函授機(jī)電一體化畢業(yè)論文(機(jī)械13-韓學(xué)錦)

1、 淮陰工學(xué)院畢業(yè)論文食品機(jī)械中控制、測(cè)量元件的技術(shù)及應(yīng)用 系 別： 機(jī)電系（機(jī)械13） 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 學(xué)生姓名： 韓學(xué)錦 指導(dǎo)老師： 張老師論文開(kāi)始日期：2015年 4月 論文完成日期：2015年4月內(nèi)容摘要 近幾十年來(lái)，隨著食品行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的手工食品加工機(jī)械或純機(jī)械加工技術(shù)，越來(lái)不適應(yīng)快速、準(zhǔn)確高效的需要，故在食品機(jī)械中，增加對(duì)電子控制技術(shù)的應(yīng)用，相當(dāng)于為食品機(jī)械添加了美麗的翅膀。電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，各種控制元件及PLC技術(shù)，近年來(lái)在食品、制藥及包裝傳輸行業(yè)中都有極其廣泛的應(yīng)用。特別是在食品系列工程中，更需要 將機(jī)械和控制以及測(cè)量等方面的成果有機(jī)的結(jié)

2、合。實(shí)現(xiàn)真正的機(jī)電一體化作業(yè)。由于控制技術(shù)的發(fā)展及廣泛的應(yīng)用，如何正確選用、安裝和維護(hù)工作就越來(lái)越來(lái)越重要。傳感器及測(cè)量?jī)x器應(yīng)用廣泛，種類繁多、性能各異，分類方法也很多。本文主要介紹了機(jī)械傳感器、液位傳感器、溫度傳感器等在食品加工機(jī)械中如何選型、工作原理和使用中的運(yùn)行維護(hù)。 關(guān)鍵詞： 分類 選型及應(yīng)用引 言 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程控制中，傳感器在機(jī)械及執(zhí)行控制機(jī)械之間架起了一道橋梁，通過(guò)直接感受被測(cè)量，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。過(guò)去的國(guó)產(chǎn)各種傳感器存在著控制手段落后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問(wèn)題。整個(gè)機(jī)構(gòu)缺乏完善的保護(hù)和故障診斷措施以及必要的通

3、信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的機(jī)械式的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。自電子技術(shù)一問(wèn)世,電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的結(jié)合就開(kāi)始了,把機(jī)械傳感和電子傳感有效的結(jié)合在一起,"機(jī)電一體化"技術(shù)之后有了明顯進(jìn)展,在食品、制藥等機(jī)械中引起了人們的廣泛注重。第一章  傳感器分類、選型1.1  傳感器分類傳感器應(yīng)用廣泛，種類繁多、性能各異，分類方法也很多。1.根據(jù)各領(lǐng)域?qū)鞲衅鞯牟煌斫庖约皞鞲衅鞯募夹g(shù)發(fā)展，傳感器可以分為兩大類型，即傳統(tǒng)傳感器和智能傳感器。2.傳感器的種類很多，概括起來(lái)可按以下幾個(gè)方面進(jìn)行分類。 1）按被測(cè)物理量不同，可分

4、為位置傳感器，速度傳感器、加速度傳感器、力學(xué)傳感器、溫度傳感器等。2）按傳感器的工作原理不同，要分為機(jī)械傳感器、電氣式傳感器、光學(xué)式傳感器、流體式傳感器等。3）按信號(hào)變換特征不同，可分為物性型傳感器與結(jié)構(gòu)型傳感器。物性傳感器是利用敏感元件材料本身物理性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的。例如水銀溫度計(jì)，是利用了水銀的熱脹冷縮性質(zhì)，壓力測(cè)力計(jì)是利用了石英晶體的壓電效應(yīng)。結(jié)構(gòu)型傳感器則是通過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的，例如，電容器傳感器，是利用極間板距離的變化引起電容量的變化來(lái)感受被測(cè)量； 電感式傳感器是通過(guò)銜鐵位移引起自感或互感的變化感受被測(cè)量等。4）按敏感元件與被測(cè)對(duì)像之間的能量關(guān)系，可分為能

5、量轉(zhuǎn)換型傳感器與能量控制型傳感器。5）按輸出信號(hào)不同，可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。3、其它類型的傳感器如光學(xué)傳感器、超聲波傳感器等。1.2  傳感器的選型 傳感器是一種實(shí)現(xiàn)機(jī)、電控制的電信號(hào)裝置。在食品、制藥、包裝及運(yùn)輸?shù)目刂品矫嫫鹬豢商娲淖饔谩ｋS著近幾年食品、制藥行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)食品安全、衛(wèi)生及效率的要求也越來(lái)越高，自動(dòng)化的生產(chǎn)正逐步找替手工作業(yè)，而這些都需要機(jī)和電的及控制裝置 的有機(jī)結(jié)合。對(duì)于實(shí)現(xiàn)各種控制要求的傳感元件的選擇及應(yīng)用，也是各科研院所，企業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)部門，設(shè)備管理部門急需要掌握及了解的。以下是我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常選用的傳感器件，已為實(shí)現(xiàn)食品、制藥等機(jī)械所

6、運(yùn)用，且取得了很好的控制效果。下面我介紹一下我們食品行業(yè)中常用的傳感器的選型。1）壓力傳感器 國(guó)內(nèi)常用品牌為朗博的，在反應(yīng)釜上用的最多，目的是用來(lái)控制罐內(nèi)的壓力，通過(guò)控制信號(hào)的傳輸，來(lái)控制反應(yīng)釜夾套加熱的進(jìn)汽量。夾套加熱的進(jìn)汽量是通過(guò)氣動(dòng)角座閥或電磁閥來(lái)控制的。傳感器將信號(hào)傳遞給處理器，然后處理器發(fā)出信號(hào)讓氣動(dòng)閥門動(dòng)作，決定角座閥的開(kāi)啟角度，從而控制蒸汽進(jìn)出量。目前壓力傳感器國(guó)內(nèi)廠家也很多，產(chǎn)品質(zhì)量基本能滿足要求，但精確度較差點(diǎn)。2） 液位傳感器在食品機(jī)械中，經(jīng)常涉及到罐內(nèi)物料的控制，同時(shí)還考慮在進(jìn)料過(guò)程中的連續(xù)測(cè)量事項(xiàng)，以作為控制泵流量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前液位傳感器均選為靜壓傳感器結(jié)構(gòu)。由于

7、靜壓傳感要求高，測(cè)量準(zhǔn)確，國(guó)內(nèi)目前做的不太理想，目前一般選擇以上幾種品牌。如北京E+H型，歐母龍，朗博等。3） 超聲波液位傳感器利用超聲波原理，傳感器發(fā)出聲波，不需要與物料接觸，就能測(cè)出液位的高度。通常在常溫常壓下使用。既可以測(cè)量液體的液位，也可以測(cè)量固體的液位。4） 液位控制開(kāi)關(guān)對(duì)于不需要連續(xù)測(cè)量的設(shè)備，比如需要對(duì)進(jìn)料高低液位的控制。即讓物料在高液位進(jìn)料停止，當(dāng)設(shè)置物料在低位時(shí)，出物料停止，此時(shí)我們就可以選擇高低液位開(kāi)關(guān)了。一般高低液位開(kāi)關(guān)有電容式，電阻式。常用的有歐母龍液位開(kāi)關(guān)，音叉液位開(kāi)關(guān)，浮球液位開(kāi)關(guān)等。在選用時(shí)我們應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于電流式（電阻式）液位開(kāi)關(guān)，只適合能夠有離子導(dǎo)電的場(chǎng)合，如

8、我們選擇在純凈水中使用，效果會(huì)非常地差，反應(yīng)就不靈敏，原因是純凈水中諸多導(dǎo)電粒子都被處理掉了，因不能導(dǎo)電，所以不適合。此時(shí)我們選擇電容式，就可以了，比如音叉液位計(jì)，就非常的好。5)溫度傳感器溫度傳感器是食品行業(yè)中測(cè)量及顯示溫度的一種重要的傳感器。在反應(yīng)釜、換熱器以及加熱設(shè)備得到廣泛使用。如為了控制反應(yīng)釜的加熱溫度，即需要控制釜內(nèi)的溫度，通過(guò)溫度傳感傳遞信號(hào)來(lái)引導(dǎo)進(jìn)汽閥的大小調(diào)節(jié)。為了能及時(shí)顯示罐內(nèi)的工作情況，也需要溫度傳感器來(lái)顯示。通常國(guó)內(nèi)選用的有久茂品牌，質(zhì)量比較好，與國(guó)外的精度差不多，能達(dá)到正負(fù)0.5度的精度。溫度傳感器有直接接觸式和間接接觸式，根據(jù)設(shè)備需要，進(jìn)行選用。6） 光電開(kāi)關(guān)光電開(kāi)

9、關(guān)是我們?cè)谖矬w運(yùn)動(dòng)過(guò)程中用來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)及移動(dòng)的一個(gè)重要的電器傳感元件，通常還可以做二級(jí)保護(hù)控制。如在轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)中，通常會(huì)設(shè)置一個(gè)機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)，另外再配一個(gè)光電開(kāi)關(guān)。其目的是為了防止行程開(kāi)關(guān)失靈，而導(dǎo)致控制失效。光電開(kāi)關(guān)使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀使用說(shuō)明書，注意安裝的距離應(yīng)附合要求，另外不易在高溫、濕水環(huán)境下使用，這樣會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)失靈而導(dǎo)致控制失效。第二章 傳感器上在食品鍋的使用范例2.1 食品煮鍋的結(jié)構(gòu)及工作原理目前食品機(jī)械較常用的主要是蒸汽夾層鍋，它主要用來(lái)蒸煮食品。傳統(tǒng)的煮鍋都是靠人來(lái)控制蒸煮溫度和時(shí)間的，同時(shí)也無(wú)法知道罐內(nèi)的熱分布情況如何。通過(guò)對(duì)煮鍋進(jìn)行電器控制，結(jié)合PLC的應(yīng)用，較好地解決了這

10、一問(wèn)題，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量提高，生產(chǎn)效率也得到提升，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度及危險(xiǎn)作業(yè)。2.1.1煮鍋的結(jié)構(gòu)煮鍋主要由內(nèi)殼體、夾套加熱體及外保溫體組成。上部為快開(kāi)門結(jié)構(gòu)，具體強(qiáng)度計(jì)算按化工部的SW6-2011強(qiáng)度計(jì)算要求。由于煮鍋為壓力鍋，故在設(shè)備頂部設(shè)有安全閥、壓力表、溫度計(jì)、壓力傳感器等；由于煮鍋為壓力容器的快開(kāi)門結(jié)構(gòu)，故煮鍋還設(shè)置有安全聯(lián)鎖裝置，即：當(dāng)罐內(nèi)壓力完全釋放，方可打開(kāi)快開(kāi)門；當(dāng)快開(kāi)門完全關(guān)閉，放能打開(kāi)進(jìn)汽閥。此過(guò)程需要幾方面的控制，以下我們根據(jù)煮鍋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及操作特點(diǎn)來(lái)描述控制器的應(yīng)用。a)快開(kāi)門的控制快開(kāi)門為三件套結(jié)構(gòu)，兩個(gè)固定圈，一個(gè)為動(dòng)圈，三個(gè)圈之間通過(guò)齒進(jìn)行嚙合。同時(shí)兩側(cè)設(shè)置帶磁性旋轉(zhuǎn)

11、氣缸，在門上下位置設(shè)置帶磁性門鎖氣缸，在關(guān)門時(shí)，啟動(dòng)兩側(cè)旋轉(zhuǎn)氣缸，旋轉(zhuǎn)動(dòng)圈達(dá)到嚙合狀態(tài)，同時(shí)在嚙合位置設(shè)備有光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)轿粫r(shí)，光電開(kāi)關(guān)同時(shí)發(fā)出信號(hào)，以防止誤操作。磁性氣缸發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)門鎖氣缸，門鎖關(guān)閉，發(fā)出可以進(jìn)汽信號(hào)。此時(shí)就可以進(jìn)汽操作了。反過(guò)來(lái)，如果門鎖沒(méi)有打開(kāi)，則啟動(dòng)任何一個(gè)按鈕，都不能打開(kāi)快開(kāi)門。b)罐內(nèi)壓力控制壓力控制通過(guò)壓力傳感器來(lái)傳遞信號(hào)。當(dāng)罐內(nèi)壓力為零時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，此時(shí)表示可以啟動(dòng)門鎖開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)的門的開(kāi)啟。但壓力信號(hào)沒(méi)有傳遞為零，則門鎖得不到信號(hào)，則不會(huì)開(kāi)啟，此時(shí)啟動(dòng)任何開(kāi)關(guān)都為無(wú)效狀態(tài)。c)液位控制為了能夠確認(rèn)罐內(nèi)水是否達(dá)到某一位置，在罐的側(cè)面設(shè)置電容式高低液位

12、開(kāi)關(guān)，這樣，在水到高位時(shí)，音叉液位計(jì)發(fā)出信號(hào)，關(guān)閉進(jìn)水泵，當(dāng)水至低位時(shí)，為避免泵的空吸，則停止泵的出料。d)溫度的適時(shí)調(diào)整和控制在罐的底部，我們?cè)O(shè)置了溫度傳感器。在進(jìn)汽口設(shè)置有蒸汽調(diào)節(jié)閥，即當(dāng)罐內(nèi)溫度超過(guò)設(shè)置溫度時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟角度隨著溫度的要求在變大或變小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)罐內(nèi)保溫的控制。以上控制由PLC及觸摸屏及其它軟件一起實(shí)現(xiàn)。使該設(shè)備具有了電器一體化的功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的要求。2.1.2下面我們看下常用食品煮鍋的電器控制及操作規(guī)程：一、 操作規(guī)程1、鍋門開(kāi)啟工作程序：門開(kāi)啟:密封排氣，啟動(dòng)安全定位氣缸，插銷脫離-開(kāi)啟水平旋轉(zhuǎn)氣缸。啟動(dòng)電液缸開(kāi)門操作，門旋轉(zhuǎn)至9095度，行程或接近開(kāi)關(guān)關(guān)閉電液

13、缸。門開(kāi)啟動(dòng)作完成。門關(guān)閉：?jiǎn)?dòng)電液缸開(kāi)關(guān)，門關(guān)閉到位，落下門，行程開(kāi)關(guān)將電液缸停止（注意觀察門落下情況）-旋轉(zhuǎn)氣缸開(kāi)啟-定位氣缸定位-手動(dòng)進(jìn)氣密封。2、 操作要求進(jìn)料：按上述程序要求開(kāi)門，將籠框吊入鍋內(nèi)。進(jìn)水，將水漫過(guò)籠框頂部。蓋關(guān)閉。蒸煮：打開(kāi)蒸汽閥，夾套進(jìn)汽蒸煮。直到蒸煮結(jié)束。出籠和出液：停止進(jìn)汽，待鍋內(nèi)溫度低于80度時(shí)，底放料閥放料，直到料液出盡。出渣：籠子內(nèi)水已基本放盡，此時(shí)用吊鉤將籠子吊出鍋體外。注意：本鍋可以用熱水泵通過(guò)外部加強(qiáng)熱循環(huán)，強(qiáng)化換熱及提取效果。具體操作按以下電器控制操作方法二、 電器控制操作方法首先將電柜電源上電，電控柜上“方式選擇”旋鈕旋至“手動(dòng)”狀態(tài)，將氣動(dòng)閥門用

14、壓縮空氣減壓閥調(diào)在0.60.7MPa之間,按照觸摸屏上的工藝流程和閥門編號(hào)點(diǎn)擊相應(yīng)的閥門，點(diǎn)一次打開(kāi)，再點(diǎn)一次則關(guān)閉，檢查各個(gè)閥門的對(duì)應(yīng)性與開(kāi)/關(guān)的靈敏性和正確性。在畫面中泵閥開(kāi)為紅色，關(guān)閉蘭色，手/自動(dòng)過(guò)程中要檢查實(shí)際泵閥開(kāi)閉情況。 下面為三組工藝流程畫面及閥門介紹門關(guān)到位指示 門開(kāi)到位指示 蒸汽小門降到位指示 插銷伸到位指示門升到位指示插銷縮到位指示 蒸汽大閥操作中只要設(shè)置好溫度與時(shí)間就可以了，具體設(shè)置就是點(diǎn)擊上設(shè)置溫度后面的就會(huì)出現(xiàn)下面的跳出對(duì)話框：輸入相應(yīng)的數(shù)值就可以了，時(shí)間也是一樣的。點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)門操作按鈕進(jìn)入開(kāi)關(guān)門操作畫面，下面為開(kāi)關(guān)門操作畫面介紹指示燈 關(guān)門的操作步驟是先點(diǎn)擊按鈕，等

15、降到位指示亮?xí)r，再點(diǎn)擊按鈕，等關(guān)到位指示亮?xí)r，再點(diǎn)擊按鈕，等伸到位指示亮?xí)r就代表關(guān)門操作執(zhí)行完了。開(kāi)門的操作步驟是先點(diǎn)擊按鈕，等縮到位指示亮?xí)r，再點(diǎn)擊按鈕，等開(kāi)到位指示亮?xí)r，再點(diǎn)擊按鈕，等升到位指示燈亮?xí)r就代表開(kāi)門操作執(zhí)行完了。門確認(rèn)關(guān)好了，至于加熱過(guò)程就是把電控柜上“方式選擇”旋鈕旋至“自動(dòng)”狀態(tài)，按一下電控柜上的啟動(dòng)按鈕就可以自動(dòng)加熱到設(shè)定的溫度進(jìn)行保溫，并保持到設(shè)定的時(shí)間，自動(dòng)結(jié)束。三、 安全和防護(hù)1、除接受過(guò)關(guān)于本設(shè)備操作的培訓(xùn)人員之外，其他人員請(qǐng)不要靠近本設(shè)備。2、請(qǐng)定期檢查所有的安全裝置（包括安全閥、壓力表等）是否能正常發(fā)揮作用。3、安全閥、壓力表、溫度表應(yīng)定期做校準(zhǔn)； 4、密封圈

16、應(yīng)定期檢查，如發(fā)現(xiàn)密封圈損壞則應(yīng)及時(shí)更換；5、電液缸在運(yùn)輸過(guò)程或長(zhǎng)時(shí)間不工作時(shí)，排氣口應(yīng)用螺絲堵塞，當(dāng)處于工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將螺絲堵取下，以便能使設(shè)備正常工作。電液缸應(yīng)每隔半年檢查一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缸內(nèi)液體出現(xiàn)泄漏時(shí)應(yīng)向供應(yīng)商咨詢處理，以保持設(shè)備完好狀態(tài)。6、在按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)之前，請(qǐng)務(wù)必確認(rèn)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)（鍋口）無(wú)人。7、設(shè)備因不明原因停止工作時(shí)，請(qǐng)查明原因，在得到管理責(zé)任人員的許可后方可再次啟動(dòng)。8、每次生產(chǎn)后應(yīng)把罐內(nèi)外清洗干凈。 9、所有生產(chǎn)用水（包括冷卻水）應(yīng)確保氯離子含量低于25mg/L；10、 對(duì)電機(jī)、電柜等有電的地方應(yīng)確保絕緣，不能使設(shè)備帶電； 11、保持相對(duì)穩(wěn)定的潔凈空氣穩(wěn)壓氣源。四、 故障及排

17、除方法見(jiàn)下表序號(hào) 故 障 故障原因分析 處理方法 備注 1電液缸動(dòng)作緩慢或不動(dòng)作排氣螺塞沒(méi)有擰開(kāi) 擰開(kāi)排氣 2 旋轉(zhuǎn)氣缸不動(dòng)作氣源或磁性開(kāi)關(guān)檢查氣源，磁性塊是否移位 3 安全銷不動(dòng)作氣源或磁性開(kāi)關(guān)檢查氣源，磁性塊是否移位4 門關(guān)不到位（開(kāi)）接近開(kāi)關(guān)位置變動(dòng)檢查接近開(kāi)關(guān)是否到位5 旋轉(zhuǎn)卡圈動(dòng)作不到位卡圈與法蘭可能有干涉檢查上下蓋關(guān)閉情況，門密封條是否已進(jìn)入槽內(nèi)6門密封處CIP清洗時(shí)漏水密封圈可能破損或蓋與鍋口間隙不均勻檢查密封圈，并對(duì)破損密封圈進(jìn)行更換處理7 旋轉(zhuǎn)接頭漏水“O”型圈可能破損同上8觸摸屏反應(yīng)不靈敏、位移可能老化失效更換五、 主要外購(gòu)件、易損件一覽表（一）2000L、3000L蒸汽夾

18、層鍋配置序號(hào) 名稱 規(guī)格及型號(hào) 技術(shù)參數(shù)生產(chǎn)廠家 備注1電液缸KLTDYTP1500-400-610MPa無(wú)錫客來(lái)特行程400mm2帶磁性氣缸QGBII80X120-MP4氣壓1.0MPa3滾動(dòng)軸承 6204 d205滑動(dòng)軸承76X60X46；POM賽鋼6鍋口氣密封圈DN1535X18；DN1435X18硅橡膠天宇公司注：DN1435為2000L的7O形密封圈D58(內(nèi)徑）X3.55硅橡膠8西門子PLC226CN西門子三臺(tái)配一只9觸摸屏SMART1000西門子三臺(tái)配一只10溫度傳感器G1/2；L3500120度久荗11雙金屬溫度計(jì)M27X2；L3500120度久荗 結(jié)束語(yǔ)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器在越來(lái)越多的行業(yè)里得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在越來(lái)越多的傳感器不但具有傳感性能，還能及時(shí)處理和識(shí)別及時(shí)的工作狀態(tài)，特別是智能傳感器的發(fā)展與微處理器的緊密結(jié)合，更是為產(chǎn)品添加一雙翅膀，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊。但是，我國(guó)傳感器的發(fā)展起步較晚，制作水平及精度尚與國(guó)外有較大的差距，特別在制藥、食品機(jī)械方面，比較重要、精確度和質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，大都采購(gòu)國(guó)外的傳感器。比如德國(guó)的郎博、北京E+H等等，有一大半被國(guó)外所占領(lǐng)