基于PLC控制全自动洗衣机毕业设计论文Word最新版Word格式.docx
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自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机,又正在向智能化洗衣机方向发展。
1.2洗衣机的发展历史从古到今,洗衣服都是一项难于躲避的家务劳动,而在洗衣机出现以前,对于很多人而言,它并不像田园诗描绘的那样充溢乐趣,手搓、棒击、冲刷、甩打……这些不断重复的简洁的体力劳动,留给人的感受经常是:
辛苦劳累。
1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战——有人独创了木制手摇洗衣机。
独创者是美国人比尔·
布莱克斯。
布莱克斯的洗衣机构造极为简洁,是在木筒里装上6块叶片,用手柄和齿轮传动,使衣服在筒内翻转,从而达到“净衣”的目的。
这套装置的问世,让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发,洗衣机的改进过程起先大大加快。
1880年,美国又出现了蒸汽洗衣机,蒸汽动力起先取代人力。
之后,水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。
到1911年,美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。
电动洗衣机的问世,标记着人类家务劳动自动化的开端。
电动洗衣机几经完善,在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。
搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。
这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴,在立轴下端装有搅拌翼,电动机带动立轴,进行周期性的正反摇摆,使衣物和水流不断翻滚,相互摩擦,以此涤荡污垢。
搅拌式洗衣机结构科学合理,受到人们的普遍欢迎。
不过10年之后,美国本德克斯航空公司宣布,他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机,洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。
这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶,朝自动化又前进了一大步!
直至今日,滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。
随着工业化的加速,世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。
首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机,它是靠筒体一侧的运转波轮产生的猛烈涡流,使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚,洗净衣物。
1955年,在引进英国喷流式洗衣机的基础之上,日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
至此,波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。
20世纪60年头以后,洗衣机在一些发达国家的消费市场起先形成系列,家庭普及率快速上升。
此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。
60年头的日本出现了带干桶的双桶洗衣机,人们称之为“半自动型洗衣机”。
70年头,生产出波轮式套桶全自动洗衣机。
70年头后期,微电脑限制的全自动洗衣机横空出世,让人耳目一新。
到80年头,“模糊限制”的应用使得洗衣机操作更简便,功能更完备,洗衣程序更随人意,外观造型更为时尚……进入90年头,由于电机调速技术的提高,洗衣机实现了宽范围的转速变换与调整,诞生了很多新水流洗衣机。
此后,随着电机驱动技术的发展与提高,日本生产出了电机干脆驱动式洗衣机,省去了齿轮传动和变速机构,引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。
1.3限制系统的选择现代社会要求制造业对市场需求做出快速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品,为了满足这一要求,生产设备和自动生产线的限制系统必需具有极高的牢靠性和机敏性,可编程限制器简称PLC(ProgrammableLogicController)正是顺应这一要求出现的,它是以微处理器为基础的通用工业限制装置。
PLC的应用面广、功能强大、运用便利,是当代工业自动化的主要设备之一。
PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动限制系统中,当然PLC
在其他领域也得到了快速的发展。
在发达的工业国家,PLC已经广泛的应用在全部的工业部门,随着其性能价格比的不断提高,应用范围不断扩大,在我国有越来越多的行业领域起先应用到PLC。
PLC的应用领域主要有数字量逻辑限制、运动限制、闭环过程限制、数据处理、通信联网等几个方面。
1.4本次毕业设计主要探讨的内容本次毕业设计是利用西门子S7-200PLC对洗衣机进行全自动限制,驾驭STEP7-Micro的用法,制作整个洗衣过程监控界面,对电动机及其他设备进行实时监控。
在实现以上全部功能的前提下,再对监控界面的限制功能作进一步探讨,监控界面的限制功能就是不在现场的状况下,对现场的设备进行限制。
第2章全自动洗衣机限制系统的限制要求2.1全自动洗衣机的工作原理2.1.1限制系统的组成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限制。
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协作进行限制,从而实现自动限制的。
水位开关用来限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2.1系统结构框图在图2.1中可以看出,此次设计依据全自动洗衣机的工作原理,由于现实生活中的排水与脱水所用功率不同(洗涤电机功率小,脱水电机功率大)因此洗涤与脱水应选用不同的电机。
洗衣机的工作流程由进水,洗衣,排水,和脱水四个过程组成。
利用可编程限制器PLC实现限制,用于说明PLC限制的原理方法,特点及工作特色。
此次全自动洗衣机限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/输出点进行限制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
2.2设备限制要求这里将有两个程序供选择I、全程序过程[1]打开总开关,设置水位(高/中/低),选择档位(300/200/100)。
[2]按下启动按扭,起先进水直到水满(即水位达到所设置的水位)时停止进水起先洗涤。
[3]洗涤时,正转30秒,停4秒,然后反转30秒,停4秒。
[4]如此循环(300/200/100)次后,起先排水。
[5]排水30S后起先脱水,脱水20S。
[6]重复[2]到[5]三次。
[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。
II、简易程序:
[1]打开总开关,选择档位——简易程序。
[4]如此循环200次后,起先排水。
[6]重复[2]到[5]一次。
第3章硬件的理论与设计本章将给出本次设计的洗衣机电路原理图和各个主要器件的具体介绍和说明。
原理图中包括了供电回路图和限制回路图。
元器件除PLC以外还包括了继电器组和变频器等。
3.1全自动洗衣机整体结构图如3.1图为洗衣机的整体硬件结构,包括洗衣机的限制面板、进水口、水位探测器、洗涤电机等。
限制界面按钮包括:
简易模式切换、高水位按键、中水位按键、低水位按键、中学低挡按键选择(300/200/100)、手动排水、手动脱水等按键。
在洗衣机水桶的内部分别装有高、中、低水位传感器(水位探测器)当选择水位按键时,例如选择中水位探测器,则水注入到中水位传感器旁边时就会自动停止注入。
图3.1全自动洗衣机示意图3.2硬件设计硬件设计的整体思路就是通过PLC输出的数字信号限制继电器组,达到限制电路的目的。
如图3.2:
图3.2洗衣机的主控线路图中“正转”、“反转”、“脱水”为限制电动机电源方向的三个继电器组,它们的线圈分别与PLC的输出端“Q0.2”“Q0.3”“Q0.4”相连,受控于PLC的输出信号。
其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的,因此,变更变频器参数就可以变更洗涤和漂洗时的速度。
而脱水继电器组干脆与电源和电动机相连,这样,当洗衣机处于脱水状态时,电动机按额定转速工作。
所以,在演示时转速会和洗涤漂洗有所区分。
3.3继电器3.3.1继电器在限制系统中的作用继电器是一种基本的电气设备,它用来打开或关闭确定数量相互独立的电路。
这种操作是利用由电压限制的线圈绕组所产生的电磁场来实现的。
当输入量达到确定值时,输出量将发生跳动式的变更的自动限制器件,它具有限制系统和被限制系统,通常应用于自动限制电路中,它事实上是用较小的电流去限制较大电流的一种“自动开关”。
故在限制系统中起着自动调整、平安爱护、转换电路的作用。
通过有电流流过线圈时产生电磁感应,使触点吸合,没有电流流过线圈的时候触点断开来实现各种信号隔离和输出限制的。
一般在仪表去限制现场大功率电器设备时,由于仪表或限制系统的卡件触点承受不了很高的电流或电压,就接受继电器作为中间执行器,接收到限制系统的限制信号后去执行系统限制指令,或强电设备给弱点系统限制信号时也须要用它来隔离高压信号,输出干触点信号,反之亦然,另外由于继电器的型号很多,可以满足不同电压不同信号的须要,可以作到长期牢靠的工作。
3.3.2电磁继电器的选择原则选用电磁继电器的一般步骤:
作为选用继电器的第一步,是确定其应用分类,由此初选一种在给定条件下曾经有过成功应用的继电器类型,然后按下列步骤使所选用的继电器最适用于规定应用。
依据输入的信号确定继电器的种类,不同作用原理或结构特征的继电器,其要求输入的信号的性质是不同的。
例如热继电器是利用热效应而动作的继电器;
声继电器是利用声效应而动作;
而电磁继电器则是由限制电流通过线圈产生的电磁吸力而实现触点开、闭。
按运用环境条件选择继电器型号,环境适应性是继电器牢靠性指标之一。
运用环境和工作条件的差异对继电器性能有很大的影响。
依据负载状况选择继电器触点的种类与参数,与被控电路干脆连接的触点是继电器的接触系统。
国内外长期实践证明,约百分之七十以上的故障发生在触点上。
这除了与继电器本身结构与制造因素亲密相关之外,未能正确选用和运用也是重要因素之一。
依据限制要求确定触点组合形式,如须要的是常开还是常闭触点或转换触点;
依据被控回路多少确定触点的对数和组数;
依据负载性质与容量大小确定触点有关参数。
3.4可编程序限制器3.4.1可编程限制器的基本概念与基本结构随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展,计算机限制已经扩展到了几乎全部的工业领域。
I、可编程限制器的基本概念国际电工委员会对PLC作了如下定义:
可编程限制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它接受可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、依次限制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,限制各种类型的机械或生产过程。
可编程限制器及其有关设备,都应按以于使工业限制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
II、可编程限制器的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成,PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
[1]CPU模块CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。
在PLC限制系统中,CPU模块相当于人的大脑和心脏,它不断地采集输入信号,执行用户程序,刷新系统的输出;
存储器用来储存程序和数据。
[2]I/O模块输入(Input)模块和输出(Output)模块简称I/O模块它们是联系系统外部设备和CPU模块的桥梁。
[3]编程器编程器用来生成用户程序,并用它进行编辑、检查、修改和监控用户程序的执行状况。
手持式编程器不能干脆输入和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表程序。
一般用于小型机或用于现场调试和维护。
运用编程软件可以在计算机上干脆生成梯形图或指令表程序,并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。
程序被编译后通过PC/PPI电缆可以下载到PLC中去,也可以将PLC当中的程序上传到计算机当中来。
[4]电源PLC一般运用AC220V电源或DC24V电源。
内部的开关电源为各种模块供应不同电压等级的直流电源。
3.4.2可编程限制器的基本特点可编程限制器具有编程方法简洁易学、功能强大、性价比高、硬件配套齐全,用户运用便利、适应性强、牢靠性强、抗干扰实力强、系统的设计、安装、调试工作量少、维护工作量小、维护便利、体积小、能耗低等特点。
3.4.3S7-200系列PLC西门子公司的SIMATICS7-200系列属于小型PLC,可以用于代替继电器的简洁限制场合,也可以用于困难的自动化限制系统。
由于它有极强的通信功能,在大型网络限制系统中也能充分发挥其作用。
S7-200的牢靠性特殊高,可以用语句表、梯形图和功能块图编程。
它的指令丰富,简洁易学,内置有高速计数器、告知脉冲输出和PID限制器等特殊功能,最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O,最多有30多KB的程序和数据存储空间。
S7-200供应了近10种通讯方式以满足不同的应用需求,从RS-485通信/编程接口通讯到自由口模式通讯,从PPI协议通讯到MPI协议通讯,从简洁的S7-2003.4.4PLC接线图依据全自动洗衣机的限制要求,对系统限制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行了选择,现依据以上的统计和选择对限制系统PLC的外部接线设计如下图:
图3.3全自动洗衣机PLC接线图由于现实生活中的排水与脱水所用功率不同(洗涤电机功率小,脱水电机功率大)因此洗涤与脱水应选用不同的电机。
因此该图的右部的脱水处应加一个电机,正转、反转处也应加上电机。
1、PLC主机选择西门子S7-200系列PLC作为此全自动洗衣机的限制主机。
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限制要求。
2、启动按钮启动按钮用来限制全自动洗衣机起先工作与否,一般地,在用户在洗衣机内放入衣服,且已经打算好起先洗衣服之后,按下启动按钮,全自动洗衣机起先洗衣。
3、停止按钮停止按钮用来限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,用户须要停止洗衣机,就可以干脆按下停止按钮,洗衣机即会停止工作。
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凹凸,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。
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凹凸,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。
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凹凸,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。
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。
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。
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。
10、简易按钮当按下简易按钮时,选择了简易模式,洗衣机自动依据简易模式洗衣服。
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,更便利快捷的让用户运用。
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,须要说明的是,标准模式与简易模式的选择必需在用户一起先洗衣之前完成。
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。
接受数字量输出式水位探测器这样就可以干脆将高水位探测器的输出干脆送到PLC主机的数字量输入端口上。
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。
接受数字量输出式水位探测器这样就可以干脆将中水位探测器的输出干脆送到PLC主机的数字量输入端口上。
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。
14、进水电磁阀进水电磁阀用来限制洗衣机的进水。
当然洗衣机须要外界进水时,PLC主机发出限制信号,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,同时限制洗衣机进入下一个洗衣步骤。
15、电机正转接触器电机正转接触器用于PLC主机限制洗衣机电机的正转。
可以干脆用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番进行。
16、电机反转接触器电机反转接触器用于PLC主机限制洗衣机电机的反转。
可以干脆用PLC主机的数字量输出端口来连接电机反转接触器,在洗衣机洗衣服的过程中,电机会正转与反转同时轮番进行。
17、排水离合器排水离合器用于PLC主机限制洗衣机机筒内的排放。
选用数字式离合器,可以干脆用PLC主机的数字量输出端口来连接到排水离合器,当洗衣机在完成洗衣或者漂洗后,须要将机筒内的脏水排出机筒,此时,PLC主机发出限制吩咐打开排水离合器,进行排水。
18、脱水离合器洗衣机洗衣服的最终一道工序就是对衣服进行脱水,脱水电磁离合器正是用于PLC主机限制洗衣机进行脱水,脱水须要电机带动机筒旋转,有了电磁离合器后,就可以干脆运用PLC主机的数字量输出端口来限制电磁离合器,最终达到限制脱水执行电机的目的。
在脱水过程不涉及电机的调速问题,因此,用PLC主机加电磁离合器这样一种比较觉得简洁的方式就可以完成限制任务。
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