滚筒洗衣机阻尼力测量分析仪 精品.docx
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滚筒洗衣机阻尼力测量分析仪 精品.docx
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滚筒洗衣机阻尼力测量分析仪精品
分类号密级
无锡职业技术学院
毕业设计说明书
题目:
滚筒洗衣机阻尼力测量分析仪
英文题目:
Thedampingforceofdrumwashingmachineanalyzer
学生姓名:
专业:
机电一体化
指导教师:
职称:
讲师
毕业设计说明书提交日期:
2013年4月24日地址:
控制技术学院
目录
毕业设计任务书………………………………………………………………………
毕业设计调研报告…………………………………………………………………….
毕业设计正文…………………………………………………………………………..
摘要…………………………………………………………………………………..
关键字………………………………………………………………………………..
Abstract………………………………………………………………………………
Keywords…………………………………………………………………………….
引言…………………………………………………………………………………
1.PLC……………………………………………………………………………
2.变频器…………………………………………………………………………
3.组态软件……………………………………………………………………
系统总设计……………………………………………………………………….
1.设计思路………………………………………………………………...
2.系统的组成部分……………………………………………………………...
2.1驱动系统单元……………………………………………………….
2.2传动系统单元……………………………………………………….
2.3检测系统单元……………………………………………………….
2.4数据采集系统单元…………………………………………………..
机械系统设计…………………………………………………………………….
电气控制系统设计……………………………………………………………….
1.主电路设计……………………………………………………………..
1.1电路工作过程…………………………………………………………
1.2变频器的设置…………………………………………………………
2.控制器选型……………………………………………………………...
2.1西门子S7-200224控制器…………………………………………
2.2CPU…………………………………………………………………….
2.3存储器…………………………………………………………………
2.4输入/输出模块………………………………………………………...
3.系统配置…………………………………………………………………..
4.组态王的应用…………………………………………………………….
4.1组态王的系统构成…………………………………………………..
5.系统的I/O分配……………………………………………………………..
6.系统控制流程图……………………………………………………………..
7.PLC程序……………………………………………………………………..
8.组态画面………………………………………………………………………..
毕业设计小结………………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………………
致谢……………………………………………………………………………………
附录……………………………………………………………………………………
毕业设计任务书
2013年2月20日
毕业设计题目
滚筒洗衣机阻尼力测量分析仪
指导教师
向晓汉
职称
讲师
指导教师
职称
专业名称
机电一体化
班组
机电21031
学生姓名
丁桂洋
学号
2060103104
设计要求
1.完成生结构设计,总装图、全套零件图的绘制;
2.完成生产线控制系统设计;
3.完成生产线PLC程序的设计;
4.撰写毕业设计说明书一份;
5.英文资料翻译(约3000单词);
6.撰写毕业设计调研报告;
7.撰写毕业设计总结。
完成毕业课题的计划安排
序号
内容
时间安排
1
设计方案拟定
2
结构总装图及零件图
3
控制系统设计与程序编制
4
撰写毕业设计说明书、英文翻译、
调研报告、设计总结报告
5
整理、装订资料
答辩提交资料
设计说明书、英文翻译资料等
计划答辩时间
2013年4月25日
无锡职业技术学院控制技术学院
2013年2月20
毕业设计调研报告
一般说来,在全自动洗衣机等滚筒式洗衣机中,在大致圆筒状水槽和形成洗衣机外轮廓的壳体之间安装弹簧及阻尼器,所述水槽具有与地面大致水平的旋转轴,容纳并可旋转地支承投入有洗涤物的滚筒,通过所述弹簧及阻尼器悬吊水槽,从而吸收、抑制滚筒旋转所产生的振动。
作为滚筒式洗衣机中使用的一般阻尼器,公知有摩擦阻尼器及油压阻尼器。
摩擦阻尼器虽然通过摩擦部件的滑动摩擦产生阻尼力,但因摩擦部件的磨损等影响产生的阻尼力的时效变化大,难以维持长期稳定的阻尼力。
而油压阻尼器在封入油液的缸筒中可滑动地嵌装与活塞杆连接的活塞,通过流过节流孔等的油液的流动阻力而产生阻尼力,其与摩擦阻尼器相比,能够获得长期稳定的阻尼力。
在这里公开了一种洗衣机的阻尼器。
该阻尼器包括一个圆筒和一个活塞,其中在圆筒与洗衣桶相连以及活塞与底板相连的状态,圆筒和活塞彼此互动地相互连接;当活塞在圆筒中移动时,一个围绕活塞设置的第一摩擦件用于产生摩擦力。
如果活塞的移动超过预定的位移范围,一个滑动器与圆筒内部的活塞相连,从而与活塞一起移动;以及当滑动器进入圆筒时,一个围绕滑动器设置的第二摩擦件用于产生摩擦力。
如上结构的阻尼器可根据洗衣桶的振动程度产生不同的阻尼力,因此可有效地减弱洗衣桶的振动。
因此,阻尼器的阻尼力的变化情况直接影响洗衣机的质量。
毕业设计正文
摘要
摘要
随着工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。
在开发传统的工业控制软件时,当工业被控对象一旦有变动,就必须修改其控制系统的源程序,导致其开发周期长;已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低,导致它的价格非常昂贵;在修改工控软件的源程序时,倘若原来的编程人员因工作变动而离去时,则必须同其他人员或新手进行源程序的修改,因而更是相当困难。
通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法,因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态,完成最终的自动化控制工程。
本文采用PLC进行主控制,通过滑块的来回移动与传感器的配合使得PLC获得阻尼器的阻尼力,同时PLC也给出变频器的控制型号从而控制电动机的转速。
主控台应用组态软件把接收到的数据存放到Access中和其他数据处理,完成相应的显示以及给出变频器的控制信号。
关键字
PLC、Access、组态软件、变频器
Abstract
Withtherapidincreaseinthelevelofindustrialautomation,computersarewidelyusedinindustrialfieldsofindustrialautomation,peopleincreasinglyhighdemand,applicationofcontrolequipmentandprocessmonitoringdeviceforawidevarietyofindustryinthefieldofindustrialcontrolsoftware,makethetraditionalkindsofdemandhasbeenunabletomeettheuser'sIntheindustrialcontroloftraditionalsoftwaredevelopment,whenindustrialplantoncechanges,wemustreviseitscontrolsystemsourcecode,resultinginitslongdevelopmentcycle;thesuccessofindustrialcontrolsoftwarehasbeendevelopedandthedifferentcontrolprojectsandtherepeateduserateisverylow,resultinginitisveryexpensive;modificationofindustrialcontrolsoftwaresourcecode,iftheoriginalprogrammingpersonnelduetothechangeofworkandleave,theremustbeasourcewithotherpeopleornewchanges,soitisverydifficult.Appearanceofthegeneralindustrialautomationconfigurationsoftwareprovidesanewmethodforsolvingthepracticalengineeringproblems,becauseitcanwellsolvetheproblemsinthetraditionalindustrialcontrolsoftware,theusercanarbitrarilyaccordingtotheconfigurationofthecontrolobjectandcontrolobjective,completetheautomationcontrolengineering.
ThispaperusesPLCforthemaincontrol,bymovingbackandforthandsensorslidermakesPLCobtaindampingforceofthedamperisalsogiven,atthesametimecontrolmodelPLCinvertertocontrolthespeedofthemotor.TheconsoleapplicationofconfigurationsoftwaretoreceivethedatastoredintheAccessandotherdataprocessing,completethecorrespondingdisplayandagivencontrolsignalconverter.
Keywords
PLC、Access、SupervisoryControlandDataAcquisition、inverter
引言
1.PLC
可编程逻辑控制器(PLC),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。
1.基本结构
(1)电源
(2)中央处理单元(CPU)
(3)存储器
(4)输入输出接口电路
(5)功能模块
(6)通信模块
2.工作原理
(1)输入采样阶段
(2)用户程序执行阶段
(3)输出刷新阶段
3.功能特点
(1)使用方便,编程简单
(2)功能强,性能价格比高
(3)硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强
(4)可靠性高,抗干扰能力强
(5)系统的设计、安装、调试工作量少
(6)维修工作量小,维修方便
在制造工业中存在大量的开关量为主的开环的顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。
由于这些控制和监视的要求,使PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。
2.变频器
变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。
1.变频器的控制方式:
(1)1U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式
(2)电压空间矢量(SVPWM)控制方式
(3)矢量控制(VC)方式
(4)直接转矩控制(DTC)方式
(5)矩阵式交—交控制方式
2.变频器的作用:
(1)变频节能
(2)功率因数补偿节能
(3)软启动节能
3.组态软件
组态软仵指一些数据采集与过程控制的专用软件,它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法,它解决了控制系统通用性问题。
其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能,并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品,与高可靠的工控计算机和网络系统结合,可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口,进行系统集成。
组态软件通常有以下几方面的功能:
1.强大的界面显示组态功能。
目前,工控组态软件大都运行于Windows环境下,充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点,可视化的风格界面、丰富的工具栏,操作人员可以直接进人开发状态,节省时间。
丰富的图形控仵和工况图库,既提供所需的组件,又是界面制作向导。
提供给用户丰富的作图工具,可随心所欲地绘制出各种工业界面,并可任意编辑,从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来,丰富的动画连接方式,如隐含、闪烁、移动等等,使界面生动、直观。
2.良好的开放性。
社会化的大生产,使得系统构成的全部软硬仵不可能出自一家公司的产品,“异构”是当今控制系统的主要特点之一。
开放性是指组态软件能与多种通信协议互联,支持多种硬仵设各。
开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。
3.组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信,向上能与管理层通信,实现上位机与下位机的双向通信。
4.丰富的功能模块。
提供丰富的控潲功能库,满足用户的测控要求和现场荽求。
利用各种功能模块,完成实时监控产生功能报表业示历史曲线、实时曲线、提侠报警等功能,使系统具有良好的人机界面,易于操作,系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制,也可以是带远程遇信能力的远程测控系统。
5.强大的数据库。
配有实时数据库,可存储各种数据,如模拟量、离散童、字符型等,实现与外部设备的数据交换。
6.可编程的命令语言。
有可编程的命令语言,使用户可根据自己的需要编鸾程序,蹭强图形界面。
7.周密的系统安全防范,对不同的操作者,赋予不同的操作权眼,保证整个系统的安全可靠运行。
8.仿真功能.捉供强大的仿真功能使系统并行设计,从而缩短开发周期。
系统总设计
1.设计思路
整个系统的工作原理如下:
变频电动机带动V型带,从而带动主轴旋转,主轴带动偏心块传动,从而带动滑块在滑道中作往复运动。
滑块再带动阻尼器往复运动,模拟阻尼器的工作情况。
V型带传动有利于吸收系统产生的振动。
测力传感器实时测量阻尼力,数据采集系统将阻尼力进行信号放大和A/D装换,计算机将A/D装换的结果进行实时曲线显示,并存入数据库。
在计算机中输入往复运动的频率信号,经过数据采集系统的D/A转换,控制变频器输出不同的转速,从而控制往复运动频率。
此外,系统的启停也可以从计算机输入,此信号经过数据采集系统的放大,从而控制变频器,进而控制变频电动机启停转动。
图系统整体构架
整个系统由驱动系统、传动系统、检测系统、数据采集系统四个部分组成,各单元系统的基本功能如下:
2.驱动系统单元:
通过电动机的旋转运动,从而为整个系统提供动力。
2.传动系统单元:
电动机与主轴之间通过V型带传动,从而带动主轴旋转运动,而主轴带动偏心块传动,从而带动滑块在滑道中作往复运动。
2.检测系统单元:
传感器的一端连接在滑块上另一端连接在阻尼器上,通过传感器检测阻尼力的大小。
2.数据采集系统单元:
系统采集单元的基本功能是将测力传感器检测的实时阻尼力进行信号放大和A/D装换,计算机将A/D装换的结果进行实时曲线显示,并存入数据库。
同时在计算机中输入往复运动的频率信号,经过数据采集系统的D/A转换,控制变频器输出不同的转速,从而控制往复运动频率。
此外,系统的启停也可以从计算机输入,此信号经过数据采集系统的放大,从而控制变频器,进而控制变频电动机启停转动。
2.系统的组成部分
2.1驱动系统单元
本单元由三相鼠笼式交流异步电动机和西门子M440变频器(如图所示)组成。
通过两者的连接并且变频器采用模拟量的控制方法,从而使得电动机可以实现无级调速。
变频器M440的技术要求如图所示。
接线端子功能如图所示。
图三相异步电动机的接线图
三相异步电动机是三角形接线还是星形接线可由自己选择。
但是为了确保明了,成功的调试,最重要的是使在电机端子盒中的线路图同在P0304中输入的电机额定电压相匹配。
图变频器技术规范
图变频器的接线端子功能
2.2传动系统单元
传动系统单元由两个部分组成:
V型带传动和曲柄摇杆机构组成。
通过V型带将电动机与主轴连接起来,使得电动机的转动传到主轴上变成主轴的转动。
V型带传动有利于吸收系统产生的振动。
曲柄摇杆机构如图所示。
在主轴上安装有偏心块,偏心块与滑块相连接。
当主轴旋转时带动偏心块转动,由于偏心块与滑块相连接从而带动滑块的来回滑动。
曲柄摇杆机构的作用就将旋转运动转化成水平移动。
图传动系统单元
2.3检测系统单元
2.4数据采集系统单元
数据采集系统单元由四个部分组成。
A/D转换、D/A转换、数据显示与入库、系统控制。
如图所示。
图数据采集系统单元
A/D转换。
由于测力传感器检测的力将之转化为-10V到10V的电压模拟量,EM231(S7-200的扩展模块)可以将-10V到10V的电压模拟量转化为-32000到32000的数字量。
这样才可以传给S7-200进行处理。
D/A转换。
由于人在计算机给定的电动机的转速是个数字量,而要让电动机实现无级调速就要采用模拟量调速的方式。
因此,这就需要EM232(S7-200的扩展模块)将计算机给定的数字量转化成0V-10V的模拟量。
数据显示与入库。
数据的显示就是把所测量的数据通过实时曲线在计算机上显示出来。
这就需要组态软件的使用。
(在这里使用的是组态王)通过组态王与Access的配合就可以完成数据的入库。
组态软件主要解决的问题
1.如何与采集、控制设备间进行数据交换;
2.将设备数据与计算机图形画面的各元素关联;
3.处理数据报警及系统报警;
4.存储历史数据并支持历史数据的查询;
5.各类报表的生成和打印输出;
6.为使用者提供灵活、多变的组态工具,可以适应不同应用领域的需求;
7.最终生成的应用系统运行稳定可靠;
8.具有与第三方程序的接口,方便数据共享。
机械系统设计
电气控制系统设计
1.主电路设计
本系统中,对系统提供动力的电动机采用变频器控制,电动机使用变频器的作用就是为了调速,并降低启动电流。
为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC),这个过程叫整流。
把直流电(DC)变换为交流电(AC)的装置,其科学术语为“inverter”(逆变器)。
一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。
对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波,主要是用在三相异步电动机调速用,又叫变频调速器。
1.1电路工作过程
图变频器控制主电机电路
合上低压断路器QF1、QF2、QF3引入电源电压。
按下启动按钮SB1,交流接触器KM1线圈得电,交流接触器KM1的辅助常开触点闭合从而起到自锁的作用。
同时,交流接触器KM1的常开主触点闭合,那么变频器就可以得到三相交流电源。
需要停止时,按下按钮SB2,交流接触器KM1线圈失电,交流接触器KM1的辅助常开触点断开。
同时,交流接触器KM1的常开主触点断开,那么变频器失电,电动机停止转动。
紧急停止时,按下按钮SB2,交流接触器KM1线圈失电,交流接触器KM1的辅助常开触点断开。
同时,交流接触器KM1的常开主触点断开,那么变频器失电,电动机停止转动。
1.2变频器的设置
1.调试步骤:
通常一台新的MM440变频器一般需要经过如下三个步骤进行调试:
(1)参数复位:
是将变频器参数恢复到出厂状态下的默认值的操作。
一般在变频器出厂和参数出现混乱的时候进行此操作。
(2)快速调试状态:
需要用户输入电机相关的参数和一些基本驱动控制参数,使变频器可以良好的驱动电机运转。
一般在复位操作后,或者更换电机后需要进行此操作。
(3)功能调试:
指用户按照具体生产工艺的需要进行的设置操作。
这一部分的调试工作比较复杂,常常需要在现场多次调试。
2.参数设置
在参数复位完成后,需要进行快速调试的过程。
根据电机和负载具体特性,以及变频器的控制方式等信息进行必要的设置之后,变频器就可以驱动电机工作了。
设置参数见下表:
表变频器参数设定表
图变频器的接线图
2.控制器选型
2.1西门子S7-200224控制器
图S7-200224控制器
S7-200是一种小型的可编程序控制器,适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列出色表现在以下几个方面:
(1)极高的可靠性。
(2)极丰富的指令集。
(3)易于掌握。
(4)便捷的操作。
(5)丰富的内置集成功能。
(6)实时特性。
(7)强劲的通讯能力。
(8)丰富的扩展模块。
2.2CPU
中央处理器单元(CPU)是PLC控制中枢。
它将PLC系统程序赋予功能接收并存储从编程器键用户程序和数据。
检查电源,存储器I/O以及警戒定时器状态,并能诊断用户程序中语法错误,当PLC投进运行时,首先它以扫描方式接收现场个输装置状态和数据。
并分别存进I/O映像区,然后从用户
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