基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计.docx
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基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计
1.1课题的研究背景-------------------------------------------------------------------------------1
1.2洗衣机的发展概况----------------------------------------------------------------------------1
1.3课题研究的目的与意义----------------------------------------------------------------------1
1.4本课题研究的主要内容----------------------------------------------------------------------2
3.1.1I/O点数统计---------------------------------------------------------------------------5
3.1.2I/O储存器容量估计-------------------------------------------------------------------6
3.1.3CPU功能与结构的选择----------------------------------------------------------------6
4.1.1输入地址分配表------------------------------------------------------------------------9
4.1.2输出地址分配表------------------------------------------------------------------------9
4.1.3内部元件地址分配表------------------------------------------------------------------9
4.2.1强制停止流程图-----------------------------------------------------------------------11
4.2.2正常运转流程图----------------------------------------------------------------------11
4.3.1系统梯形图----------------------------------------------------------------------------13
4.3.2系统指令语句表----------------------------------------------------------------------19
第七章模拟硬件连接-----------------------------------------------------------------------24
第一章绪论
1.1课题的研究背景
本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制,本文的课题源于市场上洗衣机产品。
采用PLC控制开发的周期短,开发成本低,可以直接用于工业现场控制。
PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目,可靠性高,丰富的I/O卡件,质优价廉,性价比高,安装简单,维修方便,PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。
因为它是整体模块,集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能,所以在使用中,硬件相对简单,编程语言也相对简单,并且测试容易,维修方便,更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。
本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。
1.2洗衣机发展概况和现状
全自动洗衣机已经是普及的家用电器,并且现在工业用的全自动洗衣机由
于其特殊性,也越来越多的采用PLC、变频器和触摸屏。
该控制对象具有如
下功能:
波轮式全自动洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中
心装的。
外桶固定,作乘水用;内桶可以旋转,作脱水(甩干)用。
内桶的四
周有许多小孔,使内外桶水流相通。
洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和
排水电磁阀控制。
进水时,控制系统使进水电磁阀打开,将水注入外桶;排水
时,使排水电磁阀打开,将水由外桶排到机外。
洗涤和脱水由同一台电动机拖
动,通过电磁阀离合器来控制,将动力传递给洗涤波轮或甩干桶(内桶)。
电磁
离合器失电时,电动机带动洗涤波轮实现正、反转,进行洗涤;电磁离合器得
电时,电动机带动内桶单向旋转,进行甩干(此时波轮不转)。
水位高低分别由
高低水位开关进行检测,启动按钮用来启动洗衣机工作。
1.3课题研究的目的与意义
本课题主要着重于全自动洗衣机的控制,要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警,所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。
控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期,且要降低成本。
传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。
但是,这也是随之带来的一些问题,如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的,容易损坏,而且继电器的触点容易产生电弧,甚至会熔在一起产生误操作,引起严重的后果。
在全负荷运载的情况下,大的继电器将产生大量的热及噪声,同时也消耗了大量的电能。
并且继电器控制系统必须是手工接线、安装,如果有简单的改动,也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。
这种电路接线多,只适用于小型的控制电路。
采用PLC控制比继电器控制好的多,我们采用PLC来控制。
(1)可靠性高,抗干扰能力强,高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
(2)配套齐全,功能完善,适用性强PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造,PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小,重量轻,能耗低,由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
1.4本课题研究的主要内容
本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法,该系统采用PLC控制,主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。
研究的具体内容包括:
(1)深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。
(2)控制系统设计。
包括硬件设计,PLC的选择,各硬件模块的介绍,软件设计,编程方法。
(3)对编写好的编译程序进行实际调试。
第二章概述
2.1PLC的控制特点
PLC系统的特点:
1)可靠性高,PLC作为一种通用的工业控制器,它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。
对工作的环境要求较低,抗外部干扰能力强,平均无故障时间长。
2)使用方便灵活,PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式,因此,输入/输出信号的数量,形式,驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定,而且在需要时可以随时更换,近年来,PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求,使PLC的使用更加灵活与多变。
3)编程简单,PLC的优越性主要体现在它采用了独特的,多种面向广大工程设计人员的编程语言,如指令表,梯形图,逻辑功能图,顺序功能图等,程序简洁,明了适合各类技术人员的传统习惯,即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握,特别是梯形图与逻辑功能图,形象直观,动态监测效果逼真,且与计算机控制容易。
单片机系统的特点:
1)要求环境,单片机对环境的适应能力较低,可靠性差。
2)编程和PLC相比难以学习,主要是单片机采用汇编语言或者是C语言,这些高级语言和PLC语言相比,难以学习。
3)功能单一只具有使用中所需要的功能。
但是,它结构简单,处理速度快。
典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图1所示:
图1PLC控制系统的硬件组成框图
2.2控制系统框图
此次设计根据全自动洗衣机的工作原理,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。
利用可编程控制器PLC实现控制,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。
此次全自动洗衣机控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/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
根据以上要求PLC的控制系统框图如下图2。
图2控制系统框图
2.3控制系统对应设备及功能
根据控制过程中的进水、洗涤、脱水、报警等控制要求,对控制所需的外部设备初步设计如表2-1
表2-1对应设备及功能表
对应的外部设备
对应的输出设备
启动按扭
进水电磁阀
停止按扭
排水电磁阀
排水按钮
电机正转控制
高水位开关
电机反转控制
低水位开关
脱水电磁离合器
报警蜂鸣器
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。
第三章硬件电路的设计
3.1PLC的选择
3.1.1I/O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,具体的输入输出见表3-1.[7]
表3-1I/O点数统计表
输入点
输出点
启动按扭
进水电磁阀
停止按扭
排水电磁阀
排水按钮
电机正转控制
高水位开关
电机反转控制
低水位开关
脱水电磁离合器
报警蜂鸣器
3.1.2I/O储存器容量的估算
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[8]
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6个数字输入点7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。
3.1.3CPU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
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