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啤酒
清洗
設計
PLC
控制
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啤酒桶清洗機的設計及PLC控制,啤酒,清洗,設計,PLC,控制
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摘要 可編程控制器由于其在工業控制方面的應用意義日趨明顯，已在機械制造、發電、化工、電子等行業工藝設備的電氣控制方面得到了廣泛的應用。它具有功能強大、使用可靠、維修簡單等許多優點，并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。而本文討論的是PLC在實際工業控制系統的應用。本設備是專為啤酒桶的清洗、消毒設計的。該設備可以自動完成清洗消毒及CO2備壓等全部工序。本設備適用桶的尺寸為高度H360H560，直徑250500。本機主要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣沖系統和水路系統組成。本機控制單元采用以三菱公司的可編程控制器為核心對機器進行全過程控制。關鍵詞; 管路系統; 清洗機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 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 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 360560.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 錄59一. 前言3（一） PLC技術基本原理3（二） PLC控制程序設計7（三） 清洗機的用途特點9二 機器總體設計方案10三 機架的設計13四 管路的設計21（一） 管路的設計21（二） 清洗頭的設計21（三） 器件的選型23五 電路的設計29（一） 電路的設計29（二） 器件的選型35六 PLC程序的設計38（一） I/O點分配表38（二） 流程圖39(三) 梯形圖40(四) 語句表44七. 結論47八. 致謝48九. 參考文獻49十. 附錄:英譯漢50一. 前言(一) PLC技術基本原理1. PLC的發展歷程在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30%-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。而對于傳統的繼電器電路來說，它難以實現復雜邏輯功能的和數字式控制，而且要實現一定規模的邏輯控制功能不僅設計繁瑣，難以實現升級，而且易發故障，維修復雜，現在已被大中型設備的控制系統所拋棄。而PLC正被廣泛的應用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著科學技術不斷的飛躍發展，PLC也不斷得到完善和強大，同時它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯網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，不過我們還是習慣簡稱這種裝置為PLC。2.PLC的體系結構PLC實質上是一種被專用于工業控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一致的。如圖1.1所示：電源編程器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統程序存儲區用戶程序存儲區圖1.1 PLC硬件的基本結構（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系統程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據，檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能檢查用戶程序的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接受現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區, 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算術運算等任務。并將邏輯或算術運算等結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢以后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行為止。（2）存儲器與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構成一臺完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統軟件和應用軟件。存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為應用程序存儲器。PLC存儲空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據PLC的工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區域：系統程序存儲區，系統RAM存儲區（包括I/O映象區和系統軟設備等）和用戶程序存儲區。A. 系統程序存儲區在系統程序存儲區中存放著相當于計算機操作系統的系統程序。它包括監控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該PLC的各項功能。B. 系統RAM存儲區系統RAM存儲區包括I/O映象區以及各類軟設備（例如：邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）存儲區。（A）I/O映象區由于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和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態和數據送至相應的外設。因此，它需要有一定數量的存儲單元（RAM）以供存放I/O的狀態和數據，這些存儲單元稱作I/O映象區。一個開關量I/O占用存儲單元中的一個位（bit）, 一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字（16個bit)。因此，整個I/O映象區可看作由開關量的I/O映象區和模擬量的I/O映象區兩部分組成。（B）系統軟設備存儲區除了I/O映象區以外，系統 RAM存儲區還包括PLC內部各類軟設備（邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）的存儲區。該存儲區又分為具有失電保持的存儲區域和無失電保持的存儲區域，前者在PLC斷電時，由內部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內的數據得以保留；后者當PLC停止運行時，將這部分存儲單元內的數據全部置“零”。C 用戶程序存儲區 用戶程序存儲區存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲容量各不相同，一般來說，隨著PLC機型增大其存儲容量也相應增大。不過對于新型的PLC，其存儲容量可根據用戶的需要而改變。D常用的I/O分類常用的I/O分類如下：開關量：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，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受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限制。（3）PLC電源PLC電源在整個系統中起著十分重要的作用。無論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對PLC內部的所有器件提供一個穩定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網上去。3PLC的通信聯網依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網絡就是控制器的觀點說法。PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。PLC的通信現在主要采用通過多點接口（MPI）的數據通訊、PROFIBUS 或工業以太網進行聯網。 4.PLC的工作原理PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術，既輸入采樣，用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作為一個掃描周期。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等，如圖1.2所示。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用戶程序執行圖1.2 PLC的掃描運行方式（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據和狀態，并將它們存入I/O映象區的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數據和狀態發生變化，I/O映象區的相應單元的數據和狀態也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執行階段在用戶程序執行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順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RAM存儲區中對應位的狀態。或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。例如：算術運算、數據處理、數據傳達等。（3）輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區內對應的數據和狀態刷新所有的數據鎖存電路，再經輸出電路驅動響應的外設。這時才是PLC真正的輸出。（二）PLC控制程序設計1. PLC控制系統的設計基本原則（1） 最大限度的滿足被控對象的控制要求。（2） 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用和維 護方便。（3） 保證控制系統安全可靠。（4） 考慮到生產的發展和工藝的改進在選擇PLC容量時應適當留有余量2PLC編程步驟具體編制一個PLC控制程序的基本步驟如下(其流程圖見圖1.3)：3. PLC提供的編程語言(1) 標準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A.它是一種圖形語言，沿用傳統控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯等術語和一些圖形符號構成，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輸入點接的開關也可以是PLC內部繼電器的接點或內部寄存器、計數器等的狀態。C.梯形圖中的接點可以任意串、并聯，但線圈只能并聯不能串聯。內部繼電器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供CPU內部使用。確定系統必須完成的各項任務及其順序將PLC的I/O位分配給輸入輸出設備編制PLC程序（梯形圖或指令代碼）通過PC機、GPC或FIT輸入程序至PLCYES檢查程序有無錯誤修改程序NOYES運行程序有無錯誤調整程序 NO程序投入使用圖1.3D.PLC是按循環掃描事件，沿梯形圖先后順序執行，在同一掃描周期中的結果留在輸出狀態暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當做條件使用。(2)語句表語言，類似于匯編語言。(3)邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。(三) 清洗機的用途特點1.清洗機用途及使用范圍本設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、消毒設計的。該設備可以自動完成清洗消毒及CO2備壓等全部工序。本設備為倒置清洗方式適用桶的尺寸為高度H360H560，直徑250500即容積為5L，10L，20L的標準啤酒桶。主要結構：本機主要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣沖系統和水路系統組成。工作原理：本機控制單元采用以三菱公司的可編程控制器為核心對機器進行全過程控制。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。2. 啤酒桶簡介啤酒桶的結構簡圖如圖1.4所示灌酒時酒液由酒矛（以下簡稱內圈）注入可減少泡沫的產生以保證酒液內CO2的含量，出酒時可在酒桶頂部安裝上置式出酒器由桶內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計研究范圍內，所以啤酒桶結構簡圖中沒有畫出下置式出酒器的接口位置。3.清洗特點（1）清洗時，每次清洗液均由內圈注入，由內圈注入可利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，即內外圈同時充入大量氣體使桶內清洗液“沸騰”，用氣泡破裂的力量清洗酒桶內壁，排液時內外圈同時排液。為保證酒桶內盡可能不含氧氣及不潔凈氣體，所以氣沖時用CO2。（3）為保證出酒壓力和酒液品質，最后應進行CO2備壓。圖1.4 酒桶內膽結構簡圖二. 機器總體設計方案本機的輸出狀態為噴嘴射流作業。受酒桶結構限制，清洗其內壁時只能將酒桶倒置于工作臺上以便清洗液全部排空。本機可以清洗不同容積的酒桶，標準容積的酒桶出口結構尺寸也都是一樣的，所以在充入液體或氣體壓力一定的情況下，注滿的時間不同。所以通過改變各個控制閥開閉的時間就可以滿足清洗不同容積的桶的要求。本機由一個工人站立操作。由人體工程學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，按啟動開關機器自動運行，整個清洗完成后再將酒桶搬下。本機擬一次同時清洗兩只酒桶，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生疲勞感。由于本機的輸出狀態為噴嘴射流作業，這就要求控制系統要對流體進行有效控制。現在一般都采用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境。應用本機的單位是各啤酒廠。“結露”是啤酒廠車間內的環境特點，因此必須考慮電氣元件的防潮。如果直接用電磁閥控制主管路，則難于對電磁閥進行保護。氣控方式對環境要求小，工作壽命長，價格低，維護簡單，可高速動作，操縱距離長，且本機所要求的控制壓力低，所以氣控方式適合本機要求。本機主要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣路系統和水路系統。工人在操作時應較輕松地將酒桶搬至工作臺和操作各個開關，應清楚的看到操作面板的工作進程顯示，應清楚的看到各儀表示數和個氣控閥的工作狀態。所以本機結構初步安排為總高2000mm，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。用氣缸對酒桶夾緊，氣缸布置在酒桶頂端控制箱兩側。水箱、消毒液箱布置在工作臺下方，氣控閥后方。由于對無菌水的保存使用有特殊要求所以無菌水箱由用戶自備，其電機和無菌水泵在現場布置安裝。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。消毒液配方由用戶自定。本機工作能力為30100桶/小時。圖1.5 站姿操作范圍三 機架的設計機架是一個多功能構件，是整機的基礎，要求有足夠的靜動剛度，熱變形對精度的影響盡可能小，原始精度和尺寸的穩定性要好，外型美觀，運輸安裝方便。在這些要求當中，強度和剛度是機架的基本技術指標。在許多情況下，剛度尤為重要。本機為單件小批量生產，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、生產周期短、施工簡便的特點.本機管道內流體具有氧化性、腐蝕性，所以機架、管道等有可能與液體相接觸的部分選不銹鋼1Cr18Ni9Ti。（一） 焊接簡介焊接是指利用加熱或熱加壓，或兩者并用的方法，使分離的金屬零件形成原子間的結合的一種加工方法。它是現代工業生產中用來制造各種金屬結構和機械零件的一種主要工藝方法。焊接結構工藝設計焊接結構件種類各式各樣，在其材料確定以后，對焊接結構件進行工藝設計主要包括三方面內容：焊縫布置、焊接方法選擇和焊接接頭設計等。1. 焊縫布置焊縫布置是否合理，直接影響結構件的焊接質量和生產率。因此，設計焊縫位置時應考慮下列原則： （1）焊縫應盡量處于平焊位置各種位置的焊縫，其操作難度不同。以焊條電弧焊焊縫為例，其中平焊操作最方便，易于保證焊接質量，是焊縫位置設計中的首選方案，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存放焊劑。設計時若忽略了這些問題，無法施焊。（3）焊縫布置要有利于減少焊接應力與變形接頭處的硬化組織，影響加工質量，焊縫布置應避開機加工表面。 2. 焊接方法的選擇各種焊接方法都有其各自特點及適用范圍，選擇焊接方法時要根據焊件的結構形狀及材質、焊接質量要求、生產批量和現場設備等，在綜合分析焊件質量、經濟性和工藝可能性之后，確定最適宜的焊接方法。選擇焊接方法時應依據下列原則：（1） 焊接接頭使用性能及質量要符合結構技術要求選擇焊接方法時既要考慮焊件能否達到力學性能要求，又要考慮接頭質量能否符合技術要求。如點焊、縫焊都適于薄板輕型結構焊接，縫焊才能焊出有密封要求的焊縫。焊接低碳鋼薄板，若要求焊接變形小時，應選用 CO2焊或點（縫）焊，而不宜選用氣焊。（2）提高生產率，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，采用焊條電弧焊為好。氬弧焊幾乎可以焊接各種的金屬及合金，但成本較高，所以主要用于焊接鋁、鎂、鈦合金結構及不銹鋼等重要焊接結構。（3）焊接現場設備條件及工藝可能性選擇焊接方法時，要考慮現場是否具有相應的焊接設備，野外施工有沒有電源等。此外，要考慮擬定的焊接工藝能否實現。3. 焊接接頭設計焊接接頭設計包括焊接接頭形式設計和坡口形式設計。設計接頭形式主要考慮焊件的結構形狀和板厚、接頭使用性能要求等因素。設計坡口形式主要考慮焊縫能否焊透、坡口加工難易程度、生產率、焊條消耗量、焊后變形大小等因素。焊接接頭形式設計焊接接頭按其結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。（二） 不銹鋼簡介不銹鋼是指在大氣、酸、堿或其它化學侵蝕介質中能抵抗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，而且都含有大量鉻元素。有許多不銹鋼既能滿足不銹鋼耐化學介質腐蝕性能的要求，也能滿足耐熱鋼熱強性和熱穩定性的要求，因此也可列入耐熱鋼范疇，例如，、鋼等。本機架選用，屬奧氏體鋼。 奧氏體鋼有兩類：一類是高鉻鎳鋼，例如型鋼、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生組織轉變，僅有碳化物的溶解和析出，在室溫下主要為奧氏體組織。其中，型鋼主要用作不銹鋼，其在氧化性、中性及弱氧化性介質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；型鋼主要用作熱穩定鋼。如果高鉻鎳鋼提高含碳量，也可用作熱強鋼。而高鉻錳氮鋼則主要用作不銹鋼。奧氏體鋼的焊接性比馬氏體鋼和鐵素體鋼都好。但是，當焊接工藝制定不當時也會出現一些問題。主要問題如下：焊接熱裂紋問題 焊縫和近縫區均可能產生熱裂紋。最常見的是在焊縫金屬中產生結晶裂紋，有時在近縫區也會產生液化裂紋。鋼中的含鎳量越高，產生熱裂紋的傾向越大，因此，型奧氏體鋼比型奧氏體鋼熱裂紋傾向大。焊接接頭腐蝕問題 焊接接頭有可能產生兩種腐蝕問題：（）晶間腐蝕 焊接接頭有三個部位有可能產生晶間腐蝕：焊縫晶間腐蝕；敏化區腐蝕；近縫區刀狀腐蝕（見圖）。這三種晶間腐蝕不會在同一接頭上同時出現。其中，焊縫晶間腐蝕發生在采用單純的型焊接材料焊接型鋼以后，焊縫又經受了加熱的情況下，或多層焊時前層焊縫受到后層焊縫加熱的區域；敏化區腐蝕發生在不含穩定化元素（如 、等）而又不是超低碳的型鋼的熱影響區中加熱溫度達到 的區域；近縫區刀狀腐蝕只發生在含有 、等穩定化元素的奧氏體鋼接頭的近縫區。（）應力腐蝕 由于奧氏體鋼的導熱系數小、線膨脹系數大，在焊接不均勻加熱的情況下，接頭處很容易產生較大的焊接殘余拉伸應力，因而在與鋼材匹配的介質共同作用下容易產生應力腐蝕。例如，、等對奧氏體鋼并無腐蝕作用，但對有焊接殘余拉伸應力的接頭卻有腐蝕開裂作用。有資料表明，焊接接頭過熱區對應力腐蝕開裂最為敏感。焊接接頭脆化問題 奧氏體鋼在生產中用途很廣，可以用在耐蝕、耐熱、耐低溫等各種工作條件下，但在不同的工作條件下對焊接接頭性能的要求不同。如果用作工作在室溫或以下的不銹鋼，主要要求其具有耐蝕性；如果用作熱強鋼，則要求其在高溫下有足夠強度的同時，有足夠的塑性和韌性；如果作為低溫鋼，則主要要求接頭有良好的低溫韌性。但是，如果焊接工藝制定不當，則可能產生高溫脆化問題和低溫脆化問題。 （）高溫脆化 高溫下進行短時拉伸試驗和持久強度試驗表明，當奧氏體鋼焊縫中含有較多鐵素體化元素或較多的相時，都會發生顯著的脆化現象。一般認為與鐵素體化元素促使析出相和由相能直接轉變成相有關。鐵素體越多，影響越嚴重，因此要求長期工作在高溫的焊縫中所含的相數量應當小于。（）低溫脆化 試驗表明，奧氏體鋼焊縫中一次鐵素體相不僅能引起高溫脆化，而且也能引起低溫脆化，相數量越多，低溫脆化越嚴重。因此，為了滿足低溫韌性的要求，最好不采用雙相組織，而應取得單相奧氏體組織。實際上即使采用單相奧氏體組織，其低溫韌性也低于經固溶處理的母材。一般來說，奧氏體鋼預熱是沒有益處的，因為焊前預熱能促進碳化物的析出和引起焊件變形。但是，當焊件剛性極大的情況下，為了避免裂紋產生，有時不得不進行焊前預熱。焊接奧氏體鋼原則上不進行焊后熱處理，只有在接頭發生了脆化或需要提高其耐蝕性時才進行焊后熱處理。熱處理方式主要有兩種：固溶處理和穩定化處理。其中：固溶處理用于對耐蝕性要求很高，且焊接時析出了碳化物和脆性相（如相）的焊件。其方法是將焊件均勻地加熱到，保溫，使析出相重新溶入奧氏體，然后快速冷卻。原則上只能整體加熱，不能局部加熱。穩定化處理是將焊件加熱到，一般保溫后空冷。這樣可以加快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生的貧鉻現象，使金屬耐晶間腐蝕的能力提高。這種方法同時也能起到降低焊接殘余應力的作用。的化學成分（質量分數，%）：C0.12，Si1.00，Mn2.00，P0.035，S0.030Ni 8.0011.00，Cr 17.0019.00，Ti 5（C%-0.02）0.80（三） 機架的設計機架的設計見圖3.3。機架危險部分的校核:在機架的結構中，主要受力部分為臺面橫梁，該橫梁承受的靜載為酒桶及桶內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。所以，要對上述兩部件進行分析。根據設計，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：其轉角為：rad受力圖 F=1KN x A l B剪力圖Fs x -F彎矩圖M x -Fl圖3.1 梁的分析梁的剪力為：Fs(x)=-F=-1000N 0 x l彎矩為：M(x)=-Fx=-1000*0.34=-340Nm 0xl彎曲應力的校核：=170MPa截面慣性矩為：I=,am,a結論：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，當其下方橫梁失效時，臺面要承受兩根橫梁所承受的力，所以也可以把臺面的受力情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=-3000N 0 x l彎距為：M(x)=-Fx=-3000*0.475=-1425Nm 0xl彎曲應力的校核：=170MPa截面慣性矩為：I=4.5*10 結論：臺面結構安全。為進一步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，主要是可以改善橫梁的受力狀態，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 F=3000NxA l B 剪力圖Fsx-F彎矩圖Mx-Fl圖3.2 臺面的受力分析圖3.3 機架裝配圖四 管路的設計(一) 管路的設計 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。按設計要求管路圖如圖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。無菌水箱由用戶自行解決。供無菌水的電機、泵、溢流閥及其管路在現場布置安裝。 硬管尺寸用外徑定寸，外徑定寸管比通徑定寸管更堅固更整潔，容易彎成系統所需要的形狀，具有各種成品管接頭選用。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、內徑5mm，其余管路的尺寸為外徑6mm、內徑4mm。 氣沖是指短時間內將大量氣體充入裝有液體的酒桶內，借用氣泡上升破裂的力量清洗桶內表面。將氣體充入桶內必然要有液體流出，本機控制系統的處理方式為：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順序為（X：閉合，O：打開）：排水閥 X X O X O X O X O X 充氣閥 X O X O X O X O X X(二) 清洗頭的設計由于酒桶的出酒口結構特殊，清洗時必須兼顧內壁和酒矛，這就要求針對其設計特殊結構的清洗頭，如圖4.2所示。清洗頭工作狀態如圖4.3所示。圖4.2 清洗頭裝配圖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，酒桶及桶內液體重200N。由圖4.2可知其結構中最薄弱的地方應該是7噴頭桿與9分配座相配合的部分，其形狀是內徑16mm外徑20mm的環形管，壁厚為2mm。整個系統可視為兩端固定的壓桿。為保證其穩定性，對其用安全系數法進行校核：柔度計算。式中I=，A=對不銹鋼 因為，所以是小柔度桿。壓桿的臨界力F為=306MPa*0.000113m=34578N再對壓應力進行校核：=200MPa 結論：此結構安全。2.彈簧的設計：初選圓柱螺旋彈簧，其受力為靜載壓縮，F=1000N（1）選材。該彈簧用于閥門內部所以選65Mn。許用切應力=785MPa（2）初選旋繞比C為8，計算KK=（3）根據安裝空間設彈簧中徑D為48mm，根據C值查表取簧絲直徑d為5.5mm。（4）計算簧絲直徑d1.6m，取d=6mm（5）求圈數n，對壓縮彈簧n=8.635，n取8（6）計算其他數據并與安裝空間比較：中徑D=cd=0.048m 內徑D= D-d=0.042m 外徑D= D+d=0.054m節距p=0.28 D=0.013m 長度H=np+3d=0.12m 經過驗證符合要求（7）驗算穩定性。該彈簧由于套在管上所以不會失穩(三) 器件選型.選擇液壓泵，電機：（）選擇泵已知各桶內射流壓力為0.3MPa，設水路壓力損失為0.05MPa，則液壓泵的最高工作壓力為：p=P+p=(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,所以泵的額定壓力為:p=0.35+0.35*25%=0.4375MPa取泄漏系數k為1.1,計算泵的流量:設噴嘴的流量為1L/s,即60L/min, 注滿容積為5L、10L、20L的酒桶的時間大約為5s、10s、20s。 所以泵的流量為:QkQ=1.1*60L/min=66L/min應再加上系統中溢流閥穩定工作的最小溢流量,一般為3L/min查產品樣本選型定量葉片泵額定壓力p=7.0MPa， 轉速n=1000-1500r/min， 排量V=48mL/r， 容積效率=0.95求得液壓泵輸出的實際流量為q=q=Vn =48*10*1450*0.95=66.12L/min液壓泵輸出功率為P=p q=0.4375*10*66.12*10/60=0.483KW（）選擇電機電機功率為P= P/=0.483/0.9=0.536 KW選YL7114型單相電機.額定轉速n=1450r/min 額定功率P=550W.選擇氣缸：（）選擇氣缸的行程:本機設計適用桶的尺寸為高度H360高度H560.氣缸的主要作用是夾緊酒桶,桶的直徑為250500,因此必須要在活塞桿上加墊使作用在桶底步的力分散,所以要預留墊的厚度和方便搬動的空間40mm.通常還應考慮各種非標桶的高度.所以氣缸的行程定為400mm.（）選擇缸徑:當氣缸以推力做功時,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,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,當活塞桿的長度L10d時即d40mm時按強度條件計算得只要桿徑大于3mm即滿足需要。當活塞桿的長度L10d時，按縱向彎曲極限力計算,這時活塞桿直徑與長度須同時考慮, 活塞桿直徑不僅和外載荷有關,而且和長度及安裝形式、材料的性能有關。普通氣缸的活塞桿材料為不銹鋼，其柔性系數m為85。本設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n為0.25。m=4.25。活塞桿截面曲率半徑K=0.25d當m時,F=,將A=,K=0.25d代入得d0.01m由上述三種情況討論得知只要氣杠桿徑大于10mm即可滿足使用要求（）耗氣量的計算：對單作用氣缸有Q=LnD=0.4*1*0.05*=0.00471m=4.71L（）活塞桿的運動速度全部行程要求4s完成，即v=0.1m/s。綜合上述幾方面條件可選氣缸型號為50*400（四）水箱 機器工作時要消耗大量的水，需要隨時補充。為方便水的補給，減輕勞動強度，減少操作步驟，水箱上部進水設有機械式銅浮球閥，下部放水設有手動球閥。 水箱容積為700*500*900，單位mm。 水箱內設過濾網，過濾網用不銹鋼網自制。器件選型列表名稱 型號 數量 兩位兩通電磁閥 OK61- 25 10兩位兩通手動閥 D1VL22-10 1三位四通電磁閥 K35HD-10 1三位四通手動閥 D1VL35-10 1兩位兩通氣控閥 不銹鋼角座閥25 9減壓閥 395-10 2氣缸 IGQ50*400 2泵 YB型定量葉片泵 3溢流閥 EUR25 3壓力繼電器 HED 2壓力表 指針式 2浮球閥 GD-53/4 2球閥 ZJ-23/4 2軟管 聚氨酯5 10m 聚氨酯8 2m 硬管，接頭按裝配圖執行圖4.1 管路設計圖圖4.3 清洗頭工作示意圖五 電路的設計（一）電路設計 電路圖見圖5.1，圖5.2。超壓顯示：當管路內壓力達到0.65MPa時，壓力繼電器動作，電路全部切斷，這時可由扣式電池供電使超壓指示燈亮。電路如圖5.3所示。 KP1 KP2 +3V 0圖5.3 超壓顯示電路 電氣控制柜用不銹鋼板焊接，要求密封良好，防止“結露”現象對電路工作造成影響（二）器件介紹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，使用方便，因此被廣泛應用于工業和人民生活的各個方面，如電風扇、電冰箱、洗衣機、空調設備、電動工具和醫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、效率和功率因數稍低，因此一般只做成小容量的。我國現有產品功率從幾瓦到幾百瓦。單相異步電動機具有結構簡單、成本低廉、噪聲小等優點。（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同，但有其自身的特點。從結構上看，單相異步電動機與三相籠型異步電動機相似。其轉子也為普通籠型轉子，差別僅在于定子繞組。其定子繞組為一單相工作繞組，但通常為起動的需要。定子上除了工作繞組外，還設有起動繞組。它的作用是產生起動轉矩，一般只在起動時接入。當轉速達到 70%-80%的同步轉速時，由離心開關將其從電源自動切除，所以正常工作時只有工作繞組在電源上運行。但也有一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。這實質上相當一臺兩相電動機，但由于它接在單相電源上，故仍稱為單相異步電動機。根據定子兩個繞組在定子上的分布以及供電情況的不同，可以產生不同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。單相異步電動機的優點主要是使用單相交流電，但是單相異步電動機的啟動轉矩等于零，不能自行啟動。為了使單相異步電動機能夠產生起動轉矩，關鍵是如何在起動時在電動機內部形成一個旋轉磁場。根據獲得旋轉磁場方式的不同，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個結論：只要在空間不同相的繞組中通入時間上不同相的電流，就能產生一旋轉磁場。這樣，起動的必要條件是要求兩相繞組中通入相位不同的兩相電流。如何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這一原理設計的。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、單相電容運轉異步電動機、單相電容起動與運轉異步電動機。（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：一個為工作繞組，另一個為起動繞組，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，并通過離心開關或繼電器觸點S與工作繞組并聯在同一單相電源上。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一個相位角。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一個相位角。若適當選擇電容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，這就相當于在電動機起動時，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生一個接近圓形的旋轉磁動勢，并在該磁場作用下產生較大的電磁轉矩使電動機轉動。與電阻分相單相異步電動機比較，電容分相電動機的優點是：1如果電容器的電容量配得合適，能夠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，所以起動繞組的匝數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生一個接近圓形的旋轉磁動勢，得到較大的起動轉矩。3由于啟動繞組電流和工作繞組電流接近90度電角度，合成的線電流比較小，所以電容分相起動的單相異步電動機的起動電流較小，起動轉矩卻比較大。這種電動機的起動繞組是按短時工作設計的，在起動繞組回路中也串接了一個起動開關，所以當電動機轉速達75%-80%同步轉速時，起動開關動作，起動繞組和起動電容器C就在離心開關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。在轉子轉速上升的過程中，起動繞組電流加大，電容器的端電壓會升高，起動開關及時動作可以降低對電容器耐壓的要求。電容分相起動單相異步電動機改變轉子轉向的方法同電阻分相起動單相異步電動機的一樣。（3）單相異步電動機的選擇當電動機輸出功率大于250W時，最好采用電容起動和運轉電動機，也可選用電容起動或電阻起動電動機。具體選擇哪一種？可從價格和起動性能方面權衡利弊來選用。對于大于550W的電動機，可選用電容起動電動機。因為在大功率范圍內電阻起動電動機的起動電流太大。2.固體繼電器固體繼電器（亦稱固態繼電器）英文名稱為Solid State Relay，簡稱SSR。它是用半導體器件代替傳統電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，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，輸出端就能從斷態轉變成通態。（1）SSR優缺點及使用場合固體繼電器具有如下主要特點：A.控制功率小只需輸入很小的工作電流，SSR 便能正常工作，并能方便地與 TTL、DTL、HTL 和 CMOS 集成電路相配合，廣泛應用于各種電子設備中。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合使用。SSR 內部沒有可動部件，因而具有耐振動和抗沖擊的能力。C.抗干擾能力強SSR 對系統的干擾小，同時自身抗干擾能力也強。它沒有接點跳動，消除了因火花導致的電磁干擾。另外，由于交流型 SSR 采用了過零觸發技術，具有零電壓、零電流斷開的特性，從而能有效地降低線路中的 dv/dt和 di/dt，使得它對外界的電磁干擾降到最低限度。此外，由于SSR 在輸入與輸出之間采取了光電隔離等措施，其抗干擾能力也相應明顯提高。D.動作快SSR 由電子元件組成，響應快，對直流 SSR，響應時間小于幾十微秒，比電磁繼電器的速度提高近千倍。對過零交流 SSR，其轉換時間也不大于市電周期的一半（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，其壽命比普通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 6 10 倍。G.對電源電壓的適應范圍廣交流型 SSR 的工作電壓可以在 30 220V 內任意選擇。H.耐壓水平高SSR 輸入與輸出之間的介質耐壓可達 2.5kV 以上。需要指出的是，盡管 SSR 有上述眾多優點，但與傳統的機電式繼電器相比，仍有不足之處，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用于計算機外圍接口裝置，電爐加熱恒溫系統，數控機械，遙控系統、工業自動化裝置；信號燈、閃爍器、照明舞臺燈光控制系統；儀器儀表、醫療器械、復印機、自動洗衣機；自動消防，保安系統，以及作為電網功率因素補償的電力電容的切換開關等等，另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。 （2）SSR的分類交流固體繼電器按開關方式分有電壓過零導通型（簡稱過零型）和隨機導通型（簡稱隨機型）；按輸出開關元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯型（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）；另外輸入端又有寬范圍輸入（DC332V）的恒流源型和串電阻限流型等。A、SSR為電流驅動型在邏輯電路驅動時應盡可能采用低電平輸出進行驅動，以保證有足夠的帶負載能力和盡可能低的零電平。B、SSR輸入端的串并聯 多個SSR的輸入端可以串、并聯，但應滿足每個SSR高電平時，過零型觸發電流大于5mA，隨機型大于10mA,低電平電壓小于1V。也即并聯驅動電流應大于多個SSR的輸入電流之和;串聯時驅動電壓應大于多個開啟電壓（以4V計算）之和。（3）固體繼電器電壓等級的選取及過壓保護當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，固體繼電器內的元件便會被電壓擊穿而造成SSR損壞，選取合適的電壓等級和并聯壓敏電阻可以較好地保護SSR。A、交流負載為220V的阻性負載時可選取220V電壓等級的SSR。B、交流負載為220V的感性負載或交流負載為380V的阻性負載時可選取380V電壓等級的SSR。C、交流負載為380V的感性負載時可選取480V電壓等級的SSR（480V等級的SSR還具有更高的靜態dv/dt指標）；其他要求特殊、可靠性要求高的場合如電力補償電容器切換、電動機正反轉等均須選取480V電壓等級的SSR。D、交流負載的電壓小于100VAC以下場合時，選擇固體繼電器最好向我公司咨詢定制。SSR過壓的保護：除SSR內部本身有RC吸收回路保護外，還可以采取并聯金屬氧化物壓敏電阻（MOV），MOV面積大小決定吸收功率，MOV的厚度決定保護電壓值。一般220V系列SSR可選取500V-600V的壓敏電阻，380V系列SSR可選取800V-900V的壓敏電阻，480V系列SSR可選取1000V-1100V的壓敏電阻。 （4）固體繼電器電流等級的選取及過流保護 過流（最嚴重的情況為負載短路）是造成SSR內部輸出可控硅永久性損壞的最主要原因。快速熔斷器和空氣開關是過流保護方法之一，小容量SSR也可選用保險絲；許多負載在接通瞬間會產生很大的浪涌電流，由于散熱不及，浪涌電流與過流一樣也是造成SSR內部輸出可控硅損壞的最主要原因之一。因此選取固體繼電器時，保證一定的電流余量是極其重要的。 A、阻性負載時，選取SSR的電流等級宜大于等于2倍的負載額定電流。 B、負載為交流電動機時，選取SSR的電流等級須大于等于6-7倍的電動機額定電流。 C、交流電磁鐵、中間繼電器線保、電感線圈等負載時，選取SSR的電流等級宜大于等于4倍的負載額定電流，變壓器時要求大于等于5倍變壓器初級額定電流，特種感性、容性負載則應根據實際經驗還須放大SSR的電流余量。D、電力補償電容器類負載時，選取SSR的電流等級須大于5倍的負載額定電流。（5）SSR的發熱與散熱： 單相SSR在導通時的最大發熱量按實際工作電流1.5W/A來計算，在散熱設計時，應考慮到環境溫度，通風條件（自然冷卻、風扇冷卻）及SSR安裝密度等因素。（6）電網頻率： SSR應用于50Hz或60Hz的工頻電網上，不宜于低頻或高次諧波分量大的場合，如變頻器輸出端有多組負載需要分別切換，采用SSR作為開關則可能由于高次諧波使其不能可靠關斷，并且高次諧波還可能使SSR內部的RC吸收回路因過熱而炸裂。固體繼電器兩交流端無極性。 SSR 24V DC 220V AC 圖5.4 SSR接線圖3. 低壓斷路器低壓斷路器俗稱自動空氣開關，是低壓配電網中的主要電氣開關之一，它不僅可以接通和分斷正常負載電流、電動機工作電流和過載電流，而且可以接通和分斷短路電流。主要用在不頻繁操作的低壓配電線路或開關柜（箱）中作為電源開關使用，并對線路、電器設備及電動機等實行保護，當它們發生嚴重過電流、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各種保護功能脫扣器，包括智能化脫扣器，可實現計算機網絡通信。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的，根據用途不同，斷路器可配備不同的脫扣器或繼電器。脫扣器是斷路器本身的一個組成部分，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相連的欠電壓脫扣器或分離脫扣器的動作控制斷路器。4整流、濾波負載總電阻按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 數量 備注單相電機 YL7114 550W 3 固態繼電器 40A/220VAC 3 可編程控制器 FX1S-30MT 1變壓器 BK-100VA/AC24V 1繼電器 HH52P/24V 12空氣開關 DE47-2P/3A 3 帶燈開關 KD10-121-R（G）224 2 紅綠各一個指示燈 XDX124VG 8 綠色熔斷器 R3-12 10變壓器 ZBDG 1 整流橋 MB4S 1 控制柜 不銹鋼自制 電容 8535V470Uf 1接線端子排、線號、夾頭、熱縮管 若干圖5.1 電路圖 圖5.2 PLC主機接線圖 六 PLC程序的設計（一）I/O分配表輸入輸入端子號 電器設備X400 系統運行按鈕SB1X401 急停按鈕SB2 X402 壓力繼電器常閉觸點KP1 X403 壓力繼電器常閉觸點KP2輸出輸出端子號 電器設備Y430 活塞下行接觸器KM1Y431 內外圈連通接觸器KM2Y432 CO2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KM10Y535 CO2備壓接觸器KM3 Y536 運行自鎖接觸器KM12開始（二）流程圖繼續 按啟動按鈕換容量？ 延時延時 Y設置計數值延時到？延時到？ N N N按運行按鈕 內圈進消毒液CO2備壓 Y Y活塞下行 延時延時延時5s延時到？延時到？延時到？ N N N 氣沖活塞抬起 Y Y活塞位置保持 Y延時延時內外圈排殘液延時到？延時到？延時 N N延時到？內圈進無菌水一次工作結束 Y Y N延時 Y內圈進清水延時到？延時 N 延時到？內外圈進CO2排液 YN氣沖 Y（四）語句表步序 指令001 LD X400002 OR M100003 AND X401004 ANI X402005 ANI X403006 OUT M100 007 OUT Y536008 LD M100009 ANI T450010 OUT Y430011 OUT T450012 K 050013 LD T450014 ANI T451015 OUT M101016 LD C460017 ANI T452018 OUT M102019 LDI C460020 AND T455021 OUT M103022 LDI C460023 AND T456024 OUT M104025 LD M101026 OR M102027 OR M103步序 指令028 OR M104029 OUT Y431030 LD T450031 ANI T451032 OUT T451033 K 120034 OUT Y433035 LD T451036 ANI T452037 OUT Y434038 OUT Y435039 OUT T452040 K 100041 LDI C460042 AND T452043 ANI T453044 OUT M105045 LD T455046 ANI C460047 ANI T453048 OUT M106049 LD T456050 ANI C460051 ANI T453052 OUT M107步序 指令053 LD M105054 OR M106055 OR M107056 OUT Y432057 OUT T454058 K 025059 LD T454060 ANI C460061 AND T452062 OUT M120063 LD T455064 AND T454065 ANI C460066 OUT M121067 LD T454068 ANI C460069 AND T456070 OUT M122071 LD M120072 OR M121 073 OR M122 074 OUT T453 075 K 025076 LD M120077 OR M122078 OUT Y436079 LD T455080 OR T456081 OR T452082 OR M71步序 指令083 RST C460084 LD T453085 OUT C460086 K 4087 OUT Y535088 OUT T457089 K 050090 LD C460091 ANI T455092 OUT Y437093 OUT Y530094 OUT T455095 K 100096 LD T455097 ANI C460098 ANI T453099 OUT T454100 K 025101 LD C460102 ANI T456103 OUT Y532104 OUT Y533105 OUT T456106 K 100107 LD C460108 ANI T457109 OUT Y535110 OUT T457111 K 025步序 指令112 LD T457113 ANI T550114 OUT Y534115 OUT T550116 K 030117 END 七 結論（一）關于機器1.清洗機的可靠性：（1）設有壓力表，當壓力超過0.6MPa時，應人工關閉氣路、水路、電路，及時查找故障。（2）當管路各安全閥、減壓閥失效時，管路壓力達到0.65MPa時，壓力繼電器作用，使電源自動斷開，超壓指示燈亮。（3）缸可以手動調節活塞桿上下運動，防止活塞桿上有雜物阻礙工作。（4）系統掉電再復電時，工作過程重新進行，防止出現未洗凈的桶。（5）控制面版設有程序顯示可對程序運行情況進行觀察。2.清洗機安裝場所的選擇：（1）因為設備中清水與無菌水清洗完桶之后要排掉，所以安裝場合要有良好的排水條件。（2）場地要求平整（3）設備使用中清水和無菌水要求不斷補充，所以要選擇離水源近的地方。3.清洗機的維護：（1）每日工作完畢，將臺面清理干凈，切斷電源、水源、氣源。（2）工作前將消毒液箱清理干凈，注入消毒液，根據需要定時更換。（3）運行一段時間后檢查管路是否出現泄漏。（4）設備長時間不用或環境溫度低于零攝氏度時，應將機內液體全部排空，防止凍裂。(二)關于設計畢業設計結束是我們在校學習的最后階段，也是對知識和能力深化和升華的過程。通過設計，可以對所學知識結構進行重新整合，將所學知識與工程實踐問題相結合，熟悉了國家有關標準和規范。培養了分析問題和解決問題的能力。強化了創新意識，為將來激烈的競爭打下了基礎。同時也培養了嚴肅認真的科學態度，優良的思維模式，和嚴謹求實的工作作風。樹立了正確的設計思想，并掌握了現代設計方法。此次設計用到了我以前學過的機械、電子等多方面知識，是對我們大學所學知識的大綜合，對這些知識進行了加強鞏固，有了更深的認識。此次設計還有許多不足之處，再加上本人的設計能力所限、實踐經驗的缺乏，雖經過縝密思考、周密計算、廣泛實踐，還是會有不盡與人意的地方。希望老師給予建議、指導，本人將虛心接受，不勝感激。致謝在本文即將結束之際，我要由衷地感謝在我畢業設計階段，學習中幫助過我的師長。感謝我的導師宋老師，岳老師。在整個設計過程中，宋老師給予了我關心和幫助。使我的課題研究能夠順利開展，并取得一定成果。在此，我向他們表示最真摯的感謝。參考文獻1. 三菱公司，三菱微型可編程控制器編程手冊，20002. 顧戰松、陳鐵年編著，可編程控制器原理于應用，北京：國防工業出版社，19963. 宋伯生編著，可編程控制器配置、編程、聯網，北京：中國氣象出版社，1995.54. 楊天玉等，可編程控制器之間的聯網通訊，電氣自動化，20005. 王兆義編著，可編程控制器教程，北京：機械工業出版社，20006. 楊長能，張興義，可編程控制器基礎與應用，重慶：重慶大學出版社，19927. 丁樹摩主編，液壓傳動，北京：機械工業出版社，19998. 濮良貴編著，機械設計，北京：高等教育出版社，19899. 機械工程手冊編委會主編，機械工程手冊，北京：機械工業出版社，199510.周開勤主編，機械零件手冊，北京：高等教育出版社，199411.鄧興中主編，機電傳動控制，武漢：華中科技大學出版社，200112.廖曉鐘編著，電力電子技術與電氣傳動，北京：北京理工大學出版社，200013.張其樞編著，不銹鋼焊接，北京：機械工業出版社，199914.劉新德主編，液壓氣動手冊，北京：機械工業出版社，2004附錄：英譯漢LATHES & MILLINGA shop that is equipped with a milling machine and an engine lathe can machine almost any type of product of suitable size.The basic machines that are designed primarily to do turning，facing and boring are called lathes. Very little turning is done on other types of machine tools，and none can do it with equal facility. Because lathe can do boring，facing，drilling，and reaming in addition to turning，their versatility permits several operations to be performed with a single setup of the workpiece. This accounts for the fact that lathes of various types are more widely used in manufacturing than any other machine tool. Lathes in various forms have existed for more than two thousand years. Modern lathes date from about 1797，when Henry Maudsley developed one with a leadscrew. It provided controlled，mechanical feed of the tool. This ingenious Englishman also developed a change gear system that could connect the motions of the spindle and leadscrew and thus enable threads to be cut. Lathe Construction. The essential components of a lathe are depicted in the block diagram of picture. These are the bed，headstock assembly，tailstock assembly，carriage assembly，quick-change gearbox，and the leadscrew and feed rod. The bed is the back bone of a lathe. It usually is made of well-normalized or aged gray or nodular cast iron and provides a heavy，rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel，longitudinal ways，inner and outer，are contained on the bed，usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways，whereas others utilize one inverted V and one flat way in one or both sets. Because several other components are mounted and/or move on the ways they must be made with precision to assure accuracy of alignment. Similarly，proper precaution should betaken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccuracy in them usually means that the accuracy of the entire lathe is destroyed. The ways on most modern lathes are surface hardened to offer greater resistance to wear and abrasion. The headstock is mounted in a fixed position on the inner ways at one end of the lathe bed. It provides a powered means of rotating the work at various speeds. It consists，essentially，of a hollow spindle，mounted in accurate bearings，and a set of transmission gearssimilar to a truck transmissionthrough which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from eight to eighteen speeds，usually in a geometric ratio，and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives. Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle，it is of heavy construction and mounted in heavy bearings，usually preloaded tapered roller or ball types. A long- itudinal hole extends through the spindle so that long bar stock can be fed through it. The size of this hole is an important size dimension of a lathe because it determines the maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through the spindle. The inner end of the spindle protrudes from the gear box and contains a means for mounting various types of chucks，face plates，and dog plates on it. Whereas small lathes often employ a threaded section to which the chucks are screwed，most large lathes utilize either cam-lock or key-drive taper noses. These provide a large-diameter taper that assures the accurate alignment of the chuck，and a mechanism that permits the chuck or face plate to be locked or unlocked in position without the necessity of having to rotate these heavy attachments.Power is supplied to the spindle by means of an electric motor through a V-belt or silent-chain drive. Most modern lathes have motors of from 5 to15 horsepower to provide adequate power for carbide and ceramic tools at their high cutting speeds.The tailstock assembly consists，essentially，of three parts. A lower casting fits on the inner ways of the bed and can slide longitudinally thereon，with a means for clamping the entire assembly in any desired location. An upper casting fits on the lower one and can be moved transversely upon it on some type of keyed ways. This transverse motion permits aligning the tailstock and headstock spindles and provides a method of turning tapers. The third major component of the assembly is the tailstock quill. This is a hollow steel cylinder，usually about2 to3 inches in diameter，that can be moved several inches longitudinally in and out of the upper casting by means of a hand wheel and screw. The open end of the quill hole terminates in a Morse taper in which a lathe center，or various tools such as drills，can be held. A graduated scale，several inches in length，usually is engraved on the outside of the quill to aid in controlling its motion in and out of the upper casting. A locking device permits clamping the quill in any desired position. The carriage assembly provides the means for mounting and moving cutting tools. The carriage is a relatively flat H-shaped casting that rests and moves on the outer set of ways on the bed. The transverse bar of the carriage contains ways on which the cross slide is mounted and can be moved by means of a feed screw that is controlled by a small hand wheel and a graduated dial. Through the cross slide a means is provided for moving the lathe tool in the direction normal to the axis of rotation of the work.On most lathes the tool post actually is mounted on a compound rest. This consists of abase，which is mounted on the cross slide so that it can be pivoted about a vertical axis，and an upper casting. The upper casting is mounted on ways on this base so that it can be moved back and forth and controlled by means of a short lead screw operated by a hand wheel and a calibrated dial. Manual and powered motion for the carriage，and powered motion for the cross slide，is provided by mechanisms within the apron，attached to the front of the carriage. Manual movement of the carriage along the bed is effected by turning a hand wheel on the front of the apron，which is geared to a pinion on the back side. This pinion engages a rack that is attached beneath the upper front edge of the bed in an inverted position.To impart powered movement to the carriage and cross slide，a rotating feed rod is provided. The feed rod，which contains a keyway through out most of its length，passes through the two reversing bevel pinions and is keyed to them . Either pinion cam be brought into mesh with a mating bevel gear by means of the reversing lever on the front of the apron and thus provide “forward” or “reverse” power to the carriage. Suitable clutches connect either the rack pinion or the cross-slide screw to provide longitudinal motion of the carriage or transverse motion of cross slide.For cutting threads，a second means of longitudinal drive is provided by a lead screw. Whereas motion of the carriage when driven by the feed-rod mechanism takes place through a friction clutch in which slippage is possible，motion through the lead screw is by a direct，mechanical connection between the apron and the lead screw. This is achieved by a split nut. By means of a clamping lever on the front of the apron，the split nut can be closed around the lead screw. With the split nut closed，the carriage is moved along the lead screw by direct drive without possibility of slippage.Modern lathes have a quick-change gear box. The input end of this gearbox is driven from the lathe spindle by means of suitable gearing. The out put end of the gear box is connected to the feed rod and lead screw. Thus，through this gear train，leading from the spindle to the quick-change gearbox，thence to the lead screw and feed rod，and then to the carriage，the cutting tool can be made to move a specific distance，either longitudinally or transversely，for each revolution of the spindle. A typical lathe provides，through the feed rod，forty-eight feeds ranging from 0.002 inch to0.118 inch per revolution of the spindle，and，through the lead screw，leads for cutting forty-eight different threads from 1.5 to 92perinch.On some older and some cheaper lathes，one or two gears in the gear train between the spindle and the change gear box must be changed in order to obtain a full range of threads and feeds.Milling is a basic machining process in which the surface is generated by the progressive formation and removal of chips of material from the workpiece as it is fed to a rotating cutter in a direction perpendicular to the axis of the cutter. .In some cases the workpiece is stationary and the cutter is fed to the work. In most instances a multiple-tooth cutter is used so that the metal removal rate is high，and frequently the desired surface is obtained in a single pass of the work.The tool used in milling is known as a milling cutter. It usually consists of a cylindrical body which rotates on its axis and contains equally spaced peripheral teeth that intermittently engage and cut the workpiece. In some cases the teeth extend part way across one or both ends of the cylinder. Because the milling principle provides rapid metal removal and can produce good surface finish，it is particularly well-suited for mass-production work，and excellent milling machines have been developed for this purpose. However，very accurate and versatile milling machines of a general-purpose nature also have been developed that are widely used in job-shop and tool and die work. A shop that is equipped with a milling machine and an engine lathe can machine almost any type of product of suitable size.Types of Milling Operations. Milling operations can be classified into two broad categories，each of which has several variations：1.In peripheral milling a surface is generated by teeth located in the periphery of the cutter body；the surface is parallel with the axis of rotation of the cutter. Both flat and formed surfaces can be produced by this method. The cross section of the resulting surface corresponds to the axial contour of the cutter. This procedure often is called slab milling.3. In face milling the generated flat surface is at right angles to the cutter axis and is the combined result of the actions of the portions of the teeth located on both the periphery and the with the face portions providing a finishing action.The basic concepts of peripheral and face milling are illustrated in Fig. Peripheral milling operations usually are performed on machines having horizontal spindles，whereas face milling is done on both horizontal-and vertical-spindle machines.Surface Generation in Milling. Surfaces can be generated in milling by two distinctly different methods depicted in Fig. Note that in up milling the cutter rotates against the direction of feed the workpiece，whereas in down milling the rotation is in the same direction as the feed .As shown in Fig., the method of chip formation is quite different in the two cases. In up milling the c hip is very thin at the beginning, where the tooth first contacts the work，and increases in thickness, be-coming a maximum where the tooth leaves the work. The cutter tends to push the work along and lift it upward from the table. This action tends to eliminate any effect of looseness in the feed screw and nut of the milling machine table and results in a smooth cut. However, the action also tends to loosen the work from the clamping device so that greater clamping forcers must be employed. In addition, the smoothness of the generated surface depends greatly on the sharpness of the cutting edges.In down milling，maximum chip thickness occurs close to the point at which the tooth contacts the work. Because the relative motion tends to pull the workpiece into the cutter，all possibility of looseness in the table feed screw must be eliminated if down milling is to be used. It should never be attempted on machines that are not designed for this type of milling. In as mush as the material yields in approximately a tangential direction at the end of the tooth engagement，there is much less tendency for the machined surface to show tooth marks than when up milling is used. Another consider able advantage of down milling is that the cutting force tends to hold the work against the machine table，permitting lower clamping force to be employed. This is particularly advantageous when milling thin workpiece or when taking heavy cuts.Sometimes a disadvantage of down milling is that the cutter teeth strike against the surface of the work at the beginning of each chip. When the workpiece has a hard surface，such as castings do，this may cause the teeth to dull rapidly.Milling Cutters. Milling cutters can be classified several ways. One method is to group them into two broad classes，based on tooth relief，as follows：1. Profile-cutters have relief provided on each tooth by grinding a small land back of the cutting edge. The cutting edge may be straight or curved.2.In form or cam-relieved cutters the cross section of each tooth is an eccentric curve behind the cutting edge，thus providing relief. All sections of the eccentric relief，parallel with the cutting edge，must have the same contour as the cutting edge. Cutters of this type are sharpened by grinding only the face of the teeth，with the contour of the cutting edge thus remaining unchanged. Another useful method of classification is according to the method of mounting the cutter. Arbor cutters are those that have a center hole so they can be mounted on an arbor. Shank cutters have either tapered or straight integral shank. Those with tapered shanks can be mounted directly in the milling machine spindle，whereas straight-shank cutters are held in a chuck. Facing cutters usually are bolted to the end of a stub arbor.Types of Milling Cutters. Plain milling cutters are cylindrical or disk-shaped，having straight or helical teeth on the periphery. They are used for milling flat surfaces. This type of operation is called plain or slab milling. Each tooth in a helical cutter engages the work gradually，and usually more than one tooth cuts at a given time. This reduces shock and chattering tendencies and promotes a smoother surface. Consequently，this type of cutter usually is preferred over one with straight teeth. Side milling cutters are similar to plain milling cutters except that the teeth extend radially part way across one or both ends of the cylinder toward the center. The teeth may be either straight or helical. Frequently these cutters are relatively narrow，being disklike in shape. Two or more side milling cutters often are spaced on an arbor to make simultaneous，parallel cuts，in an operation called straddle milling. Interlocking slotting cutters consist of two cutters similar to side mills，but made to operate as a unit for milling slots. The two cutters are adjusted to the desired width by inserting shims between them. Staggered-tooth milling cutters are narrow cylindrical cutters having staggered teeth，and with alternate teeth having opposite helix angles. They are ground to cut only on the periphery，but each tooth also has chip clearance ground on the protruding side. These cutters have a free cutting action that makes them particularly effective in milling deep slots. Metal-slitting saws are thin，plain milling cutters，usually from 1/32 to 3/16 inch thick，which have their sides slightly“dished”to provide clearance and prevent binding. They usually have more teeth per inch of diameter than ordinary plain milling cutters and are used for milling deep，narrow slots and for cutting-off operations.漢譯：車床和銑床車間里擁有一臺車床和一臺普通銑床就能加工出具有適合尺寸的各種產品。用于車外圓、端面和鏜孔等加工的機床稱作車床。車削很少在其他種類的機床上進行，因為其他機床都不能像車床那樣方便地進行車削加工。由于車床除了用于車外圓外還能用于鏜孔、車端面、鉆孔
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