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        基于PLC的全自動洗衣機控制系統畢業設計

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        1、本科生畢業設計說明書(畢業論文)題 目:基于PLC的全自動洗衣機控制系統設計學生姓名: 學 號:專 業:班 級:指導教師:李授51基于 PLC 的全自動洗衣機控制系統摘要本文是利用可編程控制器PLC實現了對洗衣機的全自動控制,且說明了PLC控制的原理方法,優點和特點及控制洗衣機的特色。本文在介紹了洗衣機結構的同時,又對全自動洗衣機的控制系統進行了非常全面分析,并在此基礎上提出基于PLC的全自動洗衣機控制方案,且對實施方案進行了論證,根據洗衣機的工作原理從而對程序及其流程進行了設計,該系統具有智能化程度高、安全可靠和運行穩定等特點。對電磁閥,按鈕,開關等其它一些輸入/輸出點進行控制,從而實現了洗

        2、衣過程的自動化,并實現了多臺控制。由于每遍的洗滌、排水、脫水的時間由PLC內定時器控制,所以只要改變定時器參數就可以改變相應的控制時間。關鍵詞:可編程序控制器(PLC);自動控制; 變頻器; 洗衣機內蒙古科技大學畢業設計說明書(畢業論文)PLC in the application of full-automatic washing machineAbstractThis paper is the use of programmable controller PLC realizes the automatic control of the washing machine, but you a

        3、sk clear the principle of PLC control method, the advantages and characteristics and the control characteristic of the washing machine. This article introduces the structure of the washing machine at the same time, and fully automatic washing machine control system for the very comprehensive analysi

        4、s, and on the basis of fully automatic washing machine control scheme based on PLC is put forward, and the implementation plan, according to the washing machine working principle and application and its process of design, the system has a high intelligent degree, safe and reliable and stable operati

        5、on, etc. Some of solenoid valves, buttons, switches and other input/output point to control, so as to realize the automation of the washing process, and many sets of control could be achieved. Because every time wash, drainage and dehydration time timer control by PLC, so just change the timer param

        6、eters can control time accordingly. Key words: programmable controller (PLC); The automatic control; The inverter; The washing machine內蒙古科技大學畢業設計說明書(畢業論文)目 錄摘要IAbstractII第一章 緒論51.1 課題背景與意義51.2 全自動洗衣機簡介61.3 全自動洗衣機控制技術的現狀與發展81.4 本文主要的工作9第二章 概述102.1 PLC的控制特點102.2 控制系統框圖112.3 控制系統對應設備及功能12第三章 硬件的設計133.1

        7、 外部設備的選擇133.2 變頻器143.3 電動機163.4 可編程控制器的選擇183.5 PLC外部接線圖19第四章 軟件的設計254.1 I/O 分配表254.1.1 輸入地址分配表254.1.2 輸出地址分配表264.1.3 內部元件地址分配表274.2 系統流程圖284.2.1 強制停止流程圖284.2.2 正常運行流程圖284.2.3 去抖動程序流程圖304.3 程序設計304.3.1 PLC控制順序功能圖304.3.2 系統梯形圖314.3.3 系統指令語句表39第五章 程序運行過程分析45第六章 總結與展望466.1 總結466.2 全自動洗衣機的展望47參考文獻49課程設計體

        8、會50 第一章 緒論1.1 課題背景與意義自 19 世紀中葉,美國人史密斯研制出世界上首臺洗衣機至今,洗衣機的發展已經歷了一個多世紀。1910 年世界上第一臺電動洗衣機問世,標志著人類家務勞動自動化的開始。1922 年世界上第一臺攪拌式洗衣機在美國誕生。1937 年世界上第一臺全自動滾筒式洗衣機投放市場。1957 年三洋公司推出世界上第一臺渦流式波輪洗衣機。從此,確立了攪拌式、滾筒式和波輪式三種工作方式洗衣機三足鼎立天下的局面。 20 世紀 60 年代以后,洗衣機在一些發達國家的普及率迅速上升。70 年代,日本生產出波輪式套桶全自動洗衣機。70 年代后期,日本又生產出微電腦控制型波輪式套桶全自

        9、動洗衣機。80 年代后,“模糊控制”開始應用于洗衣機,生產出智能型模糊控制洗衣機,使洗衣機的功能更加完善,其洗衣程序更隨人意,其使用操作更簡單化。進入 90 年代,由于電機調速技術的提高,實現了洗衣機寬范圍大調速比的轉速變換與調節,誕生了各種新水流洗衣機。20 世紀末到 21 世紀初,變頻洗衣機問世,使洗衣機的功能更具人性化,實現了真正意義上的智能化控制。以往以單片機為中心控制系統工作的全自動洗衣機中,存在著一些本身不能克服的缺點。首先由于單片機的指令系統相對復雜,編寫洗滌、脫水程序也相對復雜;其次,在設計控制系統硬件時,要有多種電路保護裝置,如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護

        10、等等,這樣不但增加了硬件的復雜性,而且隱含較高的故障率,還無形地增加了維修成本費用。如果在全自動洗衣機的控制系統中采用 PLC 來控制將能克服單片機的這些缺點。因為它是整體模塊,集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯網功能。所以在使用中,硬件相對簡單,編程語言也相對簡單,并且測試容易,維修方便,更可以提高控制系統的設計的靈活性及控制系統的可靠性。本文在 PLC 控制系統設計中,主要增加了水位選擇、工作流程選擇和工作模式,并且在電機正反轉以及轉速方面運用了西門子 M440 變頻器控制,這樣既提高了系統的穩定性又實現了節能措施。本次設計基于PLC的全自動洗衣機控制,本文的課題源于市場上洗衣機

        11、產品。采用PLC控制開發的周期短,開發成本低,可以直接用于工業現場控制。PLC控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領域大、中、小型工業控制項目,可靠性高,豐富的I/O卡件,質優價廉,性價比高,安裝簡單,維修方便,PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環境下正常工作。因為它是整體模塊,集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯網功能,所以在使用中,硬件相對簡單,編程語言也相對簡單,并且測試容易,維修方便,更可以提高控制系統設計的靈活性及控制系統的可靠性。本設計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設計方向。 1.2 全自動洗衣機簡介全自動洗衣機的工作過程一

        12、般包括啟動、進水、洗滌、排水和脫水等功能。本文所設計為有水位選擇、工作流程選擇、工作模式以及溫度選擇的全自動洗衣機,這樣用 PLC 控制的全自動洗衣機的洗滌動作控制程序要求增加洗滌水位選擇、控制方式選擇等。在實現控制過程中,各種采樣信息都是通過控制中心進行各種判斷、比較和選擇,再經信息線路反饋給洗衣機各控制執行機構,決定洗衣機的工作狀態。PLC 在系統中是處于中心位置,水位開關是 PLC 的輸入信號控制開關,進水閥、排水閥和電機是洗衣機各種動作的執行機構,其中進水閥和排水閥由 PLC 給定信號來決定其工作狀態;電機的工作狀態也由控制中心 PLC 給定信號送給變頻器來決定的,而電機的正反轉狀態直

        13、接決定了洗衣機的洗滌狀態和脫水狀態。全自動洗衣機的工作過程包括啟動、進水、浸泡、洗滌、排水和脫水等功能。在實現控制過程中,各種采樣信息都是通過控制中心進行各種判斷、比較和選擇。再經信息線路反饋給洗衣機各控制執行機構,決定洗衣機的工作狀態。如圖 1.1 所示,由 PLC 控制洗衣機各種動作典型的系統控制圖1.1: 圖1.1由圖可知,按下啟動按鈕,PLC 上電。然后依次選擇工作流程、洗衣模式、溫度等,PLC 便通過設定的程序運行,PLC 在系統中是處中心位置,水位開關是 PLC 的輸入信號控制開關。進水閥、排水閥和電機是洗衣機各種動作的執行機構。其中進水閥和排水閥由 PLC給定信號來決定其工作狀態

        14、;電機的工作狀態也由控制中心 PLC 給定信號送給變頻器來決定的,而電機的工作轉狀態直接決定了洗衣機的洗滌狀態和脫水狀態。洗衣機的應用現在比較普遍。全自動洗衣機的實物示意圖如下圖 1.2 所示。全自動洗衣機的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用。內桶可以旋轉,作脫水(甩水)用。內桶的四周有很多小孔,使內外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時,通過電控系統使進水閥打開,經進水管將水注入到外桶。排水時,通過電控系統使排水閥打開,將水由外桶排出到機外。洗衣機水溫通過調整蒸汽閥開度來控制,利用熱電偶傳感器檢測水溫,運用 PID算法

        15、保持恒溫。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現,此時脫水桶并不旋轉。脫水時,通過電控系統將離合器合上,由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、中、低水位開關分別用來檢測高、中、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。全自動洗衣機是通過水位開關與電磁進水閥配合來控制進水、排水以及電機的通斷:從而實現自動控制的。電磁進水閥起著通、斷水源的作用。當電磁線圈斷電時,移動鐵芯在重力和彈簧力的作用下,緊緊頂在橡膠膜片上,并將膜片的中心小孔堵塞,這樣閥門關閉,水流不通。當電磁線圈通電后,移動鐵芯在磁力作用下上移,離開膜片,并使膜片的中心小孔打開,于是膜片

        16、上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側小孔的流通能力,膜片上方壓強迅速減小,膜片將在壓力差的作用下上移,閉門開啟,水流導通。水位開關實際上是一個壓力開關。氣室的入口與洗衣桶中的貯氣室相聯接。當水注入洗衣桶后,貯氣室口很快被封閉,隨水位上升,貯氣室的水位也上升,被封閉的空氣壓強亦增大,水位開關中的波紋膜片受壓而脹起,推動頂桿運動而使觸點改變,從而實現自動通斷。 圖1.2全自動洗衣機系統結構圖1.3 全自動洗衣機控制技術的現狀與發展在洗衣機控制方面,在 PLC 問世之前,工業控制領域中是繼電器占主導地位。但繼電器控制領域有著十分明顯的缺點:體積大、耗電多、可靠性、壽命

        17、短、運行速度慢、適應性差、尤其當生產工藝發生變化時,就必須重新設計、重新安裝,造成時間和資金的嚴重浪費。為了改變這一現狀,PLC 控制系統產生了。繼 1969 年美國數字設備公司研制出世界第一臺 PLC,并在通用汽車公司自動裝配線上試用,獲得了成功,從而開創了工業控制新時期,從此,可編程控制器這一新的控制技術迅速發展起來了。在許多領域都有廣泛的應用。PLC 的優點是:可靠性高,耗電少,適應性強,運行速度快,壽命長等,為了進一步提高全自動洗衣機的功能和性能,避免傳統控制的一些弊端,就提出了用 PLC 來控制全自動洗衣機這個課題。1.4 本文主要的工作本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機

        18、控制方法,該系統采用PLC控制,主要包括電動機正反轉控制、變頻器控制、進排水電磁閥控制、循環控制、保護和聯鎖。研究的具體內容包括:(1) 深入了解洗衣機的發展、結構及控制要求。(2) 控制系統設計。包括硬件設計,PLC的選擇,變頻器的選擇,各硬件模塊的介紹,軟件設計,編程方法。 (3) 對編寫好的編譯程序進行實際調試。 第二章 概述2.1 PLC的控制特點 PLC系統的特點: 1)可靠性高,PLC作為一種通用的工業控制器,它必須能夠在各種不同的工作環境中正常工作。對工作的環境要求較低,抗外部干擾能力強,平均無故障時間長。 2)使用方便靈活,PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式,因此,

        19、輸入/輸出信號的數量,形式,驅動能力等都可以根據實際控制要求進行選擇與確定,而且在需要時可以隨時更換,近年來,PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求,使PLC的使用更加靈活與多變。 3)編程簡單,PLC的優越性主要體現在它采用了獨特的,多種面向廣大工程設計人員的編程語言,如指令表,梯形圖,邏輯功能圖,順序功能圖等,程序簡潔,明了適合各類技術人員的傳統習慣,即使是沒有計算機知識的人員也很統一掌握,特別是梯形圖與邏輯功能圖,形象直觀,動態監測效果逼真,且與計算機控制容易。單片機系統的缺點:1)要求環境,單片機對環境的適應能力較低,可靠性差。2)編程和PLC相比難以學習,主要是單片機采用匯編

        20、語言或者是C語言,這些高級語言和PLC語言相比,難以學習。3)功能單一只具有使用中所需要的功能。典型的PLC控制系統的硬件組成框圖如圖2.1所示:圖2.1典型的PLC控制系統的硬件組成框圖2.2 控制系統框圖 此次設計根據全自動洗衣機的工作原理, 洗衣機的工作流程由進水,洗衣,排水,和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中,這四個過程分別用相應的按扭開關來控制。利用可編程控制器PLC實現控制,用于說明PLC控制的原理方法,特點及工作特色。此次全自動洗衣機控制系統設計利用了西門子S7-200系列PLC的特點,對按鈕,電磁閥,開關等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現了洗衣機洗衣過程的自動化。根據以上要

        21、求PLC的控制系統框圖如下圖2.2。圖2.22.3 控制系統對應設備及功能根據控制過程中的進水、洗滌、脫水、報警等控制要求,對控制所需的外部設備初步設計如下第三章 硬件的設計3.1 外部設備的選擇本系統是一個通過 PLC 控制實現的全自動系統,需要用到的傳感器或控制閥如下: 水位傳感器水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數。對于PLC控制的洗衣機,要求水位的檢測必須是連續的,諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測物體的變化轉變為LC 參數的變化,最終以頻率參數輸出。其工作原理是將水位的高低通過導管轉換成一個測試內腔氣體變化的壓力,驅動內腔上方的一塊

        22、隔膜移動,帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內移動,從而線圈電感發生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。 進水閥、排水閥進水電磁閥是安裝在自動洗衣機上的水源控制開關。洗衣機多用具有一定壓力的自來水為水源,所以使用的進水電磁閥通常為動作式電磁閥。當線圈不通電時,金屬閥芯在彈簧彈力的作用下,將橡皮膜片中心孔緊緊堵住,這時水經橡皮膜片上的平衡小孔進入金屬閥芯側氣室形成水壓,而使橡皮膜壓住出水口,使閥處于關閉狀態;當線圈通電時,產生的電磁力克服彈簧力而使金屬閥芯離開橡皮膜,這時膜的中心孔開通,又因中心孔遠大于平衡小孔,因此金屬閥芯側氣室水壓低于進水壓力,在該壓力差的作用下,橡

        23、皮膜向閥芯方向移動,打開出水口,進水閥則處于開通狀態。排水電磁閥與其類似. 通過水位開關與電磁進水閥配合來控制進水、排水以及電機的通斷:從而實現自動控制的。電磁進水閥起著通、斷水源的作用。當電磁線圈斷電時,移動鐵芯在重力和彈簧力的作用下,緊緊頂在橡膠膜片上,并將膜片的中心小孔堵塞,這樣閥門關閉,水流不通。當電磁線圈通電后,移動鐵芯在磁力作用下上移,離開膜片,并使膜片的中心小孔打開,于是膜片上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側小孔的流通能力,膜片上方壓強迅速減小,膜片將在壓力差的作用下上移,閉門開啟,水流導通。 水位開關實際上是一個壓力開關 去抖開關洗衣機工作過程

        24、中抖動通常原因: 洗滌的衣物分布不均勻。去抖控制原理:當洗衣機運行出現震動時,去抖開關閉合,停止運行并開始排水,水排空后重新進水到設定水位,重新運行。 報警器3.2 變頻器本系統采用西門子M440變頻器。M440變頻器具有默認的工廠設置參數,它是眾多簡單的電動機控制系統選擇的理想變頻驅動裝置,由于M440變頻器具有全面而完善的控制功能,包括U/F控制、二次方U/F控制、可編程多點設定U/F控制、磁通電流控制、無測速矢量控制,在設置相關參數以后它也可用于更高級的電動機控制系統。M440變頻器既可用于單機驅動系統,也可集成到自動化系統中。M440變頻器主要特性: 易于安裝、調試; 牢固的EMC設計

        25、; 可由IT中性點不接地電源供電,且電纜連接簡便; 對控制信號的響應是快速和可重復的; 易于參數設置,參數設置的范圍很廣,可對廣泛的應用對象進行配置; 具有多個繼電器輸出,多個模擬量輸出(020mA); 6個帶隔離的數字輸入,并可切換為NPN/PNP接線; 2個模擬輸入:AIN1(010V,020mA和-1010V)和AIN2(010V,020mA);2個模擬輸入可以作為第7和第8個數字輸入; BiCo(二進制互聯連接)技術; 模塊化設計,配置非常靈活; 脈寬調制的頻率高,因而電動機運行的噪聲低; 詳細的變頻器狀態信息和全面的信息功能; 有多種供用戶選用的可選件,包括與PC通信的通信模塊、基本

        26、操作面板(BOP)、高級操作面板(AOP)以及與現場總線的PROFIBUS通信模塊。M440變頻器的性能特征: 具有矢量控制功能,包括無傳感器矢量控制(SLVC)和帶編碼器的矢量控制(VC); 具有U/F控制性能:磁通電流控制(FCC)改善了動態響應和電動機的控制特性多點U/F特性; 具有快速電流限制(FCL)功能,避免運行中不應有的跳閘; 內置的直流注入制動以及復合制動功能改善了制動特性; 對于外形尺寸為AF的M440變頻器,具有內置的制動單元; 加速/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能,包括起始和結束段帶平滑圓弧,及起始和結束段不帶平滑圓??; 具有比例、積分和微分(PID)控制功能的閉環控制

        27、; 各組參數的設定值可以相互切換,包括電動機數據組、命令數據組和設定值信號源; 具有自由功能塊; 具有動力制動的緩沖功能,定位控制的斜坡下降曲線。保護特性: 具有過電壓/欠電壓保護; 具有變頻器過熱保護; 具有接地故障保護; 具有短路保護,以及I*I*t電動機過熱保護; PTC/KTY電動機保護。變頻器控制參數設置表3.1和3.2表3.1 控制端口開關操作控制參數3.3 電動機電機是全自動工業洗衣機的執行元件,其作用不言而喻,電機的選擇和設備的要求相關,對于全自動工業洗衣機,選擇電機主要看兩個方面:1 轉速要求 全自動工業洗衣機對轉速要求比較高,洗滌-均布-中脫-高脫.電機的極數就是其轉速最好

        28、的反應.極數反映出電動機的同步轉速,2極同步轉速是3000r/min,4極同步轉速時1500r/min,6極同步轉速是1000r/min,8極同步轉速是750r/min.而全自動工業洗衣機的最高轉速是630r/min.所以極數并不存在問題,而如果轉速要求在1000r/min以上的話,那么8極的電機就不合適了.2 扭力的要求全自動洗衣機對扭力的要求比較高,不同容量的洗衣機,其扭力要求也不同,通俗一點講,扭力就是電動機的力量.在所有的型號當中,100KG全自動工業洗衣機所承載的衣物和水是最多的,當然扭力也是最大的,而15KG的扭力是最低的.從以上可以看出,在轉速沒有太大問題下,如何選擇最合理的電機

        29、來保證扭力就是要考慮的問題了.轉速公式: n=60f/p(n=轉速,f=電源頻率,p=磁極對數)扭矩公式:T=9550p/nT是扭矩,單位Nmp是輸出功率,單位kWn是電機轉速,單位r/min扭矩公式:T=973*p1/nT是扭矩,單位kgmP1是輸出功率,單位kWn是電機轉速,單位r/min將兩個公式進行綜合一下,可以得出:T=931*p1*p/f(p1是電機輸出功率,p是極數,n是電源頻率)在保持扭矩不變的情況下,輸出功率和電機極數成反比.表3.2 設置電動機參數3.4 可編程控制器的選擇 I/O點數是PLC的一項重要指標。合理選擇I/O點數既可使系統滿足控制要求,又可使系統總投資最低。P

        30、LC的輸入輸出總點數和種類應根據被控對象所需控制的模擬量、開關量、輸入輸出設備情況來確定,一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點??紤]到今后的調整和擴充,一般應在估計的總點數上再加上20%30%的備用量。該系統有12個數字輸入點6個數字輸出點,PLC常用的內存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲容量是固定的,介于12KB之間。用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關,如I/O點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據經驗,每個I/O點及有關功能元件占用的內存量大致如下:開關量輸入元件:1020B/點開關量輸出元件:51

        31、0B/點定時器/計數器:2B/個模擬量:100150B/個通信接口:一個接口一般需要300B以上根據上面算出的總字節數再考慮增加25%左右的備用量,就可估算出用戶程序所需的內存容量,從而選擇合適的PLC內存。該系統有17個數字輸入點13個數字輸出點,需內存400B,有定時器6個,計時器2個,需內存16B,考慮余量后需要內存520B。PLC的功能日益強大,一般PLC都具有開關量邏輯運算、定時、計數、數據處理等基本功能,有些PLC還可擴展各種特殊功能模塊,如通信模塊、位置控制模塊等,選型時可考慮以下幾點:功能與任務相適應,PLC的處理速度應滿足實時控制的要求、PLC結構合理、機型統一、在線編程和離

        32、線編程的選擇。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單,小型PLC就能滿足要求了。該控制系統CPU模塊可采用CPU-224(AC/DC/繼電器)模塊,它可控制整個系統按照控制要求有條不紊地進行。任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求,以提高生產效率和產品質量。因此,在設計PLC控制系統時,應遵循以下基本原則:充分發揮PLC的功能,最大限度地滿足被控對象的控制要求,是設計PLC控制系統的首要前提,這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現場進行調查研究,收集控制現場的資料,收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現場的工程管理人員、工程技術人員、現場操作人員緊密配合,

        33、擬定控制方案,共同解決設計中的重點問題和疑難問題。保證PLC控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行,是設計控制系統的重要原則。這就要求設計者在系統設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮,以確??刂葡到y安全可靠。例如:應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行,而且在非正常情況下(如突然掉電再上電、按鈕按錯等),也能正常工作。 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量,帶來巨大的經濟效益和社會效益,但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此,在滿足控制要求的前提下,一方面要注意不斷地擴大工程的效益,另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統簡單、經

        34、濟,而且要使控制系統的使用和維護方便、成本低,不宜盲目追求自動化和高指標。由于技術的不斷發展,控制系統的要求也將會不斷地提高,設計時要適當考慮到今后控制系統發展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數和內存容量時,要適當留有裕量,以滿足今后生產的發展和工藝的改進。綜上所述此次設計選用西門子S7-200型PLC。3.5 PLC外部接線圖根據全自動洗衣機的控制要求,對系統控制的I/O點數進行了統計和PLC型號進行了選擇,現根據以上的統計和選擇對控制系統PLC的外部接線設計如下圖 圖3.5 模塊連接圖 圖3.1 接線原理圖(1)圖3.2 接線原理圖(2)圖3.3 主回路圖如圖3

        35、.4所示為洗衣機示意圖,在圖中ST4為高水位傳感器,ST5為中水位傳感器,ST6為低水位傳感器,ST7位水排盡傳感器,當選擇好水位后,YV1打開開始進水,當水位到達相應水位時,相應的傳感器送出ON信號否則為OFF,只有當水上升到與選擇水位相開關一致時,YV1關閉停止進水,開始洗衣。全自動洗衣機工作原理:全自動洗衣機的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用。內桶可以旋轉,作脫水(甩水)用。內桶的四周有很多小孔,使內外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時,通過電動控制系統,使進水閥打開,經進水管將水注入到外桶。排水時,通過電控系

        36、統使排水閥打開,將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現,此時脫水桶并不旋轉。脫水時,通過電控系統將離合器合上,由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現手動排水。圖3.4 洗衣機示意圖第四章 軟件的設計4.1 I/O 分配表4.1.1 輸入地址分配表列出全自動洗衣機的輸入分配表,見表4.1。表4.1輸入地址分配表4.1.2 輸出地址分配表列出全自動洗衣機的輸入分配表,見表4.2表4.2輸入地址分配表4.1.3 內部元件地址分配表全制動洗衣機控

        37、制時,需用到PLC內部的計時器和計數器對其進行過程控制,現對控制中要用到的內部位元件地址分配表歸納如表4.3。表4.3內部元件地址分配表4.2 系統流程圖4.2.1 強制停止流程圖圖4.1強制停止流程圖4.2.2 正常運行流程圖全自動洗衣機正常運行時即洗衣機按照程序設定依次完成依次洗衣過程,從選擇水位,按下啟動按扭,選擇模式,開始進水直到水滿(即水位達到高水位)時停止進水,開始洗滌正轉,洗滌時,正轉30秒,停兩秒,然后反轉30秒,停2秒,如此循環5次,總共320秒開始排水,水位下降到低水位時開始脫水并繼續排水,脫水30秒,開始清洗,重復以上過程,清洗兩遍,清洗完成,報警3秒并自動停機。按照以上

        38、的工作流程,作出全自動洗衣機的正常運行工作流程圖見圖4.2.2。圖4.2 正常運行流程圖4.2.3 去抖動程序流程圖圖4.3去抖程序流程圖如圖示,當洗衣機工作過程中出現震動,則去抖動開關閉合,洗衣機停止工作并開始排水,排空后開始進水到設定水位,然后重新工作。4.3 程序設計4.3.1 PLC控制順序功能圖順序功能圖,它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形,順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術,他是一種通用的技術語言。全自動洗衣機控制系統PLC控制狀態流程圖見圖4.3.1圖4.4 PLC控制狀態流程圖4.3.2 系統梯形圖一、梯形圖的特點 梯形圖是PLC模擬繼電器控制系統的編程

        39、方法。它由觸點、線圈或功能方框等構成,梯形圖左、右的垂直線稱為左、右母線。畫梯形圖時,從左母線開始,經過觸點和線圈(或功能方框),終止于右母線。在梯形圖中,可以把左母線看作是提供能量的母線。觸點閉合可以使能量流過,直到下一個元件;觸點斷開將阻止能量流過。這種能量流,我們稱之為“能流”。實際上,梯形圖是CPU仿真繼電器控制電路圖,使來自“電源”的“電流”通過一系列的邏輯控制條件,根據運算結果決定邏輯輸出的模擬過程。 梯形圖中的基本編程元素有觸點、線圈和方框。 觸點:代表邏輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點和常閉觸點兩種形式。 線圈:通常代表邏輯“輸出”的結果。能量流到,則該線

        40、圈被激勵。 方框:代表某種特定功能的指令。能量流通過方框時,則執行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多種,例如:定時器、計數器、數據運算等。 梯形圖中,每個輸出元素可以構成一個梯級。每個梯形圖網絡由一個或多個梯級組成。二、梯形圖繪制原則(1) 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每個繼電器器線圈為一個邏輯行,即一層階梯。每一個邏輯行起于左母線,然后是觸點的連接,最后終止于繼電器線圈或右母線。注意:左母線與線圈之間一定要有觸點,而線圈與右母線之間不能有任何點,應直接連接。(2) 一般情況下,在梯形圖中某個編號繼電器線圈只能出現一次,而繼電器觸點可無限引用。有些PLC,在含有跳轉指令或步進指

        41、令的梯形圖中允許雙線圈輸出。 (3) 在每個邏輯行中,串聯觸點多的支路應放在上方。如果將串聯觸點多的支路放下方,則語句增多,程序變長。 (4) 在每個邏輯行中,并聯觸點多的支路應放在左邊。如果將并聯觸點多的支路放右邊,則語句增多,程序變長。(5) 梯形圖中,不允許一個觸點上有雙向“電流”通過。(6) 梯形圖中,當多個邏輯行都具有相同條件時,為了節省語句數量,常將這些邏輯行合并。當相同條件復雜時,這對儲存容量小的PLC很有意義。(7) 設計梯形圖時,輸入繼電器的觸點狀態全部按相應的輸入設備為常開狀態進行設計更為合適,不易出錯。因此,也建議盡可能用輸入設備的常開觸點與PLC輸入端連接。如果某些信號

        42、只能用常閉觸點輸入,可以按輸入設備全部常開來設計,然后將梯形圖中對應的輸入繼電器觸點取反。三、系統梯形圖根據以上的梯形圖的基礎知識、注意事項、特點及上節(3.3.1節)中的控制狀態流程圖,現利用STEP7-Micro/WIN編程軟件做出全自動洗衣機控制系統梯形圖。STEP7-Micro/WIN編程軟件是專為西門子S7-200而設計的,在個人計算機的WINDOWS操作系統下運行,功能強大、使用方便、簡單易學。其編寫好的程序可通過專用編程線纜下載的PLC中運行。也可以導出后在仿真軟件中進行測試。系統梯形圖如下圖4.5到圖4.7。圖4.5系統梯形圖a圖4.6 系統體形圖b 圖4.7 系統梯形圖c功能

        43、設定好以后,洗衣機便按要求全自動完成洗衣,具體見附錄程序清單。在洗衣機運行過程中,若出現震動,則停止運行并排水,排空后重新進水到設定水位,繼續運行。程序如下圖4.8:圖4.8 去抖動控制程序4.3.3 系統指令語句表根據全自動洗衣機的控制要求和梯形圖得出系統的指令語句表如下。Network 1 / Network Title/ 進水LD M1.3A T43O SM0.1O M0.0O I0.1AN M0.1= M0.0Network 2LD I0.2O I0.3O I0.4LD I0.0A M0.0LD M1.2AN C51OLDALDO M0.1AN I0.1AN M0.2= M0.1= Q

        44、0.0Network 3/ 進水完停2秒LD I0.2A I0.7LD I0.3A I1.0OLDLD I0.4A I1.1OLDA M0.1O M0.2AN M0.3= M0.2TON T37, +20Network 4/ 正轉LD M0.2A T37LD M0.7AN C50OLDO M0.3AN I0.1AN M0.4= M0.3Network 5LD M0.3= Q0.2TON T38, +300Network 6/ 正轉完停2秒LD M0.3A T38O M0.4AN M0.5= M0.4TON T39, +20Network 7/ 反轉30秒LD M0.4A T39O M0.5AN

        45、 I0.1AN M0.6= M0.5Network 8LD M0.5= Q0.3TON T40, +300Network 9/ 反轉完停2秒系統指令語句表aLD M0.5A T40O M0.6AN M0.7= M0.6TON T41, +20Network 10/ 正反轉小循環5次LD M0.6A T41O M0.7AN M1.0AN M0.3= M0.7Network 11LD M0.7LD M1.0CTU C50, +5Network 12/ 排水LD M0.7A C50O M1.0AN M1.1AN I0.1= M1.0Network 13LD M0.0A I0.5O Q0.1O M1.

        46、1O M1.0AN T42AN I0.1= Q0.1Network 14/ 脫水30秒LD M1.0A I1.2O M1.1AN M1.2AN I0.1= M1.1Network 15LD M1.1O Q0.4AN T42O I0.6LPSAN I0.1= Q0.4LPPTON T42, +300Network 16/ 大循環3次LD M1.1A T42O M1.2AN M1.3AN M0.1= M1.2Network 17LD M1.2LD M1.3CTU C51, +3Network 18/ 洗衣結束報警3秒LD C51A M1.2O M1.3AN M0.0= M1.3Network 19

        47、LD M1.3O Q0.5LD M0.0A Q0.1A T42OLDAN T43= Q0.5TON T43, +30系統指令語句表b第五章 程序運行過程分析(1)洗衣機進水洗衣前選擇好水位,按下水位選擇開關(I0.2、I0.3、I0.4)任意一個,再按下啟動按鈕,I0.0接通,Q0.0接通,開始進水。當水位上升到與選擇的水位相一致時,相一致的水位傳感器(I0.7、I1.0、I1.1)接通,Q0.0斷開停止進水,T37開始計時。(2)正反轉洗衣T37計時時間到,Q0.2接通開始正轉洗衣,T38計時開始。T38計時30秒,Q0.2斷開,正洗暫停,T39開始計時。T39計時時間到,Q0.3接通,反洗

        48、,T40開始計時。T40計時時間到,Q0.3斷開,反洗暫停,T41開始計時。T41計時時間到,C50計數一次,同時洗衣返回Q0.2接通,重復以上從正洗開始的全部動作,直到C50計滿5次數時,Q0.1接通并自保,開始排水,C50復位,準備下次循環是再計數。(3)大循環洗衣排水到脫水水位時,I1.2閉合,Q0.1、Q0.4接通,開始脫水,T42開始計時。T42計時時間到,Q0.1、Q0.4斷開,停止排水和脫水,C51計數一次,同時洗衣返回Q0.0接通,重復從進水到脫水的全部動作,知道C51計數滿3次時,停止洗衣,Q0.5接通報警并自保,T43開始計時。T43計時時間到,報警結束,整個洗衣過程結束,

        49、T43常開觸點閉合,準備下次啟動。(4)強制停止運行中按停止按鈕時,I0.1常閉觸點斷開,則M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5斷開,停止進水、排水、脫水及報警。按排水按鈕時,I0.5常開觸點閉合,Q0.1接通并自保,進行手動排水。按手動脫水按鈕,I0.6閉合,Q0.1、Q0.4接通脫水,T42開始計時。T42計時時間到Q0.1、Q0.4斷開,脫水停止,Q0.5接通報警,T43開始計時。T43計時時間到Q0.5斷開報警結束。第六章 總結與展望6.1 總結下面是我對整個畢業設計的過程做一下簡單的總結。第一,接到任務以后進行選題。選題是畢業設計的開端,選擇恰當的、感興趣的題目.第二,題

        50、目確定后就是找資料了。查資料是做畢業設計的前期準備工作,到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式,但也有可取之處的??傊?,不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的,要一一記錄下來以備后用。 第三,通過上面的過程,已經積累了不少資料,對所選的題目也大概有了一些了解,這一步就是在這樣一個基礎上,綜合已有的資料來更透徹的分析題目。 第四,有了研究方向,就要動手實現。編寫源代碼的時候最好是編寫一個小模塊就進行調試,這樣可以避免設計的最后出現太多的錯誤而亂成一團糟。一步步地做下去之后,你會發現要做出來并不難,只不過每每做一會兒會發現一處錯誤要修改,就這樣在不斷的修改調試,再修改再調試。 第五, 寫論

        51、文能提升以下幾個方面的能力:1、文字表述:論文里的語言非常講究,這方面需要繼續加強。2、交流、討論:文章的大致內容寫完后,一定要和老師、其他同學多交流,讓他們多提點建議。一些計量軟件使用方法,可以向學長們請教。3、細心:模型公式編輯、標點符號、文章各段格式等,都需要細心。4、搜索:需要搜索很多資料,如何在短時間找到你想要得資料,得在搜索關鍵詞上有所設置才行。一些好的統計數據網站,需要隨時記錄下來,以便日后繼續使用。我的心得也就這么多了,總之,這次畢業設計讓我學習到很多。雖然結束了,但這只能是一個開始。今后作為技術員,要學習的規范,程序設計語言還有很多。怎樣使自己從普通的PG升為SE,在微型計算

        52、機控制領域,要學的實在太多,僅大學生涯所學實在有限。我們只有對自己有了更高的要求,才能作為動力不斷取得新的成績! 不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多,真是萬事開頭難,不知道如何入手。 在此要感謝我的指導老師聶老師對我悉心的指導,感謝老師給我的幫助。在設計過程中,我通過查閱大量有關資料,與同學交流經驗和自學,并向老師請教等方式,使自己學到了不少知識,也經歷了不少艱辛,但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西,也培養了我獨立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力,使我充分體會到了在創造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖

        53、然這個設計做的也不太好,但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業設計的最大收獲和財富,使我終身受益。6.2 全自動洗衣機的展望洗衣機是國內家電業唯一不打價格戰的行業,經過幾年的平穩發展,國產洗衣機無論在質量上還是功能上都和世界領先水平同步??v觀省會的洗衣機市場,高效節能、省水、省電、環保型洗衣機一直在市場上占主導地位。 洗衣機無論在質量、技術、功能還是在外觀上面,誰能接近于為人們的生活服務這一主題,誰就能得到長足的進步和發展。今后一段時間,以下幾種洗衣機將是市場和消費者的最愛。 高度自動化:從最初的單桶洗衣機到雙桶、套桶洗衣機、全自動洗衣機,再到智能全模糊控制洗衣機??傊?,每一次技術的進步都極大

        54、地推動了洗衣機自動化程度的提高。 品種多樣化:波輪式、滾筒式和仿生搓洗式洗衣機滿足了不同偏好的消費者的需求。 節能和健康化:現在的消費者在節能方面對家電提出了更高的要求,對于健康型洗衣機更是人們趨之若騖的首選。 大容量和微型化:大容量洗衣機滿足了人們洗大件衣物的需求。同時,微型化洗衣機也備受青睞,如市場上出現的15公斤、25公斤不等的海爾小小神童洗衣機,可以滿足少量衣物即時洗的需要。 組合化:榮事達集團最近推出的子母分洗式洗衣機,正好迎合了這部分消費者的需求,它的大桶容量為55公斤,小桶容量為25公升,兩桶并列,縮小了較大一部分空間,而且具有人工智能模糊控制功能。滿足了不同衣物分開洗、大量衣物

        55、同時洗、小件衣物即時洗的需求,開創了健康洗滌新概念,深受消費者的喜愛,組合化的另一個體現就是把洗滌、漂洗、脫水和烘干功能集于一身。 在今后一個時期內,家用電動洗衣機的產品性能質量將是企業競爭的焦點,開發新型的產品是競爭獲勝的主要手段。今后,家用電動洗衣機將朝著多功能、節電、節水方向發展。多功能主要表現在以下幾個方面:1、去污能力的多樣化。如去除蛋白質、皮脂、血漬、奶漬、咖啡、果汁的能力。2、洗滌容量的多樣化。洗滌容量可以從05kg到13kg。3、控制方式的多樣化。如機械定時器、電動程控器、電子程控器、模糊電腦控制。4、外觀造型多樣化。為適應不同消費層次的需求,洗衣機的外觀形狀及顏色將是各種各樣

        56、的。 節電、節水是今后我國家用電動洗衣機發展的主流。目前,我國正在修訂的國標GB4288已將用電量、用水量指標列入了其考核的主要指標。另外,為了引導消費和指導洗衣機制造企業的設計和制造,新國標GB4288將洗凈比、用電量、用水量、噪聲、含水率、壽命這6個主要性能指標進行分等級考核,即以上6個指標分別分為A、B、C、D4個級別。消費者可根據自己的需要選擇不同級別的產品。參考文獻1 電氣控制與PLC應用/陳建明主編.-2版.-北京:電子工業出版社,2010.12 周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統中的應用【M】機械工業出版社 3 廖常初.PLC基礎及應用北京:機械工業出版社,20034 李國厚

        57、.PLC原理及應用設計.化學工業出版社,20055 潘海燕.波輪式全自動洗衣機的單片控制J.電子世界,2003(3)6 吳存宏.淺談PLC在全自動洗衣機中運用J.設計與開發,19997 竇振中PIC系列單片機應用設計與實例北京:北京航空航天大學出版社,19978 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器.中國輕工業出版社,19989 殷洪義.可編程控制器選擇設計與維護M .北京機械工業出版社,2002.24-49.10 羅宇航.流行PLC實用程序及設計M .西安電子科技大學出版社,2006.271.11 許謬.電氣控制與PLC控制技術M .北京:.機械工業出版社,2005.218.12 袁亮.S7-2

        58、00 PLC實驗指導書M .綿陽:綿陽師范學院出版社,2009.2-3.13 中國制冷與暖通空調信息網,洗衣機迎來科技時代. 電子文獻類標識/載體類型表示 . 2004-3-4/2006-5-10.課程設計體會經過一個月的努力我的課程設計終于完成了,但是現在回想起來做課程設計的整個過程,頗有心得,其中有苦也有甜,艱辛同時又充滿樂趣,不過樂趣盡在其中!這次畢業設計要求設計一個全自動洗衣機控制,自行設計這對我將來踏上工作崗位是非常有幫助的。在課題分析階段,由于本次是設計一個PLC控制系統,所以對其中的PLC的工作分析尤為重要。對指導老師提供的資料必須要吃透。這是關鍵,從查閱資料、提出問題,到慢慢一

        59、一解決問題,老師給了我很大的幫助。 在總體設計階段,由于課題分析做的比較全面,很快就對系統的功能,控制機制有了充分的認識,形成了裝備流水線的控制最后,系統運行環節。對已完成的程序和硬件系統相結合。調試時,由于控制邏輯上出現了一點問題,使得硬件和軟件不能完全統一。當時我心里是非常焦急的,這一出錯也意味著前功盡棄。然而,在指導老師的分析與鼓勵下,我重新糾錯找到了錯誤并改正。使我意識到今后不論遇到什么情況都要分析原因,列出可能的情況后,沉著應對,必然能“化險為夷”。 在此要感謝我的指導老師李老師對我悉心的指導,感謝老師給我的幫助。在設計過程中,我通過查閱大量有關資料,與同學交流經驗和自學,并向老師請教等方式,使自己學到了不少知識,也經歷了不少艱辛,但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西,也培養了我獨立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力,使我充分體會到了在創造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好,但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業設計的最大收獲和財富,使我終身受益。

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