【正文】 V 1 Y V 2 Y V 3 Y V 4 Y V 5K M 1 溫度傳感器 流量傳感器SB4HL1HL4HL3HL2SA3SA4沖洗開關(guān)漂白開關(guān)全自動單排水單脫水低水位中水位高水位弱洗標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)洗純棉類化纖類羊毛類停止預(yù)洗液電磁閥進(jìn)水電磁閥主洗液電磁閥漂白液電磁閥排水電磁閥電源指示燈全自動指示燈單排水指示燈單脫水指示燈揚(yáng)聲器加熱輸出溫度傳感器流量傳感器圖 4－ 3 控制電路電氣原理圖 — CPU224 AC/DC/Relay 接線圖 “ CPU224 AC/DC/Relay”中， AC 表示 CPU 電源為 220V交流電源， DC 表示輸入 口的電源類型為直流， Relay 表示輸出口器件的類型為繼電器輸出電路。 （ 3） 指示燈（ HL） 用來指示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。 （ 2） 位置開關(guān)（ SQ） 滾筒式洗衣機(jī)一般使用水位控制器來檢測水 位。 （ 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(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 從通訊原理來確定訪問的方法。基頻以上電壓基本不變，弱磁而為恒功率調(diào)速。 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。 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)。 （ 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。 PID 功能的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制能力，可用于過程控制。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它不僅可以控制一臺單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個機(jī)群，許多生產(chǎn)線。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 5 第三章 設(shè)計(jì)方案 可編程控制器概述 可編程控制器簡稱PLC （ Program Logic Control）。 （ 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(xì)管孔道，所以它的吸水性很強(qiáng)，并能在水中膨大，對極性污垢的吸附力較強(qiáng)，對非極性污垢吸附力稍弱。它主要用于測控領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)各種測試和控制功能。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 該論文就怎樣利用 PLC 來控制全自動洗衣機(jī)進(jìn)行了調(diào)查，對其中軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了分析和研究，實(shí)現(xiàn)了全自動洗衣機(jī)的正常運(yùn)行和強(qiáng)制性停止功能。所以應(yīng)就衣物臟污程度洗滌不同的時間。 洗滌時，先對衣物做好分類，這樣采用不同的洗滌溫度和脫水速度進(jìn)行針對性地對待，才能在不損傷衣物的情況下，清得更干凈。由于 PLC 產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶 可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡各異的控制要求。 PLC 可應(yīng)用于單片機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動線控制。主要用途如下： 1)接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲； 2)用掃描 方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器 )； 3)監(jiān)測和診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和用戶編程過程中的語法錯誤等； 4)執(zhí)行用戶程序。 12V、24V直流電源?？紤]到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上再加上 20%— 30%的備用量。 （ 2） 如果 f1小于電動機(jī)的額定頻率 f1N，那么氣隙磁通就會大于額定氣隙磁通量 Φ MN，會導(dǎo)致電動機(jī)的鐵芯產(chǎn)生過飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電動機(jī)。 （ 2） 外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15 變頻器通常設(shè)有多段固定頻率選擇操作功能。 輸入元件 由控制要求我們可以選擇 4 個按鈕 (SB)作為程序選擇和暫停，選用三個位置開關(guān)（ SQ）作為高、中、低水位的輸入，選用二個 3 輸入的選擇開關(guān) (SA)用于選擇所洗衣物的類 型、洗滌強(qiáng)度。它主要由線圈、鐵 芯、銜鐵、動靜觸點(diǎn)、彈簧等組成。由 220V交流電供電。 不同的洗衣過程，三要素的配合也不相同，有些不用加熱也不用加洗滌劑，有些則需要，洗衣機(jī)常見洗衣過程如下： （ 1）預(yù)洗：常加入濕潤劑等預(yù)洗劑預(yù)處理一下衣物，為主洗階段做準(zhǔn)備。如何用戶沒有按 SB1，不進(jìn)行相關(guān)操作，那么 PLC 還是如此循環(huán)掃描，只是永遠(yuǎn)停留在步 ，直到有相關(guān)指令輸入才會跳出 。在脫水子程序中進(jìn)行一分鐘的 70rpm（轉(zhuǎn) /分）的均布過程，然后以最高轉(zhuǎn)速 VW2 進(jìn)行脫水 VW40 分鐘。如圖 4－ 10 所示： ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 30 漂 白 子 程 序S B R _ 9S 8 . 0S 8 . 2S 8 . 1置 M 0 . 0 = 1 , M 0 . 2 = 1調(diào) 洗 滌 子 程 序 S B R _ 1 1I 0 . 5 低 水 位 開 關(guān)M 1 0 . 3 、 Q 0 . 3S 0 . 6 上 升 沿S 2 . 5 （ S B R _ 1 1 洗 完 標(biāo) 志 ）開 進(jìn) 水 和 漂 白 液 電 磁 閥 同時 傳 送 洗 滌 時 間 溫 度 參 數(shù)S 4 . 2 （ S B R _ 1 3 脫 完 標(biāo) 志 ）S 8 . 3漂 白 過 程 結(jié) 束置 M 0 . 1 = 1 ， 傳 送 脫 水 時 間 。 以后的工業(yè)洗衣機(jī)將更加智能，通過各種傳感器檢測衣物布質(zhì)、布量、洗滌方式、混濁度等相關(guān)參數(shù)信號傳入 PLC，然后經(jīng)過模糊決策的方法得出最佳洗滌策略，這樣可以實(shí)現(xiàn)水、溫度和洗滌強(qiáng)度最佳配合來合理洗滌，在洗凈的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最大可能節(jié)約水、電、洗滌劑等資源。定時器的增量為 1ms。這樣便調(diào)用脫水子程序進(jìn)行脫水操作。圖 4－ 6 所示：調(diào)用該子程序前，先設(shè)置需要脫水的標(biāo)志位 ，這樣洗專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 27 后脫水子程序 SBR_13運(yùn)行時通過檢測 。順序功能圖是將系統(tǒng)的一個控制過程分為若干個順序相連的階段，這些分階段稱為步，也稱為狀態(tài)，并用編程元件來代表它。因此，把機(jī)械力、洗滌液（水與洗滌劑）、溫度看作洗滌過程的三要素。 m； F為力， N； r 為圓心到力的有效距離， m；， D為?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 圓柱的直徑，設(shè)為兩米，由于圓柱類物體其重力在數(shù)學(xué)微積分算得在其半徑的一半處，所以 ?14rD， ? /g N kg，為重力加速度。 對于電路中，希望選擇性的導(dǎo)通其中一路，那么可以使用選擇開關(guān)。而變頻器 MM440 有相應(yīng)的 RS— 485 通信端口，所以只需用相應(yīng)電纜將 CPU224 與MM440 的端子 1 與 3 與 2 8 與 30 相連就能實(shí)現(xiàn)硬件上的通信。 （ 4） 直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC） 轉(zhuǎn)矩控制把轉(zhuǎn)矩作為直接被控量，而不是通過控 制電流及磁鏈間接控制轉(zhuǎn)矩。異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速： ? ? ? ?11 60(1 ) (1 )fN N S Sp （ 22） 式中： S 為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率， ?? 11()NNS N，一般小于 3％。 輸出刷新階段：在所有指令執(zhí)行完畢后，將元件映像寄存器中所有輸出元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)到輸出鎖存器中，并通過輸出接口單元輸出。 3)繼電器輸出單元：輸出器件為繼電器，優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交 、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá) 2A/點(diǎn)，其不適用于高頻動作的負(fù)載，這是其壽命決定的，響應(yīng)時間為 10ms 其壽命一般在幾十萬至幾百萬次之間。整體式 PLC 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，小型機(jī)常采用這種結(jié)構(gòu)，其組成示意圖見圖 1－ 1 所示。易于使用 PLC 的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎。繼 電器接觸器系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。同時脫水也容易，因此常在低溫下洗滌，低速下就能脫干。 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 3 第二章 性能指標(biāo) 全自動工業(yè)洗衣機(jī)的主要性能指標(biāo) 洗衣機(jī)要完成洗衣工作，除了對一般洗衣過程的人工工作及效能進(jìn)行模擬之外，還要根據(jù)洗衣機(jī)的機(jī)械電子性質(zhì)進(jìn)行有關(guān)控制和檢測。 PLC 的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長等，為了進(jìn)一步提高全自動洗衣機(jī)的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用 PLC 來控制全自動洗衣機(jī)這個課題。 經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，國產(chǎn)洗衣機(jī)無論在質(zhì)量上還是功能上都和世界領(lǐng)先水平同步。洗衣機(jī)的傳動系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，在洗滌和脫水時電機(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，為了獲得大的起動轉(zhuǎn)矩要采用串大電阻電機(jī)，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(jī)的發(fā)展要求。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。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”。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(diǎn)狀態(tài)均有顯示。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。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。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。下面介紹變頻器的控制方式。其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低、機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求。 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。我們選用 3 個位置開關(guān)表示水位控制器的動靜觸點(diǎn)。聲音提示選用一個 24V 供電的揚(yáng)聲器。下面通過對洗衣過程各種參數(shù)設(shè)置，然后用順序功能圖來表明軟件設(shè)計(jì)流程，最后用部分梯形圖實(shí)現(xiàn) PLC 對變頻器 MM440 的程序控制。洗衣各過程中的洗滌參數(shù)配置如表 4－ 5所示。 VW34 洗滌時間變量存儲的是一個整數(shù)，它表示洗洗滌多長時間，是 30s 的倍數(shù)。洗衣機(jī)常安排低水位或中水位進(jìn)行洗滌，這是因?yàn)橹飨措A段要加熱，大量的水會浪費(fèi)很多時間加熱，而 且衣物之間的摩擦也不充分，以致洗滌效果不好，同時大量的水對電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩要求也很高。當(dāng) PLC 進(jìn)入 RUN 狀態(tài)時，自動進(jìn)入全局中斷禁止?fàn)顟B(tài)，采樣子程序 INT_0 需要開放全局中斷，所示在主程序一開始就用全局中斷允許指令（ ENI）開放全局中斷，如圖 413 所示，它應(yīng)先放在主程序最前面。我現(xiàn)在深深體會到，自己要想在專業(yè)方面有所作為，不僅要有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，注重實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度，還要有較為全面系統(tǒng)和先進(jìn)的專業(yè)知識。因此洗衣機(jī)常用高水位洗滌。 脫水完畢后，延遲 10s 讓水流完，再關(guān) 閉排水閥。 2)洗滌子程序 SBR_11 不 管沖洗、預(yù)洗、主洗、漂白、清洗都要用經(jīng)過洗滌這一過程，所以將其設(shè)為一個子程序，減少編程麻煩。 （ 3）清洗：又稱漂洗，是把主洗所洗下的污物從衣物上清透干凈。 CPU224 可以直接安裝在板上，也可以安裝在 DIN導(dǎo)軌上，利用總線連接電纜，將 CPU與擴(kuò)展模塊 EM22 EM231 連接起來。進(jìn)水與出水都可以使用電磁閥來實(shí)現(xiàn)，洗滌液也是通過電磁閥來打開閥門，用水將其沖入洗衣機(jī)的。在沒有按動按鈕時，接在常開觸頭接線柱上的線路是斷開的，常閉觸點(diǎn)接線柱的線路是接通的；當(dāng)按下按鈕時，兩種觸點(diǎn)狀態(tài)改變，同時也使與之相連的電路狀態(tài)改變。 （ 3） 外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式 MM440 設(shè)有模擬量輸入端子，當(dāng)接在這些端子上的電流或電壓量在一定的范圍內(nèi)平滑變化時，變頻器的輸出頻率在一定的范圍內(nèi)平常變化。由式 23 可知，這將迫使?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 磁通隨頻率的升高而降低，當(dāng)于直流電動機(jī)弱磁升速的情況。這樣對于數(shù)字輸入輸出空余 3入 /3出，模擬量輸入空余 2路，以作備用。但是 PLC提供的電源的負(fù)載能力都是有限的， 在配置時不能超載工作，例如本門子 S7200 系列 PLC