超声波清洗机控制系统设计说明书+梯形图

课程设计（论文） 题目： 超 声 波 清 洗控 制 系 统 设计名称： 机电传动控制 班 级学号： 学 生姓名： 指 导教师： 2012 年 12 月 24 日 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 成 绩 评 定 表 学生姓名 班级学号 专 业 机械设计制造及其自动化 课程设计题目 超声波清洗控制系统 评 语 组长签字： 成绩 日期 201 年 月 日 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 课程设计任务书 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班级学号 课程设计题目 超声波清洗机控制系统设计 实践教学要求与任务 : 1.设计内容： 1）完成课程设计指导书所要求的控制循环。 2）按停止按钮，完成当前循环后再停。 3）要求可以实现手动、单周期、连续控制。 4）循环 5 次，停止循环，声光间断报警 5 秒。 2.设计要求： 1）画出端子分配图和顺序功能图 2）设计并调试 PLC 控制梯形图 3）设计说明书 工作计划与进度安排 : 1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 1 天 2） PLC 梯形图设计与调试 4 天 3）说明书撰写 1 天 4）答辩 1 天 指导教师： 2012 年 11月 27 日 专业负责人： 2012 年 11月 27 日 学院教学副院长： 201 年 月 日 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 目录 0. 前言 . 1 1.课程设计 的任务和要求 . 2 1.1 超声波清洗机原理 . 2 1.2 课程设计的任务和要求 . 2 2.总体设计 . 4 2.1 PLC 的选型原则 . 4 2.2 PLC 型号的选择 . 4 2.3 电机选型 . 5 2.4. I/O 分配图 . 6 2.5. I/O 端子线图 . 7 3. PLC 程序设计 . 8 3.1 超声波清洗机控制系统设计 思想 . 8 3.2 顺序功能图 . 9 3.3 PLC 梯形图 . 10 4. 调试说明 . 14 总结 . 15 参考文献 . 16 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 1 0. 前言 在日益机械化的工业环境中，自动化清洗机的积极作用正日益为人们所认识，本设计的目的就是研制自动化程度高、工作可靠、稳定的超声波清洗机控制系统，使其完成超声波清洗的全自动的机械设计。本 文详细阐述了应用西门子公司的具有高性能价格比的微型可编程控制器 S7-200 系列 PLC 控制系统。该系统充分利用了学习中讲述的可编程控制器（ PLC）的多方面的设计知识和方法。这一控制系统的实现和应用，充分体现了 PLC 系统在工业的应用，以及根据设计和不同的需求改变数据和状况，还可以使其应用的范围更加广泛 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 2 1.课程设计的任务和要求 1.1 超声波清洗机原理 超声波清洗机清洗原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质清洗溶剂中，超声 波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为 50-500 m 的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时 ,气泡迅速增大 ,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波 ,在其周围产生上千个大气压 ,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中 ,当团体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时 ,油被乳化 ,固体粒子及脱离 ,从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温和超过 1000 个气压的瞬间 高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面清洗净化的目的。 第二超声波在液体中传播，使液体与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声。 另外，在超声波清洗过程中，肉眼能看见的泡并不是真空核群泡，而是空气气泡，它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全拖走，空化作用的真空核群泡才能达到最佳效果。 1.2 课程设计的任务和要求 超声波清洗机控制系统设计： 该系统可以进行清洗、漂洗还有超声，有进水阀、进液阀、排水阀、排液阀、水泵电动机和液泵电动机。容腔内包含两个液位传感器，上限位和下限位。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 3 启 动清 洗 液 冲 洗4 s 到 ？进 清 洗 液到 上 限位 ？清 洗 液 超 声波 漂 洗3 s 到 ？清 洗 液 超 声清 洗5 s 到 ？排 液下 限 位到 ？清 水 冲 洗2 s 到 ？进 清 水上 限 位到 ？清 水 超 声 清洗6 s 到 ？排 水下 限 位到 ？清 水 冲 洗2 s 到 ？排 水下 限 位到 ？铃 响 、 灯 亮5 s 到 ？结 束YNYNYNYNYNYNYNYNYNYNYN沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 4 2.总体设计 2.1 PLC 的选型原则 在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 PLC 及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易 于扩充其功能的原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统， PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 一般在选择 PLC 时考虑 以下几方面： 一、输入输出（ I/O）点数的估算 二、存储器容量的估算 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能和处理速度等特性的选择。 2.2 PLC 型号的选择 本题目的设计为满足设计要求共分配有 21 个 I/O 点，输入 12 个，输出 9 个。根据功能及其参数我选择了西门子的 CPU 为 CPU224。 CPU224 基本参数如下： 100 230V AC 电源； 24V DC 输入； 继电器输出； 本机集成 14 输入 /10 输出； 共 24 个数字量 I/O 点； 可连接 7 个扩展模块； 最大扩展至 168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点； 13字节程序和数据存储空间； 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 5 个独立的 30KHZ 高数计数器； 2 个独立的 20KHZ 高数脉冲输出； 具有 PID 控制器； 个 RS485 通讯 /编程口； 具有 PPI 通讯协议。 2.3 电机选型 图 1 电机选型 图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 6 2.4. I/O 分配图 图 2 PLC 端子接线图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 7 2.5. I/O 端子线图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 8 3. PLC 程序 设计 3.1 超声波清洗机控制系统设计思想 设计 PLC 应用系统时，首先是进行 PLC 应用系统的功能设计，即根据被控制对象的功能和工节要求，明确系统必须要做的工作和必备的条件。然后是进行PLC 应用系统功能分析，即通过分析系统功能，提出 PLC 控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定 PLC 的机型和系统的具体配置。其控制系统的设计思想及其步骤如下：（ 1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和被控要求，如控制的本方式，操作方式。 （ 2）根据被控对象对 PLC 控制系统的功能 要求和所需要的输入、输出信号的点数等，选择合适类型的 PLC。 （ 3）根据控制要求所需的用户输入、输出设备，确定 PLC 的 I/O 点数，并设计I/O 端口的接线图。 （ 4）根据生产工艺要求，画出系统工作循环图表。 （ 5）根据系统工作循环图表设计出梯形图。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 9 3.2 顺序功能图 M 0 . 1M 0 . 2M 0 . 3M 0 . 0M 0 . 4M 0 . 5M 0 . 6M 0 . 7M 1 . 0M 1 . 1M 1 . 2M 1 . 3M 1 . 4复 位 C OQ 0 . 1 Q 0 . 2 Q 0 . 4 T 3 7Q 0 . 1 Q 0 . 4Q 0 . 6 T 3 8Q 0 . 5 T 3 9Q 0 . 2Q 0 . 0 Q 0 . 2 Q 0 . 3 T 4 0Q 0 . 0 Q 0 . 3Q 0 . 5 T 4 1Q 0 . 2Q 0 . 0 Q 0 . 2 Q 0 . 3 T 4 2Q 0 . 2C O + 1M 1 . 5Q 0 . 7Q 1 . 0T 4 3( I 0 . 1 + I 0 . 2 ) ( S M 0 . 1 + M 2 . 1 )I 0 . 3T 3 7I 0 . 5T 3 8T 3 9I 0 . 6T 4 0I 0 . 5T 4 1I 0 . 6T 4 2I 0 . 6M 2 . 0 C OC OM 2 . 0图 3 顺序功能图沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 10 3.3 PLC 梯形图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 11 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 12 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 13 图 5 PLC 梯形图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 14 4.调试说明 M1.0 的作用是：按下停止按钮后不会马上停止工作，而是在当前工作周期的操作结束后，才停止运行。 M1.0 用启动按钮 I0.3 和停止按钮 IO.4 来控制。运行时它处于 ON 状态，系统完成一个周期的工作后，步 M0.5 到 M0.1 的转换条件 M1.0 和 T38 同时满足时，转换到步 M0.1 后继续运行。按下停止按钮 IO.4之后， M1.0 变为 OFF，等系统完成最后一步 MO.5 的工作后，便能反悔初始步，系统停止运行。图 5 中步 MO.5 之后有一个选择序列的分支，当它的后续步 MO.0或 MO.1 变为活动步时， 它都应变为不活动步，所以应将 MO.0 的常闭触电与MO.5 的线圈串联。 步 MO.1 之前有一个选择合并，当步 MO.0 为活动步并且转换条件 IO.3 和IO.2 满足或步 MO.5 为活动步并且转换条件 MO.0 和 T38 满足，步 MO.1 都应变为活动步，即控制 MO.1 的启保停电路的启动条件应为 M1.0 IO.3 IO.2 + MO.5 M1.0 T38,对应的启动电路由两条并联支路组成，每条支路分别由 MO.0，IO.3， IO.2 或 MO.5， M1.0， T38 的常开触电串联而成。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 15 总结 虽然这次的课程设计算起来在实验室的时间只有一周，不过因为我们都有自己的课设题目，所以在基本都是在宿舍里做课设的。每一个部分我都是倾注了自己所有的心血，软件的编程也要我们不断的调试，最终一个能完成课程设计的劳动成果出来了，很高兴它能按着设计的思想与要求运动起来。 当然，这其中也有很多问题，第一、不够细心比如由于粗心大意打错了程序，由于对课本理论的不熟悉导致编程出现错误。第二，是在学习态度上，这次课设是对我的学习态度的一次检验。对于这次万年历综合课程实习，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求 具备的首要素质绝对应该是严谨。我们这次实习所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。第三，在做人上，我认识到，无论做什么事情，只要你足够坚强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。 在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用的能力 ,对万年历的各个器件的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题 的能力。并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方