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(nèi)商用洗碗機(jī)市場得到快速發(fā)展。鑒于此，介紹了現(xiàn)階段商用洗碗機(jī)產(chǎn)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(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計，包括系統(tǒng)硬件設(shè)計、I/O端口分配表、PLC外部硬件接線圖、PLC程序設(shè)計及觸摸屏畫面設(shè)計，并詳細(xì)分析了工藝過程及控制要求。通過系統(tǒng)聯(lián)機(jī)仿真及調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)了智能商用洗碗機(jī)的PLC控制與MCGS監(jiān)控。該控制系統(tǒng)的實(shí)用價值較大，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：PLC;MCGS;商用洗碗機(jī)

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(guān)監(jiān)管部門的管理愈加嚴(yán)格等多重因素的影響，國內(nèi)商用洗碗機(jī)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(jī)行業(yè)智能化探索的突破口。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前對智能商用洗碗機(jī)的研究成果較少，產(chǎn)品不多，部分采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，存在以下問題：（1）洗碗機(jī)拓展性不夠，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定可靠，難以適應(yīng)商業(yè)環(huán)境，跟不上發(fā)展需求;（2）洗碗機(jī)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(jī)功能設(shè)計不夠完善，洗滌效果不明顯。

為此，本文對智能商用洗碗機(jī)的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)研究與設(shè)計，結(jié)合組態(tài)控制技術(shù)與PLC應(yīng)用技術(shù)，利用餐具殘渣處理技術(shù)、超聲波霧化去油技術(shù)、遠(yuǎn)紅外線烘干技術(shù)、臭氧殺毒技術(shù)，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(shí)際工程問題[1]。因PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便、改造容易等特點(diǎn)，而MCGS組態(tài)軟件可對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，所以將這兩者結(jié)合有利于實(shí)現(xiàn)自動化。

1? ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計

商用洗碗機(jī)主要由自動除渣機(jī)、餐具分揀機(jī)、初洗噴淋機(jī)、主洗超聲波浸泡池、沖洗噴淋機(jī)、烘干機(jī)、消毒機(jī)、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(jī)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(jī)底部沖入強(qiáng)力空氣并產(chǎn)生有壓氣泡，對倒入水池內(nèi)的較輕垃圾進(jìn)行沖散懸浮（如飯粒、紙巾、包裝膜），由水泵產(chǎn)生的循環(huán)沖水對水池上面部分進(jìn)行沖浪排渣;對由沖浪機(jī)沖來的垃圾進(jìn)行自動排送，無需人工。沖渣噴淋機(jī)對餐具進(jìn)行一次噴淋沖渣處理，提高除渣效果。

初洗噴淋機(jī)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(jī)通過純凈水對餐具進(jìn)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(jìn)行噴淋沖洗，水壓可調(diào)，360°精洗餐具每個表面，以達(dá)到潔凈的清洗效果。同時，使用變頻加熱的自動熱水機(jī)，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(gòu)成，做到360°無死角油污分離。噴淋機(jī)、浸泡池底部都安裝有過濾器，對進(jìn)水和出水進(jìn)行過濾，讓水質(zhì)達(dá)到能循環(huán)利用的程度，以節(jié)約水資源。

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

2? ? 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1? ? 工作原理

本文所設(shè)計的智能商用洗碗機(jī)通過MCGS觸摸屏發(fā)出指令，通過PLC控制諸對象運(yùn)行，同時反過來對PLC進(jìn)行監(jiān)控，這樣可以更加便捷、直觀地看到洗碗機(jī)進(jìn)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(yùn)行，由程序來控制各開關(guān)的觸點(diǎn)按照要求依次閉合或斷開，進(jìn)而驅(qū)動接觸器和電磁閥的得失電，從而控制洗碗機(jī)按工藝過程有序運(yùn)行[2]。

2.2? ? 工藝過程及控制要求

智能商用洗碗機(jī)的工藝過程包括沖渣噴淋→餐具分揀→噴淋預(yù)洗→超聲波主洗→噴淋沖洗→遠(yuǎn)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(shè)有自動和手動模式，手動模式一般用于安裝調(diào)試，在此模式下，洗碗機(jī)按照按下的單獨(dú)按鈕開關(guān)完成相應(yīng)的動作;選擇自動模式，按下“一鍵啟動”按鈕，洗碗機(jī)便能夠按照程序自動依次運(yùn)行，直至洗碗結(jié)束。

（2）設(shè)有水溫選擇開關(guān)，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(shè)有水位選擇開關(guān)，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(shè)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(dá)設(shè)定值后，便自動停止加熱和進(jìn)水過程[2]。

（5）設(shè)有TS濁度傳感器，實(shí)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(hù)設(shè)備不被損壞，設(shè)有故障急停和報警裝置，如果在控制系統(tǒng)運(yùn)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(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。

2.3? ? I/O地址分配

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

2.4? ? 硬件接線圖設(shè)計

根據(jù)表1設(shè)計PLC外部硬件接線圖[3]，如圖1所示。

2.5? ? 控制程序設(shè)計

該智能商用洗碗機(jī)控制程序由自動控制程序和手動控制程序兩部分構(gòu)成，本文以自動控制過程為例進(jìn)行說明。自動控制程序主要分為以下步驟：首先進(jìn)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(yù)洗、超聲波主洗、噴淋沖洗;最后遠(yuǎn)紅外線烘干、臭氧消毒。在工作過程中，初洗機(jī)和清洗機(jī)底部設(shè)有過濾器，TS傳感器實(shí)時檢測浸泡池、過濾器中水的污濁程度，如果水質(zhì)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(shè)計必須按照洗碗機(jī)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(jìn)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(yùn)行指示燈（HL2）為綠燈亮。進(jìn)入是否自動模式選擇，如果模式選擇開關(guān)（SA1）旋轉(zhuǎn)至手動控制，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，手動指示燈（HL4）為白燈亮，此時為安裝調(diào)試狀態(tài);如果旋轉(zhuǎn)至自動控制，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，自動指示燈（HL3）為綠燈亮，進(jìn)入自動洗碗狀態(tài)，如圖2所示運(yùn)行，進(jìn)入選擇序列結(jié)構(gòu)。

（2）當(dāng)按下啟動按鈕（SB1），旋轉(zhuǎn)水位選擇開關(guān)（SA3）選擇高、低液位接通Y6、Y16，狀態(tài)將會轉(zhuǎn)移到S22，進(jìn)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(guān)SQ1、SQ2進(jìn)行水位檢測，如果到達(dá)所選的位置，則系統(tǒng)將自動進(jìn)行下一步，否則繼續(xù)注水。

（3）完成注水工作之后，旋轉(zhuǎn)水溫選擇開關(guān)（SA2）選擇常溫、50 ℃、70 ℃可接通Y17，狀態(tài)將會轉(zhuǎn)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(jìn)行實(shí)時溫度檢測，如果達(dá)到所選按鈕的溫度，則系統(tǒng)將自動進(jìn)行下一步，否則繼續(xù)加熱。

（4）當(dāng)加熱結(jié)束之后，系統(tǒng)接通Y0-Y2，狀態(tài)將會向S24轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移，電機(jī)接觸器（KM4）保持一直得電，驅(qū)動鏈排電機(jī)，餐具輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

（5）狀態(tài)將會向S26轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)接通Y4，驅(qū)動噴淋電磁閥（YV1），除渣機(jī)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(zhuǎn)移，系統(tǒng)接通Y15，分揀機(jī)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(zhuǎn)移，系統(tǒng)接通Y5，驅(qū)動噴淋電磁閥（YV2），初洗機(jī)對碗具進(jìn)行預(yù)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(zhuǎn)移，系統(tǒng)接通Y12，驅(qū)動超聲波發(fā)生器電磁閥（YV7），超聲波浸泡池對碗具進(jìn)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(jìn)行下一步，否則排出污水。

（9）主洗10 s后，狀態(tài)將會向S30轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)接通Y7，驅(qū)動噴淋電磁閥（YV4），清洗機(jī)對碗具進(jìn)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(zhuǎn)移，系統(tǒng)接通Y13、Y14，驅(qū)動電磁閥YV8、YV9，烘干機(jī)和消毒機(jī)對碗具進(jìn)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(jī)，否則返回狀態(tài)S24，反復(fù)循環(huán)工作進(jìn)程;最后潔凈無菌的餐具從洗碗機(jī)出口處自動滑出，由AGV小車搬運(yùn)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(dāng)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(dāng)按下啟動按鈕（SB1），輸入繼電器X2常開觸點(diǎn)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(diǎn)斷開，M0繼電器失電，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S0，返回初始狀態(tài)，否則動作狀態(tài)向S24轉(zhuǎn)移，反復(fù)循環(huán)工作，如圖3所示。

2.5.3? ? 復(fù)位及報警程序

當(dāng)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(diǎn)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(fù)位。當(dāng)按停止按鈕（SB2）時也會停止復(fù)位，如圖4所示。

2.5.4? ? 水的污濁程度檢測程序

當(dāng)輸入繼電器X21（檢測水污濁程度信號）常開觸點(diǎn)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(shè)計如圖6所示的觸摸屏畫面，完成對洗碗機(jī)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測，并對其進(jìn)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(jìn)行簡單操作。

4? ? 結(jié)語

該控制系統(tǒng)經(jīng)過聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試后，實(shí)現(xiàn)了智能商用洗碗機(jī)的PLC控制與MCGS監(jiān)控，表現(xiàn)出了測試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、控制方便、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。該控制系統(tǒng)不僅能有效降低企業(yè)運(yùn)營成本，更能保障消費(fèi)者用餐的衛(wèi)生安全，因此實(shí)用價值較大，具有良好的應(yīng)用前景。

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