基于plc的包装机的控制系统设计

基于plc的包装机的控制系统设计内容摘要：

频器的使用 V/f 开环控制，但通过光电编码器采集电机的实际转速值。 变频器通过 RS485 口接收 PLC 的“控制字”命令和转速设 定值，或向 PLC 发送“状态字”和转速实际值。 步进电机及其驱动器选择 步进电机 具有 惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。 一旦三大要素确定， 步进电机的型号便确定下来了。 (1)步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。 电机的步距角应等于或小于此角度。 目前市场上步进电机的步距角一般有 度 / 度（五相电机）、 度 / 度（二、四相电机）、 度 /3 度 （三相电机）等。 (2)静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。 静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。 单一的惯性负载和单一的摩擦 负载是不存在的。 直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。 一般情况下，静力矩应为摩擦负载的 23 倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。 (3)电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压） 综上所述选择电机一般应遵循以下步骤： 图 23 步进电机选择步骤 步进电机在糖果包装机系统中用于糖果包装纸的精确定位，当糖果包装纸位置不合适时，色标 传感器发出信号， PLC 根据信号发出脉冲给步进电机驱动器对包装纸进行色标补偿，驱动步进电机前后拖动，不断调整包装纸的位置，保证糖果包装的质量。 糖果包装机步进电机保持转矩为 12Nm ，系统中选用深圳步进电机公司两相步进电机 110 系列中的 2S110Q03999 型步进电机，使用 2H1080 型步进电机驱动器对其进行驱动。 该型电动机的基本技术数据如表 22 所示。 表 22 2S110Q03999 型步进电机基本技术参数 整步步距角（度） 静态相电流（ A） 相电阻 （  ） 相电感 （ mH） 保持转矩（ Nm ） 阻尼扭矩（ Nm ） 最大轴向负载（ N） 最大径向负载（ N） 60 220 2H1080 型步进电机驱动器是两相双极整半步型步进电机驱动器。 其供电电压最大可达交流 100V，提供电机更好的高速驱动性能；采用双极性恒流驱动方式，最大驱动电流可达每相 ，可驱动相电流小于 的任何两相双极型混合式步进电机；对于电机的驱动输出相电流可通过 DIP 开关调整，以配合不同规格的电机；具有 DIP 开关可设定电机静态锁紧状态下的自动半流功能，可以大大降低电机的发热；采用专用驱动控制芯片，可通过 DIP 开关设定整步或半步的驱动控制方式，适合高速大力矩的应用需求；具有脱机功能，可以在必要时关闭给电机的输出电流；控制信号的输入电路采用光耦器件隔离，降低外部电气噪声干扰的影响。 2H1080 型步进电机驱动器规格参数如表 23 所示。 其接线方法如图 24 所示 表 23 2H1080 步进电机驱动器规格参数 说明 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 60 90 100 V(AC) 输出相电流 A 控制信号输入电流 6 20 mA 图 24 H1080 驱动器典型接线图 传感器选择 传感器分为 NPN 和 PNP 型。 NPN 与 PNP 传感器的区别 ： 常用的传感器可分为 4 个分类，即 NPNNO、 NPNNC、 PNPNO 与 PNPNC。 NPN 是指当有触发信号时，信号输出线动作于 L+这条高电平的电源线。 对于 NO 型，在没有触发信号时，输出线是悬空的；有触发时则发出与 L+电源线相同的电平（实际是这两条线连通了）。 对于 NC 型，在没有触发信号时，信号输出 线与 L+电源线是连通的（同电平）；当有触发信号后，输出线就悬空了（相当于与 L+电源线断开了）。 对于 PNP 型传感器来说，信号输出线是作用于 L这条低电平的电源线的，其中 NO 和 NC 型 的原理是与上面说的一样。 系统中 PLC s/s 端接 +24V，故选择 NPN 型传感器。 糖果包装机中，共需要 3个传感器：一个色标传感器、一个光电开关、一个行程开关。 光电开关传感器位于糖果包装机的入口处，当有糖果到来时，发出信号，并传送给 PLC， PLC 控制位于传感器附近的推糖电磁阀吸合，推糖机构向下运动，将糖果推入糖果托盘。 当糖果进入糖果 托盘三个周期后， PLC 发出指令，吸合控制糖果包装纸运动的送纸电磁阀，开始送包装纸进行糖果包装。 接近开关传感器位于传送带入口处，用于检测糖果是否合格。 当糖果超过设定高度时，到达行程开关位置，行程开关发出信号给 PLC， PLC 发出急停信号，整个系统停机，等待操作工人将不合格糖果剔除或技术维修人员进行维修。 第三章 糖果包装机各功能模块设计 糖果包装机用三相异步电机驱动，由变频器供电，转速通过变频调速实现。 步进电机用于调整包装纸的位置。 Y06 型糖果包装机控制系统主要有推糖机构控制、糖果检测、糖果包装与糖果包装 纸同步控制等。 各加工工位的动作是由三相异步电机通过齿轮机构带动机械结构来实现的。 供电模块设计 图 31 糖果包装机控制系统供电模块电气原理图 糖果包装机系统中，设备多，工作电压也不尽相同。 三相异步电机工作电压为 380V AC， PLC 的工作电压为 220V AC，人机界面等的工作电压为 24V DC，步进电机驱动器的工作为 90V AC。 如图 31 所示。 源由滑线引入电气柜中，经过熔断器后，再经由总进线空气断电器 QS 后供给系统的控制回路及主电机电路部分。 变频器使用 380V 交流电压以供驱动三相异步主机工 作，故直接将三相电源经继电器送入变频器。 三相电源的线电压为 380V，相电压为 220V，因此系统取三相中的 A 相 相电压提供 220V 交 流电压， A 相经过交流稳压器后提供给环形变压器和开关电源等设备。 环形变压器 T2 的作用是将 220V AC 变为 90V AC 供步进电机驱动器工作。 开关电源为系统提供 24V DC 电压，为人机界面提供工作电压， PLC 的输入、输出点提供基准电压。 主电路及各分电路均有带有预防过流过载功能的断电器保护装置，确保在系。