基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘 要 本文描述了采用可編程控制器 PLC 作為核心控制部件 并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬 監(jiān)控的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng) 文章介紹了洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu) 對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系 統(tǒng)進(jìn)行了分析 在此基礎(chǔ)上提出了基于 PLC 的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制方案 并對(duì)方案進(jìn)行 了論證 根據(jù)洗衣機(jī)的工作原理 設(shè)計(jì)了流程及程序 對(duì)按鈕 等其它一些輸入 輸出 點(diǎn)進(jìn)行控制 實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化 由于洗滌 排水 脫水的時(shí)間均由 PLC 內(nèi)計(jì)數(shù)器控制 所以只要改變計(jì)數(shù)器參數(shù)就可以改變時(shí)間 具有智能化程度高 安全 可靠 方便 靈活 豐富的 I O 卡件 質(zhì)優(yōu)價(jià)廉 性價(jià)比高 安裝簡單 維修方便 PLC 控制能在高粉塵 高噪聲 強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作 因?yàn)樗?是整體模塊 集中了驅(qū)動(dòng)電路 檢測電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能 所以在使用 中 硬件相對(duì)簡單 編程語言也相對(duì)簡單 并且測試容易 維修方便 更可以提高控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性 本設(shè)計(jì)以操作簡單 使用可靠 維護(hù)修理 方便作為主要設(shè)計(jì)方向 關(guān)鍵詞 可編程控制器 PLC 全自動(dòng)洗衣機(jī) 目 錄 第 1 章 緒論 1 1 1 選題背景 1 1 2 全自動(dòng)洗衣機(jī)發(fā)展概況 1 1 3 控制系統(tǒng)的選擇 2 第 2 章 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2 1 系統(tǒng)描述 4 2 2 制定控制方案 5 2 3 系統(tǒng)配置 9 2 4 控制面板 11 2 5 控制系統(tǒng)流程圖及電路控制圖 11 第 3 章 性能檢測與測試 19 3 1 檢測與調(diào)試 19 第 4 章 結(jié)論及展望 20 致 謝 21 參考文獻(xiàn) 22 附錄 程序源代碼 23 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 第 1 章 緒論 1 1 選題背景 洗衣機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電 已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的 家用電器 在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也十分廣泛 但是傳統(tǒng)的基于繼電器的控制 已經(jīng) 不能滿足人們對(duì)洗衣機(jī)的自動(dòng)化程度的要求了 洗衣機(jī)需要更好地滿足人們的需 求 必須借助于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展 而隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展 用 PLC 來作為控 制器 就能很好地滿足全自動(dòng)洗衣機(jī)對(duì)自動(dòng)化的要求 并且控制方式靈活多樣 控制模式可以根據(jù)不同場合的應(yīng)用而有所不同 自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣 機(jī)由初始的半自動(dòng)式洗衣機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī) 又正在向智能化洗衣機(jī) 方向發(fā)展 1 2 全自動(dòng)洗衣機(jī)發(fā)展概況 全自動(dòng)洗衣機(jī)是一種除放 取衣物和開動(dòng)洗衣機(jī)這三道手續(xù)外 其余洗衣各 程序全部自動(dòng)完成的設(shè)備 1874 年美國的比爾 布萊克斯通發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī) 這是世界上第一臺(tái) 人工攪動(dòng)洗衣機(jī) 1911 年美國人又研制了世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī) 1920 年美 國的瑪依塔格公司又把洗衣機(jī)的木制桶改為鋁制桶體 第二年又把鋁制桶體改為 外層鑄鋁 內(nèi)層為銅板的雙層結(jié)構(gòu) 1936 年 他們又將搪瓷用于洗衣機(jī)桶體 與 此同時(shí) 世界各地也相繼出現(xiàn)了洗衣機(jī) 歐洲國家研究成功了噴流式洗衣機(jī)和滾 筒式洗衣機(jī) 1932 年后 美國一家公司研制成功了第一臺(tái)前裝式滾筒全自動(dòng)洗衣 機(jī) 洗滌 漂洗和脫水都在同一個(gè)滾筒內(nèi)自動(dòng)完成 使洗衣機(jī)的發(fā)展躍上了一個(gè) 新臺(tái)階 這種滾筒洗衣機(jī) 目前在歐洲 美洲等地得到了廣泛的應(yīng)用 第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后 洗衣機(jī)得到了迅速的發(fā)展 研制出具有獨(dú)特風(fēng)格的 波輪式洗衣機(jī) 這種洗衣機(jī)由于其波輪安裝在洗衣桶底 又稱渦卷式洗衣機(jī) 近幾十年 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家 全自動(dòng)洗衣機(jī)制造技術(shù)又得到迅速發(fā)展 其年 總產(chǎn)量及社會(huì)普及率均以達(dá)到相當(dāng)高得水平 目前世界洗衣機(jī)年總產(chǎn)量近 5000 萬臺(tái) 而全自動(dòng)洗衣機(jī)的產(chǎn)量呈增長趨勢 在技術(shù)性能上正向著節(jié)水 節(jié)能 高效 結(jié)構(gòu)更趨合理的方向發(fā)展 微電腦控制 功能 新型的洗滌方式 高速脫水以及低噪音等方面都有了很大提高 近幾年 我國的洗衣機(jī)制造技術(shù)得到迅速發(fā)展 從生產(chǎn)單桶波輪式 雙桶波 輪式洗衣機(jī)逐步向套桶波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)和滾筒式全自動(dòng)洗衣機(jī)方向發(fā)展 其 中全自動(dòng)洗衣機(jī)的年產(chǎn)量已占洗衣機(jī)總產(chǎn)量的 10 左右 生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大 技 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 術(shù)工藝日趨完善 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高 已生產(chǎn)出技術(shù)性能優(yōu)良的多種牌號(hào)的全自 動(dòng)洗衣機(jī)供應(yīng)市場 1 3 控制系統(tǒng)的選擇 從滿足全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的安全性 擴(kuò)展性和可靠性方面考慮 目前常 見的全自動(dòng)洗衣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng) 主要有單片機(jī)控制 PLC 控制 工業(yè)控制計(jì)算 機(jī)集中控制等類型 隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高 特別是高檔 8 位單片機(jī)的普及 單片機(jī)全自 動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)由單片計(jì)算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成控制系統(tǒng) 雖然單片機(jī)本身小巧 功耗低 實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng) 但是其軟 硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具 系統(tǒng)調(diào) 試?yán)щy 不具有自開發(fā)能力 且編寫洗滌 脫水等程序相對(duì)復(fù)雜 在設(shè)計(jì)控制系 統(tǒng)硬件時(shí) 要有多種電路保護(hù)裝置 如電流保護(hù) 電壓保護(hù) 過載保護(hù) 過熱保 護(hù)及欠壓保護(hù)等等 這樣增加了硬件的復(fù)雜性 隱含較高的故障率 無形地增加 了維修成本費(fèi)用 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)是利用通用計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽或擴(kuò)展區(qū) 設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)硬件模板 如通訊板 I O 擴(kuò)展板等測控功能板 與通用計(jì)算機(jī)構(gòu) 成一個(gè)用于完成預(yù)定測控功能的控制系統(tǒng) 其特點(diǎn)是系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟 硬件支持 利用通用計(jì)算機(jī)的軟 硬件資源來支持控制系統(tǒng)進(jìn)行工作 具有自開發(fā)能力 有 較強(qiáng)的可視能力和數(shù)據(jù)處理能力 更適合于計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用 PLC 是一種新型的具有極高可靠性的通用自動(dòng)化控制裝置 它以微處理器為 核心 有機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體 其特點(diǎn) 如下 抗干擾能力強(qiáng) 可靠性極高 PLC 是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的 采取了精選元器 件及多層次抗干擾等措施 能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境 編程方便 PLC 采用易于理解和掌握的梯形圖語言 以及面向工業(yè)控制的簡 單指令 使用方便 PLC 的結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入 輸出能力 而且其模塊 化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 靈活的配置能力 使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控 制系統(tǒng) 維護(hù)方便 PLC 模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 使操作人員在維修時(shí)只需要更換插入式 模板或其它易損部件即可完成 既方便又減少了影響系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間 設(shè)計(jì) 施工 調(diào)試周期短 用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程時(shí) 由于其硬 軟件齊 全 設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行 縮短了周期 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 重量輕 可靠性高 抗振 防潮和耐熱能力強(qiáng) 使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部 制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品 PLC 控制洗衣機(jī)洗衣程序有獨(dú)特之處 首先 它是一個(gè)順序控制系統(tǒng)程序 其次 洗滌 漂洗 排水 脫水時(shí)間是由 PLC 內(nèi)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器中參數(shù)控制的 只要改變它的參數(shù)太小就可改變整個(gè)程序時(shí)間長短 第三 通過改變 PLC 的型號(hào) 可以根據(jù)衣物的質(zhì)地 數(shù)量及臟污程度來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)洗洗 柔和洗的多功能 第四 通過修改洗衣程序可實(shí)現(xiàn)進(jìn)水 洗滌 漂洗 排水 脫水的順序控制 也可實(shí)現(xiàn) 或洗滌 或漂洗 或脫水等單體控制 第五 在設(shè)計(jì)過程中 可以方便地加入相 應(yīng)的配套裝置 如指示燈 蜂鳴器 通過以上分析 說明可知全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)是有多樣性的 雖然各種 控制系統(tǒng)均可運(yùn)用 但是必須考慮它的結(jié)構(gòu)和成本 鑒于 PLC 的諸多優(yōu)勢 結(jié)合 全自動(dòng)洗衣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要 選擇德國西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價(jià)格 比的 S7 200 系列可編程序控制器 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 第 2 章 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 系統(tǒng)描述 本文描述的是一種全自動(dòng)洗衣機(jī) 它可以自動(dòng)地完成洗衣的全過程 全自動(dòng) 洗衣機(jī)的洗衣桶 外桶 和脫水桶 內(nèi)桶 是以同一中心安放的 外桶固定 作 盛水用 內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn) 作脫水 甩干 用 內(nèi)桶的四周有很多小孔 使內(nèi) 外 桶的水流相通 該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行 進(jìn)水時(shí) 通過電控系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開 經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶 排水時(shí) 通過 電控系統(tǒng)使排水閥打開 將水由外桶排到機(jī)外 洗滌正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動(dòng) 波盤正 反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn) 此時(shí)脫水同并不旋轉(zhuǎn) 脫水時(shí) 通過電控系統(tǒng)將離合器合 上 由洗滌電機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干 高 低水位開關(guān)分別用來檢測高 低水 位 啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作 停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水 排水 脫 水及報(bào)警 其示意圖如圖 2 1 所示 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 控制按鈕指示燈 高水位探測器 低水位探測器 排水口 洗滌電機(jī) 進(jìn)水口 內(nèi)桶 外桶 波盤 圖 2 1 全自動(dòng)洗衣機(jī)示意圖 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 2 2 制定控制方案 通常地 人們采用洗衣機(jī)來洗衣服需要經(jīng)歷洗滌 漂洗 排水 脫水等 4 個(gè) 環(huán)節(jié) 而在全自動(dòng)洗衣機(jī)中 這樣的一個(gè)過程全由 PLC 來完成 并且 全自動(dòng)洗 衣機(jī)需要其控制系統(tǒng)足夠可靠 以避免洗衣機(jī)輕易出現(xiàn)故障 全自動(dòng)洗衣機(jī)的簡單工作過程如圖 2 2 所示 其中 洗衣的方式 標(biāo)準(zhǔn)或是 柔和 洗衣中的水位選擇 高水位洗衣 低水位洗衣等 等兩個(gè)方面需要在人 們將衣服放入洗衣機(jī)洗衣服之后手動(dòng)來選擇 并且是必須選擇的洗衣參數(shù) 當(dāng)選 擇了一種洗衣參數(shù)后 按下啟動(dòng)按鈕 洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)完成洗衣服的整個(gè)過程 全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)中 PLC 主要完成一下功能 1 檢測功能 1 檢測洗衣的方式 標(biāo)準(zhǔn)或者是柔和的選擇 2 檢測洗衣時(shí)的水位 高水位或者是低水位的選擇 3 檢測進(jìn)水是否到了需要的水位 即進(jìn)水是否完成 4 檢測排水是否已經(jīng)完成 2 控制功能 1 控制進(jìn)水 洗滌 排水 漂洗 脫水等洗衣機(jī)的動(dòng)作 2 控制洗滌 漂洗 脫水等的時(shí)間長短 3 控制洗滌 漂洗等的次數(shù) 4 控制在洗衣機(jī)完成一個(gè)動(dòng)作后到下一個(gè)動(dòng)作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換 5 控制完成洗衣時(shí)的信號(hào)提示 脫 水 循環(huán)兩次 循環(huán)兩次 設(shè)定 標(biāo)準(zhǔn) 柔和 高 低水位等 參 數(shù) 按下啟動(dòng)按鈕 洗衣完成 信號(hào)指示 漂洗 進(jìn)水 洗滌進(jìn)水 排 水 進(jìn)水排水 圖 2 2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的簡單工作過程 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 根據(jù)上述對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)的功能分析 可以設(shè)計(jì)如圖 2 3 所示的全自動(dòng) 洗衣機(jī)硬件系統(tǒng)框圖 進(jìn)水電磁閥 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 高水位探測器 柔 和 標(biāo) 準(zhǔn) 低水位 高水位 停止按鈕 啟動(dòng)按鈕 蜂 鳴 器 脫水離合器 排水離合器 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 低水位探測器 S 7 2 0 0 P L C C P U 2 2 4 圖 2 3 全自動(dòng)洗衣機(jī)硬件系統(tǒng)框圖 1 PLC 主機(jī) 選擇西門子 S7 200 系列 PLC 作為此全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制主機(jī) 在西門子 S7 200 系列 PLC 中又有 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM 等之分 此全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)中總共有 8 個(gè)數(shù)字量輸入 6 個(gè)數(shù)字量輸出 共需 14 點(diǎn) I O 根據(jù) I O 點(diǎn)數(shù)及程序容量 選擇了 CPU224 作為其主機(jī) 2 啟動(dòng)按鈕 啟動(dòng)按鈕用來控制全自動(dòng)洗衣機(jī)開始工作與否 一般地 在用戶在洗衣機(jī)內(nèi) 放入衣服 且已經(jīng)準(zhǔn)備好開始洗衣服之后 按下啟動(dòng)按鈕 全自動(dòng)洗衣機(jī)開始洗 衣 3 停止按鈕 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 停止按鈕用來控制運(yùn)行中的全自動(dòng)洗衣機(jī)停止工作與否 在洗衣服的過程中 用戶需要停止洗衣機(jī) 就可以直接按下停止按鈕 洗衣機(jī)即會(huì)停止工作 4 高水位 高水位是指洗衣機(jī)在洗衣過程中 洗衣機(jī)筒內(nèi)保持的水位高低 一旦選擇了 高水位 則在洗衣過程中的水位將保持系統(tǒng)設(shè)定下的兩個(gè)水位中的相對(duì)高一點(diǎn)的 水位 這里 在操作面板上 用一個(gè)按鈕來設(shè)置高水位 按下按鈕表示選擇高水 位 5 低水位 低水位是指洗衣機(jī)在洗衣過程中 洗衣機(jī)筒內(nèi)保持的水位的高低 是相對(duì)于 高水位來說的 在洗衣機(jī)系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)中 設(shè)計(jì)了兩種水位 這個(gè)是相對(duì)比較 低的一個(gè)水位 但是同樣可以完成洗衣過程 在操作面板上 用一個(gè)按鈕來設(shè)置 低水位 按下按鈕表示選擇低水位 需要注意的是 用戶在使用中 只能選擇一種水位 高水位或者低水位 但是 但是在實(shí)際生活中 很有可能用戶不小心同時(shí)按下了高水位按鈕和低水位 按鈕 因此 在設(shè)計(jì)中必須要考慮到水位的互鎖 當(dāng)然也可以將高水位與低水位 選擇設(shè)計(jì)成一個(gè)按鈕 按下去的時(shí)候?yàn)楦咚?不按則是低水位 需要說明的是 高水位的選擇必須在用戶開始一次洗衣之前完成 6 標(biāo)準(zhǔn)按鈕 標(biāo)準(zhǔn)按鈕用來設(shè)置洗衣機(jī)洗衣服的模式 當(dāng)按下標(biāo)準(zhǔn)按鈕時(shí) 選擇了標(biāo)準(zhǔn)模 式 洗衣機(jī)自動(dòng)按照標(biāo)準(zhǔn)模式洗衣服 7 柔和按鈕 柔和按鈕用來設(shè)置洗衣機(jī)洗衣服的模式 當(dāng)按下柔和按鈕時(shí) 選擇了柔和模 式 洗衣機(jī)自動(dòng)按照柔和模式洗衣服 標(biāo)準(zhǔn)模式與柔和模式對(duì)控制系統(tǒng)的要求主要表現(xiàn)在對(duì)變頻器的控制 標(biāo)準(zhǔn)模 式控制變頻器頻率使其達(dá)到一個(gè)在較大的頻率值 而柔和模式控制變頻器頻率使 其達(dá)到一個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模式而相對(duì)小的一個(gè)值 從而達(dá)到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制 最終 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)與柔和模式 在洗洗衣機(jī)衣服的模式中 標(biāo)準(zhǔn)和柔和是兩種相對(duì)的概念 標(biāo)準(zhǔn)比柔和的洗 衣要?jiǎng)×乙恍?同樣地 與高 低水位的選擇一樣 用戶只能同時(shí)選擇一種模式 因此 也需要在設(shè)計(jì)中考慮到標(biāo)準(zhǔn)與柔和模式的互鎖 也可以將標(biāo)準(zhǔn)與柔和按鈕 設(shè)計(jì)成一個(gè)按鈕 按下去時(shí)為柔和模式 不按下去則為標(biāo)準(zhǔn)模式 需要說明的是 標(biāo)準(zhǔn)模式與柔和模式的 選擇必須在用戶一開始洗衣之前完 成 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 8 高水位探測器 高水位探測器用來檢測洗衣機(jī)水位是否已經(jīng)達(dá)到了高水位 采用數(shù)字量輸出 式水位探測器這樣就可以直接將高水位探測器的輸出直接送到 PLC 主機(jī)的數(shù)字量 輸入端口上 9 低水位探測器 低水位探測器用來檢測洗衣機(jī)水位是否已經(jīng)達(dá)到了低水位 采用數(shù)字量輸出 式水位探測器這樣就可以直接將低水位探測器的輸出直接送到 PLC 主機(jī)的數(shù)字量 輸入端口上 10 進(jìn)水電磁閥 進(jìn)水電磁閥用來控制洗衣機(jī)的進(jìn)水 當(dāng)然洗衣機(jī)需要外界進(jìn)水時(shí) PLC 主機(jī) 發(fā)出控制信號(hào) 進(jìn)水電磁閥會(huì)打開 水自動(dòng)從外界送入洗衣機(jī)筒內(nèi) 當(dāng)水已經(jīng)達(dá) 到了設(shè)定的水位時(shí) PLC 主機(jī)發(fā)出信號(hào)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水電池閥 同時(shí)控制洗衣機(jī)進(jìn) 入下一個(gè)洗衣步驟 11 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器用于 PLC 主機(jī)控制洗衣機(jī)電機(jī)的正轉(zhuǎn) 可以直接用 PLC 主 機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 在洗衣機(jī)洗衣服的過程中 電機(jī)會(huì) 正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時(shí)輪流進(jìn)行 12 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器用于 PLC 主機(jī)控制洗衣機(jī)電機(jī)的反轉(zhuǎn) 可以直接用 PLC 主 機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 在洗衣機(jī)洗衣服的過程中 電機(jī)會(huì) 正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時(shí)輪流進(jìn)行 13 排水離合器 排水離合器用于 PLC 主機(jī)控制洗衣機(jī)機(jī)筒內(nèi)的排放 選用數(shù)字式離合器 可 以直接用 PLC 主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接到排水離合器 當(dāng)洗衣機(jī)在完成洗衣 或者漂洗后 需要將機(jī)筒內(nèi)的臟水排出機(jī)筒 此時(shí) PLC 主機(jī)發(fā)出控制命令打開 排水離合器 進(jìn)行排水 14 脫水離合器 洗衣機(jī)洗衣服的最后一道工序就是對(duì)衣服進(jìn)行脫水 脫水電磁離合器正是用 于 PLC 主機(jī)控制洗衣機(jī)進(jìn)行脫水 脫水需要電機(jī)帶動(dòng)機(jī)筒旋轉(zhuǎn) 有了電磁離合器 后 就可以直接使用 PLC 主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來控制電磁離合器 最終達(dá)到控 制脫水執(zhí)行電機(jī)的目的 在脫水過程不涉及電機(jī)的調(diào)速問題 因此 用 PLC 主機(jī) 加電磁離合器這樣一種比較覺得簡單的方式就可以完成控制任務(wù) 15 蜂鳴器 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 蜂鳴器用來指示洗衣機(jī)洗衣過程中的一些聲音提示 采用工業(yè)用直流供電的 蜂鳴器 這樣就可以直接用 PLC 主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來控制蜂鳴器 2 3 系統(tǒng)配置 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)為單機(jī)控制系統(tǒng) PLC 的輸入點(diǎn) 包括啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 高水位按鈕 低水位按鈕 標(biāo)準(zhǔn)模式按鈕 柔和模式按鈕 高水位探 測器 低水位探測器 一共 8 點(diǎn) 輸出點(diǎn)包括進(jìn)水電磁閥 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 電 機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 排水離合器 脫水離合器 蜂鳴器 一共 6 點(diǎn) 由于點(diǎn)數(shù)不多 考慮 20 30 的余量 選用小型 PLC 便可實(shí)現(xiàn) 結(jié)合培訓(xùn) 站的現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件 本次設(shè)計(jì)選擇西門子 S7 200 系列的 CPU224 型的 PLC 可以滿足使用需求 它的主要特點(diǎn)是 14 輸入 10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I O 點(diǎn) 可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模版單元 最大可擴(kuò)展至 168 個(gè)數(shù)字量 I O 點(diǎn)或 35 路模擬 量 I O 13KB 的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 6 個(gè)獨(dú)立的 30KHZ 的高速計(jì)數(shù)器 2 路獨(dú)立的 20KHZ 的高速脈沖輸出 具有 PID 控制器 1 個(gè) RS485 通信 編程口 具有多點(diǎn)接口 MPI Multi Point Interface 通信協(xié)議 具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 PPI Point to Point Interface 通信協(xié)議 具有自由通信口 I O 端子排可以很容易地整體拆卸 輸入 輸出編程元件地址分配表分別如表 2 1 主機(jī)中輔助繼電器分配表如表 2 2 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 表 2 1 全自動(dòng)洗衣機(jī)中 PLC 主機(jī)的 I O 資源分配 名稱 電路器件 地址編號(hào) 說明 輸入信號(hào) 啟動(dòng)按鈕 SB1 I0 0 啟動(dòng)洗衣機(jī) 停止按鈕 SB2 I0 1 停止洗衣機(jī) 高水位按鈕 SB3 I0 2 高水位選擇 低水位按鈕 SB4 I0 3 低水位選擇 標(biāo)準(zhǔn)模式按鈕 SB5 I0 4 標(biāo)準(zhǔn)模式選擇 柔和模式按鈕 SB6 I0 5 柔和模式選擇 高水位探測器 SQ1 I0 6 高水位檢測 低水位探測器 SQ2 I0 7 低水位檢測 輸出信號(hào) 進(jìn)水電磁閥 KM1 Q0 0 進(jìn)水控制 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 KM2 Q0 1 電機(jī)正轉(zhuǎn)控制 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 KM3 Q0 2 電機(jī)反轉(zhuǎn)控制 排水離合器 KM4 Q0 3 排水控制 脫水離合器 KM5 Q0 4 脫水控制 蜂鳴器 KM6 Q0 5 聲音提示 表 2 2 全自動(dòng)洗衣機(jī)中 PLC 主機(jī)中輔助繼電器分配 名 稱 地 址 名 稱 地 址 啟動(dòng) 停止 M0 0 洗滌 1 分鐘 M1 0 高 水 位 M0 1 洗滌 10 分鐘 M1 1 低 水 位 M0 2 洗滌過程完成 M1 2 標(biāo)準(zhǔn)模式 M0 3 漂洗高水位探測 M1 3 柔和模式 M0 4 漂洗低水位探測 M1 4 蜂 鳴 器 M0 5 漂洗 1 分鐘 M1 5 洗滌高水位探測 M0 6 漂洗 10 分鐘 M1 6 洗滌低水位探測 M0 7 漂洗過程完成 M1 7 電機(jī)正轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)器 1 M2 0 電機(jī)正轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)器 2 M2 1 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 2 4 控制面板 全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)必須在滿足上述功能以外 還需要考慮外觀設(shè)計(jì) 造型 等方面 尤其是在洗衣機(jī)的手動(dòng)控制操作面板上 必須符合人機(jī)界面的基本要求 設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的操作面板如圖 2 4 所示 其中 進(jìn)水 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 排 水 脫水為信號(hào)燈指示當(dāng)前洗衣機(jī)的工作狀態(tài) 蜂鳴器為聲音指示 指示洗衣機(jī) 整個(gè)洗衣過程完成的提示 啟動(dòng) 停止 高水位 低水位 標(biāo)準(zhǔn) 柔和等為手動(dòng) 控制按鈕 用來人為手動(dòng)地輸入一些控制信號(hào) 啟動(dòng) 停止 高水位 低水位 標(biāo)準(zhǔn) 柔和 進(jìn)水 全自動(dòng)洗衣機(jī) 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 排水 脫水 蜂鳴器 圖 2 4 全自動(dòng)洗衣機(jī)操作面板 在實(shí)際中 操作面板一般位于洗衣機(jī)的上表面 需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候加入更多 的個(gè)性化平面設(shè)計(jì)元素 并且操作面板往往與控制器不放置在一起 這就需要考 慮線路布線的問題 2 5 PLC 外部接線圖 根據(jù) PLC 主機(jī)的 I O 資源分配以及 PLC 主機(jī)的硬件框圖 則 PLC 主機(jī)的硬 件接線圖如圖 2 5 說明如下 1 輸入口 1 啟動(dòng)按鈕連到 PLC 主機(jī)的輸入口 I0 0 停止按鈕連至 PLC 主機(jī)的輸入口 I0 1 2 高水位按鈕連至 PLC 主機(jī)的輸入口 I0 2 低水位按鈕連至 PLC 主機(jī)的輸入 口 I0 3 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 3 標(biāo)準(zhǔn)模式選擇按鈕連至 PLC 主機(jī)的輸入口 I0 4 柔和模式選擇按鈕連至 PLC 主機(jī)的輸入口 I0 5 4 高水位探測器連至 PLC 主機(jī)的輸入口 I0 6 低水位探測器連至 PLC 主機(jī)的 輸入口 I0 7 2 輸出口 1 PLC 主機(jī)輸出口 Q0 0 控制進(jìn)水電磁閥 2 PLC 主機(jī)輸出口 Q0 1 控制電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 3 PLC 主機(jī)輸出口 Q0 2 控制電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 4 PLC 主機(jī)輸出口 Q0 3 控制排水離合器 5 PLC 主機(jī)輸出口 Q0 4 控制脫水離合器 6 PLC 主機(jī)輸出口 Q0 5 控制蜂鳴器 圖 2 5 外部接線圖 2 6 控制系統(tǒng)流程圖及電路控制圖 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)工作過程如下 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 1 按下啟動(dòng)按鈕 洗衣機(jī)電源導(dǎo)通 準(zhǔn)備進(jìn)入洗滌狀態(tài) 2 用戶設(shè)置水位高低 以及洗衣模式 標(biāo)準(zhǔn)模式或柔和模式 3 洗衣機(jī)打開進(jìn)水電磁閥 開始從外界輸入水 4 水位探測器檢測到水已經(jīng)到位 開始洗滌 5 電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)按照設(shè)定的洗衣模式的切換時(shí)間的長度進(jìn)行輪流工作 6 洗衣一直進(jìn)行 10min 7 洗衣機(jī)打開排水離合器 開始排水 并且持續(xù) 3min 8 洗衣機(jī)關(guān)閉排水離合器 9 重復(fù) 3 至 8 步驟一次 10 洗衣機(jī)打開進(jìn)水電磁閥 開始從外界輸入水 11 水位探測器檢測到水位已經(jīng)到位 開始漂洗衣服 12 電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)按照設(shè)定的洗衣模式的切換時(shí)間長度進(jìn)行輪流工作 13 洗衣一直進(jìn)行 5min 14 洗衣機(jī)打開排水離合器開始排水 并且持續(xù) 3min 15 洗衣機(jī)關(guān)閉排水離合器 16 重復(fù) 10 至 15 步驟一次 17 洗衣機(jī)控制脫水電磁閥離合器 進(jìn)行脫水 同時(shí)打開排水離合器使得脫水出 來的水可以及時(shí)排出洗衣機(jī)筒內(nèi) 18 持續(xù)脫水 2min 19 蜂鳴器發(fā)出響聲 持續(xù)發(fā)聲 20s 提醒用戶洗衣完成 20 完成洗衣 根據(jù)上述對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)工作過程的描述 可以設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng) 的 PLC 部分的主流程圖 如圖 2 6 所示 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 開 始 按下啟動(dòng)按鈕 設(shè)置水位高低以及洗 衣模式 標(biāo)準(zhǔn) 柔和 洗滌子過程 脫 水 漂洗子過程 完成兩次洗滌過程 完成兩次漂洗過程 脫水持續(xù)時(shí)間 T 2 m i n 蜂鳴器響 持續(xù)時(shí)間 T 2 0 s 結(jié) 束 N N N N Y Y Y Y 圖 2 6 全自動(dòng)洗衣機(jī)主程序流程圖 其中 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路控制圖 2 7 所示 洗滌子過程的流程圖如圖 2 8 所示 漂洗子過程流程圖如圖 2 9 所示 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 變 頻 器 交 流 電 源 U V W N L G U V W M 正轉(zhuǎn)組 反轉(zhuǎn)組 脫水組 G 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 脫水 Q 0 2 Q 0 3 Q 0 4 圖 2 7 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路控制圖 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 洗滌子過程開始 打開電磁閥進(jìn)水 水是否到位 關(guān)閉進(jìn)水電磁閥 是否選擇準(zhǔn)模式 標(biāo)準(zhǔn)洗衣子過程 洗衣時(shí)間 T 10min 排水 排水時(shí)間 T 3min 洗滌子過程結(jié)束 柔和洗衣子過程 洗衣時(shí)間 T 10min Y N Y N Y N Y N Y N 圖 2 8 洗滌子過程流程圖 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 漂洗子過程開始 打開電磁閥進(jìn)水 水是否到位 關(guān)閉進(jìn)水電磁閥 是否選擇準(zhǔn)模式 標(biāo)準(zhǔn)洗衣子過程 洗衣時(shí)間 T 5min 排水 排水時(shí)間 T 3min 漂洗子過程結(jié)束 柔和洗衣子過程 洗衣時(shí)間 T 5min Y N Y N Y N Y N Y N 圖 2 9 漂洗子過程流程 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 在洗滌子過程與漂洗子過程中洗衣服的模式有標(biāo)準(zhǔn)模式與柔和模式之分 其 中 標(biāo)準(zhǔn)模式洗衣服的流程圖及柔和模式洗衣服的流程圖如圖 2 9 所示 停止 1s 電機(jī)反轉(zhuǎn) 3s 電機(jī)正轉(zhuǎn) 3s 停止 1s 標(biāo)準(zhǔn)模式 柔和模式 圖 2 9 標(biāo)準(zhǔn)模式與柔和模式流程圖 停止 1s 電機(jī)反轉(zhuǎn) 5s 電機(jī)正轉(zhuǎn) 5s 停止 1s 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 第 3 章 性能檢測與調(diào)試 3 1檢測與調(diào)試 大體思路流程如下 1 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng) 基本測試儀器 萬用表 示波器等 檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障 硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn) 行 1 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測 第一步 目測 檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn) 第二步 用萬用表測試 先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn) 再檢測各 種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象 第三步 加電檢測 給板加電 檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合 要求的值 第四步 是聯(lián)機(jī)檢查 因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系 統(tǒng)的調(diào)試 2 動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件 內(nèi)部故障器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查 動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn) 由分到合 由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊 當(dāng)調(diào)試電路 時(shí) 與該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉 這樣可以將故障范圍限定在 某個(gè)局部的電路上 當(dāng)各塊電路無故障后 將各電路逐塊加入系統(tǒng)中 在對(duì)各塊 電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試 由分到合的調(diào)試既告完成 由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進(jìn)行由近 及遠(yuǎn)的分層 然后分層調(diào)試 調(diào)試時(shí) 仍采用去掉無關(guān)元件的方法 逐層調(diào)試下 去 就會(huì)定位故障元件了 2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是通過對(duì)用戶程序的匯編 連接 執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中 存在的語法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程 程序后 編輯 查看程序是 否有邏輯的錯(cuò)誤 如果出現(xiàn)故障 應(yīng)返回編程環(huán)境 檢查梯形圖的錯(cuò)誤并修改程 序再進(jìn)行調(diào)試 如此反復(fù)直到調(diào)試成功 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 第 4 章 結(jié)論及展望 本設(shè)計(jì)還存在很多的缺點(diǎn) 比如使用的輸入輸出點(diǎn)代碼基地址代碼過多 沒 有系統(tǒng)性 編程過程中有點(diǎn)凌亂 簡單的邏輯控制指令使用的過多是程序看起來 有點(diǎn)臃腫 整體之間的銜接性不好 由于設(shè)計(jì)思路的原因在程序的硬件設(shè)計(jì)方面 注重的不夠 只說明了是用什么的變頻器控制方式和 plc 的接口問題 而忽視了 具體的控制和配線方式 把太多精力放在程序的設(shè)計(jì)上而是整體的設(shè)計(jì)看似沒有 突出的設(shè)計(jì)的重點(diǎn) 本設(shè)計(jì)使用的單一控制點(diǎn)和簡單程序過多使得在實(shí)物控制中 不太方便操作 本文在提出總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上 完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì) 應(yīng)用程 序的編寫及調(diào)試 經(jīng)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證 取得了滿意的效果 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 感 受收獲頗多 在設(shè)計(jì)中 使我對(duì)本專業(yè)知識(shí)在實(shí)際運(yùn)用中有了感性的認(rèn)識(shí)和全新 的體會(huì) 基本做到了將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通 學(xué)以致用 同樣我也意識(shí)到企業(yè)生產(chǎn) 管理自動(dòng)化的重要性 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 致 謝 感謝于王老師對(duì)我的指導(dǎo) 他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致 一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作 學(xué)習(xí)中的榜樣 他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪 無論是 在課題的選題還是定稿 研究的方法 技術(shù)路線以及本文的撰寫都得到了王老師 的嚴(yán)格要求和精心指導(dǎo) 王老師花費(fèi)了大量的精力 在各個(gè)環(huán)節(jié)中給了我許多寶 貴的意見 在這次培訓(xùn)中王老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng) 治學(xué)態(tài)度 求實(shí)的工作作風(fēng)和 孜孜不倦的探索創(chuàng)新精神 以及平易近人的師長風(fēng)范給我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì) 環(huán)境 及給了我這個(gè)學(xué)習(xí)提高的機(jī)會(huì)和在生活上給我的無微不至的關(guān)懷 這些都 是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力 必將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和生活受益匪淺 我將終生學(xué)習(xí)和銘 記 在此 謹(jǐn)向王老師的培育之恩表示最深的謝意 感謝其他多位老師對(duì)我學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)所給予的支持和幫助 感謝在我論文完成 過程中同學(xué)們給我提供的支持 幫助和建議 在這里也衷心地感謝他們 在論文即將完成之際 我的心情無法平靜 從開始進(jìn)入課題到論文的順利完 成 有多少可敬的師長 同學(xué) 朋友給了我無言的幫助 在這里請(qǐng)接受我誠摯的 謝意 西安工程大學(xué)課程設(shè)計(jì) 報(bào)告 參考文獻(xiàn) 1 黃堅(jiān)主編 自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用 北京 高等教育出版社 2005 2 于海生主編 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 3 蔡元宇主編 電路及磁路 第二版 高等教育出版社 2005 4 王永華主編 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù) 北極航空航天大學(xué)出版社 2008 4 胡學(xué)林主編 可編程控制器教程 基礎(chǔ)篇 北京 電子工業(yè)出版社 2003 2 胡學(xué)林主編 可編程控制器教程 實(shí)訓(xùn)篇 北京 電子工業(yè)出版社 2004 3 耿文學(xué)主編 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)手冊(cè) 北京 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 1996 4 廖常初主編 PLC 編程及應(yīng)用 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 5 譚浩強(qiáng)主編 PLC 程序設(shè)計(jì)教程 北京 清華大學(xué)出版社 2000 6 劉洪濤 黃海編著 PLC 應(yīng)用開發(fā)從基礎(chǔ)到實(shí)踐 北京 電子工業(yè)出版社 2007 附錄 附錄 程序源代碼 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的西門子 S7 200 系列 PLC CPU224 的梯形圖程序如下所示 1 洗衣主程序 附錄 附錄 2 洗滌子過程程序 附錄 附錄 附錄 3 漂洗子過程程序 附錄 附錄 附錄 4 標(biāo)準(zhǔn)洗衣子程序 附錄 5 柔和洗衣子程序 附錄 附錄