基于三菱PLC與MCGS的智能商用洗碗機控制系統(tǒng)設計

陳政光

摘要：隨著生活水平的提高，人們對食品衛(wèi)生安全更加重視，因而國內商用洗碗機市場得到快速發(fā)展。鑒于此，介紹了現(xiàn)階段商用洗碗機產品在發(fā)展中存在的一些問題，提出了一種基于三菱PLC與MCGS的智能商用洗碗機控制系統(tǒng)設計，包括系統(tǒng)硬件設計、I/O端口分配表、PLC外部硬件接線圖、PLC程序設計及觸摸屏畫面設計，并詳細分析了工藝過程及控制要求。通過系統(tǒng)聯(lián)機仿真及調試，最終實現(xiàn)了智能商用洗碗機的PLC控制與MCGS監(jiān)控。該控制系統(tǒng)的實用價值較大，具有良好的應用前景。

關鍵詞：PLC;MCGS;商用洗碗機

0? ? 引言

近些年來，受到勞動力成本快速上升、人們對食品安全與食品衛(wèi)生的重要性形成共識、國家相關監(jiān)管部門的管理愈加嚴格等多重因素的影響，國內商用洗碗機市場得到了快速發(fā)展。智能化一直是廠商研究的課題之一，而控制系統(tǒng)則成為洗碗機行業(yè)智能化探索的突破口。調研發(fā)現(xiàn)，目前對智能商用洗碗機的研究成果較少，產品不多，部分采用單片機控制系統(tǒng)，存在以下問題：（1）洗碗機拓展性不夠，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定可靠，難以適應商業(yè)環(huán)境，跟不上發(fā)展需求;（2）洗碗機多數(shù)采用噴淋式或水流式洗滌，洗滌方式單一，清潔效果不佳，不夠節(jié)能;（3）洗碗機功能設計不夠完善，洗滌效果不明顯。

為此，本文對智能商用洗碗機的PLC控制系統(tǒng)進行相關研究與設計，結合組態(tài)控制技術與PLC應用技術，利用餐具殘渣處理技術、超聲波霧化去油技術、遠紅外線烘干技術、臭氧殺毒技術，選用三菱FX3U-64MR型PLC以及TPC7062KS型MCGS觸摸屏，以動畫顯示、報警處理、流程控制等多種方式解決實際工程問題[1]。因PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、維護方便、改造容易等特點，而MCGS組態(tài)軟件可對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集處理，所以將這兩者結合有利于實現(xiàn)自動化。

1? ? 系統(tǒng)硬件設計

商用洗碗機主要由自動除渣機、餐具分揀機、初洗噴淋機、主洗超聲波浸泡池、沖洗噴淋機、烘干機、消毒機、餐具回流輸送帶等組成，主要硬件部分及其功能說明如下：

自動除渣機可用于餐具清洗、蔬菜清洗，其原理是通過高壓氣泵對除渣機底部沖入強力空氣并產生有壓氣泡，對倒入水池內的較輕垃圾進行沖散懸浮（如飯粒、紙巾、包裝膜），由水泵產生的循環(huán)沖水對水池上面部分進行沖浪排渣;對由沖浪機沖來的垃圾進行自動排送，無需人工。沖渣噴淋機對餐具進行一次噴淋沖渣處理，提高除渣效果。

初洗噴淋機可通過高溫高壓噴淋沖洗去除餐具上的污漬，再由沖洗噴淋機通過純凈水對餐具進行二次漂洗，提高潔凈程度。其原理是利用高壓水泵從上下左右不同角度對餐具進行噴淋沖洗，水壓可調，360°精洗餐具每個表面，以達到潔凈的清洗效果。同時，使用變頻加熱的自動熱水機，出水快，短時間即沸。

主洗超聲波浸泡池，主要由超聲波浸泡池和超聲波發(fā)生器兩部分構成，做到360°無死角油污分離。噴淋機、浸泡池底部都安裝有過濾器，對進水和出水進行過濾，讓水質達到能循環(huán)利用的程度，以節(jié)約水資源。

烘干機采用遠紅外線恒溫雙烘干，采用雙層隔熱保溫及熱風循環(huán)系統(tǒng)對餐具進行高效率的烘干，以節(jié)約電能。

2? ? 控制系統(tǒng)設計

2.1? ? 工作原理

本文所設計的智能商用洗碗機通過MCGS觸摸屏發(fā)出指令，通過PLC控制諸對象運行，同時反過來對PLC進行監(jiān)控，這樣可以更加便捷、直觀地看到洗碗機進行至哪一個流程，將大大提高工作效率以及清潔度。

系統(tǒng)上電后，PLC將按編制好的程序開始運行，由程序來控制各開關的觸點按照要求依次閉合或斷開，進而驅動接觸器和電磁閥的得失電，從而控制洗碗機按工藝過程有序運行[2]。

2.2? ? 工藝過程及控制要求

智能商用洗碗機的工藝過程包括沖渣噴淋→餐具分揀→噴淋預洗→超聲波主洗→噴淋沖洗→遠紅外線烘干→臭氧消毒共7個環(huán)節(jié)，具體控制要求如下：

（1）設有自動和手動模式，手動模式一般用于安裝調試，在此模式下，洗碗機按照按下的單獨按鈕開關完成相應的動作;選擇自動模式，按下“一鍵啟動”按鈕，洗碗機便能夠按照程序自動依次運行，直至洗碗結束。

（2）設有水溫選擇開關，可以根據(jù)餐具干凈程度來自主選擇水溫，以提高洗滌效率。

（3）設有水位選擇開關，可以根據(jù)碗具數(shù)量多少來自主選擇水位，以節(jié)約電能。

（4）設有溫度傳感器和液位傳感器，分別監(jiān)控著水加熱的溫度和水位的高度，到達設定值后，便自動停止加熱和進水過程[2]。

（5）設有TS濁度傳感器，實時檢測水的潔凈程度，如果水足夠干凈，則繼續(xù)清洗，否則排出污水。

（6）為了能在突發(fā)情況下有效保護設備不被損壞，設有故障急停和報警裝置，如果在控制系統(tǒng)運行過程中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)了工作異常，都將觸發(fā)故障報警導致系統(tǒng)停機。

2.3? ? I/O地址分配

根據(jù)控制系統(tǒng)控制要求設計I/O端口分配表[3]，如表1所示。

2.4? ? 硬件接線圖設計

根據(jù)表1設計PLC外部硬件接線圖[3]，如圖1所示。

2.5? ? 控制程序設計

該智能商用洗碗機控制程序由自動控制程序和手動控制程序兩部分構成，本文以自動控制過程為例進行說明。自動控制程序主要分為以下步驟：首先進水到選定水位，加熱到選定溫度，水泵加壓，添加洗滌劑;然后沖渣噴淋、餐具分揀，再噴淋預洗、超聲波主洗、噴淋沖洗;最后遠紅外線烘干、臭氧消毒。在工作過程中，初洗機和清洗機底部設有過濾器，TS傳感器實時檢測浸泡池、過濾器中水的污濁程度，如果水質符合要求，則繼續(xù)清洗，否則排出污水。因此，控制系統(tǒng)程序設計必須按照洗碗機的控制要求編寫。

2.5.1? ? 自動控制程序

該控制程序采用SFC語言進行編寫，控制系統(tǒng)順序功能圖如圖2所示。

（1）PLC電源接通后，初始狀態(tài)S0動作，運行指示燈（HL2）為綠燈亮。進入是否自動模式選擇，如果模式選擇開關（SA1）旋轉至手動控制，狀態(tài)轉移到S21，手動指示燈（HL4）為白燈亮，此時為安裝調試狀態(tài);如果旋轉至自動控制，狀態(tài)轉移到S20，自動指示燈（HL3）為綠燈亮，進入自動洗碗狀態(tài)，如圖2所示運行，進入選擇序列結構。

（2）當按下啟動按鈕（SB1），旋轉水位選擇開關（SA3）選擇高、低液位接通Y6、Y16，狀態(tài)將會轉移到S22，進水電磁閥（YV3）打開，開始往浸泡池注水，洗滌劑添加器（YV11）開始添加洗滌劑，同時接通時間繼電器T10，添加2 s;注水期間，由液位檢測開關SQ1、SQ2進行水位檢測，如果到達所選的位置，則系統(tǒng)將自動進行下一步，否則繼續(xù)注水。

（3）完成注水工作之后，旋轉水溫選擇開關（SA2）選擇常溫、50 ℃、70 ℃可接通Y17，狀態(tài)將會轉移到S23，變頻加熱器開始對水加熱，加熱期間，由溫度傳感器進行實時溫度檢測，如果達到所選按鈕的溫度，則系統(tǒng)將自動進行下一步，否則繼續(xù)加熱。

（4）當加熱結束之后，系統(tǒng)接通Y0-Y2，狀態(tài)將會向S24轉移，水泵對水加壓，同時接通時間繼電器T11;4 s過后，系統(tǒng)接通Y3，狀態(tài)將會向S25轉移，電機接觸器（KM4）保持一直得電，驅動鏈排電機，餐具輸送帶運轉起來。

（5）狀態(tài)將會向S26轉移，系統(tǒng)接通Y4，驅動噴淋電磁閥（YV1），除渣機開始沖渣排浪，同時接通時間繼電器T12。

（6）沖渣5 s后，狀態(tài)將會向S27轉移，系統(tǒng)接通Y15，分揀機自動分揀，同時接通時間繼電器T13。

（7）分揀3 s后，狀態(tài)將會向S28轉移，系統(tǒng)接通Y5，驅動噴淋電磁閥（YV2），初洗機對碗具進行預洗，同時接通時間繼電器T14。

（8）初洗10 s后，狀態(tài)將會向S29轉移，系統(tǒng)接通Y12，驅動超聲波發(fā)生器電磁閥（YV7），超聲波浸泡池對碗具進行主洗，同時接通時間繼電器T15;主洗期間，由TS濁度傳感器檢查浸泡池水的潔凈程度，如果水足夠干凈，則進行下一步，否則排出污水。

（9）主洗10 s后，狀態(tài)將會向S30轉移，系統(tǒng)接通Y7，驅動噴淋電磁閥（YV4），清洗機對碗具進行沖洗，同時接通時間繼電器T16。

（10）沖洗5 s后，狀態(tài)將會向S31轉移，系統(tǒng)接通Y13、Y14，驅動電磁閥YV8、YV9，烘干機和消毒機對碗具進行烘干消毒，同時接通時間繼電器T17;烘干消毒3 s后，系統(tǒng)等待是否有停止信號，如果有，則自動返回初始狀態(tài)S0停機，否則返回狀態(tài)S24，反復循環(huán)工作進程;最后潔凈無菌的餐具從洗碗機出口處自動滑出，由AGV小車搬運至立體倉庫，省去半途人工參與，以免造成二次污染。

2.5.2? ? 初始化程序

當系統(tǒng)上電時，M8002繼電器向S0提供一個初始化脈沖，初始狀態(tài)S0動作;當按下啟動按鈕（SB1），輸入繼電器X2常開觸點接通，M0繼電器得到記憶停止信號，若按下停止按鈕（SB2），輸入繼電器X3常閉觸點斷開，M0繼電器失電，則狀態(tài)轉移到S0，返回初始狀態(tài)，否則動作狀態(tài)向S24轉移，反復循環(huán)工作，如圖3所示。

2.5.3? ? 復位及報警程序

當輸入繼電器X22（鏈排過載信號）或X23（水泵1過載信號）或X24（水泵2過載信號）或X25（水泵3過載信號）常開觸點接通，報警燈Y20閃爍亮，同時使得蜂鳴器Y24發(fā)出報警聲，3 s后自動停止。同時，S20至S31區(qū)間停止復位。當按停止按鈕（SB2）時也會停止復位，如圖4所示。

2.5.4? ? 水的污濁程度檢測程序

當輸入繼電器X21（檢測水污濁程度信號）常開觸點接通，排水電磁閥（YV6）動作，5 s后自動停止排水，如圖5所示。

3? ? 組態(tài)監(jiān)控

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，利用MCGS組態(tài)軟件設計如圖6所示的觸摸屏畫面，完成對洗碗機現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測，并對其進行數(shù)據(jù)的處理與控制。將數(shù)據(jù)下載到觸摸屏后，可按照上面的說明對觸摸屏進行簡單操作。

4? ? 結語

該控制系統(tǒng)經(jīng)過聯(lián)機仿真調試后，實現(xiàn)了智能商用洗碗機的PLC控制與MCGS監(jiān)控，表現(xiàn)出了測試準確、穩(wěn)定可靠、控制方便、人機界面友好等特點，能實現(xiàn)預期功能。該控制系統(tǒng)不僅能有效降低企業(yè)運營成本，更能保障消費者用餐的衛(wèi)生安全，因此實用價值較大，具有良好的應用前景。

[參考文獻]

[1] 王植.飲料灌裝生產線控制監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].機械與電子，2016，34（8）：48-50.

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[3] 李響初.圖解三菱PLC、變頻器與觸摸屏綜合應用[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2017.