【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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制 ................................... 12 異步電動(dòng)機(jī)對(duì)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(jì)正文 ................................................... 17 硬件設(shè)計(jì) .................................................. 17 元件選型 ............................................. 17 輸入元件 ........................................ 17 輸出元件 ........................................ 18 電動(dòng)機(jī)的選擇 .................................... 18 硬件電路連接圖 ............................................ 20 .......................................... 20 （ PLC 接線圖） .......................... 21 軟件設(shè)計(jì) ................................................... 21 洗衣各過(guò)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(xiàn) ........................................................... 33 第六章 致謝 ........................................................ 34 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 1 第一章 項(xiàng)目概述 全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)的介紹 工業(yè)洗衣機(jī)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(jī)的洗滌效果好、容量大、故障少、可靠性高、壽命長(zhǎng)、磨損小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)，正是基于這些要求，工業(yè)洗衣機(jī)才首選滾筒式結(jié)構(gòu)。它主要用于測(cè)控領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)各種測(cè)試和控制功能。洗衣機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，在洗滌和脫水時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速相差很大，一般為三相異步電機(jī)采用離合器切換運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，而且由于負(fù)載很大，為了獲得大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要采用串大電阻電機(jī)，減速時(shí)還另需制動(dòng)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(jī)的發(fā)展要求。首先要求能完成洗衣功能；同時(shí)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(shí)間長(zhǎng)短，決定洗滌的強(qiáng)弱情 況。為實(shí)現(xiàn)三種輸入，可選用一個(gè)單輸入的選擇開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)三種強(qiáng)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(shí)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(xì)管孔道，所以它的吸水性很強(qiáng)，并能在水中膨大，對(duì)極性污垢的吸附力較強(qiáng)，對(duì)非極性污垢吸附力稍弱。并 且羊毛纖維吸水性很強(qiáng)，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(shí)，可按停止按鈕停止。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 5 第三章 設(shè)計(jì)方案 可編程控制器概述 可編程控制器簡(jiǎn)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(jì)”，“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(kāi)關(guān)動(dòng)作是由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)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(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的，在需要修改設(shè)備的控制功能時(shí)，只要修改程序，?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（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(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。對(duì)于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O點(diǎn)狀態(tài)均有顯示。 （ 6）體積小，能耗低，易于機(jī)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(guò)程控制。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如過(guò)程控制系統(tǒng)、無(wú)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(chǔ) 器系 統(tǒng) 程 序存 儲(chǔ) 器用 戶 程 序存 儲(chǔ) 器外設(shè)接口I / O擴(kuò)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(jī)打 印 機(jī)E P R O M 寫(xiě) 入 器上 位 計(jì) 算 機(jī)P L C可 編 程 終 端 P T…I / O 擴(kuò) 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(gè)的電路或模塊，各模塊可以插在帶有總線的底板上。從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳送和存儲(chǔ)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(shí)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(kāi)關(guān)量接口及模擬量接口。常用的開(kāi)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(shí)，應(yīng)首先選繼電器輸出。其中 5V電源一般用于 CPU 及擴(kuò)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(jìn)行時(shí)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(yùn)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(shí)刷新輸入映像寄存器，在本次掃描周期內(nèi)，不管輸入信號(hào)如何變 化它的內(nèi)容將不再改變，只有到下一個(gè)掃描周期時(shí)再更新。 可編程控制器的選擇 I/O 分配表 I/O 點(diǎn)數(shù)是 PLC 的 一項(xiàng)重要指標(biāo)。 表 3－ 3 PLC 地址分配表 符號(hào) 地址 功能說(shuō)明 選擇開(kāi)關(guān) SA1 帶沖洗功能選擇 選擇開(kāi)關(guān) SA2 帶漂洗功能選擇 按鈕 SB1 啟動(dòng)洗衣機(jī)為全自動(dòng)方式運(yùn)行 按鈕 SB2 啟動(dòng)洗衣 機(jī)為單排水方式運(yùn)行 按鈕 SB3 啟動(dòng)洗衣機(jī)為單脫水方式運(yùn)行 位置開(kāi)關(guān) SQ1 低水位檢測(cè)輸入 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 11 位置開(kāi)關(guān) SQ2 中水位檢測(cè)輸入 位置開(kāi)關(guān) SQ3 高水位檢測(cè)輸入 選擇開(kāi)關(guān) SA3 選擇弱洗 選擇標(biāo)準(zhǔn) 選擇強(qiáng)洗 選擇開(kāi)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(jìn)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(jī)正處在全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 指示燈 HL3 表示洗衣機(jī)正處在單排水運(yùn)行狀態(tài) 指示燈 HL4 表示洗衣機(jī)正處在單脫水運(yùn)行狀態(tài) 揚(yáng)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(kāi)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(mén)子公司 S7200系列 PLC中的 CPU224。 而開(kāi)關(guān)量輸出單元，既有直流輸出又有交流輸出，同時(shí)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(shuō)明，無(wú)論是同步電動(dòng)機(jī)還是異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速都與送入電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。 因而在保障電動(dòng)機(jī)不因電流加大而過(guò)載且充分利用電動(dòng)機(jī)磁路的前提下，變頻調(diào)速時(shí)，電源的電壓與頻率最好同時(shí)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(shí)必須同時(shí)降低 E1，使 ?11Ef 常數(shù)，這就是采用電動(dòng)勢(shì)與頻率之比恒定的方式。基頻以上電壓基本不變，弱磁而為恒功率調(diào)速。其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低、機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求。 變頻器的選擇 由于洗衣機(jī)在洗滌時(shí)桶內(nèi)有大量水，對(duì)電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩要求較高。各固定頻率值通過(guò)功 能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過(guò)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(guò)通信方式接收頻率控制指令，西門(mén)子公司設(shè)計(jì)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(lái)確定訪問(wèn)的方法。 這種方法可以通過(guò)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(lái)便可。 變頻器 MM440 要實(shí)現(xiàn) USS 通信還得對(duì)其相關(guān)參數(shù)設(shè)置事先置，請(qǐng)使用變頻器自帶小鍵盤(pán)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(jiǎn)單的手動(dòng)主令電器，當(dāng)按鈕被按下時(shí)，先斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)，然后才接通常開(kāi)觸點(diǎn)。 （ 2） 位置開(kāi)關(guān)（ SQ） 滾筒式洗衣機(jī)一般使用水位控制器來(lái)檢測(cè)水 位。我們選用 3 個(gè)位置開(kāi)關(guān)表示水位控制器的動(dòng)靜觸點(diǎn)。對(duì)于洗滌強(qiáng)度、衣物分類這兩種功能的實(shí)現(xiàn)，可以選擇兩個(gè)三選一的選擇開(kāi)關(guān)，作為輸入。當(dāng)線圈通電時(shí)，由電磁感應(yīng)原理可知，線圈引銜鐵帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；當(dāng)線圈失電時(shí)，銜鐵在彈簧的復(fù)位用力下迅速使常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。 （ 3） 指示燈（ HL） 用來(lái)指示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。聲音提示選用一個(gè) 24V 供電的揚(yáng)聲器。 而電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為： ? ? ? ?NN NPT N mn9550 輸出轉(zhuǎn)矩比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，所示能帶動(dòng)，同時(shí)有一定的余量，是考慮到傳動(dòng)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(qǐng)見(jiàn)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