【正文】 ical engineering, electronics etc profession craft the equipment39。 全套圖紙，加 153893706 [關(guān) 鍵詞 ] ＰＬＣ 。本機(jī)主要由機(jī)架、電氣控制箱、電磁閥、氣動(dòng)元件、氣沖系統(tǒng)和水路系統(tǒng)組成。該設(shè)備可以自動(dòng)完成清洗消毒及 CO2 備壓等全部工序。而本文討論的是 PLC 在實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。 1 [摘要 ] 可編程控制器 由于其在工業(yè)控制方面的應(yīng)用意義日趨明顯，已在機(jī)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(qiáng)大、使用可靠、維修簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)，并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。 本設(shè)備是專為啤酒桶的清洗、消毒設(shè)計(jì)的。本設(shè)備適用桶的尺寸為高度 H360—H560，直徑Φ 250— Φ 500。本 機(jī)控制單元采用以三菱公司的可編程控制器為核心對(duì)機(jī)器進(jìn)行全過程控制。 管 路系統(tǒng) 。s electricity control the aspect got the extensive application. 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 industry to control the system39。 Piping。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC）。在這時(shí)期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)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)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的 。 而 PLC 正被廣泛的應(yīng)用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。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(jiǎn)稱 這種裝 置為PLC。如圖 所示： 4 圖 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu) （ 1）中央處理單元（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)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) , 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 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)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的 PLC。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 PLC 存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理， 其存 儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。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。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC 的各項(xiàng)功能。 （ A） I/O 映象區(qū) 由于 PLC 投入運(yùn)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)送至相應(yīng)的外設(shè)。一個(gè)開關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（ bit） , 一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（ 16 個(gè) bit)。 （ B） 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)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(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng) PLC 停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。不同類型的 PLC 其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。 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。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 6 （ 3） PLC 電源 PLC 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動(dòng)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。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點(diǎn)說法。多數(shù) PLC 具有 RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 的工作原理 PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 —— 掃描技術(shù)，既輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等，如圖 所示。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。這時(shí)才是 PLC 真正的輸出。 （ 2） 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用 和維 護(hù)方便。 （ 4） 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇 PLC 容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量 2． PLC 編程步驟 具體編制一個(gè) PLC 控制程序的基本步驟如下 (其流程圖見圖 )： 3. PLC 提 供的編程語言 (1) 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點(diǎn) ，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 圖 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。 (3) 邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算框表示 一個(gè)功能 ， 左邊畫輸入、右邊畫輸出。該設(shè)備可以自動(dòng)完成清洗消毒及 CO2 備壓等全部工序。 主要結(jié)構(gòu)：本機(jī)主要由機(jī)架、電氣控制箱、電磁閥、氣動(dòng)元件、氣沖系統(tǒng)和水路系統(tǒng)組成。主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。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(jì)研究范圍內(nèi)，所以啤酒桶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中沒有畫出下置式出酒器的接口位置。 （ 2）洗液注滿后進(jìn)行氣沖，即內(nèi)外圈同時(shí)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(shí)內(nèi)外圈同時(shí)排液。 （ 3）為保證出酒壓力和酒液品質(zhì)，最后應(yīng)進(jìn)行 CO2 備壓。受酒桶結(jié)構(gòu)限制，清洗其內(nèi) 壁時(shí)只能將酒桶倒置于工作臺(tái)上以便清洗液全部排空。所以通過改變各個(gè)控制閥開閉的時(shí)間就可以滿足清洗不同容積的桶的要求。由人體工程學(xué)可知站姿的操作范圍如圖 11 所示。本機(jī)擬一次同時(shí)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(yùn)過多酒桶而產(chǎn)生疲勞感?，F(xiàn)在一般都采用 PLC 進(jìn)行控制。這樣做是考慮到機(jī)器的工作環(huán)境。“結(jié)露”是啤酒廠車間內(nèi)的環(huán)境特點(diǎn)，因此必須考慮電氣元件的防潮。 氣控方式對(duì)環(huán)境要求小，工作壽命長(zhǎng)，價(jià)格低，維護(hù)簡(jiǎn)單，可高速動(dòng)作，操縱距離長(zhǎng)，且本機(jī)所要求的控制壓力低，所以氣控方式適合本機(jī)要求。工人在操作時(shí)應(yīng)較輕松地將酒桶搬至工作臺(tái)和操作各個(gè)開關(guān)，應(yīng)清楚的看到操作面板的工作進(jìn)程顯示，應(yīng)清楚的看到各儀表示數(shù)和個(gè)氣控閥的工作狀態(tài)。各氣控閥布置在工作臺(tái)下方。各電磁閥、電控元件安裝在電氣控制箱內(nèi)。水箱、消毒液箱布置在工作臺(tái)下方，氣控閥后方。本機(jī)只安裝清水和消毒液用電機(jī)，但本機(jī)控制單元扔對(duì)無菌水用電機(jī)進(jìn)行控制。消毒液配方由用戶自定。 12 圖 站姿操作范圍 13 三 機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架是一個(gè)多功能構(gòu)件，是整機(jī)的基礎(chǔ)，要求有足夠的靜動(dòng)剛度，熱變形對(duì)精度的影響盡可能小，原始精度和尺寸的穩(wěn)定性要好，外型美觀，運(yùn)輸安裝方便。在許多情況下，剛度尤為重要。焊接機(jī)架與鑄造機(jī)架相比具有強(qiáng)度高、剛性好、重量輕、生產(chǎn)周期短、施工簡(jiǎn)便的特點(diǎn) .本機(jī)管道內(nèi)流體具有氧化性、腐蝕性，所以機(jī)架、管道等有可能與液體相接觸的部分選不銹鋼 1Cr18Ni9Ti。它是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中用來制造各種金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的一種主要工藝方法。 1. 焊 縫布置 焊縫布置是否合理，直接影響結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。以焊條電弧焊焊縫為例，其中平焊操作最方便，易于保證焊接質(zhì)量，是焊縫位置設(shè)計(jì)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。點(diǎn)焊、縫焊時(shí)，電極要能伸 到待焊位置。設(shè)計(jì)時(shí)若忽略了這些問題，無法施焊。 2. 焊 接方法的選擇 各種焊接方法都有其各自特點(diǎn)及適用范圍，選擇焊接方法時(shí)要根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)形狀及材質(zhì)、焊接質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等，在綜合分 14 析焊件質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和工藝可能性之后，確定最適宜的焊接方法。如點(diǎn)焊、縫焊都適于薄板輕型結(jié)構(gòu)焊接，縫焊才能焊出有密封要求的焊縫。 （ 2）提高生產(chǎn)率，降低成本 如果是位于不同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。 （ 3）焊接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件及工藝可能性 選擇焊接方法時(shí)，要考慮現(xiàn)場(chǎng)是否具有相應(yīng)的焊接設(shè)備，野外施工有沒有電源等。 3. 焊 接接頭 設(shè)計(jì)焊接接頭設(shè)計(jì)包括焊接接頭形式設(shè)計(jì)和坡口形式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)坡口形式主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、焊后變形大小等因素。 （二） 不銹鋼簡(jiǎn)介 不銹鋼是指在大氣、酸、堿或其它化學(xué)侵蝕介質(zhì)中能抵抗氧化和腐蝕的高合金鋼。有許多不銹鋼既能滿足不銹鋼耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性能的要求，也能滿足耐熱鋼熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性的要求，因此也可列入耐熱鋼范疇，例如，１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ、１Ｃｒ１３、２Ｃｒ１３鋼等。 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。其中，１８－８型鋼主要用作不銹鋼，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型鋼主要用作熱穩(wěn)定鋼。 15 而高鉻錳氮鋼則主要用作不銹鋼。但是，當(dāng)焊接工藝制定不當(dāng)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些問題。最常見的是在焊縫金屬中產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，有時(shí)在近縫區(qū)也會(huì)產(chǎn)生液化裂紋。 ２ 焊接接頭有可能產(chǎn)生 兩種腐蝕問題： （１）晶間腐蝕 焊接接頭有三個(gè)部位有可能產(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）。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型鋼以后，焊縫又經(jīng)受了６００～１０００176。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)中加熱溫度達(dá)到６００～１０００176。 （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情況下，接頭處很容易產(chǎn)生較大的焊接殘余拉伸應(yīng)力，因而在與鋼材匹配的介質(zhì)共同作用下容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。有資料表明，焊接接頭過熱區(qū)對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂最為敏感。如果用作工作在室溫或３５０176。但是，如果焊接工藝制定不當(dāng)，則可能產(chǎn)生高溫脆化問題和低溫脆化問題。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)。 16 （２）低溫脆化 試驗(yàn)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，而且也能引起低溫脆化，δ相數(shù)量越多，低溫脆化越嚴(yán)重。實(shí)際上即使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。但是，當(dāng)焊件剛性極大的情況下，為了避免裂紋產(chǎn)生，有時(shí)不得不進(jìn)行焊前預(yù)熱。熱處理方式主要有兩種：固溶處理和穩(wěn)定化處理。其方法是將焊件均勻地加熱到１０５０～１１５０176。原則上只能整體加熱，不能局部加熱。Ｃ，一般保溫２ｈ后空冷。這種方法同時(shí)也能起 到降低焊接殘余應(yīng)力的作用。 機(jī)架危險(xiǎn)部分的校核 : 在機(jī)架的結(jié)構(gòu)中，主要受力部分為臺(tái)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(duì)酒桶的夾緊力，承受的沖擊為安放酒桶時(shí)酒桶對(duì)清洗頭的沖擊。此外臺(tái)面還要承受其他外力，如工人扶住臺(tái)面時(shí)，臺(tái)面要承受人的壓力。根據(jù)設(shè)計(jì)，兩部件均可視為懸臂梁。 對(duì)臺(tái)面的分析如下： 臺(tái)面為整張不銹鋼板，正常工作時(shí)幾乎不受力，當(dāng)其下