超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機設(shè)計

趙夢龍 王平會 甘俊武 周生強

摘 ?要：文章基于PLC開發(fā)設(shè)計超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機，以液位高度和水中的濁度作為監(jiān)測指標(biāo)，根據(jù)不同物品所需不同清洗及消毒方式不同，開發(fā)相關(guān)控制程序，可快速高效地清洗餐具、水產(chǎn)品、水果及蔬菜表面的殘留物，大大提高表面潔凈度且便于實現(xiàn)自動化控制。

關(guān)鍵詞：超聲波;紫外線;臭氧;清洗機設(shè)計

中圖分類號：TS255.35 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）28-0025-03

Abstract： In this paper， an intelligent ultrasonic-ultraviolet-ozone cleaning machine is developed and designed based on PLC. The height of liquid level and turbidity in water are taken as monitoring indexes. According to the different cleaning and disinfection methods required by different articles， relevant control programs are developed， which can quickly and efficiently clean the surface residues of tableware， aquatic products， fruits and vegetables， greatly improve the surface cleanliness and facilitate automatic control.

Keywords： ultrasonic; ultraviolet rays; ozone; cleaning machine design

前言

傳統(tǒng)的果蔬清洗機一般采用噴霧式、刷子式、滾筒式清洗方式清洗物品，其中噴霧清洗方法耗水量大，清洗復(fù)雜的材料時有盲區(qū)，去污效果不佳;刷子式清潔方法僅適用于潔凈根、莖部分，對多葉蔬菜的清洗不利，對于水產(chǎn)品及餐具的清洗，不能殺菌消毒和降解農(nóng)藥殘留。“超聲波”技術(shù)作為一種先進(jìn)、高效的清洗技術(shù)，具有可快速高效地清洗制件表面的殘留物，提高表面潔凈度，對外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有狹小縫隙、孔洞的制件可輕松實現(xiàn)清洗，且便于實現(xiàn)清洗自動化控制。國外已經(jīng)批量生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)及日常生活中，為保證消毒充分，本文集成超聲波、紫外線、臭氧等清洗及消毒技術(shù)，基于PLC設(shè)計開發(fā)超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機，依據(jù)不同物件清洗消毒的所需清洗和清毒策略，自動化進(jìn)行清洗消毒，從而達(dá)到有效清除污垢，可靠殺菌和降解農(nóng)藥殘留的目的。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機的工作原理系統(tǒng)圖如圖1所示，超聲波-紫外線-臭氧清洗機主要由超聲波發(fā)生器、紫外線燈、臭氧發(fā)生器、超聲波換能器、加熱器、進(jìn)出水電磁閥、清洗槽、防水隔板、濁度傳感器、液位傳感器、控制電路部分組成。

2 硬件設(shè)計

超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機硬件組成主要包括： PLC可編程控制器、設(shè)置在保溫水箱內(nèi)的液位傳感器、溫度傳感器、超聲波發(fā)生器、超聲波換能器、紫外線燈、臭氧發(fā)生器、加熱器、濁度傳感器、控制面板，PLC可編程控制器與上述各工作元件通過導(dǎo)線連接。分析系統(tǒng)所需I/O點數(shù)、可編程控制器的可存儲量、響應(yīng)速度，及特殊功能擴展等要求，本系統(tǒng)選用西門子S7-200型，輸入點數(shù)為13個，輸出點數(shù)為8個，工作電壓為220V， 頻率在50Hz至60Hz，輸出類型為繼電器輸出模式，結(jié)構(gòu)緊湊，功能模塊配制靈活，可靠性高，在溫室環(huán)境控制中應(yīng)用非常廣泛。具體的I/O點分布如表1所示。

振動板的振動強度取決于換能器在振動板上的分布，從而決定了振動板的清潔度。根據(jù)研究表明， 當(dāng)傳感器布置在振動平面上呈三角形時，與矩形排列和方形排列相比，板聲源的振幅較大，振動相對均勻，裝置采用正三角形排列布置，如圖2所示。

3 軟件設(shè)計

為實現(xiàn)不同物件不同清洗清毒模式的工作，其清洗消毒控制策略為：根據(jù)餐具及水產(chǎn)品等物品的特性，設(shè)計開發(fā)不同的控制程序：清洗消毒均可采用手動及自動控制，其中廚房常見餐具清洗為模式1，小龍蝦及螃蟹等水產(chǎn)品為模式2，蔬菜水果為模式3，模式1為超聲波先清洗，瀝水干凈后再進(jìn)行紫外線消毒;模式2為超聲波先清洗;模式3為超聲波先清洗+臭氧消毒同時進(jìn)行。為提高清洗效果，對餐具的清洗中采用加熱器對水加溫，溫度為40℃，自動模式下以液位傳感器進(jìn)行通過PLC控制進(jìn)水和排水電磁閥進(jìn)行控制，清洗時間自動控制，當(dāng)?shù)诙吻逑粗杏蓾岫葌鞲衅鞑杉畔⑦_(dá)到控制要求時，清洗過程停止。

針對上述不同模式控制策略用的梯形圖語言進(jìn)行編寫，流程圖如圖3。

4 結(jié)論

本文主要基于PLC開發(fā)設(shè)計了超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機，以水中濁度為清洗質(zhì)量監(jiān)測對象，通過控制超聲波工作頻率、工作時長，紫外線、臭氧工作時長，根據(jù)不同物品對清洗及消毒的特殊需求，設(shè)計開發(fā)PLC控制程序，該裝置提供超聲波、紫外線、臭氧等組合的多種模式進(jìn)行智能清洗，有效實現(xiàn)物品的清洗及消毒，可為蔬菜、水果、水產(chǎn)品及其他小物件降解農(nóng)藥殘留物及污漬清洗機的設(shè)計提供一種參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳詠，金建，付秀麗，等.超聲波、紫外線、超聲波協(xié)同紫外線對鮮切香菇多酚氧化酶與過氧化物酶的鈍化及其機理研究[J/OL].食品工業(yè)科技：1-15[2020-06-11].

[2]薛會民，呂雪，梁輝，等.基于超聲波皮革清潔原理的多功能清鞋器設(shè)計[J].科技經(jīng)濟(jì)市場，2017（07）：2-3.

[3]趙軍嫄，李子富，周瑱，等.超聲波/紫外線一體化反應(yīng)器用于污水消毒的中試研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（11）：6185-6189.

[4]喬旭東.臭氧-紫外光-超聲波協(xié)同作用氧化降解苯酚廢水的研究[D].天津理工大學(xué)，2016.

[5]吳木生，李愛梅，姜新慧，等.超聲波紫外線協(xié)同殺菌技術(shù)在飲用天然水除菌中的應(yīng)用研究[J].食品工業(yè)科技，2015，36（15）：126-129.

[6]楊軍，王柱峰.機械攪拌、超聲波、臭氧、紫外線在清洗中的互補性[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（03）：18-19.