全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制

1、學(xué)號(hào):課程設(shè)計(jì)題目全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化卓越工程師班級(jí)自動(dòng)化zy1202班組長喬丙辰組員李南伯屈志平周澤葉清泉指導(dǎo)教師周新民老師2015年 5 月 28 日目錄引言21控制要求及說明31.1控制要求31.2附加功能說明32方案設(shè)計(jì)42.1控制對(duì)象42.2控制要求分析 42.3 I/O 表42.4 PLC 選型53系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.2系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)73.2.1啟動(dòng)初始化模塊83.2.2手動(dòng)操作模塊 83.2.3水位選擇模塊 93.2.4洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊 93.2.5洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)設(shè)置模塊103.3 Screen Editor人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)

2、114系統(tǒng)調(diào)試124.1調(diào)試步驟124.2調(diào)試中遇到的問題 13結(jié)束語14引言隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，全自動(dòng)洗衣機(jī)已進(jìn)入到千家萬戶。當(dāng)我 們忙碌一天回到家洗完澡后可以直接把衣物放入洗衣機(jī)，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后即可自動(dòng)開 始清洗，給我們的生活帶來了極大的便利。全自動(dòng)洗衣機(jī)是通過水位開關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合來控制進(jìn)水、排水以及電機(jī)的通 斷，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用；當(dāng)電磁線圈斷電時(shí)， 移動(dòng)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(guān)閉，水流不通；當(dāng)電磁線圈通電后，移動(dòng)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

3、片上方的水通過中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)小孔的流通能力，膜片上方壓強(qiáng)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?；赑LC控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)不僅具有自動(dòng)洗滌衣物的功能，還可以根據(jù)我 們的需求設(shè)置洗滌循環(huán)次數(shù)以及清洗循環(huán)次數(shù)，同時(shí)也可以采用手動(dòng)模式進(jìn)行排水和 脫水等操作；另外，該設(shè)計(jì)還設(shè)置有水位設(shè)置按鈕，如高水位、中水位、低水位，我 們可以根據(jù)衣物的多少選擇合適的水位設(shè)置，以節(jié)約用水，設(shè)計(jì)更加合理化和人性化， 也能達(dá)到節(jié)能減排的目的。1控制要求及說明1.1控制要求洗衣機(jī)采用一臺(tái)三相電機(jī)作為運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力。當(dāng)接通電源時(shí)，電源指示燈亮。洗衣機(jī) 的進(jìn)水和排

4、水分別由進(jìn)水電磁閥和出水電磁閥控制。洗滌和脫水由統(tǒng)一電機(jī)拖動(dòng)，通 過電磁離合器控制，將動(dòng)力傳到洗滌波輪或甩干桶。電磁離合器失電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)洗 滌波輪實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；電磁離合器得電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行甩干。水位高 低分別由高低水位開關(guān)檢測。設(shè)置啟動(dòng)按鈕和停止按鈕分別用來啟動(dòng)和停止洗衣機(jī)的 工作?；疽螅喝詣?dòng)洗衣的基本過程如下：水位選擇后，按下啟動(dòng)按扭(1) 開始進(jìn)水直到高或中或低水位，關(guān)水；(2) 兩秒后開始洗滌；(3) 洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒；(4) 循環(huán)10次后開始排水。排空后脫水30秒。(1)-(3)循環(huán)3次；(5) 開始清洗，進(jìn)水到水位，關(guān)水；(6)

5、 兩秒后開始清洗；(7) 清洗時(shí)，正轉(zhuǎn)20秒，停1秒，然后反轉(zhuǎn)20秒，停1秒；(8) 如此反復(fù)10次正反轉(zhuǎn)后，排空水，再脫水 30秒；(9) 重復(fù)-(8)清洗一次；(10) 清洗完成，自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警3秒。運(yùn)行過程中，可暫停。若按下停車按扭，將終止原運(yùn)行過程。1.2附加功能說明(1) 該設(shè)計(jì)可自動(dòng)排水(不脫水)和手動(dòng)脫水(不計(jì)數(shù))；(2) 能夠通過鍵盤設(shè)置全自動(dòng)洗衣的洗滌循環(huán)和清洗循環(huán)次數(shù)；2方案設(shè)計(jì)2.1控制對(duì)象全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì)的控制對(duì)象主要是洗衣機(jī)的三相電動(dòng)機(jī)，即控制電 機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；另外，也需要控制洗衣機(jī)操作面板的操作按鈕及相關(guān)信號(hào)顯示，例 如啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、模

6、式選擇按鈕、手動(dòng)排水按鈕、手動(dòng)脫水按鈕、 工作信號(hào)指示燈、模式指示燈等；2.2控制要求分析全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì)程序主要有包含系統(tǒng)啟動(dòng)、暫停、停止的初始化模 塊、包含手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水的手動(dòng)操作模塊、自動(dòng)洗滌模塊、洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)洗滌和 清洗模塊、循環(huán)次數(shù)控制模塊等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本功能；同時(shí)，設(shè)計(jì)觸摸屏操作界面模擬全自動(dòng)洗衣機(jī)的操作面板和顯示面板，并添加設(shè) 置洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)的輸入和顯示模塊，以實(shí)現(xiàn)在全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC程序運(yùn)行時(shí)能夠根據(jù)設(shè)置的循環(huán)次數(shù)完成衣物的清洗工作。本設(shè)計(jì)采用先模塊后整體的設(shè)計(jì)思路，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本功能為初級(jí)目 標(biāo)，根據(jù)調(diào)試現(xiàn)象進(jìn)行程序改進(jìn)

7、；進(jìn)而逐步加入手動(dòng)操作模塊和洗衣機(jī)洗滌和清洗循 環(huán)次數(shù)控制模塊，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加的合理化和人性化。2.3 I/O 表確定程序設(shè)計(jì)的輸入輸出端口，既方便觸摸屏控制界面的設(shè)計(jì)，有為系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)試帶來極大的便利。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的I/O表如下表所示:輸入端輸端輸入端口端口批注說明輸出端口端口批注說明X0啟動(dòng)按鈕保持性Y0啟動(dòng)指示X2停止按鈕保持性Y1注水指示X1暫停按鈕交替性Y21自動(dòng)模式X3自動(dòng)模式按鈕保持性Y2洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)X4手動(dòng)排水按鈕保持性Y3洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)X5手動(dòng)脫水按鈕交替性Y4排水指示X11高水位設(shè)置交替性Y5脫水指示X12中水位設(shè)置交替性Y10洗后報(bào)警X13低水位設(shè)置交替性X21咼水位行程開關(guān)交替

8、性X22中水位行程開關(guān)交替性X23低水位行程開關(guān)交替性X24排空水行程開關(guān)交替性說明：由于本設(shè)計(jì)使用觸摸屏來模擬來模式全自動(dòng)洗衣機(jī)的面板操作和顯示模塊， 因此在觸摸屏界面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用 M來代替X，例如觸摸屏中的停止按鈕寫入寄存器地址 因?yàn)镸2而不是X2。2.4 PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型，其中工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的、按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)行程一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與設(shè)備規(guī)模和控

9、制要求相適應(yīng)。在全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)控制要求、輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需的 寄存器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等指標(biāo)，且根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，我們選 用臺(tái)達(dá)系列的DVP SX2型號(hào)的PLC。另外，由于實(shí)驗(yàn)室的PLC暫時(shí)沒有擴(kuò)展輸入輸 出端口的數(shù)量，目前只有8個(gè)輸入端口和8個(gè)輸出端口，因此我們選擇使用 HMI觸摸 屏來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入和輸出。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分，我們采用 CAD軟件繪制系統(tǒng)的主 電路圖（含主電路、控制線路供電）、PLC配置圖、PLC的I/O接線原理圖.其中，全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制原理圖如下圖所示：成或者人為手動(dòng)都可以

10、停止洗衣機(jī)的運(yùn)行。雖然實(shí)驗(yàn)程序用內(nèi)部繼電器 M代替了實(shí)體按鈕X，但是在PLC的I/O接線圖里仍然使用X進(jìn)行說明，在輸入端0.0到0.7接口分別控制了啟動(dòng)、停止、高水位設(shè)置、中 水位設(shè)置、低水位設(shè)置、手動(dòng)排水、手動(dòng)脫水、自動(dòng)模式開關(guān)；1.0到1.4接口則分別代表了高水位行程開關(guān)、中水位行程開關(guān)、低水位行程開關(guān)、水排空檢測開關(guān)和暫停 開關(guān)；在輸出端1.0到1.5分別代表了注水閥開關(guān)丫1、排水閥開關(guān)丫4、控制電機(jī)正轉(zhuǎn) 的正轉(zhuǎn)KM1線圈、控制點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)的KM2線圈、脫水開關(guān)Y5。呂 «in?豐<dinruuit4AM4'Jk1att.«9flI1曙AM：燭側(cè)丈和 tMH

11、PLC配置圖也分為輸入部分也輸出部分，輸入部分由13個(gè)開關(guān)組成，分別是啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、自動(dòng)模式按鈕、手動(dòng)排水按鈕、手動(dòng)脫水按鈕、高水位 設(shè)置、中水位設(shè)置、低水位設(shè)置、高水位行程開關(guān)、中水位行程開關(guān)、低水位行程開 關(guān)、排空水行程開關(guān)；輸出由 9部分組成，分別是電源指示燈、電機(jī)正反轉(zhuǎn)線圈、洗 衣機(jī)排水開關(guān)、脫水開關(guān)、注水開關(guān)、報(bào)警指示燈。3.2系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)由控制要求可知，全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程如下：首先接通電源，用戶根據(jù)衣物 的多少及大小進(jìn)行水位的選擇；再按下啟動(dòng)按鈕，開始注水準(zhǔn)備洗滌衣物。使用PLC控制時(shí)，輸入設(shè)備主要有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、水位選擇按鈕（高水位選 擇按

12、鈕、中水位選擇按鈕、低水位選擇按鈕）、水位檢測開關(guān)（高水位檢測、中水位 檢測、低水位檢測）、排空水檢測及脫水按鈕等；輸出設(shè)備主要有進(jìn)水電磁閥，洗滌 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器，洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器，排水電磁閥，脫水離合器及報(bào)警指示等設(shè)備321啟動(dòng)初始化模塊首先，洗衣機(jī)開機(jī)后要進(jìn)行初始化。初始化包括洗衣機(jī)的啟動(dòng)、暫停和停止。啟 動(dòng)按鈕為點(diǎn)動(dòng)按鈕，形成自鎖電路，指示燈用來表明系統(tǒng)的正常運(yùn)行，暫停按鈕可以 終止洗衣機(jī)當(dāng)前的動(dòng)作，停止按鈕可以關(guān)閉洗衣機(jī)，以防突發(fā)事故。其程序設(shè)計(jì)梯形圖如下所示：XO MlT .11 旳 I啟功愷日仔上抿氧電浪指示燈MD宕訂擴(kuò)13| |3AST 即 S127曙止按日Y111 I&#

13、39;3.2.2手動(dòng)操作模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將洗衣機(jī)的程序分為自動(dòng)操作模塊和手動(dòng)操作模塊SO。自動(dòng)模式按鈕按下后，自動(dòng)模式的指示燈打開，當(dāng)洗衣機(jī)按下停止按鈕或者清洗 后停機(jī)時(shí)，自動(dòng)模式的指示燈才會(huì)熄滅，指示洗衣機(jī)停止工作。包含手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水的手動(dòng)操作模塊初設(shè)計(jì)的梯形圖如下圖所示：H24H5r-|/|kFMliT/FKHAfiz東軸】1Y12)¥.&<r直5MUHI電T腫M2TA和険ElI 'fS lLbcJ-.在手動(dòng)操作模式下，當(dāng) HMI觸摸屏上的手動(dòng)排水按鈕和手動(dòng)脫水按鈕按下時(shí)， 即可分別寫入M4和M5寄存器，進(jìn)而執(zhí)行手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水的相關(guān)操作； 其中，控

14、 制手動(dòng)排水的M4寄存器為點(diǎn)動(dòng)按鈕，因此加入自鎖開關(guān)；其中 Y4和丫5分別為洗衣 機(jī)內(nèi)部控制排水閥和脫水離合器的啟動(dòng)開關(guān)，在此設(shè)計(jì)中我們選擇采用手動(dòng)模擬控制。323水位選擇模塊在該設(shè)計(jì)中洗衣機(jī)的水位分為高中低三個(gè)檔位，可以通過手動(dòng)開關(guān)來選擇，其中M21、M22、M23為三個(gè)寄存器，控制水位檢測裝置，用來監(jiān)測水位是否達(dá)到指定水IM12M22M13M23位，三個(gè)水位檔為并列式條件控制方式，只要接通一個(gè)，就將轉(zhuǎn)入下一程序塊。其中，水位選擇模塊的梯形圖如下圖所示：WilM21:tlEJU3.2.4洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊其中，洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊的梯形圖如下圖所示:洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊采取了步進(jìn)順序指令來

15、實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的執(zhí)行過程，暫停按鈕 用來隨時(shí)終止電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。程序中用到了四個(gè)計(jì)數(shù)器，TO為注水后暫停2s計(jì)時(shí)器， T1為洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)30s計(jì)時(shí)器，T2為洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)30后暫停2s計(jì)時(shí)器，T3為洗衣機(jī)反轉(zhuǎn) 30s計(jì)時(shí)器。另外，程序中也用到了一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來控制循環(huán)次數(shù)。由于洗滌與清洗的正反轉(zhuǎn)都是10次，所以就只用了一個(gè)C0來記錄正反轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)。由于洗衣機(jī)的 洗滌和清洗過程相似，只需將控制循環(huán)次數(shù)和計(jì)數(shù)器控制時(shí)間做相應(yīng)改變即可。325洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)設(shè)置模塊洗衣機(jī)洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)主要是通過利用 HMI觸摸屏操作界面中設(shè)置 D0和D1寄存器的值來實(shí)現(xiàn)的，在此即可通過HMI觸摸屏來實(shí)現(xiàn)對(duì)洗衣機(jī)洗

16、滌循環(huán)次 數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)的設(shè)定。3.3 Screen Editor人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)在功能設(shè)計(jì)之后，我們還為全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)觸摸屏人機(jī)界面以方便我們對(duì)其進(jìn) 行調(diào)試，于是我們?yōu)橹O(shè)計(jì)了如圖所示人機(jī)界面：在上圖所示為人機(jī)系統(tǒng)的主界面，用于進(jìn)行洗衣機(jī)運(yùn)行模式的選擇，即“手動(dòng)模 式”與“自動(dòng)模式”。而在主界面下是如下面所示兩個(gè)分別與之前的兩個(gè)模式相對(duì)應(yīng) 的并列界面，即手動(dòng)模式界面與自動(dòng)模式界面。口DeUd soft yfnuljisi Va.24. Kernel Vur如上圖所示，手動(dòng)模式下界面菜單與指示燈全部為面向用戶的設(shè)計(jì)，因此我們相 信該界面在一定程度上仿真了洗衣機(jī)手動(dòng)模式下的用戶界面。Je

17、ta S.oftKernel H R°KI相對(duì)于手動(dòng)模式下的界面，自動(dòng)模式下的界面則加入了一些調(diào)試時(shí)需要的元件， 因?yàn)槿鄙僦悄苓x擇水位設(shè)置的裝置以及檢測液位的傳感裝置信號(hào)，因此我們目前只能 用調(diào)試界面中的這些手動(dòng)按鍵以及設(shè)值器來手動(dòng)模擬傳感檢測裝置的觸發(fā)信號(hào)。因此， 我們目前對(duì)Fig.3這個(gè)界面的定位只停留在調(diào)試界面。當(dāng)然，在條件允許后，我們也 希望能夠進(jìn)一步將洗衣機(jī)工作在“自動(dòng)模式”下的界面簡化為一個(gè)只有啟動(dòng)、停止、 暫停三個(gè)鍵的用戶界面，并且在界面美化上做得更好。4系統(tǒng)調(diào)試4.1調(diào)試步驟系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕按下后，啟動(dòng)指示燈亮，此時(shí)具有兩種工作模式供用戶選擇，分別 是手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。

18、在手動(dòng)模式下，(1) 按下手動(dòng)排水按鍵即開始排水，未排完時(shí)按下暫停，排水即停止；再一次按下 暫停按鈕時(shí)，暫停按鈕釋放，洗衣機(jī)繼續(xù)排水。(2) 按下手動(dòng)脫水按鈕時(shí)即開始脫水，暫停按鍵功能正常，即按下后，暫停脫水， 松開后脫水繼續(xù)(3) 脫水進(jìn)行時(shí)，如果按下手動(dòng)排水按鍵，脫水即停止，松開后脫水又繼續(xù)進(jìn)行； 洗衣機(jī)排水時(shí)，如果按下手動(dòng)脫水按鍵即可跳轉(zhuǎn)進(jìn)入脫水狀態(tài)；即排水狀態(tài)可跳轉(zhuǎn)到 脫水狀態(tài)，反之則不可行。在自動(dòng)模式下，(1) 在進(jìn)入自動(dòng)模式前，用戶需根據(jù)衣物量手動(dòng)設(shè)置水位檔位和洗滌循環(huán)次數(shù)及清 洗循環(huán)次數(shù)。(2) 按下自動(dòng)模式按鈕，自動(dòng)模式指示燈打開，洗衣機(jī)進(jìn)入自動(dòng)模式開始注水。(3) 當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，洗衣機(jī)開始洗滌。當(dāng)洗衣機(jī)洗滌次數(shù)達(dá)到后，即開始清洗。(5)清洗完成后，洗衣機(jī)自動(dòng)報(bào)警后停機(jī)。4.2調(diào)試中遇到的問題(1) 三個(gè)水位設(shè)置按鈕之間沒有互鎖，故在設(shè)置高水位同時(shí)，可以設(shè)置中水位或低 水位，即幾個(gè)水位之間的設(shè)置之間沒有關(guān)系。聯(lián)系實(shí)際我組認(rèn)為，在現(xiàn)實(shí)生活中的洗 衣機(jī)水位設(shè)置應(yīng)該是檔位開關(guān)的形式，即只能選擇一個(gè)，所以可以不再考慮。