全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制

1、電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)課題:全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)系別:電氣與信息工程學(xué)院專業(yè):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:河南城建學(xué)院2016年6月10日本文介紹了利用西門子1200 PLC對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制,闡述了控制方案,實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的用單片機(jī)控制自動(dòng)洗衣機(jī)相比,這種方案更加的穩(wěn)定可靠,并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。PLC的控制程序書寫簡(jiǎn)單,更加容易理解。對(duì)程序的編寫、器件的選型、程序的流程的進(jìn)行了詳細(xì)的描述,介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。關(guān)鍵字:西門子1200plc 全自動(dòng)洗衣機(jī)程序設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制 (1一、設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)要求 (11.1設(shè)計(jì)目的 (11

2、.2設(shè)計(jì)要求 (1二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) (12.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理 (12.1.1設(shè)備選型 (12.2 系統(tǒng)硬件電路圖 (32.2.1 主電路圖 (32.2.2 PLC I/O分配表 (32.2.3 PLC外圍接線圖 (42.2.4 單相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn) (4三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) (43.1 系統(tǒng)功能分析 (43.2 控制程序設(shè)計(jì)思路 (53.3 各部分功能具體實(shí)現(xiàn) (6四、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 (84.1 系統(tǒng)調(diào)試 (84.2 結(jié)果分析 (8五、 PLC梯形圖程序 (9六、設(shè)計(jì)心得 (9附錄一主電路圖 (10附錄二 PLC外圍接線圖 (11參考文獻(xiàn) (16全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制一、設(shè)計(jì)目的及

3、設(shè)計(jì)要求1.1設(shè)計(jì)目的(1 通過對(duì)自動(dòng)洗衣機(jī)PLC改造,掌握PLC功能圖的設(shè)計(jì)方法及步驟和全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制。(2 掌握自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制線路的原理及接線。(3 掌握自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制編程。1.2設(shè)計(jì)要求全自動(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(甩水用。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,將水由外桶排出到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤的正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn),此時(shí)脫水桶并不旋

4、轉(zhuǎn)。脫水時(shí),通過電控系統(tǒng)將離合器合上,由洗滌電動(dòng)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(cè)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。排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。PLC投入運(yùn)行,系統(tǒng)處于初始狀態(tài),準(zhǔn)備好啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)開始進(jìn)水,水滿(即水位到達(dá)高水位時(shí)停止進(jìn)水并開始正洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌15s后暫停,暫停3s后開始反轉(zhuǎn)洗滌。反轉(zhuǎn)洗滌15s后暫停,暫停3s后若正、反洗滌未滿3次,則返回從正轉(zhuǎn)洗滌開始的動(dòng)作;若正、反洗滌滿3次時(shí),則開始排水。排水水位若下降到低位時(shí),開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10s即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán),則返回

5、從進(jìn)水開始的全部動(dòng)作,進(jìn)行下一次大循環(huán);若完成了3次大循環(huán),則進(jìn)行洗完報(bào)警。此外,還要求可以按排水按鈕以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水;按停止按鈕以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1設(shè)備選型表1 設(shè)備清單名稱品牌 型號(hào) 數(shù)量 備注 PLC 控制器西門子 6ES7 214-1AG40-0XB0 1臺(tái) 電動(dòng)機(jī)廣東中寶 YC801-2 1臺(tái) 單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī) 交流接觸器正泰電器 CJX2-09 2個(gè) 220V 電磁中間繼電器正泰電器 JZX-22F(D/4Z 10個(gè) DC 24V 開關(guān)電源伊萊科電氣 S-100-24 1個(gè) 網(wǎng)線1根 導(dǎo)線 若干(1PLC

6、控制器選型本次設(shè)計(jì)的項(xiàng)目為全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC 控制,采用了5個(gè)數(shù)字量輸入和10個(gè)數(shù)字量輸出,綜合考慮選用西門子S7-1200:CPU 1214C DC/DC/DC ,訂貨號(hào):6ES7-214-1AG40-0XB0。S7-1200 可編程邏輯控制器 (PLC, Programmable Logic Controller 提供了控制各種設(shè)備以滿足您自動(dòng)化需要的靈活性和強(qiáng)大功能。 S7-1200 設(shè)計(jì)緊湊、組態(tài)靈活且具有功能強(qiáng)大的指令集,這些特點(diǎn)的組合使它成為控制各種應(yīng)用的完美解決方案?？刂葡到y(tǒng)在PROTEL V13 工程平臺(tái)中的硬件系統(tǒng)配置圖如下:圖1 PLC 硬件系統(tǒng)配置圖圖2 PC stat

7、ion 硬件系統(tǒng)配置圖(2電動(dòng)機(jī)選型單相交流異步電機(jī),是目前洗衣機(jī)普遍采用的電機(jī),原因很筒單,因?yàn)樗脑?、?gòu)造大家已經(jīng)非常了解,制作工藝已很成熟,而且,應(yīng)用在洗衣機(jī)上已有幾十年歷史了。但由于這種電機(jī)是恒速運(yùn)轉(zhuǎn),工作時(shí)通過皮帶傳動(dòng)及減速離合器完成速度、力矩的轉(zhuǎn)換,再分別完成洗衣機(jī)的洗滌、脫水動(dòng)作。普通波輪洗衣機(jī)的電機(jī)的功率一般在300瓦左右,同時(shí)根據(jù)節(jié)能和環(huán)保的理念,我們可以選擇具有噪音低、升溫低、功率大以及維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)的YC系列單值電容起動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)。同時(shí)該電機(jī)具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。因此,YC系列的單相異步電機(jī)非常適合我們家用電器電機(jī)的設(shè)計(jì)理念。

8、我們選擇YC801-2型號(hào)的電機(jī),該電機(jī)的功率為0.37kwh,轉(zhuǎn)速為2800r/min,電流3.4A,電壓220v,頻率為50Hz2.2 系統(tǒng)硬件電路圖2.2.1 主電路圖詳見附錄一:主電路圖。2.2.2 PLC I/O分配表表2 I/O分配輸入輸出序號(hào)名稱符號(hào)輸入點(diǎn)名稱符號(hào)輸出點(diǎn)1 啟動(dòng)按鈕SB1 I0.0 進(jìn)水閥YV1 Q0.02 停止按鈕SB2 I0.1 出水閥YV2 Q0.13 手動(dòng)排水按鈕SB3 I0.2 正轉(zhuǎn)洗滌Q0.24 低液位傳感器SQ1 I0.3 反轉(zhuǎn)洗滌Q0.35 高液位傳感器SQ2 I0.4 脫水Q0.46 報(bào)警Q0.57 低水位指示Q0.68 高水位指示Q0.79 運(yùn)

9、行指示Q1.010 停機(jī)指示Q1.1注意:由于PLC的輸入需要外部給定,無法通過軟件修改。故本次設(shè)計(jì)仿真中,用變量M3.0M3.4代替變量I0.0I0.4,以完成仿真。2.2.3 PLC外圍接線圖詳見附錄二:PLC外圍接線圖。2.2.4 單相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)要實(shí)現(xiàn)單相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn),就必須使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)單相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn),就要把工作繞阻和起動(dòng)繞阻中的一組首端和末端與電源的接線對(duì)調(diào)方可完成。因?yàn)閱蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(轉(zhuǎn)向使從電流相位超前的繞阻向電流相位滯后的繞阻旋轉(zhuǎn)的。這樣如果把其中一個(gè)繞阻首端和末端于電源線接法對(duì)調(diào)就等于把這個(gè)繞阻的電流的相位改變了180,假若原來這個(gè)繞

10、組的電流相位使超前90,這樣一來,該接后該繞組的電路相位便成為滯后90了,結(jié)果就導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向也隨之改變。如圖3: 當(dāng)定時(shí)器開關(guān)接于左邊的位置時(shí),電容器串聯(lián)在 LF 繞組上,則電流 Iuf 90,設(shè)此時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),經(jīng)過定時(shí)器所設(shè)定度時(shí)間后,定時(shí)器刀開關(guān)接通右邊觸點(diǎn)將電容器從LF繞組切斷到LZ繞組中,則電流Ilz 超前Ilf 相位約90,從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn),在該電路中實(shí)質(zhì)上是主、副繞組相互交換來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的,因此這種單相異步電動(dòng)機(jī)的工作繞組和啟動(dòng)繞組必須是可以互換的。220V切換開關(guān)CLZMLF圖3 單相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)功能分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求,畫出相應(yīng)的控制

11、系統(tǒng)流程圖,見圖4。 圖4 控制流程圖3.2 控制程序設(shè)計(jì)思路首先將程序分為三個(gè)部分進(jìn)行分別編寫,主程序(main、洗滌環(huán)節(jié)子程序(FC1、大循環(huán)環(huán)節(jié)子程序(FC2。如圖5所示 圖5. 程序塊主程序:主要用于調(diào)用洗滌環(huán)節(jié)和大循環(huán)環(huán)節(jié)的子程序,把握系統(tǒng)的整體運(yùn)行。洗滌環(huán)節(jié)子程序:本程序塊主要編寫洗衣機(jī)的正反轉(zhuǎn)洗滌,并通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。大循環(huán)環(huán)節(jié)子程序:本子程序主要調(diào)用了洗滌環(huán)節(jié)子程序,并有控制脫水和報(bào)警環(huán)節(jié)。通過脫水的次數(shù)來確定大循環(huán)的次數(shù),當(dāng)脫水次數(shù)達(dá)到3次時(shí),停止脫水,報(bào)警10s 后,停機(jī)等待。3.3 各部分功能具體實(shí)現(xiàn)(1洗滌環(huán)節(jié)進(jìn)水閥打開,當(dāng)高液位傳感器檢測(cè)到信號(hào)時(shí),立即關(guān)閉進(jìn)

12、水閥。當(dāng)程序中檢測(cè)到進(jìn)水閥的下降沿信號(hào),則驅(qū)動(dòng)洗滌環(huán)節(jié)。洗滌環(huán)節(jié)程序圖如圖6 圖6.洗滌環(huán)節(jié)程序(2大循環(huán)環(huán)節(jié)每次脫水結(jié)束,則輸出一個(gè)脈沖信號(hào)給大循環(huán)計(jì)數(shù)器,當(dāng)計(jì)數(shù)器當(dāng)前值等于設(shè)定值時(shí),則退出大循環(huán)環(huán)節(jié)。 (3報(bào)警程序 圖8.報(bào)警程序大循環(huán)結(jié)束后輸出使報(bào)警接通,同時(shí)報(bào)警計(jì)時(shí)器及時(shí),當(dāng)達(dá)到計(jì)時(shí)設(shè)定值時(shí),斷開報(bào)警,洗衣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。報(bào)警程序如圖8。(4子程序調(diào)用程序 圖9.子程序調(diào)用程序四、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試 圖10.上位機(jī)監(jiān)控界面通過WINCC畫面對(duì)PLC各輸出點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,如圖8上位機(jī)監(jiān)控界面。4.2 結(jié)果分析基本完成了設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)。通

13、過程序設(shè)計(jì),硬件組態(tài),以及組態(tài)畫面,能夠用WINCC上位機(jī)監(jiān)控界面實(shí)時(shí)顯示洗衣機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。五、PLC梯形圖程序詳見附錄三 PLC梯形圖程序六、設(shè)計(jì)心得通過一周的電氣PLC的課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多的知識(shí),特別是一些在課程之外的一些知識(shí)。通過自己合作做出來一個(gè)小項(xiàng)目,在項(xiàng)目中遇到了一些比較實(shí)際的問題,例如,在洗衣機(jī)電機(jī)選型中,經(jīng)過在網(wǎng)上資料的查找,了解到電機(jī)的選型中存在著很多的知識(shí),電機(jī)的額定電壓、額定電流、額定功率的如何選擇。另外,也了解到不同的工作環(huán)境對(duì)電機(jī)的選擇也是有著很大的不同。附錄一主電路圖 附錄二 PLC外圍接線圖 附錄三PLC梯形圖程序主程序 洗滌環(huán)節(jié) 13 大循環(huán)環(huán)節(jié) 14 15 參考文獻(xiàn) 【1】王曙光S7-200PLC 應(yīng)用基礎(chǔ)與實(shí)例人民郵電出版社，2007 【2】嚴(yán)盈富，西門子 S7-200PLC 入門人民郵