基于PLC技术的三槽超声清洗机控制系统设计

基于PLC技术的三槽超声清洗机控制系统设计

张文天

嘉里置业（杭州）有限公司浙江杭州310006

【摘要】三槽超声清洗机的设计，需要根据清洗要求以及零件结构特点而进行。采用机电液一体化对设备进行设计，其组成包括高压喷淋清洗槽、吹干槽以及超声清洗槽等工作单元。控制系统设计的核心控制器为三菱FX2N系列PLC，凭借交流接触器以及电磁阀的控制，来控制气缸、超声发生器、水泵以及电动机，促使超声清洗工作得以实现。该设备在使用过程中，体现出以下优势，包括稳定性好、操作性强以及经济性高等，在复杂结构金属工件的清洗工作中能发挥巨大作用。

【关键词】PLC；电气控制；超声清洗；三槽

金属工件在完成切割加工后，工件表面往往会留下铁屑、灰尘以及油污等，为使工件免受污染，有必要在加工之后对其进行清洗工作。就目前而言，存在一种名为超声波清洗的清洗方法，该方法具有较强的先进性，其清洗效果也比较显著，其能实现结构与表面形状复杂零件的有效清洗。超声波清洗其原理是利用超声波在液体中所具有的一些特性与作用，例如加速度与空化等，对污物层进行乳化、分散以及剥离从而使工件清洁。只要液体可以浸到，同时存在声场，则其清洗作用就能够发挥，其作用在表面形状复杂的工件清洗中尤能得到体现。该技术的采用，可使化学溶剂的使用减少，对环境的保护具有积极的意义。

一、三槽超声清洗机工作原理

三槽超声清洗机的设计是对清洗工艺要求以及零件结构特点进行考虑，由吹干槽、超声清洗槽以及高压喷淋清洗槽组成。清洗工艺流程设计为：首先是上料，然后是表面及内孔高压喷淋清洗，其次是超声清洗，并进行风道吹干，最后进行下料。超声清洗的应用，可避免化学物质的大量使用，有利于环境的保护。三槽超声清洗机的上、下料借助于皮带传动，上、下料位均设置金属传感器，其目的是检测金属工件是否到位。上料电机带动下进行上料，上料位确认工件到位后清洗就将开始，清洗的过程采用超声清洗、内孔及表面喷淋清洗等工艺。超声清洗完成后，对工件进行吹干处理。清洗时表面及内孔喷淋泵将有高压水流的产生，对工件进行喷淋，喷淋过程中由于循环泵的设计与应用，使水能够多次使用。超声发生器发出超声波进行超声清洗，这一过程在水中进行，并且摇篮电机与翻转电机开始工作，使工件发生转动，从而使超声清洗更加彻底。超声清洗槽里的水量不足时，注水泵将自动向超声清洗槽注水，使其达到一定的液位。在水中完成超声清洗后工件被送入吹干槽吹干，吹干过程由吸雾风机以及风切吹风进行，至此，清洗工作已经结束。最后，工件由下料电机传动至待测区。气缸推动的自动气动盖均被设计在三个单元中，清洗时槽盖处于关闭状态，结束后使槽盖处于开启状态。

二、三槽超声清洗机电气控制系统设计分析

（一）电气控制系统的原理

三槽超声清洗工作原理和电行业标准相符，其电气控制主要通过PLC得以实现。由按钮开关对系统进行控制，位置接近开关起检测物料的作用，温度传感控制器对超声清洗槽以及喷淋槽的水温进行控制，液位传感器能够检测超声槽液位的高低，PLC能够对各传感器检测数据进行分析，对水泵电机以及电磁阀的动作进行控制，形成闭环的检测控制系统，为工件清洗而发生一系列动作，其中包括开启高压喷淋泵、气缸动作以及发生超声等。

（二）电气控制系统硬件设计

就PLC选型以及控制对象设计而言，在明确控制方案的选择之后，需对PLC实施工程设计选型，并且结合工艺流程的特点以及应用要求进行考虑。进行工程设计选型和估算时，工艺特点及控制要求的分析十分重要，需要使控制范围和任务得到确定，然后再是操作与动作的确定。之后按照控制要求的内容，进行输入、出点数以及存储器容量的估算，设计PLC的外部设备特性以及功能等。最后选择性价比突出的PLC以及进行相关控制系统的设计。三槽清洗机控制系统的设计，由于涉及检测项目以及执行机构均比较复杂，因此选择三菱可编程控制器这一对象。该机型主要具有以下优势，具体体现在指令数量、通讯能力以及运算速度等方面，具有机型小、速度快以及性能高等特征，在FX系列的PLC中较为先进。其性能与设计能够满足使用的要求，PLC信息的获取通过传感器得以实现，借助交流接触器的工作有效控制电动机和泵的动作，并通过电磁阀通断的控制，决定气缸是否发生动作，通过合理设置交流接触器以及电磁阀控制电路，从而使电路更加安全可靠。交流接触器具有的功能保护欠压以及失压保护，在电压偏低时，通过释放交流接触器线圈，从而实现欠压保护。在电路中断的情况下，也将进行交流接触器的释放。若不具备交流接触器，在意外断电且隔离开关未开启的情况下，在来电时将由于电机的自动启动而导致事故的发生。

（三）电气控制系统软件设计

PLC的编程涉及到的指令比较繁杂，其具有软件设计环境也相对理想，可采用指令表、顺序功能图以及梯形图等简单的编程语言。梯形图编程为本系统所采用的编程，采用的编程软件名为：。先在计算机的帮助下进行编程与调试，调试结束后，利用接口电缆以PLC为下载位置进行控制程序的下载。编程时，其实时调试需要结合设备的运行状况而进行。三槽超声清洗机的正常工作取决于控制程序，而系统的性能则较大程度上受程序设计的影响。初始化程序、自动程序以及手动程序，三者是PLC程序设计的重要组成。其中，初始化程序包括复位计数器、中间寄存器以及状态寄存器；手动程序的作用在于清洗前的功能检测以及准备调节；自动程序在工件的自动清洗中发挥作用，金属检测传感器设置在上料位以及下料位，检测发现工件的存在后就开始向运行程序发出启动的指令。上料料斗两面均可进行装料，在气缸带动下发生翻转动作。并且，气缸带动可实现超声清洗槽、喷淋清洗槽以及吹干槽槽盖的自动开启与关闭。智能报警是PLC程序不可忽视的一项功能，其能进行故障的识别、检测、报警以及展示等。

结语：

总而言之，三槽超声清洗机得到研发之后，其使用过程中体现出运行稳定、清洗效率高以及清洗彻底的优势，在复杂零件的清洗中作用十分明显，能够使生产工艺的要求得到充分的满足。该设备由于PLC控制程序的采用，其系统工作的稳定性得到显著提升，其正常运行得到更好的保障，充分实现了清洗的自动化以及高效生产，使工人的工作压力得到有效缓解。该设备的装料过程现阶段采用手工放料，在将来设备改造过程中可增加机械手的设计，从而促使自动装料得以实现。并且，其控制可采用触摸屏，从而促使设备的自动化水平得到有效提高。

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