基于PLC與變頻器的全自動(dòng)灌裝機(jī)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張君薇 孫清

1遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （沈陽(yáng) 110161） 2沈陽(yáng)藥科大學(xué)（沈陽(yáng) 110003）

隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提升，流水化作業(yè)的生產(chǎn)線已經(jīng)在各種制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。在很多的生產(chǎn)線中，都要用到皮帶傳送機(jī)，它可以快速地傳送生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品和配件等，使產(chǎn)量和生產(chǎn)效率大幅度提高。當(dāng)今，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)及微電子技術(shù)日益成熟，越來(lái)越多的工業(yè)環(huán)境下，生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)可編程序控制器 PLC進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制功能，完成大型而復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)；通過(guò)變頻器改變電機(jī)工作的電源頻率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、多段速運(yùn)行及無(wú)級(jí)調(diào)速，使電動(dòng)機(jī)獲得高性能工作，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)背景

全自動(dòng)灌裝機(jī)是飲料和啤酒生產(chǎn)線上的重要設(shè)備之一，其通過(guò)傳送帶的輸送完成一系列嚴(yán)格的工藝流程，如圖1所示。裝料過(guò)程的瓶位控制、灌裝壓力、料量的多少以及進(jìn)、出瓶傳送帶的速度等，都會(huì)影響生產(chǎn)線的灌裝質(zhì)量。

變頻器在灌裝工藝中起著非常重要的作用。那么，傳送帶的速度是如何控制的呢？如圖2所示，光電傳感器測(cè)得傳送產(chǎn)品的流速，不同的物流速度對(duì)應(yīng)變頻器的不同速度，然后經(jīng)由PLC的輸出端子去控制變頻器的多段速控制端。通過(guò)設(shè)定變頻器的頻率，即可控制傳送帶生產(chǎn)線的速度，從而達(dá)到提高生產(chǎn)率的目的。

1.2 設(shè)計(jì)要求

本設(shè)計(jì)是利用西門(mén)子S7-200PLC和MM440變頻器的各自功能對(duì)全自動(dòng)灌裝機(jī)傳送帶進(jìn)行多段速控制。

在如圖1所示的飲料灌裝生產(chǎn)線中，采用變頻器調(diào)速系統(tǒng)，傳送帶電動(dòng)機(jī)的功率為4 kW，額定電流為8.7 A，額定轉(zhuǎn)速為1 440 r/min，實(shí)現(xiàn)三段速控制，其中高、中、低速對(duì)應(yīng)的頻率分別為40 Hz、30 Hz、20 Hz。

圖1 全自動(dòng)灌裝機(jī)控制系統(tǒng)示意圖

圖2 傳送帶的速度控制過(guò)程示意圖

如圖3所示，系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)傳感器，當(dāng)傳感器A檢測(cè)到瓶子后，在低速下，傳感器B能夠在10 s內(nèi)檢測(cè)到至少12個(gè)瓶子；若在10 s內(nèi)檢測(cè)不到12個(gè)瓶子，將傳送帶的速度調(diào)整為中速；若在15 s內(nèi)檢測(cè)不到12個(gè)瓶子，將傳送帶的速度調(diào)整為高速。若在1 min內(nèi)檢測(cè)不到瓶子，將停機(jī)；若在5 s內(nèi)檢測(cè)到10個(gè)瓶子，說(shuō)明運(yùn)行超速，報(bào)警燈亮。

圖3 飲料灌裝生產(chǎn)線示意圖

2 硬件電路的組成

2.1 控制電路

灌裝生產(chǎn)線傳送帶控制系統(tǒng)電路如圖4所示。

圖4 灌裝生產(chǎn)線傳送帶控制系統(tǒng)電路圖

PLC通過(guò)傳感器A檢測(cè)到傳送帶上有瓶子輸入，然后傳感器B開(kāi)始檢測(cè)，并在要求的時(shí)間內(nèi)計(jì)算瓶子的個(gè)數(shù)。PLC輸出的不同狀態(tài)使變頻器的數(shù)字輸入端口5、數(shù)字輸入端口6和數(shù)字輸入端口7進(jìn)行二進(jìn)行制組合，實(shí)現(xiàn)三段速控制。

表1 電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)置

2.2 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置

（1）恢復(fù)變頻器工廠默認(rèn)值

設(shè)定P0010=30和P0970=1，按P鍵開(kāi)始復(fù)位。等待一段時(shí)間，復(fù)位完畢。

（2）設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)

為了使電動(dòng)機(jī)與變頻器相匹配，需要設(shè)置電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)，參見(jiàn)表1。

表2 三個(gè)輸入端口二進(jìn)制編碼組合與頻率參數(shù)的關(guān)系

為了便于系統(tǒng)梯形圖程序的設(shè)計(jì)，讓電動(dòng)機(jī)在每個(gè)段速上工作時(shí)，變頻器只有一個(gè)數(shù)字端口為“ON”，所以選擇組合序號(hào)1、2、4的三種組合，它們對(duì)應(yīng)的參數(shù)是P1001、P1002、P1004。表2為三個(gè)數(shù)字輸入端口進(jìn)行二進(jìn)制編碼組合時(shí)端口與頻率參數(shù)設(shè)置的關(guān)系。

灌裝生產(chǎn)線傳送帶控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三段速時(shí)變頻器的參數(shù)設(shè)置表如表3所示。

表3 灌裝生產(chǎn)線三段速時(shí)變頻器的參數(shù)設(shè)置表

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試

（1）按圖4接線，檢查電路接線正確后，合上主電源開(kāi)關(guān)QS。

（2）設(shè)置變頻器相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。

（3）編寫(xiě)PLC程序梯形圖，并進(jìn)行系統(tǒng)程序調(diào)試。灌裝生產(chǎn)線傳送帶控制系統(tǒng)的 PLC梯形圖如圖5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

作為電力拖動(dòng)的重要手段，交流變頻調(diào)速技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。變頻技術(shù)的應(yīng)用，可以提高生產(chǎn)機(jī)械的控制性能，大幅度降低能耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，是目前最有前景的交流調(diào)速方式。變頻器技術(shù)配合PLC控制，可以進(jìn)行較為復(fù)雜的程序控制，滿足各種加工要求。

[1]王健,楊秀雙,劉來(lái)員.變頻器實(shí)用技術(shù)(西門(mén)子)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[2]鄧其貴，周炳.變頻器操作與工程項(xiàng)目應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2009.