計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制在數(shù)字超聲波清洗行業(yè)的運(yùn)用

摘 要：在目前所有的清洗方式中，超聲波清洗是效率最高，效果最好的一種，之所以超聲波清洗能夠達(dá)到如此的效果，是與它獨(dú)特的工作原理和清洗方法密切相關(guān)的。我們知道，在生產(chǎn)和生活當(dāng)中，需要保持清潔的東西很多，需要清洗的種類和環(huán)節(jié)也很多，常見的手工清洗方法無疑無法達(dá)到要求，即使是蒸汽清洗和高壓水射流清洗也無法滿足對(duì)清潔度較高的需求，因此這也是超聲波清洗被日益廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的原因。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制；超聲波；數(shù)字

中圖分類號(hào)：TP399

傳統(tǒng)超聲波設(shè)備沒有數(shù)字頻率自動(dòng)跟蹤功能，輸出低功率超聲波，在同等外部條件（清洗液，清洗流程）下，同等清洗工件，清洗時(shí)間長，效率低。總體能耗大，成本高。在清洗衣行業(yè)中采用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制數(shù)字超聲波技術(shù)就能克服這些缺點(diǎn)，超聲波設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，大大減少人工使用量，一條四缸清洗線，一個(gè)工人足夠了，如果采用傳統(tǒng)單缸超聲波，實(shí)現(xiàn)同樣清洗量，至少需要四個(gè)工人。在社會(huì)效益方面，節(jié)能和高效在為我們帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來了社會(huì)效益，減少了碳排放。

1 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制在數(shù)字超聲波清洗行業(yè)的意義

2011年12月21日，“中國工業(yè)清洗協(xié)會(huì)”（英文名稱：The Industry Cleaning Association of China，縮寫：ICAC）經(jīng)由中華人民共和國國務(wù)院和民政部批準(zhǔn)成立。協(xié)會(huì)組織制定了《工業(yè)清洗行業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2013～2020年）》，為工業(yè)清洗產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展指明了方向，為我國工業(yè)清洗行業(yè)未來發(fā)展勾勒出了的藍(lán)圖。綱要明確指出：到2020年前，行業(yè)要在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，電子脈沖技術(shù)、超聲波清洗技術(shù)等方面有所突破，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。順應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)政策指引，數(shù)字化全自動(dòng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制工業(yè)化超聲波清洗設(shè)備的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

隨著制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)清洗逐漸發(fā)展成為是一個(gè)很大的行業(yè)。涉及的領(lǐng)域幾乎遍及了工業(yè)生產(chǎn)的方方面面：石化工業(yè)、機(jī)械制造、電子電器、汽車制造、電鍍印刷、甚至核工業(yè)，航空航天工業(yè)等。根據(jù)國家信息產(chǎn)業(yè)部分析數(shù)據(jù)，中國工業(yè)清洗市場每年需求高達(dá)200億元。順應(yīng)市場要求，我們立項(xiàng)“大功率數(shù)字化全自動(dòng)遠(yuǎn)程控制工業(yè)化超聲波清洗設(shè)備”有現(xiàn)實(shí)市場需求意義。有鑒于此，需要對(duì)超聲波清洗的核心部件——“超聲波發(fā)生器”進(jìn)行了數(shù)字化控制的創(chuàng)新。

2 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制在國內(nèi)外數(shù)字超聲波行業(yè)現(xiàn)狀

目前，在中國，超聲波清洗機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已從20世紀(jì)90年代初的幾家發(fā)展到現(xiàn)在的200多家；清洗劑生產(chǎn)經(jīng)銷企業(yè)也有1000多家，從而形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)。另一方面，經(jīng)過三十多年的改革發(fā)展，國內(nèi)清洗設(shè)備雖有發(fā)展，當(dāng)仍依傳統(tǒng)自激式單缸清洗機(jī)為主，盡管單機(jī)購機(jī)成本低下，但效率低，耗能高，使用成本非常高。多缸聯(lián)動(dòng)式超聲清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)成為必然趨勢，在美國、日本、歐洲超聲波清洗市場上，多缸式超聲波清洗設(shè)備總量已呈明顯上升之勢，高達(dá)總量的50%，而多工位半自動(dòng)、全自動(dòng)多缸聯(lián)動(dòng)式超聲波清洗線體設(shè)備也已上升到總量的40%以上。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制是多缸聯(lián)動(dòng)式超聲清洗自動(dòng)化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)極大地便利了大數(shù)據(jù)綜合運(yùn)算，提高生產(chǎn)效率，提升清洗品質(zhì)。計(jì)算機(jī)通訊的便捷化，網(wǎng)絡(luò)化，為設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控，設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)試，設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)提供了可能。在勞動(dòng)力日益緊缺和生產(chǎn)質(zhì)量要求更高的背景下，計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)化生產(chǎn)是提升制造業(yè)競爭力的必由之路。

3 市場預(yù)測和發(fā)展趨勢

中國工業(yè)清洗市場每年需求高達(dá)200億元，隨著精密機(jī)械加工和半導(dǎo)體電子工業(yè)，多晶硅太陽能產(chǎn)業(yè)的持續(xù)增長，預(yù)計(jì)超聲波清洗市場會(huì)以每年15%的幅度正增長。市場需求的增長，必然刺激著超聲波行業(yè)的發(fā)展。在制造業(yè)整體面向節(jié)能，高效，自動(dòng)化轉(zhuǎn)型的大背景下，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，超聲波設(shè)備制造業(yè)將呈現(xiàn)以下五個(gè)發(fā)展趨勢。（1）借鑒國際上最先進(jìn)的航空導(dǎo)向，通信定位，雷達(dá)跟蹤技術(shù)，模糊鎖頻控制的原理進(jìn)行超聲波發(fā)生源基礎(chǔ)線路設(shè)計(jì)；（2）采用閉環(huán)負(fù)反饋（Minus Feedback）的進(jìn)行超聲波諧振數(shù)字頻率點(diǎn)鎖定設(shè)計(jì)；（3）采用高精度鎖相環(huán)（Phase Lock Loop）技術(shù)進(jìn)行超聲波諧振相位設(shè)計(jì)；（4）采用高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD Convert）技術(shù)進(jìn)行恒定功率輸出設(shè)計(jì)；（5）計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)字頻率數(shù)據(jù)采集，數(shù)字頻率數(shù)據(jù)運(yùn)算，綜合控制。

4 研究開發(fā)內(nèi)容、方法、技術(shù)路線

4.1 開發(fā)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵。發(fā)生器功率大型化，功率設(shè)計(jì)為6KW和10KW兩種，遠(yuǎn)超目前市場上的2KW發(fā)生器，適合大工業(yè)化生產(chǎn)需要，如汽車大購機(jī)電鍍前的清洗；適合生產(chǎn)量大要求高效快速清洗。實(shí)現(xiàn)發(fā)生器功率大型化的技術(shù)關(guān)鍵在于使用大功率驅(qū)動(dòng)模塊，在驅(qū)動(dòng)線路上設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間可以調(diào)節(jié)，在保護(hù)線路上設(shè)計(jì)回路短路自動(dòng)保護(hù)，自動(dòng)恢復(fù)。

4.2 發(fā)生器頻率自動(dòng)跟蹤。自動(dòng)掃描系統(tǒng)頻率，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)頻率，讓系統(tǒng)時(shí)時(shí)工作在最佳諧振點(diǎn)，達(dá)到最好的清洗效果。一方面可以提高效率，一方面可以減少無用的能耗，節(jié)約能源。效率就是收益，節(jié)能就是受益。

4.3 清洗設(shè)備遠(yuǎn)程控制。通過機(jī)械手完成自動(dòng)上料，自動(dòng)轉(zhuǎn)移工序；發(fā)生器自動(dòng)開啟關(guān)停清洗，自動(dòng)計(jì)時(shí)定時(shí)工作。減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到提高生產(chǎn)品質(zhì)等目的。由于超聲波發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化功率，通過總線連接，可以遠(yuǎn)程設(shè)定超聲波發(fā)生器參數(shù)和控制超聲波設(shè)備控制板。完全可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測，為工廠的無人化清洗生產(chǎn)提供了可行性。通過互聯(lián)網(wǎng)，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)清洗設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，遠(yuǎn)程軟件維護(hù)與更新，實(shí)現(xiàn)客戶對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化需求，更快地響應(yīng)客戶要求，服務(wù)客戶。

5 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制在數(shù)字超聲波行業(yè)的技術(shù)線路

（1）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，使用了PLC控制；（2）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，使用RS-485總線協(xié)議；（3）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，使用以太網(wǎng)LAN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；（4）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率跟蹤，使用了數(shù)字頻率合成方法；（5）實(shí)現(xiàn)大功率超聲波輸出，使用IGBT模塊；（6）方便實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，使用信號(hào)自動(dòng)檢測和反饋；（7）方便實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行，設(shè)計(jì)LCD人機(jī)界面。

6 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制在數(shù)字超聲波清洗上的設(shè)計(jì)框圖

圖1

綜上所述，超聲波清洗技術(shù)的機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)研究有了較大發(fā)展：在超聲波清洗的理論研究方面更加完善和深入；在應(yīng)用方面，超聲波清洗特有的清洗優(yōu)勢也促進(jìn)了超聲波清洗在更廣泛的領(lǐng)域中得到應(yīng)用并在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了越來越重要作用。超聲波清洗在正朝著復(fù)合、環(huán)保、高效和自動(dòng)化的方向發(fā)展，超聲波清洗已成為工業(yè)制造過程中不可缺少的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：蔣麗君（1971.05-），女，湖南衡南人，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用。

作者單位：衡陽技師學(xué)院，湖南衡陽 421007