【文章內(nèi)容簡介】 PLC 控制立式食品包裝機電氣控制系統(tǒng)。設(shè)計過程中最關(guān)鍵的兩個部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計和控制軟件的編寫。這也是在設(shè)計過程中需要解決的最關(guān)鍵的問題。（1）硬件問題包裝機控制系統(tǒng)的硬件主要有3大部分，即主電路及主電路控制部分、溫度檢測及顯示部分和成品數(shù)量統(tǒng)計及顯示部分。主電路部分由電機及其相關(guān)的低壓控制電器組成，由PLC對低壓控制電器進行控制。溫度檢測部分主要由溫度傳感器及溫度變送器組成，它對封合溫度進行控制，并將當(dāng)前溫度顯示出來。硬件的設(shè)計需要PLC、傳感器及電機的相關(guān)知識。在解決這一問題的過程中，需要查閱大量資料，結(jié)合所學(xué)知識，向老師獲取幫助。（2）軟件問題軟件設(shè)計主要包括溫度自動控制和電壓、電流監(jiān)測。溫度自動控制程序是將傳感器輸入的溫度模擬量通過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)測程序要通過電壓變送器輸入當(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)測程序要通過電流變送器輸入當(dāng)前主電機的電流值，與預(yù)設(shè)值比較，保證主電機免于過熱而損壞。要對程序進行多次調(diào)試，分塊編程。對各個子程序塊所解決的問題要相當(dāng)明確。最后在制作完成硬件電路板后要調(diào)試出設(shè)計要求的功能。 設(shè)計要求具體要實現(xiàn)的功能為：(1) 系統(tǒng)運行在正常工作狀態(tài)時，食品包裝好后統(tǒng)計并顯示成品的數(shù)量。(2) 系統(tǒng)運行在正常工作狀態(tài)時，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，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷總電源開關(guān)。(4) 當(dāng)系統(tǒng)電壓高于 倍額定電壓時，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷總電源開關(guān)。(5) 當(dāng)主電機電路電流高于 倍額定電流時，系統(tǒng)應(yīng)迅速切斷主電機電路。 方案設(shè)計本設(shè)計按下面思路展開：根據(jù)設(shè)計要實現(xiàn)的基本功能，大致可分為信號輸入，信號控制，信號處理這三個部分。(1) 溫度信號輸入部分通過溫度傳感器來檢測封口溫度，并由溫度變送器將溫度信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量；電壓信號輸入部分通過電壓變送器來監(jiān)測線路電壓，并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量；電流信號輸入部分通過電流變送器來監(jiān)測主電機電流，并轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流等模擬量。(2) 信號控制部分是通過 PLC 控制方式實現(xiàn)對設(shè)計要求的準(zhǔn)確操作。(3) 信號處理部分是通過數(shù)碼管顯示溫度和成品數(shù)量來實現(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 來實現(xiàn)精確控制；用數(shù)碼管輸出顯示。 因此，總的設(shè)計思路為：當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，通過光電開關(guān)檢測有無卷膜包裝材料，若連續(xù)檢測不到，則 PLC 控制報警動作，并顯示當(dāng)前已包裝完成成品數(shù)量；封口溫度通過溫度變送器將當(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 倍額定電壓時斷開總電源；主電機電流通過電流變送器輸入 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 倍的額定電流時斷開主電機電路。3 立式食品包裝機電氣控制系統(tǒng)主回路的設(shè)計 包裝機主電路設(shè)計 根據(jù)要求：主電機有過載保護和短路保護功能；電源有欠壓保護和過壓保護功能；當(dāng)電源電壓（線電壓）小于 時,要求控制系統(tǒng)產(chǎn)生欠壓保護；當(dāng)電源電壓（線電壓）大于 時，要求電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生過壓保護。同時要求顯示溫度和成品計數(shù)。從而主電路設(shè)計如下：圖 31 立式食品包裝機電氣控制系統(tǒng)主電路原理圖3 .2 主要電器設(shè)備計算及選型 立式食品包裝機的主要電器設(shè)備(1)主電動機的選擇電動機（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備，分布于各個用戶處，電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機（電機定子磁場轉(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)速電動機是一種控制簡單的交流調(diào)速電動機，由 Y 系列三相異步電動機，渦流離合器(又稱電磁轉(zhuǎn)差離合器或滑差離合器)和測速發(fā)電機組成，通常與JD 系列、TKZ 系列控制器(或其他控制裝置)組成一套具有測速負(fù)反饋系統(tǒng)的交流無級調(diào)速驅(qū)動裝置，能在比較寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行平滑的無級調(diào)速。它的結(jié)構(gòu)和原理將在下面的章節(jié)介紹。我國生產(chǎn)的 Y 系列三相異步電機具有高效、節(jié)能、性能好、振動小、噪聲低、壽命長、可靠性高、維護方便、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點。 Y 系列電動機應(yīng)用于無特殊要求的機械設(shè)備、農(nóng)業(yè)機械、食品機械、風(fēng)機、水泵、機床、拌攪機、空氣壓縮機等。Y 系列電機容量在 4KW 以上的都是三角形聯(lián)結(jié)，額定電壓為 380V，起動時，先將定子繞組接成星形，這時加在每相繞組上的電壓是電源電壓除以 3(約等于 220V)。電機起動后，再改接到三角形聯(lián)結(jié)，此時電機端電壓為額定值。電機起動時接成星形，起動電流只有原來三角形聯(lián)結(jié)的 1/3。但起動轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，因為電機的轉(zhuǎn)矩與所加的電壓的平方成正比，所以起動時接成星形，起動轉(zhuǎn)矩也只有原來三角形聯(lián)結(jié)的 1/3。但對 Y 系列電機而言，因為它的起動轉(zhuǎn)矩大，其平均值為額定轉(zhuǎn)矩的 倍，故采用星三角起動不僅適用與輕載起動的場合，也可用于較重負(fù)載起動的場合。如果 Y 系列電機容量大于 4KW 時，應(yīng)當(dāng)采用星三角減壓起動方法。如果 Y 系列電機容量小于 4KW 時，則應(yīng)該用直接啟動。表 31 電機的型號參數(shù)：功率（千瓦）（KW）型號電流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 主線路中的主電機是控制生產(chǎn)線的水平作業(yè)，不需要帶動物體運轉(zhuǎn)，所以使用功率不大于 4KW 電機即可。因此所選電機可允許直接起動。主電機選用型號如下表 32所示。表 32 電機型號選擇型號功率（KW）額定電流（A）額定電壓（V）額定轉(zhuǎn)速（r/min）主電機 Y8024 380 1390(2)三相異步電動機啟動方法的介紹：這次畢業(yè)設(shè)計所用到的主要電動機是三相異步電機。三相異步電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件及其他附件組成。定子：定子是由機座，定子鐵心和定子繞組三部分組成。機座是電動機的主要支架，用來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，三相繞組在電動機內(nèi)部可接成三角形，為了改變接線方便，三相繞組的 6 個接線端子，從內(nèi)部引線接到電動機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嵌放轉(zhuǎn)子繞組的線槽?；\型轉(zhuǎn)子各線槽內(nèi)繞組和兩端短路還連同風(fēng)葉一起，同鋁鑄成一個整體，實際就是轉(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)，而三個始端則連接在三個銅集電環(huán)上。環(huán)與環(huán)之間以及環(huán)與軸之間互相絕緣。電機的起動方法有直接啟動、減壓啟動與軟啟動等。直接起動直接起動，也就是全壓起動，是一種最簡單的起動方式。起動時，通過一些直接起動設(shè)備，把全部電源電壓（即全壓）直接加到電動機的定子繞組，顯然，這時起動電流較大，可達額定電流的 4～7 倍，根據(jù)對國產(chǎn)電動機的實際測量，某些電動機甚至可達到 8～12 倍。對于經(jīng)常起動的電動機，過大的起動電流將造成電動機的發(fā)熱，影響電動機的壽命；同時電動機繞組在電動力的作用下，會發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電動機。過大的起動電流還會使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓顯著下降而影響接在同一電網(wǎng)的其它電動機的正常工作。所以，一般規(guī)定，異步電動機的功率低于 時允許直接起動，如果大于 ，一般用降壓起動。 減壓起動(1)電阻減壓或電抗減壓起動電動機起動過程中，在定子電路串聯(lián)電阻或電抗，起動電流在電阻或電抗將產(chǎn)生壓降，降低了電動機定子繞組上的電壓，起動電流也從而得到減少。(2)自耦補償起動自耦補償起動是利用自耦變壓器降低到電動機定子繞組的電壓，以減小起動電流。它適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用，應(yīng)用比較廣泛，有手動和自動控制線路。不過它的體積比較大，質(zhì)量也比較大，價格比較高。(3)星形三角形起動星形三角形起動也是一種降壓啟動，使用這種方法起動的電動機，在運行時連接成三角形的，而且每相繞組引出兩個出線端，三相共引出六個出線端。在起動時，先將三相定子繞組連成星形，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時再改為連接成三角形。這樣，起動時連接成星形的定子繞組電壓與電流都只是三角形的 1/，由于三角形連接時繞組內(nèi)的電流是線路電流的 1/3，而星形連接時兩者相等的。因此連接成星形起動時的線路電流只有連接成三角形直接起動時線路電流的 1/3，所以這種起動方式只適用于空載或輕載起動。(4)延邊三角形起動延邊三角形起動法是利用電動機引出的九個出線端（即每相定子繞組多引出一個出線端）的一種連接法，能達到減壓起動的目的。軟起動軟起動是一種無級別能平滑起動的，有五種起動方法。(1)限流或恒流起動方法。 (2)斜坡電壓起動法(3)轉(zhuǎn)矩控制起動法(4)轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳控制起動法(5)電壓控制起動法三相異步電動機所采用的降壓起動方式的實質(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，以減小起動電流。它們都是在起動時定子繞組為某一種聯(lián)結(jié)方式，借助于時間繼電器自動地轉(zhuǎn)換為另一種聯(lián)結(jié)方式全壓運動。它們之間的比較見表33。表 33 三相異步電動機起動方式的比較定子串電阻 自耦變壓器 星—三角起動 延邊三角起動電流 IQ= KIN I1=K2IN IY=1/3I△ a=1:1IQ=1/2 IN起動轉(zhuǎn)矩 TQ = K2IN TQ = K2IN TY=1/3T△ TQ=1/2TN適用范圍 適用于起動次數(shù)不太多，電動機容量不大適用于比較大容量的電動機只適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電動機只適用于能這樣聯(lián)結(jié)的電動機項 目較比 式方動起特點 電路簡單，價格低廉，電阻消耗功率大，起動轉(zhuǎn)矩較小價格較貴，體積大，起動轉(zhuǎn)矩較大，不能頻繁起動只能在空載或輕載下起動起動轉(zhuǎn)矩比星—三角方式大，接線復(fù)雜根據(jù)實際要求，在本包裝機設(shè)計里使用的主要電機都是輕載起動的電機，所以在這里選擇的起動方式是，小電機為直接起動，大電機為星形三角形起動。(2) 低壓斷路器低壓斷路器又稱自動開關(guān)，它是一種既有手動開關(guān)作用，又能自動進行失壓、欠壓、過載、和短路保護的電器。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過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： 按操作方式分有：電動操作、儲能操作和手動操作。 按結(jié)構(gòu)分有：萬能式和塑殼式。按使用類別分有：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。按動作速度分有：快速型和普通型。按極數(shù)分有：單級、二級、三級和四級等。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 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過電流脫扣器的額