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1、0重庆航天职业技术学院。函天 OMHIIK ffilOSPUE raLYIEONIC VUBt重庆航天职业技术学院超声波清洗机及其PLC控制设计专 业机电一体化班 级学 号姓 名指导教师起止日期 2014.02.25-2014.04.25机电信息工程系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
2、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AbstractThis paper introduces the principle of ultrasonic cleaning and ultrasonic c
3、leaning line of PLC control systems to clean and 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
4、. Ultrasonic Cleaning of high efficiency and high 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 progr
5、am, gives the PLC control system hardware and software 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 lan
6、guage to programmable logic controller ladder programming, 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
7、 efficiencyKEY WORDS: Ultrasonic wave cleaning, principle, PLC programming摘要-1-Abstract - 2-前言-4-一、项目设计内容-6-（一）超声波清洗原理-6-（二）超声波清洗的特点-8-（三）超声波清洗适应的行业及范围 -10-（四）超声波技术发展的历史-10-二、总体方案的设计-12-（一）可编程控制器-12-（二）超声波清洗生产线 -15-（三）各设计方法介绍及选择 -17-三、超声波清洗生产线的系统设计-19-（一）程序控制要求-19-（二）硬件设计-19-（三）PLC程序的设计-21-（四）语句表-26
8、-（五）操作面板的设计-28-四、系统的检测与调试-29-（一）检测与调试-29-（二）清洗生产线的使用维护 -29-结论-31-谢舌辛-32-参考文献-33-刖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。
9、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
10、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
11、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。一、项目设计内容（一）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
12、作原理如图1-1所示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20Hz20K
13、Hz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。(
14、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
15、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/cm 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 cm/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物进行超精密清洗。(二) 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
