基于PLC的金屬工件毛刷清洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喻永康，奚敏赟

（1.江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，江蘇 無錫 214153；2.無錫市美極超聲設(shè)備有限公司，江蘇 無錫 214000）

0 引言

在制造業(yè)企業(yè)中，生產(chǎn)工藝完成后經(jīng)常需要對加工工件進(jìn)行清洗。常見的金屬工件清洗方式有高壓噴淋清洗和超聲波清洗，這兩種清洗方法主要用于金屬工件外表面的清洗。對于金屬工件內(nèi)表面，高壓噴淋清洗方法無法清洗干凈，超聲波清洗雖然具有較好的清洗效果但是成本較高，因此，一般小型加工企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的人工清洗方法。人工清洗雖然清洗效果好，但是清洗效率低，人力成本較高。為了更好地完成對工件內(nèi)表面的清洗，本文設(shè)計(jì)了毛刷清洗機(jī)。

1 毛刷清洗機(jī)主要技術(shù)要求

該毛刷清洗機(jī)采用機(jī)、電、液一體化設(shè)計(jì)，機(jī)械部分為毛刷清洗機(jī)的執(zhí)行部分，用來完成毛刷清洗工作；電氣部分用來控制各執(zhí)行裝置的動(dòng)作。該設(shè)備主要由毛刷清洗系統(tǒng)、加熱循環(huán)過濾系統(tǒng)、上下升降擺動(dòng)系統(tǒng)等組成。各系統(tǒng)主要技術(shù)要求如下：

（1）毛刷清洗系統(tǒng)：主要由動(dòng)力裝置和清洗裝置組成，其動(dòng)力裝置為三相交流電動(dòng)機(jī)，要求一次性清洗零件50個(gè)，毛刷清洗系統(tǒng)傳動(dòng)電機(jī)功率為1 500W，轉(zhuǎn)速為56r／min。

（2）加熱循環(huán)過濾系統(tǒng)：該系統(tǒng)儲液箱用來盛裝清洗液，自動(dòng)加熱裝置對清洗液進(jìn)行加熱；儲液箱溫度控制在室溫至60℃之間，加熱電阻功率為5kW；循環(huán)泵功率為750W，流量為3m3／h，水泵揚(yáng)程為20m。

（3）上下升降擺動(dòng)系統(tǒng)：該系統(tǒng)在清洗時(shí)使清洗籃上下擺動(dòng)增加清洗效果；上下升降行程為50mm，上下擺動(dòng)幅度為0mm～50mm可調(diào)，上下擺動(dòng)次數(shù)為5次／min～30次／min可調(diào)。

2 毛刷清洗機(jī)電路設(shè)計(jì)

毛刷清洗機(jī)的清洗毛刷、加熱循環(huán)過濾系統(tǒng)和上下升降擺動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置為三相交流異步電動(dòng)機(jī)。清洗液的加熱由電阻絲完成，儲液箱油液循環(huán)由循環(huán)泵帶動(dòng)。根據(jù)毛刷清洗機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求，設(shè)計(jì)如圖1所示的主電路和如圖2所示的控制電路。

圖1 毛刷清洗機(jī)主電路圖

圖2 毛刷清洗機(jī)控制電路圖

2.1 毛刷清洗機(jī)主電路

如圖1所示，Q1為漏電斷路器，根據(jù)加熱電阻功率，儲液箱循環(huán)泵電機(jī)和清洗毛刷電機(jī)的功率選擇通斷電流為30A的斷路器。儲液箱加熱電阻的功率為5kW，儲液箱循環(huán)泵電機(jī)的功率為750W，清洗毛刷電機(jī)的功率為1.5kW。

2.2 毛刷清洗機(jī)控制電路

毛刷清洗機(jī)的主要執(zhí)行單元有儲液箱加熱器、循環(huán)泵、毛刷清洗電機(jī)、振動(dòng)氣缸、清洗槽開關(guān)。其中儲液箱加熱、循環(huán)泵和毛刷清洗電機(jī)由交流接觸器控制，振動(dòng)氣缸和清洗槽開關(guān)由電磁閥控制，設(shè)計(jì)如圖2所示控制電路，圖2中的交流接觸器線圈和電磁閥由PLC控制。

3 毛刷清洗機(jī)的PLC設(shè)計(jì)

PLC是控制系統(tǒng)的核心，毛刷清洗機(jī)的各種開關(guān)量都與PLC的輸入端相連，PLC輸出端主要與應(yīng)控制的電磁閥、接觸器和報(bào)警信號等相連。各種邏輯控制全部在PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

3.1 PLC選型

首先根據(jù)工藝流程確定控制方案，然后根據(jù)控制方案對PLC進(jìn)行工程設(shè)計(jì)選型。根據(jù)毛刷清洗的工藝要求和被控對象的個(gè)數(shù)，確定輸入輸出個(gè)數(shù)。PLC選用三菱FX2N－48MR可編程控制器，該型號的輸入輸出點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)多于本控制系統(tǒng)所需用的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，其目的是為后續(xù)工藝流程的改進(jìn)預(yù)留輸入輸出點(diǎn)。

3.2 I／O分配

根據(jù)清洗流程和被控對象的個(gè)數(shù)確定PLC的輸入輸出分配，輸入輸出分配見表1。

表1 PLC輸入輸出分配

3.3 PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)毛刷清洗機(jī)的流程和功能要求，運(yùn)用三菱GX－works軟件進(jìn)行程序編制。編程過程中需根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試?？刂瞥绦蚴敲⑶逑礄C(jī)能否正常工作的關(guān)鍵，程序設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到毛刷清洗機(jī)的使用性能和操作方便性。設(shè)計(jì)的PLC程序由初始化程序、手動(dòng)程序和自動(dòng)程序組成。初始化程序?qū)顟B(tài)寄存器和中間寄存器及計(jì)數(shù)器清零復(fù)位。手動(dòng)程序用于清洗前的準(zhǔn)備調(diào)整工作。自動(dòng)程序用于金屬工件整個(gè)清洗流程的自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)清洗流程如圖3所示。PLC程序可實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警，且具有故障自診斷界面以顯示故障原因。

圖3 自動(dòng)清洗程序流程簡圖

4 結(jié)束語

自動(dòng)毛刷清洗機(jī)自投入使用以來，運(yùn)行可靠，清洗效率高，能夠較好地完成金屬工件內(nèi)表面的清洗，滿足了生產(chǎn)工藝的要求。該設(shè)備采用PLC作為控制核心，大大提高了系統(tǒng)工作的可靠性，運(yùn)行更加穩(wěn)定，從而提高了清洗的自動(dòng)化水平，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。后續(xù)的技術(shù)改進(jìn)可以增加自動(dòng)裝夾和取工件機(jī)械手，以提高設(shè)備的自動(dòng)化水平。

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