超声波清洗机及其PLC控制

I超声波清洗机及其 PLC 控制摘 要本文主要介绍了超声波清洗原理及超声波清洗的 PLC 控制系统，使清洗工作可以高效率高质量的完成。超声波技术出现在二十世纪初期，发展极为活跃，如今已经渗透到国防建设、国民经济、人民生活和科学技术等各个领域。超声波清洗的高效率和高清洁度显示出了它巨大的优越性。在未来的工业生产和生活中也将会得到巨大的发展应用。在本文中在分析了超声波清洗生产线工作流程的基础上，采用 PLC 控制方案，给出了 PLC 控制系统的硬件和软件设计，使系统高效的完成生产线上的清洗任务，可以充分体现出 PLC 所具有的功能强、可靠性高、编程简单、使用方便、体积小等优点。本文运用学到的可编程控制器的梯形图语言将程序编写，并完成 PLC 的编程调试来实现控制要求。在超声波清洗生产线中，完成精密机械零件从清洗到烘干的全自动过程，收到了良好的清洗效果，提高了生产效率。关键词：超声波清洗，原理，PLC 编程 IIULTRASONIC CLEANING MACHINE BASED ON PLC CONTROLABSTRACTThis paper introduces the principle of ultrasonic cleaning and ultrasonic cleaning line of PLC control systems to clean and efficient high-quality work can be completed. Ultrasonic technology in the early twentieth century, the development of very active, has now penetrated into national defense construction, national economy, peoples life and science and technology fields. Ultrasonic Cleaning of high efficiency and high cleanliness showed its tremendous superiority. In the future industrial production and daily life will also be a huge development and application. In this article the analysis of ultrasonic cleaning line workflow based on the use of PLC control program, gives the PLC control system hardware and software design, making the system highly efficient production line to complete the cleaning task, which can fully reflect the PLC has functionality, high reliability, programming is simple, easy to use, small size, and so on. In this paper learn the language to programmable logic controller ladder programming, and complete debug PLC programming to achieve the control requirements. Ultrasonic cleaning line, complete precision machinery parts from cleaning to drying of the automatic process, received a good cleaning effect and improve the production efficiencyKEY WORDS: Ultrasonic wave cleaning，principle，PLC programmingIII目录前言.1第 1 章 项目设计内容.31.1 超声波清洗原理.31.2 超声波清洗的特点.51.3 超声波清洗适应的行业及范围.71.4 超声波技术发展的历史.8第 2 章 总体方案的设计.92.1 可编程控制器.92.1.1 PLC 的发展历程.102.1.2 PLC 的发展趋势.112.1.3 PLC 的应用.112.2 超声波清洗生产线.122.2.1 各清洗工艺说明.132.3 各设计方法介绍及选择.14第 3 章 超声波清洗生产线的系统设计.163.1 程序控制要求.163.2 硬件设计.163.2.1 PLC 地址分配.173.2.3 PLC 选型.183.3 PLC 程序的设计.183.3.1 设计工作状态图.193.3.2 I/O 接线及定时器.203.3.3 系统梯形图的设计.213.4 语句表.243.5 操作面板的设计.27第 4 章 系统的检测与调试.284.1 检测与调试.284.2 清洗生产线的使用维护.28IV4.2.1 清洗生产线正常的工作.284.2.2 注意事项.29结论.30谢 辞.31参考文献.32外文质料翻译.341前言在工业生产的各个领域，机械加工业为了提高生产效率，对不同类型的零件分别组成的自动生产线。随着产品的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，运行新的工艺过程，而继电接触器控制系统是采取固定接线，很难适应这个要求，大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的继电器工作频率较低，在频繁动作情况下，寿命短，从而造成系统故障，使生产线的运行可靠性降低。新的控制器 PLC 的诞生到来了全新的控制理念。崭新的控制系统结构以及继电器-接触器控制系统远远不可及的强大功能，随着 PLC 德应用日益普及，其使用方法简单，便于掌握，且可靠性极高。使生产线的运行的可靠性大大提高，使其在工业生产线上的应用越来越广泛。PLC 控制自动清洗生产线的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形图语言，使用的术语依然是“继电器”一类的术语，大部分与继电器触头的链接相对应，使电控人员一目了然。PLC 控制使用简单，它的 I/O 已经做好，输入信号可直接链接，非常的方便，而输出具有一定的驱动能力，其输出触头容易达 220V.2A. PLC 是专门应用于手工业现场自动控制装置，在系统软硬件上可采取抗干扰措施。当工作程序需要改变时，只需改变PLC 的内部程序，重新编程而无需对外围重新改动。超声波清洗技术是目前清洗效率最高，效果最好的方式之一。二十世纪六十年代，自超声波技术问世以来，科学家们发现：一定频率范围内的超声波，作用于液体介质里，可以达到清洗的作用。经过一段时间的研究和试验，不仅得到了满意的效果，而且发现其清洗效率极高，由此超声波清洗机被逐渐运用于各行各业中去。超声波的清洗生产线以其优质、省力、高效、和无污染等显著特点，在西方发达工业国家已得到了广泛应用，取得了很大的经济效益。我国也开始逐步推广使用这种新技术。对于精密机械零件以及电子器件、光学元件等的生产，清洗作业属于生产中的关键工艺，可直接影响到产品的质量。如柴油机油泵、油嘴为精密零件，其上带有深孔、小孔，工件表面粗糙度达 R,O.1 gym,而经切削加工后工件上粘附油污及研磨材料，必须严格清洗后装配。由于装配过程配合要求高，配合间隙小，因2而对工件清洁度要求高，而采用传统的浸洗刷洗、压力清洗等方法，效果不好，且生产效率低。现改用超声波清洗，并将多个清洗槽组合，实现多步清洗。工件经多步超声波清洗后可达到很高的清洁度，而工件在多个清洗槽中的传送，由可编程控制器控制，实现了自动清洗。3 第 1 章 项目设计内容1.1 超声波清洗原理利用 PLC 控制系统控制整个清洗生产线的运行，清洗系统利用目前最先进的超声波清洗技术。超声波清洗生产线的工作原理如图 1-1 所示图 1-1 超声波清洗原理示意图工件悬挂在清洗液中，超声波发生器所发生的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振动(即超声波振动)，超声波通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射时，存在于液体中的微气泡(称空化核)在超声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然破裂(闭合)。在气泡闭合时产生冲击波，在气泡周围产生几十兆帕到几百兆帕的压力及局部高温，这种物理现象称超声空化。空化所产生的巨大冲击力能剥离工件表面的污垢或使污垢裂缝出现空隙，另一些空化气泡群则钻人裂缝并振动，继续不断冲击，最终使污垢剥落，从而达到物体清洁净化的目的。1. 什么是超声波：波可分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为 20Hz 一下；声波的频率喂 20Hz20KHz 以上。其实的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向好、穿透力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗生产线的原因。超声波和可闻波在本质上是一致4的，它们共同的特点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波的频率高，波长短，在一定的距离内沿着直线传播具有良好的束射性和方向性。超声波具有如下特性：(1) 超声波可在气体、液体、固体、固溶体等介质中有效的传播，传播调教容易满足。(2) 由于超声波是振动频率很高的波，所以当它传播的时候可以传递很强的能量。(3) 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。(4) 超声波在液体介质中传播的时候，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。2. 超声波是如何完成清洗工作的：超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗的目的。目前所用的超声波清洗中，空化作用和直进流作用应用的最多。(1) 空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离了被清洗物表面的污垢，从而达到精密清洗的目的。 在超声波清洗过程中，肉眼看到的并不是真空核群泡，而是空气气泡，它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有在液体中的空气气泡被完全脱走，空化作用的真空核群泡才能达到最佳的效果。液体内的受压情况如图 1-2 所示。5图 1-2 清洗槽内液体的某一点的受压情况(2) 直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在 0.5W/2时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生的流动，流速约为 10/s。通过此直进流使物体表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。(3) 加速度：物体粒子推动产生加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声波作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。1.2 超声波清洗的特点清洗时指清除工件表面的液体或固体的污染物，使工件表面达到一定的洁净。清洗过程在日常日常生活非常常见。清洗过程是清洗介质、污染物、工件表面三者之间的相互作用，是一种复杂的物理化学作用过程。在机械及制作行业中，经常遇到各种零件的清洗问题。其清洗的对象主要是机加工油、切削液、金属屑等污垢，传统的是采用有机溶剂（汽油或者煤油）辅以手工刷洗，不但劳动强度大而且操作环境恶劣。但这些方法普遍存在着化学能力清洗能力低的缺点，而且要辅以物理的方法来增强其清洗能力。但对于结构复杂，特别是有不规则孔、腔、狭缝的零件往往是无能为力，但是超声波清洗能很好的解决这个问题。超声波清洗与其他清洗方法的清洗能力比较见图 1-3 表 1-16图 1-5图 1-3 清洗方法的比较超声波清洗是一种清洗硬物体表面的方法，属于物理清洗。超声清洗是功率超声应用的一项。在液体中发生足够大的能量，产生空化作用，能用于清洗、乳化。特点是速度快、质量高、易于实现自动化。在各种化学的、物理的、机械的清洗方法中是最理想最有效的一种。超声波清洗特别适用清洗表面形状复杂的工件，如对于精密零件上的孔穴，狭缝，凹槽、微孔及暗洞处，通常物理洗刷方法难以凑效，利用超声清洗可以取得理想的清洗效果。表 1-1 效果比较清洗方法剩余残留物 吹式清洗浸润式清洗蒸汽式清洗刷子清洗超声波清洗86706580-0.5超声波清洗与各种化学的、物理的、化学的和有机物的清洗方法比较，有以下独特优点：(1) 能快速、彻底地清除工件表面上得各种污物；(2) 能清洗带有空腔、沟槽等形状复杂的精密零件；(3) 对工件表面无损；7(4)可采用各种清洗剂；(5) 在室温或适当的加温 60即可进行清洗；(6) 整机一体化结构便于移动；(7) 节省溶剂、清洁纸、能源、工作场地和人工等；(8) 不需要人手接触清洗液安全可靠。图 1-5 超声波清洗效果1.3 超声波清洗适应的行业及范围随着超声波技术的发展，超声波清洗技术的应用在日常生活，工业生产中得到广泛的应用表 1-2 超声波清洗应用的主要方面行业清洗对象电子、电器机械工业汽车、摩托车各类印刷电路板、电子元器件、液晶玻璃、电视机零部件等精密部件、压缩机零件、照相机零件、轴承、五金零件、模具等发动机零件、变速箱、减震器、轴瓦、油嘴、缸体、阀体等透镜、眼镜框、贵金属、装饰品、计算器、表带、表壳、表针、数字盘等不锈钢抛光制品、不锈钢刀具、餐具、刀具、锁具、灯饰、首饰的喷涂8光学、宝石加工电镀喷漆食品、酿造医疗器械化纤纺织其他前处理、电镀前清洗瓶、盖、标签去除、排气、酿造注射器、手术器械、滴管、研究试验用、玻璃器皿、牙科用具、食道镜、器官支镜、直肠镜、显微镜喷丝板、橡胶制品、橡胶成型模具、商标、玩具印章、号牌、硬币高级陶器、银制品、金制品、银行磁卡1.4 超声波技术发展的历史超声波技术出现在二十世纪初期，近一个世纪的发展表明，超声技术是升学发展中最为活跃的一个部分，如今它已经渗透到国防建设、国民经济、人民生活和科学技术等各个领域。1955 年 9 月在德国召开的首届世界超声学大会，体现了超声学发展的这一强势劲头。科学家们发现：一定频率范围内的超声波，作用于液体的介质里，可达到清洗的作用。经过一段时间的研究和实验，不仅取得了满意的效果而且发现清洗效率极高，由此超声波清洗机被逐渐运用到各行各业中。在应用初期，由于电子工业的限制，超声波清洗设备电源的体积比较庞大，稳定性及使用寿命不太理想，价格昂贵，一般的工矿企业难以承受，但是其出色的清洗效率及效果，扔让一些实力雄厚的国有企业一见倾心。随着电子工业的发展，新一代的电子元器件及使用寿命进一步提高，体积减小，价格逐渐降低。二十世纪八十年代末，第三代超声波电源问世，即逆变电源，应用最新的 IGBT 元件，新的超声波电源具有体积小，可靠性高，寿命长等特点，清洗效率得以进一步的提高，而价格也降到了大部分企业都能接受的程度。在国民经济中，超声波清洗对于提高产品质量，保证生产安全和设备的安全运行，降低生产成本，提高生产效率具有也别的潜在能力。因此，我国在近十年来，对超声波技术的研究与应用十分活跃。9第 2 章 总体方案的设计2.1 可编程控制器可编程控制器（Programmabie Logic Controller，缩写 PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要，而生产发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC 从 1969 年问世以来，虽然至今还 40 年的时间，但由于其具有通用灵活的控制性能。简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化个领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CDM/CAM 技术工业机械人技术并成为现代工业自动化的四大支柱。可编程控制器在我国的发展与应用已有 30 多年的历史，现在它已经广泛的应用到国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。PLC 生产厂家很多，产品的结构也个不相同，但其基本的结构构成是一样的，都采用计算机结构，如图 2-1 所示，都以微处理器为核心，通过硬件和软件的共同作用来实现其功能。PLC 主要有六部分构成CPU 即中央处理器、存储器输入输出、接口电路、电源、外设接口、输入输出扩展口。CPU 是 PLC 的核心和控制指挥中心，主要有控制器、运算器、和寄存器组成并集成在一块芯片上。它通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、输入输出接口电路相连，完成信息的传递、转换等。存储器主要用来存放系统程序、用户程序和数据。根据存储器在系统中的作用可将其分为系统程序存储器和用户程序存储器。输入输出接口电路是 PLC 与现场的 I/O 设备相连接的部件。PLC 将其输入信号转换为 CPU 能够接收和处理的信号，通过用户程序的运算把结果通过输出模块输出给执行机构。10图 2-1 PLC 结构示意图2.1.1 PLC 的发展历程在可编程控制器出现以前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用十分广泛。但电器控制系统存在着控制系统的体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968 年美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量，多品种的生产需要，于是设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电气控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用的装置，而且这种装置的面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快的掌握使用。1969 年美国数字设备公司根据通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车的自动装配线上试用，取得良好的效果，从此这项技术迅速的发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统继电器控制，通常称为可编程逻辑控制器，随着微电子技术和计算机计数的发展，20 世纪 70 年代中期的微处理器应用到 PLC 中，使 PLC 不仅具有逻辑的控制功能，还增加了算术运算、数据传递和数据处理等功能。20 世纪 80 年代后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展 16 位和 32 位微处理器应用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速的发展。PLC 不仅控制11功能增强，同事可靠性提到，功耗、体积减小，成本下降，编程和故障的检测更加的灵活方便，而且具有通信联网、数据处理和图像显示等功能，使 PLC 真正成为具有逻辑控制、过程控制、运算控制、数据处理、联网通信等功能控制器。2.1.2 PLC 的发展趋势从当前的技术性能上来看，PLC 发展仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。1. 体积小型化。电子产品体积小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC 无论是从内部元件组成上还是硬件、软件结构都已经与早期的 PLC 有了很大的不同，PLC 体积被大幅度的缩小。2. 性能的提高。PLC 的大性能主要包括 CPU 性能与 I/O 性能两大方面。可编程控制器在我国的发展状况如下：1. 我国可编程控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程控制器的发展是从研发、开发、生产到应用，而我国的则是从成套的设备引进、可编程控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛的应用。2. 政府重视可编程控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时的机械电子工业部的领导下，与 1991 年成立了可编程控制器行业协会。可编程控制器行业协会在政府和企事业单位之间起到了桥梁的作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程控制器的标准化也得到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程控制器标准化技术委员会，为我国可编程程序孔子和气的进一步发展打下了基础。2.1.3 PLC 的应用1. PLC 的应用领域PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但是最近的十多年来，PLC 的应用面越来越广，其主要的原因是:一方面由于微处理器芯片及有关元件的价格大大下降；另一方面 PLC 的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。常分为 5种类型：顺序控制；运动控制；过程控制；数据处理；通信网络。122. PLC 在我国的应用虽然我国在 PLC 生产方面比较弱，但是在 PLC 应用方面，我国是很活跃的，几年来每年约有新投入 10 万台套 PLC 产品，年销售额 30 多亿人民币，应用的行业很广。在我国，一般按 I/O 点数将 PLC 分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：微型：32 I/O小型：256 I/O中型：1024 I/O大型：4096 I/O巨型：8192 I/O在我国应用的 PLC 系统中，I/O64 点一下的 PLC 销售额占整个 PLC 的47,64 点到 256 点的占 31，合计占整个 PLC 销售额的 78。2.2 超声波清洗生产线整个清洗工艺为:上料、温热浸洗、超声清洗、防锈液喷淋清洗、强风吹干、烘道烘干、下料。工件用篮筐盛放，多件一次清洗。带吊钩篮筐通过横杆悬挂在双链式清洗传动链上，清洗传动链由电动机、减速器、链轮、链条传动，完成工件在各清洗工作槽间的传送。清洗完的工件自动输送到烘道传动链上，烘干后自动输出。工艺中的上料和下料的过程均为手工操作。温热浸洗槽、超声粗清洗槽中盛有清洗液，清洗液为循环式，分别由泵将各自贮液槽中的清洗液经过滤器过滤后由管道送到工作槽中。为使清洗槽液面上的浮动油脂和污物排出槽外，清洗槽上部设有滋流槽，且底部设有排水坡度。为增加清洗效果，各工作槽底装有电加热装置，使清洗液在一定温度下完成清洗，温度由温度控制器控制并显示，当温度到达设定值时，自动停止加热 2.2.1 各清洗工艺说明1. 温热浸洗工件在 50600清洗液中浸泡，完成工件的初洗。其目的是缩13短超声波清洗时间，提高清洗质量。2. 超声清洗清洗槽底部装换能器，外接超声波发生器，使清洗液在4050下对工件进行超声清洗。3. 防锈液喷淋清洗泵将喷淋贮液槽内的防锈液抽出，通过喷嘴喷洗工件。一是去除工件表面的清洗液，二是对工件进行防锈处理。以便于保证工件装配精度，防锈延长工件使用寿命。4. 强风吹干喷淋清洗后的工件表面有大量水珠，若直接放人烘道烘干，则时间过长，同时水珠烘干后在工件表面会留下水印。因而在吹干槽内，由风机吹干工件表面水分，再进入烘道烘干。5. 烘道烘干烘道内设电加热管，外敷保温材料，通过离心风机底部送风，顶部吸风，形成热风循环，使烘道内的温度匀布。温度 30120可调(根据工件而定)，由温度控制器自动控制。在多步超声波清洗生产线上，工件的上料、下料为手动操作，工件在悬挂式传送链上和烘道传动链上按一定的生产节拍在清洗工位间自动传送，由 PLC 控制完成从清洗到烘干的全过程。PLC 的控制系统设计步骤如图 2-2 所示14图 2-2 PLC 设计步骤2.3 各设计方法介绍及选择1. 经验设计法：是在一些典型应用程序基础上，根据被控对象对控制系统的要求，选用一些应用程序进行适当的组合、修改和完善，使其成为符合控制要求的程序。采用这种方案，设计的梯形图较为简洁，但各状态之间相互牵扯，相互影响。因此，这种方案设计程序显得脉络不清，前后相互影响，容易出问题。2. 顺序功能图法：用梯形图及指令表的方式编程深受广大电气技术人员的欢迎。但对于一个复杂的顺序控制程序，由于内部联锁，互动关系复杂，其梯形图往往长达数百行。153. 使用 STL 指令编程的方法：这种方法是计算机程序设计师常用的设计方法。它用方图框描述控制过程，方框代表动作，圆圈代表起始位与终了位，连线代表方向，短线代表状态转换条件。这种图可以把控制对象的工作状态及控制过程清晰的表示出来。使用此方法能迅速的编出复杂的程序，是一种优越的程序设计方法，但使用这种方法编写的程序较长。4. 清晰性、可读性才是最关键的，而程序的长短并不重要，因此，选用 STL指令编程的方法设计控制系统的程序，这样便于在梯形图中发现问题，使系统的可靠性更高。 16第 3 章 超声波清洗生产线的系统设计 3.1 程序控制要求清洗生产线上要求有两套的控制方法，一面在自动控制时出现问题是不能及时修复而影响产量，在自动控制程序出现问题时可以选择手动控制。生产线上的上料和下料的工作是有人工完成的，从工件的上线开始有机器自动运行。(1) 手动控制：当生产开始时可以选择手动控制和自动控制各个工艺的进行。(1) 自动控制：用 PLC 控制清洗生产线的清洗工作。全程序循环：当整个清洗的过程有程序自动控制时，在启动程序开始后要有 8 秒的延时，以便为了使生产线的设备安全启动稳定运行。之后要把要清洗的工件自动的运送到清洗位置，8 秒钟后开始清洗动作，完成整个清洗生产线的核心功能超声波清洗的动作。清洗完成之后要把工件上的清洗液清理干净喷淋 2 分钟，喷淋后为了不让工件上留下印记一面影响机密零件的安装精度要用强风吹两分钟把工件表面吹干后在进入烘道内烘干工件，烘干后有烘道电机传送出工件完成整个的清洗工作，完成之后延时 10 秒的时间进如程序的下一个循环。3.2 硬件设计在超声波清洗生产线上，清洗传动、烘道传动、烘道风机、强风吹干、喷淋防锈、超声波这些由 PLC 控制。而清洗工作槽中清洗液的过滤，可根据实际使用情况，定期过滤，因此可不由 PLC 控制。在清洗生产线上，为使工件篮在各清洗槽中准确、可靠定位，在手工上料室内设置一接近开关，使其感应到传送链上的横杆后，自动停止传动。为方便调整，系统设置了自动/手动 2 种工作方式。可编程控制器选用日本三菱公司 FX2N-48MR。表 3-1 为输人、输出信号及其地址编号。各控制开关输人信号均以常开触点直接与输入端子相连，PLC 内部提供 220V 交流电源。各输出信号与交流 220 V17的各控制接触器相连。3.2.1 PLC 地址分配分析生产线的工作及控制过程，真个生产线的运行过程中需要以下的几个控制点，手动和自动的转换开关，自动启动按钮、接近开关，由于两套的控制手动控制时必须有各个电机的控制开关，有清洗传动的启停按钮、烘道传动的启停按钮、烘道风机起停按钮、喷淋泵启停按钮、吹风机启停按钮、超声波的启停按钮。生产清洗过程中零件的上料和下料时人工的装卸方式。根据工艺要求确定了 PLC的输入点数、输出点数。具体 I/O 分配及地址如表 3-1 所示。表 3-1 输入、输出信号及其地址编号表名称输入功能信号功能编号SASB1SQ1SB8SQ2SQ3KA1SB4SQ4SB10SB2SB3SB4SB5SB6SB7SA1手动/自动转换开关 自动启动按钮接近压合开关加热按钮上限位开关盖和开关温控开关停止按钮烘道限位手动启动清洗传动启停按钮烘道传动起停按钮烘道风机启停按钮喷淋泵起停按钮吹风机启停按钮超声波启停按钮开机程序启动X0X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16名称输出功能信号功能编号18KM1KM2KM3KM4KM5KM6HL1HL2KM10KM11KM12HL3清洗传动电动机控制接触器烘道传动电动机控制接触器烘道风机电动机控制接触器喷淋泵电动机控制接触器吹风机电动机控制接触器超声波启停控制接触器自动运行指示灯手动运行指示灯交流接触器清洗传动向上加热控制接触器结束指示灯 Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y8Y9Y113.2.3 PLC 选型1. 物理结构选择：整体/模块式2. I/O 点数确定：I/O 点数共 16，按留有 1020余量规则选用 24 点数的PLC，选用 FX2N-48MR 型 PLC 它的输入输出点数均为 24，工作电压为220V，50Hz/60Hz；3. 存储容量的选择：PLC 程序存储器的容量的容量通常以字或步为单位，按一下的经验公式程序容量：程序容量=K*总输入点数/总输出点数（这里 K 取值 6）所以 程序容量=6*16/3=323.3 PLC 程序的设计PLC 程序设计中根据项目要求的工艺和所选用的 PLC 型号，分配 I/O 接口的地址编号，在此基础上分析自动清洗生产线画出工作在状态图。分析系统中需要的计时器，选择不同的计时器，并设定每个计时器的功能，并列出表格。根据具体要求设计绘画出系统的顺序功能图和 I/O 的接线图。之后根据顺序19功能图及 I/O 的分配情况设计绘画出系统程序的梯形图，最后根据梯形图完成程序清单。程序中运用到的中间状态和电器元件如表 3-2 所示表 3-2 中间状态元件及电器元件电器元件名称功能MOM1M2FU1FU10程序自动运行程序结束进入手动程序熔断器3.3.1 设计工作状态图根据现场生产的要求，了解系统的工艺要求，根据工艺要求确定的 PLC 输入输出点数表 3-1 所示，在此基础上画出工艺要求的工作状态图。如图 3-1 所示。图 3-1 超声波清洗生产线自动工作状态图在程序开始之前，必须使各个开关按钮断开，使自动按钮 SB1 接通，选择自动控制状态。按下按钮 SB1 后，超声波和烘道风机启动并且进如自保状态，准备开始进入20正常的工作状态，系统进入自动运行的程序中。计时器 T0 开始计时 8 秒后输出Y0，清洗传动电动机控制接触器闭合清洗传动电动机开始工作完成传动动作。在超声波清洗动作开始时一定要盖上清洗池的盖子以确保机器和工人的人身安全。当工件传送到位之后将碰到接近开关 SQ 闭合，闭合之后计时器 T1 开始计时，计时 7 秒。之后超声波开始清洗工作并且计时器 T2、T3、T4 开始计时开始分别是计时 3 分、2 分、2 分，喷淋吹风机电动机的接触器 Y3、Y4 闭合开始工作，完成超声波清洗 3 分钟的动作和喷淋 2 分钟强风吹两分钟的动作。清洗工作完成后将进入烘道内，烘干工件，烘道传动 Y1 开始工作，传送出工件。再有计时器 T5 计时 10 秒，进入下一个循环。顺序功能图如图 3-2 所示。图 3-2 顺序功能图3.3.2 I/O 接线及定时器根据输入输出信号的地址分布和超声波清洗生产线的自动工作状态分析，I/O 接线如图 3-3 所示，各定时器的功能如表 3-3 所示。表 3-3 各定时器的计时时间及功能定时器定时时间功能21T0T1T2T3T4T58s7s180s120s120s10s计时 10 秒让超声波和烘道电机正常启动工作延时 7 秒的时间让清洗传动停止，工件悬停清洗工件时间计时 3 分钟后超声波清洗完成喷淋计时 2 分钟后结束喷淋动作吹强风计时 2 分钟后吹风结束延时计时，让烘道传送出工件后停止，更换新工件图 3-3 I/O 接线图3.3.3 系统梯形图的设计主电路电气原理图的设计及元器件，电机、接触器等，电路图如图 3-4 所示。22图 3-4 主电路电器原理图根据以上所述的设计思想及所选择的设计方法、所选择的 PLC 型号及它们的地址分配关系以及定时器的各自作用，设计绘画出程序梯形图。该程序分为两大部分，第一部分是自动的程序控制生产线清洗工作，第二部分是手动的控制生产线的清洗工作。当自动运行时按下启动按钮和选择自动运行，启动超声波以及各电机使它们进入工作状态并自保，并且运输工件到一定的清洗位置以便于清洗工作的进行，使系统有静止状态平稳安全的过渡到系统的正常的工作状态，确保整个系统的安全启动。然后完成清洗的过程，还有要把工件进行一些清洗后的处理像喷淋烘干这些程序。这部分程序中完成超声波清洗 3 分钟，喷淋 2 分钟，强风吹 2 分钟，及传出工件的动作并完成传动和清洗之间的延时过程。最后把工件运送出清洗容积和结束喷淋烘干的工作，并进入程序的循环进行。自动控制程序的梯形图如图 3-5 所示23图 3-5 程序中自动控制部分的梯形图当选择手动控制的时候，生产线清洗的工作要靠人工的按照操作面，上的各个控制按钮来操作完成，这部分梯形图如图 3-6 所示首先应按下手动控制按钮，上料后按下向下传动按钮把工件传送到固定位置，然后按下加热按钮给清洗液加热让工件完成加热浸洗的过程，完成这些之后启动超声波清洗按下清洗按钮，清洗完成后按下向上传送的按钮使工件运送到喷淋的工作位置，然后依次的进行吹风烘干的过程，最后打开清洗槽的盖子传送出工件完成整个清洗过程的手动操控。这部分程序的梯形图如图 3-6 所示24图 3-6 清洗生产线手动控制部分的梯形图3.4 语句表LD X16LDI X7ANDI T5OUT Y1025LD Y10OUT T0 K80OUT Y5OUT Y2LD X0OR Y10ZRST S20 S25LD X1AND X16AND X15AND T0OUT M0LD X0OUT Y7LD X16OUT Y6LD M0SET S0STL S0SET S20STL S20LDI X2OUT YOLD X2AND X6OUT Y9OUT T1 K70LD X2AND T1SET S21STL S21LD X5OUT T2 K1800AND T2SET S22STL S22OUT Y8OUT T1 K70LD X4AND T1SET S23STL S24LD X5OUT T3 K1200AND T3OUT Y3AND T3SET S24STL S24LD X5OUT Y4OUT T4 K1200AND T4SET S2526STL S25LDI X8OUT Y2LD X8OUT T5 K100RST S25SET M1LD M1OUT Y11LDI T5RST M2LD T0AND X0AND Y10OUT M2LD X10OR Y0ANDI X2OUT Y0LD X3OR Y9AND X2ANDI KA1OUT Y9LD X2OUT T1 K70LD T1OUT T2 K1800AND X5OR Y5ANDI T2OUT Y5LD X13OUT T3 K1200LD X13OR Y3ANDI T3OUT Y3LD X4OUT T4 K1200LD X14OR Y4ANDI T4OUT Y4LD X11OR Y1ANDI X8OUT Y1LD Y1OUT T5 K100LD T5OUT M2END273.5 操作面板的设计根据上述的系统工作方式，操作面板需要有手动和自动的操作选择开关。使用手动工作方式的时候需要各个工艺过程的按钮如图 3-6 所示 图3-4 系统控制面板28 第 4 章 系统的检测与调试4.1 检测与调试（1）硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等） ，检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给版加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值。第四步：联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试一般方法是由近及远、由分到合。（2）软件调试：软件调试时通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正过程。编制程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改再进行调试，如此反复直到调试成功为止。4.2 清洗生产线的使用维护4.2.1 清洗生产线正常的工作（1）连接好清洗槽与发生器之间的电缆；29（2）将清洗液倒入清洗槽中（倒入清洗液的量就为放入工件时，液面的位置约为整体的四分之三为佳） ；（3）将工件放入篮筐，自动运送到清洗槽中；（4）打开电源开关；（5）选择手动或者自动的工作方式，开机；4.2.2 注意事项（1）在清洗槽中倒入清洗液或者清水时，严禁开机，否则可能损坏仪器，影响生产线的正常工作；（2）电缆的连接器在使用前必须确定连接头是否受潮，如果有受潮现象，应先处理干燥后，方可使用；（3）请勿将清水或者清洗液流到超声波发生器中，以避免造成超声波发生器的损坏。30 结论本设计所做的主要工作有：1. 总体方案的确定。经综合考虑，确定采用 PLC 控制清洗生产线的控制方法，清洗工作用目前最先进的超声波清洗技术，PLC 的编程方法根据 PLC 编程的清晰性、可读性的要求采用 STL 指令编程的方法设计控制系统的程序，这样便于在梯形图中发现问题，使系统的可靠性更高。2. PLC 程序具体的编制 根据工艺要求选择适合的 PLC 型号，设计出生产线工作的顺序功能图，进而完成最终梯形图的设，根据梯形图编写程序清单。 由于设计者的水平有限，有许多的问题需要改善，有很多需要改进的地方，比如说系统的报警系统，这样能使整个生产线能更安全的运行，保证人和机器的安全，体现人本化的设计思想。31谢 辞32参考文献1 廖常初.可编程控制器的编程方法与工程应用.重庆：重庆大学出版社，2001.22 李树雄.可编程控制器原理及应用教程.北京：北京航空航天大学出版社，2003.93 郭艳萍.电气控制与 PLC 技术.北京：北京师范大学出版社，2007.2，140.2004 张进秋.可编程控制器原理与应用实例.北京：机械工业出版社，2004.25 康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社，2000.7 第 4 版6 周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用.北京：机械工业出版社，2003.27 孙振强.可编程控制器及应用教程.北京：清华大学出版社，2005.38 梁景凯.机电一体化技术与系统.北京：机械工业出版社，1999.59 陈永甫.电子电路智能化设计实例与应用第二集.北京：电子工业出版社，2002.810赫光发.电工工艺学.北京：机械工业出版社，1999.12 第 3 版11汪晓光、王艳丹、孙晓瑛.可编程控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，199412钟肇新、彭侃.可编程控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，199213孙同景、徐蹲.可编程控制器应用基础.山东：山东大学出版社，199614张汉杰.现代电器控制技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，199615陈宇.可编程控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社，199916http：/www.mu- (现代超声)17http：/ （中国工控网-中国工业控制及自动化领域）33外文资料翻译Programmable Logic Controllers (PLC), a computing device invented by Richard E. Morley in 1968, have been widely used in industry including manufacturing systems, transportation systems, chemical process facilities, and many others. At that time, the 34PLC replaced the hardwired logic with soft-wired logic or so-called relay ladder logic (RLL), a programming language visually resembling the hardwired logic, and reduced thereby the configuration time from 6 months down to 6 days Moody and Morley, 1999.Although PC based control has started to come into place, PLC based control will remain the technique to which the majority of industrial applications will adhere due to its higher performance, lower price, and superior reliability in harsh environments. Moreover, according to a study on the PLC market of Frost and Sullivan 1995, an increase of the annual sales volume to 15 million PLCs per year with the hardware value of more than 8 billion US dollars has been predicted, though the prices of computing hardware is steadily dropping. The inventor of the PLThe objective of this thesis is to develop a systematic software design methodology for PLC operated automation systems. The design methodology involves high-level description based on state transition models that treat automation control systems as discrete event systems, a stepwise design process, and set of design rules providing guidance and measurements to achieve a successful design. The tangible outcome of this research is to find a way to reduce the uncertainty in managing the control software development process, that is, reducing programming and debugging time and their variation, increasing flexibility of the automation systems, and enabling software reusability through modularity. The goal is to overcome shortcomings of current programming strategies that are based on the experience of the individual software developer.A systematic approach to designing PLC software can overcome deficiencies in the traditional way of programming manufacturing control systems, and can have wide ramifications in several industrial applications. Automation control systems are modeled by formal languages or, equivalently, by state machines. Formal representations provide a high-level description of the behavior of the system to be controlled. State machines can be analytically evaluated as to whether or not they meet the desired goals. Secondly, a state machine description provides a structured representation to convey the logical requirements and constraints such as detailed safety rules. Thirdly, well-defined control 35systems design outcomes are conducive to automatic code generation- An ability to produce control software executable on commercial distinct logic controllers can reduce programming lead-time and labor cost.Customer-Driven ManufacturingIn modern manufacturing, systems are characterized by product and process innovation, become customer-driven and thus have to respond quickly to changing system requirements. A major challenge is therefore to provide enabling technologies that can economically reconfigure automation control systems in response to changing needs and new opportunities. Design and operational knowledge can be reused in real-time, therefore, giving a significant competitive edge in industrial practice.Higher Degree of Design Automation and Software QualityStudies have shown that programming methodologies in automation systems have not been able to match rapid increase in use of computing resources. For instance, the programming of PLCs still relies on a conventional programming style with ladder logic diagrams. As a result, the delays and resources in programming are a major stumbling stone for the progress of manufacturing industry. Te