自动药片装瓶机控制系统

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 (1)

1.1 课程题目 (1)

1.2 设计目的及要求 (1)

1.3 原始资料 (2)

1.4 课题要求 (2)

1.5 主要参考书 (3)

2 器件选择 (4)

2.1 总体结构 (4)

2.2 具体器件的选择 (4)

2.2.1熔断器的选择 (4)

2.2.2电源开关的选择 (5)

2.2.3 交流接触器的选择 (6)

2.2.4 热继电器的选择 (7)

2.2.5 时间继电器的选择 (8)

2.2.6 行程开关的选择 (8)

3 方案设计 (9)

3.1 任务要求 (9)

3.2 程序流程图设计 (9)

3.3 自动装药机I/O分配表 (9)

3.4自动装药机外部接线图 (10)

3.5梯形图 (11)

3.6程序说明 (13)

4 安装、接线及系统联合测试 (14)

5 总结 (15)

6 参考文献 (16)

1、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，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。

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《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熔断，将电路切断。

熔断器由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。

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1.8~2.5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1~2.5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：

INR≥1.57 INR≈1.6 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

8.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2~3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250V，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C65—4P16A

2.2.3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，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101—105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控制电路相同，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

3.3自动装药机I/O分配表

光电传感器

B1 X24 皮带机驱动 M Y20

3.4自动装药机外部接线图

ON Y

S1 H1

S2 H2

S3 H3

M

B1 S4 AC 220V AC 220V

3.5梯形图程序

X0 Y0

X1 Y1

X2 Y2

X3 Y3

X4 Y4

X5

COM COM0

自动程序梯形图

3.6程序说明

当系统开关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，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，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

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PLC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电动运行（L1指示灯亮）。

5、总结

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

1、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，2006

3、田淑珍. 可编程控制器原理及应用．北京：机械工业出版社，2005

4、魏志精. 可编程控制器应用技术．北京：电子工业出版社，1995