基于plc的自動洗碗機系統(tǒng)控制電氣工程及其自動化

紅河學院本科畢業(yè)論文(設計)基于PLC的自動洗碗機系統(tǒng)控制2008級電氣工程及其自動化指導教師（教授） 2012年5月目錄第一章緒論 11.PLC自動洗碗機設計的意義 12.課題主要設計的內(nèi)容 1第二章可編程控制器概述 21.PLC的基本概念與結構 21.1概念 21.2結構 22.PLC的工作原理及基本特點 32.1工作原理 32.2基本特點 33.PLC的發(fā)展趨勢與動向 4第三章自動洗碗機控制系統(tǒng)方案設計 51.自動洗碗機簡介 52.基本結構及工作原理 52.1外部結構及內(nèi)部結構 52.2工作原理 63.控制要求 74.PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 7第四章系統(tǒng)硬件設計 91.PLC的選擇 92.傳感器的選擇 92.1液位傳感器 92.2溫度傳感器 92.3TS濁度傳感器 9第五章系統(tǒng)軟件設計 111.I/O分配表 112.PLC接線圖 123.系統(tǒng)流程圖 124.步進狀態(tài)圖 135.梯形圖 146.控制過程 15第六章課程設計總結 17參考文獻 18第二章可編程控制器概述PAGE2PAGE1第一章緒論1.PLC自動洗碗機設計的意義目前自動洗碗機已經(jīng)逐漸普及普通家庭，隨著它的暢銷出現(xiàn)了各種各樣的全自動洗碗機，該設計實現(xiàn)了洗碗機由進水、洗滌、排水、烘干、報警到自動停機的循環(huán)過程。該設計采用PLC來實現(xiàn)，PLC能克服單片機的缺點，它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。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相對簡單。該系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、觸摸屏等控制元件組成，可編程控制器完成整個系統(tǒng)邏輯控制、各運行相關參數(shù)傳送與讀寫、設備運行狀態(tài)顯示功能。變頻器與可編程控制器利用自由口通訊協(xié)議通訊完成設備的啟/停、簡易PLC程序的執(zhí)行及其它相關運行參數(shù)的傳送。PLC與觸摸屏通訊實現(xiàn)人機對話，完成相關參數(shù)設置、啟停操作與狀態(tài)顯示。自動洗碗機利用可編程控制器、變頻器與人機界面等自動化產(chǎn)品的有機結合來實現(xiàn)對工業(yè)洗滌設備的自動控制，其主要控制思路是對洗滌設備的進水/出水、洗滌時間、可編程控制器通訊功能的應用、變頻器簡易PLC功能的應用進行有機的組合與設計。2.課題主要設計的內(nèi)容 本課題主要設計的內(nèi)容是自動洗碗機的洗碗工藝及自動洗碗機控制系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)設計,主要由以下內(nèi)容組成：（1）介紹了PLC的基本結構（圖2-1）和工作原理、特點、發(fā)展趨勢；（2）介紹了關于自動洗碗機設計的基本內(nèi)容，包括自動洗碗機的簡介，自動洗碗機的基本結構圖（圖3-1），工作原理及設計的控制要求、功能；（3）分析設計自動洗碗機控制系統(tǒng)的硬件選擇；（4）具體分析設計自動洗碗機控制的軟件系統(tǒng)設計；（5）畢業(yè)設計總結、參考文獻以及致謝。第二章可編程控制器概述1.PLC的基本概念與結構1.1概念PLC的中文名為可編程控制器，它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時計數(shù)和算術運算操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入，輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電器接觸控制技術相結合的產(chǎn)物。1.2結構第二章可編程控制器概述34圖2-1PLC基本結構圖（1）電源：PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好、可靠地電源，系統(tǒng)是無法正常工作的。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC：如果加的為直流電壓，則常用的為24V。（2）中央處理單元：CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程式賦予的功能接收并存貯用戶程式和資料，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或資料，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。（3）存儲器：存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器，存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。（4）I/O接口電路：輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道；輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器，選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。（5）功能模塊、通信模塊：計數(shù)、計時、定位等屬于功能模塊。以太網(wǎng)、Profibus-DP等屬于通訊模塊。2.PLC的工作原理及基本特點2.1工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式進行運行，掃描工作分為5個階段，包括公共處理階段、程序執(zhí)行階段、掃描周期計算階段、I/O刷新階段、外設端口處理階段。PLC上電后，首先檢查硬件是否正常，若正常，則進行下一步：若不正常，則報警并作處理。檢查完畢后，按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行，在此期間，對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，將結果存入輸出映象寄存器。然后進行計算掃描周期，再讀出輸入點的狀態(tài)并寫入輸入映象寄存器，將輸出映象寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點，供外設端口服務。2.2基本特點（1）抗干擾能力強，可靠性較高：由于PLC采用了大規(guī)模的集成電路技術，嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，所以具有很高的可靠性。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。（2）功能完善，適用性強：PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學易用：PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）維護方便，容易改造：PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。3.PLC的發(fā)展趨勢與動向（1）從技術上看：PLC會向運算速度更快,存儲容量更大，功能更廣，性能更穩(wěn)定，性價比更高的方向發(fā)展。（2）從規(guī)模上看：PLC會進一步向超小型和超大型兩個方向發(fā)展。（3）從配套性上看：PLC產(chǎn)品會向品種更豐富，規(guī)格更齊備的方向發(fā)展。（4）從網(wǎng)絡通信的角度看：PLC將向網(wǎng)絡化和通信的簡便化的方向發(fā)展。 第三章自動洗碗機控制系統(tǒng)方案設計56第三章自動洗碗機控制系統(tǒng)方案設計1.自動洗碗機簡介洗碗機是用來自動清洗碗、筷、盤、碟、刀、叉等餐具的設備，按結構可分為箱式和傳送式兩大類。它為餐廳、賓館、機關單位食堂的炊事人員減輕了勞動強度，提高了工作效率，并增進清潔衛(wèi)生?，F(xiàn)在，多種小型洗碗機已經(jīng)上市，正逐漸進入普通家庭。洗碗機的洗滌方式洗碗機可分為葉輪式、噴射式、淋洗式和超聲波式四種洗滌方式。目前較為常見的有葉輪式和噴射式，前者有類似洗衣機波輪的葉輪；后者靠邊射水流邊旋轉的轉臂進行洗滌而得名。這兩種洗碗機具有結構簡單、洗滌效果較好、售價較低和維修容易等特點，很適合一般家庭使用。這里所做的事噴射式的自動洗碗機，它是前開式洗碗機。這種開門方式就像拉開抽屜一樣拉出每個擱架，取放餐具非常方便，而且其頂部還能給用戶提供更多的使用空間。2.基本結構及工作原理2.1外部結構及內(nèi)部結構圖3-1洗碗機外部結構內(nèi)部結構示意圖2.2工作原理78系統(tǒng)上電后，通過運行可編程序控制器內(nèi)部儲存的程序，使程控器內(nèi)部的開關觸點按程序設定的要求依次閉合或斷開，從而驅動PLC外部主電路的繼電器、電磁閥線圈的得失電控制各部分工作。通過電機驅動清洗泵對水的加壓，形成高達3m噴射壓力的水流，同時由不銹鋼環(huán)狀電熱管組成的加熱管快速對水加熱已獲得一定的溫度（溫度的高低可根據(jù)使用者對餐具清洗的要求由程序控制器選定），再輔以洗滌消毒劑。由于噴淋器受到噴水的反作用力而不斷地轉動，使噴到洗碗機頂部的水柱仍有很大的反沖力，噴臂不斷地將帶有洗滌劑或漂洗劑的熱水以一定的壓力從三維方向均勻密集地噴射到餐具表面，使餐具的各個面都被反復沖洗，從而降低了油脂的粘度和吸附力。熱水對食物殘渣進行浸泡膨化；洗滌劑對油污與殘渣進行乳化分解并殺菌消毒。這力、熱、化學作用三管齊下的強勁威力，使餐具表面的油污、殘渣迅速分解脫落；所以這將能使蒸魚、蒸蛋、煮牛奶后附在餐具上的殘汁清洗干凈。再由清水強力漂洗；污物落到底部過濾器處，清洗后的污水經(jīng)排水泵自動排出，然后利用余熱將餐具烘干3.控制要求（1）洗碗機設有自動與手動開關。當洗碗機在自動狀態(tài)下的時候，洗碗機進入正常工作狀態(tài)。當洗碗機在手動狀態(tài)下，洗碗機進入安裝調(diào)試工作狀態(tài)。自動狀態(tài)完成：1.給自己注水2.把水加熱到適當?shù)臏囟?.在適當?shù)臅r候自動打開洗滌劑添加裝置4.通過噴頭射出水來清洗碗碟5.排出污水6.往碗碟上噴灑更多的水進行沖刷7.再次排出污水8.如果選擇了烘干功能，它會自動加熱來烘干碗碟。（2）設有常溫、55℃、65℃三檔選擇開關，常溫檔為簡易洗法，水不加熱，一般用于對少量較干凈餐具的清洗：55℃檔為標準洗法，將水加熱至55℃，平時洗滌多用此檔；65℃為強力洗法，將水加熱至65℃，用于數(shù)量多且較臟污的餐具的清洗。（3）除此之外，控制機構里的小型可編程序控制器——PLC，可以控制每個運行過程的持續(xù)時間和方式，以此來實現(xiàn)預約定時洗等功能。內(nèi)部設有一個傳感器監(jiān)測著水和空氣的溫度，以防洗碗機加熱過度或損壞碗碟。另一個傳感器監(jiān)測水位，一旦發(fā)現(xiàn)水位過高，它會自動停止進水啟動下一步程序來防止水從洗碗機里溢出。還有一個傳感器來監(jiān)測清洗碗碟之后水的骯臟程度，如果水足夠干凈，洗碗機就知道碗碟都洗干凈了。4.PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則（1）最大限度地滿足控制要求：要求要充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計中最重要的一條原則。要求設計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。（2）保證系統(tǒng)的安全可靠：保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、全軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。（3）力求簡單、經(jīng)濟、使用與維修方便：就是指在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的陳本。不宜盲目追求自動化和高指標。（4）適應發(fā)展的需要：由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求將會不斷提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC，輸入/輸出模塊,I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)的改進。第四章系統(tǒng)硬件設計910第四章系統(tǒng)硬件設計1.PLC的選擇根據(jù)自動洗碗機控制系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇三菱FX2N系列PLC作為自動洗碗機系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機。加上自動洗碗機控制系統(tǒng)對輸入、輸出端口數(shù)量的要求，可選擇下種PLC。2.傳感器的選擇2.1液位傳感器用于檢測盛水桶內(nèi)的水位，并對水位的高度進行控制。水位開關由橡膠膜、塑料頂桿盤、頂芯、壓簧、彈簧和相應的簧片組成。當轉動連接在凸輪上的旋鈕時，就可改變杠桿的上下位移，這樣就可調(diào)節(jié)壓力彈簧的位置，從而決定所需的不同水位。2.2溫度傳感器適當?shù)乃疁赜欣谠鰪娤礈靹┑幕钚?，可以提高洗滌效果。水溫度傳感器裝在洗滌桶的下部，以熱敏電阻為檢測元件。2.3TS濁度傳感器TS濁度傳感器是一種專門用于家電產(chǎn)品的低成本傳感器，主要用于洗衣機、洗碗機等產(chǎn)品的水污濁程度的測量。通過測量水的污濁程度來判斷所洗物品潔凈程度，從而確定最佳的冼滌時間。該傳感器的工作原理是：當光線穿過一定量的水時，光線的透過量取決于該水的污濁程度，水越污濁，透過的光就越少。光接收端把透過的光強度轉換為對應的電流大小，透過的光多，電流大，反之透過的光少，電流小。通過測量接收端電流的大小，就可以計算出水的污濁程度。紅河學院本科畢業(yè)論文(設計)1110第五章系統(tǒng)軟件設計1.I/O分配表輸入設備輸入點輸出設備輸出點啟動按鈕X0安裝調(diào)試指示燈Y0手動按鈕X1進水電磁閥Y1自動按鈕X2電熱管Y2高水位按鈕X3電機Y3中水位按鈕X4添加洗滌劑Y4低水位按鈕X5排水電磁閥Y5到所選水位/未到所選水位按鈕X6常溫按鈕X755度按鈕X1065度按鈕X11到所選溫度/未到所選溫度按鈕X12清洗干凈/未清洗干凈按鈕X13定時器說明：器件號設定值作用T14s給水加壓的時間T22s添加洗滌劑的時間T310s洗滌時間T45s第一次排污時間T510s清水沖洗時間T63s烘干碗碟的時間第五章系統(tǒng)軟件設計11122.PLC接線圖13123.系統(tǒng)流程圖4.步進狀態(tài)圖15145.梯形圖6.控制過程（1）按下X0啟動按鈕，系統(tǒng)上電；（2）如果按下X1手動按鈕，則接通Y0，此時為安裝調(diào)試狀態(tài)；如果按下X2自動按鈕，則進入自動洗碗狀態(tài)。（3）按下X2自動按鈕，則自動洗滌開始。首先通過X3高、X4中、X5低三個水位按鈕的選擇（實際生活中可根據(jù)洗碗的多少來選擇）接通Y1，洗碗機進水閥打開，開始注水；注水期間，水位傳感器進行水位檢測，如果到達所選按鈕的水位，則自動進行下一步；否則繼續(xù)注水。（4）完成注水的工作，通過X7常溫按鈕、X1055℃按鈕、X1165℃按鈕的選擇（實際生活中可根據(jù)碗的污垢程度來選擇）可接通Y2，洗碗機中的電熱管開始給水加熱；加熱期間，溫度傳感器進行溫度檢測，如果到達所選按鈕的溫度，則自動進行下一步，否則繼續(xù)加熱。（5）加熱完成后，系統(tǒng)接通Y3，電機驅動水泵對水加壓，同時接通時間繼電器T1；4s過后，系統(tǒng)接通Y4，洗碗機自動添加洗滌劑，同時接通時間繼電器T2；