全自动洗衣机控制系统设计.docx
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全自动洗衣机控制系统设计
第一章概述
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,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。
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。
由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器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,数量及油污的程度来编程。
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,充分表现现代家电品的实用性。
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。
继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC,并在通用汽车公司自动装配线上试用,获得了成功,从而开创了工业控制新时期,从此,可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。
在许多领域都有广泛的应用。
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。
第二章课题任务分析
2.1整体功能介绍
洗衣机的工作流程由进水,洗衣,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依次运行,直至洗衣结束。
2.2设备控制要求
全自动洗衣机控制要求是能实现”正常运行“和”强制停止“两种控制要求。
⑴按下启动按扭,开始进水直到水满(即水位达到高水位)时停止进水开始洗涤正转
⑵洗涤时,正转30秒,停两秒,然后反转30秒,停2秒
⑶如此循环5次,总共320秒开始排水
⑷水位下降到低水位时开始脱水并继续排水,脱水30秒
⑸开始清洗,重复
(1)到(4),清洗两遍
⑹清洗完成,报警3秒并自动停机
⑺若按下排水按扭可以实现手动排水
⑻若按下停车按扭,可实现手动停止进水,排水脱水及报警
第三章控制系统的设计
3.1控制系统框图
图1系统框图
3.2控制系统对应设备及实现功能
对应的外部设备
启动按扭
停止按扭
水位选择开关(高水位)
水位选择开关(中水位)
水位选择开关(低水位)
手动排水开关
手动脱水开关
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
对应的输出设备
进水电磁阀
排水电磁阀
洗涤电动机正转继电器
洗涤电动机反转继电器
脱水桶
报警器
3.3控制系统原理
自动洗衣机的进水,洗衣,排水,脱水是通过水位开关,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,将水注入,排水时,电磁排水阀打开,将水排出,洗衣时,洗涤电动机启动,脱水时,脱水桶启动。
第四章硬件电路的设计
4.1系统的选型
(1)IO点数统计:
I/O点数是PLC的一项重要指标。
合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求,又可使系统总投资最低。
PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定,一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。
考虑到今后的调整和扩充,一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。
该系统有11个数字输入点6个数字输出点,考虑余量后需要14个数字输入点10个输出点。
统计得输入:
启动按扭
停止按扭
水位选择开关(高水位)
水位选择开关(中水位)
水位选择开关(低水位)
手动排水开关
手动脱水开关
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
统计得输出:
进水电磁阀
排水电磁阀
洗涤电动机正转继电器
洗涤电动机反转继电器
脱水桶
报警器
(2)用户存储器容量的估算
PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。
一般微型和小型PLC的存储容量是固定的,介于1—2KB之间。
用户应用程序占用多少内存与许多因素有关,如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。
因此在程序设计之前只能粗略地估算。
根据经验,每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下:
开关量输入元件:
10—20B/点
开关量输出元件:
5—10B/点
定时器/计数器:
2B/个
模拟量:
100—150B/个
通信接口:
一个接口一般需要300B以上
根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量,就可估算出用户程序所需的内存容量,从而选择合适的PLC内存。
该系统有11个数字输入点6个数字输出点,需内存280B,有定时器6个,计时器2个,需内存16B,考虑余量后需要内存370B。
(3)CPU功能与结构的选择
PLC的功能日益强大,一般PLC都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。
全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单,小型PLC就能满足要求了。
综上所述,结合下表分析
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
程序存储器
2048字
4096字
用户数据存储器
1024字
2560字
用户存储器类型
EEPROM
数据后备典型时间
50h
190h
本机IO
6入/4出
8入/6出
14入/10出
24入/16出
扩展模块数量
无
2个
7个
数字量IO印象区大小
256(128入/128出)
模拟量IO印象区大小
无
16入/16出
32入/32出
33Hz布尔指令执行速度
0.37/微妙/指令
内部继电器
256
计数器/定时器
256/256
顺序控制继电器
256
该控制系统CPU模块可采用CPU-224(AC/DC/继电器)模块,它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。
同时由于该模块采用交流220V供电,并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点,完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求,所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。
综上所述选用西门子S7-200型PLC
4.2CPU单元设计
集成的24V负载电源,可直接连接到传感器和变送器(执行器),CPU221,222具有180mA输出,CPU224,CPU224XP,CPU226分别输出280mA,400mA。
可用负载电源。
本设计中所用CPU为CPU224。
本机数字量输入/输出点
CPU224有14DI/10DO
本机模拟最输入/输出点
CPU224XP有2个AI/1AO。
4.3硬件接线图
4.4通讯方式
内部集成的PPI接口为用户提供强大的通讯功能。
PPI接口为RS485,可在三种方式下工作:
1.PPI方式:
PPI通讯协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的通讯协议。
通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。
波特率为9.6kbit/s,19.2kbit/s和187.5kbit/s。
CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。
2.MPI方式:
通过内置接口连接到MPI网络上。
波特率为19.2kbit/s,187.5kbit/s。
S7-200可与S7-300/400通讯,S7-200CPU在MPI网络中作为从站,彼此间不能通讯。
3.自由通讯口方式:
是一个很有特色的功能。
S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。
即可以由用户自行定义通讯协议。
波特率最高38.4kbit/s。
4.PROFIBUS-DP网络:
CPU222、224XP、226可以通过增加EM277的方法支持PROFIBUSDP网络协议。
最高传输速率为12Mbit/s。
4.5EEPROM存储器模块(选件)
可作为修改与拷贝程序的快速工具(无需编程器),并可进行辅助软件归档工作。
4.6电池模块
用于长时间数据后备。
用户数据(如标志位状态,数据块,定时器,计数器)可通过内部的超级电容存贮大约5天。
选用电池模块能延长存贮时间到200天(10年寿命)。
电池模块插在存储器模块的卡槽中。
4.7通讯模块
品牌:
SIEMENS-西门子
名称:
通讯模块SINAUTTIM4R-IE
型号:
SINAUTTIM4R-IE
有四个接口用于单一和冗余的传输:
2个组合的RS232/RS485接口用于连接经典的WAN,如专线、无线或拨号网络
RJ45接口用于连接到基于IP的网络(WAN或LAN),如FOC、DSL、GPRS等
紧凑的部件用于多种用途:
作为独立部件(独立运行无需S7-300 CPU),TIM可以承担SINAUT通讯用于一个或多个S7-400 PLC或控制中心PC (SINAUT ST7cc或ST7sc);此时连接是通过TIM的Ethernet口之一进行
在S7-300 PLC中作为通讯处理器(CP)
S7-400 CPU或控制中心PC因此能够执行SINAUT通讯:
经两个任意的SINAUT WAN网络与SINAUT ST7搭档
经两个基于IP的网络与SINAUT ST7用户
所有四个接口可以同时用于SINAUT通讯。
四个传输路径可互不相同并且每个路径可独立运行,或工作于冗余组合。
方便地建立冗余传输路径经两个经典WAN、两个基于IP的网络或WAN + 基于IP的网络的组合。
如果作为CP置于S7-300 PLC中,可使用附加的通讯:
与CPU通讯
经此CPU的MPI接口与其它连接到MPI总线的CPU和控制中心PC(ST7cc, ST7sc)
与机架中其它的TIM
消息存储器高达56 000数据消息帧
SIMATICS7-200系列PLC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:
∙极高的可靠性
∙极丰富的指令集
∙易于掌握
∙便捷的操作
∙丰富的内置集成功能
∙实时特性
∙强劲的通讯能力
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如:
冲压机床,磨床,印刷机械,橡胶化工机械,中央空调,电梯控制,运动系统。
第五章软件的设计
5.1I/O分配
数字量输入地址分配表
输入地址
对应的外部设备
I0.0
启动按扭
I0.1
停止按扭
I0.2
水位选择开关(高水位)
I0.3
水位选择开关(中水位)
I0.4
水位选择开关(低水位)
I0.5
手动排水开关
I0.6
手动脱水开关
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