PLC超声波清洗机控制系统设计.doc

前言超声波清洗机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50-500m 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。本次课程设计主要通过S7-200 PLC控制超声波清洗机对清洗物进行清洗、漂洗还有超声清洗，其中水泵电动机和液泵电动机的启动与停止，进水阀、进液阀、排水阀，排液阀等阀门的开和关都通过PLC控制，容腔内包含两个液位传感器，上限位和下限位用来传递清洗信号。目录1 课程设计的任务和要求11.1 课程设计的任务 11.2 课程设计的基本要求 12 总体设计 22.1 超声波清洗机工作原理说明 2 2.2 控制设计方案选择 22.3 PLC选型 32.4 控制面板设计 42.5 PLC端子接线 53 PLC程序设计 63.1 程序设计分析 63.2 顺序功能图 63.3 PLC梯形图 74 程序调试说明. 154.1 调试步骤 154.2 调试问题解决 154.3 仿真结果及其分析 165 设计不足与改进 176 结束语 181.课程设计的要求与任务1.1 课程设计的任务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；清洗液冲洗时，液泵工作，进液阀、排液阀同时打开。清水冲洗时，水泵工作，进水阀、排水阀同时打开。图1超声波清洗机工艺流程图1.2 课程设计的基本要求 a.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。 b.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） 写出设计说明书2. 总体设计2.1 超声波清洗机工作原理说明图2 超声波清洗机简单示意图工作方式说明：通过进水进液阀的液泵水泵产生的高压对清洗物进行冲洗，此时排液排水阀打开，及时排出进入的液体，实现冲洗功能。冲洗完成后，关闭排液排水阀，将清洗液和谁注入清洗机中，通过上下限位来检测液体的高度，进而控制液体的进入，漂洗过程中通过电动机的转动使液体与清洗物冲击进行漂洗，超声波发生源发送超声波对清洗物进行超声清洗，完成清洗和漂洗后通过排水阀将清洗机内的清洗物排除。2.2 控制方案选择方案一：采用继电器-接触器对系统进行控制，控制优点：设计较简单，成本较低。缺点：由于接线复杂触点过多稳定性不高，反应速度慢，且操作不方便方案二：采用PLC控制，需要设计人员了解PLC的编程方法，具有一定的PLC专业知识该方案稳定，但是PLC具有设计较简单，成本低，且反应速度较快，易于操作等优点，所以本次设计采用PLC控制。2.3 PLC选型先根据要实现的控制功能设计要多少输入信号和输出信号，分配好端子。端子分配如下表：输 入输 出功 能地 址功 能地 址手 动I0.0进 水 阀Q0.0单 周 期I0.1进 液 阀Q0.1连 续I0.2排水、液阀Q0.2启 动I0.3水 泵 Q0.3停 止I0.4液 泵Q0.4上 限 位I0.5超 声 清 洗Q0.5下 限 位I0.6超 声 漂 洗Q0.6手动进水阀I0.7声Q0.7手动进液阀I1.0光Q1.0手动排水、液阀I1.1清洗液冲洗I1.2清洗液超声漂洗I1.3清洗液超声清洗I1.4水冲洗I1.5清水超声清洗I1.6从上面的表格中可以看出共有15个输入，9个输出，可选用西门子公司生产的S7_200 选CPU 226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。 2.4 控制面板设计根据要实现的功能设计好操作控制面板，采用旋钮对手动，自动，单周期进行选择，手动操作，启动，停止采用按钮进行控制。图3 控制面板设计图2.5 PLC端子接线根据端子分配表中对应的输入输出，结合一般端子分配图的画法和表达设计好端子分配图 。图4 端子分配图3.PLC程序设计3.1 程序设计分析程序采用主程序和分支程序控制，其中子程序分为公用程序，手动程序，自动程序。其中公用程序用来切换不同工作方式，手动程序用来控制单步手动，自动程序用来控制连续自动工作和单周期工作3.2 顺序功能图根据任务书和题目给出的要求，画出顺序功能图。图5 自动程序顺序功能图其中M3.0是复位条件，当I0.6下限位不接通的状态下表示清洗机中无液体，这时M3.0接通才能运行后面的程序，I0.3和I0.2为启动自动按钮开关SM0.1为系统脉冲信号，只有这三者都满足的条件下才能运行自动程序，M2.0为连续工作标志，当M2.0接通的情况下才能连续运行，否则为单周期运行，在单周期运行过程中，完成一个周期后程序跳入M0.0,并且对C0复位，等待下一步工作。在连续运行的过程中，采用计数器来判断连续工作是否完成，如果计数器C0没接通表示连续过程未完成，进入M0.1继续执行连续程序，当C0接通表示五次循环完成，进行声光报警，并返回M0.0等待工作。在连续和单周期转换的过程中，要引入转换标志M2.1来区分是连续还是单周期运行，在后面的梯形图中再设计程序。为了要实现按下停止按钮后要运行该周期后再停止工作，所以每一步都采用自保持。3.3 PLC梯形主程序公用子程序手动子程序 自动子程序 4程序调试说明4.1 调试步骤先分析要求实现的功能算出有多少输入和输出，分配好端子，根据连续工作的过程画出顺序功能图，通过子程序调用实现手动，连续和单周期功能，其中单周期在自动子程序中通过连续标志M2.0来控制，如果没M2.0为1则计入连续工作状态，如果M2.0为0则进儒单周期工作状态。自动手动切换在主程序中实现，在主程序中主动和自动都可以同时接通，这样会出现错误的动作，这时在公用程序中采用对自动程序中除初始步的每一步进行复位，解决这个问题。其中采用定时器控制每步的工作时间。采用计数器控制工作循环次数。根据顺序功能图和个工作状态的关系画出梯形图，在V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9进行程序的调试，调试编译成功后输出awl文件，将导出的awl文件导入S7_200仿真软件中，对其进行仿真，观察输入输出情况看是否与工作过程一致，如果不一致再进入V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9修改梯形图，再次编译修改，直到仿真结果与工作过程一致。4.2 调试问题解决在超声波清洗机工作过程如果系统突然断电。开机后再次工作是此时清洗机中可能含有部分清洗液，如果不设置初始条件按照设定的程序用行的话可能会时得清水和清洗液混合，使清洗工作达不到预期的效果，解决办法是设置一下限位未接通清洗机内无水无清洗液的初始条件，如果满足该条件才能进行连续自动工作，否则不能进行连续工作，可先进行手动工作将清洗机内的水或液先清除干净后再进行连续工作，在手动工作时，放液防水过程中，如果没有上限位的保护措施，可能会使得放的水或液过多二溢出清洗机出现安全事故，所以加入上限位的常闭触电来限制水位的高度，当手动放液放水到达上限位的时候会自动关闭阀门，防止液体过多。4.3 仿真结果及其分析将V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9生成的awl文件导入S7_200中，点击运行，先按I0.3启动清洗机，再选择工作方式。选择I0.0进入手动模式，可以实现单步手动调试清洗，按下I0.7可以实习手动进水，在进水的过程中设定上限位为常闭触电，当加入的水过多的是会断开实现防止水加入过多溢出，同样按下I1.0一样可以防止加入清洗液过多，按下I1.1实现排水或者排液功能，按下I1.2实现清洗液冲洗功能，此时进液阀和进液泵开启，且排液阀也开启，在实现手动漂洗或者手动清洗功能时，要先在清洗机中放入一定量的水和清洗液后才能进行清洗和漂洗功能。例如要实现清洗液手动超声漂洗，得先按I1.0加如一定量的清洗液后再按I1.3清洗液超声漂洗键才能实习该功能。 关闭I0.0，选择I0.2进入自动连续模式，自动模式中上限位和下限位的感应器的接通由于软件缺陷不能自动断电给点，必须手动接通或者断开I0.5,I0.6来实现其控制功能。在完成一个工作周期后计时器C0置1，一直循环完成五个工作周期后满足M2.0 C0条件，进行声光报警，4秒钟后停止工作,若在连续工作过程中强制转换成，手动工作，则前面的工作将全部清除，机器回到初始状态，再转入手动工作状态，若选择单周期工作方式，则完成一个周期机器返回M0.0停止工作。再连续和单周期工作模式下，如果按下停止按钮I0.4，机器不会马上停止工作而是完成一个工作周期后才停止工作，所以仿真结果达到了设计要求。5. 设计不足与改进在手动程序中，实现漂洗和清洗功能时要先放入一定量的水或者清洗液按下超声漂洗或者清洗功能按钮后才能实现清洗或者漂洗功能，但是由于是手动，加入的水或者清洗液的量不好控制，可能会使得加入的量影响漂洗或者清洗功能，在自动程序钟是通过计时器来实现水量的控制，所以在手动程序中同样可以采用计时器来控制加入的液体量。程序中没有设置单步运行程序，课进一步设计单步程序，单步运行可以方便对机器的功能调试，进一步优化机器。6. 结束语机电传动课程设计是机械制造及其自动化专业的课程设计之一。本课程设计吸收了有关教材和资料的长处及本领域的新技术内容的基础上，将超声波清洗机工作流程设计与所学的内容相结合。重点阐述了超声波清洗机的工作流程和各检测部分。通过这次历时两周的课程设计，我学会了怎么去怎么完成一个课题，养成了查阅资料的好习惯和设计时需要注意到的问题，方法和步骤以及对应用软件得熟悉。培养了自己的实际处理问题和分析问题的能力。提高了对这门课和专业学习的热情。让我深刻理解到本专业是理论性很强的学科。要想学好这门学科，必须理论联系实际，不断学习新的东西，才能巩固以前学的知识，才对自己的创新思维有所提高。本次课程设计在任老师的指导下，提出了很多有益的建议和对设计者耐心的讲解与帮助，在此向任老师表示衷心的感谢！由于本课程设计者水平有限，设计中难免有错误和不当之处，敬请老师和同学们的批评指正，谢谢！参考文献 ： 陈白宁，段智敏，刘文波.机电传动控制【M】.沈阳：东北大学出版社，2002陈白宁，段智敏.机电传动控制课程设计指导书.沈阳理工大学，2008郑萍， 现代电气控制技术.重庆：重庆大学出版社，2003.8 第二版