基于plc的清洗消毒机控制系统设计

基于plc的清洗消毒机控制系统设计摘要随着社会经济和科技的不断发展，社会的生产对清洗消毒机的需求变得越来越广泛，地位也越来越重要。比如，清洗医疗用具，汽车清洗、家庭以及工业上的清洗消毒，这些都离不开专门的清洗消毒机。人们对清洗机的积极作用的认识也越来越深入，它们有效的节省了人力物力并且让产品更加卫生安全。本设计详细阐述了应用具有高性价比的西门子S7—200系列PLC作为控制系统来控制清洗消毒机工作，让其工作效率达到我国的生产需求。该系统充分利用了我们所学的可编程控制器的多方面方法和知识，体现了PLC系统在生活和工业方面的应用。这次设计对清洗消毒机的运作过程进行了详细的介绍：清洗消毒机自动检测并控制洗涤槽内的水流量、水压、水温和清洗液的剂量等重要参数，并将待洗物保持在规定的温度下一段时间，以达到清洁消毒的目的。根据清洗消毒机的具体工作过程进行分析设计控制系统的总体方案，并对控制系统进行了硬件设计和软件设计等。在硬件系统设计中，对电机、变频器、传感器及其他控制元器件还有PLC的基本工作原理和参数要求进行了解和应用；在软件系统设计中，包含了系统的流程图、PLC梯形图的设计。在设计系统中，对清洗消毒机系统有了进一步的认识和理解，也补充了原来没有涉及的知识点，让清洗消毒机根据工件清洁程度的要求清洗工件，让清洗的效果和生产的效率明显增强，同时减少能量消耗。本次设计的控制系统的特点有：自动化程度高、清洗消毒效果显著、故障率低和人机交互方便，友好等特点。关键词：PLC，控制系统，清洗消毒机，触摸屏AbstractWiththedevelopmentofsociety,thedemandforcleaninganddisinfectingmachinesinsocietyhasbecomemoreandmoreextensiveandtheirstatushasbecomemoreandmoreimportant.Forexample,cleaningmedicalappliances,carcleaning,homeandindustrialcleaninganddisinfection,theseareinseparablefromaspecialcleaninganddisinfectionmachine.Peoplearebecomingmoreawareofthepositiveroleofwashingmachines.Theyarethematerialresourcesandmanpowertoeffectivelysavetheproductsecurity.ThisthesiselaboratedtheapplicationofPLCcontrolsystemwithhighcostperformancetocontroltheworkofcleaninganddisinfectingmachine,sothatitsworkingefficiencycanmeetourcountry'sproductiondemand.Thesystemmakesfulluseofthemultifacetedmethodsandknowledgeoftheprogrammablecontrollerswehavelearned,reflectingtheapplicationofPLCsystemsinlifeandindustry.Thisdesignmainlyintroducestheworkingprocessofthewashingmachine:Thecleaninganddisinfectingmachineautomaticallydetectsandcontrolstheimportantparameterssuchasthewaterflowrate,waterpressure,watertemperature,anddetergentdosageinthewashingcompartment,andkeepsthearticlesattherequiredtemperatureforacertainperiodoftimetoachievethepurposeofcleaninganddisinfecting.Inthedesignsystem,thereisfurtherunderstandingandunderstandingofthewashersystem,anditalsosupplementstheoriginalknowledgepointsthatwerenotinvolved.Letthecleaninganddisinfectingmachinecleantheobjectaccordingtotheproductionrequirements,improvethecleaningqualityandproductioneffect,andreducetheenergyconsumption.Thedesignedsystemhasfeaturessuchashighdegreeofautomation,highreliabilityandfriendlyinterpersonalinteraction.Keywords:PLC,controlsystem,Cleaningandsterilizingmachine,touchscreen目录摘要............................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................II目录.........................................................................................................................III第一章引言(1)1.1研究背景(1)1.2国内外清洗消毒机研究情况分析(1)1.2.1国外清洗消毒机现状(1)1.2.2国内清洗机现状(2)1.3本设计的主要工作(3)第二章清洗消毒机控制系统的总体方案设计(5)2.1设计理论(5)2.2设计要求(5)2.2.1控制过程分析(5)2.2.2控制要求分析(6)2.3控制系统方案设计(6)2.3.1控制系统方案分析(6)2.3.2控制系统说明(8)第三章清洗消毒机控制系统硬件设计(9)3.1控制元件的选型(9)3.1.1元件选择原则(9)3.1.2电动机的选型(9)3.1.3变频器的选型(10)3.1.4PLC的选型(11)3.1.5其他小元件的选型(12)3.2控制系统的主电路和控制回路的设计(17)3.2.1电源主电路(17)3.2.2水泵电机控制回路(18)3.2.3过滤泵电机控制回路(18)3.2.4烘干风机主回路(19)3.2.5加热主电路(19)3.2.6PLC电源电路(20)3.3PLC与触摸屏连接(20)3.4PLC与变频器连接(21)第四章清洗消毒机控制系统的软件设计(22)4.1PLC的简介(22)4.1.1PLC的概述(22)4.1.2PLC的特点(22)4.1.3PLC的分类(23)4.1.4PLC的工作过程(23)4.2I/0（输入/输出）分析(24)4.3PLC程序设计(26)4.3.1编程语言(26)4.3.2流程图分析(27)4.3.3程序设计结构安排(28)4.4触摸屏设计(30)4.4.1触摸屏的技术及原理(30)4.4.2触摸屏的介绍(30)4.4.3操作面板和PLC的连接方式和组态(31)结论(33)参考文献(34)致谢(35)第一章引言1.1研究背景随着我国社会的不断发展，清洗消毒机已经被社会的各个方面所认识和应用：各类精密零部件的清洗，医疗设备的清洁和消毒，以及普通家庭中生活用品的清洁。不仅节省物力人力，还达到了降低能耗的目的，目前还有一些新型的清洗消毒机，在降低污染程度上也很突出。如今，物件的清洁度已成为评估产品质量的重要因素，清洗消毒已经成为产品加工、生产过程中所必须的过程，尤其是食品加工的过程以及医疗设备的清洗消毒。所以我国要研发出性能更加优越的清洗消毒机来满足生产的需求。然而，与国外的清洗消毒机相比，我国的清洗消毒机的性能仍然存在着不小的差距。主要表现出来的特点是构造过于简单、清洗效果较差、相应的清洗消毒机配套技术相对较少。在以前的时候，国内的传统清洗消毒设备大多现场和人工手动进行操作控制，设备的监测和参数设置完全依靠经验来估计，无法让清洗消毒的效果达符合要求，同时，设备的安全稳定运行也不能保证。1.2国内外清洗消毒机的研究情况分析1.2.1国外清洗消毒机现状如今，许多大型的生产厂商和医疗公司大都引进国外先进的清洗消毒机来进行生产加工。国外先进的清洗消毒机有控制性能稳定可靠、操作简单方便、设备使用寿命长等优点。通过分析国外的清洗消毒机可以发现，可编程控制器PLC一般是控制系统首选。因为PLC是一种非常适用于工业控制的微型计算机，它可以按照生产条件的要求，改变它的控制程序。其控制系统具有更大的灵活性、通用性和可靠性。数字量和模拟量是清洗消毒机的主要控制参数。由于国外一些小型PLC所具备的模拟量模块，能够将现场的模拟量信号进行快速手机并进行准确运算，减少人工操作的不准确性和耗时性。因此，国外专业生产的清洗消毒机控制系统也大都由PLC控制，国外清洗消毒机使用频率较高的PLC品牌有西门子公司S7系列、欧姆龙公司OMRONCPM系统和三菱公司FX系统。国外先进的清洗消毒机基本采用先进可靠的控制理念，可实现自动化操作，控制系统性能安全稳定。清洗的速度可以自主调节，清洗和消毒过程的稳定性、自动化、高效率性和可视化都可以实现。国外的清洗消毒机主要有：（1）超声波清洗消毒机。（2）大件清洗消毒机：近期美国研发出了一款新型大型零件清洗消毒机。安全清洗机设施和设备的装置：日本最近研发出一种由蒸汽清洗机和高压冲洗器组成的安全清洗消毒机设施和设备的装置。（3）高压清洗消毒机：辛普森公司从十九世纪中期就开始生产有关高压类型的清洗消毒机。该公司的产品种类齐全，性能优越，并可以按照用户的需求采用不同的传动方式进行传送物件。（4）全自动清洗干燥机：日本研发的全自动清洗干燥机，通过高速真空除水，解决了水洗的干燥等问题，干燥速度快、安全性高，清洗速度快，清洗效果明显。1.2.2国内清洗消毒机现状目前国内的消毒机的电气控制主要有两种控制方式：继电器—接触器控制和PLC控制。继电器—接触器控制主要由继电器、接触器及保护元件组成，按照控制原理图，把每个元件部署在对应的位置。单一性是它的缺点，单一性指一台控制装置只能应用在某一个固定控制程序的设备上，如果它的程序发生了改变，那它必须重新设计原理图然后重新接线。它不能应用于复杂的电气系统。继电器控制的系统一般会需要庞大的线路网络连接。线路越多，需要的继电器就越多，电气控制柜的容量也要求更大。随着技术的不断发展，中国新研发的清洗消毒机已开始使用PLC进行控制，但是由于成本问题，国内的一些生产商使用的PLC性能弱，电气元件性能差，这导致设备的使用寿命大大缩短，让控制系统的稳定性和可靠性受到很大影响。在近来，随着科研技术的不断提高和科研经费的不断投入，我国清洗机行业发展非常迅速。清洗消毒技术研究所研究开发了一系列的通用型清洗消毒机，专用型清洗消毒机等产品，并利用其研究技术支持清洗消毒机的生产，为各行各业提供了众多性能优越的新型清洗消毒机及其配套设备。在医疗设备的清洗方面，新华医疗器械有限公司自主研发的快速式全自动清洗消毒机，属于医用清洁消毒领域，具有负荷大、清洗时间短、效率高的特点。如今中国市场上的主要清洗设备运行负荷较小，难以满足市场的需求。对于大负荷的清洗和消毒设备，清洗速度通常较慢、清洁效率较低。而快速式自动清洗消毒机补足了这一方面的缺陷。目前，中国的清洗消毒机与国外的差异主要体现为：（1）清洗技术简单并且仅限于应用喷淋装置进行清洗。（2）需要改进清洗消毒机相应的的配套技术。（3）清洗喷嘴为单一类型，不能满足特殊清洗场所和的需求。（4）清洗介质的种类不多并且无法满足质量的要求。（5）清洗消毒机的性能需要提高，关键是确保产品的清洗效果，减少设备发生故障的频率。我们今天使用的大多数设计方式都不能适应技术的发展要求和清洗机市场的需求。为了让清洗消毒机满足现代工业发展的要求，我们需要不断改进清洗消毒的控制理念、控制方法和控制系统。1.3本设计的主要工作随着社会的进步和发展，各个行业对清洗消毒机的要求也越来越高，其中医疗设备的清洗消毒也尤为重要，医用器械和设备是治疗病症和拯救生命的关键，所以，创设方便、快捷、干净卫生的清洗消毒体系，提高其使用效率，更好地为人们服务，是大家的迫切愿望，而清洗消毒机则是体系中的重要一员。本论文的研究就是设计一款能够提高原来清洗消毒机清洗不彻底，效率低，耗能大等缺点的系统。具有较大的经济和社会意义。本设计研究主要包括控制系统的硬件设计和控制系统的软件设计。硬件的选型是硬件设计的关键，性能好的元件才能保证机器稳定高效的运转，硬件接线图的正确连接是系统正确运行的基础，也要特别注意，弄清楚基本的原理，完成设计要求，软件的设计重点是清洗消毒过程的准确性和高自动化性，合理的系统设计能大大减少能耗，并且提高清洗效果。本设计的主要设计内容：（1）清洗消毒机的控制系统设计：完成对清洗机的控制方案选择。（2）基于对PLC的清洗消毒机控制系统设计：根据对全自动清洗机的控制要求，采用PLC编程实现控制方案，以达到清洗消毒的目的。（3）选择性能良好的元器件用于清洗消毒机的应用，画出清洗消毒机的控制电路原理图和PLC的I/O接线图，设计PLC梯形图程序。第二章清洗消毒机控制系统的总体方案设计2.1设计理论以注射水和纯化水作为工作介质，并自动加入适量的清洗剂，通过大流量循环泵，清洁溶液在清洗室和清洗管路中循环，并且喷射臂会把带有压力的清洗溶液混合均匀，强有力得喷射到待清洗的物品上，对物品进行有效的清洗，清洗后，使用所选水源对物品进行多次漂洗，直至污渍残留浓度符合清洗效果，最后通过热风对设备的内外表面进行干燥。控制系统由控制柜，电源柜，触摸屏，压力变送器，温度传感器，紧急停止开关和警示灯组成。能够更好的检测和控制清洗过程中出现的问题，让清洗效果达到最佳。2.2设计要求2.2.1控制过程分析按照自动清洗消毒机的设计原理，将原先手动操作的“初洗→清洗液洗→消毒过程→水洗→吹干”等复杂工作流程中解放出来。自动清洗消毒步骤如下：（1）接上水气管。打开自动清洗消毒功能，首先启动初级水洗程序，进水电磁阀打开，纯水注入水箱，水位探头根据检测到的水位信号控制进水端，排水电磁阀在整个管道灌流冲洗3min后打开，空气泵在排完水后工作，并且吹干物品上的多余水珠。温度保持在30℃。（2）清洗程序启动。清洗液泵将清洗液和清水混合后，混合液通过喷头对物品进行清洗，清洗大约300S，清洗结束后系统控制排水阀打开并将污水排出。温度保持在50℃，加清洗液时间为15S。（3）水洗功能。冲洗完成后重复清洗以避免剩余下来的清洗液污染消毒剂。清洗时间180S保持在30℃。（4）启动消毒程序。由消毒液泵将储药罐中的消毒剂抽取出来送到用喷淋器中，然后对物品进行清洗消毒3min，期间温度保持在50℃，最后用水洗程序冲洗，接着干燥。干燥时间1500S,温度保持120℃。清洗消毒工作过程如图2.1所示。图2.1清洗消毒机的工作过程示意图2.2.2控制要求分析根据产品清洗效果的要求，设计的清洗消毒机必须满足以下控制要求：（1）所设计的系统有自动检测功能，用来检查系统的是不是保持在正常状态，如：温度、液位、水箱气压大小等状态。（2）参数设置：根据设计要求设置完成所需的操作时间，可以调整清洗周期，也可以统计清洗物品的总数。（3）水箱液面控制在水位的上下限之间，当水位信号超过上下限时蜂鸣器会报警，并且监控界面上能够显示其状态，液位传感器检测是这项工作的主要承担者。水箱内的温度高低能够准确控制，假如温度超过上限，系统将会报警并能显示。系统还具有自动加热功能。（4）清洗消毒机可实现自动控制和手动控制，并具有调节功能。（5）考虑节能设计。（6）有安全保护的功能，系统在电机过载，加热温度过高，水箱内的压力过高时，系统将启动紧急停机功能。（7）触摸屏显示监控：中文操作，实时监控每个动作的安全运转。2.3控制系统方案设计2.3.1控制系统方案分析传统的单片机控制系统清洗消毒机存在的主要缺陷为：（1）控制相对复杂，单片机控制系统