深圳市龍崗區(qū)恒波超聲波設(shè)備經(jīng)營(yíng)部
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恒波超聲波
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自動(dòng)化超聲波清洗設(shè)備設(shè)計(jì)

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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(chēng)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(lèi)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(chē)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。
超聲波清洗的振動(dòng)方向二、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(lèi)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(lèi)型   根據(jù)所控制的電動(dòng)機(jī)或負(fù)載電流類(lèi)型來(lái)選擇接觸器的類(lèi)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(lèi)選擇   接觸器的觸頭數(shù)量、種類(lèi)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(mén)開(kāi)度和局部時(shí)間可調(diào),有防止水蝕作用。
選公稱(chēng)直徑80mm,公稱(chēng)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(mén)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(zhuān)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??锤鞑糠质欠衿ヅ?。

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