超声波清洗机的系统设计(plc)大学论文.doc

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1、 本科毕业设计说明书（论文）第35页共35页目 次目 次11 绪论21.1 机电一体化系统的发展21.2 超声波清洗机的发展21.3 PLC的发展现状31.4 本文的主要工作32 超声波清洗机的总体设计42.1 超声波清洗工艺42.2 精密零件清洗机的基本要求72.3 超声波清洗机的工艺流程设计72.4 超声波清洗装置的设计92.5 传送机构的设计122.6 超声波清洗机的总体结构图143 超声波清洗机控制系统设计163.1 超声波清洗机电气原理图163.2 PLC控制系统的设计173.3 触摸屏选型、特点，与PLC连接243.4 触摸屏操作界面253.5 变频器的说明273.6 本章小结27

2、4 系统运行常见问题及注意事项284.1 使用设备前的确认284.2 电源投入284.3 关机后操作294.4 长期不使用设备时的保养294.5 长期停用设备重新开机。294.6 常见故障及其处理方法304.7 保养点检315 总结32致 谢34参考文献35351 绪论1.1 机电一体化系统的发展机电一体化（mechatronics)这一概念是于1971年由日本学者首次提出来的，在几十年的发展中，其内涵在不断变化更新。起初，机电一体化主要是指机械和电子的简单结合，产品也比较简单，主要涉及高性能的伺服技术等。在20世纪80年代，高性能微处理器在机电一体化产品中的应用，提高了机电一体化产品否认自动

3、化和智能化程度，数控机床、工业机器人等获得很大发展。到20世纪90年代，计算机网络通信技术在机电一体化系统中的应用，使机电一体化成为机械学科信息学科的高度融合。进入21世纪，机电一体化产品也更加多样个性化、柔性化、智能化，应用更加广泛。一方面借助现场的总线等技术，资源共享，使机电一体化系统越来越大，另一方面，通过机械和微电子的交叉融合微型性而形成微机电系统（MEMS）。现代科技的发展对机电一体化系统的发展起到巨大的推动作用，其中影响较大的包括微计算机、微控制器及数字信号处理（DSP），网络通信技术，自动控制技术，现代机构学，MEMS技术等。机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械

4、技术相结合的综合性高新技术，是机械技术与微电子技术的有机结合。1.2 超声波清洗机的发展自1951年第一台超声波清洗机问世以来，超声渡清洗技术作为多种学科知识和技术的综合，经历了应用研究的发展阶段。目前，超声波清洗已成为国内外最有效的清洗手段，并逐步深人到科技领域的方力面面和多种生产环节特别在汽车工业领域的应用更为普遍。伴随应用领域的不断扩大，超声波清洗设备正朝着大规模高效率和自动化的方向发展。超声波清洗是一种效果显著的强化清洗法，易于实现机械化、自动化，对于形状复杂和多孔的零件，与其它精洗方法相比有无可比拟的优越性。随着生产力的提高、环保意识的加强以及人们对超声波技术认识的深化，超声波清洗的

5、应用领域一定会迅速拓展，在国民经济建设中发挥越来越重要的作用。1.3 PLC的发展现状上世纪60年代末PLC产生于美国马萨诸塞州，MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC。PLC崛起于70年代，首先在汽车流水线上大量应用。80年代PLC走向成熟，全面采用微电子处理器技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。90年代，随着工控编程语言IEC 61131-3的正式颁布，PLC开始了它的第三个发展时期，在技术上取得新的突破。PLC在系统结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；在编程语言上，图形化和文本化语言的多样性，创造

6、了更具表达控制要求、通信能力和文字处理的编程环境；从应用角度看，除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，更发展了以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采集系统（SCADA）、柔性制造系统（FMS）、安全连锁保护系统（ESD）等，全方位地提高了PLC的应用范围和水平。1.4 本文的主要工作1）超声波清洗机的清洗工艺设计。2）超声波清洗机的总体结构设计。3）清洗机的PLC自动控制系统设计。4）触摸屏人机界面设计。2 超声波清洗机的总体设计影响精密零件清洗的五个要素是污染物、零件、清洗介质、清洗工艺和清洗设备。污染物分析具体指分析其具有的性质，属于有机污染还是无机污染，是水溶性的还是油溶性的，是

7、极性污染还是非极性污染；污染物与零件表面粘附的程度是否牢固，是属于机械性粘附、物理性粘附还是化学性粘附等。零件分析具体指分析要清洗的零件的材料，是金属还是非金属，是否容易受腐蚀或受溶胀、溶裂，表面的保护层的特殊要求等。清洗介质选择则是要根据污染物的性质及与零件表面粘附的情况，是用有机溶剂还是用水基溶剂，极性溶剂还是非极性溶剂，应对清洗介质的溶解力、表面活性力、化学反应力、零件材料的腐蚀性、相容性以及对使用的经济性、安全性和对环境的影响等因素，进行综合分析。清洗工艺指清洗精密零件的工艺方法，使用有机溶剂、半水溶剂清洗，或水基清洗，用浸洗还是用喷洗、擦洗、刷洗、超声波清洗或用多种组合清洗，用高压喷

8、洗还是用低压喷洗，在清洗过程中是否需要附加振动、抖动、转动等；需要常温清洗还是加热清洗，清洗的工艺流程是分几次清洗，几次漂洗；清洗零件的干燥形式等。清洗设备决定了用批次式清洗还是用通过式清洗以及零件的传送机构；用电加热还是用蒸气加热；超声波清洗参数；清洗时零件的机械力如摇动、抖动、转动等，清洗过程中清洗介质的循环再生，清洗节拍的控制，以及采用的安全防护措施等。作为ODS（破坏臭氧层物质）清洗剂替代品之一的碳氢溶剂将逐步成为当今清洗剂的主流，采用碳氢溶剂清洗时，为提高清洗效果往往需要各种物理清洗手段相配合，超声波清洗就是最有效的一种。2.1 超声波清洗工艺超声波是一种频率超出人类听觉范围20kH

9、z以上的声波。超声波的传播要依靠弹性介质，在传播时使弹性介质中的粒子振荡，并通过介质按超声波的传播方向传递能量，这种波可分为纵向波和横向波。在固体内，两者都可以传送，而在气体和液体内，只有纵向波可以传送。超声波在液体中的应用机理主要是声空化现象，于1894年第一次被OReyrolds观察到。1919年Rayleigh提出声空化泡理论模型来预计空化泡崩溃时所产生的压力。1944年E.N.Hazvey,及其合作者做了重要的研究，确定空化产生所必须的空化核。Noltingk和Neppiras于50年代初在空化理论方面取得重大进展，建立了气泡动力学模型。60年代，H.G.Flynn将超声空化分为稳态空

10、化和瞬态空化来描述。稳态空化和其产生的微声流可以在工件表面处提供一种溶解机制而使沾染物溶解，在污染层与工件表面之间形成的稳态空化泡则会使污层脱落。瞬态空化则会产生冲击波，可以击碎污物层而将其剥落。Naud和Ellis用高速摄影观察到液-固相介质中，超声空化泡崩溃时，向固体表面喷射高速（100m/s）微射流，它能够除去或削弱边界污层，腐蚀固体表面，增加搅拌作用，加速可溶性污物的溶解，强化碳氢清洗剂的清洗作用。超声技术的不断发展渗透解决了大量的日常生活和生产技术中的难题，超声波清洗正是超声技术的发展带来的重要应用之一，在我国清洗业正在得到广泛的应用。超声波清洗的特点是速度快、质量高、易于实现自动化

11、，特别适合于形状复杂的工件，如对精密零件上的空穴、狭缝、凹槽、微孔及暗洞等处，通常的刷洗难于奏效。因此，超声波清洗技术作为一种先进、高效、符合可持续发展战略的现代清洗技术，以其具有诸多传统清洗技术所不具备的独特优势己开始应用于机械制造业的各个领域，在未来的制造业将得到越来越更广泛的应用。超声波清洗装置主要由超声波发生器(包括超声电源和超声换能器)和清洗液槽构成清洗原理如图2.1所示。由于超声波在液体中的纵向传播，使其传播时能使液体出现稀疏状态和密集状态，在密集状态区、液体承受正压力，而在稀疏状态区则承受拉力，由于非线性作用，液体会产生大量的非稳态的微小气泡和空泡（直径约50500m），图2.1

12、 超声波清洗原理图这些气泡和空泡随超声波的振动反复生成，闭合并迅速变大，闭合时会产生压强高达几百乃至几千帕的微激波，因剧烈碰撞导致突然爆裂，使气泡周围产生上千个大气压力，即超声空化作用。由于空化作用极易在固体与液体交界面进行，并且空化瞬间在局部产生5000K以上的热点和上千个大气压，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能“钻入裂缝中做振动，使污物脱落。影响精密零件超声波清洗的因素主要有：1）超声波的声压强度超声波清洗的空化作用与其声压强度有关，如果声压强度达不到一定的值，就不能发生空化作用

13、，这个值就叫空化阈值。超声空化阂值随不同液体而不同；同一种液体，随温度、压力状态、含气量以及空化核半径的大小和分布的不同而不同。因此，声压强度越高，功率密度越大，空化效应也越明显。但是，声压强度也不能过大，否则有可能对零件表面产生空化腐蚀。一般在超声清洗槽中的声强选择在l2W的范围。2）超声波频率超声波的频率与空化作用有关，超声频率越高，空化阈值越大，产生空穴所需的声压强度也越大。超声频率低时，产生的空穴大而数量少，爆破力强；超声频率增加时，空穴小而数量多，爆破力小而范围广，清洗比较精细。但如果频率增加到超高频近1000kHz时将不再产生空化作用，其清洗能量主要是靠加速度的能量，将达到重力加速

14、度的105倍，用以去除亚微米粒子污染。对于精密零件的超声波清洗，超声波频率在40-50kHZ。3）清洗液的性质清洗剂的选择要从两个方面考虑，一方面从清洗件污物的性质来选择作用效果好的清洗剂；另一方面要选择表面张力、蒸气压及黏度合适的清洗剂。因为这些特性与超声空化强弱有关。液体的表面张力大则不容易产生空化，但是当声强超过空化阈值时，空化泡崩溃释放的能量也大，有利于清洗。同时，清洗液的温度对含气量和流动速度超声波空化效果有着重要的影响，清洗液温度升高，对空化有利，但温度过高时，气泡中蒸气压增大，因此气泡闭合期增强了缓冲作用而使空化减弱。如果清洗液的流速过快，有些空化核在没有达到生长闭合运动整过程时

15、就离开声场，因而使总的空化强度降低。2.2 精密零件清洗机的基本要求设计制造精密零件超声波清洗机首先要保证以下几点要求：1）必须满足清洗的工艺要求，保证零件达到规定的清洁度要求。2）必须满足生产批量和进度的要求，具有比较高的清洗效率与质量可靠性。3）对操作者使用比较安全，工作场所容许的气体浓度符合规定要求，对易燃、易爆类溶剂有温度和浓度等控制，极限情况有报警和紧急停车装置。4）清洗液的排放符合环境保护法规的要求。5）操作简单方便，使用成本比较低，经济合理，性价比高。2.3 超声波清洗机的工艺流程设计精密马达的壳体和转子等精密零部件的盲孔、狭缝之间附着加工粉末、加工油以及工序之间搬运和保存时的粉

16、尘灰和微粒。如果清洗工艺或清洗设备选择不当，这些油污杂质残留或啮入转子与狭缝之间，会对精密马达整机造成不良影响。碳氢溶剂属非极性有机溶剂，对油污清洗能力强，渗透性好，不会造成金属生锈腐蚀，是替代ODS物质清洗壳体和转子的理想清洗剂。根据精密零件清洗机的基本要求及特点，将零件定量装入清洗筐中进行批次式清洗，为保证零件清洁度要求，确定本设备的清洗工艺流程为：人工上料超声清洗1超声清洗2喷淋漂洗/吹干浸泡防锈吹干人工出料。本设备的清洗工艺流程如图2.2所示。图2.2 超声波清洗机工艺流程示意图工件用篮筐盛放，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、

17、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。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，清洗槽上部设有溢流槽，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。各清洗工艺说明如下：1） 温热浸洗工件在5060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，

18、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（7080）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。4） 强风吹干喷淋清洗后的工件表面有大量水珠，若直接放入烘道烘干，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。在多步超声波清洗剂上，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

19、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。2.4 超声波清洗装置的设计超声波清洗装置主要由清洗液槽和超声波发生器构成。清洗槽分为两个超声波清洗槽和一个漂洗槽。清洗槽需要采用强度高、能抗一般化学腐蚀的不锈钢材料制成，本设备采用材料0Crl9Ni9(SUS304)，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性。同时由于超声空化腐蚀的问题，所以超声槽的槽壁总是或多或少有一定的损耗，虽然这种损耗比较小，但长期以来是会影响超声波清洗的一些参数变化，因此在设计中选用壁厚为3mm。对于超声波清洗槽涉及到超声波换能器的安装问题。超声波换

20、能器在清洗槽中的安装有两种方式，一种是将单个换能器固定的粘贴在清洗槽的底部或侧面，这种方式要求与清洗液接触的槽面要抛光，以减少空化腐蚀；另一种是把多个换能器共同粘结在一块辐射板上，并密封成为一个外形象盒子的换能器组合体，称为振子，可以浸入装有清洗液的清洗槽的任意位置，以取得最佳的清洗效果，这种方式称沉浸式安装，此时换能器是独立的一个部件，沉浸式换能器维修比较方便，能快速更换。因此，在设计中采用沉浸式的安装方式，根据对超声波原理的分析结果，清洗机选择功率1500W，频率为40KHz的必能信8500超声波发生器，每台超声波发生器各带有一个装有36个换能器的盒装振子，如图2.3所示。图2.3 超声波

21、换能器振子超声波清洗槽的结构如图2.4，超声波换能器振子安装在清洗槽的底部。由于碱氧溶剂微带气味，为了保持良好的工作环境，在清洗槽上边缘设计了通风槽，并通过末端通风口与清洗机风道相连，以便将空气中的碳氧溶剂即时排走。漂洗槽结构与超声波清沈槽相似，只是由于底部无超声波换能器振子而高度减少。2.4 超声波清洗槽结构图与其他水槽相比，电阻加热槽具有发热部分简单、对槽料种类的限制少、水槽温控精度高、容易实现在真空或控制气氛加热等特点。2.5 超声波清洗槽电阻加热管电阻加热主要是根据清洗需要，它是由不锈钢管制成的，因为长时间的放置在清洗液体，所以对结构的抗腐蚀性比较高，其接口焊接要在水槽的外面，接上电源

22、。本超声波清洗机为机械臂传动的多功能超声波清洗流水线，设有1个超声粗洗、1个超声清洗、1个喷淋冲洗（吹干）、1个浸泡脱水防锈共四个工位。通过超声波振荡原理，在液体中产生空化作用，使浸入超声清洗区域内的工件与其表面的粘合物剥离。超声波清洗机的清洗槽及工位如图2.5所示。2.6 超声波清洗机工位图2.5 传送机构的设计传送机构的作用是完成清洗零件在各工位上的运送，保障清洗及干燥工艺的顺利完成，由于清洗零件装在清洗筐内成批清洗，所以在传送机构中设计一个机械臂，便于清洗零件的运送。为了充分保证清洗机的安全性，减少安全隐患，工件筐的提升及各个清洗工位间移动是通过机械臂实现的，机械臂采用电机、蜗轮蜗杆减速

23、器通过锦纶带传送方式实现上下提升运动，机械臂采用电机、减速器、齿轮齿条传动实现工件筐在不同工位间的移动，机械臂如图2.7所示。传送机构机械臂平移机构见图2.8所示，传送结构主要由机械臂、提升电机、平移电机、滑块、减速器、齿轮齿条结构等组成，见图2.9所示。传送机构两侧、上部都与清洗机机架螺栓连接，以保持其稳定性。2.7 清洗机的机械臂图2.8 超声波清洗机的平移机构图2.9 超声波清洗机的传送机构图所设计的传送机构根据精密零件的清洗工艺需求，主要具有以下特点：1）清洗区机械臂架采用一体形式，便于对各清洗槽内零件进行统一操作；2）进给各部均使用线性滑轨，便于生产和安装；3）各个部件动作统一由PL

24、C进行协调控制。机械臂平移及升降均有PLC控制并经触摸屏交互操作，具体步骤为：轻触“上升”键，按键变为状态，机械臂开始上升，当机械臂上升到最高位置后，就会自动停止上升；轻触“下降”键，按键变为状态，机械臂开始下降，当机械臂下降到最低位置后，就会自动停止下降；当机械臂在最高位置时，轻触“左移”键，按键变为状态，小车开始左移；轻触“停止”小车停止左移，当小车已经停在进料端时，请不要再向左移动；当机械臂在最高位置时，轻触“右移”键，按键变为状态，小车开始右移；轻触“停止”小车停止右移，当小车已经停在出料端时，请不要再向右移动；当机械臂把清洗物从前一个工位搬运到后一个工位时，轻触“左移脱钩”键，按键变

25、为状态，小车开始左移；当小车左移到相应的位置后，就会自动停止；然后手动将机械臂升起；当机械臂从从前一个工位搬运清洗物到后一个工位时，轻触“右移挂料”键，按键变为状态，小车开始右移；当小车右移到相应的位置后，就会自动停止；然后手动将机械臂升起。2.6 超声波清洗机的总体结构图本文设计的为机械臂传动多功能超声波清洗机，设有1个超声粗洗、1个超声清洗、1个喷淋冲洗（吹干）、1个浸泡脱水防锈共四个工位。该设备清洗速度快，清洁度高，可降低劳动强度，减少中间环节。其总体结构如图2.8所示。2.8 超声波清洗机的总体机构图该超声清洗机有如下特点：1）清洗工件自动传送，采用可变程控制器、变频器控制运行节拍，清

26、洗运行节拍可调（时间设定在触摸屏上设置）；2）超声波采用底侧辐射式清洗，换能器采用德国赛琅泰克的压电陶瓷晶片（Ceram Tec），发生器采用功率模块电源；3）清洗线上所有清洗槽底做成船形，便于刷洗清底，配有高位溢流、低位自动报警添液装置；4）超声、喷淋（吹干）槽配有加热温控装置；5）设备为敞开式结构，便于维护保养；6）整套设备采用MITSUBISHI PLC控制，设有自动、手动两种操作方式，自动操作只需合上控制断路器，按下自动运行键，设备即按设定程序运行，操作工只需负责进出料的装卸工作即可。7）设备具有故障报警功能，确保设备免受损坏和及时排除故障；在进出料端装有急停按钮，可在非正常运行时及时

27、切断控制回路电源，保护设备。3 超声波清洗机控制系统设计3.1 超声波清洗机电气原理图超声波清洗机是由工业用电直接接入电路，先接总断路器，控制整个电路的通断，然后接系统的各个电器，例如超声波发生器，加热管，传动电机，循环电机等，但是为了系统安全每个电器都要加上必要保护的断路器，对于部分电机还要加上熔断器，为了方便PLC控制也要加上必要的交流接触器。然后根据不同电器的耗电情况即功耗多少分别用不同规格的电线接入，为保安全，例如加热管要用6.0平方的，发生器要用2.5平方的等等。最后每个电线都接上一盏工业小灯，可以很直观的看清这个电路的通关情况。其主电气原理如图3.1所示。图3.1 超声波清洗机主电

28、气原理图控制电路是由主电路加上必要的断路器接入的，先接的是控制电路的总开关，然后接上料处和小料处的急停开关，这个是在调试或者实际运行时发生故障，急停的按钮，如果放在控制箱里，有可能会因为没有及时地停止造生很多的损失。然后接入的是放置在控制柜里的风扇，主要是散热用。然后再是各个加热管的温度控制器。最后是电压转换器，因为PLC只用于24V作业。图3.2 控制系统电器原理图3.2 PLC控制系统的设计一、PLC的应用及特点目前，PLC在国内已广泛应用于机械制造、钢铁、石油、化工、电力、建材、汽车、纺织、交通运输、环保以及文化娱乐等各行各业。随着PLC性能价格比的不断提高，其应用范围还将不断扩大。其应

29、用大致可归纳为如下几类。1）顺序控制这是PLC最基本、最广泛应用的领域，它取代传统的继电器顺序控制，PLC用于单机控制、多机群控制、自动化生产线的控制。例如，数控机床、注塑机、印刷机械、电梯和纺织机械等。2）位置控制大多数的PLC制造商，目前都提供推动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能可广泛应用于各种机械，如金属切削机床、装配机械等。3）模拟量控制PLC通过模拟量的输入/输出模块，实现模拟量与数字量的转换，并对模拟量进行控制，有的还具有PID控制功能。例如，用于锅炉的水位、压力和温度控制。4）数据处理现代PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表等功能，也能完成数据的

30、采集、分析和处理。5）通信联网PLC的通信包括PLC相互之间、PLC与上位计算机、PLC的其他功能智能设备之间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转换器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散管理”的分布式控制系统，满足工厂自动化系统的需要。可编程控制器的特点：1）抗干扰能力强、可靠性高。2）程序简单易学。PLC是面向用户的设备，PLC是生产厂家充分考虑到现场技术人员技能和习惯，采用了梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图很相似，直观、易懂、易掌握、不需要学习专门的计算机知识和语言。3）安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，可以

31、在各种工业环境下直接运行，使用时只需要将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。4）体积小，重量轻。5）丰富的I/O接口模块，扩展能力强。PLC针对不同的工业现场信号（如，交流或者直流开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或点位、强电或弱电等）有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备(如按钮、执行开关、接近开关、传感器及变速器、电磁线圈、控制阀等）直接连接。另外，为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块等。本系统采用的是三菱公司生产的FX1N-60MR，因为我

32、在大学中主要是学的三菱的，所以只有用三菱的比较习惯，可以达到比较好的效果。二、PLC输入输出端子分配输入端 输出端X0贮液槽1液位开关 Y0超声1X1贮液槽2液位开关 Y1超声2X2贮液槽3液位开关 Y2加热1X3贮液槽4液位开关 Y3加热2X6循环泵1热保护 Y4加热3X7循环泵2热保护 Y5循环泵1X10喷淋泵热保护 Y6循环泵2X11风泵1热保护 Y7循环泵3X12循环泵3热保护 Y10喷淋泵X13风泵2热保护 Y11风泵1X14摆动电机热保护 Y12风泵2X17喷淋盖气缸前磁开关 Y13摆动电机X20喷淋盖气缸后磁开关 Y14平移X21喷淋气缸前磁开关 Y15平移刹车线圈X22喷淋气缸

33、后磁开关 Y16升降X23吹干气缸前磁开关 Y17升降刹车线圈X24吹干气缸后磁开关 Y21抽液泵X25升降上位接近开关 Y22喷淋气缸伸电阀X26升降下位接近开关 Y23吹干气缸伸电阀X27出料防误接近开关 Y24左移（提升）X30平移脱钩接近开关 Y25右移（下降）X31上料位接近开关 Y26段速1X32第1槽位接近开关 Y27段速2X33第2槽位接近开关 Y30向前（正转）X34第3槽位接近开关 Y31向后（反转）X35第4槽位接近开关X36下料位接近开关PLC控制连线图如图3所示。上方主要是由各个输入继电器组成，主要是对电路起保护作用和对电路起运行控制作用两个方面。例如，贮液槽液位开关

34、，如果系统在水槽中没有足够液体的情况下运行会导致系统清洗无效和水循环泵坏掉。超声波清洗槽的液位开关，如果系统在水槽中没有足够液体的情况下运行会导致系统清洗无效和超声波发生器坏掉，还有各个电机的热继电器，主要起到保护电机的作用，如果不加会导致电机烧掉。还有放在系统各个位置的接近开关，主要是起到对机械手臂的辅助控制作用，如果没有机械手的程序很难编写。下方主要是由各个输出继电器组成，主要是对电路起控制电器通断作用和控制运行状态的作用量个方面。例如，加热管，超声波发生器，循环水泵，摆动电机，传动电机，都要接入的，不然这些电器都无法运行，因为没有谁给他控制信号。还有就是输出端和变频器相连主要是对传动电机

35、起运行控制作用，如果不加，系统运行达不道，理想的运行效果。图3.3 PLC控制系统电器原理图三、PLC控制程序设计本文所设计的超声波清洗机的总体清洗流程为：人工上料超声清洗1超声清洗2喷淋漂洗/吹干浸泡防锈吹干人工出料。其中机械臂用于工件传送的控制程序流程见图3.4所示。机械臂右平移到4号槽机械臂左平移到脱钩处机械臂下降到下限位机械臂右平移到上料位机械臂右平移到1号槽机械臂右平移到2号槽机械臂右平移到3号槽机械臂右平移到4号槽机械臂上升到上限位机械臂右平移到1号槽机械臂右平移到2号槽机械臂右平移到3号槽机械臂右平移到4号槽机械臂右平移到下料位机械臂下降到下限位机械臂左平移到脱钩处机械臂上升到上

36、限位机械臂右平移到4号槽机械臂左平移到2号槽机械臂左平移到3号槽机械臂右平移上料位机械臂左平移到1号槽图3.4 机械臂控制程序流程图机械臂用于工件传送的PLC控制程序如图3.5所示。图3.5 机械臂PLC控制程序自动开启后机械手臂在上限位右移到4号槽位置，然后左移到脱钩位置，机械手臂停0.5S（因为平移和升降不是同一个电机，为了不发生不必要的错误，在换运方式时，停顿0.5S时间）然后开始下降到下限位，机械手臂停0.5S,在右平移到4号槽的位置，机械手臂再停0.5S后机械手勾住网篮上升至上限位，然后等光电防误开关检测无物体时（如果下料出有清洗物体的话，会发生不必要的事故），停顿预先在触摸屏上设定

37、的时间后（因为工人在提起网篮的一刻光电开关就检测不到物体了，如果工人搬运物体慢一些那就一定会发生事故，所以要预先设定一个合理的时间），最后机械手臂右平移到下料位。3.3 触摸屏选型、特点，与PLC连接该控制系统监控软件采用三菱公司开发的GOT系列的10寸触摸屏将用于现场控制的PLC控制系统和上位机监控系统连接起来。其次，从变量定义和I0设备的管理人手，利用GOT多样化的绘图工具、强大的脚本语言处理能力和丰富的命令语言函数开发出生动、友好的主监控界面，以及含盖报警系统、行车操作，辅助控制等功能齐全的子监控界面。经过开发的操作系统实时现场执行机构的手动操作、故障查找、参数设定、自动操作等功能。其中

38、还设有权限要求，要求操作时看到按钮提示文字操作即可保证安全。GOT触摸屏与PLC通过RS-422连接器进行通信。3.4 触摸屏操作界面触控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏

39、幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。超声波清洗机操作系统首页页面如图3.6。图3.6 操作系统首页页面操作选择页面如图3.7所示。图3.7 操作系统选择页面本界面有对水泵操作、超声操作、加热操作、传动操作都只是简单的运行，对整个系统的所有电器进行通断的控制，以观察电器运行的声音，效果来辨别电器的好坏。当然生产厂家也可以通过手动操作对一些零件做一些简单的清洗。整个系统不是一开始都是成功的，要经过多次的调试才可以确保这个系统正常运行。如果要详细操作就

40、进入手动操作页面。作为整个监控软件的主要部分，机械臂监控界面的设计形象地反映了该机械臂在整个系统运行过程，并且可以通过对变量的正确调用，使主要机械臂的运行状态按操作人员的需要在系统运行时准确、生动地展现出来。管理人员可根据需要使行车处于手动或自动状态，甚至可以根据需求设定机械手运行的目标槽位，通过机械手监控界面，管理人员还可以方便地进入操作，进而获取系统运行的详细信息。自动运行界面如图3.8所示。图3.8 操作系统自动运行页面水泵操作页面如图3.9所示。图3.9 水泵操作页面3.5 变频器的说明变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它主要由两部分电路构成，

41、一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。CPU就安装在控制电路板上，变频器的操作软件烧录在CPU上，同一型号的变频器软件是固定的，唯一例外的就是三菱变频器，软件可根据使用需求更改。本系统采用变频器主要是完成一些变频器本身很简单的作用，就是通过变频器的变频作用改变电动机本身的运行速度，其方法就是通过接通变频器的四个变频端子，通过改变PLC的输出状态来改变四个变频端子的通断，从而达到控制电动机变频。3.6 本章小结本章对超声波清洗机系统控制经行综合性的设计 ，先用AUTO CAD 2008制出超声波清洗机的装配图和超声波清洗机中机械手臂的结构图以及超声波

42、清洗机内部振板图纸。然后继续用AUTO CAD 2008 制出内部电路图纸和 PLC连线图纸，再然后GX_Developer_8.31H编写出程序，最后用信杰触摸屏软件画出触摸屏界面来控制超声波清洗机。4 系统运行常见问题及注意事项4.1 使用设备前的确认为了更好的保障生产，提高工效。在使用设备之前对其进行检查是很有必要的。以下的内容请遵照之执行。1）检查各贮液箱的水量是否充足，超声清洗槽是否有液体，特别是有超声波振板的清洗槽，严禁在超声波拓板没有完全浸入液体的情况下开启工作；2）检查各阀门的状态是否符合工作要求（即开、关是否正确）；3）检查管路是否漏水，气缸的压力是否在0.40.5Mpa之间

43、；4）检查传动链条（摆动电机）、光轴是否缺油，挂杆螺丝是否松动；5）检查电柜内空气开关是否在通电状态，热继电器是否保护；没通电的状态下，交流接触器的触点是否全部弹回；6）用餐巾纸轻轻擦拭“出料光电开关”的发射面，将其表面的飞尘及液体擦掉，避免误检出料口有篮筐未取出。7）检查气缸伸缩移动速度是否均匀。4.2 电源投入1）电源输入线要求：（三相四线制）16平方，将电柜左侧的空气开关推上，检查电源供电是否正常面板上的相序指示灯是否全亮，若有灯不亮，（假定指示灯完好）说明该相电缺失，请停止开机，要求电工检查电源的输入线路；2）旋开两个“急停”（蘑菇头按钮）按钮，将“关控制开”旋钮旋至“开”位置。此时触

44、摸屏得电点亮。3）确认清洗槽体、贮液箱无缺液现象，出料口无篮筐。4.3 关机后操作1）停止电源的输入将电柜左侧的总电源开关（塑壳断路器）断开2）关闭自来水进水阀关闭控制自来水进水阀门即可。4.4 长期不使用设备时的保养1、 做好通风工作，室内湿度不能太大，应该符合存放电子产品的环境标准。否则重新开启设备时可能会出现不能正常运行的现象。2、放掉含有清洗剂的槽体内的液体 （因七天过后清洗剂可能会失效，故提前放掉）先将贮液箱内的水及赃物全部排除，然后再把贮液箱内的水放至贮液箱内，冲洗后放掉。4.5 长期停用设备重新开机。长期停用设备，请每隔30天给控制电路（主要是PLC）通电一次，通电时间为1小时，

45、防止PLC因长时间断电，程序丢失；重新开机时你应按照首次使用设备时的步骤操作。4.6 常见故障及其处理方法故障现象故障可能原因处理方法超声波全部或部份无法开启1、 主电源没有输入或缺相。请电工检查输入电源，无误后方可开机。2、 控制柜内断路器有一个或多个过载跳闸。检查断路器后级线路无误后，合上断路器便可工作。3、 超声波发生器保险丝烧断。更换同规格保险丝即可。4、 超声波发生器烧毁。如自己不能处理，请找专业人士来修控制部分无法开启1、急停按钮被锁死。旋开（两个）急停按钮。2、控制回路断路器过载跳闸；检查断路器后级线路无误后，合上断路器便可工作。3、控制电路中的保险丝烧断，详见电气原理图中的“FU”。检查后级电路无误后，更换同规格的保险丝。自动开启后，气缸不能伸缩1、 气缸气压不够0.40.6Mpa；检查气源故障2、 限位开关一直损坏；更换限位检测开关3、 导轨卡死检查引起故障原因4、 PLC故障请找专业人士来修循环泵或喷淋示可以工作，但出水量较小1、水泵电机与泵体连接处(主轴)漏水，机械密封已磨损或损坏或使用寿命已到(机械密封使用寿命为一年)，水位不足或泵内空气未排尽干磨后损坏，或弹簧压力不足。更换机械密封圈2、水泵反转；调换水泵的电源相序；3、管路堵塞；清除管道内杂物及污物；4、过滤器内的滤芯太脏；更换同规格的滤芯；循环泵或喷淋泵无法工作1、控制柜内断路器跳闸；检查后级电路