PLC超聲波清洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前言超聲波清洗機(jī)由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì)清洗溶劑中，超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的直徑為50-500m 的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)。這些氣泡在超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成、生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增大，然后突然閉合。并在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，在其周?chē)a(chǎn)生上千個(gè)大氣壓，破壞不溶性污物而使他們分散于清洗液中，當(dāng)團(tuán)體粒子被油污裹著而黏附在清洗件表面時(shí)，油被乳化，固體粒子及脫離，從而達(dá)到清洗件凈化的目的。在這種被稱(chēng)之為“空化”效應(yīng)的過(guò)程中，氣泡閉合可形成幾百度的高溫和超過(guò)10

2、00個(gè)氣壓的瞬間高壓,連續(xù)不斷地產(chǎn)生瞬間高壓就象一連串小“爆炸”不斷地沖擊物件表面，使物件的表面及縫隙中的污垢迅速剝落，從而達(dá)到物件表面清洗凈化的目的。本次課程設(shè)計(jì)主要通過(guò)S7-200 PLC控制超聲波清洗機(jī)對(duì)清洗物進(jìn)行清洗、漂洗還有超聲清洗，其中水泵電動(dòng)機(jī)和液泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止，進(jìn)水閥、進(jìn)液閥、排水閥，排液閥等閥門(mén)的開(kāi)和關(guān)都通過(guò)PLC控制，容腔內(nèi)包含兩個(gè)液位傳感器，上限位和下限位用來(lái)傳遞清洗信號(hào)。目錄1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求11.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 11.2 課程設(shè)計(jì)的基本要求 12 總體設(shè)計(jì) 22.1 超聲波清洗機(jī)工作原理說(shuō)明 2 2.2 控制設(shè)計(jì)方案選擇 22.3 PLC選型 32.4

3、 控制面板設(shè)計(jì) 42.5 PLC端子接線(xiàn) 53 PLC程序設(shè)計(jì) 63.1 程序設(shè)計(jì)分析 63.2 順序功能圖 63.3 PLC梯形圖 74 程序調(diào)試說(shuō)明. 154.1 調(diào)試步驟 154.2 調(diào)試問(wèn)題解決 154.3 仿真結(jié)果及其分析 165 設(shè)計(jì)不足與改進(jìn) 176 結(jié)束語(yǔ) 181.課程設(shè)計(jì)的要求與任務(wù)1.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)超聲波清洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)可以進(jìn)行清洗、漂洗還有超聲，有進(jìn)水閥、進(jìn)液閥、排水閥，排液閥，水泵電動(dòng)機(jī)和液泵電動(dòng)機(jī)，容腔內(nèi)包含兩個(gè)液位傳感器，上限位和下限位；清洗液沖洗時(shí)，液泵工作，進(jìn)液閥、排液閥同時(shí)打開(kāi)。清水沖洗時(shí)，水泵工作，進(jìn)水閥、排水閥同時(shí)打開(kāi)。圖1超聲波清洗機(jī)工藝流程

4、圖1.2 課程設(shè)計(jì)的基本要求 a.設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1）完成課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)所要求的控制循環(huán)。 2）按停止按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停。3）要求可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、單周期、連續(xù)控制。4）循環(huán)5次，停止循環(huán)，聲光間斷報(bào)警5秒。 b.設(shè)計(jì)要求：1）畫(huà)出端子分配圖和順序功能圖2）設(shè)計(jì)并調(diào)試PLC控制梯形圖3） 寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2. 總體設(shè)計(jì)2.1 超聲波清洗機(jī)工作原理說(shuō)明圖2 超聲波清洗機(jī)簡(jiǎn)單示意圖工作方式說(shuō)明：通過(guò)進(jìn)水進(jìn)液閥的液泵水泵產(chǎn)生的高壓對(duì)清洗物進(jìn)行沖洗，此時(shí)排液排水閥打開(kāi)，及時(shí)排出進(jìn)入的液體，實(shí)現(xiàn)沖洗功能。沖洗完成后，關(guān)閉排液排水閥，將清洗液和誰(shuí)注入清洗機(jī)中，通過(guò)上下限位來(lái)檢測(cè)液體的高度，進(jìn)而控制液體的進(jìn)入，

5、漂洗過(guò)程中通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)使液體與清洗物沖擊進(jìn)行漂洗，超聲波發(fā)生源發(fā)送超聲波對(duì)清洗物進(jìn)行超聲清洗，完成清洗和漂洗后通過(guò)排水閥將清洗機(jī)內(nèi)的清洗物排除。2.2 控制方案選擇方案一：采用繼電器-接觸器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，控制優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，成本較低。缺點(diǎn)：由于接線(xiàn)復(fù)雜觸點(diǎn)過(guò)多穩(wěn)定性不高，反應(yīng)速度慢，且操作不方便方案二：采用PLC控制，需要設(shè)計(jì)人員了解PLC的編程方法，具有一定的PLC專(zhuān)業(yè)知識(shí)該方案穩(wěn)定，但是PLC具有設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，成本低，且反應(yīng)速度較快，易于操作等優(yōu)點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)采用PLC控制。2.3 PLC選型先根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的控制功能設(shè)計(jì)要多少輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，分配好端子。端子分配如下表：輸 入輸

6、出功 能地 址功 能地 址手 動(dòng)I0.0進(jìn) 水 閥Q0.0單 周 期I0.1進(jìn) 液 閥Q0.1連 續(xù)I0.2排水、液閥Q0.2啟 動(dòng)I0.3水 泵 Q0.3停 止I0.4液 泵Q0.4上 限 位I0.5超 聲 清 洗Q0.5下 限 位I0.6超 聲 漂 洗Q0.6手動(dòng)進(jìn)水閥I0.7聲Q0.7手動(dòng)進(jìn)液閥I1.0光Q1.0手動(dòng)排水、液閥I1.1清洗液沖洗I1.2清洗液超聲漂洗I1.3清洗液超聲清洗I1.4水沖洗I1.5清水超聲清洗I1.6從上面的表格中可以看出共有15個(gè)輸入，9個(gè)輸出，可選用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7_200 選CPU 226本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)

7、擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。 2.4 控制面板設(shè)計(jì)根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)好操作控制面板，采用旋鈕對(duì)手動(dòng)，自動(dòng)，單周期進(jìn)行選擇，手動(dòng)操作，啟動(dòng)，停止采用按鈕進(jìn)行控制。圖3 控制面板設(shè)計(jì)圖2.5 PLC端子接線(xiàn)根據(jù)端子分配表

8、中對(duì)應(yīng)的輸入輸出，結(jié)合一般端子分配圖的畫(huà)法和表達(dá)設(shè)計(jì)好端子分配圖 。圖4 端子分配圖3.PLC程序設(shè)計(jì)3.1 程序設(shè)計(jì)分析程序采用主程序和分支程序控制，其中子程序分為公用程序，手動(dòng)程序，自動(dòng)程序。其中公用程序用來(lái)切換不同工作方式，手動(dòng)程序用來(lái)控制單步手動(dòng)，自動(dòng)程序用來(lái)控制連續(xù)自動(dòng)工作和單周期工作3.2 順序功能圖根據(jù)任務(wù)書(shū)和題目給出的要求，畫(huà)出順序功能圖。圖5 自動(dòng)程序順序功能圖其中M3.0是復(fù)位條件，當(dāng)I0.6下限位不接通的狀態(tài)下表示清洗機(jī)中無(wú)液體，這時(shí)M3.0接通才能運(yùn)行后面的程序，I0.3和I0.2為啟動(dòng)自動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)SM0.1為系統(tǒng)脈沖信號(hào)，只有這三者都滿(mǎn)足的條件下才能運(yùn)行自動(dòng)程序，M2

9、.0為連續(xù)工作標(biāo)志，當(dāng)M2.0接通的情況下才能連續(xù)運(yùn)行，否則為單周期運(yùn)行，在單周期運(yùn)行過(guò)程中，完成一個(gè)周期后程序跳入M0.0,并且對(duì)C0復(fù)位，等待下一步工作。在連續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中，采用計(jì)數(shù)器來(lái)判斷連續(xù)工作是否完成，如果計(jì)數(shù)器C0沒(méi)接通表示連續(xù)過(guò)程未完成，進(jìn)入M0.1繼續(xù)執(zhí)行連續(xù)程序，當(dāng)C0接通表示五次循環(huán)完成，進(jìn)行聲光報(bào)警，并返回M0.0等待工作。在連續(xù)和單周期轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，要引入轉(zhuǎn)換標(biāo)志M2.1來(lái)區(qū)分是連續(xù)還是單周期運(yùn)行，在后面的梯形圖中再設(shè)計(jì)程序。為了要實(shí)現(xiàn)按下停止按鈕后要運(yùn)行該周期后再停止工作，所以每一步都采用自保持。3.3 PLC梯形主程序公用子程序手動(dòng)子程序 自動(dòng)子程序 4程序調(diào)試說(shuō)明

10、4.1 調(diào)試步驟先分析要求實(shí)現(xiàn)的功能算出有多少輸入和輸出，分配好端子，根據(jù)連續(xù)工作的過(guò)程畫(huà)出順序功能圖，通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)手動(dòng)，連續(xù)和單周期功能，其中單周期在自動(dòng)子程序中通過(guò)連續(xù)標(biāo)志M2.0來(lái)控制，如果沒(méi)M2.0為1則計(jì)入連續(xù)工作狀態(tài)，如果M2.0為0則進(jìn)儒單周期工作狀態(tài)。自動(dòng)手動(dòng)切換在主程序中實(shí)現(xiàn)，在主程序中主動(dòng)和自動(dòng)都可以同時(shí)接通，這樣會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作，這時(shí)在公用程序中采用對(duì)自動(dòng)程序中除初始步的每一步進(jìn)行復(fù)位，解決這個(gè)問(wèn)題。其中采用定時(shí)器控制每步的工作時(shí)間。采用計(jì)數(shù)器控制工作循環(huán)次數(shù)。根據(jù)順序功能圖和個(gè)工作狀態(tài)的關(guān)系畫(huà)出梯形圖，在V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9進(jìn)行程序的調(diào)

11、試，調(diào)試編譯成功后輸出awl文件，將導(dǎo)出的awl文件導(dǎo)入S7_200仿真軟件中，對(duì)其進(jìn)行仿真，觀(guān)察輸入輸出情況看是否與工作過(guò)程一致，如果不一致再進(jìn)入V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9修改梯形圖，再次編譯修改，直到仿真結(jié)果與工作過(guò)程一致。4.2 調(diào)試問(wèn)題解決在超聲波清洗機(jī)工作過(guò)程如果系統(tǒng)突然斷電。開(kāi)機(jī)后再次工作是此時(shí)清洗機(jī)中可能含有部分清洗液，如果不設(shè)置初始條件按照設(shè)定的程序用行的話(huà)可能會(huì)時(shí)得清水和清洗液混合，使清洗工作達(dá)不到預(yù)期的效果，解決辦法是設(shè)置一下限位未接通清洗機(jī)內(nèi)無(wú)水無(wú)清洗液的初始條件，如果滿(mǎn)足該條件才能進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)工作，否則不能進(jìn)行連續(xù)工作，可先進(jìn)行手動(dòng)工作將清洗機(jī)內(nèi)的

12、水或液先清除干凈后再進(jìn)行連續(xù)工作，在手動(dòng)工作時(shí)，放液防水過(guò)程中，如果沒(méi)有上限位的保護(hù)措施，可能會(huì)使得放的水或液過(guò)多二溢出清洗機(jī)出現(xiàn)安全事故，所以加入上限位的常閉觸電來(lái)限制水位的高度，當(dāng)手動(dòng)放液放水到達(dá)上限位的時(shí)候會(huì)自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)，防止液體過(guò)多。4.3 仿真結(jié)果及其分析將V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9生成的awl文件導(dǎo)入S7_200中，點(diǎn)擊運(yùn)行，先按I0.3啟動(dòng)清洗機(jī)，再選擇工作方式。選擇I0.0進(jìn)入手動(dòng)模式，可以實(shí)現(xiàn)單步手動(dòng)調(diào)試清洗，按下I0.7可以實(shí)習(xí)手動(dòng)進(jìn)水，在進(jìn)水的過(guò)程中設(shè)定上限位為常閉觸電，當(dāng)加入的水過(guò)多的是會(huì)斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)防止水加入過(guò)多溢出，同樣按下I1.0一樣可以防止加入

13、清洗液過(guò)多，按下I1.1實(shí)現(xiàn)排水或者排液功能，按下I1.2實(shí)現(xiàn)清洗液沖洗功能，此時(shí)進(jìn)液閥和進(jìn)液泵開(kāi)啟，且排液閥也開(kāi)啟，在實(shí)現(xiàn)手動(dòng)漂洗或者手動(dòng)清洗功能時(shí)，要先在清洗機(jī)中放入一定量的水和清洗液后才能進(jìn)行清洗和漂洗功能。例如要實(shí)現(xiàn)清洗液手動(dòng)超聲漂洗，得先按I1.0加如一定量的清洗液后再按I1.3清洗液超聲漂洗鍵才能實(shí)習(xí)該功能。 關(guān)閉I0.0，選擇I0.2進(jìn)入自動(dòng)連續(xù)模式，自動(dòng)模式中上限位和下限位的感應(yīng)器的接通由于軟件缺陷不能自動(dòng)斷電給點(diǎn)，必須手動(dòng)接通或者斷開(kāi)I0.5,I0.6來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制功能。在完成一個(gè)工作周期后計(jì)時(shí)器C0置1，一直循環(huán)完成五個(gè)工作周期后滿(mǎn)足M2.0 C0條件，進(jìn)行聲光報(bào)警，4秒鐘后

14、停止工作,若在連續(xù)工作過(guò)程中強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成，手動(dòng)工作，則前面的工作將全部清除，機(jī)器回到初始狀態(tài)，再轉(zhuǎn)入手動(dòng)工作狀態(tài)，若選擇單周期工作方式，則完成一個(gè)周期機(jī)器返回M0.0停止工作。再連續(xù)和單周期工作模式下，如果按下停止按鈕I0.4，機(jī)器不會(huì)馬上停止工作而是完成一個(gè)工作周期后才停止工作，所以仿真結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。5. 設(shè)計(jì)不足與改進(jìn)在手動(dòng)程序中，實(shí)現(xiàn)漂洗和清洗功能時(shí)要先放入一定量的水或者清洗液按下超聲漂洗或者清洗功能按鈕后才能實(shí)現(xiàn)清洗或者漂洗功能，但是由于是手動(dòng)，加入的水或者清洗液的量不好控制，可能會(huì)使得加入的量影響漂洗或者清洗功能，在自動(dòng)程序鐘是通過(guò)計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)水量的控制，所以在手動(dòng)程序中同樣可以

15、采用計(jì)時(shí)器來(lái)控制加入的液體量。程序中沒(méi)有設(shè)置單步運(yùn)行程序，課進(jìn)一步設(shè)計(jì)單步程序，單步運(yùn)行可以方便對(duì)機(jī)器的功能調(diào)試，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)器。6. 結(jié)束語(yǔ)機(jī)電傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的課程設(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)域的新技術(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)與所學(xué)的內(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。通過(guò)這次歷時(shí)兩周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了怎么去怎么完成一個(gè)課題，養(yǎng)成了查閱資料的好習(xí)慣和設(shè)計(jì)時(shí)需要注意到的問(wèn)題，方法和步驟以及對(duì)應(yīng)用軟件得熟悉。培養(yǎng)了自己的實(shí)際處理問(wèn)題和分析問(wèn)題的能力。提高了對(duì)這門(mén)課和專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的熱情。讓我深刻理解到本專(zhuān)業(yè)是理論性很強(qiáng)的學(xué)科。要想學(xué)好這門(mén)學(xué)科，必須理論聯(lián)系實(shí)際，不斷學(xué)習(xí)