冰激凌凝冻机电气控制系统设计毕业论文

 2021-04-07 02:04

摘 要

现在冰激凌是深受人们欢迎的消暑食品,而制作冰激凌的凝冻机也随着科技的发展在不断进步。本篇论文将简要介绍凝冻机的工作原理,并在西门子S7-200系列PLC(可编程控制器)技术支持的基础上设计一款控制电路。这款电路将实现搅拌原料,并通过制冷将原料凝冻成霜状,最后用刮刀产出冰激凌的功能。除此之外,还将实现温度实时显示、简单的温度自调节、变频调速和故障报警功能。

这款电路舍弃了繁琐的继电器式电路,更加安全简便,而且主要的功能没有减少,数据处理的速度和功能响应时间大大缩短。当需要拓展功能的时候也只用在PLC的I/O端子处添加输入输出器件,适当更改程序即可。PLC控制的抗干扰性、适应性和可靠性都是非常优秀的。为了能够即时得知料筒内的环境温度,还将用到温度变送器。由于涉及到A/D转换,考虑到选用的CPU没有模拟量输入输出口,所以这个任务由额外拓展的模拟量输入和输出模块来完成。温度的显示和手动模式下的按键控制功能由TD 200文本显示器实现。这两点是设计的重点,本论文将会详细介绍。

本次的电路图和材料表将用CAD画出,程序用S7-200 Explorer编译。附录将附上控制程序语句表。

关键词:凝冻机,可编程控制器,自动控制。

Design of ice-cream batch freezer’s control circuit

ABSTRACT

Nowadays ice-cream becomes very popular dessert for people to relieve summer heat.And with the development of science and technology,the skill of ice-cream making receives great progress.This paper will give brief introduction of batch freezer.A kind of design for control system based on Siemens S7-200 PLC(Programmable Logic Controller)will also be introduced.This system achieves functions as below:Mix the raw material,and then make it frosted by refrigeration.At last,the scraper shaves the cream off.In addition,functions such as active temperature display、simple temperature regulation、frequency control and fault alarm are included.

This design abandons the fussy timer relay circuit,which makes it more uncomplicated and safe without deleting some functions.What’ more,the speed of calculating and data feedback is faster.When it comes to function development,we only have to add necessary devices at I/O port and make little changes with program.PLC has excellent performance at reliability and adaptability.In order to achieve the function of active temperature display,temperature transmitter is used .Because of the application of digital to analog conversion,an additional analog input module was added to PLC.The function of temperature display and manual control are achieved by TD-200.These are two important points of the paper,which are narrated in details.

Circuit diagram and material list are given by CAD.The program is written by S7-200 Explorer which is showed in appendix.

目 录

1 前言 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.2.1 研究目的 1

1.2.2 研究意义 2

1.3 国内外研究概况 2

1.4 研究内容 4

1.5 特色与创新 4

2 系统结构 5

2.1 冰激凌凝冻机结构原理 5

2.1.1 基本结构 5

2.1.2 工作原理 5

2.2 控制系统介绍 7

2.2.1 PLC的定义 7

2.2.2 PLC的组成部分 7

2.2.3 PLC的工作原理 8

2.2.4 PLC的I/O处理 11

2.2.5 西门子PLC的优势 11

3 总体方案设计 13

3.1 元器件选型 13

3.1.1 控制按钮 13

3.1.2 断路器 13

3.1.3 文本显示器 15

3.1.4 PLC 16

3.1.5 变频器 17

3.1.6 温度变送器 19

3.2 总体方案设计 20

3.2.1 工艺要求 20

3.2.2 电器控制设计 20

4 程序设计 23

4.1 流程简介 23

4.2 PLC程序应用 23

4.2.1 报警装置 23

4.2.2 手动/自动运行 24

4.2.3 模/数转换 26

4.2.4 文本显示器的设置 30

结 论 39

致 谢 40

参考文献 41

附录 42

1 前言

1.1 研究背景

目前,微电子技术发展迅捷,可编程控制器在工业控制中的应用已很普遍。主要表现在其能耗和占用面积变小,成本变低,控制可靠,上手简单,故障排除方便。基于以上优点,现在在电气控制方面已经基本普及。如今PLC市场各类产品你追我赶,PLC技术日益精进,这对我国PLC的发展是个很大的考验。[1]现在人民生活水平提高,冰激凌机十分常见且需求量正在逐步增长,往自动化方向发展。但是我国目前的冰激凌凝冻机大多依然采用传统的继电器-时间控制方式,生产效率低且成本高。因此在PLC自动化技术成熟的今天,以冰激凌凝冻机控制为例,研究设计其基于PLC控制电路是十分必要的。这也顺应了现在制冷技术机电一体化的发展趋势。

1.2 研究目的及意义

1.2.1 研究目的

我国目前冰激凌凝冻机控制电路大多依然采用传统的继电器-时间控制方式,生产效率低且成本高。 因此在PLC自动化技术成熟的今天,以冰激凌凝冻机控制为例,研究设计其基于PLC的控制电路是十分必要的。这也顺应了现在制冷技术机电一体化的发展趋势。这项研究对我国凝冻机产品结构和技术结构改善有着重要意义,能在国际市场上争有独立的一席之地。

PLC的编程简单,不需要太多电气方面的理论支撑,因此普及广泛。当今世界PLC技术日益精进,这对我国PLC的发展是个很大的考验。现在人民生活水平提高,冰激凌机十分常见且需求量正在逐步增长,往自动化方向发展。

1.2.2 研究意义

PLC在当今世纪有着重大进步。从技术层面上分析,计算机技术的新型研究产品会很好地帮助PLC的设计和制造,运算的速度将会更快、内存更大、智能更强的品种出现;从产品的配套层面分析,产品种类将更丰富、规格更齐全,更加卓越的人机界面和通信设备会更好地满足各种工业场合的控制需求;从市场角度分析,激烈的世界市场博弈将打破各国独立研发产品的格局,适应性和通用性强的PLC将会在市场上脱颖而出,垄断市场,此时与产品配套的编程语言将会普及流通;从飞速发展的网络来看,PLC和其他工业设备的组配和联动是发展大方向。[2]因此研发PLC有着重要的时代意义,有利于实现我国工业的自动化。

1.3 国内外研究概况

有关于凝冻机,国内目前大多还是采用时间继电器的电路,但已经有采用三菱FX-PLC,结合触摸屏和变频器等器件的电路。与传统继电器电路相比较, 很好地提升了凝冻机的自动化水平, 且更加人性化。[3]其采用了电子膨胀阀, 使得制冷系统的制冷效率有所提高; 在电气系统中, 改用固态继电器, 实现了过零无扰启动, 增加了电气设备的寿命; 另一方面, 选用变频调速, 增加了控制的灵活性, 并且实现了电机的软启动。基于以上措施, 很大幅度地削减了对设备的冲击,更加安全可靠。

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