超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機設計

趙夢龍 王平會 甘俊武 周生強

摘 ?要：文章基于PLC開發設計超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機，以液位高度和水中的濁度作為監測指標，根據不同物品所需不同清洗及消毒方式不同，開發相關控制程序，可快速高效地清洗餐具、水產品、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自動化控制。

關鍵詞：超聲波;紫外線;臭氧;清洗機設計

中圖分類號：TS255.35 文獻標志碼：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，清洗復雜的材料時有盲區，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，對于水產品及餐具的清洗，不能殺菌消毒和降解農藥殘留。“超聲波”技術作為一種先進、高效的清洗技術，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，對外形結構復雜、具有狹小縫隙、孔洞的制件可輕松實現清洗，且便于實現清洗自動化控制。國外已經批量生產并廣泛應用于農業、工業及日常生活中，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，基于PLC設計開發超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機，依據不同物件清洗消毒的所需清洗和清毒策略，自動化進行清洗消毒，從而達到有效清除污垢，可靠殺菌和降解農藥殘留的目的。

1 系統的總體設計

超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機的工作原理系統圖如圖1所示，超聲波-紫外線-臭氧清洗機主要由超聲波發生器、紫外線燈、臭氧發生器、超聲波換能器、加熱器、進出水電磁閥、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、設置在保溫水箱內的液位傳感器、溫度傳感器、超聲波發生器、超聲波換能器、紫外線燈、臭氧發生器、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線連接。分析系統所需I/O點數、可編程控制器的可存儲量、響應速度，及特殊功能擴展等要求，本系統選用西門子S7-200型，輸入點數為13個，輸出點數為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，結構緊湊，功能模塊配制靈活，可靠性高，在溫室環境控制中應用非常廣泛。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。根據研究表明， 當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 軟件設計

為實現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：根據餐具及水產品等物品的特性，設計開發不同的控制程序：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行通過PLC控制進水和排水電磁閥進行控制，清洗時間自動控制，當第二次清洗中由濁度傳感器采集信息達到控制要求時，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行編寫，流程圖如圖3。

4 結論

本文主要基于PLC開發設計了超聲波-紫外線-臭氧智能清洗機，以水中濁度為清洗質量監測對象，通過控制超聲波工作頻率、工作時長，紫外線、臭氧工作時長，根據不同物品對清洗及消毒的特殊需求，設計開發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行智能清洗，有效實現物品的清洗及消毒，可為蔬菜、水果、水產品及其他小物件降解農藥殘留物及污漬清洗機的設計提供一種參考。

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