【正文】 ......... 5 可編程控制器概述 ........................................... 5 ................................. 5 ................................... 6 可編程控制器的組成 ..................................... 7 可編 程控制器的工作原理 ................................ 9 可編程控制器的選擇 .................................... 10 變頻器概述 ................................................ 12 交流電動機轉(zhuǎn)速控制 ................................... 12 異步電動機對供電裝置的要求 ........................... 13 變頻器的控制方式及分類 ............................... 14 變頻器的選擇 .......................................... 14 第四章 設(shè)計正文 ................................................... 17 硬件設(shè)計 .................................................. 17 元件選型 ............................................. 17 輸入元件 ........................................ 17 輸出元件 ........................................ 18 電動機的選擇 .................................... 18 硬件電路連接圖 ............................................ 20 .......................................... 20 （ PLC 接線圖） .......................... 21 軟件設(shè)計 ................................................... 21 洗衣各過程參數(shù)設(shè)置 ................................... 22 各子程序介紹 ......................................... 23 第五章 總結(jié) ........................................................ 32 參考文獻 ........................................................... 33 第六章 致謝 ........................................................ 34 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 1 第一章 項目概述 全自動工業(yè)洗衣機的介紹 工業(yè)洗衣機主要用于賓館、酒店、學(xué)校宿舍等需要洗衣量大、洗衣次數(shù)頻繁的地方，這就要求洗衣機的洗滌效果好、容量大、故障少、可靠性高、壽命長、磨損小、噪聲低、運行平穩(wěn)，正是基于這些要求，工業(yè)洗衣機才首選滾筒式結(jié)構(gòu)。它主要用于測控領(lǐng)域，用以實現(xiàn)各種測試和控制功能。洗衣機的傳動系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，在洗滌和脫水時電機轉(zhuǎn)速相差很大，一般為三相異步電機采用離合器切換運轉(zhuǎn)實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，而且由于負載很大，為了獲得大的起動轉(zhuǎn)矩要采用串大電阻電機，減速時還另需制動裝置，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，這種系統(tǒng)已不合洗衣機的發(fā)展要求。首先要求能完成洗衣功能；同時還要根據(jù)用戶的不同需求，設(shè)置幾種不同的洗衣程序；還要考慮洗滌時間長短，決定洗滌的強弱情 況。為實現(xiàn)三種輸入，可選用一個單輸入的選擇開關(guān)對應(yīng)三種強度洗滌。 （ 3）織物類型選擇功能：不同類型的衣物，所能承受的最高溫度不一樣，同時脫水的轉(zhuǎn)速也不一樣，織物纖維分為四種： 1)棉纖維 它由纖維素巨分子相互聯(lián)接而成的束狀物，并相互環(huán)繞成卷曲帶狀，其本身有豐富的毛細管孔道，所以它的吸水性很強，并能在水中膨大，對極性污垢的吸附力較強，對非極性污垢吸附力稍弱。并 且羊毛纖維吸水性很強，分子之間的引力了比棉纖維大，吸附油污比棉纖維多。它與羊毛纖維性質(zhì)類似，可合為一類。 （ 4）停止功能：在出現(xiàn)意外或需要停止時，可按停止按鈕停止。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 5 第三章 設(shè)計方案 可編程控制器概述 可編程控制器簡稱PLC （ Program Logic Control）。由此可知， PLC 是專為“工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計”，“易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一體”。而在 PLC 系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成的，加上 PLC 充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，因而具有極高的可靠性。重要的是， PLC 系統(tǒng)接線很少，其主要功能是通過程序?qū)崿F(xiàn)的，在需要修改設(shè)備的控制功能時，只要修改程序，?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 6 修改接線的工作量很小。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它不僅可以控制一臺單機，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個機群，許多生產(chǎn)線。對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O點狀態(tài)均有顯示。 （ 6）體積小，能耗低，易于機電一體化。其應(yīng)用領(lǐng)域已遍布各行各業(yè)，甚至深入到家庭。 PID 功能的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制能力，可用于過程控制。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如過程控制系統(tǒng)、無人柔性控制系統(tǒng)等。 中 央 處 理 單 元（ C P U ）輸出單元輸出單元存 儲 器系 統(tǒng) 程 序存 儲 器用 戶 程 序存 儲 器外設(shè)接口I / O擴展口電 源用戶輸出設(shè)備用戶輸出設(shè)備編 程 器盒 式 磁 帶 機打 印 機E P R O M 寫 入 器上 位 計 算 機P L C可 編 程 終 端 P T…I / O 擴 展 單 元特 殊 功 能 單 元圖 3－ 1 整體式 PLC 的組成示意圖 （ 2）組合式的 PLC 是將 CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能 I/O單元、通信單元等分別做成單個的電路或模塊，各模塊可以插在帶有總線的底板上。從存儲器逐條讀取用戶指令，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳送和存儲等功能； 5)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器表的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 （ 3）輸入、輸出接口 輸入輸出接口是 PLC 與外界連接的接口，含開關(guān)量接口及模擬量接口。常用的開頭量輸出單元有三種，可分為晶體管輸出單元、晶閘管輸出單元、繼電器輸出單元。當(dāng)系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘 6 次以下時，應(yīng)首先選繼電器輸出。其中 5V電源一般用于 CPU 及擴展模塊的工作電源。 可編程控制器的工作原理 作為電器控制裝置，可編程控制器必須接入電路，與主令器件、傳感器件及執(zhí)行器件共同構(gòu)成系統(tǒng)才能承擔(dān)控制任務(wù)。掃描階段因執(zhí)行系統(tǒng)和應(yīng)用程序而得名，在每次執(zhí)行系統(tǒng)程序前先完成與其它外設(shè)的通信處理，再次進行時鐘、特殊寄存器更新，而執(zhí)不執(zhí)行應(yīng)用程序還與 CPU的運行方式有關(guān)，掃描階段主要分三部分： 輸入采樣階段： PLC 掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入輸入映像寄存器中，此時刷新輸入映像寄存器，在本次掃描周期內(nèi)，不管輸入信號如何變 化它的內(nèi)容將不再改變，只有到下一個掃描周期時再更新。 可編程控制器的選擇 I/O 分配表 I/O 點數(shù)是 PLC 的 一項重要指標(biāo)。 表 3－ 3 PLC 地址分配表 符號 地址 功能說明 選擇開關(guān) SA1 帶沖洗功能選擇 選擇開關(guān) SA2 帶漂洗功能選擇 按鈕 SB1 啟動洗衣機為全自動方式運行 按鈕 SB2 啟動洗衣 機為單排水方式運行 按鈕 SB3 啟動洗衣機為單脫水方式運行 位置開關(guān) SQ1 低水位檢測輸入 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 位置開關(guān) SQ2 中水位檢測輸入 位置開關(guān) SQ3 高水位檢測輸入 選擇開關(guān) SA3 選擇弱洗 選擇標(biāo)準(zhǔn) 選擇強洗 選擇開關(guān) SA4 選擇純棉類 選擇化纖類 選擇羊毛類 按鈕 SB4 使系統(tǒng)停止的輸入 電磁閥 YV1 用于進水控制 電磁閥 YV2 用于控制是否沖入預(yù)洗液 電磁閥 YV3 用于控制是否沖入主洗液 電磁閥 YV4 用于控制是否沖入漂白液 電磁閥 YV5 用于排水控制 指示燈 HL1 用于指示電源 指示燈 HL2 表示洗衣機正處在全自動運行狀態(tài) 指示燈 HL3 表示洗衣機正處在單排水運行狀態(tài) 指示燈 HL4 表示洗衣機正處在單脫水運行狀態(tài) 揚聲器 Y1 用于發(fā)出聲音，提示洗完 繼電器 KM1 用于控制加熱電源的開與斷 PLC 通訊口 1（地） 接 MM440 變頻器的 2（地） PLC 通訊口 3（ A） 接 MM440 變頻器的 29（ P+） PLC 通訊口 8（ B） 接 MM440 變頻器的 30（ P） 我們選用西門子公司 S7200系列 PLC中的 CPU224。 而開關(guān)量輸出單元，既有直流輸出又有交流輸出，同時要求輸出量的變化不是很頻繁，所以在此選用繼電器輸出電路。下面介紹變頻器的控制方式。 以上兩式說明，無論是同步電動機還是異步電動機，轉(zhuǎn)速都與送入電動機的電流頻率成正比例變化， 即改變電源頻率可以方便地改變電動機的運行速度。 因而在保障電動機不因電流加大而過載且充分利用電動機磁路的前提下，變頻調(diào)速時，電源的電壓與頻率最好同時變化，有以下兩種情況： （ 1） 基頻以下調(diào)速 要保持 Φ M不變，當(dāng)頻率 f1從額定值 f1N向 下調(diào)節(jié)時必須同時降低 E1，使 ?11Ef 常數(shù)，這就是采用電動勢與頻率之比恒定的方式?；l以上電壓基本不變，弱磁而為恒功率調(diào)速。其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低、機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求。 變頻器的選擇 由于洗衣機在洗滌時桶內(nèi)有大量水，對電動機在低速時輸出轉(zhuǎn)矩要求較高。各固定頻率值通過功 能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。 （ 4） 通信數(shù)字量操作方式 為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都可以通過通信方式接收頻率控制指令，西門子公司設(shè)計了與 PLC 專 用的通信協(xié)議 —— 通用的串行口協(xié)議（ USS），它是按照串行總線的主 從通訊原理來確定訪問的方法。 這種方法可以通過指令設(shè)置想要的頻率輸出，只需用一根通信線把 PLC 與變頻器連接起來便可。 變頻器 MM440 要實現(xiàn) USS 通信還得對其相關(guān)參數(shù)設(shè)置事先置，請使用變頻器自帶小鍵盤設(shè)定表 3－ 1 中相關(guān)的參數(shù)。 （ 1） 按扭（ SB） 按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單的手動主令電器，當(dāng)按鈕被按下時，先斷開常閉觸點，然后才接通常開觸點。 （ 2） 位置開關(guān)（ SQ） 滾筒式洗衣機一般使用水位控制器來檢測水 位。我們選用 3 個位置開關(guān)表示水位控制器的動靜觸點。對于洗滌強度、衣物分類這兩種功能的實現(xiàn)，可以選擇兩個三選一的選擇開關(guān)，作為輸入。當(dāng)線圈通電時，由電磁感應(yīng)原理可知，線圈引銜鐵帶動觸點動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合；當(dāng)線圈失電時，銜鐵在彈簧的復(fù)位用力下迅速使常開觸點斷開，常閉觸點接通。 （ 3） 指示燈（ HL） 用來指示洗衣機的工作狀態(tài)。聲音提示選用一個 24V 供電的揚聲器。 而電動機的輸出轉(zhuǎn)矩為： ? ? ? ?NN NPT N mn9550 輸出轉(zhuǎn)矩比負載轉(zhuǎn)矩大，所示能帶動，同時有一定的余量，是考慮到傳動裝置、摩擦等因素要有一定的阻轉(zhuǎn)矩。主電路電氣原理圖請見圖 4－2 所示。 1 M I 0 . 0 I 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 3 I 0 . 4 I 0 . 5 I 0 . 6 I 0 . 7 2 M I 1 . 0 I 1 . 1 I 1 . 2 I 1 . 3 I 1 . 4 I 1 . 51S i m a t i c S 7 2 0 03 C p u 2 2 481 L Q 0 . 0 Q 0 . 1 Q 0 . 2 Q 0 . 3 Q 0 . 4 2 L Q 0 . 5 Q 0 . 6 Q 0 . 7