PLC控制全自動洗衣機設(shè)計

1、摘要目前，全自動洗衣機已十分普及家用電器之一，主要通過開關(guān)和電路板來控制洗衣機按照預(yù)定動作進行洗滌，屬于順序控制，完全可以通過PLC實現(xiàn)，使洗衣機更加智能化?？删幊炭刂破鳎≒LC）一微處理器為核心，普遍采用繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理編程的梯形圖語言進行程序設(shè)計，編程容易，修改靈活，而且結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強。西門子可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出輸入擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(shè)備，其中模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求與缺點。本文選擇西門子可編程控制器S7-200為核心部件，著重進行硬件接口設(shè)計，利用梯形圖和語句表進行編程，是實現(xiàn)了全自動洗衣機控制系統(tǒng)的自動化。關(guān)鍵字

2、：智能化；全自動洗衣機；可編程控制器AbstractAt present, the automatic washing machine is one of the popular household electrical appliances, mainly through the switch and circuit board to control the washing machine in accordance to a predetermined action for washing, seven control requirements belong to sequence con

3、trol, and can completely through the PLC, washing machine more intelligent.Programmable controller (PLC) is a microprocessor as the core, is generally used to relay contactor control system electrical principle of ladder diagram programming language to program design, programming, easy to modify, ag

4、ile, and simple structure, strong anti-jamming ability. Siemens PLC (programmable logic controller) instruction is rich, can meet all kinds of input output expansion equipment, has the rich special extended equipment, among which the analog input equipment and communication equipment is consistent w

5、ith the requirements of the automatic washing machine control system with faults.This article chooses the Siemens PLC S7-200 as the core components, mainly for hardware interface design, the use of ladder diagram and statements table programming, is to realize the automatic washing machine control s

6、ystem of automation.Key words: intelligent; Fully automatic washing machine; PLC (programmable logic controller)目錄第一章 引言21.1 全自動洗衣機設(shè)計目的和意義31.2 全自動洗衣機設(shè)計項目發(fā)展31.3 課題概述31.4 洗衣機發(fā)展概況41.5 課題研究的意義4第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計62.1 系統(tǒng)原理62.1.1 全自動洗衣機的構(gòu)造及原理62.1.2 洗滌與脫水系統(tǒng)72.1.3 進水和排水系統(tǒng)82.1.4 傳動系統(tǒng)、箱體與支承系統(tǒng)82.2 系統(tǒng)的控制要求92.3 控制系統(tǒng)的組成9

7、第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計113.1 硬件設(shè)計113.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計123.2.1 PLC的基本概念與結(jié)構(gòu)123.2.2 PLC的基本特點133.2.3 PLC接線圖143.2.4 開關(guān)量I/O模塊的選擇143.2.5 可編程序控制器I/O分配表163.3 繼電器173.3.1 繼電器簡介173.3.2 繼電器組的應(yīng)用及實現(xiàn)的功能17第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計184.1 程序流程圖184.2 西門子S7-200系列PLCCPU222的梯形圖程序21第五章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試28總結(jié)30致謝31參考文獻32附錄 程序語句表33第1章 引言1.1 全自動洗衣機設(shè)計目的和意義全自動洗衣機以其固有的優(yōu)點還是贏

8、得了很多的消費者的信賴，應(yīng)用而生，它將是現(xiàn)在到未來的星星產(chǎn)品，所以有必要開發(fā)和改善現(xiàn)有的全自動洗衣機。應(yīng)用最先進的科技技術(shù) ，投入最少的資金，你便擁有了更廣闊的市場競爭力，而現(xiàn)在PLC價格也在下降，所以可以應(yīng)用該產(chǎn)品進行研發(fā)，從而達到自動化控制，更多的贏得消費者的青睞。傳統(tǒng)的基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對洗衣機的自動化程度的要求了。洗衣機需要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動化技術(shù)的發(fā)展。而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，用PLC作為控制器，就能很好地滿足全自動洗衣機對自動化的要求，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。自動化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣機由初始的半自動式洗衣

9、機發(fā)展到現(xiàn)在的全自動洗衣機，又正在向智能化洗衣機方向發(fā)展。PLC控制全自動洗衣機的編程語言容易掌握，是電控人員熟悉的梯形語言，使用術(shù)語依然是繼電器一類術(shù)語，大部分與繼電器觸頭的連接相對應(yīng)，使電控人員一目了然 其另一優(yōu)點是專門應(yīng)用手工業(yè)現(xiàn)場自動控制裝置，再系統(tǒng)軟硬件上采用抗干擾措施。當(dāng)工作程序需要改變時，只需改變PLC的內(nèi)部，驚醒重新編程而無需對外圍進行重新改動 從這些方面突出了使用PLC控制全自動洗衣機的優(yōu)越性1.2 全自動洗衣機設(shè)計項目發(fā)展全自動洗衣機就是將洗衣的全過程(泡浸-洗滌-漂洗-脫水)預(yù)先設(shè)定好N個程序,洗衣時選擇其中一個程序,打開水龍頭和啟動洗衣機開關(guān)后洗衣的全過程就會自動完成,

10、洗衣完成時由蜂鳴器發(fā)出響聲。目前市場上出售的全自動洗衣機大體分為三類。發(fā)明最早的是前置式側(cè)開門滾筒式洗衣機，這種洗衣機是歐洲發(fā)明的，擅長洗滌真絲、棉毛等面料，不纏繞無磨損，在洗滌時保證衣物不受損害，而且有良好的加溫措施。但也有它不好的一面，由于不纏繞無磨損洗滌方式等因素，這種洗衣機洗滌時間長、洗凈度差、用水用電量大，是其它洗衣機的幾倍，尤其是采用了不銹鋼內(nèi)筒，產(chǎn)生的噪音較大。這種洗衣機適用于生活水平較高，穿著大體以真絲、純毛、棉毛之類較高檔的面料為主，而且更換衣服較勤的家庭。發(fā)明最晚的洗衣機是亞洲人發(fā)明的波輪上開門洗衣機。市場上有多種品牌，如“小天鵝”、“海棠”、“榮事達”等，這種洗衣機的特點

11、是洗滌時間短，用水量小，洗凈度高，是滾筒式的很多倍，由于內(nèi)筒是塑料材料制成，噪音小，而且上開蓋，能使洗滌液反復(fù)利用，價格也比較經(jīng)濟。這種洗衣機適用于居住在綠化較差，空氣塵埃量較大，平均每2至3天換一次衣服的家庭，主要以洗凈度為主，服裝面料以化纖、腈綸為主。另外一種是美洲人發(fā)明的“攪拌式”洗衣機，由于美洲風(fēng)沙比較大，人們主要穿著牛仔服裝之類粗厚面料的服裝，所以他們適用攪拌式洗衣機，這種洗衣機洗凈度非常高，是波輪式洗衣機的十幾倍，但由于洗凈度和磨損率成正比，所以很損傷衣物，這種洗衣機市場上很少見。本章闡述了畢業(yè)論文選題的背景意義、洗衣機的發(fā)展歷史以及自動化控制在工業(yè)生產(chǎn)和生活中所體現(xiàn)的應(yīng)用價值，包

12、括目前的應(yīng)用范圍及發(fā)展的前景。1.3 課題概述本次設(shè)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產(chǎn)品。采用PLC控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)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(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質(zhì)優(yōu)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(huán)境下正常工作。因為它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性

13、。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設(shè)計方向。1.4 洗衣機發(fā)展概況世界上第一臺洗衣機于1858年誕生，但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機。1880年，美國發(fā)明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。1910年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，電動洗衣機的問世，標志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。1

14、932年，美國研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機。全自動洗衣機從結(jié)構(gòu)上分有波輪式,攪拌式,滾筒式。目前,國內(nèi)市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應(yīng)最多的是波輪式洗衣機。波輪式洗衣機的特點是洗凈率高,但對衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢,毛料,羊毛等大量走進普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機,它最大的優(yōu)點是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,價格高。洗衣機產(chǎn)品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過程；而全自動洗衣機在整個洗

15、滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監(jiān)控。1.5 課題研究的意義目前自動洗衣機已成為每個家庭所必需的電器，隨著它的暢銷出現(xiàn)了各種各樣的全自動洗衣機，該設(shè)計實現(xiàn)了洗衣機由進水，洗滌，排水，脫水，報警到自動停機的循環(huán)過程設(shè)計了相應(yīng)的系統(tǒng)軟件。以往以單片機為中心控制系統(tǒng)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(tǒng)相對復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序也相對復(fù)雜；其次在設(shè)計控制系統(tǒng)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等，這樣不但增加了硬件的復(fù)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(tǒng)中采用PL

16、C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(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)的設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。 在工業(yè)系統(tǒng)控制中廣泛應(yīng)用的PLC能克服單片機的缺點，它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路，檢測電路和保護電路以及通訊連網(wǎng)功能，因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也很簡單，因此在該設(shè)計中采用了PLC來實現(xiàn)全自動洗衣機的工作過程。該系統(tǒng)由可編控制器，變頻器和觸摸屏等控制元件的組成，可編控制器完成整個系統(tǒng)邏輯控制，各運行相關(guān)參數(shù)傳送與讀寫，設(shè)備運

17、行狀態(tài)顯示功能。全自動洗衣機利用可編程控制器，變頻器與人機界面等自動化產(chǎn)品的有機結(jié)合來實現(xiàn)對工業(yè)洗滌設(shè)備的自動控制，其主要控制思路是對洗滌設(shè)備的進水/出水，洗滌模式，洗滌時間，脫水頻率的設(shè)定，可編控制器通訊功能的運用，變頻器簡易PLC功能的運用進行有機的組合與設(shè)計。 該設(shè)計為全自動洗衣機的PLC控制，主要介紹了全自動洗衣機的工作原理，控制系統(tǒng)的PLC的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設(shè)計與調(diào)試，控制系統(tǒng)PLC程序。第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)原理2.1.1 全自動洗衣機的構(gòu)造及原理全自動洗衣機綜合運用了大量力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等知識，以下就其原理和構(gòu)造作一分析。洗衣機的洗滌過程主要是在機械產(chǎn)生

18、的排滲、沖刷等機械作用和洗滌劑的潤濕、分散作用下，將污垢拉入水中來實現(xiàn)洗凈的目的。首先充滿于波輪葉片間的洗滌液，在離心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波輪中心處，因甩出液體而形成低壓區(qū)，又使得洗滌液流回波輪附近。這樣，在波輪附近形成了以波輪軸線為中心的渦流。衣物在渦流的作用下，作螺旋式回轉(zhuǎn)，吸入中心后又被甩向桶壁，與桶壁發(fā)生摩擦。又由于波輪中心是低壓區(qū)，衣物易被吸在波輪附近，不斷地與波輪發(fā)生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脫離衣物。其次，當(dāng)衣物被放進洗滌液之后，由于慣性作用運動緩慢，在水流與衣物之間存在著速度差，使得兩者發(fā)生相對運動，水流與衣物便發(fā)生相對摩擦，這種水流沖刷力同樣有助于

19、污垢離開衣物。再次由于洗衣涌形狀的不規(guī)則，當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的水流碰到桶壁后，其速度和方向都發(fā)生了改變，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做無規(guī)則地運動并翻滾，其纖維不斷被彎曲、絞紐扣拉長，衣物相互相摩擦，增大了洗滌的有效面積，提高衣物的洗凈的均勻性。自動洗衣機是通過水位開關(guān)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(xiàn)自動控制的。電磁進水閥起著通、斷水源的作用。如圖2.1，當(dāng)電磁線圈1斷電時，移動鐵芯2在重力和彈簧力的作用下，緊緊頂在橡膠膜片3上，并將膜片的中心小孔4堵塞，這樣閥門關(guān)閉，水流不通。當(dāng)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

20、心小孔流入洗衣桶內(nèi)。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側(cè)小孔5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(dǎo)通。圖2.1 水位開關(guān)水位開關(guān)實際上是一個壓力開關(guān)。如圖2.1，氣室1的入口與洗衣桶中的貯氣室相聯(lián)接。當(dāng)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(guān)中的波紋膜片2受壓而脹起，推動頂桿3運動而使觸點4改變，從而實現(xiàn)自動通斷。智能型模糊控制的全自動洗衣機還可以自動判斷水溫、水位、衣質(zhì) 衣量、衣物的臟污情況，決定投放適量的洗滌劑和最佳的洗滌程序。2.1.2 洗滌與脫水系統(tǒng)全自動洗衣機主要是通過波輪對衣物的翻滾

21、達到洗滌目的。波輪安裝在洗滌桶的正中，托盤連接著盛水桶。套桶式全自動洗衣機的脫水桶（甩干籃）既要保證能離心脫水，又要能容納洗滌的衣物，全自動洗衣機的洗滌桶其上部略大，下部略小，呈圓錐形。為了保證洗滌效果，洗滌桶的內(nèi)壁上必需設(shè)計成凸形來增大摩擦力，達到滿意的洗滌效果，當(dāng)衣物與洗滌桶接觸時，桶壁就產(chǎn)生像搓板那樣的洗滌作用，而且能增強渦旋作用，提高洗滌率。洗滌系統(tǒng)的傳動部分由風(fēng)葉、皮帶、皮帶輪、和洗衣軸體組成。脫水系統(tǒng)由脫水桶、脫水定時器、安全開關(guān)、電動機、制動機構(gòu)等組成。洗衣機具有蓋的帶鎖裝置，該鎖定裝置，包括洗衣機蓋板、洗衣機箱體，還包括控制開關(guān)，與控制脫水的開關(guān)聯(lián)動；電磁鐵，與控制開關(guān)連接；洗

22、衣機蓋板翻口端內(nèi)面在對應(yīng)洗衣機箱體內(nèi)壁處設(shè)有凹緣，凹緣上設(shè)有鎖孔，洗衣機箱體上端設(shè)有所述電磁鐵，電磁鐵銜鐵的伸縮口位于洗衣機箱體內(nèi)壁，而且電磁鐵通電后其銜鐵伸出端正好位于蓋好的洗衣機蓋板凹緣的鎖孔內(nèi)。由于電磁鐵的控制開關(guān)與洗衣機控制脫水的開關(guān)聯(lián)動，使洗衣機在脫水時電磁鐵的銜鐵能伸出，而且正好鎖住洗衣機蓋板凹緣的鎖孔，使用戶在脫水時不能打開洗衣機蓋板，從而確保了洗衣機脫水時的操作安全。2.1.3 進水和排水系統(tǒng)衣物的洗滌、全自動洗衣機的進水系統(tǒng)采用水位壓力開關(guān)和進水閥，由程序控制器調(diào)節(jié)。設(shè)有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗時，它能讓洗滌液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。全自動洗衣機水位開關(guān)一般

23、有三檔水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能當(dāng)進水閥注水，內(nèi)桶水位增高到預(yù)選水位時，導(dǎo)通橡皮氣膜受到內(nèi)部空氣的壓縮而被頂出，中觸片上跳，與上觸片閉合。此時主電機導(dǎo)通，進水閥斷開（原來中觸片與下閉合），并開始洗衣。當(dāng)旋鈕旋至低水位時，凸輪轉(zhuǎn)動，但曲率半徑較小。通過一定的機構(gòu)，橡皮氣膜壓簧被壓縮而產(chǎn)生壓力P1，壓迫氣膜。當(dāng)桶內(nèi)水量達到30L時，軟管內(nèi)的空氣被壓縮，產(chǎn)生空氣壓力F1，當(dāng)F1>P1時,中觸片上跳,與上觸片閉合,主電動機動作,進水閥關(guān)閉。全自動洗衣機的排水系統(tǒng)由程序來控制排水電磁閥，牽引排水閥。排水閥主要同閥蓋、閥芯彈簧、閥芯拉簧，橡皮閥和閥體組成。排水電磁鐵主要用

24、來控制自動型洗衣機排水閥的開閉,在套桶式自動型洗衣機中起到改變減速脫水狀態(tài)。排水電磁鐵主要由線圈、磁軛、靜鐵芯、銜鐵和短路銅環(huán)等組成。2.1.4 傳動系統(tǒng)、箱體與支承系統(tǒng)全自動洗衣機的傳動系統(tǒng)設(shè)在洗衣機脫水桶的底部,主要由波輪、脫水桶、離合器、傳動帶、電動機、電磁閥及單相電容式電動機組成。離合器是內(nèi)外軸復(fù)合為一體的結(jié)構(gòu)。離合器的內(nèi)軸（洗滌軸），一端固定波輪，另一端固定離合套，離合套上固定大帶輪，離合器外軸（離心軸）的一端固定離心桶（脫水桶），另一端通過抱簧與離合套連接。內(nèi)外桶的聯(lián)動或分動（即實現(xiàn)脫水或洗滌），是由撥叉控制抱簧和剎車盤來實現(xiàn)的 離合器軸包括脫水軸合洗滌軸。洗滌或漂洗時，牽引電機處

25、在斷電狀態(tài)，制動桿將制動帶收緊，對脫水軸制動。棘爪將棘輪拔動一定角度使方絲離合簧被拔松，所以電機做正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩都不能傳遞給脫水軸，而只是經(jīng)過行星減速器再輸出給波輪，實現(xiàn)洗滌運轉(zhuǎn)。 脫水時，牽引電機是通電狀態(tài)，拉動制動桿使得制動帶松開，棘輪和方絲離合器處于自由狀態(tài)，大皮帶輪順時針旋轉(zhuǎn)將方絲離合簧旋緊，使輸入轉(zhuǎn)矩有效地傳遞給脫水軸，實現(xiàn)高速脫水運轉(zhuǎn)。如果大皮帶輪逆時針轉(zhuǎn)動，則方絲離合簧被撥松而不能傳遞轉(zhuǎn)矩給脫水軸，所以脫水只能順時針單向轉(zhuǎn)動。洗衣機外箱體是洗衣機的盔甲， 很多洗衣機采用高分子聚合塑鋼材料作為外箱體，不怕水，不腐爛，永不生銹，耐碰撞，防漏電，機身輕便，易于搬動。特意添加的抗老化劑，

26、令外箱體歷久彌新。有的采用剛?cè)嵯酀牟讳P鋼做內(nèi)桶剛性，在于不銹鋼材質(zhì)表面分子結(jié)構(gòu)致密，空隙小，故可抗擊細菌等物質(zhì)的侵入和腐蝕，以達到抗菌，抑菌，耐腐蝕的作用。柔性，超級鏡面不銹鋼材料光滑柔細，即便是最嬌柔的面料也不會受到損傷。很多洗衣機內(nèi)桶完全采用世界一流的不銹鋼材料制成，擁有頂級的品質(zhì)保證。2.2 系統(tǒng)的控制要求PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。（1）按下啟動按扭，開始進水，水滿（即水位到達高低）時停止進水。（2）2秒后開始洗滌。（3）洗滌時，正轉(zhuǎn)15秒后暫停，暫停3秒后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌15秒后暫停，暫停3秒。（4）如此循環(huán)3次，總共180秒后開始排水，排空后（水位下降到低

27、位）開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10秒即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。（5）若未完成3次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進行洗完報警。（6）報警10秒結(jié)束全部過程，自動停機。（7）此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水；按停車按扭可停止進水、排水、脫水及報警。2.3 控制系統(tǒng)的組成本次設(shè)計的控制系統(tǒng)主要是以可編程序邏輯控制器所輸出的離散型指令為指令源。通過這些數(shù)字信號的輸出以及其他控制電路的受控行為來指揮供電電路給電動機供電，實現(xiàn)了對模擬洗衣機的控制?？刂齐娐返慕M成主要包括：可編程序控制器、繼電器組和連接電路（變頻器）。其中，繼電器為主要執(zhí)行模塊，PLC所發(fā)

28、出的數(shù)字指令控制繼電器線圈，而繼電器的開合直接控制電源電路，實現(xiàn)對電動機的控制。圖2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本章將給出本次設(shè)計的洗衣機電路原理圖和各個主要器件的具體介紹和說明。原理圖中包括了供電回路圖和控制回路圖。元器件除PLC以外還包括了繼電器組等。3.1 硬件設(shè)計硬件設(shè)計的整體思路就是通過PLC輸出的數(shù)字信號控制繼電器組，達到控制電路的目的。如圖3.1：圖3.1硬件設(shè)計圖中“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“脫水”為控制電動機電源方向的三個繼電器組，它們的線圈分別與PLC的輸出端Q0.2、Q0.3、Q0.4相連，受控于PLC的輸出信號。其中正轉(zhuǎn)組和反轉(zhuǎn)組是通過變頻器的限制后接入電動機的，因此

29、，改變變頻器參數(shù)就可以改變洗滌和漂洗時的速度。而脫水繼電器組直接與電源和電動機相連，這樣，當(dāng)洗衣機處于脫水狀態(tài)時，電動機按額定轉(zhuǎn)速工作。所以，在演示時轉(zhuǎn)速會和洗滌漂洗有所區(qū)別。3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 PLC的基本概念與結(jié)構(gòu)隨著微處理器、計算機和數(shù)字通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)擴展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。（1） 可編程控制器的基本概念國際電工委員會對PLC作了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種

30、類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按以于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。（2） 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成，如圖1-1所示。PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務(wù)。CPU模塊輸入模塊輸出模塊輸出電源電源開關(guān)可編程控制器圖3.2可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)圖3.2.2 PLC的基本特點可編程控制器具有編程方法簡單易學(xué)、功能強大、性價比高、硬件配套齊全，用戶使用方便、適應(yīng)性強、可靠性強、抗干擾能力強、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少、維護工作量小、維護方便、體積小、能耗低等特點。3.2.3 PLC接線圖KM1K

31、M2I0.0I0.1I0.2I0.3COMI0.4I0.5NLQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5COM啟停高低按鈕高水低水交流220V進電機正電機反排脫水FUS7-200CPU222圖3.3 PLC接線圖3.2.4 開關(guān)量I/O模塊的選擇（1） 開關(guān)量輸入模塊的選擇開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的開關(guān)信號，將信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號的電氣隔離。開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性

32、好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近場合，如5V輸入模塊最遠不得超過10米。距離較遠的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的模塊。開關(guān)量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式，即匯點式和分組式。匯點式的開關(guān)量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（COM）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之

33、間不需要分隔，一般選用匯點式的。對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60%。為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。（2） 開關(guān)量輸出模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號，并實現(xiàn)PLC內(nèi)外信號的電氣隔離。開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有

34、觸點元件，動作速度較慢（驅(qū)動感性負載時，觸點動作頻率不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。 分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)PLC輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。開關(guān)量輸出模塊的輸出電流

35、(驅(qū)動能力)必須大于PLC外接輸出設(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。選擇開關(guān)量輸出模塊時，還應(yīng)考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設(shè)備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V2A的點輸出模塊，每個輸出點可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60%。開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標，它與不同的負載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨

36、環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應(yīng)注意。3.2.5 可編程序控制器I/O分配表 在對全自動洗衣機的各個硬件組成部分進行了詳細分析后，可以對PLC主機的I/O點數(shù)進行分配。表3.1 I/O分配表名稱 地址 說明輸入信號 啟動按鈕 I0.0 啟動洗衣機 停止按鈕 I0.1 停止洗衣機 高水位按鈕 I0.2 選擇高水位 低水位按鈕 I0.3 選擇低水位 高水位探測器 I0.4 高水位檢測 低水位探測器 I0.5 低水位檢測 輸出信號 進水電磁閥 Q0.0 進水控制 電動機正轉(zhuǎn)接觸器 Q0.1 電動機正轉(zhuǎn)控制 電動機反轉(zhuǎn)接觸器 Q0.2 電動機反轉(zhuǎn)控制 排水電磁閥 Q0.3 排水控制 脫水電磁離合器

37、 Q0.4 脫水控制 報警蜂鳴器 Q0.5 聲音提示3.3 繼電器3.3.1 繼電器簡介繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回

38、原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。3.3.2 繼電器組的應(yīng)用及實現(xiàn)的功能在本次設(shè)計中，繼電器組的原理是利用可編程序控制器的24V直流信號來控制繼電器線圈，實現(xiàn)由可控制的按預(yù)定程序?qū)?關(guān)斷的380V三相電源給電動機供電。本次使用的繼電器模塊由三組三聯(lián)裝共九個繼電器組成，每組繼電器完成一個功能?？煞譃椋赫D(zhuǎn)控制組，反轉(zhuǎn)控制組及脫水控制組?？刂凭€圈與PLC的輸出口相連，電動機高壓電源通

39、過變頻器以后與繼電器“常開引腳”相連，公共端接地。它們的開合直接由可編程序控制器輸出的離散信號控制。即當(dāng)洗衣機處在洗滌過程要求正轉(zhuǎn)時，正轉(zhuǎn)控制組閉和，反轉(zhuǎn)及脫水控制組斷開，三相電源按照原始順序接入，電源由變頻器控制頻率后給電動機供電，此時電動機正轉(zhuǎn)且速度為預(yù)定數(shù)值；當(dāng)洗衣機處在洗滌過程要求反轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)控制組閉和，正轉(zhuǎn)及脫水控制組斷開，此時，三相電源中的兩相已被繼電器互換相接，由于三相異步電動機改變?nèi)我鈨上嚯姶帕叵喾?，電源再由變頻器控制頻率后給電動機供電，此時電動機反轉(zhuǎn)且速度為預(yù)定數(shù)值；當(dāng)洗衣機處在脫水過程要求高速正轉(zhuǎn)時，脫水控制組閉和，正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)控制組斷開，此時，三相電源按預(yù)定順序接入，電源

40、直接接入電動機，電動機按額定轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 程序流程圖根據(jù)對全自動洗衣機工作過程的描述，可以設(shè)計出全自動洗衣機控制系統(tǒng)PLC程序的主程序流程圖，如圖4.1所示。圖4.1 程序主流程圖其中，洗衣子過程流程圖如圖4.2所示。圖4.2洗衣子過程流程圖漂洗子過程流程圖如圖4.3所示。圖4.3漂洗子過程流程圖4.2 西門子S7-200系列PLCCPU222的梯形圖程序主程序用戶放入衣物后按下啟動按鈕，洗衣機電源接通，準備進入洗衣狀態(tài)。用戶設(shè)置洗滌參數(shù)（按下高/低水位按鈕）進行高低水位選擇進水電磁閥打開開始進水，水位探測器檢測到水已到位，開始洗衣子過程，完成兩次洗衣過程后開始漂洗子過

41、程。完成兩次漂洗過程后開始脫水，脫水持續(xù)2分鐘。脫水完成后，蜂鳴器開始報警，報警時間持續(xù)20秒，洗衣完成。圖4.2主程序梯形圖洗衣子程序漂洗子程序第5章 系統(tǒng)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)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。（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。 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，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

42、的電源端是否符合要求的值 第四步：是聯(lián)機檢查。因為只有用可編程控制器開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 （2） 動態(tài)調(diào)試動態(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、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、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，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，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。 由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的

43、邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。2、 軟件調(diào)試： 軟件調(diào)試是通過對擁護程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯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誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯誤并修改程序再進行調(diào)試，如此反復(fù)直到調(diào)試成功?？偨Y(jié)通過這次課程設(shè)計，使我更深刻的了解了PLC的原理及廣泛應(yīng)用，更加明白了科技的日新月異，在這學(xué)期中對這門課的學(xué)習(xí)讓我明白可編程控制器在生活中的使用是非常的普及?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，強大的科技力量都是由許多的復(fù)雜的知識等作為基礎(chǔ)的。通過這次課程

44、設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。自己實踐才能明白許多道理，本次課程設(shè)計不僅鍛煉了我們的動手動腦能力，而且讓我們明白團隊合作的重要性。分工到位，大家一起動腦思考，即可學(xué)知識，又能溫習(xí)知識，何樂而不為。課程實際是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，PLC已經(jīng)成為當(dāng)今空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大

45、學(xué)來說掌握PLC的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。致謝此次設(shè)計是在李蒙老師的悉心指導(dǎo)下完成的。李老師為論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。李老師的嚴謹治學(xué)、不斷探索的科研作風(fēng)，敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文結(jié)束之際，特向我敬愛的導(dǎo)師致以最崇高的敬禮和深深的感謝！通過此次設(shè)計，一方面讓我認識到自己的不足，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯誤之處；另一方面又積累豐富的知識，吸取別人好的方法和經(jīng)驗，增強對復(fù)雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。再一方面也加強了我和老師的交流，認識到知識的淵博度。經(jīng)過這次的努力，使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。這份畢業(yè)設(shè)計既