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1、洗瓶机毕业论文洗瓶机毕业论文 洗瓶机毕业论文 PLC 在洗瓶机控制系统中的应用 目 录 摘 要 . 4 第一章 绪论 1 .1问题的提出 . 5 1.2洗瓶机的发展趋势 . 5 1.3研究现状 . 6 1.4本课题研究的主要内容 . 7 1.5设计的技术要求及指标 . 8 第二章 PLC的概述 2.11PLC的工作作用 . 8 2.12PLC的工作原理 . 9 2.13PLC的功能特点 . 10 2.14PLC的设计步骤 . 11 1 洗瓶机毕业论文 2.15PLC的应用领域. 12 2.16PLC的未来发展前景 . 13 2.21梯形图特点 . 13 2.22梯形图的绘制 . 13 第三章设
2、计方案的确立 3.1送瓶机构 . 14 3.2洗瓶机构 . 16 3.3洗瓶机构方案的确定 . 17 3.4驱动电机 . 18 3.5驱动电机的确定 . 19 第四章洗瓶机的控制系统 4.1洗瓶机的总体结构组成 . 19 4.2洗瓶机工作流程 . 19 4.3洗瓶机的主要技术参数 . 20 4.4洗瓶机的元器件设备表 . 20 4.5各机构的控制 . 21 第五章 硬件的选择 5.1I/O口的估算 . 23 5.2系统的硬件组成 . 23 第六章洗瓶机的软件设计 6.1主要电路图 . 24 6.2PLC的外部接线 . 24 6.3洗瓶机设计要求 . 25 6.4瓶机的控制系统软件编程 . 27
3、 第七章 软件仿真 7.1洗瓶机的软件仿真 . 31 参考文献 . 34 可编程控制器介绍 . 35 2 洗瓶机毕业论文 致谢 . 38 摘要 洗瓶机是灌装生产线上生产成本很高的机组之一,同时,洗瓶是啤酒工艺流程中不可缺少的重要的一环,洗瓶机运行是否可靠,瓶子的洗净是否达到工艺要求将直影响到生产成本和啤酒的质量,所以洗瓶机的稳定性、抗干扰性和工作效率对啤酒生产厂家而言是非常重要的。本课题主要研究如何升级工作了十多年来洗瓶机控制系统,使其系统运行稳定同时满足生产需要,实用性强,降低故障时间,提高生产效率。本课题通过分析洗瓶机旧控制系统存在的不稳定性与操作复杂性,在洗瓶机原有的机械结构不变的情况下
4、,基本保持各控制柜的接 3 洗瓶机毕业论文 线不变,将原来简单的操作指示面板升级为触摸屏面板,便于系统信息直观化和操作员操作。本课题设计的控制系统具有高效、稳定、实用性强、操作简单、查阅程序方便和抗干扰等特点。 关键字:洗瓶机;触摸屏面板;稳定 4 洗瓶机毕业论文 第一章绪论 1.1 问题的提出 随着社会经济的发展,玻璃瓶作为一种经济实用的液体承载器皿开始在人们生活中大量出现。无论啤酒、白酒等酒类,还是醋、酱油等调味品,抑或输液瓶药品瓶等,到处都是玻璃瓶的身影。为了节约能源、降低成本,大多数企业都进行旧瓶的回收利用。这里就不得不面临一个问题,就是玻璃瓶的清洗。而本文主要着力设计一种自动洗瓶机,
5、以解决这些瓶子在回收利用时的清洗问题。传统的方式主要是靠人工来清洗,但人工清洗效率较低且需要较多的劳动力资源,既不利于连续生产,也加大了企业的劳动力成本,这无疑是企业所无法接受的。“组合式洗瓶机”主要从其送瓶机构、洗外瓶机构、出瓶机构的装置进行创意设计。初步拟定以一条流水线的形式,完成清洗子的整个过程。在论文当中,会较详细地对“组合式洗瓶机”的创意来源、造型设计,机构仿真及分析等方面进行阐述,力求做到“论述有力性,设计实用性”。因为无论是盛装饮品或者药品,都要求瓶子的清洁卫生。传统的生产当然主要是靠人工来清洗,但人工清洗效率较低且需要较多的劳动力资源,既不利于连续生产,也加大了企业的劳动力成本
6、,这无疑是企业所无法接受的。 现代大型企业一般多采用超声波式、回转式、组合式等大型洗瓶设备,这些设备技术先进,生产效率高且洗瓶效果好,但是价格昂贵,产品维修困难,对于一些起步阶段的民营企业、小企业甚至作坊式企业来说,并不是理想的选择。因此,我们迫切需要一种产品,既能快速高效地完成一整套洗瓶过程,又不需要一些复杂易损的高科技设备,价格低廉、能为广大初级用户所接受,成为他们提高生产效率的可靠助手,这也是我们设计的出发点。 1.2 洗瓶机的发展趋势 国外研究的现状目前,国外的洗瓶机(下文将称为“引用机”)应用了光电、电气保护,光电传感检测,变频无级调速,可编程序控制等新技术。机、电、仪一体化程度高,
7、结构紧凑、合理,材质选用均衡得当,使用安全可靠,有利于GMP 5 洗瓶机毕业论文 的实施。但是引用机的洗瓶工艺对大部分国产玻璃而言,目前尚不适用,其清洗效果不理想,主要原因是被洗玻璃瓶的污染较重;其次是机器只用蒸馏水冲洗玻璃瓶内外,因而从目前的国情来看,国内普遍使用还需有一个过程。国内发展的现状,国内输液生产厂使用的洗瓶机机型较多,且各有特点,综观有以下几类: 转盘式:该机是半机械、半手工型的洗瓶机,机型落后,目前只有少数医院制剂室尚在使用。 履片式洗瓶机:该机采用履片间隙移动,前后各有二对气动机械手装卸玻璃瓶,使玻璃瓶在洗涤的各工位中瓶口始终朝下,以利洗瓶的洁净效果。不足之处是粗、精洗不能隔
8、离,生产能力较低,且调试有一定的难度,已逐步淘汰。 滚筒式洗瓶机:该机的特点是洗瓶工艺成熟,生产能力适合我国国情,并适用酸、碱洗二种工艺。洗瓶效果比较可靠,机器结果简易,制造、调试方便,粗、精洗可以分离,是国外大型履带瓶托式洗瓶机的一种雏形。其不足处是对玻璃瓶几何尺寸要求较严,在目前国内玻璃瓶外形尺寸的实际情况下,还需使用单位逐一摸索调整;其次是每道洗涤工序后,在玻璃瓶内有微量残留液。 厢式异端进出瓶洗瓶机:该机自动化程度高,集碱液、热水、毛刷、蒸馏水等清洗功能于一体,能自动连续进行洗瓶作业,该机结合输液生产GMP 的要求,是进瓶和出瓶分别在厢体的两端进行,防止交叉污染。 1.3 研究现状 目
9、前,我国洗瓶机市场上主要是仿博世公司的立式洗瓶机占主导地位,另外卧式滚筒式洗瓶机也占有一定地位,这两种洗瓶方式的竞争也反映了目前我国洗瓶机业界的基本状况。卧式滚筒式超声波洗瓶机目前的设计生产能力最大22000 瓶爪,但在清洗20ml 的大规格安瓶瓶时,滚筒式洗瓶机只有8000 瓶/h,产量有待提高。另外,清洗瓶内壁的喷针为循环水、注射用水、压缩空气共用喷针,因而有介质交叉污染,且在运转过程中喷针必须从未经过滤的水中通过,造成直接污染。滚筒式喷针与喷嘴之间有间隙(原理上决定),水气管路不连续,因而不仅水气有损失(约20%),而且压力也有损失(约40%),水、气耗量大,不仅浪费能源,而且同样条件下
10、,达不到最佳清洗效果。 6 洗瓶机毕业论文 图1 卧式超声波洗瓶机 相比之下,采用博世最新技术的立式超声波洗瓶机,设计生产能力为24000瓶爪。尤其对大规格瓶子,比滚筒式洗瓶机提高50%。且它的循环水、注射用水和压缩空气采用独立喷针和管路系统,避免了介质交叉污染。另外,规格件少更换规格方便,喷针数量少(36 根),水、气管路短,便于清洗和更换备件,喷针与瓶内壁无磨擦,减少玻屑和金属微粒的产生,同时能有效降低瓶口的破损。 图2 立式超声波洗机 总之,国内洗瓶机行业的竞争也代表了整个洗瓶机行业技术的发展趋势,即朝着大规模一体化的方向发展。不过,这些先进的技术目前仍然只能应用于高端领域,对一些小型企
11、业的作用不大。 1.4 本课题研究的主要内容 本课题需研制出可靠性高、易于操作的洗瓶机控制方法,该系统采用PLC控制,主要包括电动机调速控制、进出瓶控制、瓶子浸泡喷淋控制、工作槽温度与浓度控制等。 研究的具体内容包括: 了解洗瓶机的由来、发展前景、结构及控制要求; 了解PLC 的工作原理、运用及发展前景等; 7 洗瓶机毕业论文 控制系统设计:PLC 的选择,设计方案确立,各模块介绍,软件设机; 对编写好的编译程序进行计算机仿真; 对此次设计进行总结。 1.5 设计的技术要求及指标 为了实现上文所述的功能,我们所设计的洗瓶机必须能够实现: 采用可编程序控制器S7-200 作为控制核心和硬件平台。
12、 能够实现连续动作,各部分衔接紧密; 在完成要求动作的前提下,各部分结构应尽量简单,以节约成本; 保护设置,为了使洗瓶机安全、可靠、稳定地运行,必须对洗瓶机进行相关的保护措施。可设置电机过压、过流、过载、接地等保护措施。 第二章PLC 概述 2.1 PLC 的工作原理及应用 2.1.1 PLC 的基本结构 可编程逻辑控制器,它采用一类可编程的存储器,用于内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为: 电源:可编程逻
13、辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此,可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。 中央处理单元(CPU):中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收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,并能诊断用户程 8 洗瓶机毕业论文 序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分
14、别存入I/O 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数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,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。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性,近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU 构成冗余系统,或采用三CPU 的表决式系统。这样,即使某个CPU 出现故障,整个系统仍能正常运行。 存储器: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用户程序存储器。 输入输出接口电路:1现场输入接口电路由光耦合电路和
15、微机的输入接口电路,作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 功能模块:如计数、定位等功能模块。 通信模块。 图3 PLC 控制系统的硬件组成框图 2.1.2 PLC 的工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,可编程逻辑控 9 洗瓶机毕业论文 制器,即输入采样、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一个扫描周期。在整个运行期间,可编程逻辑控制器的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样
16、阶段:在输入采样阶段,可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O 映象区中的相应的单元内。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,即使输入状态和数据发生变化,I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号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。 用户程序执行阶段:在用户程序执行阶段,可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行
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