浅谈清洗机自动控制系统的硬件设计

2014-09-15

天津职业院校联合学报 2014年12期

(天津市北辰区中等职业技术学校，天津 300400)

引言

电器传统的控制主要为继电接触式，这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械设备广为采用的基本电气控制形式。但是这种控制系统由于采用固定接线方式，灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差的缺点，从而被一种新型的产品可编程控制器(PLC)所代替。PLC能进行模拟量控制，具有数据运算、数据处理和通信联网等多种功能。它的另一个突出优点是可靠性很高，平均无故障运行时间可达10万小时以上，可大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失。目前，世界上发达国家如日本、美国和西欧等国生产和使用PLC的数量日益增多，PLC作为工业控制器广泛地应用于冶金生产、汽车制造、石油化工、轻工食品、能源、交通等几乎所有的工业领域。PLC的控制方法也从简单的单机开关量逻辑控制向过程控制、数字控制和多机网络控制发展。如今PLC已成为电气自动控制系统中应用最广的核心装置。

一、工程介绍

1.工程简介

本系统是为清洗橡胶管而设计的一套自动化控制系统，该清洗系统分为净洗和漂洗两个部分，它的功能是把橡胶管经过热水和化学清洗剂的清洗后，再经温水漂洗其表层、内壁的污垢、灰尘等杂质。

2.工艺流程

把待洗的橡胶管装进塑料筐，然后把塑料筐装入清洗框并关紧框门和清洗槽门。这样如果温度、水位和机械都在原位时，自动运行指示灯闪烁并提示可进行自动净洗和漂洗，清洗时净洗框以恒转速翻转，同时在竖直方向上进行上下移动并开始计数和计时。当净洗结束时，净洗框停在最上端并继续翻转两圈后停在初始位置，为下一次运行做准备，同时对计数器和计时器自动清零。当净洗框移动到最下端时，使整个净洗框完全浸没在液体中；当净洗框移动到最上端即初始位置时，则完全离开液面。这样刚好完成一次净洗过程。漂洗过程与净洗过程类似，只是温度和液料浓度的控制要求不同。橡胶管经过净洗和漂洗才完成一次清洗过程。清洗过程的工艺流程图如图1-1所示。

图1-1工艺流程图

二、工程设计

1.系统控制要求

根据清洗系统的工艺流程，本系统改变以往各级分散控制的模式，采用目前技术较成熟、可靠性高的可编程控制器(PLC)结合温度控制仪表、计数器、计时器、接近开关等，有效地控制了蒸气阀、电磁阀电机等，从而实现了对清洗系统的自动控制。

2.电气控制流程

根据控制要求以可编程控制器(PLC)为核心，以温度控制仪表输出、计数器输出、计时器输出、接近开关等作为输入量通过继电器从而实现对蒸汽阀、电磁阀、电动机等的控制。控制流程图如图2-1所示：

图2-1 控制流程图

3.设计方案

本设计中采用日本三菱FX2N-80MR型为系统的控制核心，三菱FX2N系列PLC的输入输出都采用光电耦合电路，可有效地防止生产现场各种强电干扰信号进入PLC，因此其工作的稳定性和可靠性较高，又由于PLC是以串行方式工作的，采用循环扫描工作方式(如图2-2所示)。这种工作方式可以在PLC工作时避免继电控制触点竞争和时序分配问题。温度控制仪表选用RKC-402H型温控表，它通过传感器、电磁阀形成单闭环反馈控制系统有效地控制净洗槽液体的温度，并实现相应的高、低温报警，漂洗槽的温度TSI传感器、继电器实现控制。净洗框的上下移动由蒸气阀通过气缸来控制，并通过磁敏式接近开关来限位并作为计数脉冲，净洗框的翻转由电动机经过变速箱通过链传动实现控制，净洗槽的水位由磁性浮球、继电器、电磁阀来控制。净洗框门、槽门、气缸上位通过逻辑与，从而起到安全保护作用，该清洗系统通过手动调整原位后自动运行。为了让操作者方便在控制面板还有相应的状态指示灯、声、光等报警信号，该系统有漏电保护、过载保护、短路保护、急停等应急保护系统。

图2-2 PLC工作过程框图

4.清洗机的工作过程

通电并闭合总电源开关，电源指示灯指示，按操作准备按钮，操作准备灯接通显示同时系统进入系统测试状态，检查净洗槽和漂洗槽的水位、温度是否达到设定值，否则发出声、光报警并打开电磁阀给水、给蒸汽。如果达到设定值，应继续检查清洗框和漂洗框是否在原位，如果在原位说明操作准备完毕，否则将“手动/自动”开关置于手动位置，使用“上升”开关调节气缸使其上升到顶端，再使用“翻转”、“正转”或“反转”开关调节净洗和漂洗的框使之置于水平原位。这时，净洗和漂洗的操作准备灯闪烁，表示相应的准备工作已经就绪，可以进行清洗操作。此时把待洗的装橡胶的塑料筐装进清洗框并关紧框门、槽门，再按清洗按钮，清洗开始，清洗框先向下移动并开始翻转，同时计数器、计时器开始计数、计时并显示。气缸从顶端到底端再回到顶端计数一次，当满计数时计数器输出时，清洗框停止上下移动，同时PLC输出给计数器一个复位信号，但清洗框继续翻转两圈然后停止在原位，计时器复位为下一次做准备。若程序有故障在计时器复位后15分钟自动停止清洗并发出“清洗时间过”的报警指示。

三、结论

通过此次设计，我发现了很多问题。对知识的认知有待于进一步提高，包括对现代化器件、现场机械设备的运用等，使我对整套机器的实际操作有了充分的了解。同时也发现了一些元器件存在的缺陷，比如电磁阀的密封程度，热电偶测量温度的准确性等。我还认识到，光让学生学习书本上的知识是远远不够的，应该走理论与实际相结合的道路。现代化的许多机器设备都是机电结合的成果。在做诸如此类的工程时，应有效地做好现场记录工作，以便于自己在最短的时间内排查出机器存在的故障。同时在选择器件方面也要引起高度的重视，尽量选择品牌效益好并且耐用的器件，以保证机器的正常运行。总之，清洗机的自动控制系统是一个很好的机电结合的实例，它所涉及的学习内容有：电工基础、硬件电路的CAD设计、PLC的软件编程、现场机械的布线以及整台设备的工艺设计。我和学生在本次设计中学到很多知识，受益匪浅。