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不到的。超聲波由于頻率高、波長短，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。
在超聲波清洗過程中，肉眼能看見的泡并不是真空核群泡，而是空氣氣泡，它對空化作用產(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)生對流，溶解污物的溶解液與新液混合，使溶解速度加快，對污物的搬運(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題。其清洗對象主要是機(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。近年來逐步開發(fā)了許多水基清洗劑來取代溶劑清洗，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增強(qiáng)其清洗力，常規(guī)清洗機(jī)噴射、攪拌等方式來達(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、形式簡單的工件清洗，對于多品種，形狀復(fù)雜，特別是有不規(guī)則孔、腔、狹縫的零件往往無能為力，而超聲波清洗由于其無孔不入的特點(diǎn)以及強(qiáng)力的清洗作用，不但對于手工及機(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)、對工件表面無損；
(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，但帶來的問題是接線復(fù)雜、體積大、可靠性不高等一系列問題，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象的工作狀態(tài)及控制過程清晰地表示出來。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的程序較長。
(3)、方案選擇
根據(jù)新型控制器帶來的新的設(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)鍵性的問題。
（1）、新型控制器帶來的設(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、檢測電路及PLC報(bào)警電路等。
超聲波清洗機(jī)主電路原理圖見附圖2所示。
PLC外部接線圖見附圖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、存儲器容量的選擇：開關(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、對一臺電動(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、對幾臺電動(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，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，對銅不腐蝕的中性氣和液體，進(jìn)行強(qiáng)制調(diào)節(jié)。閥門開度和局部時(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、空氣開關(guān)、熱繼電器均采用ABB公司產(chǎn)品。具體型號如附表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)上述過程，使溫度恒定在設(shè)定值附近。在溫度過高的情況下，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，并且該電路平常一直保持測溫狀態(tài)。在考慮沸點(diǎn)溫度時(shí)，再用LM3911溫度檢測控制集成電路一塊，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。其中溫度過高時(shí)由上部檢測溫度的電路發(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)對物件的清洗，在渾濁度達(dá)到一定的程度時(shí)就需對清洗液進(jìn)行更換。實(shí)現(xiàn)渾濁度檢測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)
渾濁度的檢測是采用紅外光電傳感器來完成的。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，使電鈴發(fā)聲和使指示燈亮。
光電阻傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器，用這種傳感器測量其他非電量時(shí)，只要將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化即可，這種測量方法具有結(jié)構(gòu)簡單，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)檢測系統(tǒng)中。
光敏電阻選用國產(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900nm,正向電壓1.3～1.5V(10mA 時(shí))，光功率為100～500uW。
C）、液位檢測
本設(shè)備禁止干燒，即應(yīng)有液位檢測用靈敏開關(guān)，它是一種靈敏度很高的開關(guān)元件，只需要很小的力即可使開關(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報(bào)警的功能。它一般是通過傳感器和一些電磁機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
浮筒：采用它的原因是結(jié)構(gòu)簡單，和一些開關(guān)元件相互配合完成液體液位檢測更重要原因是價(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分配表見附表1所示。根據(jù)工藝流程圖畫出系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見圖6所示。
主程序控制具有如下特點(diǎn)：
（1） 蓋開關(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。通過選擇開關(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，掛籃開始下降，到位壓合行程開關(guān)，X2通，運(yùn)行停止，并開始啟動(dòng)加熱器（通過中間元件M1轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)），溫度達(dá)到沸騰，通過溫度控制電路使X6通，狀態(tài)開始轉(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，以便使對應(yīng)的設(shè)備工作，手動(dòng)/自動(dòng)程序通過中間元件調(diào)用它。
故障檢測程序控制原理：
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，對應(yīng)的故障信號輸出直通，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，對應(yīng)的故障指示燈滅。X23通，可測試燈和報(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:依照圖6手動(dòng)/自動(dòng)操作狀態(tài)流程圖編寫出主梯形圖如圖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 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 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，限位開關(guān)及溫度傳感檢測用調(diào)試程序中的模擬開關(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）合上電源總開關(guān)QF1、PLC電源開關(guān)QF2、PLC負(fù)載電源開關(guān)QF3等電源；
（5）設(shè)立手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行方式，開機(jī)。
2、注意事項(xiàng)
（1）在清洗槽中沒有倒入清洗液或水時(shí)，嚴(yán)禁開機(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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