机械毕业设计(论文)-啤酒桶清洗机的设计及PLC控制【全套图纸】 .doc
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1、摘要 可编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显,已在机械制造、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点,并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。而本文讨论的是PLC在实际工业控制系统的应用。本设备是专为啤酒桶的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备适用桶的尺寸为高度H360H560,直径250500。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。全套图纸,加153893706关键词;
2、管路系统; 清洗机Abstract:Applied meaning that programmable logic controller have in its control the aspect in the industry gradually obvious, combine at manufacture,generate electricity, chemical engineering, electronics etc profession craft the equipments electricity control the aspect got the extensive a
3、pplication. It have the function strong and big, the usage is dependable, maintain the many advantage of simple etc., and already and gradually replaced after the logic control of the electric appliances electric circuit in a lot of places. But what the text discussion is a PLC in the actual industr
4、y to control the systems application. This equipment designed for cleaning and sterilizing casks. The equipment is automatic. The key processes contain discharging remnants, swilling with water, swilling with disinfectant, swilling with aseptic water and inflating with CO2. The height of cask is 360
5、560.The diameter is 250500. The equipment is made of chassis, control unit, electromagnetic valve and piping. The center of manipulative unit is the MITSUBISHI PLC. PLC controls all of the running processes. Keywords:PLC; Piping; Cleaning Machine 目 录57一. 前言3(一) PLC技术基本原理3(二) PLC控制程序设计7(三) 清洗机的用途特点9二
6、 机器总体设计方案10三 机架的设计13四 管路的设计21(一) 管路的设计21(二) 清洗头的设计21(三) 器件的选型23五 电路的设计29(一) 电路的设计29(二) 器件的选型35六 PLC程序的设计38(一) I/O点分配表38(二) 流程图39(三) 梯形图40(四) 语句表44七. 结论47八. 致谢48九. 参考文献49十. 附录:英译汉50一. 前言(一) PLC技术基本原理1. PLC的发展历程在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1
7、968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30%-40%。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进
8、入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。而对于传统的继电器电路来说,它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制,而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐,难以实现升级,而且易发故障,维修复杂,现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着科学技术不断的飞跃发展,PLC也不断得到完善和强大,同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围,如联网通信功能和自诊断功能等
9、。因此今天这种装置被我们称作可编程控制器,不过我们还是习惯简称这种装置为PLC。2.PLC的体系结构PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机,其硬件结构和微机是基本一致的。如图1.1所示:电源编程器中央处理单元(CPU)输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区图1.1 PLC硬件的基本结构(1)中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能,接受并存储从编程器键入的用户程序和数据,检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能检查用户程序的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O
10、映象区, 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行为止。(2)存储器与微型计算机一样,除了硬件以外,还必须有软件。才能构成一台完整的PLC。PLC的软件分为两部分: 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为应用程序存储器。PLC存储空间的分配:虽然大、中、小型 PLC的CPU的最大可寻址存储空间各不相同,但是根据PLC
11、的工作原理, 其存储空间一般包括以下三个区域:系统程序存储区,系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等)和用户程序存储区。A. 系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中,用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的各项功能。B. 系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备(例如:逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等)存储区。(A)I/O映象区由于PLC投入运行后,只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据,在输
12、出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此,它需要有一定数量的存储单元(RAM)以供存放I/O的状态和数据,这些存储单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位(bit), 一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16个bit)。因此,整个I/O映象区可看作由开关量的I/O映象区和模拟量的I/O映象区两部分组成。(B)系统软设备存储区除了I/O映象区以外,系统 RAM存储区还包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等)的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域,前者在PLC断电时,由内部的锂电子供电。使
13、这部分存储单元内的数据得以保留;后者当PLC停止运行时,将这部分存储单元内的数据全部置“零”。C 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC其存储容量各不相同,一般来说,随着PLC机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的PLC,其存储容量可根据用户的需要而改变。D常用的I/O分类常用的I/O分类如下:开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
14、除了上述通用I/O外,还有特殊I/O模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。(3)PLC电源PLC电源在整个系统中起着十分重要的作用。无论是小型的PLC,还是中、大型的PLC,其电源的性能都是一样的,均能对PLC内部的所有器件提供一个稳定可靠的直流电源。一般交流电压波动在正负10%(15%)之间,因此可以直接将PLC接入到交流电网上去。3PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此,网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著,甚至有人
15、提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口,还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口(MPI)的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。 4.PLC的工作原理PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术,既输入采样,用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作为一个扫描周期。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等,如图1.2所示。第(N-1)个扫描周期输出刷新第(N+1)
16、个扫描周期输入采样第N个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行图1.2 PLC的扫描运行方式(1)输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次读入所有的数据和状态,并将它们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入数据和状态发生变化,I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号,它的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC的CPU总是由上而下,从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算,并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统
17、RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如:算术运算、数据处理、数据传达等。(3)输出刷新阶段在输出刷新阶段,CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路,再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。(二)PLC控制程序设计1. PLC控制系统的设计基本原则(1) 最大限度的满足被控对象的控制要求。(2) 在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用和维 护方便。(3) 保证控制系统安全可靠。(4) 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量2PLC编程步骤具体编制一个PLC控制程序的基本步骤如下(其
18、流程图见图1.3):3. PLC提供的编程语言(1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言,它有以下特点A.它是一种图形语言,沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成,左右的竖线称为左右母线。B.梯形图中接点(触点)只有常开和常闭,接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。C.梯形图中的接点可以任意串、并联,但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载,只能做中间结果供CPU内部使用。确定系统必须完成的各项任务及其顺序将PLC的I/O位分配给输入输出设备编制PLC程序(梯形图或指令代码)
19、通过PC机、GPC或FIT输入程序至PLCYES检查程序有无错误修改程序NOYES运行程序有无错误调整程序 NO程序投入使用图1.3D.PLC是按循环扫描事件,沿梯形图先后顺序执行,在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。(2)语句表语言,类似于汇编语言。(3)逻辑功能图语言,沿用半导体逻辑框图来表达,一般一个运算框表示一个功能,左边画输入、右边画输出。(三) 清洗机的用途特点1.清洗机用途及使用范围本设备是专为啤酒保鲜容器(包括不锈钢、塑料保鲜桶及扎啤桶)的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及CO2备压等全部工序。本设备为倒置清洗方式适
20、用桶的尺寸为高度H360H560,直径250500即容积为5L,10L,20L的标准啤酒桶。主要结构:本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。工作原理:本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。主要工作过程为排残液清水冲洗消毒液冲洗无菌水冲洗CO2备压。2. 啤酒桶简介啤酒桶的结构简图如图1.4所示灌酒时酒液由酒矛(以下简称内圈)注入可减少泡沫的产生以保证酒液内CO2的含量,出酒时可在酒桶顶部安装上置式出酒器由桶内CO2备压将酒压出,也可以在酒桶下部安装下置式(水龙头式)的出酒器。由于出酒器接口并不存在清洗困难的问题且出酒器不在本设计研究
21、范围内,所以啤酒桶结构简图中没有画出下置式出酒器的接口位置。3.清洗特点(1)清洗时,每次清洗液均由内圈注入,由内圈注入可利用清洗液的压力直接冲刷酒桶底部。(2)洗液注满后进行气冲,即内外圈同时充入大量气体使桶内清洗液“沸腾”,用气泡破裂的力量清洗酒桶内壁,排液时内外圈同时排液。为保证酒桶内尽可能不含氧气及不洁净气体,所以气冲时用CO2。(3)为保证出酒压力和酒液品质,最后应进行CO2备压。图1.4 酒桶内胆结构简图二. 机器总体设计方案本机的输出状态为喷嘴射流作业。受酒桶结构限制,清洗其内壁时只能将酒桶倒置于工作台上以便清洗液全部排空。本机可以清洗不同容积的酒桶,标准容积的酒桶出口结构尺寸也
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