【正文】 (1)分解被控對象或機器 把要控制的對象或機器分解成相互獨立的部分，這些分解將影響功能描述及資源的分配。 MB1~MB4 為控制前后擋桿伸出或收回的電磁閥，MB11~MB16 為控制灌裝關(guān)斷的電磁閥。輸入有 兩個光電傳感器，用來計空瓶數(shù)和滿瓶數(shù)。 電磁閥 的選型 國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類 （即：直動式、分步直動式、先導(dǎo)式），而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類（直動膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、 直動活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu) ） 。 光電傳感器 的選型 本設(shè)計采用的是歐姆龍的光電傳感器（光電開關(guān)）， 型號為 E3JK5M3， 直流正負(fù) 12~240V，交流 24~240V。 接觸器的選型有諸多因素外與負(fù)載密切相關(guān)一般三相異步電機的起動電流為 額定電流的 35 倍。 18 根據(jù)三個電動機的額定電流，選擇斷路器 QA0 QA0 QA04 的型號 為DZ4763C16。 如表 33所示 。當(dāng)噴口下壓到下限位時，噴口下限位行程開關(guān)打向另一側(cè)，使 PLC 傳輸信號給噴口上的電磁閥，電磁閥開通，橢圓齒輪流量計開始計流量，噴口開始注水。 傳送帶電機 聯(lián)軸器的選擇 傳送帶電機 轉(zhuǎn)子直徑為 28mm，所以根據(jù)所傳送的轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速，從聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)件中選取聯(lián)軸器型號： GY4，其主要參數(shù)： 軸孔直徑： 28mm； 軸孔長度： 62mm； 許用轉(zhuǎn)矩： ； 許用轉(zhuǎn)速： 9500r/min； 轉(zhuǎn)動慣量： ； 絲杠 電機 聯(lián)軸器的選擇 絲杠電機轉(zhuǎn)子直徑為 8mm，所以根據(jù)所傳送的轉(zhuǎn) 矩、軸徑及轉(zhuǎn)速，從聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)件中選取聯(lián)軸器型號： NL1，其主要參數(shù)： 軸孔直徑： 8mm； 軸孔長度： 23mm； 公稱扭矩 ： ； 許用轉(zhuǎn)速： 6000r/min； 灌裝機儲液箱的尺寸確定 儲液箱的長寬高尺寸是根據(jù) 儲液箱的有效容積來確定，它的長寬高按 1:1:1或 1:2:3 結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)熱和散熱及熱平衡原則來計算，因為系統(tǒng)發(fā)熱少，所以無需熱平衡校核。 一般總變形量?不應(yīng)大于規(guī)定精度的一半 ，本產(chǎn)品精度不大，所以絲杠夠用。 再由式 (28)計算得 C=31080 **115==。 2）傳送帶電機的校核 該電機的啟動時間為 ，則電機轉(zhuǎn)軸上所受的轉(zhuǎn)矩為： M= J0*(2π n)/(60t)=(***102)/(60*)= 以 M 乘以一個系數(shù) K，即以 KM來初選電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，取 K=4，則 傳送帶電機的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax為： Tjmax=4M=*4= 所選電機最大靜轉(zhuǎn)矩為 ，滿足要求。 取傳送帶兩滾筒軸間的間距為 2m，平均 100mm 放一個瓶子，每一個瓶子容量為 ， 質(zhì) 量為 。顯然快速上升時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大。 圖 21 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 電機的選擇 絲 杠 電機的選擇 1） 絲杠 電機轉(zhuǎn)軸上總轉(zhuǎn)動慣量 Jeq的計算 加在絲杠電機 轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 Jeq 是進給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之 一，它對選擇電機具有主要意義。當(dāng) 噴口 下壓到下限位時，噴口下限位行程開關(guān)打向另一側(cè)，使 PLC 傳輸信號給噴口上的電磁閥， 電磁閥開通 ，橢圓齒輪流量計 開始計流量，噴口開始注水。 另外，還必須有編程器 —— 將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)。 設(shè)計要求： 畢業(yè)設(shè)計（論文）由學(xué)生本人獨立完成。在恒壓儲液罐灌液不封，里面有上限液位和下線液位傳感器，它們淹沒時是 1 狀態(tài)。提高包裝機械自動化程度的目的：一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是為了提高包裝機械完成復(fù)雜動作的能力。這些方式存在一些缺點。工業(yè)自動化系統(tǒng)已經(jīng)從單機的 PLC控制發(fā)展到多 PLC及人機界面 （ HMI， Human Machine Interface）的網(wǎng)絡(luò)控制。 鑒于此，設(shè)計者利用 PLC的功能和特點設(shè)計出了一款飲料灌裝生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng) 。 在飲料行業(yè)，自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式是推廣的最普及的一種生產(chǎn)模式，它促使灌裝的速度 大幅提升，同時也使得灌裝精度更高，給企業(yè)帶來了不可小覷的 生產(chǎn)力。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)過程的自動控制和信息通訊提出了更高的要求。 早期的灌裝生產(chǎn)流水線大多數(shù)采用容積泵式、蠕動泵式作為計量方式。幾年前，自動化技 術(shù)只占包裝機械設(shè)計的 30%，現(xiàn)在已占 50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計和機電一體化控制。 飲料灌裝裝置主要包括兩部分：恒壓儲液罐灌液和計數(shù)部分。設(shè)計電控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)，完成機械結(jié)構(gòu)圖 、電氣原理圖和控制程序設(shè)計。 PLC 的基本組成 PLC 的基本組成可歸為四大部件： 1．中央處理單元（ CPU板） —— 控制器的核心； 4 2. 輸入部件 —— 連接現(xiàn)場設(shè)備與 CPU之間的接口電路； 3. 輸出部件 —— 送出 PLC 運算后得出的控制信息； 4. 電源部件 —— 為 PLC 內(nèi)部電路提供能源。此時 PLC傳輸信號給絲 杠 電機，絲 杠 電機帶動絲 杠 使噴口向下運動。其下方設(shè)置一條滾動的帶傳動設(shè)備，使飲料瓶能隨皮帶到達(dá)灌裝口。 通常考慮兩種情況： 一種是快速上升，另一種是快速下降。 10 傳送帶電機的選擇 1）傳送帶電機的初 選 若 傳送帶滾筒直徑 D=70mm，左右滾筒用 45鋼實心柱型，滾筒長約100mm(支撐 部分不包含在內(nèi) )，已知 45鋼的密度為ρ =。 總轉(zhuǎn)動慣量 J0= J1+ J2+ J3=++=。滾珠絲杠的 最大動載荷 C 可用 以下公式計算： C=3L *fm*Fm (28) 式中： L—— 滾珠絲杠副的 工作 壽命，單位為 106r； fm—— 運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)， 無沖擊狀態(tài)取 1~，一般狀態(tài) 取 ~， 有沖擊振動取 ~，此處取 fm=； Fm—— 滾珠絲杠副最大工作載荷 ，單位為 N； 其中 ： L=60nt/106 (29) 式中： n—— 絲杠轉(zhuǎn)速， n=1000v/L0(v 為最大載荷下的進給速度，可取最高速度的 1/3~1/2； L0為 絲杠的基本導(dǎo)程，單位為 mm)， 計算時，可根據(jù)快進速度 vmax 和絲杠最大轉(zhuǎn)速 nmax 初選一個數(shù)值(L0=1000vmax/nmax)， 待剛度驗算后再確定 ； t—— 額定使用壽命， 單位為 h，可取 t=15000h； 將以上數(shù)值代入式 (29)得 L=60*(1000*6/)*15000/106=1080(106r)。 絲杠總變形量? =? 1+? 2。 滾筒 滾動軸承的選擇 綜前所述 ，選用角接觸軸承，選軸承 GB/T 2921994，角接觸軸承 7004AC，其主要參數(shù)： 內(nèi)徑： 20mm； 外徑： 42mm； 寬： 12mm； 極限轉(zhuǎn)速： 19000r/min； 基本額定動載荷： ； 基本額定靜 載荷： ； 14 聯(lián)軸器 的選擇 聯(lián)軸器的選用，首先按工作條件選則合適的類型 ，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速查有關(guān)手冊選擇尺寸。此時 PLC傳輸信號給絲杠電機，絲杠電機帶動絲杠使噴口向下運動。參照西門子S7200 產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機 CPU226 AC/DC/繼電器 。 吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過吹弧拉長電弧加強帶電粒子的復(fù)合和擴散，同時把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強度。 2）直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。如表 33 所示 。因而，要經(jīng)常注意觀察，并定期拆下進行檢查，若條件允許最好定期進行標(biāo)定。設(shè)有電磁閥作為各種狀態(tài)的輸出，電磁閥的數(shù)量為 10 個。電磁閥不能直接連在 PLC 上，應(yīng) 該使用中間繼電器來實現(xiàn)。 進行 PLC 控制邏輯程序設(shè)計應(yīng)遵循以下幾個基本步驟。 (6)建立符號名表 如果選擇了符號名尋址，需要對絕對地址建立一個符號名表。梯形圖用圖形符號表示的指令包括三個基本形式：觸點 — 代表邏輯“輸入”條件，例如，開關(guān)，按鈕，內(nèi)部條件等；線圈 — 通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，例如，燈，電機啟動器，中間繼電器，內(nèi)部輸出條件 25 等；盒 — 代表附加指令，例如，定時器，計數(shù)器或數(shù)學(xué)運算指令。 啟動機器，后攔截桿收回，傳送帶將瓶子往前移，移 至后光電傳感器下端時，后光電傳感器自動計數(shù)。當(dāng)計數(shù)至 6 個時，前光電傳感器傳輸信號給 PLC， PLC 控制前攔截桿伸出，后攔截桿收回，前光電傳感器清零，后光電傳感器繼續(xù)計數(shù)，而后往復(fù)循環(huán)。此時 PLC 傳輸信號給絲杠電機，絲杠電機帶動絲杠使噴口向下運動。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用 PLC 上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接 PLC 實 際的負(fù)載 (如接觸器、電磁閥等 )。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是自己所學(xué)知識的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間完成的最大的項目。這次畢業(yè)設(shè)計對我的以后工作都有著重要意義。感恩之情難以用語言量度，謹(jǐn)以最樸實的話語致以最崇高的敬意。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，過去四年中學(xué)過的東西如機械設(shè)計、機械原理、機械制造 技術(shù)基礎(chǔ) 、機械制圖 、現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù) 等得到了復(fù)習(xí)和鞏固。在整個過程中遇到了許多未接觸過的知識，全都需要自己查閱資料，自我學(xué)習(xí)，感覺自己學(xué)習(xí)到了很多新東西。發(fā) 現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和 PLC 中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。圖中為 1 號流量計控制程序，其他流量計控制程序與其類似。 傳送帶將瓶子往前移，移至后光電傳感器下端時，后光電傳感器自動計數(shù)。當(dāng)噴口下壓到下限位時，噴口下限位行程開關(guān)打向另一側(cè)，使PLC 傳輸信號給噴口上的電磁閥，電磁閥開通，橢圓齒輪流量計開始計流量，噴口開始注水。程序邏輯 由這些盒指令之間的連接決定。 IEC 指令集不提供語句表編輯器。當(dāng)不希望的或不正確的機器操作會造成人身傷害或嚴(yán)重的財產(chǎn)損失時，應(yīng)該 24 考慮采用和 CPU獨立的機電冗余 來防止不安全的操作?？刂葡到y(tǒng)選用 CPU226 作為主電路板來驅(qū)動整個電路。 QA03 的閉合與否可由啟動按鈕和停止按鈕控制，也可由自動運行過程中 PLC 說給的相應(yīng)型號來控制。如表 33 所示。 流量計的選型 根據(jù)系統(tǒng)整體要求，選用橢圓齒輪流量計，型號為 LWGY。 行程開關(guān) 的選型 行程開關(guān)又稱限位開關(guān)或 位置開關(guān) 。通用接觸器可大致分以下兩類。）也就是說短路跳閘而電機啟動電流是可以避開的。此后 PLC 控制傳送帶電機帶動傳動帶，前攔截桿收回，瓶子移動，前光電傳感器開始計滿瓶數(shù)。 15 制系 統(tǒng) 硬件 設(shè)計 總體方案分析 本次自動飲料灌裝系統(tǒng) 生產(chǎn)線是根據(jù)六口自動飲料灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線的原理來設(shè)計的，其工作流程及原理如下： 首先，人工將飲料瓶放置在自動化生產(chǎn)線上（自動化生產(chǎn)線的寬度僅夠一個瓶身通過，且兩端空隙不超過 2 毫米，瓶與瓶之間無空隙，傳送帶前后端各有一鐵桿攔住所有瓶子，并且兩端各有一光電傳感器計瓶數(shù)）。 13 絲杠滾動軸承的選擇 由于 絲杠滾動軸承主要受軸向力，所以選擇角接觸軸承。 軸向變形主要包括絲 杠 的拉伸 或壓縮變形、絲杠與螺母之間 滾道 的接觸 變形 等。 由 圖 12 可知，絲杠 只受進給方向載荷F=G=100N。 若此時加上支撐部分的質(zhì)量，則總質(zhì)量為 。 由式 (24)可知， 移動部件運動時，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： Tf=(F 摩 *Ph)/( 2πη i)=(15*)/(2***2)= 滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩： T0=(FYJ*Ph)(1η 02)/( 2πη i) (26) 式中： FYJ—— 滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷 FM 的 1/3，單位為 N； η 0—— 滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取η 0=； 由于滾珠絲杠副的傳動效率很高， 所以有式 (26)算出的 T0 值很小， 與 Tamax和 Tf 比起來，通?？梢院雎圆挥嫛? 8 算得各零部件的轉(zhuǎn)動慣量如下：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 Js=，滑塊折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量 Jw=。 此后 PLC 控制傳送帶電機帶動傳動帶，前攔截桿收回，瓶子移動，前 光電傳感器開始計滿瓶數(shù)。從應(yīng)用類型 來 看， PLC 的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個方面： 總體方案設(shè)計 本次自動飲料灌裝系統(tǒng) 生產(chǎn)線是根據(jù)六口自動飲料 灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線 的原理來設(shè)計的，其工作流程及原理如下： 首先，人工將飲料瓶放置在自動化生產(chǎn)線上（自動化生產(chǎn)線的寬度 僅夠一個瓶身通過，且兩端空隙不超過 2 毫米，瓶與瓶之間無空隙 ，傳送帶前后端各有一鐵桿攔住所有瓶子 ，并且兩端各有一光電傳感器計瓶數(shù) ） 。 4) 精度： 5mL 相關(guān)預(yù)備知識 PLC 的定義 可編程控制器，簡稱 PLC（ Program