PLC藥品自動(dòng)灌裝機(jī)的設(shè)計(jì).doc

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1、 目錄 第1章 引言 1 1.1藥品罐裝機(jī)的發(fā)展歷程 1 1.2藥品罐裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3藥品罐裝機(jī)發(fā)展中所面臨的問(wèn)題 2 1.3.1 從產(chǎn)品質(zhì)量、性能及應(yīng)用方面看國(guó)產(chǎn)藥品罐裝機(jī)的差距 2 1.3.2 從整個(gè)行業(yè)看藥品罐裝機(jī)所存在的問(wèn)題 2 1.4 藥品罐裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3 1.4.1 實(shí)現(xiàn)罐裝自動(dòng)化 3 1.4.2 環(huán)保設(shè)計(jì) 3 1.5控制要求 4 1.6總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 2.1 硬件選擇 6 2.2 PLC選擇 6 2.2.1 PLC定義 6 2.2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)和功能 7 2.2.3 PLC的功能 8 2.2.

2、4 PLC的工作原理及方式 9 2.2.5 SIMATIC S7工業(yè)軟件 10 2.3 S7-200系列PLC的硬件配置 10 2.3.1 基本單元 11 3.3.2 擴(kuò)展單元 11 2.4 傳感器選擇與設(shè)計(jì) 12 2.4.1 光電開關(guān)的原理 12 3.4.2 光電開關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì) 13 2.5 數(shù)碼顯示部分設(shè)計(jì) 14 2.6 電機(jī)的選取 15 2.6.1 M1電機(jī)的選取 15 2.6.2 M2電機(jī)的選取 16 2.6.3 M3電機(jī)的選取 18 2.7 繼電器的選擇 19 2.8 變頻器的選擇 20 2.8.1 變頻器的控制電路 20 2.8.2 變頻器與PLC的

3、連接 22 第3章 軟件設(shè)計(jì) 23 3.1程序流程圖 23 3.2功能實(shí)現(xiàn) 24 3.3梯形圖說(shuō)明 26 第4章 結(jié)論 28 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 30 附 錄 31 2 第1章 引言 隨著社會(huì)的進(jìn)步和需求，越來(lái)越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對(duì)罐裝機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，取得了良好的效果。用PLC模塊、變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)、操控監(jiān)控設(shè)備等組成控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)編程輸入、人機(jī)交互、自動(dòng)化加工的控制方式，擴(kuò)大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造的有效方式。 1.1藥品罐裝機(jī)的發(fā)展歷程 早期的藥品生產(chǎn)罐裝工序主要是采用手工包裝，后來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸采用

4、機(jī)械化罐裝。20 世紀(jì)70~80 年代左右，科技水平獲得了飛速發(fā)展，隨著社會(huì)的進(jìn)步，藥品罐裝材料的質(zhì)量及藥瓶制作工藝等方面的技術(shù)有了更高的要求，需要罐裝機(jī)進(jìn)一步改造，使得全自動(dòng)罐裝機(jī)開始得到了應(yīng)用與推廣。此時(shí)，藥品罐裝機(jī)改變了國(guó)外產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面，國(guó)產(chǎn)藥品罐裝機(jī)開始面市并獲得了廣泛的應(yīng)用。20 世紀(jì)90 年代，上海某公司生產(chǎn)的HDZ-60 型全自動(dòng)罐裝機(jī)首次在全國(guó)亮相，一些生產(chǎn)量大的制藥生產(chǎn)企業(yè)相繼開始采用國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)藥品罐裝機(jī)來(lái)代替手工包裝，掀起了研制與生產(chǎn)功能更加全面的全自動(dòng)藥品罐裝機(jī)高潮。 1.2藥品罐裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 近代，市場(chǎng)上藥品罐裝機(jī)種類繁多、數(shù)量齊，已基本可滿足廠家生產(chǎn)的各

5、種藥品罐裝的需求。按照不同的分類方法，可將我國(guó)生產(chǎn)的全自動(dòng)罐裝機(jī)分成好幾種類：1、若從罐裝機(jī)速度來(lái)分可分為3 類：第1 類為低速型；第2 類為中高速型；第3 類為高速型。2、若按罐裝類的不同，可分為泡罩板型、針劑瓶型、軟膏管型與其它型全自動(dòng)罐裝機(jī)等；在國(guó)內(nèi)藥廠占有率方面，國(guó)產(chǎn)藥品罐裝機(jī)的占有率大約3 成左右。許多規(guī)模較大的藥品生產(chǎn)廠家仍以采用進(jìn)口的藥品罐裝機(jī)為主，造成這一現(xiàn)象原因是國(guó)產(chǎn)藥品罐裝機(jī)的綜合性能指標(biāo)達(dá)不到制藥廠家所要求的緣故。 1.3藥品罐裝機(jī)發(fā)展中所面臨的問(wèn)題 1.3.1 從產(chǎn)品質(zhì)量、性能及應(yīng)用方面看國(guó)產(chǎn)藥品罐裝機(jī)的差距 （1）在質(zhì)量方面，由于藥品自動(dòng)罐裝機(jī)是制藥機(jī)械中較為

6、復(fù)雜的機(jī)械，它包羅了機(jī)、電、氣、光和其它技術(shù)于一體，而目前國(guó)內(nèi)藥品裝盒機(jī)制造廠無(wú)論是產(chǎn)品的最初設(shè)計(jì)水平，還是后來(lái)的加工與裝配水平，都與國(guó)外同行有著十幾年的差距，無(wú)法生產(chǎn)出真正有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。 （2）在適應(yīng)性方面，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)藥品罐裝機(jī)的功能比較單一，適應(yīng)面也比較窄，對(duì)待裝藥品的形狀與體積等均有較嚴(yán)格的規(guī)定，一般只適用于一二種藥品，而國(guó)內(nèi)同一藥品生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的藥品規(guī)格各不相同，產(chǎn)量也不同，這就給相關(guān)工作帶來(lái)一定的困難。而國(guó)外藥品罐裝機(jī)生產(chǎn)廠商特別注重這方面的問(wèn)題，他們所生產(chǎn)的設(shè)備功能更加靈活多變，適用范圍也更廣。 （3）在運(yùn)行可靠性方面，進(jìn)口自動(dòng)裝盒機(jī)也要高出國(guó)產(chǎn)一截，部分國(guó)產(chǎn)藥品裝盒機(jī)的故障

7、率較高。因此，許多藥品生產(chǎn)企業(yè)不得不購(gòu)買多臺(tái)國(guó)產(chǎn)自動(dòng)裝盒機(jī)，以防因維修機(jī)器而影響正常生產(chǎn)。 （4）在工作效率方面，由于國(guó)產(chǎn)藥品罐裝機(jī)的運(yùn)行速度大多在中低檔水平，且自動(dòng)化程度一般，其生產(chǎn)效率自然不如以生產(chǎn)高檔產(chǎn)品著稱的國(guó)外同類產(chǎn)品，這樣就等于無(wú)形中增加了企業(yè)的成本，降低了企業(yè)的利潤(rùn)，造成了極大的浪費(fèi)。總之，目前國(guó)產(chǎn)藥品自動(dòng)裝盒機(jī)還存在著適應(yīng)包裝物種類單一、紙盒尺寸的變化范圍小、生產(chǎn)速度普遍停留在中低速水平等不完善之處。 1.3.2 從整個(gè)行業(yè)看藥品罐裝機(jī)所存在的問(wèn)題 藥品罐裝機(jī)的研制是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要有雄厚的技術(shù)力量、精密的生產(chǎn)工藝等多方面的要求，而目前我國(guó)在這方面的投入甚少，行業(yè)

8、中的產(chǎn)品生產(chǎn)與基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)的投入比例嚴(yán)重失調(diào)，生產(chǎn)廠家只顧眼前利益，不愿投入資金進(jìn)行基礎(chǔ)研究?？梢哉f(shuō)，藥品罐裝機(jī)的研發(fā)力量薄弱與經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足造成其技術(shù)含量低下，無(wú)法與國(guó)外同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，且只能靠低價(jià)維持其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，無(wú)法長(zhǎng)期占領(lǐng)市場(chǎng)的現(xiàn)狀。 在行業(yè)中，藥品罐裝機(jī)低水平重復(fù)太多，應(yīng)變能力不強(qiáng)，國(guó)內(nèi)的大部分生產(chǎn)廠商規(guī)模都很小，且大多生產(chǎn)同種類型的設(shè)備，在市場(chǎng)上進(jìn)行低價(jià)惡性競(jìng)爭(zhēng)，而一旦遇上市場(chǎng)要求變動(dòng)，又無(wú)法及時(shí)轉(zhuǎn)型，從而極易被市場(chǎng)所淘汰。 1.4 藥品罐裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1.4.1 實(shí)現(xiàn)罐裝自動(dòng)化 自動(dòng)罐裝已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)在的罐裝自動(dòng)化只能說(shuō)是初級(jí)階段，要實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化會(huì)碰到很多問(wèn)題，

9、比如傳感器等問(wèn)題。對(duì)各種不同的藥品在檢測(cè)過(guò)程中所碰到的問(wèn)題，此時(shí)，這就需要各行各業(yè)的共同努力。 目前制藥機(jī)械企業(yè)已經(jīng)開始用伺服電機(jī)控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，即可以通過(guò)程序的編寫來(lái)控制整個(gè)動(dòng)作的同步，又可以消除傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)容易形成積累誤差的缺點(diǎn)，在調(diào)試的過(guò)程還可以對(duì)每個(gè)動(dòng)作單步運(yùn)行。在自動(dòng)化的設(shè)計(jì)中我們主要是“模塊化”設(shè)計(jì)，將相關(guān)動(dòng)作由系統(tǒng)獨(dú)立控制，又可實(shí)現(xiàn)整體控制，實(shí)際上是增加了調(diào)節(jié)的靈活性，提高了自動(dòng)化程度。在對(duì)醫(yī)療罐裝機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)化控制上。整體自動(dòng)化罐裝車間的設(shè)計(jì)，實(shí)際上是對(duì)藥品罐裝提供一套完整的罐裝解決方式。 1.4.2 環(huán)保設(shè)計(jì) 從環(huán)保的方面看，自動(dòng)罐裝機(jī)械尤其處于萌芽時(shí)期，更加需

10、要改進(jìn)。泡罩罐裝機(jī)采用的無(wú)邊沖裁，它既是藥品廠家的節(jié)約之舉，也是社會(huì)資源的節(jié)約，同時(shí)還減少了環(huán)境污染。剛剛修訂過(guò)的《固體環(huán)境污染防治法草案》,草案的實(shí)施對(duì)過(guò)度包裝問(wèn)題提出了具體的限制，雖然仍不完善，但這說(shuō)明國(guó)家已經(jīng)將包裝所引起的環(huán)境問(wèn)題提到日程上來(lái)了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，包裝垃圾已經(jīng)占到生活垃圾的30%，而這些垃圾絕大部分都是過(guò)度包裝。順著這個(gè)思路思考一下醫(yī)藥包裝機(jī)械的整體狀況，就會(huì)發(fā)現(xiàn)我們距離“綠色包裝”有多遠(yuǎn)。我們應(yīng)當(dāng)遵守這樣一條原則：減少一切可以避免的，一切廢品都是浪費(fèi)，都可能對(duì)環(huán)境造成污染。在這條原則的下，我們需要從結(jié)構(gòu)、工藝組合及原材料等方面相結(jié)合，來(lái)設(shè)計(jì)我們的罐裝機(jī)械，使其更加環(huán)保。 1.5

11、控制要求 （1）罐裝機(jī)啟動(dòng)以后傳輸電機(jī)運(yùn)行，控制器應(yīng)檢測(cè)瓶子是否到位和下料盤是否有足夠的藥粒，只有這兩個(gè)條件都滿足才能啟動(dòng)下料電機(jī)。 （2）罐裝機(jī)在運(yùn)行中一旦檢測(cè)不到瓶子或下料盤的藥粒不足，立即停車并發(fā)出警報(bào)；停車后經(jīng)手動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)才能恢復(fù)運(yùn)行。 （3）為了能夠調(diào)節(jié)罐裝速度，罐裝機(jī)的下料電機(jī)采用變頻調(diào)速。 （4）為了提高罐裝速度，擋瓶氣缸和進(jìn)瓶氣缸動(dòng)作應(yīng)迅速。 （5）具有緊急停車的功能。 1.6總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 藥粒自動(dòng)罐裝機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1.1所示。藥粒自動(dòng)罐裝機(jī)由機(jī)架，傳輸機(jī)構(gòu)，下料機(jī)構(gòu)，供電機(jī)構(gòu)和控制器等部分組成。藥粒自動(dòng)罐裝機(jī)的傳輸帶由傳輸電機(jī)拖動(dòng)，用于傳送將要罐裝的瓶子，下料

12、機(jī)構(gòu)包括下料電機(jī)、下料盤、下料道和出料口。下料盤由下料電機(jī)拖動(dòng)，將下料盤上的藥粒送到下料道，再經(jīng)出料口裝入藥瓶中。供料機(jī)構(gòu)是用于向下料盤提供藥粒的機(jī)構(gòu)（圖1.1未畫出）。藥粒自動(dòng)罐裝機(jī)有3個(gè)傳感器，一個(gè)是藥瓶傳感器，用作檢測(cè)傳輸帶上是否有瓶子；一個(gè)是下料傳感器，用于檢測(cè)下料盤的每一等份的藥粒是否全部掉進(jìn)下料道，在這里我們選用檢測(cè)距離為10mm的接近開關(guān)作為下料傳感器；最后一個(gè)是料位傳感器，用于檢測(cè)下料盤是否需要供料，這里我們采用一個(gè)自動(dòng)的雙位控制開關(guān)為料位傳感器，安裝在下料盤中。藥粒自動(dòng)罐裝機(jī)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程如下：藥品罐裝機(jī)啟動(dòng)后，傳輸電機(jī)運(yùn)行，傳輸帶動(dòng)待罐裝的瓶子送到出料口，在出料口的左右兩端

13、裝有兩個(gè)氣缸，一個(gè)是進(jìn)瓶氣缸，另一個(gè)是的擋瓶氣缸，當(dāng)進(jìn)瓶縮回而擋瓶氣缸伸出時(shí)，傳送帶動(dòng)瓶子送到出料口，然后進(jìn)瓶氣缸再伸出，將位于出料口的瓶子鎖定位置，為瓶裝做好準(zhǔn)備。瓶子到位后，下料電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，帶動(dòng)下料盤旋轉(zhuǎn)。下料是一個(gè)分成幾個(gè)等份而每等份鉆有數(shù)目相同的圓孔的圓盤，小料盤傾斜安裝，起上方為欲裝瓶藥粒，起下方是一塊刻有一個(gè)下料孔的圓板。當(dāng)小料盤旋轉(zhuǎn)（伴隨震動(dòng)）時(shí)藥粒掉入圓板，每個(gè)圓孔攜帶一個(gè)藥粒使預(yù)定數(shù)目的藥粒隨下料盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)圓孔經(jīng)過(guò)下料孔時(shí)藥粒下落的下料道，經(jīng)出料口裝入瓶?jī)?nèi)。這樣，下料盤的每一等份經(jīng)過(guò)出料口后，在下一等份換沒(méi)有到達(dá)出料口之前就已該等份的藥粒經(jīng)出料口裝入子。待該等份的藥粒全

14、部進(jìn)入瓶子。擋瓶氣缸縮回，放走這個(gè)已罐裝的瓶子，完成該瓶子的罐裝流程。已罐裝的瓶子離開后。擋瓶氣缸伸出同時(shí)進(jìn)瓶氣缸縮回，下一個(gè)瓶子進(jìn)入工位，準(zhǔn)備裝接下料盤的下一個(gè)等份的藥粒，開始新的工作循環(huán)。 圖1.1藥品自動(dòng)罐裝機(jī)結(jié)構(gòu)圖 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 硬件選擇 根據(jù)以上灌裝過(guò)程描述，系統(tǒng)共需要6輸入點(diǎn)，8輸出點(diǎn)，下料傳感器，瓶子傳感器，料位傳感器，啟動(dòng)按鈕，停止按鈕，復(fù)位按鈕。 表2-1 輸入/輸出地址分配 輸入設(shè)備 元件代號(hào) 輸入點(diǎn)地址 輸出設(shè)備 元件代號(hào) 輸出點(diǎn)地址 下料傳感器 SB1 I0.0 下料繼電器 KM1 Q0.0 瓶子傳感器

15、 SB2 I0.1 傳輸繼電器 KM2 Q0.1 料位傳感器 SB3 I0.2 供料繼電器 KM3 Q0.2 啟動(dòng)按鈕 SB4 I0.3 進(jìn)瓶氣缸 Y1 Q0.3 停止按鈕 SB5 I0.4 擋瓶氣缸 Y2 Q0.4 復(fù)位按鈕 SB6 I0.5 運(yùn)行指示燈 HL1 Q0.5 故障指示燈 HL2 Q0.6 報(bào)警器 HA Q0.7 2.2 PLC選擇 2.2.1 PLC定義 可編程控制器是60年代末發(fā)明

16、的工業(yè)控制器件，是美國(guó)數(shù)字公司為美國(guó)通用公司研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上．當(dāng)時(shí)人們把這第一臺(tái)可編程控制器做可編程序邏輯控制器PLC或PC，只是用來(lái)取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等較少的功能。70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們把微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到可編程控制器中，使得它兼有計(jì)算機(jī)的一些功能。不但用邏輯控制編程取代了硬件連線邏輯，還增加了運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送與處理及對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能，使之真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。 2.2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)和功能 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，它采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要 由CPU、R

17、AlI、輸入輸出接口電路等組成，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，其基本結(jié)構(gòu)如圖2．1所示： 編程器 微處理器 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 用戶程序存儲(chǔ)器 用戶被控設(shè)備 輸出部件 輸出部件 電源部件 圖2.1 PLC基本組成 (1)輸入部件 這是PLC與輸入控制信號(hào)連接起來(lái)的部件。輸入部件接受從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。 (2)輸出部件 這是PLC與被控設(shè)備連接起來(lái)的部件。輸出部件接受進(jìn)過(guò)中央處理器處理過(guò)的輸出數(shù)字信號(hào)，并將它轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備或顯示裝置所能接受的電壓或電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指

18、示器件等。 (3)中央處理單元 中央處理單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。微處理器 是PLC的核心部件，整個(gè)眥的工作過(guò)程都是在中央處理單元的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下 進(jìn)行的，它的主要任務(wù)是按一定的規(guī)律和要去讀入被控對(duì)象的各種工作狀態(tài)，然 后根據(jù)用戶所編制的應(yīng)用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù)，最后在向被控對(duì)象送出相 應(yīng)的控制信號(hào)。 (4)電源部件 電源部分將外部接入的交直流電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲(chǔ)器等電子電路工作所需的直流電源。PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用，它的好壞直接影響PLC7的功能和可靠性。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的， 因此PLC的制

19、造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。目前大部分PLc使用開關(guān)式穩(wěn)壓電源。 (5)編程器 編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備。主要用于對(duì)用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來(lái)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。 2.2.3 PLC的功能 PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成： (1)控制功能 邏輯控制：眥具有與，或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能，可以代替繼 電器進(jìn)行開關(guān)量控制。 定時(shí)控制：它為用戶提供了若干個(gè)電子定時(shí)器，用戶可自行設(shè)定：接通延時(shí)、 關(guān)斷延時(shí)和定時(shí)脈沖等方式。 計(jì)數(shù)控制：用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計(jì)數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測(cè)。 順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一

20、道工序，使一臺(tái)PLC可作為多部步迸控制器使用。 (2)輸入／輸出接口調(diào)理功能 具有A／D，D／A轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)I／o模塊完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)．位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測(cè)量接口，直接連接各種電阻或電偶。 (3)編程、調(diào)試等 使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗(yàn)和記錄，并通過(guò)打印機(jī)打印出程序文件。 2.2.4 PLC的工作原理及方式 最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼

21、電器所有的觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作．PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)問(wèn)一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms。因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式—掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I／0響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。 PLC是采用“順序掃描，

22、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的．即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)(或地址 號(hào))作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶 程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。見圖2．2。 第N-1個(gè)掃描周期 第N個(gè)掃描周期 第N+1個(gè)掃描周期 用戶程序執(zhí)行 輸出刷新 輸出刷新 圖2.2 PLC掃

23、描周期示意圖 2.2.5 SIMATIC S7工業(yè)軟件 西門子的工業(yè)軟件分為二個(gè)不同的種類： （1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護(hù)等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。 （2）基于PC的控制軟件 基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為可編程序控制器（PLC）運(yùn)行用戶的程序，

24、運(yùn)行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機(jī)或其它任何商用機(jī)。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計(jì)算機(jī)上作為視窗任務(wù)運(yùn)行。另一種是插槽PLC（在用戶計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運(yùn)行在WinAC上，也可運(yùn)行在S7系列處理器上。 2.3 S7-200系列PLC的硬件配置 S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等

25、。 2.3.1 基本單元 S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表2-2： 表2-2 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元 型 號(hào) 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) S7-200CPU221 6 4 — S7-200CPU222 8 6 2個(gè)擴(kuò)展模塊 78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn) S7-200CPU224 14 10 7個(gè)擴(kuò)展模塊 168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn) S7-200CPU226 24 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊 248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量

26、I/O點(diǎn) S7-200CPU226XM 24 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊 48路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn) 3.3.2 擴(kuò)展單元 S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒(méi)有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表2-3所示。 表2-3 S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù) 類 型 型 號(hào) 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 EM221 8 無(wú) EM222 無(wú) 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 3 無(wú) EM232

27、 無(wú) 2 EM235 3 1 2.4 傳感器選擇與設(shè)計(jì) 光電式傳感器是自動(dòng)藥品罐裝機(jī)在藥粒灌裝生產(chǎn)線上的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備, 藥粒灌裝的準(zhǔn)確性,將直接影響生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量,所以高速準(zhǔn)確計(jì)數(shù)是光電式自動(dòng)藥品罐裝機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。目前,在粒狀藥品灌裝生產(chǎn)線上,廣泛采用的是模板式的計(jì)數(shù)系統(tǒng),當(dāng)改變每一瓶的灌裝量時(shí),需要換不同的計(jì)數(shù)模板, 并且該種系統(tǒng)的灌裝效率越來(lái)越不能滿足使用廠家的要求,希望有一種高效灌裝的計(jì)數(shù)方法.本文介紹的光電式自動(dòng)藥品裝瓶數(shù)粒機(jī)系統(tǒng)就是為了滿足粒狀藥品高速灌裝生產(chǎn)線的需要設(shè)計(jì)的.本系統(tǒng)采用的光電計(jì)數(shù)方式是當(dāng)今藥粒灌裝生產(chǎn)線上被大量使用的最新技術(shù).該種光電式自動(dòng)藥品裝瓶數(shù)粒機(jī)

28、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確, 提高了生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量。 2.4.1 光電開關(guān)的原理 光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的，所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見光的紅外線光波型。光電開關(guān)是由發(fā)光源和受光器兩部分組成

29、。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。在輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換 圖2.3 光電開關(guān)工作原理圖 光電開關(guān)一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測(cè)物在小范圍內(nèi)晃動(dòng)也不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時(shí)，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時(shí)監(jiān)視光電開關(guān)的工作。

30、3.4.2 光電開關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì) 這里要采用對(duì)射式光電開關(guān)，由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成。若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用如圖2.4。 L H 光電傳感器 快門 藥粒 圖2.4 藥粒計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)圖 西門子PLC有增計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)兩種模式。這里我們對(duì)光電傳感器的輸出脈沖進(jìn)行增計(jì)數(shù)。 2.5 數(shù)碼顯示部分設(shè)計(jì) 在PLC上有很多指示燈，可以觀察PLC的CPU單元，I/O單元，特殊單元及通信單元的工作情況。但PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)PL

31、C本身無(wú)法顯示。 為此，要用PLC的外設(shè)如簡(jiǎn)易編程器，數(shù)據(jù)訪問(wèn)器，高檔及低檔人機(jī)界面等，可以通過(guò)PLC的外設(shè)口與PKC相連，用以顯示與修改PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)。但是這些設(shè)施價(jià)格較貴，而且使用不方便。 此外，還可以使用輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管做數(shù)據(jù)顯示，而且數(shù)碼管還可以通過(guò)數(shù)據(jù)脈沖選通的方法顯示數(shù)據(jù)，以節(jié)省輸出點(diǎn)的使用。數(shù)碼管顯示分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示，為了接生I/O口，我們采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示。接口如圖3.3從圖知，每個(gè)數(shù)碼管都有4個(gè)8421二進(jìn)制碼輸入端，每個(gè)管的這4個(gè)端又分別相連。8421端與PLC的4個(gè)半導(dǎo)體的輸出點(diǎn)相接（繼電器觸點(diǎn)速度低，而且不適合經(jīng)常通斷，故不適于顯示數(shù)據(jù)）.圖中每個(gè)數(shù)碼管分別有

32、一個(gè)選通信號(hào)輸入端。 圖2.5 數(shù)碼管顯示圖 StrobeA,StrobeB等。硬件設(shè)計(jì)成當(dāng)選通信號(hào)有效時(shí)，8421端的當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)有效；當(dāng)選通信號(hào)無(wú)效時(shí)，8421端的原數(shù)據(jù)保持。有此硬件，用8個(gè)PLC的輸出點(diǎn)，4個(gè)用于接8421端，4個(gè)用與接4個(gè)選通端，即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)字的數(shù)據(jù)顯示。 控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法：1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì) 2.6 電機(jī)的選取 2.6.1 M1電機(jī)的選取 M1 （下料電機(jī)）選用三相異步電動(dòng)機(jī) 三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理 三相異步電機(jī)(Triple-phase asynchronous motor)是同時(shí)

33、接入380V三相交流電源(相位差120度)供電的一類電動(dòng)機(jī)，由于三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率。 電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。 三相異步電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)，定子通入電流以后，部分磁通穿過(guò)短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒(méi)有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。通電啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場(chǎng)間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感生電動(dòng)勢(shì)和電流，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子存在相對(duì)

34、轉(zhuǎn)速，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)能量變換。 圖2.6 三相異步電機(jī)工作圖 觀察圖2.6還可發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)。相序A、B、C順時(shí)針排列，磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，若把三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)，例如將B相電流通入C相繞組中，C相電流通入B相繞組中，則相序變?yōu)椋篊、B、A，則磁場(chǎng)必然逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來(lái)。一般情

35、況下，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n。因?yàn)榧僭O(shè)n=n1，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)切割磁力線，也就不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n。為此我們稱三相電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。 鑒于以上原因，所以M1（下料電機(jī)）選用三相異步電動(dòng)機(jī) 2.6.2 M2電機(jī)的選取 M2（傳輸電機(jī)），選用直流電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式不同可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)帶換向器的電樞。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件，由永磁體或帶

36、有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則鑲嵌于這些槽中。換向器是一種機(jī)械整流部件。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個(gè)整體。各換向片間互相絕緣。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)行可靠性有很大影響。 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。 圖2.7直流電機(jī)勵(lì)磁方式 改變電壓U（調(diào)壓調(diào)速 ） 當(dāng)保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If為額定值時(shí)，降低電樞電壓U，使轉(zhuǎn)速

37、n降低。 由式 T可見，在一定負(fù)載下，U愈低，轉(zhuǎn)速n愈小，但機(jī)械特性的硬度不變，見圖2.8 一般電動(dòng)機(jī)都處在額定狀態(tài)下運(yùn)行，再進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速時(shí)，為保證電動(dòng)機(jī)的絕緣，一般是將電動(dòng)機(jī)的電壓下調(diào)U＜U N，而轉(zhuǎn)速也下調(diào)n＜nN。 調(diào)壓調(diào)速是在額定電流下調(diào)速，是恒轉(zhuǎn)距調(diào)速。 電壓降低 Tc o T n n0 n1 n2 NN ΦN UN 圖2.8電壓調(diào)速曲線 調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： 1. 機(jī)械特性較硬，電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好。 2. 調(diào)速幅度較大，其調(diào)速幅度可達(dá)到6～10倍。 3. 可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，得到平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。 這里采用電壓調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)直流伺服

38、電機(jī)的調(diào)速。 輸入信號(hào)啟動(dòng)開關(guān)，當(dāng)按下啟動(dòng)開關(guān)時(shí)，M2轉(zhuǎn)動(dòng)，藥粒下落，當(dāng)PLC計(jì)數(shù)器數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，M2停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 鑒于以上原因，所以M2（傳輸電機(jī)）選用直流電機(jī) 2.6.3 M3電機(jī)的選取 M3（供料電機(jī)）選用交流電機(jī)。目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有兩種：1、三相異步電動(dòng)機(jī)。2、單相交流電動(dòng)機(jī)。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。 (1)單相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理 單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦電流通過(guò)定子繞組時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。這個(gè)交變脈動(dòng)磁

39、場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動(dòng)機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)（如順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)），這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變?。晦D(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 要使單相電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，我們可在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度，起動(dòng)繞組要串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相

40、原理。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng)，起動(dòng)后，待轉(zhuǎn)速升到一定時(shí)，借助于一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開關(guān)或其他自動(dòng)控制裝置將起動(dòng)繞組斷開，正常工作時(shí)只有主繞組工作。因此，起動(dòng)繞組可以做成短時(shí)工作方式。但有很多時(shí)候，起動(dòng)繞組并不斷開，我們稱這種電動(dòng)機(jī)為電容式單相電動(dòng)機(jī)，要改變這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，可由改變電容器串接的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在單相電動(dòng)機(jī)中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的另一種方法稱為罩極法，又稱單相罩極式電動(dòng)機(jī)。此種電動(dòng)機(jī)定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。每個(gè)磁極在1/3--1/4全極面處開有小槽，把磁極分

41、成兩個(gè)部分，在小的部分上套裝上一個(gè)短路銅環(huán)，好象把這部分磁極罩起來(lái)一樣，所以叫罩極式電動(dòng)機(jī)。單相繞組套裝在整個(gè)磁極上，每個(gè)極的線圈是串聯(lián)的，連接時(shí)必須使其產(chǎn)生的極性依次按N、S、N、S排列。當(dāng)定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)楞次定律，其中穿過(guò)短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)在相位上滯后90度的感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作用與電容式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組相當(dāng)，從而產(chǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 鑒于以上原因，所以M3（供料電機(jī)）選用單相交流電機(jī)。 2.7 繼電器的選擇 繼電器的工作原理和特性 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)

42、（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 2.8 變頻器的選擇 目前，市場(chǎng)上流行的變頻器大多分為兩類：一類是適于一般負(fù)載的一般通用變頻器；另一類是適合于高精度控制的高性能通用變頻器。高性能通用變頻器與一般通用變頻器相比，在以下幾方面具有良好的性能： 1.寬的調(diào)速范圍： 1：100以上。 2.良好的低頻起動(dòng)特性。 3.額定電壓下的全范圍恒轉(zhuǎn)矩輸出。 4.變頻器系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。 5.完整和快速的故障診斷、保護(hù)和報(bào)警功能。 6.具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能。 7.變

43、頻器和其驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)噪聲低。 Micromaster440是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。該系列有多種型號(hào)，額定功率范圍從120W到200KW（恒轉(zhuǎn)矩控制方式）。該變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。 Micromaster440具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于Micromaster440具有全面完善的控

44、制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。所以本設(shè)計(jì)中選用Micromaster440變頻器進(jìn)行調(diào)速。 2.8.1 變頻器的控制電路 如圖2.10所示。在圖2.10中，端字1，2是變頻器為用戶提供的10V直流穩(wěn)壓電源。當(dāng)采用模擬電壓信號(hào)輸入方式輸入給定頻率時(shí)，為了提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，必須配備一個(gè)高精度的直流穩(wěn)壓電源作為模擬電壓輸入的直流電源。 模擬輸入3，4和10，11端為用戶提供了兩對(duì)模擬電壓給定輸入端作為頻率給定信號(hào)，經(jīng)變頻器內(nèi)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)成數(shù)字量，傳輸給CPU來(lái)控制系統(tǒng)。 數(shù)字輸入5，6，7，8，16，17端為用戶提供了6個(gè)完全可編程的

45、數(shù)字輸入端，數(shù)字輸入信號(hào)經(jīng)光耦隔離輸入CPU，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，正反向點(diǎn)動(dòng)，固定頻率設(shè)定植控制等。 輸入9，28端是24V直流電源端，用戶為變頻器的控制電路提供24V直流電源。 輸出12，13和26，27端為兩對(duì)模擬輸出端；輸出18，19，20，21，22，23，24，25端為輸出繼電器的觸頭；輸入14，15端為電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)輸入端；輸入29，30端為RS—485端。 圖2.10 Micromaster440變頻器電路圖 2.8.2 變頻器與PLC的連接 可編程控制器(PLC)是一種能進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算與操作的控制裝置，它作為新一代 的工業(yè)控制

46、器，因其具有通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡(jiǎn)單易 學(xué)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。下面介紹PLC與變頻器在配合時(shí)連接方面的 注意事項(xiàng)。 1、開關(guān)指令信號(hào)的輸入 變頻器的輸入信號(hào)中包括對(duì)運(yùn)行／停止、正／反轉(zhuǎn)、微動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作 的開關(guān)型指令信號(hào)。變頻器通常利用繼電器觸點(diǎn)或具有繼電器觸點(diǎn)開關(guān)特性的元 器件(如晶體管)與PLC連接，得到運(yùn)行狀態(tài)指令。在使用繼電器接點(diǎn)時(shí)，須考慮 避免接觸不良帶來(lái)誤動(dòng)作；使用晶體管進(jìn)行連接時(shí)，則須考慮晶體管本身的電壓、 電流容量等因素。在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)應(yīng)注意，輸入信號(hào)電路連接不 當(dāng)，有時(shí)也會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作。如當(dāng)輸入信號(hào)電路

47、采用繼電器等感性負(fù)載時(shí)， 應(yīng)盡量避免繼電器開閉產(chǎn)生的浪涌電流帶來(lái)的噪音引起變頻器誤動(dòng)作。 2、數(shù)值信號(hào)的輸入 變頻器也存在一些數(shù)值型(如頻率、電壓等)指令信號(hào)的輸入，分為數(shù)字和模 擬兩種。數(shù)字輸入大都采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來(lái)給定：模擬輸 入則通過(guò)接線端子由外部給定。由于接口電路因輸入信號(hào)而不同，因此，必須根 據(jù)變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。 變頻器在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾。PLC主要以數(shù)字電路為主，其工作 靈敏度高，很容易收到各種外來(lái)電磁干擾的影響。為保證PLC不因變頻器主電 路斷路器及開關(guān)器件等產(chǎn)生的電磁干擾而出現(xiàn)故障，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 (1)對(duì)

48、PLC本身應(yīng)按規(guī)定的接線標(biāo)準(zhǔn)和接地條件進(jìn)行接地，而且應(yīng)該注意避免 和變頻器使用共同的接地，應(yīng)盡量分開。 (2)當(dāng)電源條件不太好時(shí)，應(yīng)在PLC的電源模塊及輸入／輸出模塊的電源線上 接入噪音濾波器和降低噪音用的變壓器等。必要時(shí)，在變壓器的一側(cè)也采取相應(yīng) 措施。 (3)PLC安裝時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變頻器，以避免受到電磁干擾。當(dāng)變頻器和PLC 安裝于同一操作柜時(shí)，盡可能使與變頻器有關(guān)的電線和PLC有關(guān)的電線分開。 (4)通過(guò)使用屏蔽線和雙絞線，提高系統(tǒng)抗干擾的能力。 第3章 軟件設(shè)計(jì) 3.1程序流程圖 流程圖具體描述為：當(dāng)程序啟動(dòng)以后首先檢測(cè)下料盤了是否足夠，如果足夠當(dāng)檢測(cè)到瓶子到位以后

49、進(jìn)伸出擋氣缸，啟動(dòng)下料電機(jī)進(jìn)行下料裝罐，如果裝滿以后擋氣缸收回，然后延時(shí)0.2S，接著氣缸復(fù)位，再延時(shí)0.2S，接著進(jìn)行下一次裝罐循環(huán)，如果罐沒(méi)有裝滿，則返回重新下料裝罐，如果下料盤沒(méi)有裝滿，供料并延時(shí)1S，延時(shí)到以后，檢測(cè)是否有故障，如果有故障，則關(guān)閉傳輸下料電機(jī)出警報(bào)發(fā)，直到復(fù)位為止，返回到下料是否足夠，返回主程序。 啟動(dòng)程序 下料盤料夠？ 瓶子到位？ 下料罐裝 擋氣缸收回 氣缸復(fù)位 延時(shí)0.2S 延時(shí)0.2S 供料并延時(shí)1S 延時(shí)結(jié)束？ 關(guān)閉傳輸下料電機(jī) 故障記錄 是否復(fù)位？ 出警報(bào)發(fā) 下料結(jié)束？ 氣缸，電機(jī)動(dòng)作 N N N N Y Y

50、 Y N Y Y 圖3.1 自動(dòng)罐裝機(jī)程序流程圖 3.2功能實(shí)現(xiàn) 在本設(shè)計(jì)主電路中一共用到三臺(tái)電機(jī)，分別為M1、M2、M3其中M1為下料電機(jī)，M1為下料電機(jī)，M2為傳輸帶電機(jī)，M3為供料電機(jī)，它們分別由KM1，KM2，KM3控制，另外設(shè)計(jì)到一共用到三個(gè)傳感器，分別為瓶子傳感器、料位傳感器、下料傳感器其具體工作過(guò)程為：藥品罐裝機(jī)啟動(dòng)后，KM2得電，常開觸點(diǎn)閉合，傳輸電機(jī)M2啟動(dòng)運(yùn)行，傳輸帶動(dòng)待罐裝的瓶子送到出料口，在出料口的左右兩端裝有兩個(gè)氣缸，一個(gè)是進(jìn)瓶氣缸，另一個(gè)是擋瓶氣缸，這兩個(gè)氣缸由PLC去控制動(dòng)作。具體由Y1和Y2兩個(gè)控制閥的通斷去控制其擋瓶氣缸和進(jìn)氣缸閥門的開閉，

51、當(dāng)進(jìn)瓶氣缸縮回而擋瓶氣缸伸出時(shí)，傳送帶動(dòng)瓶子送到出料口，然后進(jìn)瓶氣缸再伸出，將位于出料口的瓶子鎖定位置，為瓶裝做好準(zhǔn)備。瓶子到位后，瓶子傳感器發(fā)出瓶子到位信號(hào)，進(jìn)而控制常開觸點(diǎn)KM1，使其得電，使得下料電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，帶動(dòng)下料盤旋轉(zhuǎn)。下料是一個(gè)分成幾個(gè)等份而每等份鉆有數(shù)目相同的圓孔的圓盤，小料盤傾斜安裝，起上方為欲裝瓶藥粒，起下方是一塊刻有一個(gè)下料孔的圓板。當(dāng)小料盤旋轉(zhuǎn)（伴隨震動(dòng)）時(shí)藥粒掉入圓板，每個(gè)圓孔攜帶一個(gè)藥粒使預(yù)定數(shù)目的藥粒隨下料盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)圓孔經(jīng)過(guò)下料孔時(shí)藥粒下落的下料道，經(jīng)出料口裝入瓶?jī)?nèi)。這樣，下料盤的每一等份經(jīng)過(guò)出料口后，在下一等份還沒(méi)有到達(dá)出料口之前就已該等份的藥粒經(jīng)出料口裝入瓶子。待該等份的藥粒全部進(jìn)入瓶子。擋瓶氣缸縮回，放走這個(gè)已罐裝的瓶子，完成該瓶子的罐裝流程。同時(shí)下料傳感器發(fā)出瓶子裝滿信號(hào)，此時(shí)已罐裝的瓶子離開后。擋瓶氣缸伸出同時(shí)進(jìn)瓶氣缸縮回，下一個(gè)瓶子進(jìn)入工位，準(zhǔn)備裝接下料盤的下一個(gè)等份的藥粒，開始新的工作循環(huán)。，如果在此過(guò)程中，下料盤的料不足時(shí)，料位傳感器發(fā)出信號(hào)，進(jìn)而控制供料電機(jī)M3起動(dòng)，為其供料盤供料。 3.3梯形圖說(shuō)明 28