機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文

1、QFIf LH9 KHClMiE f-HG丹 ll 2 hl YOCKTIDIIAt畢業(yè)設(shè)計說明書課題名稱：PLG變頻器和觸摸屏實現(xiàn)工業(yè)洗衣機控制學生XXXX專業(yè)機申,一體化班級機電1102班時 間指導教師XXXX電子工程學院目錄摘要3關(guān)鍵詞 3一 前言 4一工業(yè)控制洗衣機 4二PLC簡介4三變頻器簡介 4四觸摸屏簡介 5二 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6一控制要求 6二硬件選擇 6三變頻器參數(shù) 7四 I/O 地址分配表 8五硬件接線圖 9六觸摸屏畫面和實現(xiàn)功能 10三 系統(tǒng)軟件設(shè)計 11一）PLC控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 11二 PLC 控制程序梯形圖 12三綜合調(diào)試 15四結(jié)束語 16致謝 1 7參考文獻 1

2、8摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時帶 動傳統(tǒng)的控制技術(shù)的不斷更新。本篇論文描述了采用可編程控制器三菱 FX2N 系列PLC作為核心控制部件，并利用電腦對工業(yè)洗衣機進行模擬監(jiān)控的控制系 統(tǒng)總體控制， 設(shè)計出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、 程序指令、 梯形圖以及輸入輸出端子的分配 方案，實現(xiàn)洗滌、漂洗、脫水過程。根據(jù)工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)總體控制要求和特點， 為使洗衣機操作的整個流程 更直接明白化，本論文就利用通過PLC控制全自動洗衣機進行了調(diào)查，實現(xiàn)了全 自動洗衣機的正常運行和強制性停止功能。關(guān)鍵詞：三菱FX2N系列PLC 變頻器 觸摸屏工業(yè)洗衣機、八 、， 一刖言一工業(yè)洗衣機

3、洗衣機是人們?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。它在工業(yè)中的應(yīng)用也十分廣泛， 本課題在于對工業(yè)洗衣機的研究。 工 業(yè)洗衣機適用于洗滌棉、毛、花扦、絲綢等衣物品，所以工業(yè)洗衣機大量用于賓 館、飯店、醫(yī)院、學校、工廠等領(lǐng)域，滿足大容量的洗滌要求。但是傳統(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的程度的要求了。洗衣機需要更好的滿足人們的需求，必須借助于自動化的技術(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的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。自動化的飛速發(fā)展使得洗衣機由初始的半自

4、動洗衣機發(fā)展到現(xiàn)在的全自動洗衣機，現(xiàn)在又正向智能洗衣機方向發(fā)展。二PLC簡介PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用 可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計 數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種 類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系 統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的電腦，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型電腦相同，基本構(gòu)成為：1.電源 2.CPU3.儲存器 4.輸入輸出接口電路 5.功能模塊 6通信模塊三變頻器簡介變頻器Variabl

5、e-frequency Drive ，VFD丨是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)， 通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流交流變直流、濾波、逆變直流變交流、制動單元、驅(qū)動單元、檢測 單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻 率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而到達節(jié)能、調(diào)速的目 的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工 業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。高容量電容

6、：存儲轉(zhuǎn)換后的電能逆變器：由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)， 將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、 寬度、幅度的方波?？刂破鳎喊丛O(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正 弦波的交流電，驅(qū)動交流電動機四觸摸屏簡介所謂觸摸屏，從市場概念來講，就是一種人人都會使用的電腦輸入設(shè)備， 或 者說是人人都會使用的與電腦溝通的設(shè)備。 不用學習，人人都會使用，是觸摸屏 最大的魔力，這一點無論是鍵盤還是鼠標，都無法與其相比。人人都會使用，也 就標志著電腦應(yīng)用普及時代的真正到來。這也是發(fā)展觸摸屏，發(fā)展KIOSK，發(fā)展KIOSK網(wǎng)絡(luò)，努力形成中國觸摸產(chǎn)業(yè)的原因。從技術(shù)原理角度來講，觸摸屏是一套透明的絕對定位系統(tǒng)

7、，首先它必須保證 是透明的，因此它必須通過材料科技來解決透明問題，像數(shù)字化儀、寫字板、電 梯開關(guān)，它們都不是觸摸屏；其次它是絕對坐標，手指摸哪就是哪，不需要第二 個動作，不像鼠標，是相對定位的一套系統(tǒng)，我們可以注意到，觸摸屏軟件都不 需要光標，有光標反倒影響用戶的注意力，因為光標是給相對定位的設(shè)備用的， 相對定位的設(shè)備要移動到一個地方首先要知道身在何處，往哪個方向去，每時每刻還需要不停的給用戶反饋當前的位置才不至于出現(xiàn)偏差。這些對采取絕對坐標定位的觸摸屏來說都不需要；再其次就是能檢測手指的觸摸動作并且判斷手指位 置，各類觸摸屏技術(shù)就是圍繞 檢測手指觸摸”而八仙過海各顯神通的。二 硬件系統(tǒng)設(shè)計一

8、控制要求1. PLC上電，系統(tǒng)進人初始狀態(tài),準備起動。2. 按起動按鈕則開始進水 ,當水位到達高水位時 ,停止進水,并開始正轉(zhuǎn)洗滌。正 轉(zhuǎn)洗滌 l5s, 暫停 3s, 反轉(zhuǎn)洗滌 l5s, 暫停 3s, 為一次小循環(huán)。 假設(shè)小循環(huán)次數(shù)不滿 3次,則繼續(xù)正轉(zhuǎn)洗滌 l5s, 開始下一個小循環(huán) ;假設(shè)小循環(huán)次數(shù)到達 3次,則開始 排水。3當水位下降到低水位時 , 開始脫水并繼續(xù)排水 , 脫水時間為 10s, 10s 時間到, 即完成一次大循環(huán)。假設(shè)大循環(huán)未滿 3次,則返回進水,開始下一次大循環(huán) ;假設(shè) 大循環(huán)次數(shù)到達3次,則進行洗完報警。報警10s后結(jié)束全部過程，自動停機。4洗衣機“正轉(zhuǎn)洗滌15s ”

9、和“反轉(zhuǎn)洗滌15s ”過程,要求使用變頻器驅(qū)動電動 機,且實現(xiàn)3段速運行,即先以30Hz速度運行5s,接著轉(zhuǎn)為45Hz速度運行5s,最 后5s以25Hz速度運行。5 脫水時的變頻器輸出頻率為50Hz,設(shè)定其加速、減速時間均為2s。 6通過觸摸屏設(shè)定起動按鍵、 停止按鍵,顯示正反轉(zhuǎn)運行時間、 循環(huán)次數(shù)等參數(shù)。（二）硬件選擇隨著 PLC 的功能日益強大，全自動洗衣機在工業(yè)的運用也日益廣泛。一般PLC 具有開關(guān)量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些 PLC 還可 以擴展各種特殊功能模塊， 如通信模塊、 位置控制模塊等， 選型時可以考慮以下 幾點：功能與任務(wù)相適應(yīng)， PLC 的處理速度應(yīng)滿足

10、實時控制的要求、 PLC 結(jié)構(gòu) 合理、機型統(tǒng)一、 在線編程和離線編程的選擇。 全自動洗衣機所要求的控制功能 簡單，小型 PLC 就能滿足要求了。 PLC 一般都比較昂貴我們可以選擇體積比較 小，價格相對來說比較廉價但功能比較俱全的三菱 FX2N-32MR 完全能滿足控制 要求。2. 變頻器的選擇本系統(tǒng)采用三菱通用的 FR-D700 變頻器。操作簡單，控制方便。3. 觸摸屏的選擇觸摸屏選擇GOT100（人機界面對應(yīng)GOT100系列的畫面設(shè)計軟件為 GTDesigner2 Version2軟件。三菱GOT1000 系列觸摸屏使用優(yōu)點一：實現(xiàn)免編程操作1、無縫連接MELSE過程控制系統(tǒng)無須編程即可有

11、效創(chuàng)建過程控制畫面，實現(xiàn)了過程控制系統(tǒng)的快速啟動2、MESS口功能輕松快捷地實現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場和信息系統(tǒng)之間的“免編程連接”，并可在用戶 端方便地添加和修改系統(tǒng)3、兼容 IQ 平臺無須編程即可將GOT與工程環(huán)境、控制器及網(wǎng)絡(luò)建立鏈接 二：有效縮短停機時間1 、備份 / 恢復功能 可自動備份程序和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高效的維護作用2、文檔顯示 / 運動圖像功能設(shè)備發(fā)生故障時，可使用GOT在作業(yè)現(xiàn)場查看設(shè)備手冊，并使用運動圖像功能高效恢復3、監(jiān)視功能梯形圖監(jiān)視器、SFC監(jiān)視器等。三）變頻器參數(shù)根據(jù)控制要求，設(shè)計變頻器的基本參數(shù) .操作模式選擇參數(shù)和多段速度設(shè)定等參 數(shù)，具體參數(shù)如下：1 pu操作模式，pr.79

12、=1，變頻器參數(shù)情02上限頻率 pr.1=50Hz;3下限頻率pr.2=0Hz;4加速時間pr.7=2s;5減速時間pr.8=2s;6電子過電流保護pr.9=0.35A;7操作模式選擇組合模式pr.79=3;8多段速度設(shè)定1速pr4=30Hz;9多段速的設(shè)定2速pr5=45Hz;10多段速度設(shè)定3速pr6=25Hz;11電機的三速運行，即通過 PLC控制變頻器的RL.RM.和RH以及STF.STR 端子的通斷，來控制變頻器運行。注：1、多段速與洗滌程序的對應(yīng)及其頻率設(shè)置可以根據(jù)實際功能要求修 改相關(guān)匹配設(shè)置。2、設(shè)定的4個具體加減速時間也可以根據(jù)實際功能匹配要求進行相關(guān)設(shè) 置修改四I/O地址分

13、配表I/O點編號備注X0啟動按鈕X1停止按鈕X2排水按鈕X3下水位按鈕加水后閉合X4上水位按鈕加滿水后閉合Y0進水電磁閥Y1正傳電機Y2反轉(zhuǎn)電機Y3電源指示燈Y4正傳指示燈Y5反轉(zhuǎn)指示燈Y6進水閥指示燈Y7出水電磁閥Y10出水閥指示燈Y11報警Y12脫水Y13脫水指示燈五硬件接線圖圖中“正轉(zhuǎn)” KMO、“反轉(zhuǎn)” KM1、“脫水” KM3為控制電機電源的三個繼電器， 他們的線圈分別為PLC輸出端“ 丫1 ”、“丫2”、“丫12”相連，受控于PLC的輸出 信號并且相互之間用了互鎖防止同時接通正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)燒毀電機。其中正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是通過變頻器控制后輸出到電機中，因此可以通過改變變頻器的參數(shù)就能改變對 電

14、機速度的控制，而脫水是直接與電源的兩極相連，頻率最大且不變。所以在工 作過程中就不同于洗滌。（六）觸摸屏畫面和實現(xiàn)功能觸摸屏畫面©電源進水正轉(zhuǎn)e反轉(zhuǎn)岀水e脫水實現(xiàn)功能：整個控制系統(tǒng)就只有一個畫面，上面有著電源、啟動、和停止按鈕， 畫面將動態(tài)的顯示電源、正轉(zhuǎn)、進水、反轉(zhuǎn)、出水、脫水狀態(tài)燈，還有就是分別 顯示正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的時間，洗衣機的工作狀態(tài)小循環(huán)和大循環(huán)的次數(shù)這些參數(shù)。三系統(tǒng)軟件的設(shè)計一PLC控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖脫水排水停機（二）PLC控制程序梯形圖XO M10Y3XI X2 U04 屮11申Y0:;.LE3三綜合調(diào)試在系統(tǒng)樣機的組裝和軟件設(shè)計完成以后，就進入系統(tǒng)的調(diào)試階段。應(yīng) 用系統(tǒng)的

15、調(diào)試步驟和方法是相同的，但具體細節(jié)與采用的開發(fā)系統(tǒng)即仿 真器及選用的單片機型號有關(guān)。調(diào)試的過程就是軟硬件的查錯過程 ， 分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。(1丨硬件調(diào)試單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試是分不開的，通常是先排除明顯的硬件故障后再和軟件結(jié)合起來進行調(diào)試。常見的硬件故障有邏輯錯誤、元 器件失效、可靠性差和電源故障等。在進行硬件調(diào)試時先進行靜態(tài)調(diào)試， 用萬用表等工具在樣機加電前根據(jù)原理圖和裝配圖仔細檢查線路，核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否正確。然后加電檢查各點電位是否正常。 接下來再借助仿真器進行聯(lián)機調(diào)試,分別測試擴展的RAM I/O 口、I/O 設(shè)備、程序存儲器以及晶振和復位電路，改正其中的錯誤。

16、2軟件調(diào)試軟件調(diào)試就是檢查系統(tǒng)軟件中的錯誤。常見的軟件錯誤有程序失控、 中錯誤不響應(yīng)中斷或循環(huán)響應(yīng)中斷、輸入/輸出錯誤和處理結(jié)果錯誤 等類型。要把各個程序模塊分別進行調(diào)試，調(diào)試通過后再組合到一起進行 綜合調(diào)試，到達預定的功能技術(shù)指標后即可將軟件固化。 系統(tǒng)的調(diào)試過程 要結(jié)合具體的仿真器進行。3系統(tǒng)調(diào)試按下總電源開關(guān)，電源指示燈丫3亮，繼電器M0被接通，使得丫0進水電磁 閥打開，洗衣機進水。等到水位到達上限位開關(guān) X5 被斷開，洗衣機停止進水， 此時觸發(fā) M1 使得 Y1 得電開始正傳， T0 開始計時。等到 T0 計滿 15s 后電機停 止轉(zhuǎn)動，T1開始計時。等到T1計滿3s后，T1停止計時觸

17、發(fā)M3使得丫2得電 電機開始反轉(zhuǎn)。等到T2計滿15s后，T2停止計時，電機停止轉(zhuǎn)動，使得M4被觸 發(fā)，計時器T3開始計時，計滿3s后停止計時。觸發(fā)M5使得小循環(huán)統(tǒng)計CO被加1,再次回到正轉(zhuǎn)開始的程序開端 M5使得電 機開始正轉(zhuǎn)，就這樣循環(huán)下去。等到 C0 被計滿后， M6 接通循環(huán)結(jié)束。同時 M7 接通，計數(shù)器 CO 復位， 丫7 接通出水電磁閥打開開始排水。此時觸發(fā) M8， T4 開始計時， 丫12 得電洗衣機脫水。當 T4 計滿后停止脫水，觸發(fā) T4 回到電機剛 開始正轉(zhuǎn)程序開端使得電機開始正轉(zhuǎn)。計時器 C1 被加 1，就這樣循環(huán)此時是 大循環(huán):，,C1計滿3次，丫11得電開始報警，T5開

18、始計時。當T5計滿10s時， T5停止計時，丫11失電停止報警。M10接通關(guān)斷整個總電源。（四）結(jié)束語經(jīng)過一個多月的努力我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了 , 但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè) 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！通過本次畢業(yè)設(shè)計， 沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所 學知識的單純總結(jié)， 但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知 識的一種檢驗， 而且也是對自己能力的一種提高。 在整個設(shè)計中我懂得了許多東 西，也培養(yǎng)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。致謝轉(zhuǎn)眼間，三年的大學生活即將結(jié)束，站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，奮斗和 辛勞成為絲絲的記憶，甜美與歡笑也都塵埃落定。武漢軟件工程職業(yè)學院以其優(yōu) 良的學習風氣、嚴謹?shù)目蒲蟹諊涛仪髮W，以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實的校園生活育我成人。 值此畢業(yè)論文完成之際， 我謹向所有關(guān)心、保護、幫 助我的人們表示最誠摯的感謝與最美好的祝愿。 三年來，老師們淵博的專業(yè)知識， 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易 近人的人格魅力對我影響深遠。老師們不僅授我以文，而