhuǎn)子鐵心是～ 厚圓形硅鋼片疊壓而成的，靠近邊緣均勻的沖有用來(lái)嵌放轉(zhuǎn)子繞組的線槽。籠型轉(zhuǎn)子各線槽內(nèi)繞組和兩端短路還連同風(fēng)葉一起，同鋁鑄成一個(gè)整體，實(shí)際就是轉(zhuǎn)子的繞組。繞線型轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組的形成基本上相同。三相繞組的尾端連在一起星形聯(lián)結(jié)，而三個(gè)始端則連接在三個(gè)銅集電環(huán)上。環(huán)與環(huán)之間以及環(huán)與軸之間互相絕緣。電機(jī)的起動(dòng)方法有直接啟動(dòng)、減壓?jiǎn)?dòng)與軟啟動(dòng)等。直接起動(dòng)直接起動(dòng)，也就是全壓起動(dòng)，是一種最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方式。起動(dòng)時(shí)，通過(guò)一些直接起動(dòng)設(shè)備，把全部電源電壓（即全壓）直接加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組，顯然，這時(shí)起動(dòng)電流較大，可達(dá)額定電流的 4～7 倍，根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際測(cè)量，某些電動(dòng)機(jī)甚至可達(dá)到 8～12 倍。對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，過(guò)大的起動(dòng)電流將造成電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，影響電動(dòng)機(jī)的壽命；同時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組在電動(dòng)力的作用下，會(huì)發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電動(dòng)機(jī)。過(guò)大的起動(dòng)電流還會(huì)使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓顯著下降而影響接在同一電網(wǎng)的其它電動(dòng)機(jī)的正常工作。所以，一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于 時(shí)允許直接起動(dòng)，如果大于 ，一般用降壓起動(dòng)。 減壓起動(dòng)(1)電阻減壓或電抗減壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，在定子電路串聯(lián)電阻或電抗，起動(dòng)電流在電阻或電抗將產(chǎn)生壓降，降低了電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，起動(dòng)電流也從而得到減少。(2)自耦補(bǔ)償起動(dòng)自耦補(bǔ)償起動(dòng)是利用自耦變壓器降低到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，以減小起動(dòng)電流。它適用于容量較大的低壓電動(dòng)機(jī)作減壓起動(dòng)用，應(yīng)用比較廣泛，有手動(dòng)和自動(dòng)控制線路。不過(guò)它的體積比較大，質(zhì)量也比較大，價(jià)格比較高。(3)星形三角形起動(dòng)星形三角形起動(dòng)也是一種降壓?jiǎn)?dòng)，使用這種方法起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行時(shí)連接成三角形的，而且每相繞組引出兩個(gè)出線端，三相共引出六個(gè)出線端。在起動(dòng)時(shí)，先將三相定子繞組連成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時(shí)再改為連接成三角形。這樣，起動(dòng)時(shí)連接成星形的定子繞組電壓與電流都只是三角形的 1/，由于三角形連接時(shí)繞組內(nèi)的電流是線路電流的 1/3，而星形連接時(shí)兩者相等的。因此連接成星形起動(dòng)時(shí)的線路電流只有連接成三角形直接起動(dòng)時(shí)線路電流的 1/3，所以這種起動(dòng)方式只適用于空載或輕載起動(dòng)。(4)延邊三角形起動(dòng)延邊三角形起動(dòng)法是利用電動(dòng)機(jī)引出的九個(gè)出線端（即每相定子繞組多引出一個(gè)出線端）的一種連接法，能達(dá)到減壓起動(dòng)的目的。軟起動(dòng)軟起動(dòng)是一種無(wú)級(jí)別能平滑起動(dòng)的，有五種起動(dòng)方法。(1)限流或恒流起動(dòng)方法。 (2)斜坡電壓起動(dòng)法(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)法(4)轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳控制起動(dòng)法(5)電壓控制起動(dòng)法三相異步電動(dòng)機(jī)所采用的降壓起動(dòng)方式的實(shí)質(zhì)，都是在電源電壓不變的情況下，設(shè)法降低定子繞組的電壓，以減小起動(dòng)電流。它們都是在起動(dòng)時(shí)定子繞組為某一種聯(lián)結(jié)方式，借助于時(shí)間繼電器自動(dòng)地轉(zhuǎn)換為另一種聯(lián)結(jié)方式全壓運(yùn)動(dòng)。它們之間的比較見(jiàn)表33。表 33 三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的比較定子串電阻 自耦變壓器 星—三角起動(dòng) 延邊三角起動(dòng)電流 IQ= KIN I1=K2IN IY=1/3I△ a=1:1IQ=1/2 IN起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TQ = K2IN TQ = K2IN TY=1/3T△ TQ=1/2TN適用范圍 適用于起動(dòng)次數(shù)不太多，電動(dòng)機(jī)容量不大適用于比較大容量的電動(dòng)機(jī)只適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)只適用于能這樣聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)項(xiàng) 目較比 式方動(dòng)起特點(diǎn) 電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，電阻消耗功率大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小價(jià)格較貴，體積大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，不能頻繁起動(dòng)只能在空載或輕載下起動(dòng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比星—三角方式大，接線復(fù)雜根據(jù)實(shí)際要求，在本包裝機(jī)設(shè)計(jì)里使用的主要電機(jī)都是輕載起動(dòng)的電機(jī)，所以在這里選擇的起動(dòng)方式是，小電機(jī)為直接起動(dòng)，大電機(jī)為星形三角形起動(dòng)。(2) 低壓斷路器低壓斷路器又稱(chēng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)，它是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用，又能自動(dòng)進(jìn)行失壓、欠壓、過(guò)載、和短路保護(hù)的電器。它可用來(lái)分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開(kāi)關(guān)與過(guò)欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?，一獲得了廣泛的應(yīng)用。 分類(lèi)： 按操作方式分有：電動(dòng)操作、儲(chǔ)能操作和手動(dòng)操作。 按結(jié)構(gòu)分有：萬(wàn)能式和塑殼式。按使用類(lèi)別分有：選擇型和非選擇型。按滅弧介質(zhì)分有：油浸式、真空式和空氣式。按動(dòng)作速度分有：快速型和普通型。按極數(shù)分有：?jiǎn)渭?jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)等。按安裝方式分有：插入式、固定式和抽屜式等。表 34 DZ15 系列塑料外殼式斷路器主要技術(shù)參數(shù)如下型號(hào) 殼架額定電流 /A 額定電壓/V 極數(shù) 脫扣器額定電流 /A220 1DZ1540/1DZ1540/2DZ1540/3DZ1540/440380234220 1DZ1563/1DZ1563/2DZ1563/3 63 380 23DZ1563/4 4DZ15100/3DZ15100/4 100 38034 低壓斷路器的選擇主要依據(jù)一下幾個(gè)方面：①低壓斷路器的額定電流和額定電壓應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備的正常工作電壓和電流。②低壓斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路最大短路電流。③欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。④過(guò)電流脫扣器的額