基于PLC控制的全自动洗衣机系统Word文档格式.docx
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1.1课题的背景与意义1
1.2控制系统的选择1
第二章全自动洗衣机控制系统设计任务书4
2.1全程序过程4
2.2简易程序4
2.3主要流程图5
第三章全自动洗衣机的I/0分配及运行过程分析6
3.1I/O分配表6
3.2洗衣机PLC运行过程分析8
3.3洗衣机外部设备运行过程分析8
第四章全自动洗衣机系统硬件设计10
4.1全自动洗衣机外部设备10
4.2全自动洗衣机PLC接线图12
第五章全自动洗衣机系统软件设计16
5.1编程软件16
5.2系统流程图18
第六章结束语19
参考文献20
附录21
附录1程序源代码21
附录1系统流程图32
第1章绪论
1.1课题的背景与意义
洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电,已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。
但是传统的基于继电器控制的洗衣机,因其操作复杂,洗衣、脱水、排水等都需要人工进行操作,已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求,洗衣机需要更好地满足人们的需求,节省人们的时间,提高生活效率,就必须借助与新技术的发展。
洗衣机无论在质量、技术、功能还是在外观上面,谁能接近于更好的为人们的生活服务这一主题,谁就能得到长足的进步和发展。
因此,全自动洗衣机应运而生。
1.2控制系统的选择
从满足全自动洗衣机控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考虑,目前常见的全自动洗衣机自动控制系统,主要有:
单片机控制、工业控制计算机、PLC控制等类型。
1.2.1单片机控制
随着集成芯片技术的不断提高,特别是高档8位单片机的普及,单片机全自动洗衣机系统由单片计算机及其外围芯片构成控制系统。
虽然单片机本身小巧、功耗低,实时控制功能强,但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具,系统调试困难,不具有自开发能力,且编写洗涤、脱水等程序相对复杂;
在设计控制系统硬件时,要有多种电路保护装置,如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等。
这样增加了硬件的复杂性,隐含较高的故障率,无形地增加了维修成本费用。
1.2.2工业控制计算机
工业控制计算机全自动洗衣机控制系统是利用通用计算机的扩展槽或扩展区,设计应用系统硬件模板,如通讯板、I/O扩展板等测控功能板,与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的控制系统。
其特点是系统有较强的软、硬件支持。
利用通用计算机的软、硬件资源来支持控制系统进行工作,具有自开发能力,有较强的可视能力和数据处理能力,更适合于计算机集中控制系统应用。
1.2.3PLC控制
在洗衣机控制方面,在PLC问世之前,工业控制领域中是继电器占主导地位。
但继电器控制领域有着十分明显的缺点:
体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间和资金的严重浪费。
为了改变这一现状,PLC控制系统产生了。
PLC的优点是:
可靠性高,耗电少,适应性强,运行速度快,寿命长等,为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能,避免传统控制的一些弊端,就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。
此次设计根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。
此次全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用自动化控制装置。
它以微处理器为核心,有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。
其特点如下:
1.抗干扰能力强,可靠性极高:
PLC是专为工业控制设计的,采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施,能适应工业现场的恶劣环境。
2.编程方便:
PLC采用易于理解和掌握的梯形图语言,以及面向工业控制的简单指令。
3.使用方便:
PLC的结构不仅具有先进的通讯和输入、输出能力,而且其模块化的系统结构、灵活的配置能力,使用户可以灵活组成各种规模和不同要求的控制系统。
4.维护方便:
PLC模块化的系统结构,使操作人员在维修时只需要更换插入式模板或其它易损部件即可完成,既方便又减少了影响系统运行的时间。
5.设计、施工、调试周期短:
用PLC完成一项控制工程时,由于其硬、软件齐全,设计和施工可同时进行,缩短了周期。
6.易于实现机电一体化:
PLC的结构紧凑,体积小,重量轻,可靠性高,抗振防潮和耐热能力强,使之易于安装在机器设备内部,制造出机电一体化产品。
PLC控制洗衣机洗衣程序有独特之处。
首先,它是一个顺序控制系统程序;
其次,洗涤、漂洗、排水、脱水时间是由PLC内的计数器和定时器中参数控制的,只要改变它的参数太小就可改变整个程序时间长短;
第三.通过改变PLC的型号,可以根据衣物的质地、数量及脏污程度来实现标准洗洗、柔和洗的多功能;
第四,通过修改洗衣程序可实现进水、洗涤、漂洗、排水脱水的顺序控制,也可实现或洗涤、或漂洗、或脱水等单体控制;
第五,在设计过程中,可以方便地加入相应的配套装置,如指示灯、蜂鸣器。
通过以上分析、说明可知全自动洗衣机的控制系统是有多样性的,虽然各种控制系统均可运用,但是必须考虑它的结构和成本。
鉴于PLC的诸多优势,结合全自动洗衣机自动控制系统的需要,选择德国西门子公司生产的具有高性能价格比的S7-200系列可编程序控制器。
第二章全自动洗衣机控制系统设计任务书
市场上的全自动洗衣机功能很多,本次设计只是简单功能,本文对此次PLC控制要求设计如下:
2.1全程序过程
全程序过程提供了三个档位(高强度/中强度/低强度),三个水位(高/中/低)供用户选择。
适用于用户洗涤不同程度、不同量度的衣服。
[1]打开总开关,选择档位(高强度/中强度/低强度),选择水位(高/中/低),按下启动按扭。
[2]开始进水,直到水位达到设定水位时停止进水,开始洗涤。
[3]洗涤时,正转30秒,停4秒,然后反转20秒,停4秒。
[4]如此循环300次(高强度)/200次(中强度、简易模式)/100次(低强度)后,开始排水。
[5]排水20S后开始脱水,脱水10S。
[6]重复
(2)到(5)两次。
[7]清洗完成,报警3秒并自动停机。
[8]若按下停车按扭,可实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
2.2简易程序
简易程序也提供了三个水位(高/中/低),但是只有简易模式一种档位,适用与用户洗涤常规类衣服。
[1]打开总开关,选择档位——简易程序,选择水位(高、中、低),按下启动按扭。
[2]开始进水直到水位达到要求水位时停止进水开始洗涤。
[4]如此循环200次后,开始排水。
[6]重复
(2)到(5)一次。
[8]若按下停车按扭,可实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
2.3主要流程图
根据以上描述,部分流程图如下(详细流程图见附录2)
1开始时设定水位和档位。
2洗衣机正反转交替
3洗完报警
第三章全自动洗衣机的I/0分配及运行过程分析
3.1I/O分配表
3.1.1数字量输入部分:
控制系统的输入有启动按钮、停止按钮、洗涤模式选择开关,洗涤强度选择开关,水位选择开关(高水位/中水位/低水位)、手动排水开关、手动排水开关、高水位浮球开关、中水位浮球开关、低水位浮球开关、水排空浮球开关等共15个输入点。
具体的输入分配如表所示:
表3.1输入地址分配
输入地址
对应的外部设备
I0.0
启动按钮
I1.0
中水位浮球开关
I0.1
停止按钮
I1.1
低水位浮球开关
I0.2
水位选择开关(高水位)
I1.2
水排空浮球开关
I0.3
水位选择开关(中水位)
I1.3
触发高次档位
I0.4
水位选择开关(低水位)
I1.4
触发中次档位
I0.5
手动排水开关
I1.5
触发低次档位
I0.6
手动脱水开关
I1.6
触发简易档位
I0.7
高水位浮球开关
3.1.2数字量输出部分:
控制系统需要控制的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、洗涤电动机、脱水桶、报警器5个设备。
但是由于洗涤电动机有正反转两个状态,分别有正接触器和反接触器,所以输出点应该有6个。
具体的输出分配如表所示:
表3.2输出地址分配
输出地址
Q0.0
进水电磁阀
Q1.4
选择高强度洗涤指示灯
Q0.1
排水电磁阀
Q1.5
选择中强度洗涤指示灯
Q0.2
洗涤电动机正转接触器
Q1.6
选择低强度洗涤指示灯
Q0.3
洗涤电动机反转接触器
Q1.7
选择简易洗涤指示灯
Q0.4
脱水桶
Q2.0
洗衣机进水指示灯
Q0.5
报警器
Q2.1
洗衣机洗涤指示灯
Q1.0
启动状态指示灯
Q2.2
洗衣机排水指示灯
Q1.1
选择高水位状态指示灯
Q2.3
洗衣机脱水指示灯
Q1.2
选择中水位状态指示灯
Q2.4
洗衣袋洗完报警指示灯
Q1.3
选择低水位状态指示灯
3.1.3辅助继电器:
本程序中,还需要几个中间继电器、定时器和计数器,它们分别代表的含义与功能如表所示:
表3.3控制系统中的中间状态I/O分配
地址
功能
M0.0
启动按钮辅助继电器
T38
洗涤电动机反转时间30s
M0.1
判断洗衣机水位是否与设定值不一致
T39
排水20s
M0.2
判断洗衣机水位是否与设定值一致
T40
脱水10s
M0.3
停止自动洗衣辅助继电器
T41
洗衣完毕报警3s
M0.4
注水完成辅助继电器
T42
洗涤电机正反转间隔4s
M0.5
正转或反转后停止洗衣机的辅助继电器
C50
高挡洗衣(300次)
M1.0
选择洗衣机高强度档位辅助继电器
C51
中档洗衣(200次)
M1.1
选择洗衣机中强度档位辅助继电器
C52
低档洗衣(100次)
M1.2
选择洗衣机低强度档位辅助继电器
C53
全程序过程重复3次
M1.3
选择简易程序辅助继电器
C54
简易程序循环2次
T37
洗涤电动机正转时间30s
C55
简易程序(200次)
3.2洗衣机PLC运行过程分析
(1)洗衣机进水
洗衣前选择好水位,选择正常洗涤或简易洗涤,按下水位选择开关(高水位\中水位\低水位)中任意一个,选择洗衣模式(高强度\中强度\低强度\简易模式),相应的指示灯会亮,再按下启动按钮,I0.0接通,Q0.0接通,开始进水。
当水位上升到与选择的水位相一致时,相一致的水位传感器(I0.7、I1.0、I1.1)接通,Q0.0断开停止进水。
(2)正反转洗衣
停止进水后,Q0.2接通开始正转洗衣,洗衣机洗涤指示灯会亮,T37计时开始。
T37计时30秒,Q0.2断开,正洗暂停4s,T38开始计时。
T38计时时间到,Q0.3接通,反洗,T39开始计时。
T39计时时间到,Q0.3断开,反洗暂停4s,T40开始计时。
T40计时时间到,C50\C51\C52\C53计数一次,同时洗衣返回Q0.2接通,重复以上从正洗开始的全部动作,直到计数器达到规定次数时,Q0.1接通并自保,开始排水20s,排水指示灯亮,计数器复位,准备下次循环时再计数。
(3)大循环洗衣
排水到脱水水位时,I1.2闭合,Q0.1、Q0.4接通,开始脱水,脱水计数器开始计时10s,脱水指示灯亮。
计时时间到,Q0.1、Q0.4断开,停止排水和脱水,C53\C54计数一次,同时洗衣返回Q0.0接通,重复从进水到脱水的全部动作,知道计数满3或2次时,停止洗衣,Q0.5接通报警并自保,报警指示灯亮,T41开始计时。
T41计时时间到,报警结束,整个洗衣过程结束,T41常开触点闭合,准备下次启动。
(4)强制停止
运行中按停止按钮时,I0.1常闭触点断开,则M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5断开,停止进水、排水、脱水及报警。
按排水按钮时,I0.5常开触点闭合,Q0.1接通并自保,进行手动排水。
按手动脱水按钮,I0.6闭合,Q0.1、Q0.4接通脱水,T40开始计时。
T40计时时间到Q0.1、Q0.4断开,脱水停止,Q0.5接通报警,T41开始计时。
T41计时时间到Q0.5断开报警结束。
3.3洗衣机外部设备运行过程分析
洗衣机的工作流程由进水,洗涤,排水,和脱水四个过程组成。
在半自动洗衣机中,这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。
全自动洗衣机中,这四个过程可做到全自动运行,直至洗衣结束。
全自动洗衣机的进水、洗涤、排水和脱水是通过水位开关、洗涤电机、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制,从而实现自动控制的。
水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位;
电磁进水阀起着通/断水源的作用。
进水时,电磁进水阀打开,降水注入;
排水时,电磁排水阀打开,降水排出;
洗衣时,洗涤电动机启动,正反转交替进行;
脱水时,脱水桶启动。
其示意图如下图所示:
图3.1控制系统框图
全自洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一心安放的,内桶可以旋转,作为脱水用。
内桶的周围有许多小孔,使内桶和外桶的水流相通,洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时通过控制系统将进水电磁阀打开,经进水管将水注入到外桶。
排水时,通过控制系统将排水电磁阀打开,将水由外桶排到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现,此时脱水桶并不旋转。
脱水时,控制系统将离合器合上,由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、低水位控制开关分别用来检测高、低水位。
启动按钮用来启动洗衣机工作,停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
排水按钮用来实现手动排水。
第四章全自动洗衣机系统硬件设计
4.1全自动洗衣机外部设备
4.1.1控制面板
如下图为洗衣机的控制面板,上一排为指示灯,洗衣机运行到每一步时,相应的指示灯会亮,以提示用户洗衣机当前的工作状态。
分别有启动、停止、高水位选择开关、中水位选择开关、低水位选择开关、高强度选择开关、中强度选择开关、低强度选择开关、简易洗涤开关、手动排水开关、手动脱水开关共11个开关和相应的指示灯。
图4.1全自动洗衣机操作面板
4.1.2为全自动洗衣机整体结构图
如图为洗衣机的整体硬件结构,包括洗衣机的控制面板、进水口、水位探测器、洗涤电机等。
图4.2全自动洗衣机示意图
如下图所示为洗衣机进水示意图,在图中ST4为高水位传感器,ST5为中水位传感器,ST6为低水位传感器,ST7位水排尽传感器,当选择好水位后,YV1打开开始进水,当水位到达相应水位时,相应的传感器送出ON信号否则为OFF,只有当水位上升到与选择水位一致时,YV1关闭停止进水,开始洗衣。
图4.3洗衣机机洗涤示意图
4.2全自动洗衣机PLC接线图
根据上述对全自动洗衣机系统的功能分析,可以设计如图所示的全自动洗衣机外部接线图。
图4.4动洗衣机PLC接线图
4.2.1PLC主机
选择西门子S7-200系列PLC作为此全自动洗衣机的控制主机。
在西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等之分。
选择了CPU224作为其主机即可满足全自动洗衣机的控制要求。
4.2.2启动按钮
启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作与否,一般地,在用户在洗衣机内放入衣服,且已经准备好开始洗衣服之后,按下启动按钮,全自动洗衣机开始洗衣。
4.2.3.停止按钮
停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作与否。
在洗衣服的过程中,用户需要停止洗衣机,就可以直接按下停止按钮,洗衣机即会停止工作。
4.2.4高水位
高水位是指洗衣机在洗衣过程中,洗衣机筒内保持的水位高低,一旦选择了高水位,则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的三个水位中的高水位。
这里,在操作面板上,用一个按钮来设置高水位,按下按钮表示选择高水位。
本水位适合于洗涤大量衣服。
4.2.5中水位
中水位是指洗衣机在洗衣过程中,洗衣机筒内保持的水位的高低,是相对于高水位和低水位来说的,在洗衣机系统的初始设计中,设计了三种水位,这个是三个水位中间的一个水位。
在操作面板上,用一个按钮来设置中水位,按下按钮表示选择中水位。
本水位适合洗涤中量的衣服。
4.2.6低水位
低水位是指洗衣机在洗衣过程中,洗衣机筒内保持的水位的高低,是三个水位中较低的一个,是同样可以完成洗衣过程。
本水位适合于洗涤少量的衣物。
4.2.7高强度洗涤
该强度下洗涤电机会正反转300次,全体循环3次,适用于高程度脏的衣物的洗涤。
4.2.8中强度洗涤
该强度下洗涤电机会正反转200次,全体循环3次,适用于中等程度脏的衣物的洗涤。
4.2.9低强度洗涤
该强度下洗涤电机会正反转100次,全体循环3次,适用于低程度脏的衣物洗涤。
4.2.10简易按钮
当按下简易按钮时,选择了简易模式,洗衣机自动按照简易模式洗衣服。
在本模式中,洗涤电机会正反转200次,全体循环两次。
简易模式中适合一般衣物的洗涤,更方便快捷的让用户使用。
在洗衣机衣服的模式中,与水位的选择一样,用户只能同时选择一种模式,
需要说明的是,标准模式与简易模式的选择必须在用户一开始洗衣之前完成。
4.2.11高水位探测器
高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位。
采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。
4.2.12中水位探测器
中水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位。
采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将中水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。
4.2.13低水位探测器
低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位。
4.2.14进水电磁阀
进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。
当然洗衣机需要外界进水时,PLC主机发出控制信号,进水电磁阀会打开,水自动从外界送入洗衣机筒内,当水已经达到了设定的水位时,PLC主机发出信号自动关闭进水电池阀,同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。
4.2.15电机正转接触器
电机正转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的正转。
可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机正转接触器,在洗衣机洗衣服的过程中,电机会正转与反转同时轮流进行。
4.2.16电机反转接触器
电机反转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的反转。
可以直接用PL
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