机电一体化专业毕业.docx

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机电一体化专业毕业

毕业设计说明书

课题名称:

PLC、变频器和触摸屏实现工业洗衣机控制

学生姓名XXXX

专业机电一体化

班级机电1102班

时间2013.10-2013.12

指导教师XXXX

电子工程学院

摘要................................................................3

关键词..............................................................3

一前言.............................................................4

（一）工业控制洗衣机..............................................4

（二）PLC简介.....................................................4

（三）变频器简介..................................................4

（四）触摸屏简介..................................................5

二系统硬件设计.....................................................6

（一）控制要求....................................................6

（二）硬件选择....................................................6

（三）变频器参数..................................................7

（四）I/O地址分配表...............................................8

（五）硬件接线图..................................................9

（六）触摸屏画面和实现功能........................................10

三系统软件设计....................................................11

（一）PLC控制程序状态转移图......................................11

（二）PLC控制程序梯形图.........................................12

（三）综合调试...................................................15

（四）结束语.....................................................16

致谢...............................................................17

参考文献...........................................................18

摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制技术的不断更新。

本篇论文描述了采用可编程控制器（三菱FX2N系列PLC）作为核心控制部件，并利用计算机对工业洗衣机进行模拟监控的控制系统总体控制，设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，实现洗涤、漂洗、脱水过程。

根据工业洗衣机控制系统总体控制要求和特点，为使洗衣机操作的整个流程更直接明白化，本论文就利用通过PLC控制全自动洗衣机进行了调查，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。

关键词：

三菱FX2N系列PLC变频器触摸屏工业洗衣机

一前言

（一）工业洗衣机

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。

它在工业中的应用也十分广泛，本课题在于对工业洗衣机的研究。

工业洗衣机适用于洗涤棉、毛、花扦、丝绸等衣物品，所以工业洗衣机大量用于宾馆、饭店、医院、学校、工厂等领域，满足大容量的洗涤要求。

但是传统的基于继电器的控制已经不能满足人们对洗衣机的自动化的程度的要求了。

洗衣机需要更好的满足人们的需求，必须借助于自动化的技术的发展。

而随着PLC技术的发展，用PLC作为控制器就能很好的满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。

自动化的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，现在又正向智能洗衣机方向发展。

（二）PLC简介

PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

1.电源2.CPU3.储存器4.输入输出接口电路5.6.通信模块

（三）变频器简介

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变工作电源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。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的。

变频器通常分为4部分：

整流单元、高容量电容、和控制器。

整流单元：

将工作频率固定的转换为直流电。

高容量电容：

存储转换后的电能。

逆变器：

由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

控制器：

按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机

（四）触摸屏简介

所谓触摸屏，从市场概念来讲，就是一种人人都会使用的计算机输入设备，或者说是人人都会使用的与计算机沟通的设备。

不用学习，人人都会使用，是触摸屏最大的魔力，这一点无论是键盘还是鼠标，都无法与其相比。

人人都会使用，也就标志着计算机应用普及时代的真正到来。

这也是发展触摸屏，发展KIOSK，发展KIOSK网络，努力形成中国触摸产业的原因。

从技术原理角度来讲，触摸屏是一套透明的绝对定位系统，首先它必须保证是透明的，因此它必须通过材料科技来解决透明问题，像数字化仪、写字板、电梯开关，它们都不是触摸屏；其次它是绝对坐标，手指摸哪就是哪，不需要第二个动作，不像鼠标，是相对定位的一套系统，我们可以注意到，触摸屏软件都不需要光标，有光标反倒影响用户的注意力，因为光标是给相对定位的设备用的，相对定位的设备要移动到一个地方首先要知道身在何处，往哪个方向去，每时每刻还需要不停的给用户反馈当前的位置才不至于出现偏差。

这些对采取绝对坐标定位的触摸屏来说都不需要；再其次就是能检测手指的触摸动作并且判断手指位置，各类触摸屏技术就是围绕“检测手指触摸”而八仙过海各显神通的。

二硬件系统设计

（一）控制要求

1.PLC一上电,系统进人初始状态,准备起动。

2.按起动按钮则开始进水,当水位到达高水位时,停止进水,并开始正转洗涤。

正转洗涤l5s,暂停3s,反转洗涤l5s,暂停3s,为一次小循环。

若小循环次数不满3次,则继续正转洗涤l5s,开始下一个小循环;若小循环次数达到3次,则开始排水。

3．当水位下降到低水位时,开始脱水并继续排水,脱水时间为10s,10s时间到,即完成一次大循环。

若大循环未满3次,则返回进水,开始下一次大循环;若大循环次数达到3次,则进行洗完报警。

报警10s后结束全部过程,自动停机。

4．洗衣机“正转洗涤l5s”和“反转洗涤l5s”过程,要求使用变频器驱动电动机,且实现3段速运行,即先以30Hz速度运行5s,接着转为45Hz速度运行5s,最后5s以25Hz速度运行。

5．脱水时的变频器输出频率为50Hz,设定其加速、减速时间均为2s。

6．通过触摸屏设定起动按键、停止按键,显示正反转运行时间、循环次数等参数。

（二）硬件选择

1.PLC的选择

随着PLC的功能日益强大，全自动洗衣机在工业的运用也日益广泛。

一般PLC具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可以扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可以考虑以下几点：

功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。

全自动洗衣机所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。

PLC一般都比较昂贵我们可以选择体积比较小，价格相对来说比较便宜但功能比较俱全的三菱FX2N-32MR完全能满足控制要求。

2.变频器的选择

本系统采用三菱通用的FR-D700变频器。

操作简单，控制方便。

3.触摸屏的选择

触摸屏选择

对应GOT1000系列的画面设计软件为GTDesigner2Version2软件。

三菱GOT1000系列触摸屏使用优点   

一：

实现免编程操作 

1、无缝连接MELSEC过程控制系统 

 无须编程即可有效创建过程控制画面，实现了过程控制系统的快速启动 

2、MES接口功能 

 轻松快捷地实现了作业现场和信息系统之间的“免编程连接”，并可在用户端方便地添加和修改系统

3、兼容IQ平台 

 无须编程即可将GOT与工程环境、控制器及网络建立链接  

二：

有效缩短停机时间

1、备份/恢复功能 

 可自动备份程序和数据，实现高效的维护作用

2、文档显示/运动图像功能 

 设备发生故障时，可使用GOT在作业现场查看设备手册，并使用运动图像功能高效恢复 

3、监视功能 

梯形图监视器、SFC监视器等。

（三）变频器参数

根据控制要求，设计变频器的基本参数.操作模式选择参数和多段速度设定等参数，具体参数如下：

1pu操作模式，pr.79=1，变频器参数情0

2上限频率pr.1=50Hz;

3下限频率pr.2=0Hz;

4加速时间pr.7=2s;

5减速时间pr.8=2s;

6电子过电流保护pr.9=0.35A;

7操作模式选择组合模式pr.79=3;

8多段速度设定（1速）pr4=30Hz;

9多段速的设定（2速）pr5=45Hz;

10多段速度设定（3速）pr6=25Hz;

11电机的三速运行，即通过PLC控制变频器的RL.RM.和RH以及STF.ＳＴＲ端子的通断，来控制变频器运行。

注：

1、多段速与洗涤程序的对应及其频率设置可以根据实际功能要求修改相关匹配设置。

2、设定的4个具体加减速时间也可以根据实际功能匹配要求进行相关设置修改

（四）I/O地址分配表

I/O点编号

备注

X0

启动按钮

X1

停止按钮

X2

排水按钮

X3

下水位按钮（加水后闭合）

X4

上水位按钮（加满水后闭合）

Y0

进水电磁阀

Y1

正传电机

Y2

反转电机

Y3

电源指示灯

Y4

正传指示灯

Y5

反转指示灯

Y6

进水阀指示灯

Y7

出水电磁阀

Y10

出水阀指示灯

Y11

报警

Y12

脱水

Y13

脱水指示灯

（五）硬件接线图

图中“正转”KM0、“反转”KM1、“脱水”KM3为控制电机电源的三个继电器，他们的线圈分别为PLC输出端“Y1”、“Y2”、“Y12”相连，受控于PLC的输出信号并且相互之间用了互锁防止同时接通正转和反转烧毁电机。

其中正转和反转是通过变频器控制后输出到电机中，因此可以通过改变变频器的参数就能改变对电机速度的控制，而脱水是直接与电源的两极相连，频率最大且不变。

所以在工作过程中就不同于洗涤。

（六）触摸屏画面和实现功能

触摸屏画面

实现功能：

整个控制系统就只有一个画面，上面有着电源、启动、和停止按钮，画面将动态的显示电源、正转、进水、反转、出水、脱水状态灯，还有就是分别显示正转和反转的时间，洗衣机的工作状态小循环和大循环的次数这些参数。

三系统软件的设计

（一）PLC控制程序状态转移图

（二）PLC控制程序梯形图

（三）综合调试

在系统样机的组装和软件设计完成以后,就进入系统的调试阶段。

应用系统的调试步骤和方法是相同的,但具体细节与采用的开发系统（即仿真器）及选用的单片机型号有关。

调试的过程就是软硬件的查错过程,分为硬件调试和软件调试。

（1）硬件调试

单片机应用系统的软硬件调试是分不开的,通常是先排除明显的硬件故障后再和软件结合起来进行调试。

常见的硬件故障有逻辑错误、元器件失效、可靠性差和电源故障等。

在进行硬件调试时先进行静态调试,用万用表等工具在样机加电前根据原理图和装配图仔细检查线路,核对元器件的型号、规格和安装是否正确。

然后加电检查各点电位是否正常。

接下来再借助仿真器进行联机调试,分别测试扩展的RAM、I/O口、I/O设备、程序存储器以及晶振和复位电路,改正其中的错误。

（2）软件调试

软件调试就是检查系统软件中的错误。

常见的软件错误有程序失控、中错误（不响应中断或循环响应中断）、输入/输出错误和处理结果错误等类型。

要把各个程序模块分别进行调试,调试通过后再组合到一起进行综合调试,达到预定的功能技术指标后即可将软件固化。

系统的调试过程要结合具体的仿真器进行。

（3）系统调试

按下总电源开关，电源指示灯Y3亮，继电器M0被接通，使得Y0进水电磁阀打开，洗衣机进水。

等到水位到达上限位开关X5被断开，洗衣机停止进水，此时触发M1使得Y1得电开始正传，T0开始计时。

等到T0计满15s后电机停止转动，T1开始计时。

等到T1计满3s后，T1停止计时触发M3使得Y2得电电机开始反转。

等到T2计满15s后，T2停止计时,电机停止转动，使得M4被触发，计时器T3开始计时，计满3s后停止计时。

触发M5使得小循环统计C0被加1，再次回到正转开始的程序开端M5使得电机开始正转，就这样循环下去。

等到C0被计满后，M6接通循环结束。

同时M7接通，计数器C0复位，Y7接通出水电磁阀打开开始排水。

此时触发M8，T4开始计时，Y12得电洗衣机脱水。

当T4计满后停止脱水，触发T4回到电机刚开始正转程序开端使得电机开始正转。

计时器C1被加1，就这样循环（此时是大循环），,C1计满3次，Y11得电开始报警，T5开始计时。

当T5计满10s时，T5停止计时，Y11失电停止报警。

M10接通关断整个总电源。

（四）结束语

经过一个多月的努力我的毕业设计终于完成了,但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，艰辛同时又充满乐趣,不过乐趣尽在其中！

通过本次毕业设计，没有接受任务以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现毕业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。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

致谢

转眼间，三年的大学生活即将结束，站在毕业的门槛上，回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都。

武汉软件工程职业学院以其优良的学习风气、严谨的科研氛围教我求学，以其博大包容的情怀胸襟、浪漫充实的校园生活育我成人。

值此毕业论文完成之际，我谨向所有关心、爱护、帮助我的人们表示最诚挚的感谢与最美好的祝愿。

三年来，老师们渊博的专业知识，严谨的治学态度，的，的高尚，朴实无华、的对我影响深远。

老师们不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却赋予我终生受益无穷之道。

回顾起此次毕业设计，至今我仍感慨颇多，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时巩固了以前所学的知识，也学到了很多在书本上没有学过的知识，通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的。

本设计是在老师们的悉心关怀和精心指导下完成的，在繁忙的教学工作的同时，老师们牺牲自己的休息时间给予了耐心和指导，帮助我解决设计中遇到的各种问题，指导我圆满的完成毕业设计。

由于我的水平和经验的不足，不可避免的，我的这次毕业设计会存在一些缺漏和不完善的地方，还有待老师们的批评指正！

在此，衷心感谢老师们，老师们！

谢谢您们！

参考文献

[1]魏志精.可编程控制器应用基础【M】．电子工业出版社,2003

[2]周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用【M】．机械工业出版社．

[3]潘月琴.全自动洗衣机的维修【M】．北京科学技术出版社,2004

[4]廖常初.PLC基础及应用．北京：

机械工业出版社,2003

[5]李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,2005

[6]潘海燕.波轮式全自动洗衣机的单片控制[J].电子世界，2003（3）

[7]吴存宏.浅谈PLC在全自动洗衣机中运用[J].设计与开发,1999

[8]王玉梅.全自动洗衣机的模糊控制系统[J].潍坊学院学报,2000

[9]余剑生.基于模糊控制的智能洗衣机的程序控制系统[J].广东技术师范学院学报,2005

[10]周德林.电脑的程序控制系统.家用电器,2005