基于plc的清洗消毒機控制系統(tǒng)設(shè)計

基于plc的清洗消毒機控制系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著社會經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，社會的生產(chǎn)對清洗消毒機的需求變得越來越廣泛，地位也越來越重要。比如，清洗醫(yī)療用具，汽車清洗、家庭以及工業(yè)上的清洗消毒，這些都離不開專門的清洗消毒機。人們對清洗機的積極作用的認識也越來越深入，它們有效的節(jié)省了人力物力并且讓產(chǎn)品更加衛(wèi)生安全。本設(shè)計詳細闡述了應(yīng)用具有高性價比的西門子S7—200系列PLC作為控制系統(tǒng)來控制清洗消毒機工作，讓其工作效率達到我國的生產(chǎn)需求。該系統(tǒng)充分利用了我們所學(xué)的可編程控制器的多方面方法和知識，體現(xiàn)了PLC系統(tǒng)在生活和工業(yè)方面的應(yīng)用。這次設(shè)計對清洗消毒機的運作過程進行了詳細的介紹：清洗消毒機自動檢測并控制洗滌槽內(nèi)的水流量、水壓、水溫和清洗液的劑量等重要參數(shù)，并將待洗物保持在規(guī)定的溫度下一段時間，以達到清潔消毒的目的。根據(jù)清洗消毒機的具體工作過程進行分析設(shè)計控制系統(tǒng)的總體方案，并對控制系統(tǒng)進行了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計等。在硬件系統(tǒng)設(shè)計中，對電機、變頻器、傳感器及其他控制元器件還有PLC的基本工作原理和參數(shù)要求進行了解和應(yīng)用；在軟件系統(tǒng)設(shè)計中，包含了系統(tǒng)的流程圖、PLC梯形圖的設(shè)計。在設(shè)計系統(tǒng)中，對清洗消毒機系統(tǒng)有了進一步的認識和理解，也補充了原來沒有涉及的知識點，讓清洗消毒機根據(jù)工件清潔程度的要求清洗工件，讓清洗的效果和生產(chǎn)的效率明顯增強，同時減少能量消耗。本次設(shè)計的控制系統(tǒng)的特點有：自動化程度高、清洗消毒效果顯著、故障率低和人機交互方便，友好等特點。關(guān)鍵詞：PLC，控制系統(tǒng)，清洗消毒機，觸摸屏AbstractWiththedevelopmentofsociety,thedemandforcleaninganddisinfectingmachinesinsocietyhasbecomemoreandmoreextensiveandtheirstatushasbecomemoreandmoreimportant.Forexample,cleaningmedicalappliances,carcleaning,homeandindustrialcleaninganddisinfection,theseareinseparablefromaspecialcleaninganddisinfectionmachine.Peoplearebecomingmoreawareofthepositiveroleofwashingmachines.Theyarethematerialresourcesandmanpowertoeffectivelysavetheproductsecurity.ThisthesiselaboratedtheapplicationofPLCcontrolsystemwithhighcostperformancetocontroltheworkofcleaninganddisinfectingmachine,sothatitsworkingefficiencycanmeetourcountry'sproductiondemand.Thesystemmakesfulluseofthemultifacetedmethodsandknowledgeoftheprogrammablecontrollerswehavelearned,reflectingtheapplicationofPLCsystemsinlifeandindustry.Thisdesignmainlyintroducestheworkingprocessofthewashingmachine:Thecleaninganddisinfectingmachineautomaticallydetectsandcontrolstheimportantparameterssuchasthewaterflowrate,waterpressure,watertemperature,anddetergentdosageinthewashingcompartment,andkeepsthearticlesattherequiredtemperatureforacertainperiodoftimetoachievethepurposeofcleaninganddisinfecting.Inthedesignsystem,thereisfurtherunderstandingandunderstandingofthewashersystem,anditalsosupplementstheoriginalknowledgepointsthatwerenotinvolved.Letthecleaninganddisinfectingmachinecleantheobjectaccordingtotheproductionrequirements,improvethecleaningqualityandproductioneffect,andreducetheenergyconsumption.Thedesignedsystemhasfeaturessuchashighdegreeofautomation,highreliabilityandfriendlyinterpersonalinteraction.Keywords:PLC,controlsystem,Cleaningandsterilizingmachine,touchscreen目錄摘要............................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................II目錄.........................................................................................................................III第一章引言(1)1.1研究背景(1)1.2國內(nèi)外清洗消毒機研究情況分析(1)1.2.1國外清洗消毒機現(xiàn)狀(1)1.2.2國內(nèi)清洗機現(xiàn)狀(2)1.3本設(shè)計的主要工作(3)第二章清洗消毒機控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(5)2.1設(shè)計理論(5)2.2設(shè)計要求(5)2.2.1控制過程分析(5)2.2.2控制要求分析(6)2.3控制系統(tǒng)方案設(shè)計(6)2.3.1控制系統(tǒng)方案分析(6)2.3.2控制系統(tǒng)說明(8)第三章清洗消毒機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(9)3.1控制元件的選型(9)3.1.1元件選擇原則(9)3.1.2電動機的選型(9)3.1.3變頻器的選型(10)3.1.4PLC的選型(11)3.1.5其他小元件的選型(12)3.2控制系統(tǒng)的主電路和控制回路的設(shè)計(17)3.2.1電源主電路(17)3.2.2水泵電機控制回路(18)3.2.3過濾泵電機控制回路(18)3.2.4烘干風(fēng)機主回路(19)3.2.5加熱主電路(19)3.2.6PLC電源電路(20)3.3PLC與觸摸屏連接(20)3.4PLC與變頻器連接(21)第四章清洗消毒機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(22)4.1PLC的簡介(22)4.1.1PLC的概述(22)4.1.2PLC的特點(22)4.1.3PLC的分類(23)4.1.4PLC的工作過程(23)4.2I/0（輸入/輸出）分析(24)4.3PLC程序設(shè)計(26)4.3.1編程語言(26)4.3.2流程圖分析(27)4.3.3程序設(shè)計結(jié)構(gòu)安排(28)4.4觸摸屏設(shè)計(30)4.4.1觸摸屏的技術(shù)及原理(30)4.4.2觸摸屏的介紹(30)4.4.3操作面板和PLC的連接方式和組態(tài)(31)結(jié)論(33)參考文獻(34)致謝(35)第一章引言1.1研究背景隨著我國社會的不斷發(fā)展，清洗消毒機已經(jīng)被社會的各個方面所認識和應(yīng)用：各類精密零部件的清洗，醫(yī)療設(shè)備的清潔和消毒，以及普通家庭中生活用品的清潔。不僅節(jié)省物力人力，還達到了降低能耗的目的，目前還有一些新型的清洗消毒機，在降低污染程度上也很突出。如今，物件的清潔度已成為評估產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，清洗消毒已經(jīng)成為產(chǎn)品加工、生產(chǎn)過程中所必須的過程，尤其是食品加工的過程以及醫(yī)療設(shè)備的清洗消毒。所以我國要研發(fā)出性能更加優(yōu)越的清洗消毒機來滿足生產(chǎn)的需求。然而，與國外的清洗消毒機相比，我國的清洗消毒機的性能仍然存在著不小的差距。主要表現(xiàn)出來的特點是構(gòu)造過于簡單、清洗效果較差、相應(yīng)的清洗消毒機配套技術(shù)相對較少。在以前的時候，國內(nèi)的傳統(tǒng)清洗消毒設(shè)備大多現(xiàn)場和人工手動進行操作控制，設(shè)備的監(jiān)測和參數(shù)設(shè)置完全依靠經(jīng)驗來估計，無法讓清洗消毒的效果達符合要求，同時，設(shè)備的安全穩(wěn)定運行也不能保證。1.2國內(nèi)外清洗消毒機的研究情況分析1.2.1國外清洗消毒機現(xiàn)狀如今，許多大型的生產(chǎn)廠商和醫(yī)療公司大都引進國外先進的清洗消毒機來進行生產(chǎn)加工。國外先進的清洗消毒機有控制性能穩(wěn)定可靠、操作簡單方便、設(shè)備使用壽命長等優(yōu)點。通過分析國外的清洗消毒機可以發(fā)現(xiàn)，可編程控制器PLC一般是控制系統(tǒng)首選。因為PLC是一種非常適用于工業(yè)控制的微型計算機，它可以按照生產(chǎn)條件的要求，改變它的控制程序。其控制系統(tǒng)具有更大的靈活性、通用性和可靠性。數(shù)字量和模擬量是清洗消毒機的主要控制參數(shù)。由于國外一些小型PLC所具備的模擬量模塊，能夠?qū)F(xiàn)場的模擬量信號進行快速手機并進行準(zhǔn)確運算，減少人工操作的不準(zhǔn)確性和耗時性。因此，國外專業(yè)生產(chǎn)的清洗消毒機控制系統(tǒng)也大都由PLC控制，國外清洗消毒機使用頻率較高的PLC品牌有西門子公司S7系列、歐姆龍公司OMRONCPM系統(tǒng)和三菱公司FX系統(tǒng)。國外先進的清洗消毒機基本采用先進可靠的控制理念，可實現(xiàn)自動化操作，控制系統(tǒng)性能安全穩(wěn)定。清洗的速度可以自主調(diào)節(jié)，清洗和消毒過程的穩(wěn)定性、自動化、高效率性和可視化都可以實現(xiàn)。國外的清洗消毒機主要有：（1）超聲波清洗消毒機。（2）大件清洗消毒機：近期美國研發(fā)出了一款新型大型零件清洗消毒機。安全清洗機設(shè)施和設(shè)備的裝置：日本最近研發(fā)出一種由蒸汽清洗機和高壓沖洗器組成的安全清洗消毒機設(shè)施和設(shè)備的裝置。（3）高壓清洗消毒機：辛普森公司從十九世紀(jì)中期就開始生產(chǎn)有關(guān)高壓類型的清洗消毒機。該公司的產(chǎn)品種類齊全，性能優(yōu)越，并可以按照用戶的需求采用不同的傳動方式進行傳送物件。（4）全自動清洗干燥機：日本研發(fā)的全自動清洗干燥機，通過高速真空除水，解決了水洗的干燥等問題，干燥速度快、安全性高，清洗速度快，清洗效果明顯。1.2.2國內(nèi)清洗消毒機現(xiàn)狀目前國內(nèi)的消毒機的電氣控制主要有兩種控制方式：繼電器—接觸器控制和PLC控制。繼電器—接觸器控制主要由繼電器、接觸器及保護元件組成，按照控制原理圖，把每個元件部署在對應(yīng)的位置。單一性是它的缺點，單一性指一臺控制裝置只能應(yīng)用在某一個固定控制程序的設(shè)備上，如果它的程序發(fā)生了改變，那它必須重新設(shè)計原理圖然后重新接線。它不能應(yīng)用于復(fù)雜的電氣系統(tǒng)。繼電器控制的系統(tǒng)一般會需要龐大的線路網(wǎng)絡(luò)連接。線路越多，需要的繼電器就越多，電氣控制柜的容量也要求更大。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，中國新研發(fā)的清洗消毒機已開始使用PLC進行控制，但是由于成本問題，國內(nèi)的一些生產(chǎn)商使用的PLC性能弱，電氣元件性能差，這導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命大大縮短，讓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性受到很大影響。在近來，隨著科研技術(shù)的不斷提高和科研經(jīng)費的不斷投入，我國清洗機行業(yè)發(fā)展非常迅速。清洗消毒技術(shù)研究所研究開發(fā)了一系列的通用型清洗消毒機，專用型清洗消毒機等產(chǎn)品，并利用其研究技術(shù)支持清洗消毒機的生產(chǎn)，為各行各業(yè)提供了眾多性能優(yōu)越的新型清洗消毒機及其配套設(shè)備。在醫(yī)療設(shè)備的清洗方面，新華醫(yī)療器械有限公司自主研發(fā)的快速式全自動清洗消毒機，屬于醫(yī)用清潔消毒領(lǐng)域，具有負荷大、清洗時間短、效率高的特點。如今中國市場上的主要清洗設(shè)備運行負荷較小，難以滿足市場的需求。對于大負荷的清洗和消毒設(shè)備，清洗速度通常較慢、清潔效率較低。而快速式自動清洗消毒機補足了這一方面的缺陷。目前，中國的清洗消毒機與國外的差異主要體現(xiàn)為：（1）清洗技術(shù)簡單并且僅限于應(yīng)用噴淋裝置進行清洗。（2）需要改進清洗消毒機相應(yīng)的的配套技術(shù)。（3）清洗噴嘴為單一類型，不能滿足特殊清洗場所和的需求。（4）清洗介質(zhì)的種類不多并且無法滿足質(zhì)量的要求。（5）清洗消毒機的性能需要提高，關(guān)鍵是確保產(chǎn)品的清洗效果，減少設(shè)備發(fā)生故障的頻率。我們今天使用的大多數(shù)設(shè)計方式都不能適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展要求和清洗機市場的需求。為了讓清洗消毒機滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求，我們需要不斷改進清洗消毒的控制理念、控制方法和控制系統(tǒng)。1.3本設(shè)計的主要工作隨著社會的進步和發(fā)展，各個行業(yè)對清洗消毒機的要求也越來越高，其中醫(yī)療設(shè)備的清洗消毒也尤為重要，醫(yī)用器械和設(shè)備是治療病癥和拯救生命的關(guān)鍵，所以，創(chuàng)設(shè)方便、快捷、干凈衛(wèi)生的清洗消毒體系，提高其使用效率，更好地為人們服務(wù)，是大家的迫切愿望，而清洗消毒機則是體系中的重要一員。本論文的研究就是設(shè)計一款能夠提高原來清洗消毒機清洗不徹底，效率低，耗能大等缺點的系統(tǒng)。具有較大的經(jīng)濟和社會意義。本設(shè)計研究主要包括控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。硬件的選型是硬件設(shè)計的關(guān)鍵，性能好的元件才能保證機器穩(wěn)定高效的運轉(zhuǎn)，硬件接線圖的正確連接是系統(tǒng)正確運行的基礎(chǔ)，也要特別注意，弄清楚基本的原理，完成設(shè)計要求，軟件的設(shè)計重點是清洗消毒過程的準(zhǔn)確性和高自動化性，合理的系統(tǒng)設(shè)計能大大減少能耗，并且提高清洗效果。本設(shè)計的主要設(shè)計內(nèi)容：（1）清洗消毒機的控制系統(tǒng)設(shè)計：完成對清洗機的控制方案選擇。（2）基于對PLC的清洗消毒機控制系統(tǒng)設(shè)計：根據(jù)對全自動清洗機的控制要求，采用PLC編程實現(xiàn)控制方案，以達到清洗消毒的目的。（3）選擇性能良好的元器件用于清洗消毒機的應(yīng)用，畫出清洗消毒機的控制電路原理圖和PLC的I/O接線圖，設(shè)計PLC梯形圖程序。第二章清洗消毒機控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2.1設(shè)計理論以注射水和純化水作為工作介質(zhì)，并自動加入適量的清洗劑，通過大流量循環(huán)泵，清潔溶液在清洗室和清洗管路中循環(huán)，并且噴射臂會把帶有壓力的清洗溶液混合均勻，強有力得噴射到待清洗的物品上，對物品進行有效的清洗，清洗后，使用所選水源對物品進行多次漂洗，直至污漬殘留濃度符合清洗效果，最后通過熱風(fēng)對設(shè)備的內(nèi)外表面進行干燥?？刂葡到y(tǒng)由控制柜，電源柜，觸摸屏，壓力變送器，溫度傳感器，緊急停止開關(guān)和警示燈組成。能夠更好的檢測和控制清洗過程中出現(xiàn)的問題，讓清洗效果達到最佳。2.2設(shè)計要求2.2.1控制過程分析按照自動清洗消毒機的設(shè)計原理，將原先手動操作的“初洗→清洗液洗→消毒過程→水洗→吹干”等復(fù)雜工作流程中解放出來。自動清洗消毒步驟如下：（1）接上水氣管。打開自動清洗消毒功能，首先啟動初級水洗程序，進水電磁閥打開，純水注入水箱，水位探頭根據(jù)檢測到的水位信號控制進水端，排水電磁閥在整個管道灌流沖洗3min后打開，空氣泵在排完水后工作，并且吹干物品上的多余水珠。溫度保持在30℃。（2）清洗程序啟動。清洗液泵將清洗液和清水混合后，混合液通過噴頭對物品進行清洗，清洗大約300S，清洗結(jié)束后系統(tǒng)控制排水閥打開并將污水排出。溫度保持在50℃，加清洗液時間為15S。（3）水洗功能。沖洗完成后重復(fù)清洗以避免剩余下來的清洗液污染消毒劑。清洗時間180S保持在30℃。（4）啟動消毒程序。由消毒液泵將儲藥罐中的消毒劑抽取出來送到用噴淋器中，然后對物品進行清洗消毒3min，期間溫度保持在50℃，最后用水洗程序沖洗，接著干燥。干燥時間1500S,溫度保持120℃。清洗消毒工作過程如圖2.1所示。圖2.1清洗消毒機的工作過程示意圖2.2.2控制要求分析根據(jù)產(chǎn)品清洗效果的要求，設(shè)計的清洗消毒機必須滿足以下控制要求：（1）所設(shè)計的系統(tǒng)有自動檢測功能，用來檢查系統(tǒng)的是不是保持在正常狀態(tài)，如：溫度、液位、水箱氣壓大小等狀態(tài)。（2）參數(shù)設(shè)置：根據(jù)設(shè)計要求設(shè)置完成所需的操作時間，可以調(diào)整清洗周期，也可以統(tǒng)計清洗物品的總數(shù)。（3）水箱液面控制在水位的上下限之間，當(dāng)水位信號超過上下限時蜂鳴器會報警，并且監(jiān)控界面上能夠顯示其狀態(tài)，液位傳感器檢測是這項工作的主要承擔(dān)者。水箱內(nèi)的溫度高低能夠準(zhǔn)確控制，假如溫度超過上限，系統(tǒng)將會報警并能顯示。系統(tǒng)還具有自動加熱功能。（4）清洗消毒機可實現(xiàn)自動控制和手動控制，并具有調(diào)節(jié)功能。（5）考慮節(jié)能設(shè)計。（6）有安全保護的功能，系統(tǒng)在電機過載，加熱溫度過高，水箱內(nèi)的壓力過高時，系統(tǒng)將啟動緊急停機功能。（7）觸摸屏顯示監(jiān)控：中文操作，實時監(jiān)控每個動作的安全運轉(zhuǎn)。2.3控制系統(tǒng)方案設(shè)計2.3.1控制系統(tǒng)方案分析傳統(tǒng)的單片機控制系統(tǒng)清洗消毒機存在的主要缺陷為：（1）控制相對復(fù)雜，單片機控制系統(tǒng)