【正文】 ............................................................................ 29 參考文獻 ............................................................................................................................... 29 2020 屆電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)（論文） 1 第一章 緒 論 課題概述 本次設(shè)計基于 PLC 的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產(chǎn)品。 PLC 控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的 I/O 卡件，質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便， PLC 控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設(shè)計方向。 1874 年 ,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。1922 年，美國改造了洗衣機的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。 1955 年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨具風(fēng)格、并流行至今的 波輪式洗衣機 。目前 ,國內(nèi)市場上銷售的大都是波 輪式和滾筒式，供應(yīng)最多的是波輪式洗衣機。 洗衣機產(chǎn)品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。 國內(nèi)外洗衣機品牌有 海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、 LG 熊貓、西門子、日立好 用?？刂品椒ù_定后投入生產(chǎn)要縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計的時間、調(diào)試周期，且要降低成本。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。 采用 PLC 控制比繼電器控制好的多，我們采用 PLC 來控制。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。 （ 4） 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造， PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 2020 屆電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)（論文） 3 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機控制方法，該系統(tǒng)采用 PLC 控制，主要包括電動機正反轉(zhuǎn)控制、離合器控制、進排水電磁閥控制、循環(huán)控制、保護和聯(lián)鎖。 （ 2） 控制系統(tǒng)設(shè)計。 （ 3） 對編寫好的編譯程序進行實際調(diào)試并仿真 。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。高、低水位開關(guān)分別用來檢 測高、低水位。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。 波輪式 全自動洗衣機的實物示意圖如圖 所示。 （ 1） 按下啟動按扭，開始進水，水滿（即水位到達高低）時停止進水。 （ 3） 洗滌時，正轉(zhuǎn) 15 秒后暫停，暫停 3 秒后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌 15 秒后暫停，暫停3 秒。脫水 10 秒即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。 （ 6） 報警 10 秒結(jié)束全部過程，自動停機。 系統(tǒng)的組成與功能 該系統(tǒng)的設(shè)計主要包含兩大部分，硬件部分選型，軟件部分設(shè)計。而軟件設(shè)計是 核心內(nèi)容。 （ 1） PLC構(gòu)成的單機系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的被控對象是單一的機器生產(chǎn)或生產(chǎn)流水線，其控制器是由單臺 PLC構(gòu)成，一般不需要與其他 PLC或計算機進行通信。如圖 。由于采用一臺 PLC控制，因此，各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)不需要另外的通信線路。對于大型的集中系統(tǒng)，通常采取冗余系統(tǒng)克服上述缺點。 圖 PLC 集中控制 （ 3） PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng) 這類系統(tǒng)的被控對象通常比較多，分布在一個較大的區(qū)域內(nèi)，相互之間比較遠(yuǎn)，而且，被控對象之間經(jīng)常的交換數(shù)據(jù)和信息。如圖 2． 4所示。 系統(tǒng)控制主電路 洗衣機 PLC 控制主電路圖如圖 所示。 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機 M 構(gòu)成 主電路。該主電路既實現(xiàn)短路或過載保護。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。 世界上 PLC 產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。而日本的 PLC 技術(shù)是由美國引進的，對美國的 PLC 產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型 PLC 上。目前，世界上有 200 多個廠家生產(chǎn) PLC，較有名的： 美國：通用電氣、莫迪康公司； 日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等； 德國：西門子公司； 法國：施耐德公司； 韓國：三星、 LG 公司等。西門子最初推出 S5 系列 ，然后推出 S7 系列；三菱開始是 F 系列， FX 系列，現(xiàn)在是 A 系列（ A A A2X）。特別是網(wǎng)絡(luò)，因為聯(lián)網(wǎng)是一個大潮流。 林進軍： 基于 PLC 的全自動洗衣機控 制仿真 大： I/O 點數(shù)達 14336 點、 32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 ② PLC 在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛。 ④ 新器件和模塊不斷推出。 ⑤ 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。 ⑥ 發(fā)展容錯技術(shù)。 ⑦ 追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。 （ 2） 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 （ 3） 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行 數(shù)據(jù)通信的功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運算等。 ② 控制功能 控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。例如采用 PID 控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO/IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 1Mbps，通信負(fù)荷不大于 60%。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程 語言： 順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。 ⑤ 診斷功能 林進軍： 基于 PLC 的全自動洗衣機控 制仿真 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 ⑥ 處理速度 PLC 采用掃描方式工作。 處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 ；大中型 PLC的掃描 時間不大于 。 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。小型 PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)?；締卧獌?nèi)有 CPU、 I/O 接口、與 I/O 擴展單元 相連的擴展口，以及與編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。 模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如 CPU 模塊、 I/O 模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。模塊裝在框架或基板的插座上。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。疊裝式 PLC其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。 ② 按功能分類。 低檔 PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入 /輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。 2020 屆電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)（論文） 11 中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量輸入 /輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。 ③ 按 I/O 點數(shù)分類。 小型 PLC 的 I/O 點數(shù)在 256 點以內(nèi)；單 CPU、 8 位或 16 位處理器、用戶存儲器容量 4K 字以下。 如： S7300 德國西門子公司 SR400 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司 SU SU6 德國西門子公司 C500 日本立石公司 GEⅢ GE 公司 大型 PLC 的 I/O 點數(shù)在 2048 點以內(nèi)；多 CPU， 16 位、 32 位處理器，用戶存儲器容量 8～ 16K。 按輸出形式分可分為 : R繼電器輸出 (有觸點，可帶交直流負(fù)載 )； S雙向晶閘管輸出（無觸點，帶交流負(fù)載）； T晶體管輸出（無觸點，帶直流負(fù)載）。 林進軍： 基于 PLC 的全自動洗衣機控 制仿真 選擇 PLC 時，應(yīng)考慮性能價格比。 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存 儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。 由于三菱 FX2N 系列的 PLC 在小型控制系統(tǒng)中比較占有優(yōu)勢和市場，本次設(shè)計也是小型的控制系統(tǒng)，并且我們學(xué)習(xí)的也是三菱 FX2N 系列的 PLC，所以我們采用我們熟悉的三菱 FX2N 系列的PLC 來控制該系統(tǒng)。 控制規(guī)模： 16~256 點（基本單元： 16/32/48/64/80/128 點）。 CPU、電源、輸入輸出三位一體。 （ 2） 高速運算。 應(yīng)用指令 : s~數(shù) 100μ s/指令。 內(nèi)置 8000 步 RAM 存貯器，安裝存儲盒后，最大可以擴展到 16000 步。 輔助繼電器： 3072 點。 計數(shù)器： 235 點。 （ 5） 除了具有輸入輸出 16~256 點的一般用途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。如表 給出了性能技術(shù)指標(biāo)。 表 I/O 分配表 2020 屆電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)（論文） 15 PLC 輸入端 所接外部輸入器件 PLC 輸出入端 所接外部輸出入器件 X0 啟動按鈕 SB0 Y0 進水電磁閥 YA1 X1 停止按鈕 SB1 Y1 排水電磁閥 YA2 X2 低水位限位開關(guān) SQ0 Y2 電磁離合器 YA3 X3 高水位限位開關(guān) SQ1 Y3 正轉(zhuǎn)接觸器 KM1 X4 手動排水按鈕 SB2 Y4 反轉(zhuǎn)接觸器 KM2 Y5 蜂鳴器 HA PLC 接線圖 PLC 接線圖如圖 所示，圖 中的 2 標(biāo)號與主電路的交流 220V 連接。 開始啟動按鈕按下進水水滿，延時2 秒電機正