1. 研究目的与意义
在工业生产的各个领域，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的方式，对不同类型的零件分别组成的自动生产线。随着产品机型的更新换代，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，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制器系统是采用固定接线，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，这种有触点的电器工作频率较低，在频繁动作情况下，寿命较短，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 的诞生带来了全新的控制理念,崭新的控制系统结构以及继电----接触器控制系统远远不可及的强大功能。超声波是一种超过人类听力频率范围的声波，具有频率高、方向性准、穿透能力强等特点，广泛应用于清洗、距离测量、医学等领域。超声清洗始于2O世纪5O年代初，开始主要用于电子、光学和医药等领域，作为一项实用性很强的技术，其应用场所广泛，涉及到大的机械零部件，小半导体器件的清洗等，常常称作“无刷清洗”。超声波清洗的主要特点是速度快、效果好、容易实现工业控制等针对复杂工件表面，如空穴、凹凸处，普通清洗方法很难实现，而采用超声波就可以获得很好的效果。随着声化学的出现与应用，再配合使用适当的溶液，调节清洗液酸碱度等，清洗效果更好。传统的超声波清洗系统大多采用继电器控制或者单片机控制。近些年来，科技的进步有目共睹，尤其是在电子、通讯等基础产业，随着关键技术的突破，电子行业的成本显著的下降，高速稳定的IC芯片被大量推广。所以现在可以选择一种较为稳妥和全面的控制方案，使超声波清洗系统发挥最优越、最稳定的性能。在对超声波清洗进行控制中，常被使用到的控制方式有3种，分别是继电控制、单片机控制和PLC控制。采用继电控制电路实现的控制系统，结构清晰明了、易于工作人员操作维修，而且价格低廉，功能稳定，这也是其经久不衰的重要原因。但是继电控制电路占用空间大，通常需要单独安装在控制柜内，并且继电器动作时会产生噪音、配线繁琐不能批量生产、对复杂控制逻辑实现较为麻烦，而且可移植性极差，不能对数据进行处理等。单片机有着独立的CPU中央处理单元，能过自行完成数据的运算、逻辑的处理等。并且还结合了接口技术，能够通过外部信号接口读取外部数据，对外部负载进行驱动，同时单片机控制系统可以结合外部的IC芯片、电路搭建等，实现相对复杂的控制要求，这些是继电器回路不能相匹敌的。但是单片机也有一定缺点，如开发困难，采用较为低级的编程语言形式，普通的技术人员无法对软件代码进行设计。在电磁兼容性上和抗干扰上，单片机的性能也较为一般，不能在环境恶劣的场合稳定运行，一般单片机控制系统只适合家用或者民用。可编程控制器就是为响应工业控制的各种苛刻需求而开发出来的，它采用微处理器为核心，结合了隔离型的输入输出接口。在扩展、稳定性等多方面都由于单片机控制和继电器控制系统。现在在工业控制中已经得到了广泛的应用。综合以上的原因，本课题最终决定选用PLC作为超声波清洗器的控制单元。目的是为了精确控制超声波发生器的工作状态，在更短的时间内达到更好的清洗效果，这样不仅减少了能源的浪费，缩短了清洗周期，提升了工厂的生产效率，且相对于传统继电器控制和单片机控制，能够更加可靠稳定的运行，减少故障率和检修时间，综合考虑节约了生产成本，为企业带来了更高的经济效益。在此次的设计中，我准备通过对PLC编程，使其控制换能器的动作使其产生高频振荡，再通过清洗剂溶剂作为声波载体，使得超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射。溶剂在流动时将会产生数以万计的直径大约为50-500μm 的微小气泡，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,破坏需要清洗的不溶性污物而使他们分散于清洗液中。当固体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子也随之脱离,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。在清洗过程中通过各种传感器的检测，将超声波清洗器的工作状态及时的通过输入模块传送给PLC，PLC再按照设定的程序处理信息，通过输出模块对外部电路进行准确的控制，从而达到精确清洗的目的。
2. 研究内容与预期目标
本课题拟对超声波清洗剂控制系统进行设计。以实现将机械零件等通过超声波高频震动而到达的去油污、清洁的目的。该设计最终实现的目标是设计出控制系统的软件系统和硬件系统，并且完成调试工作。具体的工作有：
（1）分析超声波清洗系统的工作特点及要求；
（2）完成控制系统的硬件设计工作和硬件原理图的绘制；
3. 研究方法与步骤
在此次设计的超声波清洗机控制系统中，主要依据文献研学习法、理论研究法、实践结合法对控制系统展开研究。具体研究步骤如下：
（1）文献的研究：通过检索网络资料，查看相关文献，对超声波清洗机的课题意义、发展状况的进行研究，奠定系统设计的基础，并且对相关设计文献进行学习。
（2）理论的研究：对PLC控制系统的理论知识进行学习，掌握PLC的工作特点，对PLC软件进行预安装，将文献知识与理论相结合。开始对超声波清洗机的梯形软件进行设计。完成控制系统的PLC接线图设计。同时对控制系统的研究进行理论上的论述，编写基于PLC的超声波清洗机控制系统的论文。
4. 参考文献
[1]王猛,杨欢.PLC编程与应用技术(第2版).北京:北京理工大学出版社,2017.
[2]张克涵,梁庆卫.PLC原理与工程应用技术.北京:国防工业出版社,2016.
[3]王华忠.工业控制系统及应用:PLC与组态软件.北京:机械工业出版社,2016.
5. 工作计划
（1）2022-2-26～2022-3-16（3周） 查阅相关背景及技术资料，制订具体计划，撰写开题报告。（2）2022-3-19～2022-4-06（3周） 提出实现方案，熟悉PLC硬件资源及编程技巧，熟悉变频器使用方法。（3）2022-4-09～2022-4-27（3周） 设计电路原理图，提出程序框图，编制控制程序。（4）2022-4-30～2022-5-25（4周） 系统调试及改进，修正程序错误。（5）2022-5-28～2022-6-08（2周） 整理毕业设计文档，修改毕业设计论文。（6）2022-6-08～2022-6-15（1周） 提交毕业论文，准备答辩。
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