自动咖啡冲调机的电气控制系统设计

自动咖啡冲调机的电气控制系统设计【 摘 要 】 本文介绍了自动咖啡机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分成几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在自动咖啡机中的作用。程序涉及到了自动咖啡机工作的绝大部分过程。利用 PLC 控制的自动咖啡机提高了系统的稳定性，保证自动咖啡机能够长期稳定运行。【关键词】自动咖啡机 可编程序控制器 梯形图目录 第一章 自动咖啡机的简介.11.1 自动咖啡机的概述.11.2 自动咖啡机的产生和发展.11.3 自动咖啡机特点. 2第二章 咖啡机控制的程序设计.32.1 系统控制要求.32.2 搅拌电机的选用.32.3 咖啡机示意图.42.4 I/O 分配.52.5 外部接线. .52.7 主电路. .62.6 程序说明及梯形图. .8小结. .9参考文献. .9致 谢.101第一章 自动咖啡机简介1.1自动咖啡机的概述PLC 即可编程控制器（Programmable Logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。其定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与运算操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程自动咖啡机，或称为水量自动型咖啡机，内部装有电子控制系统，用来控制每杯的水量。这一复杂的系统使得在制作一杯咖啡时能决定何时中断水流。最简单、最常见的破坏浓缩咖啡的途径是让过多的水穿过咖啡粉，从而导致过量提取。这一水量监控装置极大地降低了不良制作的风险。此类咖啡机已成为酒店和大型咖啡厅的首选。自动咖啡机本身特点没有什么风险性，投资少，利润高，方便管理；对消费者来说，价格便宜，方便，快捷；各种饮品口味好，味道独特有市场吸引力；24 小时的经营模式最大限度的给投资者带来更大的效益；不同的场所可以选择不同的机型起到一个更人性化的服务；设备适用场所广泛各种学校，写字楼，商场，超市，银行，车站，休闲场所，娱乐场所.均可放置。自动咖啡机价格品牌比较广，价格不一，可满足不同阶层人的需求1.2自动咖啡机的产生与发展西 元 二 十 世 纪 初 ， 住 在 意 大 利 拿 坡 里 附 近 的 一 位 “急 性 子 工 程 师 ”， 因 为 对 滴漏 煮 咖 啡 的 时 间 过 长 感 到 不 耐 烦 ， 所 以 在 等 待 时 间 想 出 一 个 方 法 ， 以 高 温 ， 高 压 的 方式 煮 咖 啡 以 缩 短 时 间 ， 于 是 发 明 了 全 世 界 独 一 无 二 的 意 大 利 咖 啡 快 速 调 理 ，Espresso 也 开 始 风 行 。这 位 急 性 子 工 程 师 发 明 的 意 大 利 快 速 调 理 方 式 ， 不 但 可 以 节 省 煮 咖 啡 的 时 间 ， 而且 煮 出 的 咖 啡 风 味 香 醇 浓 郁 ， 因 此 被 意 大 利 人 称 为 Espresso 来 纪 念 这 位 工 程 师 的发 现 。 Espresso 念 起 来 很 具 意 大 利 艺 术 气 质 ， 但 是 在 意 大 利 文 中 所 代 表 的 意 思 却 很简 单 就 是 “压 力 之 下 ”， 与 英 文 的 under pressure 是 同 一 个 意 思 。2之 后 ， 我 们 就 在 许 多 的 书 里 、 各 大 BBS 的 精 华 区 里 看 到 上 面 这 段 话 ， 被 当 成 意 大利 咖 啡 (Espresso)的 起 源 流 传 着 。 上 面 那 段 叙 述 说 的 二 十 世 纪 初 的 急 性 子 工 程师 ， 指 是 很 可 能 是 Luigi Bezzera。 我 不 晓 得 Bezzera 性 子 急 不 急 ， 但 他 在 1901年 制 造 出 以 蒸 气 作 为 压 力 的 咖 啡 机 ， 绝 对 不 只 是 因 为 对 滴 漏 煮 咖 啡 的 时 间 过 长 感到 不 耐 烦 ， 更 重 要 的 是 他 知 道 ， 冲 煮 时 间 过 于 缓 慢 会 直 接 影 响 到 咖 啡 的 品 质 由 于 酿 造 时 间 过 久 ， 所 以 咖 啡 粉 末 不 可 以 研 磨 得 太 细 ， 而 粗 糙 的 研 磨 意 味 着 可 以 萃 取出 的 芳 香 成 分 也 比 细 致 粉 末 来 得 少 。 快 速 只 是 表 面 理 由 ， 对 品 质 的 追 求 才 是Espresso 发 展 的 动 力 !而 且 ， 要 说 Bezzera 一 个 人 发 明 了 Espresso， 我 也 无 法 认 同 ， 虽 然 他 是 第一 个 尝 试 以 蒸 气 作 为 压 力 来 制 造 商 用 咖 啡 机 ， 同 时 也 是 形 塑 现 在 义 式 咖 啡 机 的 雏 型 的人 （ 现 在 意 大 利 咖 啡 机 上 的 Group Head， 就 是 首 先 出 现 在 Bezzera 的 咖 啡 机 上 ） ，并 且 创 造 了 在 吧 (bar)中 现 做 ， 并 且 直 接 将 咖 啡 注 入 客 人 杯 中 的 Espresso 文 化 特 质 。但 是 这 种 咖 啡 机 煮 出 来 的 咖 啡 ， 仍 不 具 Espresso 的 美 味 及 充 满 Crema 的 表 征 。 主要 是 因 为 ， Bezzera 的 咖 啡 机 是 利 用 水 沸 腾 时 所 产 生 的 蒸 气 ， 蒸 气 在 密 闭 的 锅 炉 形 成压 力 ， 将 热 水 推 至 莲 蓬 头 里 的 咖 啡 粉 末 。 为 了 要 制 造 蒸 气 ， 整 个 锅 炉 都 必 须 加 热 至 沸腾 ， 使 得 接 近 沸 点 的 热 水 灼 伤 咖 啡 粉 ， 失 去 深 藏 在 咖 啡 粉 里 的 芳 香 油 脂 ， 更 萃 取 出加 倍 苦 的 咖 啡 。 而 由 Bezzera 的 机 器 上 煮 出 来 的 咖 啡 无 法 形 Crema ， 主 要 有 两 个 原因 ：1.冲 煮 咖 啡 的 热 水 温 度 过 高 ， 使 油 质 丧 失2.蒸 气 锅 炉 无 法 提 供 足 够 的 压 力1.3自动咖啡机特点1.一机多用：可以放多种饮品、咖啡、奶茶、果汁等，原料机器全套提供。2.不用请人看管：无工资支出。3.市场空间巨大：投放渠道广，合作网点多 学校超市、小卖部、食堂、宿舍楼、教学楼、网吧、电影院、游戏厅、医院、图书馆、 、 、 、 、 。4.不用租房经营：投资压力小，无经营风险5.投资回报丰厚：单杯高利润，长久又稳定6.运作流程简单：投资机器和原料，选择网点投放，定期收钱补货3第二章 咖啡机控制的程序设计2.1 系统控制要求打开电源，投入硬币后 X1 硬币检测开关通电打开，然后线圈通电 YO 出纸杯阀打开。控制阀门 Y1 通电打开，加入咖啡其量由定时器 T0 控制，Y1 通电后定时器 T0 通电计时，定时 2s 后 T0 满足条件，Y1 阀门闭合不在导入咖啡。Y2 阀门通电打开，开始加入热水到一定液面时上位开关 X1 接通，转换条件 X1 满足，此时不在加入热水。然后搅拌机线圈通电搅拌机开始运动，对加入咖啡和水进行混合搅拌。其搅拌时间由时间继电器 T1 控制，T1 定时 30s 后即混合 30s 后转换条件 T1 满足。此时电动机不工作，混合搅拌结束。继而Y4 通电，由 Y4 控制的放出阀门打开，混合后的混合液放出，当混合液放出时时间继电器通电计时。计时器 20s 后满足条件，Y4 阀门闭合，可取出纸杯。2.2 搅拌电机的选用1.电动机选用的基本原则通常应根据搅拌机功率和搅拌设备的工作环境等因素选择电动机的型号，并遵循以下基本原则：1.根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等要求，选择电动机类型。2.根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，合理选择电动机容量，并确定冷却通风方式。同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动增大的要求。3.根据使用场所的环境条件，如温度、灰尘、雨水、瓦斯和易燃易爆物体等，考虑必要的防护方式和电动机的结构形式，确定电动机的防爆等级和防护等级。4.根据企业电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级。5.根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速的复杂程度，选择电动机的额定转速。除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，并综合考虑运行可靠性、产品价格、运行和维修费用等因素。42.电动机额定功率的确定电动机额定功率是根据它的发热情况来选择的，在允许温度以内，电动机绝缘材料的寿命为 15 至 25 年。如果超过容许温度，电动机使用寿命就要缩短。一般来说，每超过8，使用年限会缩短一半。而电动机的发热情况又与负载大小及运行时间长短有关。搅拌设备的电动机功率必须同时满足搅拌器运转及传动装置和密封系统功率损耗的要求，此外还要考虑在操作过程中出现的不利条件造成功率过大等因素。轴封装置摩擦造成的功率损失因密封系统的机构而异。一般来说，填料密封的功率损失较大，机械密封的损失相对较小。传动装置各零部件的机械效率与其结构有关，具体数值按技术手册规定选取。2.3 咖啡机示意图图 2.1 咖啡机示意图如图 2.1 所示，根据咖啡机工作示意图 2.1 可知咖啡机工作流程：投入一枚硬币后，由硬币检测开关 XO 启动，同时咖啡 Y1 和热水 Y2 同时流出，进入到混合容器 X1 经由搅拌电机 M 进行搅拌后，冲调好的咖啡流出。2.4 I/O分配表5表 2.1 咖啡机 I/O 分配表输入(I) 输出（O）X0 硬币开关 Y0 YV1X1 纸杯开关 Y1 TV2T0 计时器 2 秒 Y2 YV3T1 计时器 60 秒 Y3 KM1T2 计时器 20 秒 Y4 YV4如表 2.1 所示，根据表 2.1 咖啡机输入输出 I/O 分配表可知：输入端 I 由X0，X1，T0，T1，T2 组成；输出端 O 由 Y0，Y1，Y2,Y3,Y4 组成。2.5 外部接线图图 2.2 咖啡机外部接线图如图 2.2 所示，咖啡机外部接线图的结构由 Y0，Y1，Y2,Y3，Y4 控制时间继电器KM1，KM2，KM3，KM4，KM5。X0，X1 控制硬币开关和纸杯开关。2.6 主电路如图 2.3 所示为主电路6图 2.3 主电路2.7 程序说明及梯形图1.投入一元硬币时， X0 由 OFFON 变化， Y0 和 Y1 被置位为 ON 并保持，出一个纸杯，同时出咖啡。2.Y0 和 Y1 常开接点导通 2 秒后，定时器到达预设值， T0 常开接点导通，所以 Y2=ON，出热水阀门导通，同时 Y0、Y1 被复位，出纸杯和咖啡阀门被关闭。3.当混合容器中水位达到一定时， X1=ON，Y2 被复位，停止出热水，同时 Y3=ON 开始搅拌工作，直到 T1 到达预设值时 30 秒后， T1=ON，Y3 被复位，搅拌电机停止工作。4.T1=ON 的同时，咖啡流出口开始流出咖啡，并开始 T2 计时 20 秒5.20 秒后，可认为咖啡已经全部流出， Y4 被复位，咖啡流出口的阀门被关闭。 T1和 T2 也被复位，以备下一周期的工作。78图 2.4 咖啡机控制元件图如图 2.4 所示，咖啡机控制元件如下所示：1.时间继电器（定时器 T0，T1，T2）：时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的自动开关装置。凡是 继 电 器 感 测 元 件 得 到 动 作 信 号 后 ， 其 执 行 元 件（ 触 头 ） 要 延 迟 一 定 时 间 才 动 作 的 继 电 器 称 为 时 间 继 电 器 。2.硬币检测开关 X0、液体检测开关 X13.出纸杯阀 Y0、出咖啡阀 Y1 出热水阀 Y24.搅拌电机 Y3、咖啡流出阀 Y4咖啡机控制梯形图如下图 2.5 所示：9图 2.5 咖啡机控制梯形图参考文献1王兆义 杨新志.小型可编程控制器M.北京：机械工业出版社 20062廖常初.FX 系列 PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社 20053高勤.可编程控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社 20064钱锐.PLC 应用技术 M.北京：科学出版社 20065程周.可编程控制器原理与应用M.北京：高等教育出版社 20036王永华.现代电气控制及 PLC 应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社 2000致 谢在本次论文设计过程中，茅红霞老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节10给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。茅红霞老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。茅红霞老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，