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洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 超聲波清洗機(jī)及其 PLC 控制 摘 要 本文主要介紹了超聲波清洗原理及超聲波清洗的 PLC控制系統(tǒng)，使清洗工作 可以高效率高質(zhì)量的完成。超聲波技術(shù)出現(xiàn)在二十世紀(jì)初期，發(fā)展極為活躍，如 今已經(jīng)滲透到國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。超聲波清 洗的高效率和高清潔度顯示出了它巨大的優(yōu)越性。在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)和生活中也 將會(huì)得到巨大的發(fā)展應(yīng)用。在本文中在分析了超聲波清洗生產(chǎn)線工作流程的基礎(chǔ) 上，采用 PLC控制方案，給出了 PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)高效的 完成生產(chǎn)線上的清洗任務(wù)，可以充分體現(xiàn)出 PLC所具有的功能強(qiáng)、可靠性高、編 程簡(jiǎn)單、使用方便、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本文運(yùn)用學(xué)到的可編程控制器的梯形圖語(yǔ)言 將程序編寫，并完成 PLC的編程調(diào)試來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求。在超聲波清洗生產(chǎn)線中， 完成精密機(jī)械零件從清洗到烘干的全自動(dòng)過程，收到了良好的清洗效果，提高了 生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：超聲波清洗，原理，PLC 編程 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I ULTRASONIC CLEANING MACHINE BASED ON PLC CONTROL ABSTRACT This 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 efficiency KEY WORDS: Ultrasonic wave cleaning，principle，PLC programming 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 目錄 前 言 .1 第 1 章 項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容 .3 1.1 超聲波清洗原理 .3 1.2 超聲波清洗的特點(diǎn) .5 1.3 超聲波清洗適應(yīng)的行業(yè)及范圍 .7 1.4 超聲波技術(shù)發(fā)展的歷史 .8 第 2 章 總體方案的設(shè)計(jì) .9 2.1 可編程控制器 .9 2.1.1 PLC 的發(fā)展歷程 .10 2.1.2 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) .11 2.1.3 PLC 的應(yīng)用 .11 2.2 超聲波清洗生產(chǎn)線 .12 2.2.1 各清洗工藝說明 .13 2.3 各設(shè)計(jì)方法介紹及選擇 .14 第 3 章 超聲波清洗生產(chǎn)線的系統(tǒng)設(shè)計(jì) .16 3.1 程序控制要求 .16 3.2 硬件設(shè)計(jì) .16 3.2.1 PLC 地址分配 .17 3.2.3 PLC 選型 .18 3.3 PLC 程序的設(shè)計(jì) .18 3.3.1 設(shè)計(jì)工作狀態(tài)圖 .19 3.3.2 I/O 接線及定時(shí)器 .20 3.3.3 系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì) .21 3.4 語(yǔ)句表 .24 3.5 操作面板的設(shè)計(jì) .27 第 4 章 系統(tǒng)的檢測(cè)與調(diào)試 .28 4.1 檢測(cè)與調(diào)試 .28 4.2 清洗生產(chǎn)線的使用維護(hù) .28 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 4.2.1 清洗生產(chǎn)線正常的工作 .28 4.2.2 注意事項(xiàng) .29 結(jié) 論 .30 謝 辭 .31 參考文獻(xiàn) .32 外文質(zhì)料翻譯 .34 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 前言 在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)械加工業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)不同類型的零件 分別組成的自動(dòng)生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對(duì)象也隨之改 變，這就需要改變控制程序，運(yùn)行新的工藝過程，而繼電接觸器控制系統(tǒng)是采取 固定接線，很難適應(yīng)這個(gè)要求，大型自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很 多，這種有觸點(diǎn)的繼電器工作頻率較低，在頻繁動(dòng)作情況下，壽命短，從而造成 系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線的運(yùn)行可靠性降低。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 超聲波清洗機(jī)及其 PLC 控制 摘 要 本文主要介紹了超聲波清洗原理及超聲波清洗的 PLC控制系統(tǒng)，使清洗工作 可以高效率高質(zhì)量的完成。超聲波技術(shù)出現(xiàn)在二十世紀(jì)初期，發(fā)展極為活躍，如 今已經(jīng)滲透到國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。超聲波清 洗的高效率和高清潔度顯示出了它巨大的優(yōu)越性。在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)和生活中也 將會(huì)得到巨大的發(fā)展應(yīng)用。在本文中在分析了超聲波清洗生產(chǎn)線工作流程的基礎(chǔ) 上，采用 PLC控制方案，給出了 PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)高效的 完成生產(chǎn)線上的清洗任務(wù)，可以充分體現(xiàn)出 PLC所具有的功能強(qiáng)、可靠性高、編 程簡(jiǎn)單、使用方便、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本文運(yùn)用學(xué)到的可編程控制器的梯形圖語(yǔ)言 將程序編寫，并完成 PLC的編程調(diào)試來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求。在超聲波清洗生產(chǎn)線中， 完成精密機(jī)械零件從清洗到烘干的全自動(dòng)過程，收到了良好的清洗效果，提高了 生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：超聲波清洗，原理，PLC 編程 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II ULTRASONIC CLEANING MACHINE BASED ON PLC CONTROL ABSTRACT This 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 efficiency KEY WORDS: Ultrasonic wave cleaning，principle，PLC programming 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目錄 前 言 .1 第 1 章 項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容 .3 1.1 超聲波清洗原理 .3 1.2 超聲波清洗的特點(diǎn) .5 1.3 超聲波清洗適應(yīng)的行業(yè)及范圍 .7 1.4 超聲波技術(shù)發(fā)展的歷史 .8 第 2 章 總體方案的設(shè)計(jì) .9 2.1 可編程控制器 .9 2.1.1 PLC 的發(fā)展歷程 .10 2.1.2 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) .11 2.1.3 PLC 的應(yīng)用 .11 2.2 超聲波清洗生產(chǎn)線 .12 2.2.1 各清洗工藝說明 .13 2.3 各設(shè)計(jì)方法介紹及選擇 .14 第 3 章 超聲波清洗生產(chǎn)線的系統(tǒng)設(shè)計(jì) .16 3.1 程序控制要求 .16 3.2 硬件設(shè)計(jì) .16 3.2.1 PLC 地址分配 .17 3.2.3 PLC 選型 .18 3.3 PLC 程序的設(shè)計(jì) .18 3.3.1 設(shè)計(jì)工作狀態(tài)圖 .19 3.3.2 I/O 接線及定時(shí)器 .20 3.3.3 系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì) .21 3.4 語(yǔ)句表 .24 3.5 操作面板的設(shè)計(jì) .27 第 4 章 系統(tǒng)的檢測(cè)與調(diào)試 .28 4.1 檢測(cè)與調(diào)試 .28 4.2 清洗生產(chǎn)線的使用維護(hù) .28 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 4.2.1 清洗生產(chǎn)線正常的工作 .28 4.2.2 注意事項(xiàng) .29 結(jié) 論 .30 謝 辭 .31 參考文獻(xiàn) .32 外文質(zhì)料翻譯 .34 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)械加工業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)不同類型的零件 分別組成的自動(dòng)生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對(duì)象也隨之改 變，這就需要改變控制程序，運(yùn)行新的工藝過程，而繼電接觸器控制系統(tǒng)是采取 固定接線，很難適應(yīng)這個(gè)要求，大型自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很 多，這種有觸點(diǎn)的繼電器工作頻率較低，在頻繁動(dòng)作情況下，壽命短，從而造成 系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線的運(yùn)行可靠性降低。 新的控制器 PLC的誕生到來(lái)了全新的控制理念。嶄新的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及繼 電器-接觸器控制系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不可及的強(qiáng)大功能，隨著 PLC德應(yīng)用日益普及，其 使用方法簡(jiǎn)單，便于掌握，且可靠性極高。使生產(chǎn)線的運(yùn)行的可靠性大大提高， 使其在工業(yè)生產(chǎn)線上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC 控制自動(dòng)清洗生產(chǎn)線的編程語(yǔ)言容 易掌握，是電控人員熟悉的梯形圖語(yǔ)言，使用的術(shù)語(yǔ)依然是“繼電器”一類的術(shù) 語(yǔ)，大部分與繼電器觸頭的鏈接相對(duì)應(yīng)，使電控人員一目了然。PLC 控制使用簡(jiǎn) 單，它的 I/O已經(jīng)做好，輸入信號(hào)可直接鏈接，非常的方便，而輸出具有一定的 驅(qū)動(dòng)能力，其輸出觸頭容易達(dá) 220V.2A. PLC是專門應(yīng)用于手工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制 裝置，在系統(tǒng)軟硬件上可采取抗干擾措施。當(dāng)工作程序需要改變時(shí)，只需改變 PLC的內(nèi)部程序，重新編程而無(wú)需對(duì)外圍重新改動(dòng)。 超聲波清洗技術(shù)是目前清洗效率最高，效果最好的方式之一。二十世紀(jì)六十 年代，自超聲波技術(shù)問世以來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)：一定頻率范圍內(nèi)的超聲波，作用 于液體介質(zhì)里，可以達(dá)到清洗的作用。經(jīng)過一段時(shí)間的研究和試驗(yàn)，不僅得到了 滿意的效果，而且發(fā)現(xiàn)其清洗效率極高，由此超聲波清洗機(jī)被逐漸運(yùn)用于各行各 業(yè)中去。超聲波的清洗生產(chǎn)線以其優(yōu)質(zhì)、省力、高效、和無(wú)污染等顯著特點(diǎn)，在 西方發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家已得到了廣泛應(yīng)用，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)也開始逐步 推廣使用這種新技術(shù)。 對(duì)于精密機(jī)械零件以及電子器件、光學(xué)元件等的生產(chǎn)，清洗作業(yè)屬于生產(chǎn)中 的關(guān)鍵工藝，可直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。如柴油機(jī)油泵、油嘴為精密零件，其上 帶有深孔、小孔，工件表面粗糙度達(dá) R,O.1 gym,而經(jīng)切削加工后工件上粘附油污 及研磨材料，必須嚴(yán)格清洗后裝配。由于裝配過程配合要求高，配合間隙小，因 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 而對(duì)工件清潔度要求高，而采用傳統(tǒng)的浸洗刷洗、壓力清洗等方法，效果不好， 且生產(chǎn)效率低?，F(xiàn)改用超聲波清洗，并將多個(gè)清洗槽組合，實(shí)現(xiàn)多步清洗。工件 經(jīng)多步超聲波清洗后可達(dá)到很高的清潔度，而工件在多個(gè)清洗槽中的傳送，由可 編程控制器控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)清洗。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.1 超聲波清洗原理 利用 PLC控制系統(tǒng)控制整個(gè)清洗生產(chǎn)線的運(yùn)行，清洗系統(tǒng)利用目前最先進(jìn)的 超聲波清洗技術(shù)。超聲波清洗生產(chǎn)線的工作原理如圖 1-1所示 圖 1-1 超聲波清洗原理示意圖 工件懸掛在清洗液中，超聲波發(fā)生器所發(fā)生的高頻振蕩信號(hào)，通過換能器轉(zhuǎn) 換成高頻機(jī)械振動(dòng)(即超聲波振動(dòng))，超聲波通過清洗槽壁向盛在槽中的清洗液輻 射時(shí)，存在于液體中的微氣泡(稱空化核)在超聲波的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓或聲強(qiáng) 達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增長(zhǎng)，然后突然破裂(閉合)。在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波， 在氣泡周圍產(chǎn)生幾十兆帕到幾百兆帕的壓力及局部高溫，這種物理現(xiàn)象稱超聲空 化?？栈a(chǎn)生的巨大沖擊力能剝離工件表面的污垢或使污垢裂縫出現(xiàn)空隙，另 一些空化氣泡群則鉆人裂縫并振動(dòng)，繼續(xù)不斷沖擊，最終使污垢剝落，從而達(dá)到 物體清潔凈化的目的。 1. 什么是超聲波：波可分為三種，即次聲波、聲波、超聲波。次聲波的頻率 為 20Hz一下；聲波的頻率喂 20Hz20KHz以上。其實(shí)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(zhǎng)短，因而傳播的方向好、穿透力強(qiáng)，這也 就是為什么設(shè)計(jì)制作超聲波清洗生產(chǎn)線的原因。超聲波和可聞波在本質(zhì)上是一致 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 的，它們共同的特點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會(huì)傳播， 是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲波的頻率高，波長(zhǎng)短，在一定的距離內(nèi) 沿著直線傳播具有良好的束射性和方向性。 超聲波具有如下特性： (1) 超聲波可在氣體、液體、固體、固溶體等介質(zhì)中有效的傳播，傳播 調(diào)教容易滿足。 (2) 由于超聲波是振動(dòng)頻率很高的波，所以當(dāng)它傳播的時(shí)候可以傳遞很 強(qiáng)的能量。 (3) 超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 (4) 超聲波在液體介質(zhì)中傳播的時(shí)候，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空 化現(xiàn)象。 2. 超聲波是如何完成清洗工作的：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)到清洗的目的。目前所用的超聲波清洗中，空化作用和直進(jìn) 流作用應(yīng)用的最多。 (1) 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 此剝離了被清洗物表面的污垢，從而達(dá)到精密清洗的目的。 在超聲波清洗過程中，肉眼看到的并不是真空核群泡，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。只有在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)到最佳的效果。液體內(nèi)的受壓情況如圖 1-2所示。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 1-2 清洗槽內(nèi)液體的某一點(diǎn)的受壓情況 (2) 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/ 2時(shí)，肉眼能看到直進(jìn)流，垂直于振動(dòng)面產(chǎn)生的流動(dòng)， 流速約為 10/s。通過此直進(jìn)流使物體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。 (3) 加速度：物體粒子推動(dòng)產(chǎn)生加速度。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波作用下的加速度撞擊 粒子對(duì)污物進(jìn)行超精密清洗。 1.2 超聲波清洗的特點(diǎn) 清洗時(shí)指清除工件表面的液體或固體的污染物，使工件表面達(dá)到一定的潔凈。 清洗過程在日常日常生活非常常見。清洗過程是清洗介質(zhì)、污染物、工件表面三 者之間的相互作用，是一種復(fù)雜的物理化學(xué)作用過程。 在機(jī)械及制作行業(yè)中，經(jīng)常遇到各種零件的清洗問題。其清洗的對(duì)象主要是 機(jī)加工油、切削液、金屬屑等污垢，傳統(tǒng)的是采用有機(jī)溶劑（汽油或者煤油）輔 以手工刷洗，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大而且操作環(huán)境惡劣。但這些方法普遍存在著化學(xué)能 力清洗能力低的缺點(diǎn)，而且要輔以物理的方法來(lái)增強(qiáng)其清洗能力。但對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，特別是有不規(guī)則孔、腔、狹縫的零件往往是無(wú)能為力，但是超聲波清洗能很 好的解決這個(gè)問題。超聲波清洗與其他清洗方法的清洗能力比較見圖 1-3表 1-1 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 1-5 圖 1-3 清洗方法的比較 超聲波清洗是一種清洗硬物體表面的方法，屬于物理清洗。超聲清洗是功率 超聲應(yīng)用的一項(xiàng)。在液體中發(fā)生足夠大的能量，產(chǎn)生空化作用，能用于清洗、乳 化。特點(diǎn)是速度快、質(zhì)量高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在各種化學(xué)的、物理的、機(jī)械的 清洗方法中是最理想最有效的一種。超聲波清洗特別適用清洗表面形狀復(fù)雜的工 件，如對(duì)于精密零件上的孔穴，狹縫，凹槽、微孔及暗洞處，通常物理洗刷方法 難以湊效，利用超聲清洗可以取得理想的清洗效果。 表 1-1 效果比較 清洗方法 剩余殘留物 吹式清洗 浸潤(rùn)式清洗 蒸汽式清洗 刷子清洗 超聲波清洗 86 70 65 8 0-0.5 超聲波清洗與各種化學(xué)的、物理的、化學(xué)的和有機(jī)物的清洗方法比較， 有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)： (1) 能快速、徹底地清除工件表面上得各種污物； (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； 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 (4)可采用各種清洗劑； (5) 在室溫或適當(dāng)?shù)募訙?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) 不需要人手接觸清洗液安全可靠。 圖 1-5 超聲波清洗效果 1.3 超聲波清洗適應(yīng)的行業(yè)及范圍 隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，超聲波清洗技術(shù)的應(yīng)用在日常生活，工業(yè)生產(chǎn)中得 到廣泛的應(yīng)用 表 1-2 超聲波清洗應(yīng)用的主要方面 行業(yè) 清洗對(duì)象 電子、電器 機(jī)械工業(yè) 汽車、摩托車 各類印刷電路板、電子元器件、液晶玻璃、電視機(jī)零部件等 精密部件、壓縮機(jī)零件、照相機(jī)零件、軸承、五金零件、模具等 發(fā)動(dòng)機(jī)零件、變速箱、減震器、軸瓦、油嘴、缸體、閥體等 透鏡、眼鏡框、貴金屬、裝飾品、計(jì)算器、表帶、表殼、表針、數(shù)字盤 等 不銹鋼拋光制品、不銹鋼刀具、餐具、刀具、鎖具、燈飾、首飾的噴涂 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 光學(xué)、寶石加工 電鍍噴漆 食品、釀造 醫(yī)療器械 化纖紡織 其他 前處理、電鍍前清洗 瓶、蓋、標(biāo)簽去除、排氣、釀造 注射器、手術(shù)器械、滴管、研究試驗(yàn)用、玻璃器皿、牙科用具、食道鏡、 器官支鏡、直腸鏡、顯微鏡 噴絲板、橡膠制品、橡膠成型模具、商標(biāo)、玩具 印章、號(hào)牌、硬幣高級(jí)陶器、銀制品、金制品、銀行磁卡 1.4 超聲波技術(shù)發(fā)展的歷史 超聲波技術(shù)出現(xiàn)在二十世紀(jì)初期，近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展表明，超聲技術(shù)是升學(xué) 發(fā)展中最為活躍的一個(gè)部分，如今它已經(jīng)滲透到國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活 和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。1955 年 9月在德國(guó)召開的首屆世界超聲學(xué)大會(huì)，體現(xiàn)了 超聲學(xué)發(fā)展的這一強(qiáng)勢(shì)勁頭?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)：一定頻率范圍內(nèi)的超聲波，作用于 液體的介質(zhì)里，可達(dá)到清洗的作用。經(jīng)過一段時(shí)間的研究和實(shí)驗(yàn)，不僅取得了滿 意的效果而且發(fā)現(xiàn)清洗效率極高，由此超聲波清洗機(jī)被逐漸運(yùn)用到各行各業(yè)中。 在應(yīng)用初期，由于電子工業(yè)的限制，超聲波清洗設(shè)備電源的體積比較龐大，穩(wěn)定 性及使用壽命不太理想，價(jià)格昂貴，一般的工礦企業(yè)難以承受，但是其出色的清 洗效率及效果，扔讓一些實(shí)力雄厚的國(guó)有企業(yè)一見傾心。隨著電子工業(yè)的發(fā)展， 新一代的電子元器件及使用壽命進(jìn)一步提高，體積減小，價(jià)格逐漸降低。二十世 紀(jì)八十年代末，第三代超聲波電源問世，即逆變電源，應(yīng)用最新的 IGBT元件， 新的超聲波電源具有體積小，可靠性高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，清洗效率得以進(jìn)一步的 提高，而價(jià)格也降到了大部分企業(yè)都能接受的程度。 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，超聲波清洗對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)安全和設(shè)備的安全 運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率具有也別的潛在能力。因此，我國(guó)在近十年 來(lái)，對(duì)超聲波技術(shù)的研究與應(yīng)用十分活躍。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2 章 總體方案的設(shè)計(jì) 2.1 可編程控制器 可編程控制器（Programmabie Logic Controller，縮寫 PLC）是以微處理器 為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝 置?？删幊炭刂破魇请S著技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種、 小批量生產(chǎn)的需要，而生產(chǎn)發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC 從 1969年 問世以來(lái)，雖然至今還 40年的時(shí)間，但由于其具有通用靈活的控制性能。簡(jiǎn)單 方便的使用性能，可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動(dòng)化個(gè)領(lǐng)域取 得了廣泛的應(yīng)用。有人將它與數(shù)控技術(shù)、CDM/CAM 技術(shù)工業(yè)機(jī)械人技術(shù)并成為現(xiàn) 代工業(yè)自動(dòng)化的四大支柱?？删幊炭刂破髟谖覈?guó)的發(fā)展與應(yīng)用已有 30多年的歷 史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè) 裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力 發(fā)展可編程控制器在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程控制器 技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。 PLC生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也個(gè)不相同，但其基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)成是一樣的， 都采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖 2-1所示，都以微處理器為核心，通過硬件和軟件的共 同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。PLC 主要有六部分構(gòu)成CPU 即中央處理器、存儲(chǔ)器輸入 輸出、接口電路、電源、外設(shè)接口、輸入輸出擴(kuò)展口。 CPU 是 PLC的核心和控制指揮中心，主要有控制器、運(yùn)算器、和寄存器組成 并集成在一塊芯片上。它通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲(chǔ)器、輸入輸 出接口電路相連，完成信息的傳遞、轉(zhuǎn)換等。 存儲(chǔ)器主要用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作 用可將其分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。 輸入輸出接口電路是 PLC與現(xiàn)場(chǎng)的 I/O設(shè)備相連接的部件。PLC 將其輸入信 號(hào)轉(zhuǎn)換為 CPU能夠接收和處理的信號(hào)，通過用戶程序的運(yùn)算把結(jié)果通過輸出模塊 輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 2-1 PLC 結(jié)構(gòu)示意圖 2.1.1 PLC 的發(fā)展歷程 在可編程控制器出現(xiàn)以前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位， 應(yīng)用十分廣泛。但電器控制系統(tǒng)存在著控制系統(tǒng)的體積大、可靠性低、查找和排 除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。 1968年美國(guó)通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的 需要，實(shí)現(xiàn)小批量，多品種的生產(chǎn)需要，于是設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通 用性好等優(yōu)點(diǎn)與電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通 用的裝置，而且這種裝置的面向控制過程、面向問題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程， 使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快的掌握使用。 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上 第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車的自動(dòng)裝配線上試用，取得良好的效果，從 此這項(xiàng)技術(shù)迅速的發(fā)展起來(lái)。 早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái) 取代傳統(tǒng)繼電器控制，通常稱為可編程邏輯控制器，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)計(jì) 數(shù)的發(fā)展，20 世紀(jì) 70年代中期的微處理器應(yīng)用到 PLC中，使 PLC不僅具有邏輯 的控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能。 20世紀(jì) 80年代后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā) 展 16位和 32位微處理器應(yīng)用于 PLC中，使 PLC得到迅速的發(fā)展。PLC 不僅控制 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 功能增強(qiáng)，同事可靠性提到，功耗、體積減小，成本下降，編程和故障的檢測(cè)更 加的靈活方便，而且具有通信聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示等功能，使 PLC真正成 為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)算控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能控制器。 2.1.2 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 從當(dāng)前的技術(shù)性能上來(lái)看，PLC 發(fā)展仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提 高兩大方面。 1. 體積小型化。電子產(chǎn)品體積小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果?，F(xiàn)代 PLC無(wú)論是從內(nèi)部元件組成上還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的 PLC有了很大 的不同，PLC 體積被大幅度的縮小。 2. 性能的提高。PLC 的大性能主要包括 CPU性能與 I/O性能兩大方面。 可編程控制器在我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r如下： 1. 我國(guó)可編程控制器的發(fā)展與國(guó)際上的發(fā)展有所不同，國(guó)際上可編程控制器 的發(fā)展是從研發(fā)、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，而我國(guó)的則是從成套的設(shè)備引進(jìn)、可編程 控制器引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛的應(yīng)用。 2. 政府重視 可編程控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視，在當(dāng)時(shí)的機(jī)械電子工業(yè)部的領(lǐng) 導(dǎo)下，與 1991年成立了可編程控制器行業(yè)協(xié)會(huì)?？删幊炭刂破餍袠I(yè)協(xié)會(huì)在政府 和企事業(yè)單位之間起到了橋梁的作用，溝通了情況，為做出決策提供了依據(jù)。同 時(shí)可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)化也得到了有關(guān)部門的重視，于 1993年成立了可編程控 制器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，為我國(guó)可編程程序孔子和氣的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 2.1.3 PLC 的應(yīng)用 1. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。但是最 近的十多年來(lái)，PLC 的應(yīng)用面越來(lái)越廣，其主要的原因是:一方面由于微處理器芯 片及有關(guān)元件的價(jià)格大大下降；另一方面 PLC的功能大大增強(qiáng)，它也能解決復(fù)雜 的計(jì)算和通信問題目前 PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化 工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。常分為 5 種類型：順序控制；運(yùn)動(dòng)控制；過程控制；數(shù)據(jù)處理；通信網(wǎng)絡(luò)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 2. PLC在我國(guó)的應(yīng)用 雖然我國(guó)在 PLC生產(chǎn)方面比較弱，但是在 PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的， 幾年來(lái)每年約有新投入 10萬(wàn)臺(tái)套 PLC產(chǎn)品，年銷售額 30多億人民幣，應(yīng)用的行 業(yè)很廣。 在我國(guó)，一般按 I/O點(diǎn)數(shù)將 PLC分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國(guó)外分類有些區(qū) 別）： 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 在我國(guó)應(yīng)用的 PLC系統(tǒng)中，I/O64 點(diǎn)一下的 PLC銷售額占整個(gè) PLC的 47,64 點(diǎn)到 256點(diǎn)的占 31，合計(jì)占整個(gè) PLC銷售額的 78。 2.2 超聲波清洗生產(chǎn)線 整個(gè)清洗工藝為:上料、溫?zé)峤?、超聲清洗、防銹液噴淋清洗、強(qiáng)風(fēng)吹干、 烘道烘干、下料。 工件用籃筐盛放，多件一次清洗。帶吊鉤籃筐通過橫桿懸掛在雙鏈?zhǔn)角逑磦?動(dòng)鏈上，清洗傳動(dòng)鏈由電動(dòng)機(jī)、減速器、鏈輪、鏈條傳動(dòng)，完成工件在各清洗工 作槽間的傳送。清洗完的工件自動(dòng)輸送到烘道傳動(dòng)鏈上，烘干后自動(dòng)輸出。工藝 中的上料和下料的過程均為手工操作。 溫?zé)峤床?、超聲粗清洗槽中盛有清洗液，清洗液為循環(huán)式，分別由泵將各 自貯液槽中的清洗液經(jīng)過濾器過濾后由管道送到工作槽中。為使清洗槽液面上的 浮動(dòng)油脂和污物排出槽外，清洗槽上部設(shè)有滋流槽，且底部設(shè)有排水坡度。為增 加清洗效果，各工作槽底裝有電加熱裝置，使清洗液在一定溫度下完成清洗，溫 度由溫度控制器控制并顯示，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停止加熱 2.2.1 各清洗工藝說明 1. 溫?zé)峤垂ぜ?50600清洗液中浸泡，完成工件的初洗。其目的是縮 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 短超聲波清洗時(shí)間，提高清洗質(zhì)量。 2. 超聲清洗清洗槽底部裝換能器，外接超聲波發(fā)生器，使清洗液在 4050下對(duì)工件進(jìn)行超聲清洗。 3. 防銹液噴淋清洗泵將噴淋貯液槽內(nèi)的防銹液抽出，通過噴嘴噴洗工件。一 是去除工件表面的清洗液，二是對(duì)工件進(jìn)行防銹處理。以便于保證工件裝配精度， 防銹延長(zhǎng)工件使用壽命。 4. 強(qiáng)風(fēng)吹干噴淋清洗后的工件表面有大量水珠，若直接放人烘道烘干，則時(shí) 間過長(zhǎng)，同時(shí)水珠烘干后在工件表面會(huì)留下水印。因而在吹干槽內(nèi)，由風(fēng)機(jī)吹干 工件表面水分，再進(jìn)入烘道烘干。 5. 烘道烘干烘道內(nèi)設(shè)電加熱管，外敷保溫材料，通過離心風(fēng)機(jī)底部送風(fēng)，頂 部吸風(fēng)，形成熱風(fēng)循環(huán)，使烘道內(nèi)的溫度勻布。溫度 30120可調(diào)(根據(jù)工件而 定)，由溫度控制器自動(dòng)控制。 在多步超聲波清洗生產(chǎn)線上，工件的上料、下料為手動(dòng)操作，工件在懸掛式 傳送鏈上和烘道傳動(dòng)鏈上按一定的生產(chǎn)節(jié)拍在清洗工位間自動(dòng)傳送，由 PLC控制 完成從清洗到烘干的全過程。 PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如圖 2-2所示 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 2-2 PLC 設(shè)計(jì)步驟 2.3 各設(shè)計(jì)方法介紹及選擇 1. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：是在一些典型應(yīng)用程序基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的 要求，選用一些應(yīng)用程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合、修改和完善，使其成為符合控制要求 的程序。采用這種方案，設(shè)計(jì)的梯形圖較為簡(jiǎn)潔，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. 順序功能圖法：用梯形圖及指令表的方式編程深受廣大電氣技術(shù)人員的歡 迎。但對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的順序控制程序，由于內(nèi)部聯(lián)鎖，互動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，其梯形圖 往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)百行。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 3. 使用 STL指令編程的方法：這種方法是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)師常用的設(shè)計(jì)方法。 它用方圖框描述控制過程，方框代表動(dòng)作，圓圈代表起始位與終了位，連線代表 方向，短線代表狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。這種圖可以把控制對(duì)象的工作狀態(tài)及控制過程清 晰的表示出來(lái)。使用此方法能迅速的編出復(fù)雜的程序，是一種優(yōu)越的程序設(shè)計(jì)方 法，但使用這種方法編寫的程序較長(zhǎng)。 4. 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 STL 指令編程的方法設(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。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3 章 超聲波清洗生產(chǎn)線的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 程序控制要求 清洗生產(chǎn)線上要求有兩套的控制方法，一面在自動(dòng)控制時(shí)出現(xiàn)問題是不能及 時(shí)修復(fù)而影響產(chǎn)量，在自動(dòng)控制程序出現(xiàn)問題時(shí)可以選擇手動(dòng)控制。 生產(chǎn)線上的上料和下料的工作是有人工完成的，從工件的上線開始有機(jī)器自動(dòng)運(yùn) 行。 (1) 手動(dòng)控制：當(dāng)生產(chǎn)開始時(shí)可以選擇手動(dòng)控制和自動(dòng)控制各個(gè)工藝的 進(jìn)行。 (1) 自動(dòng)控制：用 PLC控制清洗生產(chǎn)線的清洗工作。全程序循環(huán)： 當(dāng)整個(gè)清洗的過程有程序自動(dòng)控制時(shí)，在啟動(dòng)程序開始后要有 8秒的延時(shí)， 以便為了使生產(chǎn)線的設(shè)備安全啟動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。之后要把要清洗的工件自動(dòng)的運(yùn)送 到清洗位置，8 秒鐘后開始清洗動(dòng)作，完成整個(gè)清洗生產(chǎn)線的核心功能超聲波清 洗的動(dòng)作。清洗完成之后要把工件上的清洗液清理干凈噴淋 2分鐘，噴淋后為了 不讓工件上留下印記一面影響機(jī)密零件的安裝精度要用強(qiáng)風(fēng)吹兩分鐘把工件表面 吹干后在進(jìn)入烘道內(nèi)烘干工件，烘干后有烘道電機(jī)傳送出工件完成整個(gè)的清洗工 作，完成之后延時(shí) 10秒的時(shí)間進(jìn)如程序的下一個(gè)循環(huán)。 3.2 硬件設(shè)計(jì) 在超聲波清洗生產(chǎn)線上，清洗傳動(dòng)、烘道傳動(dòng)、烘道風(fēng)機(jī)、強(qiáng)風(fēng)吹干、噴淋 防銹、超聲波這些由 PLC控制。而清洗工作槽中清洗液的過濾，可根據(jù)實(shí)際使用 情況，定期過濾，因此可不由 PLC控制。 在清洗生產(chǎn)線上，為使工件籃在各清洗槽中準(zhǔn)確、可靠定位，在手工上料室 內(nèi)設(shè)置一接近開關(guān)，使其感應(yīng)到傳送鏈上的橫桿后，自動(dòng)停止傳動(dòng)。為方便調(diào)整， 系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)/手動(dòng) 2種工作方式。可編程控制器選用日本三菱公司 FX2N- 48MR。表 3-1為輸人、輸出信號(hào)及其地址編號(hào)。各控制開關(guān)輸人信號(hào)均以常開觸 點(diǎn)直接與輸入端子相連，PLC 內(nèi)部提供 220V交流電源。各輸出信號(hào)與交流 220 V 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 的各控制接觸器相連。 3.2.1 PLC 地址分配 分析生產(chǎn)線的工作及控制過程，真?zhèn)€生產(chǎn)線的運(yùn)行過程中需要以下的幾個(gè)控 制點(diǎn)，手動(dòng)和自動(dòng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，自動(dòng)啟動(dòng)按鈕、接近開關(guān)，由于兩套的控制手動(dòng) 控制時(shí)必須有各個(gè)電機(jī)的控制開關(guān)，有清洗傳動(dòng)的啟停按鈕、烘道傳動(dòng)的啟停按 鈕、烘道風(fēng)機(jī)起停按鈕、噴淋泵啟停按鈕、吹風(fēng)機(jī)啟停按鈕、超聲波的啟停按鈕。 生產(chǎn)清洗過程中零件的上料和下料時(shí)人工的裝卸方式。根據(jù)工藝要求確定了 PLC 的輸入點(diǎn)數(shù)、輸出點(diǎn)數(shù)。 具體 I/O分配及地址如表 3-1所示。 表 3-1 輸入、輸出信號(hào)及其地址編號(hào)表 名稱 輸入功能信號(hào)功能 編號(hào) SA SB1 SQ1 SB8 SQ2 SQ3 KA1 SB4 SQ4 SB10 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SA1 手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 自動(dòng)啟動(dòng)按鈕 接近壓合開關(guān) 加熱按鈕 上限位開關(guān) 蓋和開關(guān) 溫控開關(guān) 停止按鈕 烘道限位 手動(dòng)啟動(dòng) 清洗傳動(dòng)啟停按鈕 烘道傳動(dòng)起停按鈕 烘道風(fēng)機(jī)啟停按鈕 噴淋泵起停按鈕 吹風(fēng)機(jī)啟停按鈕 超聲波啟停按鈕 開機(jī)程序啟動(dòng) X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 名稱 輸出功能信號(hào)功能 編號(hào) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 HL1 HL2 KM10 KM11 KM12 HL3 清洗傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制接觸器 烘道傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制接觸器 烘道風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)控制接觸器 噴淋泵電動(dòng)機(jī)控制接觸器 吹風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)控制接觸器 超聲波啟?？刂平佑|器 自動(dòng)運(yùn)行指示燈 手動(dòng)運(yùn)行指示燈 交流接觸器 清洗傳動(dòng)向上 加熱控制接觸器 結(jié)束指示燈 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y8 Y9 Y11 3.2.3 PLC 選型 1. 物理結(jié)構(gòu)選擇：整體/模塊式 2. I/O點(diǎn)數(shù)確定：I/O 點(diǎn)數(shù)共 16，按留有 1020余量規(guī)則選用 24點(diǎn)數(shù)的 PLC，選用 FX2N-48MR型 PLC它的輸入輸出點(diǎn)數(shù)均為 24，工作電壓為 220V，50Hz/60Hz； 3. 存儲(chǔ)容量的選擇：PLC 程序存儲(chǔ)器的容量的容量通常以字或步為單位，按 一下的經(jīng)驗(yàn)公式程序容量： 程序容量=K*總輸入點(diǎn)數(shù)/總輸出點(diǎn)數(shù) （這里 K取值 6） 所以 程序容量=6*16/3=32 3.3 PLC 程序的設(shè)計(jì) PLC程序設(shè)計(jì)中根據(jù)項(xiàng)目要求的工藝和所選用的 PLC型號(hào)，分配 I/O接口的 地址編號(hào)，在此基礎(chǔ)上分析自動(dòng)清洗生產(chǎn)線畫出工作在狀態(tài)圖。分析系統(tǒng)中需要 的計(jì)時(shí)器，選擇不同的計(jì)時(shí)器，并設(shè)定每個(gè)計(jì)時(shí)器的功能，并列出表格。 根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)繪畫出系統(tǒng)的順序功能圖和 I/O的接線圖。之后根據(jù)順序 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 功能圖及 I/O的分配情況設(shè)計(jì)繪畫出系統(tǒng)程序的梯形圖，最后根據(jù)梯形圖完成程 序清單。 程序中運(yùn)用到的中間狀態(tài)和電器元件如表 3-2所示 表 3-2 中間狀態(tài)元件及電器元件 電器元件名稱 功能 MO M1 M2 FU1FU10 程序自動(dòng)運(yùn)行 程序結(jié)束 進(jìn)入手動(dòng)程序 熔斷器 3.3.1 設(shè)計(jì)工作狀態(tài)圖 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的要求，了解系統(tǒng)的工藝要求，根據(jù)工藝要求確定的 PLC輸入 輸出點(diǎn)數(shù)表 3-1所示，在此基礎(chǔ)上畫出工藝要求的工作狀態(tài)圖。如圖 3-1所示。 圖 3-1 超聲波清洗生產(chǎn)線自動(dòng)工作狀態(tài)圖 在程序開始之前，必須使各個(gè)開關(guān)按鈕斷開，使自動(dòng)按鈕 SB1接通，選擇自 動(dòng)控制狀態(tài)。 按下按鈕 SB1后，超聲波和烘道風(fēng)機(jī)啟動(dòng)并且進(jìn)如自保狀態(tài)，準(zhǔn)備開始進(jìn)入 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 正常的工作狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行的程序中。計(jì)時(shí)器 T0開始計(jì)時(shí) 8秒后輸出 Y0，清洗傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制接觸器閉合清洗傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)開始工作完成傳動(dòng)動(dòng)作。在 超聲波清洗動(dòng)作開始時(shí)一定要蓋上清洗池的蓋子以確保機(jī)器和工人的人身安全。 當(dāng)工件傳送到位之后將碰到接近開關(guān) SQ閉合，閉合之后計(jì)時(shí)器 T1開始計(jì)時(shí)， 計(jì)時(shí) 7秒。之后超聲波開始清洗工作并且計(jì)時(shí)器 T2、T3、T4 開始計(jì)時(shí)開始分別 是計(jì)時(shí) 3分、2 分、2 分，噴淋吹風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的接觸器 Y3、Y4 閉合開始工作，完 成超聲波清洗 3分鐘的動(dòng)作和噴淋 2分鐘強(qiáng)風(fēng)吹兩分鐘的動(dòng)作。 清洗工作完成后將進(jìn)入烘道內(nèi)，烘干工件，烘道傳動(dòng) Y1開始工作，傳送出 工件。再有計(jì)時(shí)器 T5計(jì)時(shí) 10秒，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。順序功能圖如圖 3-2所示。 圖 3-2 順序功能圖 3.3.2 I/O 接線及定時(shí)器 根據(jù)輸入輸出信號(hào)的地址分布和超聲波清洗生產(chǎn)線的自動(dòng)工作狀態(tài)分析， I/O接線如圖 3-3所示，各定時(shí)器的功能如表 3-3所示。 表 3-3 各定時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)間及功能 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 定時(shí)器 定時(shí)時(shí)間 功能 T0 T1 T2 T3 T4 T5 8s 7s 180s 120s 120s 10s 計(jì)時(shí) 10 秒讓超聲波和烘道電機(jī)正常啟動(dòng)工作 延時(shí) 7 秒的時(shí)間讓清洗傳動(dòng)停止，工件懸停 清洗工件時(shí)間計(jì)時(shí) 3 分鐘后超聲波清洗完成 噴淋計(jì)時(shí) 2 分鐘后結(jié)束噴淋動(dòng)作 吹強(qiáng)風(fēng)計(jì)時(shí) 2 分鐘后吹風(fēng)結(jié)束 延時(shí)計(jì)時(shí)，讓烘道傳送出工件后停止，更換新工件 圖 3-3 I/O 接線圖 3.3.3 系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì) 主電路電氣原理圖的設(shè)計(jì)及元器件，電機(jī)、接觸器等，電路圖如圖 3-4所示。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 3-4 主電路電器原理圖 根據(jù)以上所述的設(shè)計(jì)思想及所選擇的設(shè)計(jì)方法、所選擇的 PLC型號(hào)及它們的 地址分配關(guān)系以及定時(shí)器的各自作用，設(shè)計(jì)繪畫出程序梯形圖。 該程序分為兩大部分，第一部分是自動(dòng)的程序控制生產(chǎn)線清洗工作，第二部 分是手動(dòng)的控制生產(chǎn)線的清洗工作。當(dāng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)按下啟動(dòng)按鈕和選擇自動(dòng)運(yùn)行， 啟動(dòng)超聲波以及各電機(jī)使它們進(jìn)入工作狀態(tài)并自保，并且運(yùn)輸工件到一定的清洗 位置以便于清洗工作的進(jìn)行，使系統(tǒng)有靜止?fàn)顟B(tài)平穩(wěn)安全的過渡到系統(tǒng)的正常的 工作狀態(tài)，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全啟動(dòng)。然后完成清洗的過程，還有要把工件進(jìn)行 一些清洗后的處理像噴淋烘干這些程序。這部分程序中完成超聲波清洗 3分鐘， 噴淋 2分鐘，強(qiáng)風(fēng)吹 2分鐘，及傳出工件的動(dòng)作并完成傳動(dòng)和清洗之間的延時(shí)過 程。最后把工件運(yùn)送出清洗容積和結(jié)束噴淋烘干的工作，并進(jìn)入程序的循環(huán)進(jìn)行。 自動(dòng)控制程序的梯形圖如圖 3-5所示 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 3-5 程序中自動(dòng)控制部分的梯形圖 當(dāng)選擇手動(dòng)控制的時(shí)候，生產(chǎn)線清洗的工作要靠人工的按照操作面，上的各 個(gè)控制按鈕來(lái)操作完成，這部分梯形圖如圖 3-6 所示 首先應(yīng)按下手動(dòng)控制按鈕，上料后按下向下傳動(dòng)按鈕把工件傳送到固定位置， 然后按下加熱按鈕給清洗液加熱讓工件完成加熱浸洗的過程，完成這些之后啟動(dòng) 超聲波清洗按下清洗按鈕，清洗完成后按下向上傳送的按鈕使工件運(yùn)送到噴淋的 工作位置，然后依次的進(jìn)行吹風(fēng)烘干的過程，最后打開清洗槽的蓋子傳送出工件 完成整個(gè)清洗過程的手動(dòng)操控。這部分程序的梯形圖如圖 3-6 所示 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 3-6 清洗生產(chǎn)線手動(dòng)控制部分的梯形圖 3.4 語(yǔ)句表 LD X16 LDI X7 ANDI T5 OUT Y10 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 LD Y10 OUT T0 K80 OUT Y5 OUT Y2 LD X0 OR Y10 ZRST S20 S25 LD X1 AND X16 AND X15 AND T0 OUT M0 LD X0 OUT Y7 LD X16 OUT Y6 LD M0 SET S0 STL S0 SET S20 STL S20 LDI X2 OUT YO LD X2 AND X6 OUT Y9 OUT T1 K70 LD X2 AND T1 SET S21 STL S21 LD X5 OUT T2 K1800 AND T2 SET S22 STL S22 OUT Y8 OUT T1 K70 LD X4 AND T1 SET S23 STL S24 LD X5 OUT T3 K1200 AND T3 OUT Y3 AND T3 SET S24 STL S24 LD X5 OUT Y4 OUT T4 K1200 AND T4 SET S25 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 STL S25 LDI X8 OUT Y2 LD X8 OUT T5 K100 RST S25 SET M1 LD M1 OUT Y11 LDI T5 RST M2 LD T0 AND X0 AND Y10 OUT M2 LD X10 OR Y0 ANDI X2 OUT Y0 LD X3 OR Y9 AND X2 ANDI KA1 OUT Y9 LD X2 OUT T1 K70 LD T1 OUT T2 K1800 AND X5 OR Y5 ANDI T2 OUT Y5 LD X13 OUT T3 K1200 LD X13 OR Y3 ANDI T3 OUT Y3 LD X4 OUT T4 K1200 LD X14 OR Y4 ANDI T4 OUT Y4 LD X11 OR Y1 ANDI X8 OUT Y1 LD Y1 OUT T5 K100 LD T5 OUT M2 END 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 3.5 操作面板的設(shè)計(jì) 根據(jù)上述的系統(tǒng)工作方式，操作面板需要有手動(dòng)和自動(dòng)的操作選擇開關(guān)。使 用手動(dòng)工作方式的時(shí)候需要各個(gè)工藝過程的按鈕如圖 3-6所示 圖 3-4 系統(tǒng)控制面板 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第 4 章 系統(tǒng)的檢測(cè)與調(diào)試 4.1 檢測(cè)與調(diào)試 （1）硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器（萬(wàn)用表、示波器 等） ，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩 步進(jìn)行 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。 第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。 第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各 種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測(cè)。給版加電，檢測(cè)所有的插座或是器件的電源端是否符合 要求的值。 第四步：聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng) 的調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件 內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試一般方法是由近及遠(yuǎn)、 由分到合。 （2）軟件調(diào)試：軟件調(diào)試時(shí)通過對(duì)用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序 中存在的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正過程。編制程序后，編輯，查看程 序是否有邏輯的錯(cuò)誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯(cuò)誤并修 改再進(jìn)行調(diào)試，如此反復(fù)直到調(diào)試成功為止。 4.2 清洗生產(chǎn)線的使用維護(hù) 4.2.1 清洗生產(chǎn)線正常的工作 （1）連接好清洗槽與發(fā)生器之間的電纜； 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 （2）將清洗液倒入清洗槽中（倒入清洗液的量就為放入工件時(shí)，液面的位 置約為整體的四分之三為佳） ； （3）將工件放入籃筐，自動(dòng)運(yùn)送到清洗槽中； （4）打開電源開關(guān)； （5）選擇手動(dòng)或者自動(dòng)的工作方式，開機(jī)； 4.2.2 注意事項(xiàng) （1）在清洗槽中倒入清洗液或者清水時(shí)，嚴(yán)禁開機(jī)，否則可能損壞儀器，影響 生產(chǎn)線的正常工作； （2）電纜的連接器在使用前必須確定連接頭是否受潮，如果有受潮現(xiàn)象，應(yīng)先 處理干燥后，方可使用； （3）請(qǐng)勿將清水或者清洗液流到超聲波發(fā)生器中，以避免造成超聲波發(fā)生器的 損壞。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 結(jié)論 本設(shè)計(jì)所做的主要工作有： 1. 總體方案的確定。 經(jīng)綜合考慮，確定采用 PLC控制清洗生產(chǎn)線的控制方法，清洗工作用目前最 先進(jìn)的超聲波清洗技術(shù)，PLC 的編程方法根據(jù) PLC編程的清晰性、可讀性的要求 采用 STL指令編程的方法設(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。 2. PLC程序具體的編制 根據(jù)工藝要求選擇適合的 PLC型號(hào)，設(shè)計(jì)出生產(chǎn)線工作的順序功能圖，進(jìn) 而完成最終梯形圖的設(shè)，根據(jù)梯形圖編寫程序清單。 由于設(shè)計(jì)者的水平有限，有許多的問題需要改善，有很多需要改進(jìn)的地方， 比如說系統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)，這樣能使整個(gè)生產(chǎn)線能更安全的運(yùn)行，保證人和機(jī)器的 安全，體現(xiàn)人本化的設(shè)計(jì)思想。 綜上，通過近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，經(jīng)過資料的收集、方案的選擇比較和論證， 到分析計(jì)算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié)，我對(duì)大 學(xué)三年所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)深層次的理解，同時(shí)對(duì)工程的理解更加深刻和準(zhǔn)確。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 謝 辭 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是在黨保華老師的耐心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。他那豐 富的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)專業(yè)孜孜不倦的敬業(yè)態(tài)度讓我感觸很深。他給予了我 們充分的指導(dǎo)，并且還培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考問題的能力。從他身上,我不僅學(xué)到 了很多專業(yè)方面的知識(shí),還學(xué)到了一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾?。所有這些都將成為我們 以后繼續(xù)學(xué)習(xí)的榜樣。為此，學(xué)生對(duì)您表示衷心的感謝和深深的敬意！ 同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，很多的同學(xué)和老師給予了我很大大的幫助。沒有他們 的支持，我的設(shè)計(jì)不可能這樣順利的完成。在此，感謝周玉陽(yáng)、李飛等同學(xué)對(duì)我 的關(guān)心與幫助。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 參考文獻(xiàn) 1 廖常初.可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用.重慶：重慶大學(xué)出版社， 2001.2 2 李樹雄.可編程控制器原理及應(yīng)用教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003.9 3 郭艷萍.電氣控制與 PLC 技術(shù).北京：北京師范大學(xué)出版社， 2007.2，140.200 4 張進(jìn)秋.可編程控制器原理與應(yīng)用實(shí)例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2 5 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.北京：高等教育出版社，2000.7 第 4 版 6 周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2003.2 7 孫振強(qiáng).可編程控制器及應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.3 8 梁景凱.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.5 9 陳永甫.電子電路智能化設(shè)計(jì)實(shí)例與應(yīng)用第二集.北京：電子工業(yè)出版社， 2002.8 10 赫光發(fā).電工工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.12 第 3 版 11 汪曉光、王艷丹、孫曉瑛.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè) 出版社，1994 12 鐘肇新、彭侃.可編程控制器原理及應(yīng)用.廣州：華南理工大學(xué)出版社， 1992 13 孫同景、徐蹲.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ).山東：山東大學(xué)出版社，1996 14 張漢杰.現(xiàn)代電器控制技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996 15 陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧.廣州：華南理工大學(xué)出版社， 1999 16 http：/www.mu- (現(xiàn)代超聲) 17 http：/ （中國(guó)工控網(wǎng)-中國(guó)工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng) 域） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 外文資料翻譯 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 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 PLC 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 PL The 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. Autom