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工學(xué)]基于plc和組態(tài)王的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-在線瀏覽

2025-01-20 21:13本頁(yè)面
  

【正文】 工廠等領(lǐng)域,滿足大容量的洗衣要求。洗衣機(jī)需要更好地滿足人們的需求,必須借助于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣機(jī)由初始的半自動(dòng)式洗衣機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī),又正在向智能化洗衣機(jī)方向發(fā) 展。這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng),留給人的感受常常是辛苦勞累。 1874 年 ,“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn),美國(guó)人發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。蒸汽洗衣機(jī)之后,水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。 1922年,美國(guó)改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu),把拖動(dòng)式改為攪拌式,使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來(lái),這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。 1955 年,在引進(jìn)英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上,日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。 90年代,由于電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高,洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié),誕生了許多新水流洗衣機(jī)。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu),其進(jìn)水,排水都采用電磁閥,由程序控制器按人河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 2 們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令,驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作,整個(gè)洗衣過程自動(dòng)完成,所用的程序控制器可分為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式和單片機(jī)式。 第二類:電腦控制洗衣機(jī),它的程序控制器由微型計(jì)算機(jī)組成。隨著計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。 全自動(dòng)洗衣機(jī)從結(jié)構(gòu)上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。波輪式洗衣機(jī)的特點(diǎn)是洗凈率高 ,但對(duì)衣服的磨損很大 ,隨著人們生活水平不斷地提高,絲綢 ,毛料 ,羊毛等大量 走進(jìn)普通家庭 ,廠商又適時(shí)地推出了滾筒洗衣機(jī) ,它最大的優(yōu)點(diǎn)是磨損率小 ,但洗凈率比波輪式低 ,價(jià)格高。普通型和半自動(dòng)型洗衣機(jī),都需要人為參與操作,才能完成洗衣、甩干、排水全過程;而全自動(dòng)洗衣機(jī)在整個(gè)洗滌、甩干、排水過程中,無(wú)需人為操作和監(jiān)控。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容及意義 本設(shè)計(jì)是基于 PLC 的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),采用西門子公司的 S7200 系列的 PLC 作為核心控制部件 ,利用其特點(diǎn),對(duì)按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸入 /輸出點(diǎn)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。為了能更直觀的顯示出整個(gè)自動(dòng)控制過程,本設(shè)計(jì)運(yùn)用組態(tài)王軟件建立一個(gè)全自動(dòng)洗衣機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)畫面。傳統(tǒng)的洗衣機(jī)采用繼電器控制,而大多數(shù)繼電器的優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、抗干擾能力強(qiáng),但其容易損壞,產(chǎn)生噪音,耗能大。 PLC系統(tǒng)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。 PLC具有以下優(yōu)點(diǎn): ( 1)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。 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(jìn)的抗干擾技術(shù),具有 很高的可靠性。 PLC 發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 PLC 的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的,多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語(yǔ)言如指令表,梯形圖,邏輯功能圖,順序功能圖等,程序簡(jiǎn)潔、明了,適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣,即使是沒有計(jì)算機(jī)知識(shí)的人員也很容易掌握,特別是梯形圖與邏輯功能圖,形象直觀,動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果逼真,且與計(jì)算機(jī)控制容易連接,深受工程技術(shù)人員歡迎。 PLC 用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大為縮短,同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。它是整體模塊,集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。另外它 的編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 4 2 系統(tǒng)總體分析 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理:全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內(nèi)桶)是以同一中心安放的,內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn),作為脫水用。進(jìn)水時(shí)通過控制系統(tǒng)將進(jìn)水閥打開,經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。洗滌正傳反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)撥盤的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn),此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。 高、中、低水位控制開關(guān)分別用來(lái)檢測(cè)高、中、低水位。全自動(dòng)洗衣機(jī)的進(jìn)水,洗衣,排水,脫水是通過水位開關(guān),電磁進(jìn)水閥和電磁排水閥配合進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。 全自動(dòng)洗衣機(jī)的示意圖如 21所示。 正常運(yùn)行 方式的具體控制要求如下: ( 1) 將水位能夠通過水位開關(guān)設(shè)在合適的位置(高、中、低),按下“啟動(dòng)”按鈕,開始進(jìn)水,到達(dá)設(shè)定的水位(高、中、低)后,停止進(jìn)水。 ( 3) 洗衣時(shí),正轉(zhuǎn) 20 秒,停 2 秒,然后反轉(zhuǎn) 20 秒,停 2 秒。 ( 5) 然后再進(jìn)水,重復(fù)以上過程,如此循環(huán)共 3 次。 “強(qiáng)制停止”方式的具體控制要求如下: ( 1) 若按下“停止”按鈕,洗衣過程停止,即洗滌電機(jī)和脫水桶停止轉(zhuǎn)動(dòng)、進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。 根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理 ,洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水、洗衣、排水和脫水四個(gè)過程組成。利用可編程控制器 PLC 實(shí)現(xiàn)控制 ,用于說(shuō)明 PLC 控制的原理方法、特點(diǎn)及工作特色。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 6 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)的整體思路就是通過 PLC 輸出的數(shù)字信號(hào)控制繼電器組,達(dá)到控制電路的目的 。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,而繼電器的開合直接控制電源電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。 在此控制系統(tǒng)中, PLC 是控制核心,外部多種輸入信號(hào)如啟動(dòng)按鈕、高中低水位檢測(cè)等信號(hào)采樣進(jìn) 來(lái),經(jīng)過 PLC 內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后,提供多種輸出信號(hào)來(lái)控制進(jìn)水閥、出水閥動(dòng)作,和控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)而控制正反轉(zhuǎn)和脫水運(yùn)行。 根據(jù)以上要求,基于 PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖 31 所示。其中進(jìn)水閥和排水閥由 PLC給定信號(hào)來(lái)決定其工作狀態(tài),電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心 PLC 給定信號(hào)來(lái)決定,而電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。 圖 32 硬件電路圖 可編程控制器 ⑴ 可編程控制器的基本概念 國(guó)際電工委員會(huì)對(duì) PLC 作了如下定義:可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)??删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備,都應(yīng)按使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 典型的 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖 33 所示。它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲(chǔ)器、輸入 /輸出 (I/O)、通信端口等單元相連。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí),首先它以 電 源C P U輸入單元輸出單元通信端口擴(kuò)展接口擴(kuò)展單元C P U 輸 入 設(shè) 備輸出設(shè)備 編 程 器 寫 入 器 打 印 機(jī) 人 機(jī) 界 面上 位 計(jì) 算 機(jī) P L C輸 入 接 口輸 出 接 口 總 線 圖 33 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成框圖 掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別 存入 I/O 映象區(qū),然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 ② 存儲(chǔ)器 根據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)內(nèi)容的不同,存儲(chǔ)器可以分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備箱 PLC提供的開關(guān)量信號(hào),經(jīng)過處理后,變成 CPU 能夠識(shí)別的信號(hào)。 ④ 電源部分 PLC 一般使用 AC220V 電源或 DC24V 電源。 ⑤ 通信端口 PLC 的 CPU 模塊上至少有一個(gè)通信端口。 ⑥ 編程器 編程器用來(lái)生成用戶程序,并用它進(jìn)行編輯、檢查、修改和監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行情況。一般用于小型機(jī)或用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。程序被編譯后通過 PC/PPI 電纜可以下載到 PLC 中去,也可以將 PLC當(dāng)中的程序上傳到計(jì)算機(jī)當(dāng)中來(lái)。 ( 3)可編程控制器的基本特點(diǎn) 可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn): ① 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、硬件配套齊全,系統(tǒng)構(gòu)成靈活,擴(kuò)展容易,以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng); ② 也能進(jìn)行連續(xù)過程的 PID 回路控制; ③ 并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、抗 干擾能力強(qiáng); ④ 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少、維護(hù)工作量小、維護(hù)方便、體積小、能耗低等特點(diǎn)。但是,在時(shí)間上, PLC 執(zhí)行的任務(wù)是按串行方式進(jìn)行的,其具體的運(yùn)行方式與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都有著一定的差異與不同。 ① 每次掃描過程,集中采集輸入信號(hào),集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新; ② 輸入刷新過程,當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí),程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí),輸入端有新狀態(tài),新狀態(tài)不能被讀入。 ( 5) S7200 系列 PLC 西門子公司的 SIMATIC S7200系列屬于小型 PLC,可以用于代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合,也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 S7200 的可靠性非常高,可以用語(yǔ)句表、梯形圖和功能塊圖編程。 S7200 提供了近 10種通訊方式以滿足不同的應(yīng)用需求,從 RS485通信 /編程接口通訊到自由口模式通訊,從 PPI 協(xié)議通訊到 MPI 協(xié) 議通訊,從簡(jiǎn)單的 S7200 之間的通訊到 S7200 通過 ProfibusDP 網(wǎng)絡(luò)通訊,甚至到 S7200 通過以太網(wǎng)通訊。 本設(shè)計(jì)采用 PLC S7200 為控制核心,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制,硬件接線簡(jiǎn)單,軟件開發(fā)周期短,具有工作可靠性高,操作方便,體積小、功耗低等特點(diǎn),達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會(huì)流過一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合。這樣吸合、釋放,從而達(dá)到了在電河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 11 路中的導(dǎo)通、切斷的目的 。 ( 2) 繼電器組的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)的功能 在本次設(shè)計(jì)中,對(duì)繼電器的使用較為突出,原理是利用可編程序控制器的 24V 直流信號(hào)來(lái)控制繼電器線圈,實(shí)現(xiàn)由可控制的按預(yù)定程序?qū)?/關(guān)斷的 380V 三相電源給電動(dòng)機(jī)供電??煞譃椋赫D(zhuǎn)控制組,反轉(zhuǎn)控制組及脫水控制組。它們的開合直接由可編程序控制器輸出的離散信號(hào)控制。 PLC 的選型 I/O 儲(chǔ)存器容量的估算 PLC 常用的內(nèi)存有 EPROM、 EEPROM 和帶鋰電池供電的 RAM。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān),如 I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。 PLC 內(nèi)存容量為開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)、模擬量 I/O 點(diǎn)數(shù)和程序編寫的質(zhì)量所增加 的內(nèi)存容量綜合。 該系統(tǒng)有 11 個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn) 6個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn),需內(nèi)存 280B,有定時(shí)器 7個(gè),計(jì)數(shù)器2個(gè),需內(nèi)存 18B,考慮余量后需要內(nèi)存 370B。全自動(dòng)洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡(jiǎn)單,小型 PLC 就能滿足要求了。同時(shí)由于該模塊采用交流 220V 供電,并且自帶 14個(gè)數(shù)字量 輸入點(diǎn)和 10 個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn),完全能滿足全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求,所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。 PLC 的框架配置圖如 34所示。 PLC 的外圍接線圖如圖 35 所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 13 圖 35 PLC 外部接線圖 系統(tǒng)資源分配 輸入地址分配 根據(jù)不同的 PLC配置情況確定 I/O 地址是 PLC 編程的前提與基礎(chǔ),程序中的地址必須與實(shí)際物理連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng),才能確保動(dòng)作的正確執(zhí)行。 現(xiàn)在根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的輸入地址進(jìn)行分配。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 14 表 31輸入地址分配表 輸出地址分配 這個(gè)控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備有進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥、洗滌電動(dòng)機(jī)、脫水桶、報(bào)警器共 5 個(gè)設(shè)備。 具體的輸出分配如表 32 所示。 內(nèi)部地址分配表歸納如表 33所示。 STEP7Micro/WIN32是西門子公司專為 SIMATIC S7200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件,它是基于 Windows 的應(yīng)用軟件,功能強(qiáng)大,既可用于開發(fā)用戶程序,又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。在脫機(jī)方式時(shí),計(jì)算機(jī)與 PLC 斷開連接,此時(shí)能完成大部分的基本功能,如編程、 編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等,但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計(jì)算機(jī)的磁盤上。 ( 3)在編輯程序的過程中進(jìn)行語(yǔ)法檢查,可以避免一些語(yǔ)法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。 ( 4)對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理,加密處理等。 軟件主界面一般可分為以下 6 個(gè)區(qū)域:菜單欄( 包含 8 個(gè)主菜單項(xiàng))、工具欄(快捷按鈕)、瀏覽欄(快捷操作窗口)、指令樹 (快捷操作窗口 )、輸出窗口和用戶窗口(可同時(shí)或分別打開圖中的 5個(gè)用戶窗口)。 程序流程圖設(shè)計(jì) PLC 采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù),其程序設(shè)計(jì)同樣可遵循軟件工程設(shè)計(jì)方法,程序工作過程可用流程 圖表示。 全自動(dòng)洗衣機(jī)工作方式有自動(dòng)方式和手動(dòng)方式兩種。手動(dòng)方式是在緊急停止情況下,可以手動(dòng)
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