PLC超聲波清洗機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一、 課程設(shè)計(jì)題目
超聲波清洗機(jī)
超聲波清洗機(jī)工作流程如圖1所示：將欲清洗的工件置于工籃中，將工件籃放置在掛桿上，按下啟動(dòng)按鈕，掛桿向下運(yùn)動(dòng)將工件置于清洗液中，加熱清洗液至沸騰，啟動(dòng)超聲波生器工作20分鐘后，超聲波發(fā)生器停止工作，掛桿向上運(yùn)動(dòng)將工件置于蒸汽中5分鐘，停止加熱，啟動(dòng)噴淋5分鐘，其后停止噴淋，取出工件傳送帶上，按下清洗結(jié)束按鈕，啟動(dòng)傳送帶工作。
1、超聲波清洗機(jī)的原理
（1）、什么是超聲波：波可以分為三種，即次聲波、聲波、超聲波。次聲波的頻率為20Hz以下；聲波的頻率為20Hz～20kHz；超聲波的頻率則為20kHz以上。其中的次聲波和超聲波一般人耳是聽(tīng)不到的。超聲波由于頻率高、波長(zhǎng)短，因而傳播的方向性好、穿透能力強(qiáng)，這也就是為什么設(shè)計(jì)制作超聲波清洗機(jī)的原因。
（2）、超聲波如何完成清洗工作：超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用對(duì)液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的。目前所用的超聲波清洗機(jī)中，空化作用和直進(jìn)流作用應(yīng)用得更多。
a.空化作用：空化作用就是超聲波以每秒兩萬(wàn)次以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向液體進(jìn)行透射。在減壓力作用時(shí)，液體中產(chǎn)生真空核群泡的現(xiàn)象，在壓縮力作用時(shí)，真空核群泡受壓力壓碎時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，由此剝離被清洗物表面的污垢，從而達(dá)到精密洗凈目的。
在超聲波清洗過(guò)程中，肉眼能看見(jiàn)的泡并不是真空核群泡，而是空氣氣泡，它對(duì)空化作用產(chǎn)生抑制作用降低清洗效率。只有液體中的空氣氣泡被完全脫走，空化作用的真空核群泡才能達(dá)到最佳效果。
b.直進(jìn)流作用：超聲波在液體中沿聲的傳播方向產(chǎn)生流動(dòng)的現(xiàn)象稱為直進(jìn)流。聲波強(qiáng)度在0.5W/cm2時(shí)，肉眼能看到直進(jìn)流，垂直于振動(dòng)面產(chǎn)生流動(dòng)，流速約為250px/s。通過(guò)此直進(jìn)流使被清洗物表面的微油污垢被攪拌，污垢表面的清洗液也產(chǎn)生對(duì)流，溶解污物的溶解液與新液混合，使溶解速度加快，對(duì)污物的搬運(yùn)起著很大的作用。
c.加速度：液體粒子推動(dòng)產(chǎn)生的加速度。對(duì)于頻率較高的超聲波清洗機(jī)，空化作用就很不顯著了，這時(shí)的清洗主要靠液體粒子超聲作用下的加速度撞擊粒子對(duì)污物進(jìn)行超精密清洗。
2、超聲波清洗機(jī)的特點(diǎn)
在機(jī)械及制造行業(yè)中，經(jīng)常遇到各種零件和加工件的清洗問(wèn)題。其清洗對(duì)象主要是機(jī)加工油、切削液、金屬屑等污垢，傳統(tǒng)方法是采用有機(jī)溶劑(汽油或煤油)輔以手工刷洗，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大而且操作環(huán)境惡劣。近年來(lái)逐步開(kāi)發(fā)了許多水基清洗劑來(lái)取代溶劑清洗，但這些水基清洗劑普遍存在著化學(xué)清洗能力低的缺點(diǎn)，且需要輔以物理方法來(lái)增強(qiáng)其清洗力，常規(guī)清洗機(jī)噴射、攪拌等方式來(lái)達(dá)到這一目的，這類清洗機(jī)通用性差，只適合于品質(zhì)結(jié)構(gòu)單一、形式簡(jiǎn)單的工件清洗，對(duì)于多品種，形狀復(fù)雜，特別是有不規(guī)則孔、腔、狹縫的零件往往無(wú)能為力，而超聲波清洗由于其無(wú)孔不入的特點(diǎn)以及強(qiáng)力的清洗作用，不但對(duì)于手工及機(jī)械方法難以觸及到部位也能很好的清洗，而且適用性強(qiáng)。超聲波清洗與其他清洗方法的清洗能力比較見(jiàn)下圖：
超聲波清洗與各種化學(xué)的、物理的、電化的和物化的清洗方法比較，有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：
(1)、能快速、徹地清除工件表面上的各種污垢；
(2)、能清洗帶有空腔、溝槽等形狀復(fù)雜的精密零件；
(3)、對(duì)工件表面無(wú)損；
(4)、可采用各種清洗劑；
(5)、在室溫或適當(dāng)加溫60℃即可進(jìn)行清洗；
(6)、整機(jī)一體化結(jié)構(gòu)便于移動(dòng)；
(7)、節(jié)省溶劑、清潔紙、能源、工作場(chǎng)地和人工等；
(8)、不需人手接觸清洗液，安全可靠。
3、超聲波清洗機(jī)適用行業(yè)及范圍
電子、電氣、燈具、儀器、儀表、機(jī)械、打印機(jī)噴嘴、五金、工具、軸承、液壓、汽車維修、電鍍前處理、醫(yī)療、航空、玻璃、眼鏡、鐘表、珠寶、陶瓷、模具、化纖、制筆。
二、總體方案設(shè)計(jì)
1、方案1：采用常規(guī)繼電器控制方法
在過(guò)去的許多年，電氣控制系統(tǒng)線路基本采用繼電-接觸器的控制方法，其線路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但是隨著現(xiàn)代化工藝的發(fā)展，復(fù)雜的工流程使其越來(lái)越不能勝任。雖然采用繼電-接觸器的控制雖然初期投入較少，但帶來(lái)的問(wèn)題是接線復(fù)雜、體積大、可靠性不高等一系列問(wèn)題，且眾多的接觸控制件容易出現(xiàn)故障，維護(hù)不便。
2、方案2：采用可編程控制器控制
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的電氣元件與控制裝置不斷涌現(xiàn)，使電氣控制系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化。PLC即可編程控制器控制就是隨之發(fā)展起來(lái)的。它取代了繼電-接觸器的中間控制運(yùn)算環(huán)節(jié)，如時(shí)間繼電器、中間繼電器、計(jì)數(shù)器等。
3、方案論證
性價(jià)比分析：方案1采用了常規(guī)的繼電器控制方式，它不具有自診斷、監(jiān)控和各種報(bào)警功能，方案2采用PLC控制方式它既可以進(jìn)行順序控制，又可以進(jìn)行閉環(huán)回路的調(diào)節(jié)控制，特別是它具有體積輕、重量輕、耗電低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。
安全性分析：方案1中的安全系數(shù)不高，而方案2中采用PLC進(jìn)行控制可以防止產(chǎn)生寄生電路的影響和一些不必要的失誤，比如人工失誤或者電機(jī)故障。采用PLC可以減少接點(diǎn)個(gè)數(shù)，進(jìn)而可以減少環(huán)境對(duì)接點(diǎn)的影響，它還可以運(yùn)行于條件惡劣的環(huán)境中，防止外界對(duì)系統(tǒng)的一些影響，使系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。
4、方案選擇
通過(guò)上面的方案選擇和方案論證，可以得出選擇方案2是最適合本次設(shè)計(jì)需要的，無(wú)論從穩(wěn)定性、性價(jià)比、安全性方面考慮還是環(huán)境適應(yīng)性考慮方案2采用的PLC控制方式是最適合的，所以我們選擇具有高穩(wěn)定性的PLC即可編程控制方式。
5、PLC方案選擇
PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案又分為：
(1)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：采用這種方案，設(shè)計(jì)的梯形圖較為簡(jiǎn)潔，程序較短，但各狀態(tài)之間相互牽扯，相互影響。因此，這種方案設(shè)計(jì)程序顯得脈絡(luò)不清，前后相互影響，容易出問(wèn)題。
(2)、流程圖法（順序控制法STL）：這種方法是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)常用的方法。它用方框圖描述控制過(guò)程，方框代表動(dòng)作，圓圈代表起始位與終了位，連線代表流向，短橫線代表狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。這種圖可以把控制對(duì)象的工作狀態(tài)及控制過(guò)程清晰地表示出來(lái)。使用此法能快速地編出復(fù)雜的程序，是一種優(yōu)越的程序設(shè)計(jì)的方法，但使用這種方法編寫(xiě)的程序較長(zhǎng)。
(3)、方案選擇
根據(jù)新型控制器帶來(lái)的新的設(shè)計(jì)理念，即在PLC的程序中，清晰性、可讀性才是最關(guān)鍵的，而程序的長(zhǎng)短并不重要，因此，選用流程圖法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的程序，這樣便于在梯形圖中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使系統(tǒng)的可靠性更高。
三、單元模塊設(shè)計(jì)
1、總體設(shè)計(jì)步驟
設(shè)計(jì)分為硬件和軟件設(shè)計(jì)，按圖1工作流程首先確定PLC控制系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)步驟如圖2所示。由于PLC所有控制功能都是以程序的形式來(lái)體現(xiàn)的，因此PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)的大量工作將用在程序設(shè)計(jì)上，在這里需要注意幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。
（1）、新型控制器帶來(lái)的設(shè)計(jì)理念，即編梯形圖首先要求是程序的可讀性，以方便維修；
（2）、充分利用好PLC的功能；
（3）、采用了PLC之后，減少了外部電器的使用；
（4）、節(jié)約輸入輸出口；
（5）、編程方法的多樣性。
2、硬件部分
硬件主要包括電動(dòng)機(jī)主接線電路、電加熱器及超聲波振蕩器電源電路、PLC輸入/輸出電路、檢測(cè)電路及PLC報(bào)警電路等。
超聲波清洗機(jī)主電路原理圖見(jiàn)附圖2所示。
PLC外部接線圖見(jiàn)附圖4所示。
元器件選擇原則、選型及PLC報(bào)警電路如下介紹：
已知條件：壓縮機(jī)P=2KW/380V，加熱器P=2KW/380V,掛桿上下電機(jī)P=1.5KW/380V,超聲波發(fā)生器P=1KW/220V。
(1)、PLC的選型
○1、物理結(jié)構(gòu)的選擇：整體/模塊式、特殊功能模塊；
○2、I/O點(diǎn)數(shù)的確定：準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)，留10～20%余量； PLC超聲波清洗機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
○3、存儲(chǔ)器容量的選擇：開(kāi)關(guān)量（ I/O點(diǎn)數(shù)×8），模擬輸入/輸出：200字節(jié)/路，應(yīng)留有余量；
○4、PLC指令功能的選擇：任何PLC均能滿足開(kāi)關(guān)量控制，如有其它控制則需注意選擇。
本系統(tǒng)需要21個(gè)輸入點(diǎn)和15個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)選擇選型原則選用FX2-48MR型PLC。FX2-48MR輸入/輸出點(diǎn)數(shù)均為24；工作電壓：220V,50HZ/60HZ；輸出類型：繼電器輸出；功率：40VA。
(2)、空氣斷路器選用
○1、空氣斷路器的額定電壓和額定電流：應(yīng)不小于電路的正常工作電壓和工作電流；
○2、熱脫扣器的整定電流：應(yīng)與所控制的電動(dòng)機(jī)的額定電流或負(fù)載額定電流一致。
(3)、熔斷器及熔體額定電流的選擇
○1、熔斷器的額定電壓必須大于或等于線路的工作電壓；
○2、熔斷器的額定電流必須大于或等于所裝熔體的額定電流；
○3、對(duì)變壓器、電爐、及照明等負(fù)載的短路保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)稍大于線路負(fù)載的額定電流；
○4、對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的短路保護(hù)，熔體的額定電流IRN應(yīng)大于或等于1 .5～2.5倍電機(jī)額定電流IN；
○5、對(duì)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)大于或等于其中最大容量的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流INmax的1 .5～2.5倍加上其余電動(dòng)機(jī)額定電流的總和。
在電動(dòng)機(jī)功率較大而實(shí)際負(fù)載較小時(shí)，熔體額定電流可適當(dāng)選小些，小到以起動(dòng)時(shí)熔體不斷為準(zhǔn)。
(4）、接觸器的選擇
○1、選擇接觸器的類型 根據(jù)所控制的電動(dòng)機(jī)或負(fù)載電流類型來(lái)選擇接觸器的類型，即交流負(fù)載應(yīng)使用交流接觸器，直流負(fù)載使用直流接觸器，如果控制系統(tǒng)中主要是交流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)或直流負(fù)載的容量比較小時(shí)，也可用交流接觸器進(jìn)行控制，但是觸頭的額定電流應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x用得大些；
○2、選擇接觸器的額定電壓 通常選擇接觸器觸頭的額定電壓大于或等于負(fù)載回路的額定電壓；
○3、選擇接觸器主觸頭的額定電流 選用接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于電動(dòng)機(jī)的額定電流；
○4、選擇接觸器吸引線圈的電壓 接觸器吸引線圈電壓一般從人身和設(shè)備安全角度考慮，可選擇低一些；但當(dāng)控制線路簡(jiǎn)單、用電不多時(shí)，為了節(jié)省變壓器，則可選用380V；
○5、接觸器的觸頭數(shù)量、種類選擇 接觸器的觸頭數(shù)量、種類等應(yīng)滿足控制線路的要求。
（5）、熱繼電器的選擇
○1、熱繼電器的額定電流和熱元件的額定電流均應(yīng)大于電流的額定電流；
○2、在一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；但當(dāng)電網(wǎng)電壓的均衡性較差、工作環(huán)境惡劣或較少有人照管的電動(dòng)機(jī)，可選用三相結(jié)構(gòu)的；
○3、電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是沖擊性負(fù)載（如沖床等），或電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，或電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的是設(shè)備不允許停電的情況下，選擇熱繼電器元件的額定電流可比電動(dòng)機(jī)的額定電流高1.1～1.15倍。
（6）、電磁閥的選擇
ZDF多功能電磁閥通用于水、電、氣、油、弗里昂等粉質(zhì)較低，對(duì)銅不腐蝕的中性氣和液體，進(jìn)行強(qiáng)制調(diào)節(jié)。閥門開(kāi)度和局部時(shí)間可調(diào)，有防止水蝕作用。
選公稱直徑80mm,公稱壓力1.6mp.電流電壓AC 220（+10%～-15%），50HZ。
（7）、額定電流計(jì)算
I=PN/(√3UNηcos?) (A)
其中: PN :負(fù)載額定功率(W) UN: 負(fù)載額定電壓(v)
η: 負(fù)載效率(取0.9) cos?: 負(fù)載功率因數(shù)(取0.85)
○1 壓縮機(jī)電流：I=2000W/(1.732×380V×0.9×0.85)=3.97 A
○2加熱器電流：I=2000W/(1.732×380V×0.9×0.85)=3.97 A
○3 掛桿上下電機(jī)電流：I=1500W/(1.732×380V×0.9×0.85)=2.98 A
○4超聲波發(fā)生器電流：I=1000W/(220V×0.9×0.85)=5.94 A
○5PLC電流：I=40VA/(220V×0.9×0.85)=0.24 A
○6總電流I30：
按需要系數(shù)法計(jì)算，根據(jù)查得壓縮機(jī)組需要系數(shù)Kd=0.75，cos?=0.8,tan?=0.75。
設(shè)備總?cè)萘浚篜e=2KW+2KW+1.5KW+1KW+1KW(附屬)=7.5 KW
有功計(jì)算負(fù)荷：P30=KdPe=0.75×7.5KW=5.625 KW
無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30= P30tan?=5.625KW×0.75=4.219 KW
視在計(jì)算負(fù)荷：S30= P30/cos?=5.625KW/0.8=7.03 KVA
計(jì)算總電流： I30=S30/（√3UN）=7.03KVA/（√3×0.38）=10.68 A
（8）、元器件選擇
○1電源保護(hù)FU1：IRN≥(1.5～2.5)INmax+∑IN =(1.5～2.5)×3.97+（3.97+2.98+5.94）
=(18.85～22.82)A 選用25A的熔體
掛籃電機(jī)保護(hù)FU2： IRN≥(1.5～2.5)INmax =(1.5～2.5)×2.98
=(4.47～7.45)A 選用10A的熔體
壓縮機(jī)電機(jī)保護(hù)FU3：IRN≥(1.5～2.5)INmax =(1.5～2.5)×3.97
=(5.96～9.93)A 選用10A的熔體
○2為保證先進(jìn)性及可靠性接觸器、空氣開(kāi)關(guān)、熱繼電器均采用ABB公司產(chǎn)品。具體型號(hào)如附表2元件清單明細(xì)表所示。
（9）、報(bào)警電路
a）、溫度報(bào)警
如圖3所示，由LM3911溫度檢測(cè)控制集成電路實(shí)現(xiàn)溫度的采集，集成電路A內(nèi)部由基準(zhǔn)穩(wěn)壓器，溫度傳感器和一個(gè)運(yùn)放組成，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為6.85V，其電源端V＋與輸出端OUT間電壓與絕對(duì)溫度成正比，感溫靈敏度為＋10mV/℃。因其內(nèi)部帶有基準(zhǔn)穩(wěn)壓器，因此只要使用足夠大的現(xiàn)流電阻，令其工作電流在幾毫安即可。它內(nèi)部的集成運(yùn)算放大器可以作比較使用。因此用它作為溫度檢測(cè)和控制器件十分方便。
工作原理：市電經(jīng)二極管VD半波整流，電容C2濾波，電阻R5限流后加到LM3911集成電路A的V＋端。A的輸入端從分壓電路R1，R2，RP的電位器RP上取出，作基準(zhǔn)比較電壓。當(dāng)傳感器檢測(cè)到實(shí)際溫度低于RP設(shè)定溫度時(shí)，A的OUT輸出高電平，使晶閘管V1觸發(fā)導(dǎo)通，于是有電流通過(guò)電阻R8，雙向晶閘管V2也導(dǎo)通，接通中間繼電器KA1的線圈，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，A的輸出為低電平，V1，V2關(guān)閉，中間繼電器線圈斷電，繼電器返回初態(tài)。如此重復(fù)上述過(guò)程，使溫度恒定在設(shè)定值附近。在溫度過(guò)高的情況下，把該電路用在高溫報(bào)警停止加熱的控制中，中間繼電器處于吸合狀態(tài)，輔助觸點(diǎn)接常開(kāi)，并且該電路平常一直保持測(cè)溫狀態(tài)。在考慮沸點(diǎn)溫度時(shí)，再用LM3911溫度檢測(cè)控制集成電路一塊，把溫度設(shè)定在沸點(diǎn)處，因?yàn)榉旱竭_(dá)沸點(diǎn)后溫升不會(huì)在提高，用繼電器的常閉輔助觸點(diǎn)，使得超聲波啟動(dòng)。而PLC的程序設(shè)計(jì)時(shí)，只考慮斷開(kāi)時(shí)的狀態(tài)，而不考慮溫度下降后繼電器的返回。其中溫度過(guò)高時(shí)由上部檢測(cè)溫度的電路發(fā)出報(bào)警。下圖中，電阻R5作為正反饋電阻，用以消除臨界溫度點(diǎn)附近V2的工作不穩(wěn)定性；電容C1為防干擾電容。按圖3示參數(shù)，電位器RP調(diào)整溫度范圍為20～60℃。弗利昂的沸點(diǎn)溫度為32℃，因此該電路已經(jīng)達(dá)到測(cè)溫和控制溫度的目的。
b）、濁度報(bào)警
在超聲波清洗機(jī)中，清洗液應(yīng)該有一定的純度才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物件的清洗，在渾濁度達(dá)到一定的程度時(shí)就需對(duì)清洗液進(jìn)行更換。實(shí)現(xiàn)渾濁度檢測(cè)由濁度傳感器電路完成。如圖4、5所示。 PLC超聲波清洗機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
渾濁度的檢測(cè)是采用紅外光電傳感器來(lái)完成的。利用紅外線在水中的透光的程度，而產(chǎn)生光電變化，使光電阻阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓，在利用74L71和整流濾波恒壓電路的電壓翻轉(zhuǎn)和供電，驅(qū)動(dòng)中間繼電器線圈，使線圈得電，從而使中間繼電器相應(yīng)的觸電動(dòng)作，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，使電鈴發(fā)聲和使指示燈亮。
光電阻傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器，用這種傳感器測(cè)量其他非電量時(shí)，只要將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化即可，這種測(cè)量方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非接觸，高可靠性，高精度和反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。故廣泛用于自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中。
光敏電阻選用國(guó)產(chǎn)MG42-5A型密封硫化鎘光敏電阻。中間繼電器選用DZ-431/1104，由直流12V電壓驅(qū)動(dòng)。發(fā)光二極管采用紅外發(fā)光二極管，波長(zhǎng)900nm,正向電壓1.3～1.5V(10mA 時(shí))，光功率為100～500uW。
C）、液位檢測(cè)
本設(shè)備禁止干燒，即應(yīng)有液位檢測(cè)用靈敏開(kāi)關(guān)，它是一種靈敏度很高的開(kāi)關(guān)元件，只需要很小的力即可使開(kāi)關(guān)閉合，反應(yīng)快，精度高等優(yōu)點(diǎn)，在本次設(shè)計(jì)中是為了和浮筒相互配合完成液位檢測(cè)報(bào)警的功能。它一般是通過(guò)傳感器和一些電磁機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
浮筒：采用它的原因是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，和一些開(kāi)關(guān)元件相互配合完成液體液位檢測(cè)更重要原因是價(jià)格便宜。
超聲波洗機(jī)控制面板及內(nèi)元件分布圖見(jiàn)附圖3所示。
3、軟件部分
在了解了系統(tǒng)的工藝要求的基礎(chǔ)上可畫(huà)出超聲波清洗機(jī)控制工藝流程圖如附圖1所示。根據(jù)工藝要求確定PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，確定后列現(xiàn)I/O分配表見(jiàn)附表1所示。根據(jù)工藝流程圖畫(huà)出系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見(jiàn)圖6所示。
主程序控制具有如下特點(diǎn)：
（1） 蓋開(kāi)關(guān)受壓時(shí)才能啟動(dòng)。在自動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行中，若打開(kāi)蓋子，則系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)。門一合上，程序繼續(xù)運(yùn)行。
（2） 在暫停狀態(tài)下，可以進(jìn)行加液和排液操作。
（3） 無(wú)論處于何種運(yùn)行狀態(tài)下，一旦出現(xiàn)故障報(bào)警，清洗工作立刻停止，但壓縮機(jī)不停，若故障嚴(yán)重，不能及時(shí)排除，可通過(guò)急停按鈕或切換至手動(dòng)狀態(tài)按下停止按鈕停止壓縮機(jī)。
（4） 壓縮機(jī)出現(xiàn)故障停止，則主程序立刻停止。
（5） 在自動(dòng)狀態(tài)下，按下停止按鈕，程序在完成全部清洗工作后停止，并使壓縮機(jī)延時(shí)3分鐘停止，讓清洗箱內(nèi)的余熱充分散發(fā)。
主程序控制原理：
啟動(dòng)程序之前，必須蓋緊蓋子，使X5通。通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)選擇運(yùn)行狀態(tài)。若選定自動(dòng)運(yùn)行，按下啟動(dòng)按鈕，壓縮機(jī)啟動(dòng)，清洗工作進(jìn)入自動(dòng)程序中，掛籃開(kāi)始下降，到位壓合行程開(kāi)關(guān)，X2通，運(yùn)行停止，并開(kāi)始啟動(dòng)加熱器（通過(guò)中間元件M1轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)），溫度達(dá)到沸騰，通過(guò)溫度控制電路使X6通，狀態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)移至超聲波發(fā)生器啟動(dòng)，20分鐘后關(guān)閉，掛籃上行至蒸汽區(qū)壓合上限位行程開(kāi)關(guān)，X4通，停留5分鐘，然后自動(dòng)啟動(dòng)噴淋。噴淋5分鐘后，關(guān)閉噴淋，清洗工作結(jié)束（壓縮機(jī)不停），結(jié)束指示燈亮，打開(kāi)蓋子，X5斷，結(jié)束指示燈滅，取出工件，完成一次清洗任務(wù)。若還要清洗其它工件再把工件放入掛籃中，蓋緊蓋子，按下啟動(dòng)按鈕，清洗機(jī)再次自動(dòng)完成一次清洗任務(wù)。任意時(shí)候，按下停止按鈕，清洗機(jī)在完成全部清洗工作后，延時(shí)3分鐘停止壓縮機(jī)。
若選擇手動(dòng)運(yùn)行，則按下啟動(dòng)按鈕后，只是啟動(dòng)壓縮機(jī)，清洗工藝流程不再是自動(dòng)完成，每一步狀態(tài)均由人工手動(dòng)完成，每一種狀態(tài)之間沒(méi)有嚴(yán)格的順序，由人為的干預(yù)而定。
公用程序用于驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等元件，以便使對(duì)應(yīng)的設(shè)備工作，手動(dòng)/自動(dòng)程序通過(guò)中間元件調(diào)用它。
故障檢測(cè)程序控制原理：
當(dāng)報(bào)警條件達(dá)到時(shí)，X17～X22中任意一個(gè)或多個(gè)通，輸出端對(duì)應(yīng)輸出脈沖使燈閃爍，工作人員處理報(bào)警時(shí)，按下報(bào)警響應(yīng)按鈕，X24通，M6使Y14短，對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)輸出直通，結(jié)果報(bào)警音響不響，燈常亮。故障處理完畢后報(bào)警條件消除，對(duì)應(yīng)的故障指示燈滅。X23通，可測(cè)試燈和報(bào)警音響是否正常。
故障報(bào)警控制程序:PLC故障報(bào)警電路由梯形圖8完成，此報(bào)警梯形電路與主梯形圖7是接為一體的（為方便讀圖，單獨(dú)例出）。
主程序梯形圖:依照?qǐng)D6手動(dòng)/自動(dòng)操作狀態(tài)流程圖編寫(xiě)出主梯形圖如圖7所示。
PLC中間狀態(tài)元件表如下表所示：
中間狀態(tài)元件表
序號(hào) 中間元件 作 用
1 M0 進(jìn)入自動(dòng)程序
2 M1 啟動(dòng)加熱器（自動(dòng)）
3 M2 自動(dòng)清洗結(jié)束標(biāo)志（驅(qū)動(dòng)結(jié)束指示燈）
4 M3 啟動(dòng)加熱器（手動(dòng)）
5 M4 正常停止標(biāo)志（用以控制壓縮機(jī)延時(shí)停止）
6 M5 保持結(jié)束標(biāo)志（用以控制壓縮機(jī)延時(shí)停止）
7 M6 故障響應(yīng)時(shí)，短接故障燈閃爍
8 M7 取故障狀態(tài)
9 M8 進(jìn)入手動(dòng)程序
10 M9 掛藍(lán)向下運(yùn)動(dòng)（自動(dòng)）
11 M10 掛藍(lán)向下運(yùn)動(dòng)（手動(dòng)）
12 M11 啟動(dòng)超聲波發(fā)生器（自動(dòng)）
13 M12 啟動(dòng)超聲波發(fā)生器（手動(dòng)）
14 M13 掛藍(lán)向上運(yùn)動(dòng)（自動(dòng)） PLC超聲波清洗機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中間狀態(tài)元件表（續(xù)）
序號(hào) 中間元件 作 用
15 M14 掛藍(lán)向上運(yùn)動(dòng)（手動(dòng)）
16 M15 啟動(dòng)噴淋（自動(dòng)）
17 M16 啟動(dòng)噴淋（手動(dòng)）
18 M17 停止壓縮機(jī)（手動(dòng)）
19 M18 加/停清洗液
20 T0 超聲波發(fā)生器工作定時(shí)（自動(dòng)）
21 T1 對(duì)工件置于蒸汽區(qū)定時(shí)，（自動(dòng)）關(guān)閉加熱器
22 T2 噴淋定時(shí)（自動(dòng)狀態(tài)下）
23 T3 超聲波發(fā)生器工作定時(shí)（手動(dòng)狀態(tài)下）
24 T4 對(duì)工件置于蒸汽區(qū)定時(shí)，關(guān)閉加熱器（手動(dòng)狀態(tài)下）
25 T5 噴淋定時(shí)（手動(dòng)狀態(tài)下）
26 T6 正常停機(jī)情況下，延時(shí)停止壓縮機(jī)（自動(dòng)狀態(tài)下）
27 T7，T8 故障燈閃爍源
四、系統(tǒng)調(diào)試
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行必要的硬件、軟件調(diào)試。本系統(tǒng)程序調(diào)試采用了GX Simulator Version6 PLC模擬調(diào)試軟件及GX Developer Version 7 PLC設(shè)計(jì)/維護(hù)工具進(jìn)行了防真調(diào)試，限位開(kāi)關(guān)及溫度傳感檢測(cè)用調(diào)試程序中的模擬開(kāi)關(guān)代替，經(jīng)調(diào)試，本程序能夠達(dá)到工藝和要求。
五、超聲波清洗機(jī)的正常使用
1、使用：超聲波清洗機(jī)的使用應(yīng)嚴(yán)格按以下要求分部操作。
（1）聯(lián)結(jié)好清洗槽與發(fā)生器之間的電纜；
（2）將清洗液倒入清洗槽中（倒入清洗液的量就為放入被清洗物時(shí)，液面的位置約為整體的四分之三為佳）；
（3）將被清洗物放入清洗槽；
（4）合上電源總開(kāi)關(guān)QF1、PLC電源開(kāi)關(guān)QF2、PLC負(fù)載電源開(kāi)關(guān)QF3等電源；
（5）設(shè)立手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行方式，開(kāi)機(jī)。
2、注意事項(xiàng)
（1）在清洗槽中沒(méi)有倒入清洗液或水時(shí)，嚴(yán)禁開(kāi)機(jī)，否則可能損壞儀器；
（2）電纜聯(lián)結(jié)器在使用前必需確立聯(lián)結(jié)頭是否受潮，如有受潮現(xiàn)象，應(yīng)先處理干燥后，方可使用；
（3）勿使清洗液及水流到發(fā)生器中，以免損壞儀器。
3、使超聲波清洗效果最佳的方式
（1）超聲波清洗槽的溫度最好為32+5℃；
（2）根據(jù)不同的清洗對(duì)象正確選擇清洗劑。清洗劑一般分為水基（堿性）清洗劑、有機(jī)溶劑清洗劑和化學(xué)反應(yīng)清洗劑。通常使用最多的為水基清洗劑（本次設(shè)計(jì)的清洗劑為沸里昂TMC 沸點(diǎn)為32℃）。
4、超聲波清洗機(jī)的清洗劑的循環(huán)使用超聲波清洗方式可以節(jié)約大量的清洗劑，每次使用完清洗機(jī)后，最好將清洗液放入容器中，下次使用時(shí)再倒入清洗槽，余下的沉淀物可處理掉。如清洗液的濃度不夠時(shí)，適量加入一點(diǎn)即可重復(fù)使用。
六、超聲波清洗機(jī)技術(shù)指標(biāo)
電源：AC 220V±10% 50Hz±5%
超聲功率：1000 W
頻率：28kHz±10%
七、設(shè)計(jì)總結(jié)
現(xiàn)代電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的重要課程設(shè)計(jì)之一。本課程設(shè)計(jì)吸收了有關(guān)教材和資料的長(zhǎng)處及本領(lǐng)域新技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，將超聲波清洗機(jī)工作流程設(shè)計(jì)與以前所學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。重點(diǎn)闡述了超聲波清洗機(jī)的工作流程和各檢測(cè)部分。
這次現(xiàn)代電氣控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)主要分五部分，首先是總體方案的設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)方案和控制方法。接下來(lái)是各單元模塊的設(shè)計(jì)。包括硬件和軟件，其中硬件有各元器件的選擇，而軟件主要是調(diào)試，看各部分的功能是否符號(hào)要求。最后就是整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試。看各部分是否匹配。
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