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自动洗衣机控制系统plc
摘要
根据自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。
通过本系统的设计,对西门子S7-200系列PLC的特点有了深入的理解。
全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按钮,开关等其它一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内定时器控制,所以只要改变定时器的参数就可以改变时间。
可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及脏污的程度来编程。
只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表现现代家电用品的个性。
另外,本控制系统还具有现代洗衣机的烘干系统。
利用PLC上具有的模拟量输入输出通道,PID算法,进行温度信号的采集与控制,达到了预期的效果。
关键词:
PLC;洗衣机;全自动;程序控制器;
目录
1、绪论1
2、PLC控制系统设计的基本原则2
3、自动洗衣机PLC控制2
3.1数字量I/O模块的选择及分配2
3.2模拟量I/O模块的选择及分配4
3.3中间变量模块的分配5
3.4控制要求6
3.5设计硬件连线图7
3.6设计顺序功能图8
3.7、梯形图9
3.8、梯形图程序调试19
4、课程设计结论21
参考文献22
1、绪论
自动洗衣机就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水-烘干)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。
目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。
发明最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机,这种洗衣机是欧洲发明的,擅长洗涤真丝、棉毛等面料,不缠绕无磨损,在洗涤时保证衣物不受损害,而且有良好的加温措施。
但也有它不好的一面,由于不缠绕无磨损洗涤方式等因素,这种洗衣机洗涤时间长、洗净度差、用水用电量大,是其它洗衣机的几倍,尤其是采用了不锈钢内筒,产生的噪音较大。
这种洗衣机适用于生活水平较高,穿着大体以真丝、纯毛、棉毛之类较高档的面料为主,而且更换衣服较勤的家庭。
发明最晚的洗衣机是亚洲人发明的波轮上开门洗衣机。
市场上有多种品牌,如“小天鹅”、“海棠”、“荣事达”等,这种洗衣机的特点是洗涤时间短,用水量小,洗净度高,是滚筒式的很多倍,由于内筒是塑料材料制成,噪音小,而且上开盖,能使洗涤液反复利用,价格也比较经济。
这种洗衣机适用于居住在绿化较差,空气尘埃量较大,平均每2至3天换一次衣服的家庭,主要以洗净度为主,服装面料以化纤、腈纶为主。
另外一种是美洲人发明的“搅拌式”洗衣机,由于美洲风沙比较大,人们主要穿着牛仔服装之类粗厚面料的服装,所以他们适用搅拌式洗衣机,这种洗衣机洗净度非常高,是波轮式洗衣机的十几倍,但由于洗净度和磨损率成正比,所以很损伤衣物,这种洗衣机市场上很少见。
然而今天我们要用PLC对洗衣机进行控制,下面就是对PLC的简要介绍。
PLC可编程序控制器:
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.。
PLC是基于电子计算机,且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置,但它不像继电装置那样,通过电路的物理过程实现控制,而主要靠运行存储于PLC内存中的程序,进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机,但并不等同于普通计算机。
普遍计算机进行入出信息变换,多只考虑信息本身,信息的入出,只要人机界面好就可以了。
而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性,以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境,如便于安装,抗干扰等问题。
2、PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。
因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则:
1.充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计PLC控制系统的首要前提,这也是设计中最重要的一条原则。
2.保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑,以确保控制系统安全可靠。
例如:
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行,而且在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等),也能正常工作。
3.在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济,而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低,不宜盲目追求自动化和高指标。
4.由于技术的不断发展,控制系统的要求也将会不断地提高,设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时,要适当留有裕量,以满足今后生产的发展和工艺的改进。
3、自动洗衣机PLC控制
3.1数字量I/O模块的选择及分配
1、数字量输入模块的选择
数字量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号,将信号转换为PLC内部接受的低电压信号,并实现PLC内、外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面:
1)输入信号的类型及电压等级
数字量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。
数字量输入模块的输入信号的电压等级有:
直流5V、12V、24V、48V、60V等;交流110V、220V等。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。
一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合,如5V输入模块最远不得超过10米。
距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
2)输入门槛电平
为了提高系统的可靠性,必须考虑输入门槛电平的大小。
门槛电平越高,抗干扰能力越强,传输距离也越远,具体可参阅PLC说明书。
2、数字量输出模块的选择
数字量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号,并实现PLC内外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面:
1)输出方式
数字量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜,既可以用于驱动交流负载,又可用于直流负载,而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小,同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但其属于有触点元件,动作速度较慢(驱动感性负载时,触点动作频率不得超过1HZ)、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载,应该选用晶闸管输出或晶体管输出,它们属于无触点元件。
但晶闸管输出只能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。
2)驱动能力
数字量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。
用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。
如果实际输出设备的电流较大,输出模块无法直接驱动,可增加中间放大环节。
数字量输出模块的技术指标,它与不同的负载类型密切相关,特别是输出的最大电流。
另外,晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低,在实际使用中也应注意。
3、数字量I/O分配
数字量I/O分配如表1.所示。
表.1数字量I/O分配
序号
PLC地址
电气符号
功能说明
1
I0.0
SD
启动
2
I0.1
SL1
水位上限位
3
I0.2
SL2
水位下限位
4
Q0.0
YV1
进水阀
5
Q0.1
MZ
正转
6
Q0.2
MF
反转
7
Q0.3
YV2
排水阀
8
Q0.4
TS
脱水
9
Q2.0
A
显示编码A
10
Q2.1
B
显示编码B
11
Q2.2
C
显示编码C
12
Q2.3
D
显示编码D
3.2模拟量I/O模块的选择及分配
1、模拟量I/O模块的选择
模拟量I/O模块的主要功能是数据转换和数据采集,并与PLC内部总线相连,同时为了安全也有电气隔离功能。
模拟量输入(A/D)模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量;模拟量输出(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I/O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等,可根据实际需要选用,同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
2、模拟量I/O分配
模拟量I/O分配如表.2所示。
表.2模拟量I/O分配
序号
PLC地址
电气符号
功能说明
1
A+
温度变送+
变送器输出正信号
2
A-
温度变送-
变送器输出负信号
3
V
驱动信号+
驱动正信号
4
M
驱动信号-
驱动负信号
5
主机1M、面板V+接电源+24V
电源正端
6
主机1L、2L、3L、面板COM
接电源GND
电源负端
3.3中间变量模块的分配
中间变量模块的分配如表.3
表.3中间变量模块分配
序号
PLC地址
功能说明
1
S0.0
初始化过程
2
S0.1
进水过程
3
S0.2
洗涤正转过程
4
S0.3
洗涤反转过程
5
S0.4
暂停过程
6
S0.5
排水过程
7
S0.6
脱水过程
8
S0.7
烘干过程
9
T37
正转时间
10
T38
反转时间
11
T39
暂停时间
12
T40
脱水时间
13
T41
禁止所有中断
14
T42
烘干时间
15
T43
调用子程序延时
16
C0
正转次数
17
C1
反转次数
18
VB1
存取计数次数
19
V0.0
全局变量
20
VD104
目标值35度
21
VD112
增益0.1
22
VD116
采样时间0.1s
23
VD120
积分时间10min
24
VD124
微分时间0s
3.4控制要求
1、启动时开始进水,水满(即水位到达高位)时停止进水并开始洗涤正转。
2、正洗15s后开始洗涤反转,反洗15s后暂停。
暂停3s后,若正、反洗未满5次,则返回从正洗开始的动作;若正、反洗满5次,则开始排水。
用数码管显示其洗涤过程。
3、水位下降到低水位时开始脱水并继续排水。
脱水10s即完成一次从进水到脱水的大循环过程。
4、完成脱水过程后启动温度控制程序,对其进行烘干。
3.5设计硬件连线图
3.6设计顺序功能图
3.7、梯形图
3.8、梯形图程序调试
1.计数器指令使用
增计数指令(CTU)从当前计数值开始,在每一个(CU)输入状态从低到高增计数。
当C0的当前值大于等于预置值PV时,计数器位C0置位。
当复位端(R)接通或者执行复位指令后,计数器被复位。
当达到最大值(32767)后,计数器停止计数。
在程序的编写过程中,出现了很多的问题。
比如最初在编写小循环5次未到,就将程序跳转到S0.2时,难以做到此处。
最后增加计数器后,实现了此功能。
利用计数器指令,将计数次数与设定值进行比较。
当计数次数小于5时,跳转到第二步。
当计数次数等于5时,跳转到第六步。
2.PID指令使用
PID回路(PID)指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID回路计算。
提供PID回路指令(成比例、整数、导出回路)进行PID计算。
逻辑堆栈(TOS)顶值必须是"打开"(使能位)状态,才能启用PID计算。
本指令有两个操作数:
表示回路表起始地址的TBL地址和0至7常数的"回路"号码。
程序中可使用八条PID指令。
如果两条或多条PID指令使用相同的回路号码(即使它们的表格地址不同),PID计算会互相干扰,结果难以预料。
回路表存储用于控制和监控回路运算的参数,包括程序变量、设置点、输出、增益、样本时间、整数时间(重设)、导出时间(速率)以及整数和(偏差)的当前值及先前值。
PID指令不对某些回路表输入值进行范围检查。
您必须保证程序变量和设置点(以及作为输入的偏差和先前程序变量)是0.0和1.0之间的实数。
如果进行PID计算的数学运算时遇到错误,将设置SM1.1(溢出或非法数值)并终止PID指令的执行。
(对回路表中的输出数值的更新可能不完整,因此您应当忽略这些数值,并在执行下一个回路。
3.采样用到了终端程序
4.下面介绍温度控制子程序的控制过程:
程序流程图如下,
当程序运行到第七步时,启动子程序。
首先进行数据初始化,目标温度35度;增益0.1;采样时间0.1S;积分时间10分钟;加热两分钟。
温度可实现误差范围1度。
在控制温度的过程中,设定控制参数。
使AC1与-0.005——0.0015的范围进行比较。
当AC1>0.0015时,不加热;当-0.005 调试过程中,出现程序运行完还在加热的情况。 为解决此问题,在中断程序结束前,将模拟量输出端清零,使之不再继续加热。 4、课程设计结论 课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。 通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。 自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低。 通过这次课程设计,我才明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。 我的心得也就这么多了,总之,不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。 最后终于做完了有种如释重负的感觉。 此外,还得出一个结论: 知识必须通过应用才能实现其价值! 有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。 在整个设计中我懂得了许多东西,虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富,使我终身受益。 参考文献 [1]赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社,2002,7 [2]王振民.PLC原理及应用.大庆石油学院.2002,5. [3]谢克明,夏路易.可编程控制器原理与程序设计.电子工业出版社,2005,1. [4]刘涳.常用低压电器与可编程序控制器.西安电子科技大学出版社,2005,1. [5]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社,2003,8. [6]殷洪义.可编程控制器选择设计与维护.机械工业出版社,2002,2.
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