图1　医用洗板机工作原理示意图

2　控制系统硬件部分的设计

　　电器控制系统的选择^［1］。常用的电器 控制系统有继电器控制系统、单片机控制系统、可编程序控制器控制系统、台式计算机控制系统。继电器控制系统存在电器触点可靠性差，固定接线的通用性和灵活 性差的问题。单片机控制系统主要适用于实时控制，可靠性较可编程序控制器控制系统、台式计算机控制系统差。台式计算机控制系统编程较复杂，使用维修不方 便，成本较高，适用于较复杂的自动控制系统。而可编程序控制器主要适和于以控制开关量为主的顺序动作控制场合，通用性和灵活性较好，可靠性高，较计算机控 制系统价格便宜。洗板机的控制以开关量为主，并且还要克服水泵工作时较大的振动及超声振动对控制系统的影响，因此选用可编程序控制器作为洗板机清洗过程的 自动控制设备。
　　控制要求。1)完成反应板的逐排注水、超声波清洗、逐排吸水过程，并重复进行3遍；2)通过转换开关的选择，完成2排、4排、8排微孔条的清洗工作； 3)用行程开关定位并限位，确保注水头的起始位置准确；4)控制超声波清洗的时间，有效的减少重复清洗的遍数，提高洗板机的工作效率；5)蜂鸣器报警，提 示清洗工作完成。
　　自动控制过程。医用洗板机自动控制过程的工艺流程如图2所示。

图2　医用洗板机工作原理示意图

3　电器控制系统的软件设计^［2］

　　洗板机的工作过程基本上是顺序工作过程，软件设计主要采用条件 编码顺序控制方案，按预定的条件，逐步进行各阶段动作步序的控制。其中，为了满足洗板机的一些特殊需要，还要用到可编程控制器内部的跳转继电器、记忆继电 器、中间继电器、时间继电器和计数继电器。具体设计如下：
　　1)为实现清洗排数的任意选择，硬件上采用选择开关进行清洗排数的选择，软件设计上采用跳转继电器进行自动控制。
　　2)为保证程序可靠地执行，采用记忆继电器进行前、后动作步序的互锁，防止发生误动作，特别是为了保证直流电机的有效寿命，在电机正、反转动作步序程序中采用互锁设计；对于需要连续工作的动作步序，程序中采用记忆继电器进行自锁设计。
　　3)靠控制水泵的旋转时间来控制水泵的吸、排水量；靠控制直流电机的旋转时间来控制注水头的移动距离，因此都需要采用时间继电器。
　　4)为了简化程序，用计数继电器控制洗板机重复清洗3遍的动作过程。
　　5)采用内部继电器进行过渡辅助控制，以提高程序运行的可靠性。

4　直流电机代替步进电机的程序设计

　　洗板机注水头的前后运动为一工步、一工步的等距运动，该动力部 分采用步进电机比较理想；但步进电机需要有单独的脉冲电源，造价较高，因此考虑用直流电机代替步进电机，用增加软件设计的难度，来达到降低硬件成本的目 的。这种替代需要解决的问题是直流电机的惯性问题。步进电机在得到脉冲电流时，电机主轴会旋转相应的角度，断电后能够自锁；直流电机得电后主轴旋转，但断 电后不能自锁，在惯性的作用下，会继续旋转一个角度，这个角度的大小，受电机所带负荷的影响，在没有动力的条件下，医用洗板机的负荷的变化，将影响惯性下 直流电机旋转的角度，这个角度要想恒定是比较困难的，而直流电机在工作时，需要等距运动，因此要想用直流电机代替步进电机，就要在程序设计中xx直流电机 的惯性旋转。为了xx直流电机停电后的惯性转动，在直流电机1断电后，通过PLC内部的软继电器及时间继电器的作用，使直流电机1反相转动0.2s，以此 达到xx直流电机转动惯性的问题。直流电机1反相转动的时间0.2s是经过反复的实际测试得出的{zj0}时间。

5　结　论

　　1)所研制的医用洗板机已经投入正常使用，用户反映洗板机控制系统的设计是成功的，在以控制开关量为主的顺序动作控制系统中，可编程控制器应当是优选的技术方案。
　　2)通过适当的程序控制以xx直流电机断电后的惯性转动，对工作转速基本恒定的使用场合，用价格比较低廉的直流电机代替步进电机是可行的。
　　3)用提高软件设计的难度和复杂程度的方法，来降低硬件设备的成本，已成为机电产品设计的一种趋势，医用洗板机的成功研制证明这种思路是可行的。

王坦，北京清华园1号 清华大学机械工程学院金属工艺学教研室，100084
周一鸣，北京清华东路17号 中国农业大学(东校区)206信箱，100083
王坦(清华大学)
傅水根(清华大学)
周一鸣(中国农业大学车辆工程学院)

参考文献

1，钟肇新，彭　侃.可编程序控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，1991.1～9
2，万太福，唐贤永.可编程序控制器及其应用.重庆：重庆大学出版社，1994.80～87