【正文】 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 48 參考文獻(xiàn) １、王兆義，《可編程控制器教程》，機(jī)械工業(yè)出版社 ２、 榮俊昌，《全自動(dòng)洗衣機(jī)原理與維修》，高等教育出版社 ３、唐文彥，《傳感器》，機(jī)械工業(yè)出版社 ４、楊叔子，楊克沖，《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》，華中科技大學(xué)出版社 ５、楊后川，張春平，張學(xué)民，陶征，《三菱 PLC 應(yīng)用 100 例》，電子工業(yè)出版社 《三菱 FX 系列 PLC 應(yīng)用技術(shù)》，人民郵電出版社 高安邦，薛嵐，劉曉艷，《三菱 PLC 工程應(yīng)用設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社 陳立定，《電氣控制與可編程控制器》，高等教育出版社 張進(jìn)秋，《可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例》，機(jī)械工業(yè)出版社 齊從謙，《 PLC 技術(shù)及應(yīng)用》， 機(jī)械工業(yè)出版社 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 49 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 50 附錄 本設(shè)計(jì)基于三菱 FX2N24MR 型 PLC 完整梯形圖 。 最后，我還要向所有曾經(jīng)幫助過我的同學(xué)和朋友們致敬。 本論文從選題到最后定稿成文，本校張 老師一直給予了悉心指導(dǎo)，張老師那種嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，廣博深邃的洞察力，孜孜不倦的開拓精神和敬業(yè)精神令我深受啟迪和教益，謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師張明軍老師致以深深的謝意。現(xiàn)在先進(jìn)的控制算法非常多，比如說神經(jīng)元算法、遺傳算法等等，因此把一些先進(jìn)的算法運(yùn)用到本項(xiàng)目中，是該項(xiàng)目下一步研究的一個(gè)方向。 ③ PLC 設(shè)計(jì)算法和程序設(shè)計(jì)的優(yōu)化。但是，只要假以時(shí)日和經(jīng)驗(yàn)，我相信我一定能夠完成這些功能。 工作展望 在本項(xiàng)目的基礎(chǔ)之上，再預(yù)期進(jìn)行一些深入的研究和探討，主要體現(xiàn)在 3個(gè)方面： ① 本次設(shè)計(jì)只能滿足大多數(shù)人的洗衣要求，現(xiàn)在全自動(dòng)洗衣機(jī)都是 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 46 “一鍵式”單按鈕控制方式，只需一按電鈕，就會(huì)開始洗滌，直至完成。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí) 和綜合素質(zhì)。 ④ 對(duì)程序梯形圖進(jìn)行了說明及三菱公司的 FXGPWIN 編程軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)介。 ② 對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理、要求進(jìn)行了說明。 本文主要進(jìn)行了以下研究工作。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 45 總結(jié) 與展望 畢業(yè)設(shè)計(jì) 總結(jié) 在本課題的研究設(shè)計(jì)中，認(rèn)真研究最新的控制方法。洗衣機(jī)開始進(jìn)水 , 當(dāng)進(jìn)水至高水位時(shí) , 高水位開關(guān) SH 接通 , X1 閉合 , 狀態(tài) S21 被置位 , S20 復(fù)位 , 停止進(jìn)水 , 此時(shí) M5 得電吸合 , 使 Y0 工作 , 洗衣機(jī)開始正轉(zhuǎn)洗滌 , 30s 后正轉(zhuǎn)洗滌停止 , 狀態(tài) S22 置位 ,而 S21 復(fù)位 , 暫停 5s 后狀態(tài)進(jìn)入 S23, M6 得電吸合 ,Y1 工作 , 洗衣機(jī)開始反轉(zhuǎn)洗滌 , 30s 后反轉(zhuǎn)洗滌停止 ,狀態(tài) S24 置位 , S23 復(fù)位 , 暫停 5s 后計(jì)數(shù)器 C0 開始計(jì)數(shù) , 把正洗、反洗各一次計(jì)為一次洗滌小循環(huán)過程 , 當(dāng)小循環(huán)未達(dá)到 5 次時(shí)程序狀態(tài)被轉(zhuǎn)移至 S21, 繼續(xù)洗滌 , 當(dāng)小循環(huán)次數(shù)達(dá)到 5 次時(shí) , 狀態(tài)轉(zhuǎn)移至 S25, M9得電吸合 , Y4 工作 , 洗衣機(jī)開始排水 , 當(dāng)排至低水位時(shí) , 低水位開關(guān) SL 接通 , X2 閉合 , 使?fàn)顟B(tài) S26 置位 ,M7 得電吸合 , Y2 工作 , 洗衣機(jī)開始脫水 , 但此時(shí) Y4 繼續(xù)在工作 , 排水并沒有停止 , 當(dāng)排水 20s 后 , M9 復(fù)位 , Y4 停止工作 , 排水停止 , 此時(shí)計(jì)數(shù)器 C1 開始計(jì)數(shù)。 將開關(guān) SA2 搬至“自動(dòng)”運(yùn)行方式 , X10 常開閉合、常閉斷開 , 程序跳至 P0 處 , 利用 PLC 初始化脈沖 M8002, 使程序進(jìn)入初始狀態(tài) S0。 使用 FXGPWIN 編程軟件， 不僅 可以將程序傳送 至 PLC 現(xiàn)場(chǎng) 運(yùn)行調(diào)試， 而且 可以對(duì)整個(gè)梯形圖中元件進(jìn)行監(jiān)控操作。 此外 , 系統(tǒng)還要求具有各個(gè)環(huán)節(jié)的手動(dòng)控制功能 ,如手動(dòng)排水、手動(dòng)洗滌等。此時(shí)若未完成 3 次大循環(huán) , 則返回從進(jìn)水開始的全部動(dòng)作 , 進(jìn)行下一次大循環(huán) 。 圖 51是自動(dòng)洗衣機(jī)控制流程圖 , 按下啟動(dòng)按鈕后 ,洗衣機(jī)開始進(jìn)水 , 水滿時(shí) (即水位到達(dá)高水位 , 高水位開關(guān)由 ON 變?yōu)?OFF) 洗衣機(jī)停止進(jìn)水并開始洗滌正轉(zhuǎn) , 正轉(zhuǎn)洗滌 30s 后暫停 , 暫停 5s 后開始反轉(zhuǎn)洗滌 ,反轉(zhuǎn)洗 30s 后暫停 , 暫停 5s 后 , 此時(shí)若正、反洗滌未洗 滿 5 次則返回從正洗開始的動(dòng)作 , 若正、反洗滌滿 5次時(shí)則開始排水。脫水時(shí) , 控制系統(tǒng)將離合器合上 , 由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。 排水時(shí) , 通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開 , 將水由外桶排到機(jī)外。進(jìn)水時(shí)通過控制系統(tǒng)將進(jìn)水電磁閥打開 , 經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。 圖 41 繼電器模式輸出單元 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 37 FX2N24MR 軟件設(shè)計(jì) 自動(dòng)洗衣機(jī) 的控制要求 自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶 (外桶 ) 和脫水桶 (內(nèi)桶 ) 是同心安放的 , 內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn) , 作為脫水用。特別也指出的是，繼電器模式具有斷點(diǎn)確切，可以實(shí)際切斷所控制的回路電器連接的作用，同時(shí)這種模式既適合于直流又適合于交流的情況，因此這種模式在開關(guān)頻率不 是太高的情況下是首先選擇的輸出控制方案。繼電器觸點(diǎn)閉合使得負(fù)載回路的的負(fù)載 L 接通得電， VD 作為續(xù)流二極管以消除線圈的反電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)狀態(tài)指示發(fā)光二極管 (LED)導(dǎo)通點(diǎn)亮。在繼電器輸出方式中，繼電器作為開關(guān)元件，同時(shí)又是隔離器件。按照現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的電源的不同，可分為直流輸出單元 (晶體管輸出方式。輸出模塊選用繼電器輸出形式。也給以后功能擴(kuò)展留了足夠的空間。根據(jù)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量的要求，再留出一定的 I／ O節(jié)點(diǎn)與內(nèi)存空間以供擴(kuò)展時(shí)使用，以及指令的執(zhí)行速度，因河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 36 此 選用三菱公司的 FX2N 系列的 FX2N24MR。 如表 43 所示。 FX2， FXlN， FX2C 系列是三菱公司今年來推出的高性能小型可編程控制器， FXOS， FXON， FX2N 是微型可編程控制器。估算本系統(tǒng)需要約 字節(jié)的內(nèi)存容量。本系統(tǒng)有開關(guān)量 I／ O 總點(diǎn)數(shù)有 15 個(gè)，模擬量 i／ o 數(shù)為 0個(gè)。 ② 內(nèi)存容量的估算 用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入／輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關(guān)。 輸入點(diǎn)有： 啟動(dòng)、高水位、低水位、手動(dòng)正洗、手 動(dòng)反洗、手動(dòng)脫水、手動(dòng)進(jìn)水、手動(dòng)排水、手動(dòng) ／ 自動(dòng) ，共 9個(gè) 輸出點(diǎn)有：正洗控制、反洗控制、脫水離合器、進(jìn)水電磁閥、排水河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 35 電磁閥、報(bào)警控制 ，共 6個(gè) 。本系統(tǒng)為 自動(dòng)洗衣機(jī) ，采用集選控制方式。這就要求在選擇 PLC、輸入／輸出模塊、 I／ O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝 改進(jìn)。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。 ③ 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安 全可靠。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外資料。 PLC 的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以 提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 表 41 比較項(xiàng)目 繼電器控制 PLC 控制功能的實(shí)現(xiàn) 通過對(duì)繼電器進(jìn)行硬接線完成相應(yīng)的控制功能 對(duì)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn) 所需控制要求 對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性 需進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與接線．適應(yīng)性差 只需對(duì)程序進(jìn)行修改．適應(yīng)性強(qiáng) 可靠性 元器件多、觸點(diǎn)多，容易出現(xiàn)故障 采用大規(guī)模集成電路 ，絕大部分是軟繼電器，可靠性高 柔韌性與靈活性 差 具有種類齊全的擴(kuò)展單元，擴(kuò)展靈活 控制的實(shí)時(shí)性 機(jī)械動(dòng)作時(shí)間常數(shù)大，實(shí)時(shí)性差 微處理器控制，實(shí)時(shí)性非常好 占用空間與安裝 控制柜體積大、笨重，安裝施工工作量大 體積小，重量輕，安裝工作量小 使用壽命 易損、壽命短 壽命長(zhǎng) 復(fù)雜控制能力 極差 很強(qiáng) 價(jià)格 較低 較高 維護(hù) 復(fù)雜、工作 量大 工作量小 PLC 與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 通用計(jì)算機(jī)具有十分強(qiáng)大的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)數(shù)據(jù)的處理河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33 速度已經(jīng)達(dá)到極高的水平，但是應(yīng)用通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有 PLC 功能強(qiáng)大 ，表 42給 出了它們的對(duì)比 ： 表 42 比較項(xiàng)目 通用計(jì)算機(jī) PLC 工作方式 中斷方式 掃描方式 編程語言 匯編語言、高級(jí)語言 助記符語句，梯形圖等 工作環(huán)境 較高 可在較差的環(huán)境下工作 對(duì)使用者的要求 需進(jìn)行專門的學(xué)習(xí)培訓(xùn)才能掌握 語言易懂，稍加訓(xùn)練即可使用 可靠性 商業(yè)級(jí)要求 工業(yè)級(jí)，且 有多種特殊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件 功能強(qiáng)大，但占用存儲(chǔ)空間過大 功能專用，占用存儲(chǔ)空間小 適用領(lǐng)域 辦公、管理，科學(xué)計(jì)算、家庭 工業(yè)控制 從上邊的論述和比較可以看出。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 ⑥ 通信把 PLC 作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn) 過程的信息控制和管理，因此 PLC 是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的理想工業(yè)控制器 。在信號(hào)連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的 PLC 是安全生產(chǎn)的要求。 ④ 數(shù)據(jù)處理新型 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些 PLC 還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算。其定時(shí)時(shí)間間隔可以由用戶加以設(shè)定。另外某些 PLC 產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如 PID 模塊，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的 PID等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分 PLC 產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單或十分復(fù)雜的控制要求。該主電路既實(shí)現(xiàn)短路或過載保護(hù) 。 主電路的三相電源經(jīng)隔離開 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 的加熱元件到三相異步電動(dòng)機(jī) M 構(gòu)成主電路。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 本設(shè)計(jì) 選擇 YY104180 型號(hào)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)，功率 180 瓦 ,額定電壓 220V，轉(zhuǎn)速 1350r/min，電流 。電容器容量的大小一定要按照電機(jī)的要求選配，容量大了，容易使電機(jī)升溫過高，縮短電機(jī)壽命；容量小了，會(huì)降低電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力。電容器的作用是加大電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)矩，它還起確定旋 轉(zhuǎn)方向的作用。這種電機(jī)的特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，可以充分滿足洗衣機(jī)負(fù)載頻繁變化的使用要求。洗衣機(jī)上所用到的電機(jī)是單相電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電機(jī) ， 使用 220v 交流電源。工業(yè)上用的電機(jī)各式各樣，規(guī)格型號(hào)數(shù)不勝數(shù)，其中按使用電源可以分為交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種。 脫水過程中突然打開洗衣機(jī)上蓋，排水電磁鐵失電，方絲離合彈簧恢復(fù)到洗滌狀態(tài)，由于脫水是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，剎車扭簧將抱緊，剎車裝置起作用，剎車帶將使內(nèi)桶迅速制動(dòng)。剎車裝置工作原理如圖 313 所示。 當(dāng)波輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)桶有順時(shí)針方向跟轉(zhuǎn)的傾向，這時(shí) 自然狀態(tài)的剎車扭簧將被旋緊，緊緊抱住剎車裝置外罩的軸端，相互之間產(chǎn)生足夠的摩擦力使兩者成為一整體。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 當(dāng)波輪逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)桶有逆時(shí)針方向跟轉(zhuǎn)的傾向，這時(shí)與內(nèi)桶成一體的脫水軸被單向滾針軸承卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以內(nèi)桶也就不能轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)閮?nèi)桶和脫水軸是連成一體的，所以只要將脫水軸可靠固定，就可使內(nèi)桶不跟轉(zhuǎn)。因此，內(nèi)桶如果不固定或固定不可靠，就要隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 洗滌時(shí)防止內(nèi)桶出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)是設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的問題。其間，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)帶輪一級(jí)減速后，再經(jīng)減速比約為 4 的行星減速器減速，所以轉(zhuǎn)速約為 140～200r／ min。行星減速器的減速比 i 計(jì)算公式為： i=1+內(nèi)齒圈齒數(shù)／中心輪齒數(shù)。大帶輪 1 帶動(dòng)輸入軸 6 轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)行星減速器減速后，帶動(dòng)波輪軸 11 轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)洗滌功能。 ②洗滌狀態(tài)如圖 312 所示，洗滌狀態(tài)下，排水電磁鐵斷電，排水閥關(guān)閉，拉桿復(fù)位。 脫水狀態(tài)傳動(dòng)路線是：電動(dòng)機(jī)→小帶輪→大帶輪 l→輸入軸 6→離合套 2→方絲離合彈簧 3→脫水軸 5→法蘭盤 9→