饮水机文献综述(参考).doc

东华理工大学长江学院毕业设计 文献综述文献综述1. 课题研究的背景及意义随着社会文明的发展，对生活质量的要求也越来越高。现在，小家电产品已逐渐成为人们家庭生活必需品。小家电的出现本身就带有一个减轻人们生活负担、体贴关怀人的理念。不同用途的小家电所强调的人性化的指标也不同。饮水机的出现，改变了中国人传统烧开水的习惯，它便捷、时尚、实惠等优点，吻合了人们的生活饮水的需求。从上个世纪80年代的萌芽开始，到90年代的快速发展，进入21世纪之后，中国的饮水机市场已成群雄逐鹿，百舸争流之势。目前，整个饮水机市场已经由成长期进入了成熟期，但目前大部分的饮水机功能仅限于烧水、制冷功能，对现代人来说，功能还是不完善或者说存在一定的缺陷，比如对水温没有显示装置，对加热次数没有合理控制等，这些都与对健康水质的追求相矛盾。在没有人使用的时候饮水机也处在开机状态，无疑会造成能源的大量浪费，在能源紧缺的今天这个方面亟待解决。本文所设计的新型绿色饮水机就是PLC结合传感器的一个简单应用，该系统设计综合了PLC以及电子技术理论，从生活实际出发，完善了饮水机的功能。2国内外的研究现状中华研究报告商务发布的饮水机行业项目调研及投资预测研究报告2011-2016年是在大量周密的市场调研基础上，主要依据了国家统计局、国家商务部、国家发改委、国务院发展研究中心、中国海关总署、相关行业协会、国内外相关刊物的基础信息以及行业专业研究单位等公布和提供的大量资料，结合深入的市场调查资料，立足于当前金融危机对全球及中国宏观经济、政策、主要行业的影响，重点探讨了饮水机行业的整体及其相关子行业的运行情况，并对未来饮水机行业的发展趋势和前景进行分析和预测。报告数据及时全面、图表丰富、反映直观，在对市场发展现状和趋势进行深度分析和预测的基础上，研究了饮水装置行业在今后的发展前景，为企业在当前激烈的市场竞争中洞察投资机会，合理调整经营策略；为战略投资者选择恰当的投资时机，公司领导层做战略规划，提供了准确的市场情报信息以及合理的参考性建议，本报告是相关企业、相关研究单位及银行政府等准确、全面、迅速了解目前该行业发展动向、把握企业战略发展定位方向不可或缺的专业性报告。3. 饮水机的工作原理简介3.1 简介冷热饮水机由水箱提供常温水，进水分两路：一路进入冷胆容器，经制冷出冷水；另一路进入热罐，经加热出热水。按饮水机下制冷开关后，交流电压经电源变压器降压、整流二极管作全波整流以及电容滤波后，输出直流电压供半导体致冷组件制冷和风机排风，同时，制冷指示灯点亮。由于直冷式冷热饮水机不设自动控温，因此开机后制冷指示灯常亮。按下加热开关，加热指示灯亮，电热管发热，热罐内的水升温。当水温达到设定定温度时，温控器触点断开，自动切断加热电源，加热指示灯熄灭，电热管停止加热。当水温下降到设定温度时，温控器触点闭合，自动接通加热电源，加热指示灯亮，电热管发热。尔后重复上述过程，使水温在95100之间保持恒温。3.2 “千滚水”有关知识的介绍目前的饮水机，基本都是有胆饮水机，都是靠着机器内的热胆加热，这种饮水机最大的问题就是会加工出“千滚水”，其原因是饮水机热胆内的水始终处于加热冷却再加热的循环中。专家认为，反反复复加热的“千滚水”，对健康十分不利。“千滚水”如果存放时间过长，就会使水老化，水的活性降低，不易被人体细胞吸收。饮水机对健康的另一隐患是水的二次污染比较严重。因为饮水机是靠空气的压力装水的，很容易把空气中的污染物和细菌带到饮水中，而超过四天以上的水，细菌就会更多。因此，饮水机的水最好三四天就喝完，这样可以减少污染物。传统饮水机内胆超过三个月不清洗，就会滋生大量细菌、残渣甚至红虫。势胆因其材质多为不锈钢和铝壳，本身也构成“污染源”，长时间加热，水中的铁、铝、铵的亚硝酸盐含量会明显增加。“千滚水”虽看似干净，却是重金属、砷化物等有害物质的浓缩液，久饮这种水会破坏人的胃肠功能，出现腹泻、腹胀。因此，用饮水机一定注意别长时间加热，而且三个月必须清洗一次内胆。专家指出，要尽量减少饮用“千滚水”有以下几种解决办法。办法一：养成随手关机的习惯，需要时再打开，不用的时候就关机，避免饮水机一直处于开机状态，致使水反复烧开。办法二：给饮水机安装一个智能控制开关，也能解决饮水机反复烧开水的问题。例如突破饮水机电子节能器就是一个内部设有智能芯片的转换器，预设了七种人性化的时间段模式，用户可根据不同的时间需求选择其中的一种，在需要饮水的时间段开启电源，保证你正常使用饮水机的加热和制冷功能，而在长时间离开的时间段自动切断电源，关闭饮水机，不仅可以避免千滚水，而且还能够节约不少电费。4. 自动控制技术的发展、现状工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。 我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。工业信息化是指在工业生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。在“十五”期间，国家用信息化带动工业化的工作重点有三个方面：一是以电子信息技术应用为重点，提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先进制造技术应用为重点，推进制造业领域的优质高效生产，振兴装备制造业；三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。国家实施高技术产业化的主要目标有两个：一是发展高技术，形成新兴产业，培育新的增长点；二是利用先进技术改造和优化传统产业，提高经济增长的质量。由于大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升、提高企业整体素质、提高国家整体国力、调整工业结构、迅速搞活大中型企业的有效途径和手段，国家将继续通过实施一系列工业过程自动化高技术产业化专项，用信息化带动工业化，推动工业自动化技术的进一步发展，加强技术创新，实现产业化，解决国民经济发展面临的深层问题，进一步提高国民经济整体素质和综合国力，实现跨越式发展。5. 本课题应用PLC5.1 PLC的概念可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。1987年，国际电工委员会(IEC)颁布了PLC的标准草案(第三稿)，草案对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子装置，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”也就是说，PLC是微机技术与继电器常规控制技术相接合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用做数字控制的专用计算机。在现代工业自动化设备或系统中，广泛使用着各种品牌和规格的可编程控制器，不同厂家的产品各有特点。它们虽有一定的区别，但作为工业标准控制设备，不同厂家的可编程控制器在结构组成、工作原理和编程方法等许多方面是基本相同的。5.2 可编程序控制器的优越性能主要集中体现在以下几个方面(1)控制系统结构简单，通用性强。PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只须在PLC的端子上接入相应的输入/输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理器件和大量而又繁杂的硬接线线路。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入/输出组件和应用软件有所不同。PLC的输入/输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连，并有较强的带负载能力。(2)可靠性高，抗干扰能力强。微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化，都可以使一般通用微机不能正常工作。而PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取生产厂家长期积累的工业控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，输入/输出系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施。在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力。另外，PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，故寿命长，可靠性大大提高。PLC的平均无故障时间通常在几万小时以上，这是一般的微机所不能比拟的。(3)编程简单，使用方便。PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯。PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，具备一定的电工和工艺知识的人员能够在短时间内学会。(4)功能强大完善。PLC的输入/输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现定时、计数、锁存、比较、跳转和强制输入/输出等诸多功能，不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成功能。此外，它还可以和其他微机系统、控制设备共同组成分布式或分散式控制系统，实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。因此PLC具有极强的适应性，能够很好地满足各种类型控制的需要。5.3 三菱控制电路的经验设计法以可编程控制器为核心来构造控制系统时，只要控制过程不是顺序控制，一般只能用经验设计法来设计控制电路，经验设计法实质上是一种试凑法。设计者通过广泛地阅读以往的典型电路来积累知识和经验，在此基础上根据控制要求试凑电路，之后再分析试凑出的电路，若该电路能实现所要求的控制功能，则电路设计成功，然后做一些优化和完善即可；若试凑出的电路不能实现控制要求，则需不断地改进，直至获得较为满意的结果。因此，要想快速、优质地设计出控制电路，必须阅读和分析大量前人积累下来的成功范例，由此掌握一些基本的和常见的电路类型，这对自身设计能力的提高有着重要的作用。5.4 三菱FX系列PLC与顺序控制在生产实践中，顺序控制是一种十分常见的控制方式。用可编程控制器的辅助继电器、定时器、计数器可以实现顺序控制，但这需要用经验设计法来设计控制电路，设计过程无规律可循，且设计出来的电路连锁关系复杂，可读性差。现代的可编程控制器中都设有专用于实现顺序控制的软电器状态继电器，用状态继电器来实现顺序控制，能比较容易地设计出相应的控制电路，并且其结构层次清晰，可读性好。而要用状态继电器来实现顺序控制，首先需要利用状态转移图来描述顺序控制过程。6计算机仿真技术的发展、现状、概述6.1 概述计算机仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。计算机仿真技术具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势，被称为除理论推导和科学试验之外的人类认识自然和改造自然的第三种手段。6.2 发展与现状仿真技术最初主要应用在军事领域。20世纪50、60年代，仿真技术开始应用于洲际导弹的研制、阿波罗登月计划、核电站运行等方面。到了70年代中期，仿真技术开始扩展到民用领域，用于培训民航客机驾驶员等。从80年代开始，仿真技术借助计算机技术的发展开始进入了计算机仿真的崭新时代，计算机仿真技术开始大规模地应用于仪器仪表、虚拟制造、电子产品设计、仿真训练等人们生产、生活的各个方面。我国国内自20世纪60、70年代开始首先在自动控制领域采用仿真技术，这一时期我国自行设计的飞机模拟器、坦克模拟器等相继研制成功，民用领域的火电机组培训仿真系统、化工过程培训仿真系统、机车培训仿真器、汽车模拟器等也相继研制成功。自90年代开始，基于计算机仿真技术，国内建设了一批水平较高、规模较大的半实物仿真系统，如射频制导导弹半实物仿真系统、红外制导导弹半实物仿真系统、歼击机工程飞行模拟器、歼击机半实物仿真系统、驱逐舰半实物仿真系统等，这些半实物仿真系统在武器型号研制中发挥了重大作用。进入21世纪，我国开始对分布交互式仿真、虚拟现实等先进仿真技术及其应用进行了研究，开展了较大规模的复杂系统仿真，由单个武器平台的性能仿真发展为多武器平台在作战环境下的对抗仿真。目前，计算机仿真行业已经成为代表国家关键技术和科研核心竞争能力，具有相当规模的产业。根据赛迪报告，2008年全球计算机仿真市场的总体规模达883亿美元以上，中国计算机仿真市场的总体规模达298亿人民币以上，未来计算机仿真行业发展潜力巨大。本课题通过计算机仿真技术来实现饮水机的功能，该饮水机能避免多次沸腾，并设有冷开水、温开水、热开水三个阀门开关，并成功实现。7. 机械设计的有关理论简介7.1 机械设计的基本要求7.1.1 满足功能、运动和动力性能的要求实现预定的功能要求是机械设计最基本的出发点。在机械设计过程中，设计者必须使所设计的机械能够完全实现预定的功能。为此，设计者需确定机械的工作原理，选择机构的类型，拟定机械传动系统方案，并使所选择的机构类型和拟定的机械传动系统方案能满足运动和动力性能的要求。运动要求是指所设计的机械应保证实现规定的运动速度和运动规律，以满足工作平稳性、启动性、制动性等要求。动力要求是指所设计的机械应具有足够的功率，以满足机械正常工作的要求。为此，要正确设计机械的零件，使其结构合理并满足强度、刚度、耐磨性和振动稳定性等方面的要求。7.1.2 工作安全可靠的要求机械的可靠性是指机械在规定的使用条件下，在预定的工作期限内，完成规定功能的能力。安全可靠是机械的必备条件，为满足这一要求，必须从机械系统的整体设计、零部件的结构设计、材料及热处理的选择、加工工艺的制定等方面加以保证。对于机器来说，机器的可靠度到底应选多大，从理论上来讲，当然是越大越好，但可靠度越大，机器的成本越高。有时候，提高一点点可靠度，可能会使机器的成本增加几倍。一般来说，与人的生命、国家的财产息息相关的机器，如飞机、宇宙飞船等，其可靠度设计要高一些。而一般的机械产品，可靠度设计可相对低一些。7.2 选用材料的原则7.2.1 满足使用性能要求满足使用性能要求是指用所选材料制造的零件，在给定的工况条件下和预定的工作寿命期内能正常工作。对于不同的机械，其侧重点有所不同。对于受重载作用的零件，若要求零件重量轻、尺寸小，可选高强度的材料；对于零件之间有相对滑动的零件，应选用减摩性、耐磨性好的材料；对于在高温下工作的零件，应选用耐热材料；对于在腐蚀环境下长期工作的零件，应选用耐腐蚀材料；对于在静应力条件下工作的零件，可选用塑性材料也可选用脆性材料；而对于在变应力条件下工作的零件，只能选用塑性材料而不能选用脆性材料，等等。7.2.2 随着科技进步，一个新产品从开发到进入市场周期越来越短，结构和形式也日趋多样化。有时一个产品为适应不同地区，不同消费群体，需要多种形式包装，从创意、色彩、规格、材质到制作方法，都要有不同的要求。近年来，不少国外机械应用了现代化先进的高新技术，机械的特征趋于“三高”高速、高效、高质量。发达国家一方面为满足现代商品包装多样化的需求，发展多品种、小批量的通用技术设备，同时更紧跟科技发展步伐，发展和开发应用高新技术和现代化专用机械，像航天工业技术（热管类）、微电子技术、磁性技术、信息处理技术、激光技术、生物技术及新的加工工艺等都在被应用之列。纵观世界机械制造业发展，以信息技术为代表的现代科学技术发展，对机械制造业提出了更高、更新的要求，它已伴随着高新技术和新兴产业发展而共同进步，并充分体现出机械制造技术向智能化、柔性化、网络化、精密化、绿色化和全球化方向发展的总趋势和时代特征。先进的制造技术，使国外机械制造商瞄准市场，积极推出了功能多样的机械，以适应各大厂商的需求。总之，走向多功能和单一高速两极化，是