说明书-基于plc的种子包衣机自动控制系统.doc
基于西门子plc的种子包衣机自动控制系统设计【含5张CAD图纸+PDF图】
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开题报告课题名称 基于西门子PLC的种子包衣机自动控制系统课题来源B.社会生产实践课题类型工程设计类1选题的背景及意义： 种子包衣是以种子为载体，以包衣设备为手段，将含有农药、复合肥料、生长调节剂等有效成份的种衣剂(通常为胶悬液)按一定比例均匀有效地包敷到种子表面的加工处理技术。在种子包衣后的有效期内，它不但给种子的发芽和幼苗期的生长提供充足的养份，而且可以杀死种子表皮内外的病菌，防止病虫侵袭，实现播前植保、带肥下田，达到保苗、壮苗，增产、增收之目的。 国外的种子包衣技术起步早、投入大，发展快，目前正向着专用化、精细化、自动化、人性化方向发展。近年来，随着农业生产的快速发展和农业新品种、栽培新技术的推广应用以及我国对种子市场管理 力度的加大，对种子包衣质量也提出了越来越高的要求，即种子被种衣剂包裹的面积要求达到80才算合格，而且包衣合格率要在93以上。对于种子包衣机而言，种子与药剂的均匀供给和精确计量对包衣质量有着非常重要的影响。目前，国内种子包衣设备大多是吸纳美国、意大利、德国等早期技术进行研制的，与国外先进水平存有较大差距。因此从根本上扭转长期低水平重复和关键设备大量进口的局面，构建和提升种子加工技术与装备研发的技术平台，满足我国高产、优质、高效农业生产的用种需求，研究与集成人性化、洁静化、自动化、优质高效的现代种子加工成套技术装备已成为该行业的发展趋势，研究基于PLC的种子包衣机控制系统具有十分重要的意义。2研究内容拟解决的主要问题：（1）掌握种子包衣机的工作原理，研究人性化操作和自动化调控技术，并确定相关参数；（2）种子与种衣剂连续、同步、均匀供给技术与精确计量控制技术研究；（3）生产率，容重，种药混配比等生产参数与供种装置、供液系统等工作部件关联匹配特性研究；（4）设备运行安全性和包衣作业过程监控技术的研究；（5）多部件协调组合控制技术研究；（6）控制系统结构原理研究及硬件确定与选型；（7）研究并编制系统控制软件和监控软件；3研究方法技术路线：电控系统是包衣机的关键部分，控制系统的优劣直接影响包衣机作业质量的高低和使用性能的好坏。基于PLC的种子包衣机的控制系统是自动化设备的重要组成部分。本课题设计了以PLC为控制核心，以触摸屏为人机交流窗口，并结合软件、变频、传感等技术的自动控制系统。重点进行了系统硬件选型设计、系统监控软件与系统控制软件设计及主要工程技术问题研究，并对设备性能检测结果进行综合分析。解决了现有包衣机电控系统简单粗放，包衣作业质量差等问题，实现了包衣作业部件保护、种药精确计量、作业自动控制、安全生产和人性化操作。（1） 包衣机控制系统总体设计：提出包衣机控制系统的设计要求及主要指标，研究分析包衣作业工艺流程，进行了系统总体技术方案设计，并对机械部件执行结构及工作原理进行分析；（2） 控制系统硬件选型和设计：完成PLC选型及其I/O口电路设计、触摸屏选型、变频器选型、各类传感器选型及电控柜设计等；（3） 控制系统监控软件设计：人机交流界面选用TP170A型触摸屏，采用SIMATIC Pro Tool/Pro CS组态软件设计系统监控软件；种子包衣机系统控制软件设计：完成系统控制软件流程图和工作部件及功能模块设计及种药供给控制设计，实现各工作部件的有机组合，按序启闭，协调工作，并可实现故障保护，报警提示等功能。 4研究的总体安排和进度计划：时间（第 周）工作内容第一周课题调研，查阅资料，熟悉有关软件的应用功能第二周完成开题报告及外文文献翻译第三周阅读文献，掌握种子包衣机的基础知识第四周阅读文献，掌握PLC，HMI的基础知识第五周拟定PLC控制种子包衣机控制系统总体设计方案第六周绘制PLC控制种子包衣机的工作原理图第七周进行相关计算，确定主要元器件的技术参数第八周进行系统硬件设计第九周进行系统软件设计第十周绘制控制系统图第十一周撰写毕业设计说明书第十二周完成论文初稿并检查，送交指导教师批阅第十三周论文修改结束并定稿，准备答辩相关事宜5主要参考文献：1杨文焕.电机与拖动基础M.西安电子科技大学出版社，20082李金城.三菱FX2N PLC功能指令应用详解M.电子工业出版社，20113秦曾煌.电工学第七版上册电工技术M.高等教育出版社，20094郁有文.传感器原理及工程应用M.西安电子科技大学出版社，20145周军.电气控制与PLCM.机械工业出版社，20076高钟毓.机电控制工程M.清华大学出版社，20117 张万忠、刘明芹.电器与PLC控制技术 M.北京：化学工业出版社，2008.8 李发海、王岩.电机与拖动基础M.北京：清华大学出版社，2008.9 郑萍.现代电气控制技术M.重庆:重庆大学出版社，2008.10 王田苗,丑武胜.机电控制基础理论及应用M.北京:清华大学出版社，2003.11 张凤珊,祖龙起.电气控制及可编程序控制器M.中国轻工业出版社2003.12 袁任光.可编程控制器(PC)应用技术与实例M.广州:华南理工大学出版社，2001.13 王卫星，傅立思，孙耀杰.可编程控制器原理及应用M.北京:中国水利水电出版社，200214王启义.中国机械设计大典M.南昌：江西科学技术出版社，200215成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2004指导教师意见： 该同学查了与毕业设计相关文献，并对文献进行阅读，比较，分析和综合，对问题的研究状况进行了综合叙述。文献的搜集，整理，分析为完成毕业设计奠定了基础。所查文献符合预定工作量。该同学认真了解了基于西门子PLC的种子包衣机自动控制系统设计的目的和意义。研究思路清晰，方法可行，总体进度安排合理。同意开题。 指导教师签名： 年 月 日教研室意见： 通过，同意开题 教研室主任签名： 年 月 日学院意见： 教学院长签名： 年 月 日世界最新机械设计理念来源:中国科技期刊摘要:根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点，将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能。这几种方法的特点及其相互间的有机联系，提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词：机械产品方案设计方法发展趋势设计文件是将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。1. 将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。2. 将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。3. 将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分（单元）及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。4. 设计元素法用五个设计元素（功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数）描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。5. 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。6. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。7. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。网络技术的蓬勃发展，异地协同设计与制造，以及从用户对产品的功能需求设计加工装配成品这一并行工程的实现成为可能。但是，达到这些目标的重要前提条件之一，就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此，不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中，虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。目前，德国等发达国家正着力于研究超媒体技术、产品数据交换标准STEP，以及标准虚拟现实造型语言上基于虚拟环境的标准交换格式)在产品设计中的应用。机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效，我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性，及其应当采取的措施。基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。The worlds Latest Mechanical Design Conceptssource：China Science and Technology JournalAbstract:According to scholars at home and abroad to carry out mechanicaldesign product design features of the main ideas, product design method of theprogramsummarizedassystematic,modularstructure,basedonproductcharacteristics of knowledge and wisdom. The characteristics of these methods andtheir organic connection between them and put forward to achieve the computerproduct design direction.Key words: Mechanical Product Design MethodDevelopment Trends Design documents will be Semantic Web as a design tool inthe design of its Semantic Web activity of the development of ASK, using nodes andlines to describe the design a network, nodes that components of the cell (such asdesign tasks, functions, components or processing equipment, etc. ), used to adjust thelines and definitions between nodes of different semantic relations, thus the designprocess all the activities and results of pre-built models so that the definition of theearly design requirements to the specific description of each structure can be definedby the relationship between the expression, achieved a computer-aided design process,the leap from the abstract to the concrete.Asystematic design methodThe main features of a systematic design method are: the design as designed by anumber of elements of a system, the independence of each design elements, eachelement of an organic link between the existence of, and is layered, with all the designelements , you can design systems to achieve the required task.Systematic design idea in the 70s by the German scholar Professor Pahl andBeitz, the system based on the theory they developed a general pattern of the design,advocacy design work should have organized. German Engineers Association, on thebasis of this design concept to develop a standard VDI2221 technology systems andproduct development design methods.1.The user needs functional characteristics as a product concept, structuredesign and part design, process planning, job control, etc. based on the macro fromthe product development process of starting the use of quality function deploymentmethod and system to user demand information reasonably and efficiently convertedto the various stages of product development, technical goals and operational controlprocedures method.2.The level of the product life of the organism as a system, and means ofliving systems theory, the product design process can be divided into successfulhierarchy of needs to achieve the functional requirements of the conceptual level andproduct level of the specific design. At the same time life-support systems used toexpress the abstract icons of the product functional requirements, system structureformation of product features.3.The mechanical design of the application of systems science into two basicquestions: First, to be designed as a system dealing with the products, the best way todetermine its component parts (modules) and their mutual relations1; is the productdesign process as a system, according to design objectives, a correct and reasonablydetermine the various aspects of the design work and various design stage.Because each designers point of research questions and to consider the questionof emphasis, to design a specific research methods used is also different. Here aresome representative of the systematic design methods.4.Design Element MethodWith the five design elements (functions, effects, effects vector, shape, elements,and surface parameters) describe the product solutions that a product to determinethe value of the five design elements, the product of all the features and characteristicsof the value of i.e. determined. Scholars in China have adopted similar methodsdesigned to describe the products original understanding.5.Graphic modeling methodAnd developed a design analysis and guidance systems KALEIT, with thelevel of clear graphic description of a products functional structure and its associatedabstract information, to the system structure and function relationship of graphicalmodeling, and functional connection between the layers 2.Assistance will be designed to be divided into two aspects of methodology andexchange of information using the Nijssen Information Analysis Method can be usedgraphic symbols, with a rich semantic model structure, can be described as integrationconditions, can be divided into types of constraints can be achieved in relationsbetween any combination of characteristics , the design method to solve integrationand information technology to realize the design process of information betweendifferent abstraction layers between the graphical modeling.6.Concept - Design methodProducts design is divided into concept and design in two stages. Conceptphase of the task is to find, choose and mix to meet the requirements of the originalunderstanding of design tasks. Design stage of work is a concrete realization of theoriginal understanding of the conceptual stage.Of the programs idea of specific described as: In accordance with theappropriate functional structure, seeking to meet the design requirements of theoriginal understanding of the task. The functional structure of the sub-function isperformed by the structural elements to achieve, and structural elements of thephysical connection between the definition of a feature vector, feature vector andstructural elements further the interaction between the formation of the functionaldiagram ( mechanical diagram). The program design is based on functional diagram,the first qualitative description of all of the feature vector and structural elements,and then quantitatively describe all the structural elements and the connection parts( feature vectors), the shape and location to be structure diagram3. Roper, H. usinggraph theory, by means of which he defines as the total design unit (GE), structuralelements (KE), functional structural elements (FKE), connect structural elements(VKE), Structural Parts (KT), structure element part (KET) concepts, as well asdescribe the structure element size, location, and transmission parameters of theinteractions between a number of kinds of schematics, the intuitive designprofessionals have done a formal design method a description of the formation of aneffective application of existing knowledge, methods, and applied to ideas anddesign stage.7.Bond Graph MethodFunction of the composition of system components will be divided into produceenergy, consumed energy, changing energy forms, such as various types of energytransfer, and to use bond graphs to express the function component solution, hoping tofunction-based model and bond graph combine to achieve functional structure theautomatic generation and functional structure with the bond graph automaticconversion between the search for bond graph generated by a number of designmethods.To promote the product on the basis of functional analysis, the product has somefeatures broken down into one or several modular basic structure, by selection andcombination of the basic structure of these modular form into different products.These basic structures can be parts, components, or even a system.The structure should have a standardized interface (connection and co-operationdepartment),andisserialized,universal,integrated,hierarchical,agile,economic-oriented, with interchangeability, compatibility and relevance. Chinascombination of software component technology and CAD technology, variant designcombined with the modular design, according to modular principle of classification,will be divided into descending Machining Center Machine Tool product level,component level, component level and component level, and use expert knowledgeand CAD technology to combine them into different species, different specificationsof functional blocks, and then by the combination of these functions into differentmodules of the overall program processing center.To design a directory as an alternative variation of the mechanical structure ofthe tool, the solution proposed by the design elements of a complete, structured layout,the formation of the solution set design catalogs. And in the solution set designed tocomment on each one listed in the directory solution additional information, is verybeneficial to design engineers select solution elements.The vigorous development of network technology, collaborative design andmanufacturing, as well as the product from the users functional requirements design processing assembly finished product of this realization of concurrentengineering possible. However, an important prerequisite to achieve these goals oneof the conditions is to realize the effect of product design three-dimensionalvisualization. To this end, three-dimensional graphics software, more and moreintelligent design software programs used in the product design, virtual realitytechnology and multimedia, hypermedia tools for product design is also its first debut.At present, Germany and other developed countries are focused on researchhypermedia technology, product data exchange standard STEP, as well as standardvirtual reality modeling language based on a standard exchange format for virtualenvironments) in the product design applications.Mechanical product design is moving in computer-aided realization of intelligentdesign and to meet the needs of distributed collaborative design and manufacture ofdirection, due to the computer product design Study on the implementation startedlate, not yet mature, to achieve the above objectives program design tools4. Authorbelieves that the inte
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