1、集 美 大 学本科生课程设计报告题 目 自动药片装瓶机控制系统 课 程 电气控制及可编程控制器 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制1315 学 号 201321137011 姓 名 陈朝晖 指导老师 弓清忠 完成日期 2017 年 1 月 10 号 目 录1 绪论.11.1 课程题目11.2 设计目的及要求11.3 原始资料21.4 课题要求21.5 主要参考书32 器件选择.42.1 总体结构42.2 具体器件的选择42.2.1 熔断器的选择. 42.2.2 电源开关的选择.52.2.3 交流接触器的选择.62.2.4 热继电器的选择.72.2.5 时间继电器的选择.82.2.6
2、行程开关的选择.83 方案设计.93.1 任务要求.93.2 程序流程图设计.93.3 自动装药机 I/O 分配表.93.4 自动装药机外部接线图.103.5 梯形图.113.6 程序说明.134 安装、接线及系统联合测试145 总结156 参考文献1601、绪论1.1、设计课题：自 动 药 片 装 瓶 机 控 制 系 统 。1.2、设计目的及要求：首先，自动药片装瓶与传统的手工装瓶相比，其优点是可以避免我们直接与药品接触，对人体产生的伤害，同时也避免了人与药品直接接触带来的对药品的污染，使药品质量得到保证的同时，相应的保障人体健康，达到了安全的要求。既缩短了时间，节约了成本，又极大的提高了生
3、产效率。 其次，由于传统的手工装瓶在生产管理方面比较困难，容易出现纰漏和混乱，出现错误的状况在所难免。自动药片装瓶机的设计使得管理更加强调流程和自动化，只有这样经营系统才能改善，生产效率才能提高，控制运行才能更加健康可靠。1.3 、原始资料：这是一个将一定数量的药片自动连续地装入到药瓶中的控制任务，系统的模拟器示意图如图示。图 1 自动药片装瓶机控制系统模拟示意图1.4、 控 制 要 求按下按钮 S1、S2 或者 S3，可连续每瓶装入 3 片、5 片或者 7 片，通过指示灯 H1、H2 或者 H3 表示当前每瓶的装药数量。当选定要装入瓶中的药片数量后，接通系统开关，电动机 M 驱动皮带轮运转，
4、延时 5S 后(或者采用位置检测开关)，皮带机上的药瓶到达装瓶的位置，皮带机停止运转。1当电磁阀 Y 打开装有药片的装置后，通过光电传感器 B1，对进入到药瓶的药片进行计数，当药瓶中的药片到达预先选定的数量后，电磁阀 Y 关闭，皮带机重新自动启动，使药片装瓶过程自动连续地运行。如果当前的装药过程正在进行时，需要改变药片装入数量（例如由 7 片改为 5 片） ，则只有在当前药瓶装满后，从下一个药瓶开始装入改变后的数量。如果在装药过程中断开系统开关，则在当前药瓶装满后，系统停止运行。相 关 参 数 ：传 送 带 电 动 机 M 的 功 率 均 为 500W， AC220。1.5、设计参考书：1教材
5、电气控制与 PLC 应用2 可编程序控制器原理及应用3 S7-200 使用手册2、器件选择2.1、总体结构：生产线自动装箱控制装置如图所示。生产产品由传送带 A 传送，装入由 B传送的空箱中。每 12 个产品装入一箱，当传送带 (1KW)传送了 12 个产品装入一箱后，传送带 B (2KW)将该箱产品移走，并传送下一个空箱到指定位置等待传送带 A 传送来的产品。2.2、具体器件的选择：2.2.1 熔断器的选择熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中的保护电器，在使用时串接在所保护的电路中。当电路出现短路或严重过载是，其内部低熔点的熔丝或熔片将自动2熔断，将电路切断。熔断器由熔体、安装熔体的熔管和熔
6、座三部分组成。那么，如何在电路中选择熔断器的大小呢？规格的选择：（1）熔体额定电流的选择1.对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流应略大于或等于负载电流；2.对于输配电线路，熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流；3.在电动机回路用作短路保护时，应考虑电动机的启动条件，按电动机启动时间的长短来选择熔体的额定电流。电动机末端回路保护，选用 aM 型熔断器，熔断体的额定电流 In 稍大于电动机的额定电流；4.电容补偿柜回路的保护，选用 gG 型熔断器，熔断体的额定电流 In 约等于线路计算电流 1.82.5 倍；如选用 aM 型熔断器，熔断体的额定电流 In 约等于线路电流的 12.5
7、倍。5.线路上下级间的选择保护，上级熔断器与下级熔断器的额定电流 In 的比等于或大于 1.6，就能满足防止发生越级动作而扩大故障停电范围的需要。6.保护半导体器件用熔断器，熔断器与半导体器件串联，而熔断器熔体的额定电流用有效值表示，半导体器件的额定电流用正向平均电流表示，因此，应按下式计算熔体的额定电流：INR1.57 INR1.6 INR 式中 INR 表示半导体器件的正向平均电流。7.降容使用在 20 的环境下，我们推荐熔断体的实际工作电流不应超过额定电流值。选用熔断体时应考虑到环境及工作条件，如封闭程度、空气流动连接电缆尺寸（长度及截面）瞬时峰值等方面的变化；熔断体的电流承载能力实验是
8、在 20 环境温度下进行的，实际使用时受环境温度变化影响。环境温度越高，熔断体的工作温度就越高，其寿命也就越短。相反，在较低的温度下运行将延长熔断体的寿命。来源：输配电设备网38.在配电线路中，一般要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大 23 倍，以防止发生越级动作而扩大故障停电范围。（2）熔断器的选择1、UN 熔断器UN 线路。2、IN 熔断器IN 线路3、熔断器最大分断能力应大于被保护线路上的最大短路电流类型的选择：应根据使用场合选择熔断器。电网配电一般用刀型触头熔断器（如HDLRT0 RT36 系列） ；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用圆筒帽形熔断器；保护可控硅元件则应选择半
9、导体保护用快速式熔断器。常用的熔断器有：1、RC1A 系列瓷插式熔断器、2、RL1 系列螺旋式熔断器 3、RM10 系列无填料封闭式熔断器。次外，还有 RT0 系列有填料封闭管式熔断器、RLS 、RS0 系列快速熔断器、自复式熔断器等。本设计采用 RL1 系列螺旋式熔断器。2.2.2 电源开关的选择开关是用于接通和断开电路的电器。常用的开关有刀开关、铁壳开关、组合开关和自动空气开关。刀开关分单级、双级和三级。适用于接通和断开有电压而无负载电流的电路。因而结构简单、操作方便、价格便宜，在一般的照明电路小于 5.5KW 电动机的控制电路中常被采用。用于照明电路是可选用额定电压 220V 或 250
10、V，额定电流等于或大于电路最大工作电流的两极开关；用于电动机的直接启动时，可选用额定电压 280V 或 500V，额定电流等于或大于电动机额定电流 3 倍的三级开关。在安装刀开关时刀口应朝上，防止热空气拉弧或重力闸。铁壳开关又叫封闭式负荷开关。是带有熔断器的刀开关放在用铸铁或薄钢4板冲压而成的铁壳中。铁壳开关配用的熔断器，额定电流为 60A 及以下者，配用瓷插式熔断器；额定电流为 100A 以下者，配用无填料封闭管式熔断器。组合开关也称转换开关，多用于机床控制线中作为电源的引入开关，也可以用作不频繁地接通和断开电路接线电源和负载以及控制 5KW 及一下的小容量异步电动机正反转、星三角启动。自动
11、空气开关又叫自动空气断路器，它能对电路进行短路 、欠压、严重过载保护，同时也可作不频繁地启动电动机。本设计采用,梅兰日空气开关梅兰日兰断路器 C654P16A2.2.3 交流接触器的选择交流接触器是一种自动控制电器可频繁接通和切断电路。它主要由电磁部分、触头部分及灭弧罩组成。灭弧罩用陶瓷制成的，盖在三个主触头上，使产生的电弧迅速熄灭，不外溅。当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将铁芯吸合，由于触头系统是于动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当线圈失电时，吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。同时交流接触器具有欠压保护。选择接
12、触器1 选择接触器主触头的额定电压：应等于或大于负载的饿额定电压。2 选择接触器触头的额定电流：被选用接触器触头的额定电流应不小于负载电路的额定电流。也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。如果接触器是用来控制电动机的频繁启动、正反或反接制动等场合，应将接触器的主初头额定电流降低使用，一般可降低一个等级。3 根据控制电路要求确定吸引线圈工作电压和辅助触点 容量：如果控制线路比较简单，所用接触器的数量较少，则交流接触器线圈的额定电压一般直接选用380V 或 220V。如果控制线路比较复杂，使用的电器又比较多，为了安全起见，5线圈的额定电压选低一些，这时需要加一个控制变压器本设计采用,CJ10 系
13、列交流接触器2.2.4 热继电器的选择热继电器常用来对电动机进行过载保护。电动机在运行过程中，由于种种原因，如长期过载、频繁启动、欠压运行、断相运行等均会使流过电动机的电流超过额定值。若过电流的数值不足以使电路中的熔断器熔断，电动机绕组就会因过电流而导致发热，影响电动机的寿命，甚至烧毁电动机。这时就需要热继电器进行过载保护。通常热继电器的动作电流应等于电动机的额定电流热继电器的选择1.类型的选择：类型的选择：一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机，应选用带断保护装置的热继电器。2.热继电器
14、额定电流的选择：热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。3.热元件额定电流的选择和整定：热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的 6 倍及启动时间不超过 5S 时，热元件的整定电流调节到等于电动机额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载不允许停止时。热元件整定电流调节到电动机额定电流的 101105 倍, 本设计采用,JR10 系列热继电器。2.2.5 时间继电器的选择时间继电器是一种呢感延时动作的控制电器，其特点是电磁线圈通电后其触头经过一定时间间隔动作。选用时间继电器应注意：其线圈（电源）的电流种类和电压等级应与
15、控制6电路相同，按控制要求选择延时方式和触点形式；校核触点容量和数量，若不够时，可用中间继电器扩展。常用的时间继电器有 JS7 系列空气阻尼式、JS17 系列电动式、JSJ 系列晶体管式、JS20 系列单结晶体管式。本设计采用,JS7 系列空气阻尼式时间继电器2.2.6 行程开关的选择行程开关(限位开关) 的工作原理及符号表示行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程
16、开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。 行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。 3、方案设计3.1 任务要求 这是一个将一定数量药片自动连续地装入到药瓶中的控制任务，系统的模拟器示意图如下图 2-1 所示。按下按钮 SB1、SB2 或 SB3，可选择每瓶装入3 片、5 片或 7 片，通过指示灯 H1、H2 或 H3 表示当前每瓶的装药数量。当选定要装入瓶中的药片的数量后，接通系统开关，电动机 M 驱动皮带机运转，延时5S 后(或者采用位置检测开关)，皮带上
17、的药瓶到达装瓶的位置，皮带机停止运转。当电磁阀 Y 打开装有药片的装置后，通过光电传感器 B1，对进入到药瓶的药片进行计数，当药瓶中的药片到达预先选定的数量后，电磁阀 Y 关闭，皮带机重新自动启动，使药片装瓶过程自动连续地运行。如果当前的装药过程正在7进行时，需要改变药片装入数量（例如由 7 片改为 5 片） ，则只有在当前药瓶装满后，从下一个药瓶开始装入改变后的数量。如果在装药过程中断开系统开关，则在当前药瓶装满后，系统停止运行。3.2 程 序 流 程 图 设 计程序开始选择装药数量选择 3 片 选择 5 片 选择 7 片皮带机运转打开电磁阀装药83.3 自 动 装 药 机 I/O 分 配
18、表表 2-1 I/O 分配表输入 器件 地址 输出 器件 地址系统开关 ON X23 电磁阀 Y Y0每瓶装 3 片按钮S1 X21 3 片指示灯 H1 Y21每瓶装 5 片按钮S2 X22 5 片指示灯 H2 Y22每瓶装 7 片按钮S3 X23 7 片指示灯 H3 Y23光电传感器 B1 X24 皮带机驱动 M Y203.4 自 动 装 药 机 外 部 接 线 图ON YS1H1S2H2S3 H3MB1结束X0 Y0X1 Y1X2 Y2X3 Y3X4 Y4X5COM COM0 9S4 AC 220V AC 220V3.5 梯 形 图 程 序10自动程序梯形图3.6 程 序 说 明当系统开关
19、 X0 的常闭触点闭合时，采用手动操作，首先选择装药量，如果按下每瓶装 3 片按钮 S1，电磁阀打开，开始装药，通过光电传感器和计数器对药片进行计数，当达到 3 片时电磁阀关闭，停止装药。如果按下每瓶装 5 片按钮 S2，电磁阀打开，开始装药，通过光电传感器和计数器对药片进行计数，当达到 5 片时电磁阀关闭，停止装药。如果按下每瓶装 7 片按钮 S3，电磁阀打开，开始装药，通过光电传感器和计数器对药片进行计数，当达到 7 片时电磁阀关闭，停止装药。按下手动皮带机驱动按钮，皮带机开始运转，5 秒后停止，并在此过程中复位各个计数器，继续选择装药数量进行装药。当系统开关常开触点接通时，系统进入自动操
20、作，S0 步选择装药数量，X1的常开触点接通时，跳到 S20 执行装 3 片动作，Y0 接通，电磁阀打开开始装药，装 3 片指示灯亮，通过光电传感器常开触点 X4 和计数器进行装药计数，当计数达到 3 片时，C0 接通，电磁阀关闭，指示灯熄灭，停止装药，并且程序调到S23.X2 的常开触点接通时，跳到 S21 执行装 5 片动作，Y0 接通，电磁阀打开开始装药，装 5 片指示灯亮，通过光电传感器常开触点 X4 和计数器进行装药计数，11当计数达到 5 片时，C1 接通，电磁阀关闭，指示灯熄灭，停止装药，并且程序调到 S23.X3 的常开触点接通时，跳到 S22 执行装 7 片动作，Y0 接通，
21、电磁阀打开开始装药，装 7 片指示灯亮，通过光电传感器常开触点 X4 和计数器进行装药计数，当计数达到 7 片时，C2 接通，电磁阀关闭，指示灯熄灭，停止装药，并且程序调到 S23.当程序跳到 S23 时，驱动皮带机运转，并且用 T0 进行计时 5 秒，5 秒时间到，T0 接通，程序跳到 S0，皮带机停止运转，程序开始循环执行。程序由M8002进行驱动，S0步进指令工作，选择装药数量，当X20常开触点接通时，跳到S20执行，装3片指示灯H1（Y21）亮，按下系统开关，电动机M驱动皮带机运转（Y20）灯亮，5秒后，皮带上的药瓶到达装瓶的位置，皮带机停止运转。跳到S21执行，Y0接通，电磁阀打开开
22、始装药，通过光电传感器常开触点X23使计数器进行装药计数，当计数达到3片时，C0接通，电磁阀关闭，指示灯熄灭，停止装药，并且程序跳到S0步进选择.当X21常开触点接通时，跳到S30执行装5片动作，装5片指示灯H2（Y22）亮，此时系统开关已开，电动机M驱动皮带机运转（Y20）灯亮，5秒后，皮带上的药瓶到达装瓶的位置，皮带机停止运转。跳到S31执行，Y0接通，电磁阀打开开始装药，通过光电传感器常开触点X23和计数器进行装药计数，当计数达到5片时，C0接通，电磁阀关闭，指示灯熄灭，停止装药，并且程序跳到S0.当X22常开触点接通时，跳到S40执行装7片动作，装7片指示灯H3（Y23）亮，此时系统开
23、关已开，电动机M驱动皮带机运转（Y20）灯亮，5秒后，皮带上的药瓶到达装瓶的位置，皮带机停止运转。跳到S41执行，Y0接通，电磁阀打开开始装药，通过光电传感器常开触点X23和计数器进行装药计数，当计数达到3片时，C0接通，电磁阀关闭，指示灯熄灭，停止装药，并且程序返回SO步进指令，程序开始循环执行.4、安装、接线及系统联合测试12在计算机上进行编程，打开自动装箱控制程序。断电情况下连接好 PLC 电缆，按照 I/O 分配表，用实验连线导线将 PLC 主机模块输入、输出接口与实验板接口一一对应连接，并将 PLC 主机模块的电源端与实验模块的电源端相连接。下载程序文件到 PLC,监控后运行，使 P
24、LC 进入运行方式。1、当 PLC 从“STOP”切换至“RUN”时，L2 指示灯亮。2、按下自动控制按钮 SB1 后，同时传送带 B 启动运行（L1 指示灯亮） 。3、当 SQ2 空箱到位检测信号到（SQ2 按钮输入） ，传送带 B 停止运行。同时传送带 A 启动运行。4、当 SQ1 送入 12 个计数脉冲时（SQ1 按钮 12 次输入）及累计产品数量达12 个时，传送带 A 停止，同时传送带 B 启动运行。5、当 SQ2 到位信号到（SQ2 按钮输入） ，系统循环工作。6、当按下停止按钮 SB2 后，传送停止（L1 指示灯灭） 。7、当按下点动 SB3 或 SB4 时，传送带 A 或 B
25、电动运行（L1 指示灯亮） 。5、总结13对于本次设计，成功采用 PLC 控制多个传送带的工作，完成了本次设计任务的基本要求，经过多次的调试，该系统性能稳定、可靠、冗余性强，可以很好地适用于连续工作。本次设计的生产线自动装箱 PLC 控制系统，其硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有极高的可靠性，具有良好的市场应用价值。本系统解决了传统以继电器控制硬件电路的方法，采用人机界面取代继电器，通过软件的方式控制硬件电路。由于PLC 具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。但是该设计尚有不足，还有很多的扩展功能没有实现，例如对产
26、品计数错误的检测功能等等。通过这次设计，使我对自动控制设计有了更深刻的认识，也使自己的动手能力和方案设计的思路有了更进一步的提高，同时也更加熟悉了本专业的设计软件。对 PLC 的功能也有了进一步的认识，了解了不同型号的 PLC 以及相关的编程软件。在完成这个题目的过程中，我遇到了一些困难，也走了很多弯路。在这里我要感谢指导老师和团队的同学：通过不断的努力和同学们的大力支持，以及指导老师的悉心教导，我克服了困难完成了本次设计，同时我也获得了很多宝贵的经验，学到了很多新的知识。6、参考文献141、吴明亮，蔡夕忠. 可编程控制器实训教程. 北京：化学工业出版社， 2、周四六. 可编程控制器应用基础. 北京：人民邮电出版社，20063、田淑珍. 可编程控制器原理及应用北京：机械工业出版社，20054、魏志精. 可编程控制器应用技术北京：电子工业出版社，1995
