【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步 向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富，規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完善的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制 DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分 ，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 陜西國(guó)防學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計(jì) 論文 9 第 3 章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理 洗衣機(jī)的洗滌過(guò)程主要是在機(jī)械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機(jī)械作用和洗滌劑的潤(rùn)濕、分散作用下，將污垢拉入水中來(lái)實(shí)現(xiàn)洗凈的目的。首先充滿于波輪葉片間的洗滌液，在離心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波輪中心處，因甩出液體而形成低壓區(qū)，又使得洗滌液流回波輪附近。這樣，在波輪附近形成了以波輪軸線為中心的渦流。衣物在渦流的作用 下，作螺旋式回轉(zhuǎn)，吸入中心后又被甩向桶壁，與桶壁發(fā)生摩擦。又由于波輪中心是低壓區(qū)，衣物易被吸在波輪附近，不斷地與波輪發(fā)生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脫離衣物。其次，當(dāng)衣物被放進(jìn)洗滌液之后，由于慣性作用運(yùn)動(dòng)緩慢，在水流與衣物之間存在著速度差，使得兩者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，水流與衣物便發(fā)生相對(duì)摩擦，這種水流沖刷力同樣有助于污垢離開(kāi)衣物。再次由于洗衣涌形狀的不規(guī)則，當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的水流碰到桶壁后，其速度和方向都發(fā)生了改變，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做無(wú)規(guī)則地運(yùn)動(dòng)并翻滾，其纖維不斷被彎曲、絞紐扣拉長(zhǎng)，衣物相互相摩擦，增大 了洗滌的有效面積，提高衣物的洗凈的均勻性。 全自動(dòng)洗衣機(jī)是通過(guò)水位開(kāi)關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合來(lái)控制進(jìn)水、排水以及電機(jī)的通斷：從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用。當(dāng)電磁線圈斷電時(shí)，移動(dòng)鐵芯在重力和彈簧力的作用下，緊緊頂在橡膠膜片上，并將膜片的中心小孔堵塞，這樣閥門(mén)關(guān)閉，水流不通。當(dāng)電磁線圈通電后，移動(dòng)鐵芯在磁力作用下上移，離開(kāi)膜片，并使膜片的中心小孔打開(kāi)，于是膜片上方的水通過(guò)中心小孔流入洗衣桶內(nèi)。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側(cè)小孔的流通能力，膜片上方壓強(qiáng)迅速減小，膜片將在壓力差的作用下上移，閉門(mén) 開(kāi)啟，水流導(dǎo)通。 工藝工程分析 通常地，人們采用洗衣機(jī)來(lái)洗衣服需要經(jīng)歷洗衣、清洗、排水、脫水等四個(gè) 環(huán)節(jié)。 在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，這樣的一個(gè)過(guò)程完全由 PLC 來(lái)完成。當(dāng)人們將衣服和洗衣液放進(jìn)洗衣機(jī)，按下啟動(dòng)按鈕后，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)完成洗衣服的整個(gè)過(guò)程。并且，全自動(dòng)洗衣機(jī)需要其控制系統(tǒng)足夠可靠，以避免洗衣機(jī)輕易出現(xiàn)故障。 陜西國(guó)防學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計(jì) 論文 10 全自動(dòng)洗衣機(jī)中， PLC 主要完成以下的功能： 檢測(cè)功能 （ 1） 檢測(cè)進(jìn)水是否到了需要的水位，即進(jìn)水是否完成。 （ 2） 檢測(cè)排水是否完成。 控制功能 （ 1） 控制進(jìn)水、洗衣、排水、脫水等洗衣機(jī)的動(dòng)作。 （ 2） 控制洗衣、清洗 、脫水、蜂鳴等的時(shí)間長(zhǎng)短。 （ 3） 控制洗衣、清洗的次數(shù)。 （ 4） 控制在洗衣機(jī)完成一個(gè)動(dòng)作到下一個(gè)動(dòng)作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。 （ 5） 控制完成洗衣時(shí)的信號(hào)提示。 系統(tǒng)的控制 方案 PLC 投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)。 （ 1） 按下啟動(dòng)按鈕 。 （ 2） 開(kāi)始進(jìn)水，水滿（即水達(dá)到高水位）時(shí)停止進(jìn)水。 （ 3） 停止進(jìn)水 2s 后開(kāi)始洗滌。 （ 4） 洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn) 10s，停 2s，反轉(zhuǎn) 10s，再停 2s。 （ 5） 如此循環(huán) 30 次， 30 次滿后開(kāi)始排水，排空（即水位下降到低水位）后，開(kāi)始脫水。 （ 6） 重復(fù)（ 2） —— （ 4）的步驟，直到完成 3 次循環(huán)。 （ 7） 3 次循環(huán)完成后，則進(jìn)行 2s 蜂鳴。 （ 8） 蜂鳴 完成后洗滌過(guò)程全部結(jié)束，自動(dòng)停機(jī)。 PLC 的選型 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平將直接影響控制系統(tǒng)的性能、設(shè)備的可靠性。這其中 PLC 的選型至關(guān)重要，如何根據(jù)不同的控制要求選擇合適的 PLC，設(shè)計(jì)出運(yùn)行平穩(wěn)、動(dòng)作可靠、安全實(shí)用、調(diào)試方便、易于維護(hù)的控制系統(tǒng)呢？在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該確定系統(tǒng)方案，下一步工作就是 PLC 的設(shè)計(jì)選型。選擇 PLC 有如下幾方面的內(nèi)容： 輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)的估算 ： PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 的基本參數(shù)之一。 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定以控制所需的所輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的總和為依據(jù) 。 在一般情況下 ， PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)挠嗔?。 陜西國(guó)防學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計(jì) 論文 11 PLC 的存儲(chǔ)器容量的估算 ： 存儲(chǔ)器容量是指可編程序控制器本身能提供的存儲(chǔ)單元大小，各種 PLC 的存儲(chǔ)器容量大小可以從該 PLC 的基本參數(shù)中找到。程序容量是存儲(chǔ)器中用戶程序所使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此 存儲(chǔ) 容量應(yīng)大于程序容量。 PLC 通訊功能的選擇： 現(xiàn)在 PLC 的通訊功能越來(lái)越強(qiáng)大，很多 PLC 都支持多種通訊協(xié)議（有些需要配備相應(yīng)的通訊模塊），選擇時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的通訊方式。 PLC 系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)主要形式由以下幾種形式： （ 1） PC 為主站，多臺(tái)型號(hào) PLC 為從站，組成簡(jiǎn)易 PLC 網(wǎng)絡(luò)； （ 2） 1 臺(tái) PLC 為主站，其他同型號(hào) PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)； （ 3） PLC 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)； （ 4） 專(zhuān)用 PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專(zhuān)用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)）。 PLC 機(jī)型的選擇： PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類(lèi)。整體性 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)較少且相對(duì)固定，因此用戶選 擇 的余地較小，通常用于小型的控制系統(tǒng)。模塊型 PLC 提供多種 I/O 模塊可以在 PLC 基板上插接，方便用戶根據(jù)需要合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)。因此，模塊型 PLC 的配置比較靈活，一般用于大中 型控制系統(tǒng)。 傳感器的選型與工作原理 傳感器按原理分類(lèi)可分為兩大類(lèi)型：壓力傳感器和應(yīng)變傳感器。按被測(cè)量分類(lèi)主要可分為四大類(lèi)型：震動(dòng)、沖擊傳感器類(lèi)、壓力傳感器 類(lèi) 、力傳感器及特性傳感器類(lèi)。 根據(jù)本系統(tǒng)的需求，我們選用壓力傳感器。壓力傳感器又有很多種型號(hào)，每種型號(hào)都有自己特別適用的某些用途，我們必須根據(jù)使用要求選擇最適合的壓力傳感器。通常，選擇壓力傳感器最主要的權(quán)衡因素是重量、頻率響應(yīng)和靈敏度。本系統(tǒng)選用的是 LC01 系列內(nèi)裝 IC 壓電加速度傳感器，它具有 低阻抗輸出，抗干擾能力強(qiáng)，可以進(jìn)行長(zhǎng)電纜傳輸而不致 引起噪音增加； 可直接與內(nèi)置恒流源的數(shù)據(jù)采集器連接； 可以使用通用同軸電纜或絲線； 性能價(jià)格比高，多點(diǎn)測(cè)量，總的系統(tǒng)價(jià)格較低； 安裝方便，使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 本系統(tǒng)中洗衣機(jī)的水位傳感器相當(dāng)于壓力開(kāi)關(guān)。當(dāng)設(shè)定好一個(gè)壓力值以后，注水后產(chǎn)生 水壓 ，達(dá)到壓力值后就自動(dòng)通電， 起 到了開(kāi)關(guān)的作用，洗衣機(jī)水位開(kāi)關(guān)分為電子式（可調(diào)電阻式）和開(kāi)關(guān)式兩種，它們都是通過(guò)水位上升時(shí)產(chǎn)生的空氣壓力通過(guò)管道傳遞到傳感器使電阻發(fā)生變化或者內(nèi)部開(kāi)關(guān)接通來(lái)使用電腦產(chǎn)生動(dòng)作的，它損壞后都會(huì)產(chǎn)生注水不陜西國(guó)防學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計(jì) 論文 12 準(zhǔn)，長(zhǎng)注不動(dòng)作（運(yùn)轉(zhuǎn)），排完水后不甩干等情 況。 繼電器及接觸器 的工作原理 繼電器的工作原理 繼電器是一種當(dāng)輸入的物理量達(dá)到規(guī)定值時(shí)，其電氣輸出電路被接通或者阻斷的一種自動(dòng)電器。它廣泛用于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化裝置，電力系統(tǒng)保護(hù)裝置，各類(lèi)運(yùn)動(dòng)、遙控和通信裝置，是現(xiàn)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的電器元件之一。繼電器一般由輸入感測(cè)機(jī)構(gòu)和輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。前者用于反映輸入量的變化，后者完成觸電分合動(dòng)作（對(duì)有觸電的繼電器）或半導(dǎo)體元件的通斷（對(duì)無(wú)觸電繼電器）。繼電器具有跳躍的輸入 — 輸出特性，當(dāng)繼電器接受一個(gè)輸入信號(hào) X 時(shí)，只有它達(dá)到動(dòng)作值 Xd，繼電器才動(dòng)作，輸出從零躍至Ymax。輸入信號(hào)繼續(xù)增大，輸出信號(hào)仍為 Ymax 不變。繼電器動(dòng)作之后，如果減少輸入信號(hào)，則繼電器只在輸入減少到 Xf 時(shí)才動(dòng)作，返回起始位置，輸出信號(hào)躍回零。這一特性稱(chēng)為繼電特性。這里，使繼電器開(kāi)始動(dòng)作的輸入量值（動(dòng)作值）、繼電器由一種狀態(tài)變至另一種狀態(tài)的時(shí)間（動(dòng)作時(shí)間）是繼電器的主要技術(shù)參數(shù)。它們表征繼電器工作過(guò)程的性能，又是選用繼電器的依據(jù)。 繼電器有很多種類(lèi)。如電氣量繼電器，非電氣量繼電器；保護(hù)繼電器，控制繼電器；有觸電繼電器，無(wú)觸點(diǎn)繼電器等等。常用的 按工作原理分類(lèi)的繼電器有電磁繼電器、極化繼電器、舌簧繼電器、熱繼電器和時(shí)間繼電器等。 20 世紀(jì)后，繼電器有很大發(fā)展，先后出現(xiàn)磁性無(wú)觸點(diǎn)繼電器、半導(dǎo)體無(wú)觸點(diǎn)繼電器、專(zhuān)用集成電路式電子時(shí)間繼電器、固態(tài)繼電器、印刷電路板安裝式繼電器，以及代微機(jī)處理器的保護(hù)繼電器和智能化繼電器。 接觸器的工作原理 接觸器 (Contactor)是指 能頻繁關(guān)合、承載和開(kāi)斷正常電流及規(guī)定的過(guò)載電流的開(kāi)斷和關(guān)合 的 裝置。在電工學(xué)上，因?yàn)榭煽焖偾袛嘟涣髋c直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制 (某些型 號(hào) 可達(dá) 800 安培 )電路的裝置，所以 經(jīng)常運(yùn)用于電動(dòng)機(jī)做為控制對(duì)象﹐也可用作控制工廠設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機(jī)和各樣電力機(jī)組等電力負(fù)載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制。是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件之一。 接觸器是指工業(yè)電中利用線圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開(kāi)觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通電后，陜西國(guó)防學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計(jì) 論文 13 會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開(kāi)；常開(kāi) 觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開(kāi)觸頭斷開(kāi)。 系統(tǒng)控制主電路 本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要是以可編程序邏輯控制器所輸出的離散指令為指令元，通過(guò)這些數(shù)字信號(hào)的輸出以及其他控制電路的受控行為來(lái)指揮供電電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)洗衣機(jī)的控制。 控制電路的組成主要包括：可編程序控制器、繼電器組。其中，繼電器為主要執(zhí)行模塊， PLC 所發(fā)出的數(shù)字指令控制繼電器線圈，而繼電器的開(kāi)合直接控制電機(jī)的電源電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。 洗衣機(jī) PLC 控制主電路圖如圖 31 所示 圖 31 PLC 控制主電路圖 主電路由隔離開(kāi)關(guān) QS、主電路熔斷器 FU交流接觸器 KM KM2 的主觸頭、熱繼電器 FR 的熱敏元件和三相異步電動(dòng)機(jī) M 構(gòu)成。其中，隔離開(kāi)關(guān) 將電氣設(shè)備和電源隔開(kāi)或接通 ， 由于有明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，比較容易判斷電路是否已經(jīng)切斷電源。如檢修時(shí)就常用隔離開(kāi)關(guān)把電源斷開(kāi)，檢修好后再接通，以保證工作上的安全 。斷路器 FU1 實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的短路保護(hù)，當(dāng)電路出現(xiàn)短路時(shí)能盡快地切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。熱繼電器 FR 的熱敏陜西國(guó)防學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計(jì) 論文 14 元件在電機(jī)過(guò)載時(shí)會(huì)發(fā)生形變，通過(guò)斷開(kāi)輔助常閉觸頭將主電路斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)載保護(hù)。接觸器的主觸頭 KM1 和 KM2 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制， PLC 控制接觸器 KM KM2的線圈通斷電，進(jìn)而控制接觸器的主觸頭通斷，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)洗衣過(guò)程。 I/O 分配 CPM1A 系列 PLC 是歐姆龍公司生產(chǎn)的小型整體式可編程序控制器，它的性能價(jià)格比很高，在小規(guī)模控制中已獲廣泛應(yīng)用。 CPM1A 系列 PLC 中又有很多種型號(hào)的 PLC。此全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)中共有 4 個(gè)輸入點(diǎn)和 6 個(gè)輸出點(diǎn)，共需要 10 點(diǎn) I/O，根據(jù)點(diǎn)數(shù)及程序容量，選擇了 CPM1A20CDRA 作為其主機(jī)。 I/O 分配 ： 輸入：?jiǎn)?動(dòng)按鈕 00000 SB1 停止按鈕 00001 SB2 高水位按鈕 00002 SB3 低水位按鈕 00003 SB4 輸出：進(jìn)水電磁閥 01000 YA1 電機(jī)正傳接觸器 01001 KM1 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 01002 KM2 排水電磁閥 01003 YA2 脫水離合器 01004 KM3 蜂鳴器 01005 KM4 PLC 的接線圖 PLC 的接線圖如圖 32 所示 。 陜西國(guó)防學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè) 計(jì) 論文 15 S