超声波清洗机及其PLC控制

1、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

2、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 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

3、 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 hig

4、h 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 so

5、ftware 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 pr

6、ogramming, 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，

7、principle，plc programming 目录 前言.1 第 1 章 项目设计内容.3 1.1 超声波清洗原理.3 1.2 超声波清洗的特点.5 1.3 超声波清洗适应的行业及范围.7 1.4 超声波技术发展的历史.8 第 2 章 总体方案的设计.9 2.1 可编程控制器.9 2.1.1 plc 的发展历程.10 2.1.2 plc 的发展趋势.11 2.1.3 plc 的应用.11 2.2 超声波清洗生产线.12 2.2.1 各清洗工艺说明.13 2.3 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.16 3.1 程序控制要求.16 3.2 硬件设计.16 3

8、.2.1 plc 地址分配.17 3.2.3 plc 选型.18 3.3 plc 程序的设计.18 3.3.1 设计工作状态图.19 3.3.2 i/o 接线及定时器.20 3.3.3 系统梯形图的设计.21 3.4 语句表.24 3.5 操作面板的设计.27 第 4 章 系统的检测与调试.28 4.1 检测与调试.28 4.2 清洗生产线的使用维护.28 4.2.1 清洗生产线正常的工作.28 4.2.2 注意事项.29 结论.30 谢 辞.31 参考文献.32 外文质料翻译.34 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

9、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

10、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

11、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 而对工件清洁度要求高，而采用传统

12、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。 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

13、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

14、 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 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

15、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

16、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。 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

17、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

18、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 1-1 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

19、清洗 超声波清洗 86 70 65 8 0-0.5 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； (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

20、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 光学、宝石加工 电镀喷漆 食品、酿造 医疗器械 化纤纺织 其他 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 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

21、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

22、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

23、波技术的研究与应用十分活跃。 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、cd

24、m/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

25、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。 图 2-1 plc 结构示意图 2.1.1 plc 的发展历程

26、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

27、，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 功能增强，同事可

28、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

29、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

30、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。 2. 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

31、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

32、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

33、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 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

34、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 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

35、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。 3. 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

36、. 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。 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

37、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

38、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 v 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

39、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 sa sb1 sq1 sb8 sq2 sq3 ka1 sb4 sq4 sb10 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 sb7 sa1 手动/自动转换开关 自动启动按钮 接近压

40、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 x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10 x11 x12 x13 x14 x15 x16 名称输出功能信号功能编号 km1 km2 km3 km4 km5 km6 hl1 hl2 km10 km11 km12 hl3 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

41、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 y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y10 y8 y9 y11 3.2.3 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

42、*16/3=32 3.3 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 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 mo m1 m2 fu1fu10 程序自动运行 程序结束 进入手

43、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 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

44、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

45、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 t0 t1 t2 t3 t4 t5 8s 7s 180s 120s 120s 10s 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，

46、电路图如图 3-4 所示。 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

47、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 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

48、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 图 3-6 清洗生产线手动控制部分的梯形图 3.4 语句表 ld x16 ldi x7 andi t5 out y10 ld y10 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

49、 ld x5 out y4 out t4 k1200 and t4 set s25 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 stl s25 ldi x8 out t2 k1800 and x5 or y5 andi t2 out y5 l

50、d 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 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

51、andi ka1 out y9 ld x2 out t1 k70 ld t1 3.5 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 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

52、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

53、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； （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

54、流到超声波发生器中，以避免造成超声波发生器的 损坏。 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

55、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。 谢 辞 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， 2001.2 2 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， 2003.9 3 郭艳萍.电气控制与 plc 技术.北京：北京师范大学出版社， 2007.2，140.200 4 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，2004.2 5 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

56、社，2003.2 7 孙振强.可编程控制器及应用教程.北京：清华大学出版社，2005.3 8 梁景凯.机电一体化技术与系统.北京：机械工业出版社，1999.5 9 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， 2002.8 10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，1994 12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， 1992 13孙同景、徐蹲.可编程控制器应用基础.山东：山东大学出版社，1996 14张汉杰.现代电器控制技术.哈尔滨：哈尔

57、滨工业大学出版社，1996 15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， 1999 16http：/www.mu- (现代超声) 17http：/ （中国工控网-中国工业控制及自动化领 域） 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,

58、chemical process facilities, and many others. at that time, the 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

59、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 st

60、udy 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 thi