畢業(yè)設(shè)計 啤酒桶清洗機設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）題目:啤酒桶清洗機設(shè)計

論文摘要本設(shè)備是專為啤酒桶的清洗、消毒設(shè)計的。該設(shè)備可以自動完畢清洗消毒及CO2備壓等所有工序。本設(shè)備合用桶的尺寸為高度H360—H560，直徑Φ250—Φ500。本機重要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣沖系統(tǒng)和水路系統(tǒng)構(gòu)成。本機控制單元采用以三菱企業(yè)的可編程控制器為關(guān)鍵對機器進行全過程控制。由于可編程控制器在工業(yè)控制方面的應(yīng)用意義日趨明顯，已在機械制造、發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣控制方面得到了廣泛的應(yīng)用。它具有功能強大、使用可靠、維修簡樸等許多長處，并且在諸多地方已逐漸取代了繼電器電路的邏輯控制。本文討論的是PLC在實際工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：ＰＬＣ管路系統(tǒng)清洗機AbstractThisequipmentdesignedforcleaningandsterilizingcasks.Theequipmentisautomatic.Thekeyprocessescontaindischargingremnants,swillingwithwater,swillingwithdisinfectant,swillingwithasepticwaterandinflatingwithCO2.Theheightofcaskis360—560.Thediameteris250—500.Theequipmentismadeofchassis,controlunit,electromagneticvalveandpiping.ThecenterofmanipulativeunitistheMITSUBISHIPLC.PLCcontrolsalloftherunningprocesses.Appliedmeaningthatprogrammablelogiccontrollerhaveinitscontroltheaspectintheindustrygraduallyobvious,combineatmanufacture，generateelectricity,chemicalengineering,electronicsetcprofessioncrafttheequipment'selectricitycontroltheaspectgottheextensiveapplication.Ithavethefunctionstrongandbig,theusageisdependable,maintainthemanyadvantageofsimpleetc.,andalreadyandgraduallyreplacedafterthelogiccontroloftheelectricapplianceselectriccircuitinalotofplaces.ButwhatthetextdiscussionisaPLCintheactualindustrytocontrolthesystem'sapplication.KeyWords:PLCPipingCleaningMachine目錄論文摘要 I關(guān)鍵詞： IAbstract IIKeyWords: II目錄 III序言 V第1章機器總體設(shè)計方案 61.1清洗機的可行性匯報. 61.2清洗機的用途特點 61.2.1清洗機用途及使用范圍 61.2.2啤酒桶簡介 61.2.3清洗特點 71.3機器總體設(shè)計方案 8第2章機架的設(shè)計 102.1焊接簡介 102.1.1焊縫布置 102.1.2焊接措施的選擇 112.1.3焊接接頭 112.2不銹鋼簡介 112.3機架的設(shè)計 14第3章管路的設(shè)計 193.1管路的設(shè)計 193.2清洗頭的設(shè)計 193.2.1.清洗頭的受力分析： 203.2.2彈簧的設(shè)計： 213.3器件選型 223.3.1.選擇液壓泵，電機： 223.3.2選擇氣缸： 233.4水箱 24第4章電路的設(shè)計 284.1電路設(shè)計 284.2器件簡介 284.2.1電機 284.2.2.固體繼電器 304.2.3低壓斷路器 334.2.4整流、濾波 34第5章PLC程序的設(shè)計 385.1PLC技術(shù)基本原理 385.1.1PLC的發(fā)展歷程 385.1.1PLC的體系構(gòu)造 395.1.3PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 415.1.4PLC的工作原理 415.2PLC控制程序設(shè)計 435.2.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 435.2.2PLC編程環(huán)節(jié) 435.2.3PLC提供的編程語言 435.3I/O分派表 455.4語句表 50第6章結(jié)論 536.1有關(guān)機器 536.2有關(guān)設(shè)計 53致謝 55參考文獻 56序言啤酒桶清洗機使用廣泛,而本設(shè)計采用PLC控制。安全可靠易修復(fù)。為了對整個設(shè)計進行詳細的闡明，特編寫如下章節(jié)。書中著重講了總體設(shè)計方案及可行性。全面簡介了所采用的材料及所用到的元件。并且論述了其工作原理和工作環(huán)境。伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及詳細使用環(huán)境的變化，設(shè)計和簡介中難免有局限性之處，懇請指教。第1章機器總體設(shè)計方案1.1清洗機的可行性匯報.伴隨社會的發(fā)展,人們生活水平的提高。人們可以花更多的時間和金錢來改善自己的飲食.許多場所都將用到啤酒,并且這個市場也越來越大.因此生產(chǎn)啤酒及保鮮的桶也將隨之增漲,因而對于啤酒桶的清洗也是一次重要工種和很大的市場.本設(shè)備就是在這種狀況下萌生的設(shè)計,既然是將投入應(yīng)用,同樣是清洗消毒的設(shè)備,那就要考慮其性能比,這就規(guī)定其在保證功能和質(zhì)量的前提下.所需費用要有優(yōu)勢.本設(shè)備采用PLC全程控制.所用的材料都考慮了使用條件和范圍以及所需費用.其工作過程為排殘液清水沖洗消毒液沖洗無菌水沖洗CO2備壓.操作簡樸,效率高,易于大規(guī)模和單個顧客使用.1.2清洗機的用途特點1.2.1清洗機用途及使用范圍本設(shè)備是專為啤酒保鮮容器（包括不銹鋼、塑料保鮮桶及扎啤桶）的清洗、消毒設(shè)計的。該設(shè)備可以自動完畢清洗消毒及CO2備壓等所有工序。本設(shè)備為倒置清洗方式合用桶的尺寸為高度H360—H560，直徑Φ250—Φ500即容積為5L，10L，20L的原則啤酒桶。重要構(gòu)造：本機重要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣沖系統(tǒng)和水路系統(tǒng)構(gòu)成。工作原理：本機控制單元采用以三菱企業(yè)的可編程控制器為關(guān)鍵對機器進行全過程控制。重要工作過程為排殘液—清水沖洗—消毒液沖洗—無菌水沖洗—CO2備壓。1.2.2啤酒桶簡介啤酒桶的構(gòu)造簡圖如圖1.4所示灌酒時酒液由酒矛（如下簡稱內(nèi)圈）注入可減少泡沫的產(chǎn)生以保證酒液內(nèi)CO2的含量，出酒時可在酒桶頂部安裝上置式出酒器由桶內(nèi)CO2備壓將酒壓出，也可以在酒桶下部安裝下置式（水龍頭式）的出酒器。由于出酒器接口并不存在清洗困難的問題且出酒器不在本設(shè)計研究范圍內(nèi)，因此啤酒桶構(gòu)造簡圖中沒有畫出下置式出酒器的接口位置.1.2.3清洗特點（1）清洗時，每次清洗液均由內(nèi)圈注入，由內(nèi)圈注入可運用清洗液的壓力直接沖刷酒桶底部。（2）洗液注滿后進行氣沖，即內(nèi)外圈同步充入大量氣體使桶內(nèi)清洗液“沸騰”，用氣泡破裂的力量清洗酒桶內(nèi)壁，排液時內(nèi)外圈同步排液。為保證酒桶內(nèi)盡量不含氧氣及不潔凈氣體，因此氣沖時用CO2。（3）為保證出酒壓力和酒液品質(zhì)，最終應(yīng)進行CO2備壓。圖1..2..3清洗內(nèi)部構(gòu)造簡圖1.3機器總體設(shè)計方案本機的輸出狀態(tài)為噴嘴射流作業(yè)。受酒桶構(gòu)造限制，清洗其內(nèi)壁時只能將酒桶倒置于工作臺上以便清洗液所有排空。本機可以清洗不一樣容積的酒桶，原則容積的酒桶出口構(gòu)造尺寸也都是同樣的，因此在充入液體或氣體壓力一定的狀況下，注滿的時間不一樣。因此通過變化各個控制閥開閉的時間就可以滿足清洗不一樣容積的桶的規(guī)定。本機由一種工人站立操作。由人體工程學(xué)可知站姿的操作范圍如圖1.5所示。整個操作過程是：將酒桶搬起倒置于工作臺上，按啟動開關(guān)機器自動運行，整個清洗完畢后再將酒桶搬下。本機擬一次同步清洗兩只酒桶，這樣既可以提高工作效率，也不致使工人一次搬運過多酒桶而產(chǎn)生疲勞感。由于本機的輸出狀態(tài)為噴嘴射流作業(yè)，這就規(guī)定控制系統(tǒng)要對流體進行有效控制。目前一般都采用PLC進行控制。本機擬用氣動元件對主管路進行控制而PLC則對各氣動元件進行控制。這樣做是考慮到機器的工作環(huán)境。應(yīng)用本機的單位是各啤酒廠?！敖Y(jié)露”是啤酒廠車間內(nèi)的環(huán)境特點，因此必須考慮電氣元件的防潮。假如直接用電磁閥控制主管路，則難于對電磁閥進行保護。氣控方式對環(huán)境規(guī)定小，工作壽命長，價格低，維護簡樸，可高速動作，操縱距離長，且本機所規(guī)定的控制壓力低，因此氣控方式適合本機規(guī)定。本機重要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)。工人在操作時應(yīng)較輕松地將酒桶搬至工作臺和操作各個開關(guān)，應(yīng)清晰的看到操作面板的工作進程顯示，應(yīng)清晰的看到各儀表達數(shù)和個氣控閥的工作狀態(tài)。因此本機構(gòu)造初步安排為總高mm，工作臺高度800mm。各氣控閥布置在工作臺下方。操作面板高度為1400mm（工作臺高度+酒桶最大高度560）。各電磁閥、電控元件安裝在電氣控制箱內(nèi)。用氣缸對酒桶夾緊，氣缸布置在酒桶頂端控制箱兩側(cè)。水箱、消毒液箱布置在工作臺下方，氣控閥后方。由于對無菌水的保留使用有特殊規(guī)定因此無菌水箱由顧客自備，其電機和無菌水泵在現(xiàn)場布置安裝。本機只安裝清水和消毒液用電機，但本機控制單元扔對無菌水用電機進行控制。本機的清水壓力，消毒液壓力，無菌水壓力均為0.3MPa，氣沖壓力為0.3MPa，二氧化碳備壓壓力為0.5MPa。消毒液配方由顧客自定。本機工作能力為30—100桶/小時。圖1..3站姿操作范圍第2章機架的設(shè)計機架是一種多功能構(gòu)件，是整機的基礎(chǔ)，規(guī)定有足夠的靜動剛度，熱變形對精度的影響盡量小，原始精度和尺寸的穩(wěn)定性要好，外型美觀，運送安裝以便。在這些規(guī)定當(dāng)中，強度和剛度是機架的基本技術(shù)指標(biāo)。在許多狀況下，剛度尤為重要。本機為單件小批量生產(chǎn)，可用焊接機架。焊接機架與鑄造機架相比具有強度高、剛性好、重量輕、生產(chǎn)周期短、施工簡便的特點.本機管道內(nèi)流體具有氧化性、腐蝕性，因此機架、管道等有也許與液體相接觸的部分選不銹鋼1Cr18Ni9Ti。2.1焊接簡介焊接是指運用加熱或熱加壓，或兩者并用的措施，使分離的金屬零件形成原子間的結(jié)合的一種加工措施。它是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中用來制造多種金屬構(gòu)造和機械零件的一種重要工藝措施。焊接構(gòu)造工藝設(shè)計焊接構(gòu)造件種類各式各樣，在其材料確定后來，對焊接構(gòu)造件進行工藝設(shè)計重要包括三方面內(nèi)容：焊縫布置、焊接措施選擇和焊接接頭設(shè)計等。2.1.1焊縫布置焊縫布置與否合理，直接影響構(gòu)造件的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此，設(shè)計焊縫位置時應(yīng)考慮下列原則：（1）焊縫應(yīng)盡量處在平焊位置多種位置的焊縫，其操作難度不一樣。以焊條電弧焊焊縫為例，其中平焊操作最以便，易于保證焊接質(zhì)量，是焊縫位置設(shè)計中的首選方案，立焊、橫焊位置次之，仰焊位置施焊難度最大，不易保證焊接質(zhì)量。（2）焊縫要布置在便于施焊的位置焊條電弧焊時，焊條要能伸到焊縫位置。點焊、縫焊時，電極要能伸到待焊位置。埋弧焊時，要考慮焊縫所處的位置能否寄存焊劑。設(shè)計時若忽視了這些問題，無法施焊。（3）焊縫布置要有助于減少焊接應(yīng)力與變形接頭處的硬化組織，影響加工質(zhì)量，焊縫布置應(yīng)避開機加工表面。2.1.2焊接措施的選擇多種焊接措施均有其各自特點及合用范圍，選擇焊接措施時要根據(jù)焊件的構(gòu)造形狀及材質(zhì)、焊接質(zhì)量規(guī)定、生產(chǎn)批量和現(xiàn)場設(shè)備等，在綜合分析焊件質(zhì)量、經(jīng)濟性和工藝也許性之后，確定最合適的焊接措施。選擇焊接措施時應(yīng)根據(jù)下列原則：(1)焊接接頭使用性能及質(zhì)量要符合構(gòu)造技術(shù)規(guī)定選擇焊接措施時既要考慮焊件能否到達力學(xué)性能規(guī)定，又要考慮接頭質(zhì)量能否符合技術(shù)規(guī)定。如點焊、縫焊都適于薄板輕型構(gòu)造焊接，縫焊才能焊出有密封規(guī)定的焊縫。焊接低碳鋼薄板，若規(guī)定焊接變形小時，應(yīng)選用CO2焊或點（縫）焊，而不適宜選用氣焊。(2)提高生產(chǎn)率，減少成本假如是位于不一樣空間位置的短曲焊縫，單件或小批量生產(chǎn)，采用焊條電弧焊為好。氬弧焊幾乎可以焊接多種的金屬及合金，但成本較高，因此重要用于焊接鋁、鎂、鈦合金構(gòu)造及不銹鋼等重要焊接構(gòu)造。(3)焊接現(xiàn)場設(shè)備條件及工藝也許性選擇焊接措施時，要考慮現(xiàn)場與否具有對應(yīng)的焊接設(shè)備，野外施工有無電源等。此外，要考慮確定的焊接工藝能否實現(xiàn)。2.1.3焊接接頭設(shè)計焊接接頭設(shè)計包括焊接接頭形式設(shè)計和坡口形式設(shè)計。設(shè)計接頭形式重要考慮焊件的構(gòu)造形狀和板厚、接頭使用性能規(guī)定等原因。設(shè)計坡口形式重要考慮焊縫能否焊透、坡口加工難易程度、生產(chǎn)率、焊條消耗量、焊后變形大小等原因。焊接接頭形式設(shè)計焊接接頭按其結(jié)合形式分為對接接頭、蓋板接頭、搭接接頭、T形接頭、十字形接頭、角接接頭和卷邊接頭等。2.2不銹鋼簡介不銹鋼是指在大氣、酸、堿或其他化學(xué)侵蝕介質(zhì)中能抵御氧化和腐蝕的高合金鋼。不銹鋼與高合金耐熱鋼都屬于高合金鋼，并且都具有大量鉻元素。有許多不銹鋼既能滿足不銹鋼耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性能的規(guī)定，也能滿足耐熱鋼熱強性和熱穩(wěn)定性的規(guī)定，因此也可列入耐熱鋼范圍，例如，１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ、１Ｃｒ１３、２Ｃｒ１３鋼等。本機架選用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ，屬奧氏體鋼。奧氏體鋼有兩類：一類是高鉻鎳鋼，例如１８－８型鋼、２５－２０型鋼等，另一類是高鉻錳氮鋼。奧氏體鋼在加熱和冷卻過程中一般不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，僅有碳化物的溶解和析出，在室溫下重要為奧氏體組織。其中，１８－８型鋼重要用作不銹鋼，其在氧化性、中性及弱氧化性介質(zhì)中的耐蝕性勝過高鉻不銹鋼，室溫及低溫韌性也是鐵素體鋼不能比擬的；２５－２０型鋼重要用作熱穩(wěn)定鋼。假如高鉻鎳鋼提高含碳量，也可用作熱強鋼。而高鉻錳氮鋼則重要用作不銹鋼。奧氏體鋼的焊接性比馬氏體鋼和鐵素體鋼都好。不過，當(dāng)焊接工藝制定不妥時也會出現(xiàn)某些問題。重要問題如下：１焊接熱裂紋問題焊縫和近縫區(qū)均也許產(chǎn)生熱裂紋。最常見的是在焊縫金屬中產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，有時在近縫區(qū)也會產(chǎn)生液化裂紋。鋼中的含鎳量越高，產(chǎn)生熱裂紋的傾向越大，因此，２５－２０型奧氏體鋼比１８－８型奧氏體鋼熱裂紋傾向大。２焊接接頭腐蝕問題焊接接頭有也許產(chǎn)生兩種腐蝕問題：（１）晶間腐蝕焊接接頭有三個部位有也許產(chǎn)生晶間腐蝕：①焊縫晶間腐蝕；②敏化區(qū)腐蝕；③近縫區(qū)刀狀腐蝕（見圖９－９）。這三種晶間腐蝕不會在同一接頭上同步出現(xiàn)。其中，焊縫晶間腐蝕發(fā)生在采用單純的１８－８型焊接材料焊接１８－８型鋼后來，焊縫又經(jīng)受了６００～１０００°Ｃ加熱的狀況下，或多層焊時前層焊縫受到后層焊縫６００～１０００°Ｃ加熱的區(qū)域；敏化區(qū)腐蝕發(fā)生在不含穩(wěn)定化元素（如Ｔｉ、Ｎｂ等）而又不是超低碳的１８－８型鋼的熱影響區(qū)中加熱溫度到達６００～１０００°Ｃ的區(qū)域；近縫區(qū)刀狀腐蝕只發(fā)生在具有Ｔｉ、Ｎｂ等穩(wěn)定化元素的奧氏體鋼接頭的近縫區(qū)。（２）應(yīng)力腐蝕由于奧氏體鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小、線膨脹系數(shù)大，在焊接不均勻加熱的狀況下，接頭處很輕易產(chǎn)生較大的焊接殘存拉伸應(yīng)力，因而在與鋼材匹配的介質(zhì)共同作用下輕易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。例如，ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２等對奧氏體鋼并無腐蝕作用，但對有焊接殘存拉伸應(yīng)力的接頭卻有腐蝕開裂作用。有資料表明，焊接接頭過熱區(qū)對應(yīng)力腐蝕開裂最為敏感。３焊接接頭脆化問題奧氏體鋼在生產(chǎn)中用途很廣，可以用在耐蝕、耐熱、耐低溫等多種工作條件下，但在不一樣的工作條件下對焊接接頭性能的規(guī)定不一樣。假如用作工作在室溫或３５０°Ｃ如下的不銹鋼，重要規(guī)定其具有耐蝕性；假如用作熱強鋼，則規(guī)定其在高溫下有足夠強度的同步，有足夠的塑性和韌性；假如作為低溫鋼，則重要規(guī)定接頭有良好的低溫韌性。不過，假如焊接工藝制定不妥，則也許產(chǎn)生高溫脆化問題和低溫脆化問題。（１）高溫脆化高溫下進行短時拉伸試驗和持久強度試驗表明，當(dāng)奧氏體鋼焊縫中具有較多鐵素體化元素或較多的δ相時，都會發(fā)生明顯的脆化現(xiàn)象。一般認(rèn)為與鐵素體化元素促使析出σ相和由δ相能直接轉(zhuǎn)變成σ相有關(guān)。鐵素體δ越多，影響越嚴(yán)重，因此規(guī)定長期工作在高溫的焊縫中所含的δ相數(shù)量應(yīng)當(dāng)不不小于５％。（２）低溫脆化試驗表明，奧氏體鋼焊縫中一次鐵素體δ相不僅能引起高溫脆化，并且也能引起低溫脆化，δ相數(shù)量越多，低溫脆化越嚴(yán)重。因此，為了滿足低溫韌性的規(guī)定，最佳不采用γ＋δ雙相組織，而應(yīng)獲得單相奧氏體組織。實際上雖然采用單相奧氏體組織，其低溫韌性也低于經(jīng)固溶處理的母材。一般來說，奧氏體鋼預(yù)熱是沒有益處的，由于焊前預(yù)熱能增進碳化物的析出和引起焊件變形。不過，當(dāng)焊件剛性極大的狀況下，為了防止裂紋產(chǎn)生，有時不得不進行焊前預(yù)熱。焊接奧氏體鋼原則上不進行焊后熱處理，只有在接頭發(fā)生了脆化或需要提高其耐蝕性時才進行焊后熱處理。熱處理方式重要有兩種：固溶處理和穩(wěn)定化處理。其中：固溶處理用于對耐蝕性規(guī)定很高，且焊接時析出了碳化物和脆性相（如σ相）的焊件。其措施是將焊件均勻地加熱到１０５０～１１５０°Ｃ，保溫１ｈ，使析出相重新溶入奧氏體，然后迅速冷卻。原則上只能整體加熱，不能局部加熱。穩(wěn)定化處理是將焊件加熱到８５０～９３０°Ｃ，一般保溫２ｈ后空冷。這樣可以加緊鉻在奧氏體中的擴散速度，使鉻能向晶界遷移，從而消除晶界處由于析出鉻的碳化物而產(chǎn)生的貧鉻現(xiàn)象，使金屬耐晶間腐蝕的能力提高。這種措施同步也能起到減少焊接殘存應(yīng)力的作用。１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：C≦0.12，Si≦1.00，Mn≦2.00，P≦0.035，S≦0.030Ni8.00—11.00，Cr17.00—19.00，Ti5（C%-0.02）—0.802.3機架的設(shè)計機架的設(shè)計見圖2.3。機架危險部分的校核:在機架的構(gòu)造中，重要受力部分為臺面橫梁，該橫梁承受的靜載為酒桶及桶內(nèi)液體的重力和氣缸對酒桶的夾緊力，承受的沖擊為安放酒桶時酒桶對清洗頭的沖擊。當(dāng)臺面橫梁失效時，工作臺面要替代橫梁承受上述力。此外臺面還要承受其他外力，如工人扶住臺面時，臺面要承受人的壓力。因此，要對上述兩部件進行分析。根據(jù)設(shè)計，兩部件均可視為懸臂梁。對橫梁分析如下：梁的撓曲線方程為：其撓度為：其轉(zhuǎn)角為：rad受力圖ωF=1KNxAlB剪力圖Fsx-F彎矩圖Mx-Fl圖3.1梁的分析梁的剪力為：Fs(x)=-F=-1000N0<x≤l彎矩為：M(x)=-Fx=-1000*0.34=-340Nm0≤x≤l彎曲應(yīng)力的校核：≤[σ]=170MPa截面慣性矩為：I=,am,a結(jié)論：橫梁安全。對臺面的分析如下：臺面為整張不銹鋼板，正常工作時幾乎不受力，當(dāng)其下方橫梁失效時，臺面要承受兩根橫梁所承受的力，因此也可以把臺面的受力狀況簡化為懸臂梁受力，力的大小為兩根橫梁各自1000N，和其他外力1000N，共3000N。懸臂梁的截面按3mm*3mm計算。受力圖見圖3.3梁的剪力為：Fs(x)=-F=-3000N0<x≤l彎距為：M(x)=-Fx=-3000*0.475=-1425Nm0≤x≤l彎曲應(yīng)力的校核：≤[σ]=170MPa截面慣性矩為：I==4.5*10結(jié)論：臺面構(gòu)造安全。為深入提高橫梁和臺面的可靠性，在兩者之間加支柱可以更好的改善兩者的受力狀態(tài)，重要是可以改善橫梁的受力狀態(tài)，使橫梁在承受靜載時臺面可對其施加一部分拉力以減輕橫梁所受的合力。在臺面受力時，也可以借助橫梁支架進行支撐。受力圖ωF=3000NxAlB剪力圖Fsx-F彎矩圖Mx-Fl圖3.2臺面的受力分析圖2.3機架裝配圖第3章管路的設(shè)計3.1管路的設(shè)計本機的清水壓力，消毒液壓力，無菌水壓力均為0.3MPa，氣沖壓力為0.3MPa，二氧化碳備壓壓力為0.5MPa，壓力繼電器工作壓力為0.65MPa。按設(shè)計規(guī)定管路圖如圖4.1所示。清水箱，消毒液箱直接用機器自帶的兩個盛液箱。供清水和消毒液的電機、泵、溢流閥安裝在機身上。無菌水箱由顧客自行處理。供無菌水的電機、泵、溢流閥及其管路在現(xiàn)場布置安裝。硬管尺寸用外徑定寸，外徑定寸管比通徑定寸管更結(jié)實更整潔，輕易彎成系統(tǒng)所需要的形狀，具有多種成品管接頭選用。材料選用不銹鋼。軟管用聚氨酯管，其中備壓管的尺寸是外徑8mm、內(nèi)徑5mm，其他管路的尺寸為外徑6mm、內(nèi)徑4mm。氣沖是指短時間內(nèi)將大量氣體充入裝有液體的酒桶內(nèi)，借用氣泡上升破裂的力量清洗桶內(nèi)表面。將氣體充入桶內(nèi)必然要有液體流出，本機控制系統(tǒng)的處理方式為：充氣時不排水，排水時不充氣，充氣和排水的時間有控制器決定。以10L桶為例，排水閥和充氣閥的工作次序為（X：閉合，O：打開）：排水閥XXOXOXOXOX充氣閥XOXOXOXOXX3.2清洗頭的設(shè)計由于酒桶的出酒口構(gòu)造特殊，清洗時必須兼顧內(nèi)壁和酒矛，這就規(guī)定針對其設(shè)計特殊構(gòu)造的清洗頭，如圖3.2.1所示。清洗頭工作狀態(tài)如圖3.2.2示。圖3.2.13.2.1.清洗頭的受力分析：清洗頭工作時受到的壓力為1000N，其中氣缸輸出壓力為800N，酒桶及桶內(nèi)液體重200N。由圖4.2可知其構(gòu)造中最微弱的地方應(yīng)當(dāng)是7噴頭桿與9分派座相配合的部分，其形狀是內(nèi)徑16mm外徑20mm的環(huán)形管，壁厚為2mm。整個系統(tǒng)可視為兩端固定的壓桿。為保證其穩(wěn)定性，對其用安全系數(shù)法進行校核：柔度計算。式中I=，A=對不銹鋼由于，因此是小柔度桿。壓桿的臨界力F為=306MPa*0.000113m=34578N再對壓應(yīng)力進行校核：≤[]=200MPa結(jié)論：此構(gòu)造安全。3.2.2彈簧的設(shè)計：初選圓柱螺旋彈簧，其受力為靜載壓縮，F(xiàn)=1000N（1）選材。該彈簧用于閥門內(nèi)部因此選65Mn。許用切應(yīng)力[]=785MPa（2）初選旋繞比C為8，計算KK=（3）根據(jù)安裝空間設(shè)彈簧中徑D為48mm，根據(jù)C值查表取簧絲直徑d為5.5mm。（4）計算簧絲直徑d≥1.6m，取d=6mm（5）求圈數(shù)n，對壓縮彈簧n==8.635，n取8（6）計算其他數(shù)據(jù)并與安裝空間比較：中徑D=cd=0.048m內(nèi)徑D=D-d=0.042m外徑D=D+d=0.054m節(jié)距p=0.28D=0.013m長度H=np+3d=0.12m通過驗證符合規(guī)定（7）驗算穩(wěn)定性。該彈簧由于套在管上因此不會失穩(wěn)3.3器件選型3.3.1.選擇液壓泵，電機：(1)選擇泵已知各桶內(nèi)射流壓力為0.3MPa，設(shè)水路壓力損失為0.05MPa，則液壓泵的最高工作壓力為：p=P+ΣΔp=(0.3+0.05)MPa=0.35MPa在泵的最高工作壓力上考慮再加上25%的壓力儲備,因此泵的額定壓力為: p=0.35+0.35*25%=0.4375MPa取泄漏系數(shù)k為1.1,計算泵的流量:設(shè)噴嘴的流量為1L/s,即60L/min,注滿容積為5L、10L、20L的酒桶的時間大概為5s、10s、20s。因此泵的流量為:Q≥kQ=1.1*60L/min=66L/min應(yīng)再加上系統(tǒng)中溢流閥穩(wěn)定工作的最小溢流量,一般為3L/min．查產(chǎn)品樣本選ＹＢ型定量葉片泵．額定壓力p=7.0MPa，轉(zhuǎn)速n=1000-1500r/min，排量V=48mL/r，容積效率η=0.95求得液壓泵輸出的實際流量為q=qη=Vnη=48*10*1450*0.95=66.12L/min液壓泵輸出功率為P=pq=0.4375*10*66.12*10/60=0.483KW(2)選擇電機電機功率為P=P/η=0.483/0.9=0.536KW選YL7114型單相電機.額定轉(zhuǎn)速n=1450r/min額定功率P=550W3.3.2選擇氣缸：(1)選擇氣缸的行程:本機設(shè)計合用桶的尺寸為高度H360—高度H560.氣缸的重要作用是夾緊酒桶,桶的直徑為Φ250—Φ500,因此必須要在活塞桿上加墊使作用在桶底部的力分散,因此要預(yù)留墊的厚度和以便搬動的空間40mm.一般還應(yīng)考慮多種非標(biāo)桶的高度.因此氣缸的行程定為400mm.(2)選擇缸徑:當(dāng)氣缸以推力做功時,缸徑大小由下式得D===47.6mm圓整得50mm.式中為氣缸輸出推力取800N,為氣緣壓力取0.5MPa,η為效率取0.9.選擇活塞桿直徑:d≥==0.00225m由于活塞桿行程定為400mm,當(dāng)活塞桿的長度L≥10d時即d≥40mm時按強度條件計算得只要桿徑不小于3mm即滿足需要。當(dāng)活塞桿的長度L<10d時，按縱向彎曲極限力計算,這時活塞桿直徑與長度須同步考慮,活塞桿直徑不僅和外載荷有關(guān),并且和長度及安裝形式、材料的性能有關(guān)。一般氣缸的活塞桿材料為不銹鋼，其柔性系數(shù)m為85。本設(shè)計中氣缸的安裝形式是一端自由一端固定，故取端點安裝形式系數(shù)n為0.25。m=4.25。活塞桿截面曲率半徑K=0.25d當(dāng)<m時,F=,I=πd/64,因此d≥==1.3*10m當(dāng)>m時,F=,將A=,K==0.25d代入得d≥0.01m由上述三種狀況討論得知只要氣杠桿徑不小于10mm即可滿足使用規(guī)定．（３）耗氣量的計算：對單作用氣缸有Q=LnD=0.4*1**0.05*=0.00471m=4.71L（４）活塞桿的運動速度所有行程規(guī)定4s完畢，即v=0.1m/s。綜合上述幾方面條件可選氣缸型號為ＩＧＱ50*4003.4水箱機器工作時要消耗大量的水，需要隨時補充。為以便水的補給，減輕勞動強度，減少操作環(huán)節(jié)，水箱上部進水設(shè)有機械式銅浮球閥，下部放水設(shè)有手動球閥。水箱容積為700*500*900，單位mm。水箱內(nèi)設(shè)過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)用不銹鋼網(wǎng)自制。器件選型列表名稱型號數(shù)量兩位兩通電磁閥OK61-2510兩位兩通手動閥D1VL22-101三位四通電磁閥K35HD-101三位四通手動閥D1VL35-101兩位兩通氣控閥不銹鋼角座閥φ259減壓閥395-102氣缸IGQ50*4002泵YB型定量葉片泵3溢流閥EUR253壓力繼電器HED2壓力表指針式2浮球閥GD-53/42球閥ZJ-23/42軟管聚氨酯φ510m聚氨酯φ82m硬管，接頭按裝配圖執(zhí)行圖3.1管路設(shè)計圖圖3.2.2第4章電路的設(shè)計4.1電路設(shè)計電路圖見圖4.1，圖4.2。超壓顯示：當(dāng)管路內(nèi)壓力到達0.65MPa時，壓力繼電器動作，電路所有切斷，這時可由扣式電池供電使超壓指示燈亮。電路如圖4.3所示。KP1KP2+3V0圖4.3超壓顯示電路電氣控制柜用不銹鋼板焊接，規(guī)定密封良好，防止“結(jié)露”現(xiàn)象對電路工作導(dǎo)致影響4.2器件簡介4.2.1電機單相異步電動機就是指用單相交流電源的異步電動機。由于只需要單相電源供電，使用以便，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和人民生活的各個方面，如電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機、空調(diào)設(shè)備、電動工具和醫(yī)療器械中都使用單相異步電動機作為原動機。與同容量的三相異步電動機相比較，單相異步電動機的體積較大、運行性能較差、效率和功率因數(shù)稍低，因此一般只做成小容量的。我國既有產(chǎn)品功率從幾瓦到幾百瓦。單相異步電動機具有構(gòu)造簡樸、成本低廉、噪聲小等長處。（1）單相異步電動機的運行原理單相異步電動機的運行原理和三相異步電機基本相似，但有其自身的特點。從構(gòu)造上看，單相異步電動機與三相籠型異步電動機相似。其轉(zhuǎn)子也為一般籠型轉(zhuǎn)子，差異僅在于定子繞組。其定子繞組為一單相工作繞組，但一般為起動的需要。定子上除了工作繞組外，還設(shè)有起動繞組。它的作用是產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，一般只在起動時接入。當(dāng)轉(zhuǎn)速到達70%-80%的同步轉(zhuǎn)速時，由離心開關(guān)將其從電源自動切除，因此正常工作時只有工作繞組在電源上運行。但也有某些電容分相或電阻分相電動機，在運行時將起動繞組接于電源上。這實質(zhì)上相稱一臺兩相電動機，但由于它接在單相電源上，故仍稱為單相異步電動機。根據(jù)定子兩個繞組在定子上的分布以及供電狀況的不一樣，可以產(chǎn)生不一樣的起動特性和運行特性。單相異步電動機可分為分相電動機和罩極電動機兩大類型。單相異步電動機的長處重要是使用單相交流電，不過單相異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩等于零，不能自行啟動。為了使單相異步電動機可以產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵是怎樣在起動時在電動機內(nèi)部形成一種旋轉(zhuǎn)磁場。根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場方式的不一樣，單相異步電動機可分為分相電動機和罩極電動機兩大類型。在分析交流繞組磁動勢時曾得出一種結(jié)論：只要在空間不一樣相的繞組中通入時間上不一樣相的電流，就能產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場。這樣，起動的必要條件是規(guī)定兩相繞組中通入相位不一樣的兩相電流。怎樣把工作繞組與起動繞組中通入的單相交流電電流相位分開，即所謂的“分相”，就變成了單相異步電動機的十分重要的問題。分相起動單相異步電動機就是根據(jù)這一原理設(shè)計的。分相起動單相異步電動機包括單相電阻分相起動異步電動機、單相電容分相起動異步電動機、單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機、單相電容起動與運轉(zhuǎn)異步電動機。（2）單相電容分相起動異步電動機單相電容分相起動異步電動機定子上有兩個繞組：一種為工作繞組，另一種為起動繞組，兩繞組在空間相差90度。在起動繞組回路中串接起動電容C，作電流分相用，并通過離心開關(guān)或繼電器觸點S與工作繞組并聯(lián)在同一單相電源上。電容器的作用是使起動繞組回路的阻抗呈容性，從而使起動繞組在起動時的電流超前電源電壓U一種相位角。由于工作繞組的阻抗是感性的，它的起動電流I滯后電源電壓U一種相位角。若合適選擇電容C，使流過起動繞組的電流I超前工作繞組起動電流90度相位角，這就相稱于在電動機起動時，時間相位上互差90度的兩相電流流入在空間相差90度的兩相繞組中，這樣可使電動機在起動時產(chǎn)生一種靠近圓形的旋轉(zhuǎn)磁動勢，并在該磁場作用下產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩使電動機轉(zhuǎn)動。與電阻分相單相異步電動機比較，電容分相電動機的長處是：1假如電容器的電容量配得合適，可以作到使起動時起動繞組電流差不多比工作繞組電流超前90度電角度。2起動繞組的容抗可以抵消感抗使總的電抗值小些，因此起動繞組的匝數(shù)不像電阻分相時受到限制，可以多些，從而可以增大起動繞組的磁動勢。以上兩點都可使得電動機在起動時能產(chǎn)生一種靠近圓形的旋轉(zhuǎn)磁動勢，得到較大的起動轉(zhuǎn)矩。3由于啟動繞組電流和工作繞組電流靠近90度電角度，合成的線電流比較小，因此電容分相起動的單相異步電動機的起動電流較小，起動轉(zhuǎn)矩卻比較大。這種電動機的起動繞組是按短時工作設(shè)計的，在起動繞組回路中也串接了一種起動開關(guān)，因此當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速達75%-80%同步轉(zhuǎn)速時，起動開關(guān)動作，起動繞組和起動電容器C就在離心開關(guān)S的作用下自動退出工作，使起動繞組脫離電源。這時電動機就在工作繞組單獨作用下運行。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升的過程中，起動繞組電流加大，電容器的端電壓會升高，起動開關(guān)及時動作可以減少對電容器耐壓的規(guī)定。電容分相起動單相異步電動機變化轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向的措施同電阻分相起動單相異步電動機同樣。（3）單相異步電動機的選擇當(dāng)電動機輸出功率不小于250W時，最佳采用電容起動和運轉(zhuǎn)電動機，也可選用電容起動或電阻起動電動機。詳細選擇哪一種？可從價格和起動性能方面權(quán)衡利弊來選用。對于不小于550W的電動機，可選用電容起動電動機。由于在大功率范圍內(nèi)電阻起動電動機的起動電流太大。4.2.2.固體繼電器固體繼電器（亦稱固態(tài)繼電器）英文名稱為SolidStateRelay，簡稱SSR。它是用半導(dǎo)體器件替代老式電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。（1）SSR優(yōu)缺陷及使用場所固體繼電器具有如下重要特點：A.控制功率小只需輸入很小的工作電流，SSR便能正常工作，并能以便地與TTL、DTL、HTL和CMOS集成電路相配合，廣泛應(yīng)用于多種電子設(shè)備中。其輸出部分采用大功率晶體管或可控硅元件來控制、接通或斷開負(fù)載和電源，具有很大的功率放大作用。B.可靠性高由于SSR無觸點，接觸電阻小，因而工作可靠性高。它采用絕緣防水材料澆鑄，適合在潮濕和有腐蝕性氣體的場所使用。SSR內(nèi)部沒有可動部件，因而具有耐振動和抗沖擊的能力。C.抗干擾能力強SSR對系統(tǒng)的干擾小，同步自身抗干擾能力也強。它沒有接點跳動，消除了因火花導(dǎo)致的電磁干擾。此外，由于交流型SSR采用了過零觸發(fā)技術(shù)，具有零電壓、零電流斷開的特性，從而能有效地減少線路中的dv/dt和di/dt，使得它對外界的電磁干擾降到最低程度。此外，由于SSR在輸入與輸出之間采用了光電隔離等措施，其抗干擾能力也相應(yīng)明顯提高。D.動作快SSR由電子元件構(gòu)成，響應(yīng)快，對直流SSR，響應(yīng)時間不不小于幾十微秒，比電磁繼電器的速度提高近千倍。對過零交流SSR，其轉(zhuǎn)換時間也不不小于市電周期的二分之一（即十毫秒）。E.壽命長SSR屬于永久性或半永久性電子器件，若使用得當(dāng)，其壽命比一般電磁繼電器使用壽命要高得多。F.能承受的浪涌電流大SSR能承受的浪涌電流可為其額定值的610倍。G.對電源電壓的適應(yīng)范圍廣交流型SSR的工作電壓可以在30220V內(nèi)任意選擇。H.耐壓水平高SSR輸入與輸出之間的介質(zhì)耐壓可達2.5kV以上。需要指出的是，盡管SSR有上述眾多長處，但與老式的機電式繼電器相比，仍有局限性之處，如漏電流大，接觸電壓大，觸點單一，使用溫度范圍窄，過載能力差及價格偏高等。固體繼電器目前已廣泛應(yīng)用于計算機外圍接口裝置，電爐加熱恒溫系統(tǒng)，數(shù)控機械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動化妝置；信號燈、閃爍器、照明舞臺燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復(fù)印機、自動洗衣機；自動消防，保安系統(tǒng)，以及作為電網(wǎng)功率原因賠償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關(guān)等等，此外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場所中均有大量使用。（2）SSR的分類交流固體繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型（簡稱過零型）和隨機導(dǎo)通型（簡稱隨機型）；按輸出開關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（一般型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強型）；按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）；此外輸入端又有寬范圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。A.SR為電流驅(qū)動型在邏輯電路驅(qū)動時應(yīng)盡量采用低電平輸出進行驅(qū)動，以保證有足夠的帶負(fù)載能力和盡量低的零電平。B、SSR輸入端的串并聯(lián)多種SSR的輸入端可以串、并聯(lián)，但應(yīng)滿足每個SSR高電平時，過零型觸發(fā)電流不小于5mA，隨機型不小于10mA,低電平電壓不不小于1V。也即并聯(lián)驅(qū)動電流應(yīng)不小于多種SSR的輸入電流之和;串聯(lián)時驅(qū)動電壓應(yīng)不小于多種啟動電壓（以4V計算）之和。（3）固體繼電器電壓等級的選用及過壓保護當(dāng)加在固體繼電器交流兩端的電壓峰值超過SSR所能承受的最高電壓峰值時，固體繼電器內(nèi)的元件便會被電壓擊穿而導(dǎo)致SSR損壞，選用合適的電壓等級和并聯(lián)壓敏電阻可以很好地保護SSR。A、交流負(fù)載為220V的阻性負(fù)載時可選用220V電壓等級的SSR。B、交流負(fù)載為220V的感性負(fù)載或交流負(fù)載為380V的阻性負(fù)載時可選用380V電壓等級的SSR。C、交流負(fù)載為380V的感性負(fù)載時可選用480V電壓等級的SSR（480V等級的SSR還具有更高的靜態(tài)dv/dt指標(biāo)）；其他規(guī)定特殊、可靠性規(guī)定高的場所如電力賠償電容器切換、電動機正反轉(zhuǎn)等均須選用480V電壓等級的SSR。D、交流負(fù)載的電壓不不小于100VAC如下場所時，選擇固體繼電器最佳向我企業(yè)征詢定制。SSR過壓的保護：除SSR內(nèi)部自身有RC吸取回路保護外，還可以采用并聯(lián)金屬氧化物壓敏電阻（MOV），MOV面積大小決定吸取功率，MOV的厚度決定保護電壓值。一般220V系列SSR可選用500V-600V的壓敏電阻，380V系列SSR可選用800V-900V的壓敏電阻，480V系列SSR可選用1000V-1100V的壓敏電阻。（4）固體繼電器電流等級的選用及過流保護過流（最嚴(yán)重的狀況為負(fù)載短路）是導(dǎo)致SSR內(nèi)部輸出可控硅永久性損壞的最重要原因。迅速熔斷器和空氣開關(guān)是過流保護措施之一，小容量SSR也可選用保險絲；許多負(fù)載在接通瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌電流，由于散熱不及，浪涌電流與過流同樣也是導(dǎo)致SSR內(nèi)部輸出可控硅損壞的最重要原因之一。因此選用固體繼電器時，保證一定的電流余量是極其重要的。A、阻性負(fù)載時，選用SSR的電流等級宜不小于等于2倍的負(fù)載額定電流。B、負(fù)載為交流電動機時，選用SSR的電流等級須不小于等于6-7倍的電動機額定電流。C、交流電磁鐵、中間繼電器線保、電感線圈等負(fù)載時，選用SSR的電流等級宜不小于等于4倍的負(fù)載額定電流，變壓器時規(guī)定不小于等于5倍變壓器初級額定電流，特種感性、容性負(fù)載則應(yīng)根據(jù)實際經(jīng)驗還須放大SSR的電流余量。D、電力賠償電容器類負(fù)載時，選用SSR的電流等級須不小于5倍的負(fù)載額定電流。（5）SSR的發(fā)熱與散熱：單相SSR在導(dǎo)通時的最大發(fā)熱量按實際工作電流×1.5W/A來計算，在散熱設(shè)計時，應(yīng)考慮到環(huán)境溫度，通風(fēng)條件（自然冷卻、風(fēng)扇冷卻）及SSR安裝密度等原因。（6）電網(wǎng)頻率：SSR應(yīng)用于50Hz或60Hz的工頻電網(wǎng)上，不適宜于低頻或高次諧波分量大的場所，如變頻器輸出端有多組負(fù)載需要分別切換，采用SSR作為開關(guān)則也許由于高次諧波使其不能可靠關(guān)斷，并且高次諧波還也許使SSR內(nèi)部的RC吸取回路因過熱而炸裂。固體繼電器兩交流端無極性。SSRSSR—24VDC220VAC圖4.2.2SSR接線圖4.2.3低壓斷路器低壓斷路器俗稱自動空氣開關(guān)，是低壓配電網(wǎng)中的重要電氣開關(guān)之一，它不僅可以接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)載電流、電動機工作電流和過載電流，并且可以接通和分?jǐn)喽搪冯娏?。重要用在不頻繁操作的低壓配電線路或開關(guān)柜（箱）中作為電源開關(guān)使用，并對線路、電器設(shè)備及電動機等實行保護，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重過電流、過載、短路、斷相、漏電等故障時，能自動切斷線路，起到保護作用，應(yīng)用十分廣泛。較高性能型萬能式斷路器帶有三段式保護特性，并具有選擇性保護功能。高性能萬能式斷路器帶有多種保護功能脫扣器，包括智能化脫扣器，可實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)通信。低壓斷路器具有的多種功能，是以脫扣器或附件的形式實現(xiàn)的，根據(jù)用途不一樣，斷路器可配置不一樣的脫扣器或繼電器。脫扣器是斷路器自身的一種構(gòu)成部分，而繼電器（包括熱敏電阻保護單元）則通過與斷路器操作機構(gòu)相連的欠電壓脫扣器或分離脫扣器的動作控制斷路器。4.2.4整流、濾波負(fù)載總電阻按100歐計算，變壓器副邊有效值U=U/1.2=24/1.2=20V二極管承受的最高反向電壓U=U=28V由RC=5*T/2=5*=0.02S知C=0.05/R=500選用35V470uF器件選型名稱型號數(shù)量備注單相電機YL7114550W3固態(tài)繼電器40A/220VAC3可編程控制器FX1S-30MT1變壓器BK-100VA/AC24V1繼電器HH52P/24V12空氣開關(guān)DE47-2P/3A3帶燈開關(guān)KD10-121-R（G）2242紅綠各一種指示燈XDX124VG8綠色熔斷器R3-1210變壓器ZBDG1整流橋MB4S1控制柜不銹鋼自制電容8535V470Uf1接線端子排、線號、夾頭、熱縮管若干圖4.1電路圖圖4.2PLC主機接線圖第5章PLC程序的設(shè)計5.1PLC技術(shù)基本原理5.1.1PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量次序控制，它按照邏輯條件進行次序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。老式上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）企業(yè)提出取代繼電氣控制裝置的規(guī)定，次年，美國數(shù)字企業(yè)研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，初次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。

個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了以便，也為了反應(yīng)可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）。

上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30%--40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處在統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

PLC具有通用性強、使用以便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡樸等特點。PLC在工業(yè)自動化控制尤其是次序控制中的地位，在可預(yù)見的未來，是無法取代的。而對于老式的繼電器電路來說，它難以實現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能的和數(shù)字式控制，并且要實現(xiàn)一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設(shè)計繁瑣，難以實現(xiàn)升級，并且易發(fā)故障，維修復(fù)雜，目前已被大中型設(shè)備的控制系統(tǒng)所拋棄。而PLC正被廣泛的應(yīng)用并且已逐漸取代了繼電器電路的邏輯控制。伴隨科學(xué)技術(shù)不停的飛躍發(fā)展，PLC也不停得到完善和強大，同步它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網(wǎng)通信功能和自診斷功能等。因此今天這種裝置被我們稱作可編程控制器，不過我們還是習(xí)慣簡稱這種裝置為PLC。5.1.1PLC的體系構(gòu)造PLC實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件構(gòu)造和微機是基本一致的。如圖5.1.2所電源編程器中央處理單元電源編程器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲區(qū)顧客程序存儲區(qū)圖5.1.2（1）中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的顧客程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定期器的狀態(tài)，并能檢查顧客程序的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū),然后從顧客程序存儲器中逐條讀取顧客程序，通過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運算等成果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的顧客程序執(zhí)行完畢后來，最終將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到對應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行為止。（2）存儲器與微型計算機同樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分:系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。寄存系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。寄存應(yīng)用軟件的存儲器稱為應(yīng)用程序存儲器。PLC存儲空間的分派：雖然大、中、小型PLC的CPU的最大可尋址存儲空間各不相似，不過根據(jù)PLC的工作原理，其存儲空間一般包括如下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和顧客程序存儲區(qū)。A.系統(tǒng)程序存儲區(qū)在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中寄存著相稱于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，顧客不可以直接存取。它和硬件一起決定了該PLC的各項功能。B.系統(tǒng)RAM存儲區(qū)系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲區(qū)。（A）I/O映象區(qū)由于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至對應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲單元（RAM）以供寄存I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲單元稱作I/O映象區(qū)。一種開關(guān)量I/O占用存儲單元中的一種位（bit）,一種模擬量I/O占用存儲單元中的一種字（16個bit)。因此，整個I/O映象區(qū)可看作由開關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分構(gòu)成。（B）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運行時，將這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)所有置“零”。C．顧客程序存儲區(qū)顧客程序存儲區(qū)寄存顧客編制的顧客程序。不一樣類型的PLC其存儲容量各不相似，一般來說，伴隨PLC機型增大其存儲容量也對應(yīng)增大。不過對于新型的PLC，其存儲容量可根據(jù)顧客的需要而變化。D．常用的I/O分類

常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用I/O外，尚有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。

(三)PLC電源PLC電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是同樣的，均能對PLC內(nèi)部的所有器件提供一種穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去。5.1.3PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依托先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地搜集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越明顯，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間可以互換信息，形成一種統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，尚有某些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信目前重要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。5.1.4PLC的工作原理PLC采用了一種不一樣于一般微型計算機的運行方式——掃描技術(shù)，既輸入采樣，顧客程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完畢上述三個階段稱作為一種掃描周期。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等，如圖5.1.4所示。第(N-1)個掃描周期第(N-1)個掃描周期輸出刷新第(N+1)個掃描周期輸入采樣第N個掃描周期輸入采樣輸出刷新顧客程序執(zhí)行圖5.1.4P（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，并將它們存入I/O映象區(qū)的對應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入顧客程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，雖然輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)的對應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會變化。因此輸入假如是脈沖信號，它的寬度必須不小于一種掃描周期，才能保證在任何狀況下，該輸入均能被讀入。（2）顧客程序執(zhí)行階段在顧客程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的次序依次的掃描梯形圖。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定與否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。（3）輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動響應(yīng)的外設(shè)。這時才是PLC真正的輸出。5.2PLC控制程序設(shè)計5.2.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則

（1）最大程度的滿足被控對象的控制規(guī)定。

（2）在滿足控制規(guī)定的前提下，力爭使控制系統(tǒng)簡樸、經(jīng)濟、使用和維護以便。

（3）保證控制系統(tǒng)安全可靠。

（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改善在選擇PLC容量時應(yīng)合適留有余量5.2.2PLC編程環(huán)節(jié)詳細編制一種PLC控制程序的基本環(huán)節(jié)如下(其流程圖見圖5.2.25.2.3PLC提供的編程語言(1)原則語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有如下特點

A.它是一種圖形語言，沿用老式控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和某些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。

B.梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。

C.梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間成果供CPU內(nèi)部使用。

確定系統(tǒng)必須完畢的各項任務(wù)及另一方面序確定系統(tǒng)必須完畢的各項任務(wù)及另一方面序?qū)LC的I/O位分派給輸入輸出設(shè)備將PLC的I/O位分派給輸入輸出設(shè)備編制PLC程序（梯形圖或指令代碼）編制PLC程序（梯形圖或指令代碼）通過PC機、GPC或FIT輸入程序至PLC通過PC機、GPC或FIT輸入程序至PLCYES檢查程序有無錯誤YES檢查程序有無錯誤修改程序修改程序NONOYES運行程序YES運行程序有無錯誤調(diào)整程序調(diào)整程序NONO程序投入使用程序投入使用圖5..2.2D.PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后次序執(zhí)行，在同一掃描周期中的成果留在輸出狀態(tài)暫存器中因此輸出點的值在顧客程序中可以當(dāng)做條件使用。

(2)語句表語言，類似于匯編語言。

(3)邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來體現(xiàn)，一般一種運算框表達一種功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。

5.3I/O分派表輸入輸入端子號電器設(shè)備X400系統(tǒng)運行按鈕SB1X401急停按鈕SB2X402壓力繼電器常閉觸點KP1X403壓力繼電器常閉觸點KP2輸出輸出端子號電器設(shè)備Y430活塞下行接觸器KM1Y431內(nèi)外圈連通接觸器KM2Y432CO2氣沖接觸器KM11Y433需回收廢液接觸器KM4Y434進清水接觸器KM5Y435清水泵固體繼電器SSR1Y436直接排放接觸器KM6Y437進消毒液接觸器KM7Y530消毒液泵固體繼電器SSR2Y531循環(huán)使用接觸器KM8Y532進無菌水接觸器KM9Y533無菌水泵固體繼電器SSR3Y534活塞上行接觸器KM10Y535CO2備壓接觸器KM3Y536運行自鎖接觸器KM125.4語句表步序指令001LDX400002ORM100003ANDX401004ANIX402005ANIX403006OUTM100007OUTY536008LDM100009ANIT450010OUTY430011OUTT450012K050013LDT450014ANIT451015OUTM101016LDC460017ANIT452018OUTM102019LDIC460020ANDT455021OUTM103022LDIC460023ANDT456024OUTM104025LDM101026ORM102027ORM103步序指令028ORM104029OUTY431030LDT450031ANIT451032OUTT451033K120034OUTY433035LDT451036ANIT452037OUTY434038OUTY435039OUTT452040K100041LDIC460042ANDT452043ANIT453044OUTM105045LDT455046ANIC460047ANIT453048OUTM106049LDT456050ANIC460051ANIT453052OUTM107步序指令053LDM105054ORM106055ORM107056OUTY432057OUTT454058K025059LDT454060ANIC460061ANDT452062OUTM120063LDT455064ANDT454065ANIC460066