基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计.doc

基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计沈阳航空航天大学2010年6月III 摘 要随着科学技术的发展使得洗衣机更加多样化，智能化。本文介绍并实现了一种全自动洗衣机控制系统。这款全自动洗衣机，不仅可以实现对衣物洗涤（强洗或弱洗）的完整洗衣过程，而且还可以针对不同情况下的衣物，单独漂洗和脱水，其中这四种洗涤模式都能够实现全自动的过程。本系统采用可编程序控制器（PLC）为控制核心，利用触摸屏代替传统的按钮和显示器，完成四种洗涤模式的选择和所有洗衣过程的动态监控，其中触摸屏与PLC的结合非常简单。系统拥有良好的人机交互界面，操作简单方便。利用PLC、触摸屏、变频器、电动机之间的有机结合来实现对工业洗涤的全自动控制。关键词：PLC；全自动洗衣机；触摸屏AbstractWith the development of science and technology makes the machine more diverse, intelligent. The paper introduces and realize full-automatic washing machine is a kind of control system. It can not only realize full-automatic washing machine, washing clothes to wash or weak wash (strong) complete process, but also can wash clothes in different situations, and dehydrating, including single rinse the four modes can realize full-automatic washing the process. This system USES programmable logic controller (PLC) as the core, use touch-screens instead of the traditional button and display, four kinds of washing model selection and all the laundry, including the process of dynamic monitor PLC and touch screen with very simple. The system has good human-machine interface, easy to operate. Using PLC and touch screen, inverter, the organic combination of the motor to realize the automatic control of industrial washing.Keyword: PLC; Automatic washing machine; Tuch-screen目 录1 绪论11.1 选题的意义11.2 洗衣机的发展状况11.3 研究内容及目标32 全自动洗衣机控制系统的设计方案42.1 控制系统的工作原理42.2 控制系统的构成43 全自动洗衣机的硬件设计53.1 PLC的简介53.1.1 S7-200系列PLC的简介73.1.2 PLC的结构及组成73.1.3 PLC的工作原理93.1.4 PLC的模块选择103.2 触摸屏113.2.1 MT506S触摸屏的简介113.2.2 MT506S触摸屏的工作原理113.3 西门子MICROMASTER420变频器123.3.1 变频器的简介123.3.2 变频器的特性及保护123.3.3 变频器的使用133.3.4 变频器的参数设置153.4 异步电动机的简介163.4.1 电动机的选择163.4.2电动机的接法173.5 硬件接线图184 全自动洗衣机控制系统的软件设计194.1 STEP7软件使用简介194.2 PLC的I/O分配204.2.1 PLC的程序流程图214.2.2 主程序指令分析224.3 维纶EB500组态软件简介244.3.1 触摸屏参数的设置254.3.2 触摸屏画面设计254.3.3 触摸屏的工程下载与通信275 全自动洗衣机控制系统的总体调试29参考文献30总 结31致 谢32附录 梯形图程序331 绪论1.1 选题的意义随着社会经济的发展以及科学技术水平的逐步提高，各种电器全自动化成为必然的发展趋势。洗衣机是人们生活中不可缺少的电器，它的产生极大的方便了人们的生活。在工业生产中的应用十分广泛，城市家庭为了摆脱繁重的家务劳动、节省业余时间，也经常将不便于家庭清洗的衣物送到洗衣店清洗，尤其服务业、大型宾馆、酒店、医院、学校、工厂等领域，每天都要有大量的棉、毛、化纤、丝绸织物需要清洗。应对大容量或者不同材质的衣物应该选择合适的洗涤方式，这样不仅可以实现洗衣机的全自动化、社会化服务，而且最重要的是满足了对工业洗涤的要求。 但是，基于传统继电器控制的洗衣机，已经不能满足人们对它自动化程度的要求，所以洗衣机为了更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着PLC技术的发展，用PLC作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且其控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。应用触摸屏能够监控到洗衣机各种工作流程的具体状况，有着方便、快捷、清晰可见的效果。正是由于自动化技术的飞速发展，才使得洗衣机由初始的半自动发展到现在的全自动，而现在的洗衣机正向智能化的方向发展。1.2 洗衣机的发展状况从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。 1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战美国人比尔布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。 1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。 之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。 20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的消费市场开始扩大，家庭普及率迅速上升。此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。60年代，日本出现了带甩干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。 70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机横空出世，让人耳目一新。80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。进入90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了大范围的转速变换与调节，诞生了许多洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。洗衣机的快速发展，使得工业洗衣机具备以下特点：（1）工业洗衣机采用卧式滚筒型：工业洗衣机的内外筒均采用优质不锈钢板精制而成，平整光亮、耐腐蚀、对织物的磨损小且无损伤，机器使用寿命长。（2）工业洗衣机内筒门盖均装有不锈钢安全锁紧机构：外筒门盖上设有电器互锁装置,运转安全可靠。（3）工业洗衣机采用三角胶带传动：振动小、运转平稳、经久耐用。（4）工业洗衣机专业用于服装厂、水洗厂、宾馆、酒店，医院，工矿企业等。1.3 研究内容及目标本次设计以PLC为控制核心，主要学习PLC、变频器的工作原理及使用方法，以及维纶触摸屏EB500的设计原理与基本画面设计方法。能够模拟全自动洗衣机工作过程，拥有良好的人机交互界面，随时可以自主的选择强洗，弱洗，漂洗或脱水等。利用PLC、触摸屏、变频器、电动机的有机结合来实现对工业洗涤的全自动控制。 2 全自动洗衣机控制系统的方案设计2.1 控制系统的工作原理全自动洗衣机完整的洗衣工作过程包括进水、洗涤、漂洗、排水，脱水五个过程组成。本次设计的洗衣机可以自主选择强洗、弱洗、漂洗，脱水四种洗涤模式，其中强洗和弱洗的洗涤模式能够实现完整的洗衣过程；完成洗涤模式选择后，每种模式的洗衣过程都能够做到全自动依次运行，直至洗衣结束。也能够实现洗衣机对衣物单独漂洗和脱水功能。以PLC为控制核心，通过PLC控制变频器输出实现电机的正反转。 全自动洗衣机控制系统的运行控制方式设置如下：（1）进水时间为5s。（2）进水完毕后，开始洗涤，电机正反转各2s，完成一个周期。（3）步骤（2）循环6（3）次为强（弱）洗的洗涤过程。（4）洗涤结束后排水，时间为5s，洗涤过程结束。（5）再进水5s，开始漂洗，电机正反转各2s，完成一个周期，循环3个周期，完成3次漂洗，漂洗过程结束。（6）脱水5s，电动机高速旋转。（7）若按下“急停”按钮，当前所有过程停止，返回到初始状态。 2.2 控制系统的构成系统通过PLC将信息由自由口通讯协议方式传送到变频器中，变频器的相关参数设置确保无误后，通过控制变频器实现电机的正反转的调节。最终能够在触摸屏上进行操作，实现合理洗衣的功能。控制系统的结构图如图2.1所示。M变频器PLC 触摸屏图2.1 控制系统的结构图3 全自动洗衣机的硬件设计3.1 PLC的简介PLC的定义：在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会经过4年的调查，于1980年将其正式命名为可编程序控制器。（Programmable Controller），简写为PC。后来由于PC这个名称常常被人们称呼个人电脑）（Personal Computer），为了区别，现在把可编程序控制器成为PLC, PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。采用可编程序控制器的存储器，用来在其内部进行逻辑运算顺序控制、定时、计算和运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关外围设备，都应按适用于工业生产环境来联成一个整体，按易于扩展功能的原则设计。PLC是专为在工业环境下应用设计的，具有面向工业控制的特点。具体特点为：（1）可靠性高、抗干扰能力强PLC能在高温高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子恶劣环境下可靠地工作。PLC的平均无故障时间非常长，故障修复时间短。（2）通用性强、灵活性好、功能齐全PLC是通过软件实现控制的，其控制程序编在软件中，实现程序软件化，因而对不同控制的对象都可采用相同的硬件进行配置。其产品已系列化、模块化、标准化，能方便灵活地组成大小不同、功能不同的控制系统同，通用性强。（3）编程简单、使用方便目前，大多数PLC均采用继电器式控制形式的“梯形图”编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观，形式简练，又易于接受，因此普遍受到欢迎。这是PLC能够迅速普及的重要原因。（4）模块化结构PLC的各部件，包括CPU，电源 I/O等都采用模块化设计。都有扩充插口，可以适应各种不同的工业控制需要。（5）安装简单、调试方便安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连，缩短了安装时间。PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后，再现场安装、调试。这样就可以避免可能在现场出现的一些问题，从而缩短调试周期。（6）网络通信PLC提供标准通信接口，可以方便的进行网络通信。PLC的不断发展，其性能在不断的完善、功能在不断的增强。其主要功能有：（1）开关量逻辑控制这是PLC最基本的功能。PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制，常用于取代传统的继电器控制系统。（2）A/D与D/A转换功能A/D与D/A转换功能就是通过A/D、D/A模块完成对模拟量和数字量之间的转换。（3）闭环过程控制过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。（4）定时/计数控制功能定时/计数控制功能就是用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。（5）扩展功能扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。（6）顺序（步进）控制顺序控制功能就是用顺序指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下道工序操作的控制，以取代由硬件构成的顺序控制器。（7）数据处理功能数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。（8）通讯联网功能通讯联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位计算机的连接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制。3.1.1 S7-200系列PLC的简介西门子的SIMATIC S7系列是市场上流行的具有代表性的可编程序控制器，它包括S7-200、S7-300、S7-400三大类，其中S7-200是小型可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。具有紧凑的设计、良好的扩展性、安全可靠的通讯、界面友好的编程软件，高速的处理能力，强大的指令集。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、丰富的扩展模块，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。3.1.2 PLC的结构及组成S7-200的CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，外部结构图如图3.1所示。图3.1 PLC外部结构图PLC通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。如图3.2所示。 图3.2 PLC的基本组成（1）主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。（2）输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。（3）电源电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。（4）编程器编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监控PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑连接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。3.1.3 PLC的工作原理PLC的工作过程分为以下几个阶段：输入处理阶段、执行程序、处理通讯请求、执行CPU自诊断测试、输出处理阶段。（1）输入处理阶段每次扫描周期开始时，先读数字输入点的当前值，然后把这些值写到输入映像寄存器中。CPU以8位（1个字节）为增量的方法来保留输入映像寄存器。在每次扫描周期开始时，CPU会将映像寄存器中未使用的输入位清零。CPU允许连续使用几个扩展模块，当未使用这种I/O扩展功能（即未安装扩展模块），可以用这些未使用的扩展输入位作为附加的内部存储器标志位来使用。除非允许模拟量滤波，CPU在扫描周期中是不能自动更新模拟量输入值，用户可以选择对每个模拟通道设置数字滤波。数字滤波用于低成本的模拟量模块，这些模块不支持内部滤波。数字滤波应用于输入信号缓慢变化的场合，如果是高速信号，应该不选择数字滤波。如果模拟量输入选择输入模拟器，CPU在每个扫描周期刷新模拟输入、执行滤波功能、并存储滤波值。当访问模拟输入时，使用滤波值。如果模拟输入不选择输入滤波器，当访问模拟输入时，CPU每次从物理模块读取模拟值。 （2）执行程序在扫描周期的执行程序阶段里，CPU执行程序是从第一条指令开始，直到最后一条指令结束。不论在主程序或中断程序执行过程中，直接I/O指令允许对输入点和输出点直接存取。如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断程序就作为程序的一部分存储下来。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行（中断事件可能会发生在扫描周期的任意点上）。（3）处理通讯请求在扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通讯端口接收到的任何信息。（4）执行CPU的自诊断测试在扫描周期中，CPU检查其硬件，以及用户存储器（仅在RUN模式下），它也检查所有的I/O 模块的状态。（5）输出处理阶段每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输送给数字输出点。CPU以一个字节（8位）为增量来保留输出映像寄存器。如果CPU或扩展模块不给物理输出点提供保留字节的每一位，则不能把这些位分配给I/O链中的后续模块。但是可以像使用内部存储器标志位那样来使用输出映像寄存器中没有使用的位。当CPU操作模式从RUN切换到STOP，数字输出设置为输出表中定义的值，或保持当前状态，模拟输出保持最后写入的值。3.1.4 PLC的模块选择S7-200的基本性能如下：（1）输入输出点数（I/O点数），指可编程序控制器外部输入输出端子数，这是PLC的一项非常重要的技术指标，常用I/O点数来表征PLC的规模大小。（2）扫描速度，一般指PLC执行一条指令的时间，单位为 /步；有时也以执行一千条指令的时间来计算，单位为ms/千步。（3）内存容量，一般指PLC存储用户程序的多少。（4）指令条数，指令条数的多少是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。（5）内部寄存器，内部寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个指标。（6）高功能模块，将高功能模块与主模块搭配，可实现一些特殊功能。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的5种CPU供其使用。基于本次设计中输入/输出I/O点等因素考虑，所以最终选择CPU224。CPU 224的性能指标如下：本机集成14输入，10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可以很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。3.2 触摸屏触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如：自动化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整。随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面， PLC控制器强大的功能及复杂的数据处理也呼唤一种功能与之匹配而操作又简便的人机出现，触摸屏的应运而生无疑是21世纪自动化领域里的一个巨大的革新。触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用，是一种极有发展前途的交互式输入技术。随着科技的进步，触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。3.2.1 MT506S触摸屏的简介本次设计选择MT500系列MT506S触摸屏。它专门面向PLC应用的，不同于一些简单的仪表式或其它的一些简单的控制PLC的设备，其功能非常强大，使用非常方便，非常适合现代工业越来越庞大的工作量及功能的需求，日益成为现代工业必不可少的设备之一。 3.2.2 MT506S触摸屏的工作原理为了工业控制现场操作的方便，人们用触摸屏来代替鼠标，键盘和控制屏上的开关、按钮。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸屏的检测部件安装在显示屏幕前面，用于检测并接受用户的触摸信息;触摸屏的控制器主要作用是将检测部件上接受的触摸信息转化成出点坐标，并发送给CPU，同时还能接受CPU发来的命令并加以执行。所以触摸屏工作时我们必须首先用手指或其他物体摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据触摸的图标或菜单来定位并选择信息的输入。3.3 西门子MICROMASTER420变频器3.3.1 变频器的简介本系统采用的是通用变频器MicroMaster420，它是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。它有强大的通讯能力、精确的控制性能、模块化结构设计，具有更多的灵活性，操作方便。MicroMaster420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，本系列有多种型号。从单相电源电压额定功率120W到三相电源电压额定功率11KW可供选用，由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MicroMaster420具有缺省的工厂设置参数，它是给电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MicroMaster420具有全面而完善的控制功能，设置相关参数后，它也可用于更高级的电动机控制系统。3.3.2 变频器的特性及保护变频器具备以下主要特性：（1）易于安装；（2）易于调试；（3）固的EMC 设计；（4）可由IT（中性点不接地）电源供电；（5）控制信号的响应是快速和可重复的；（6）参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置； （7）电缆连接简便；（8）采用模块化设计，配置非常灵活；（9）脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低；（10）详细的变频器状态信息和信息集成功能；（11）有多种可选件供用户选用：用于与PC 通讯的通讯模块，基本操作面板（BOP），高级操作面板（AOP），用于进行现场总线通讯的PROFIBUS 通讯模块；性能特征：（1）磁通电流控制（FCC），改善了动态响应和电动机的控制特性；（2）快速电流限制（FCL）功能，实现正常状态下的无跳闸运行；（3）内置的直流注入制动；（4）复合制动功能改善了制动特性 ；（5）加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能；（6）具有比例，积分；（PI）控制功能的闭环控制 ；（7）多点V/f 特性；保护特性：（1）过电压/欠电压保护；（2）变频器过热保护；（3）接地故障保护；（4）短路保护；（5）I2t 电动机过热保护；（6）PTC 电动机保护；3.3.3 变频器的使用变频器上的基本操作面板（BOP）可以输入并改变变频器的各个参数。变频器的操作面板（BOP）如图3.3所示。BOP 具有7 段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及实际值的显示，与更改；设定值输入编辑。图3.3 变频器的操作面板（BOP） 理解基本操作面板上的按钮的各个功能，便可以熟练的对参数进行设置。变频器的具体按钮功能说明见表3.1所示。表3.1 BOP上的按钮功能表显示/按钮功能功能的说明状态显示LCD 显示变频器当前的设定值。起动变频器按此键起动变频器。缺省值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效，应设定P0700 = 1。 停止变频器OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车。缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700 = 1。OFF2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停止。此功能总是“使能”的。改变电动机的转动方向按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用负号“”表示或用闪烁的小数点表示。缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定 P0700 = 1。电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停止。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。 功能此键用于浏览辅助信息。变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2 秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）：直流回路电压（V），输出电流（A），输出频率（Hz）， 输出电压（V），由P0005 选定的数值（如果P0005 选择显示上述参数中的任何一个，这里将不再显示）。连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。跳转功能：在显示任何一个参数（rXXXX 或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000，如果需要的话，可以接着修改其它的参数。跳转到 r0000 后，按此键将返回原来的显示点。访问参数按此键即可访问参数。增加数值按此键即可增加面板上显示的参数数值。减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值。3.3.4 变频器的参数设置变频开环调速根据输入端的控制信号经过程序运算后由通信端口控制变频器运行。打开启动开关，变频器开始运行。首先应对变频器的参数进行设置，如表3.2 所示。表3.2 变频器的参数设置序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304230380电动机的额定电压(380V)2P03053.250.35电动机的额定电流(0.35A)3P03070.750.06电动机的额定功率(60W)4P031050.0050.00电动机的额定频率(50Hz)5P031101430电动机的额定转速(1430r/min)6P100023固定频率设定7P108000电动机的最小频率(0Hz)8P10825050电动机的最大频率(50Hz)9P11201010斜坡上升时间(10S)10P11211010斜坡下降时间(10S)11P070022选择命令源由端子排输入12P0701117固定频率设置(二进制编码选择+ON命令)13P07021217固定频率设置(二进制编码选择+ON命令)14P0703917固定频率设置(二进制编码选择+ON命令)15P10010.005.00固定频率116P10025.0010.00固定频率217P100310.0020.00固定频率318P100415.005.00固定频率419P100520.0030.00固定频率520P100625.0040.00固定频率621P100730.0050.00固定频率7其中：在设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值；设定P0003=2 允许访问扩展参数；设定电机参数时先设定P0010=1(快速调试)；电机参数设置完成设P0010=0(准备)。在MM420变频器通过数字量的输入DIN1、DIN2、DIN3不同的组合方式可实现七种不同的输出频率，从而实现多段速的控制。变频器的参数设置如表3.3所示。表3.3 变频器的参数设置序号变频器参数出厂值设定值功能说明22P070022选择命令源（ 由端子排输入 ）23P0701117固定频率设值（二进制编码选择+ON命令） 24P07021217固定频率设值（二进制编码选择+ON命令）25P0703917固定频率设值（二进制编码选择+ON命令）26P10010.005.00固定频率127P10025.0010.00固定频率228P100310.0020.00固定频率329P100415.0025.00固定频率430P100520.0030.00固定频率531P100625.0040.00固定频率632P100730.0050.00固定频率7P001030，P09701复位P00034，P00101 开始 调不到的时候 再调0P00032，P00100结束3.4 异步电动机的简介3.4.1 电动机的选择机械设备的运动部分多由电动机驱动。因此，正确选择电动机具有重要意义。选择电动机的出发点是符合机械设备的使用原则，即由具体的驱动对象和工作规范来决定，选择原则是保证机械设备和电动机经济、合理、安全、可靠地运行。在交流电动机中，笼型异步电动机结构简单，运行最可靠，维护最方便，对起动性能无过高要求的调速系统，应优先考虑。在电机工作中起动、制动比较频繁，为提高生产率，又要求电动机具有较大的起动、制动转矩以缩短起动制动时间，同时还有一定的调速要求，所以本设计采用笼型异步电动机，其参数为：型号：WDJ26；电压：380V；转速：1430r/min；功率：40W；电流：0.2A；频率：50HZ；3.4.2 电动机的接法三相交流电动机定子里面，无论多少个线槽，电机的绕组一定是分成三组的。这三个绕组有六个引线接头，都在电机的接线盒里固定在接线端子上。有两种不同的接法，就是星形连接和角形连接。（1）将三个绕组的末端连接在一起，成为中性点，剩下的首端和三相的供电电路分别连接，这时候每一个绕组的电压是220伏。这样的接法，像一颗三道光射的“星”，称为“星形连接”。（2）将三个绕组的首端分别和另一个绕组的末端链接，在三个连接点和三相电源连接，这时候每一个绕组的电压是380伏。这样的连接就像一个三角形，称为“角形连接”。本次设计选择星形连接。42 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）3.5 硬件接线图 图3.4 系统硬件接线图按照图3.4所示，将触摸屏、PLC、变频器用导线连接。其中注意电机的接法以及变频器的正反转接口不要与PLC输出接乱。4 全自动洗衣机控制系统的软件设计4.1 STEP7软件使用简介S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN4.0编程软件进行编程。STEP7-Micro/WIN4.0编程软件是基于Windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。STEP7-Micro/WINV4.0软件编程界面如图4.1所示。它具备以下的特点：（1）DK 3964 R/RK 512 等标准协议已经集成到控制器内部，不需要额外驱动。 （2）集成 modem 支持，内置modem 功能，可进行远程编程、诊断或数据传输。（3）编程不需 MPI 转换器，直接通过PC上的 RS232 口。（4）现场总线通讯功能，控制器功能中已集成了Profibus DP Master / Slave, Profibus FMS 和 LONWorks。（5）利用web server进行监控，储存 HTML 网页、图片、PDF 文件等到控制器里供通用浏览器查看。（6）扩展操作系统功能。如保护技术秘密，防止被非法查看或复制。图4.1 STEP7-Micro/WINV4.0软件编程界面4.2 PLC的I/O分配根据控制系统的设计，拟定PLC的I/O分配见表4.1所示。表4.1 I/O分配表地址作用地址作用M0.0设置强洗按钮Q0.0进水指示灯M0.1设置弱洗按钮Q0.1电机正转M0.2设置漂洗按钮Q0.2电机反转M0.3设置脱水按钮Q0.3排水指示灯M0.4急停按钮Q0.4高速旋转电机正转M1.0强洗状态指示灯M2.0中间转换量M1.1弱洗状态指示灯M2.1中间变换量M1.2漂洗状态指示灯M1.3脱水状态指示灯4.2.1 PLC程序流程图图4.1 PLC程序流程图4.2.2 主程序指令分析（1）顺序控制指令图4.2 程序段1顺序控制指令可以解决较复杂的控制系统， 每个顺序控制继电器（SCR）段是从LSCR指令开始到SCRE指令结束，当SCR指令有效时，允许SCR工作，执行该段内的控制指令，必须用SCRE指令结束，结束以后，该段自动复位。如图4.2程序段1所示。图4.3 程序段2该网络主要实现选择洗涤模式的功能，将强洗、弱洗、漂洗、脱水四种洗涤模式分为四步执行。当在触摸屏上选择强洗模式时，S0.1有效，便执行该段内的控制指令，其它模式的工作过程以此类推。如图4.3程序段2所示。（2）洗涤过程图4.4 程序段3该网络主要实现对洗涤过程中的正、反转次数的统计与控制，电机正、反转共4s，完成一个洗涤周期，这时计数器加一，累计6次，完成强洗的洗涤过程。当次数达到预设值6时，执行下一步动作。当洗涤运行到下一状态时，计数器自动复位。如图4.4程序段3所示。定时器与计数器的介绍分别见表4.2、表4.3所示。表4.2 定时器指令功能：定时器是模拟继电器控制系统中的时间继电器。在编程时先对它预设初值，程序运行后，当满足定时器的开启条件时，定时器开始工作，输入脉冲达到预设值时，定时器产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，同时其触点开始动作。分类:接通延时定时器（TON）、有记忆接通延时定时器（TONR）、断开延时定时器（TOF）。表4.3 计数器指令功能：计数器是用来累计输入脉冲的个数，在实际应用中，用于对产品的技术等控制任务。在编程时先对其它预设初值，程序运行后，当满足计数器的开启条件时，计数器开始工作，输入脉冲达到预设值时，计数器产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，同时其触点开始动作。分类:增计数器CTU、减计数器CTD和增减计数器CTUD。（3）其它控制指令图4.5 程序段4该段网络主要实现洗涤模式，洗涤状态的显示功能。用到比较指令，当两个定时器在两个时间内计时，状态显示方便，此编程方法简单易懂。如图4.5程序段4所示。4.3 维纶EB500组态软件简介Easybuilder是组态软件，用来配置各种元件，一般简称EB500。在 Easybuilder中也可以下载及在线(或离线)模拟，非常方便。它继承了传统人机界面的优点，下面是触摸屏EB500软件与一般触摸屏组态软件的比较。一般的人机界面的软件主要有以下几个功能： （1）指示灯：PLC I/O显示、内部节点显示、多段指示灯等。（2）开关：位状态型开关、多段开关、切换窗口开关等。 （3）各种动态图表 ：棒图、仪表、移动元件、趋势图等。（4）数据显示 ：数值显示、ASCII显示、文字显示等。（5）数据输入 ：数值输入、ASCII输入、文字输入等。（6）异常报警：报警显示、跑马灯显示、事件显示等。 （7）静态显示：直线、圆、矩形、文字等。MT500系列MT506S人机界面除了拥有上述一般人机所拥有的功能外，还提供了以下特有的功能： （1） 可以同时开启6个弹出窗口 。（2）可以拥有和WINDOWS系列操作系统一样的任务栏和快选窗口工作按钮 。（3）利用工作按钮可以呼叫快选窗口 (其设计方式和基本窗口一样， EasyBuilder将其预设为第4个窗口) ，可在快选窗口放置要经常显示的元件或直接切换窗口的开关。也可定义其它窗口(窗口101999均可)为快选窗口，然后利用切换快选窗口功能键来切换快选窗口（4）可在弹出窗口中放置窗口控制功能键，使弹出窗口可以最小(大)化，及任意移动窗口 。（5）新增留言板功能，可更改笔的粗细，颜色，并可使用橡皮擦功能等。（6）方便易用而又强大的在线模拟和离线模拟功能，使繁杂的程序设计变的轻松有效，并可节约大量的工程调试时间。 （8）方便快捷的主从连接方式使多台触摸屏的互连通信简单易行，稳定可靠而又效率出众。 （9）强大的32位RISC处理器的应用使MT500拥有更快的处理速度。 （10）和绝大多数主流PLC的直接连接使MT500拥有更广阔的市场和应用。（11）简但单易用而又功能强大的EasyBuilder500组态软件使用户能以最快的速度掌握其设计方法，并设计出满意的画面。 4.3.1 触摸屏参数的设置本系统触摸屏软件选用的EB500。设置计算机和触摸屏相连接的通信口选择COM1。在下载或上传时决定计算机和触摸屏之间的数据传输速率的通信口速率选择115200bps，其它参数设置为默认。单击Easybuilder软件中“编辑”按钮，找到 “系统参数（Y）”选项并单击。选择PLC类型，选择SIEMENS S7/200为PLC类型；人机类型设置，选择触摸屏型号，因为使用的触摸屏为5寸彩色屏幕，所以型号为MT506S（320240）；最后设置通讯口类型，选择通讯口为RS-485 2W。波特率为9600，数据位为8位，停止位为1位，校验位为偶校验。4.3.2 触摸屏画面设计触摸屏的每一个画面都是由各种窗口组成的，这里选择基本窗口。如图4.6所示，直接在要创建的窗口编号上右击鼠标选择创建，弹出的窗口属性对话框。填写好各项属性后按下确认即可。图4.6 编辑画面界面位状态切换开关是位状态灯和位状态设定元件的组合。它表示了PLC位地址的ON/OFF状态，并定义了一块触控区域，当启用时它可以把相应的位地址置为ON或OFF。当按下“”时，执行强洗的洗涤模式， 位状态指示灯显示一个指定的PLC地址的ON或OFF状态。如果状态为0，将显示图形状态为0的图形.如果状态为1，将显示图形状态为1的图形。如果选中了“使用标签”的话不同状态时对应的标签也会显示。 “”用来显示每个状态的输出