四川大学全自动洗衣机的PLC控制

本科生毕业论文 设计 题题 目 目 全自动洗衣机的全自动洗衣机的 PLCPLC 控制控制 班班 级 级 作者姓名 作者姓名 学学 号 号 单单 位 位 指导教师 指导教师 20132013 年年 月月 日日 目录目录 前前 言言 1 1 1 1 绪论 绪论 1 1 1 1 洗衣机的发展史 1 1 2 全自动洗衣机的工作原理 2 1 3 全自动洗衣机研究的意义 2 2 2 可编程控制器可编程控制器 PLC PLC 的基本概述的基本概述 2 2 2 1 可编程控制器 PLC 的定义 2 2 2 可编程控制器 PLC 的功能及特点 2 2 2 1 可靠性高 抗干扰能力强 2 2 2 2 配套齐全 功能完善 适用性强 3 2 2 3 易学易用 3 2 2 4 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造 3 2 2 5 体积小 重量轻 能耗低 3 2 3 西门子 S7 200 系列结构和基本逻辑指令系统 3 2 4 基本逻辑指令系统 4 3 3 全自动洗衣机的控制系统设计全自动洗衣机的控制系统设计 5 5 3 1 全自动洗衣机的基本结构 工作流程及控制要求 5 3 2 全自动洗衣机的模型面板图 程序流程图与控制要求 7 3 3 全自动洗衣机控制系统的 I O 图和接线图 9 3 4 全自动洗衣机控制系统的梯形图和编辑指令 11 结论结论 1818 参考文献参考文献 1919 致谢致谢 2020 摘要摘要 随着社会的发展和科学的进步 家庭电器全自动化成为必然的发展趋势 全自动洗衣机的生产极大的方便了人民的生活 成为人民日常生活息息相关的 家用电器产品 可编程控制器以微处理器作为核心 采用梯形图语言进行程序设计 编程 容易 指令丰富 可以接各种输入 输出扩充设备 并且抗干扰能力强 结构 简单 PLC 在生产中得到广泛的应用 被认为是当代工业自动化的支柱之一 文章对全自动洗衣机的硬件和软件设计进行了分析 对 PLC 是如何控制全自动 洗衣机进行了分析研究 关键词关键词 PLC 自动化 全自动洗衣机 Abstract With the development of the society and the improvement of science become the inevitable trend of the development of household appliances complete automation Fully automatic washing machine production greatly facilitates people s life become a household electrical appliances product which is closely linked People s Daily life Programmable controller with microprocessor as the core USES the ladder diagram programming language programming easy instruction is rich can meet all kinds of input and output expansion equipment and strong anti interference ability simple in structure PLC has been widely used in production in recent years is regarded as one of the mainstay of the contemporary industrial automation Article on the hardware and software design of the full automatic washing machine is analyzed how to the PLC control automatic washing machine is analysed and studied Keywords PLC Automation Fully automatic washing machine 全自动洗衣机的全自动洗衣机的 PLCPLC 控制控制 前前 言言 自动化技术的发展使洗衣机由半自动式洗衣机发展到全自动洗衣机 用 PLC 作为控制器 满足了全自动洗衣机对自动化的要求 从而满足了人们的生 活需求 该设计是全自动洗衣机的 PLC 控制 介绍全自动洗衣机的工作原理 控制系统的 PLC 资源配置 控制系统 PLC 程序 1 1 绪论 绪论 1 11 1 洗衣机的发展史洗衣机的发展史 1858 年 美国人汉密尔顿 史密斯制成了世界上第一台洗衣机 次年在德 国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机 1874 年 美国人比尔 布莱克斯 发明了木制手摇洗衣机 1880 年 美国出现了蒸汽洗衣机 蒸汽动力开始取代 人力 蒸汽洗衣机之后 水力洗衣机 内燃机洗衣机也相继出现 1910 年 美 国费希尔试制成世界上第一台电动洗衣机 其标志着家务劳动自动化的开端 1922 年 美国玛塔依格公司改进了洗衣机的洗涤结构 诞生了第一台搅拌式洗 衣机 1932 年 美国德克斯航空公司宣布 研制成功第一台前装式滚筒洗衣机 实现了洗涤 漂洗 脱水 在同一个滚筒内完成 1937 年 第一款自动洗衣机 问世 1955 年 日本研究出波轮式洗衣机 60 年代日本出现带干桶的双桶洗衣 机 称之为 半自动型洗衣机 70 年代出现波轮式套筒全自动洗衣机 70 年 代后期 微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向 90 年代 发动机 调速技术的发展 洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节 诞生了许多新水 流洗衣机 全自动洗衣机从控制方式分 电动控制洗衣机和电脑控制洗衣机两 种 从结构上分为波轮式 搅拌式 滚筒式 1 21 2 全自动洗衣机的工作原理全自动洗衣机的工作原理 全自动洗衣机的外桶和内桶是同一中心放置的 外桶固定 盛水用 內桶 旋转 可以用来脱水 并且內桶四周有许多小孔 使得水流可以内外相通 洗 衣机的进水排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来控制 进水时 由控制系统 将进水阀打开 将水注入外桶 排水时 通过控制系统将排水阀打开 使水排 出外桶 洗涤时由洗涤电机驱动波盘来实现正反转 脱水时 通过控制系统使 离合器合上 由电机带动洗衣机的內桶转动 实现衣物的脱水 高低水位开关 用来检测高低水位 启动按钮用来启动洗衣机 停止按钮用来实现停止脱水 进水 排水及报警 排水按钮用来实现手动排水 1 31 3 全自动洗衣机研究的意义全自动洗衣机研究的意义 全自动洗衣机集洗涤 脱水于一身 只要将衣物放入内桶 启动按钮 洗 衣机就会完成进水 洗涤 排水和脱水的过程 并且洗衣机具有各种洗涤程序 可自由选择 适用于各种衣物并且工作时间可以调节 工作结束后会自动断电 整个洗涤过程无需看管 方便快捷 全自动洗衣机满足了不同人群的需求 2 2 可编程控制器可编程控制器 PLC PLC 的基本概述的基本概述 2 12 1 可编程控制器可编程控制器 PLC PLC 的定义的定义 PLC 是一种专门为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 2 22 2 可编程控制器可编程控制器 PLC PLC 的功能及特点的功能及特点 2 2 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 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长 从 PLC 的 机外电路来说 使用 PLC 构成控制系统 和同等规模的继电接触器系统相比 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一 故障也就大大降低 此外 PLC 带有硬件故障自我检测功能 出现故障时可及时发出警报信息 在应用软 件中 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序 使系统中除 PLC 以外的 电路及设备也获得故障自诊断保护 这样 整个系统具有极高的可靠性也就不 奇怪了 2 2 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 除了逻辑处理功能以外 现代 PLC 大多具有完善的 数据运算能力 可用于各种数字控制领域 近年来 PLC 的功能单元大量涌现 使 PLC 渗透到了位置控制 温度控制 CNC 等各种工业控制中 加上 PLC 通信 能力的增强及人机界面技术的发展 使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易 2 2 3 易学易用 PLC 作为通用工业控制计算机 是面向工矿企业的工控设备 它接口容易 编程语言易于为工程技术人员接受 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电 器电路图相当接近 只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继 电器电路的功能 为不熟悉电子电路 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计 算机从事工业控制打开了方便之门 2 2 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 2 2 5 体积小 重量轻 能耗低 以超小型 PLC 为例 新近出产的品种底部尺寸小于 100mm 重量小于 150g 功耗仅数瓦 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 2 32 3 西门子西门子 S7 200S7 200 系列结构和基本逻辑指令系统系列结构和基本逻辑指令系统 S7 200CPU 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 S7 200CPU 模块包括一个中央处理器 CPU 电源以及 I O 点 这些都被集 成在一个紧凑 独立的设备中 CPU 负责执行程序和存储数据 以便对工业自动控制任务或过程进行控制 输入和输出时系统的控制点 输入部分从现场设备中 例如传感器或开关 采集信号 输出部分则控制泵 电机 指示灯以及工业过程中的其他设备 电源向 CPU 及所连接的任何模块提供电力支持 通信端口用于连接 CPU 与上位机或其他工业设备 状态信号灯显示了 CPU 工作模式 本机 I O 的当前状态 以及检查出的系 统错误 西门子 S7 200 系列结构 2 42 4 基本逻辑指令系统基本逻辑指令系统 逻辑取与线圈驱动指令 LD 取指令 用于常开触点与母线的连接 LDN 取反指令 用于常闭触点与母线的连接 OUT 线圈驱动指令 触点串联指令 A 与指令 用于单个常开触点的串联连接 AN 与反指令 用于单个常闭触点的串联连接 触点并联指令 O 或指令 用于单个常开触点的并联连接 ON 或反指令 用于单个常闭触点的并联连接 置位 S 复位 R 指令 使用 S 和 R 指令 可以在程序的任何地方对某个状态或事件设置标志和清 除标志 串联电路块的并联连接指令 并联电路块的串联连接指令 定时器 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 3 3 全自动洗衣机的控制系统设计全自动洗衣机的控制系统设计 3 13 1 全自动洗衣机的基本结构 工作流程及控制要求全自动洗衣机的基本结构 工作流程及控制要求 全自动洗衣机的实物图 实物图 基本结构 PLC 主机 选择西门子 S7 200 系列 PLC 作为全自动洗衣机的控制主机 启动按钮 启动按钮开控制洗衣机的初始工作 在将所洗衣物放入洗衣机侯按下启动 按钮 洗衣机就会开始洗衣 停止按钮 停止按钮是用来控制洗衣机的停止工作 在全自动洗衣机洗衣的过程中 如果需要中途停止洗衣 按下停止按钮 洗衣机就会停止工作 高水位 洗衣机在洗衣服的过程中 洗衣机桶内保持的水位的高低 如果选择高水 位 那么洗衣机在洗衣的过程中水位将保持的相对高一点 低水位 洗衣机中低水位与高水位相似 与高水位对应 高 低水位探测器 主要是用来探测洗衣机的水位是否按照要求达到相应的水位 电机正 反转接触器 用于 PLC 主机控制洗衣机电机的正 反转 在洗衣机洗衣过程中 电机的正 转和反转同时轮流进行 进水电磁阀 向洗衣机内注水时 控制系统发出信号 进水电磁阀打开 水进入洗衣机 当洗衣机内的水达到一定高度时 控制系统发出指令 进水电磁阀关闭 排水离合器 当洗衣结束后 控制系统给出信号 排水离合器打开 污水排出洗衣机 脱水离合器 用于最后一道工序 对所洗衣物进行脱水 控制系统给出指令 电机带动 机筒转动 实现衣物脱水 蜂鸣器 用于洗衣过程中的提示及最后洗衣结束后的提醒 工作流程图 3 23 2 全自动洗衣机的模型面板图 程序流程图与控制要求全自动洗衣机的模型面板图 程序流程图与控制要求 模型面板图 程序流程图 控制要求 1 总体控制要求 洗衣机启动后 按以下顺序进行工作 洗涤 1 次 漂洗 2 次 脱水 发出报警 衣服洗好 LED 显示器显示洗涤和漂洗的次数 2 洗涤 进水 正转 3 秒 反转 3 秒 10 个循环 排水 3 漂洗 进水 正转 3 秒 反转 3 秒 8 个循环 排水 4 报警 报警灯亮 4 秒 5 进水 进水阀打开后水面升高 首先液位开关 SL2 闭合 然后 SL1 闭合 SL1 闭合后 关闭进水阀 6 排水 排水阀打开后水面下降 首先液位开关 SL1 断开 然后 SL2 断开 SL2 断开 1 秒后停止排水 按排水按钮可强制排水 7 脱水 脱水 5 秒后报警 3 33 3 全自动洗衣机控制系统的全自动洗衣机控制系统的 I OI O 图和接线图图和接线图 端口分配及功能表 序号序号PLCPLC 地址 地址 PLCPLC 端子 端子 电气符号电气符号 面板端子 面板端子 功能说明功能说明 1I0 0SD 启动 2I0 1ST 停止 3I0 2SP 排水 4I0 3SL1 水位上限位 5I0 4SL2 水位下限位 6Q0 0YV1 进水阀 7Q0 1YV2 排水阀 8Q0 2MZ 正转 9Q0 3MF 反转 10Q0 4TS 脱水 11Q0 5BJ 报警 12Q0 6A 显示编码 A 13Q0 7B 显示编码 B 14Q1 0C 显示编码 C 15Q1 1D 显示编码 D 16 主机 1M 面板 V 接电源 24V电源正端 17 主机 1L 2L 3L 面板 COM 接电源 GND电源地端 PLC 外部接线图 3 43 4 全自动洗衣机控制系统的梯形图和编辑指令全自动洗衣机控制系统的梯形图和编辑指令 梯形图编译语句表 ORGANIZATION BLOCK 主程序 OB1 TITLE 程序注释 BEGIN Network 1 网络标题 网络注释 LD SM0 1 O I0 1 R Q0 0 9 R S0 0 5 S S0 0 1 R C0 3 Network 2 LSCR S0 0 Network 3 LD I0 0 SCRT S0 1 R Q0 6 4 S Q0 6 1 Network 4 SCRE Network 5 LSCR S0 1 Network 6 LDN I0 3 ON I0 4 Q0 0 Network 7 LDN Q0 0 SCRT S0 2 Network 8 LD I0 2 SCRT S0 3 Network 9 SCRE Network 10 LSCR S0 2 Network 11 LDN T38 TON T37 30 Network 12 LDN T38 TON T38 60 Network 13 LDN T37 Q0 2 Network 14 LD T37 Q0 3 Network 15 LDN C0 A T38 LD I0 0 CTU C0 10 Network 16 LD C0 A T38 AN C1 LD I0 0 CTU C1 8 Network 17 LD C1 A T38 LD I0 0 CTU C2 8 Network 18 LD C0 EU O I0 2 LD C1 EU OLD LD C2 EU OLD SCRT S0 3 Network 19 LD C0 EU R Q0 6 4 S Q0 7 1 Network 20 LD C1 EU R Q0 6 4 S Q0 6 2 Network 21 LD C2 EU R Q0 6 4 S Q1 0 1 Network 22 SCRE Network 23 LSCR S0 3 Network 24 LD T41 Q0 1 Network 25 LD I0 4 O I0 3 TOF T41 10 Network 26 LDN T41 LPS A C2 SCRT S0 4 LPP AN C2 SCRT S0 1 Network 27 SCRE Network 28 LSCR S0 4 Network 29 LDN T40 TON T39 50 Network 30 LDN T40 TON T40 90 Network 31 LDN T39 Q0 4 Network 32 LD T39 Q0 5 Network 33 LD T40 SCRT S0 0 R C0 3 R Q0 0 9 Network 34 SCRE END ORGANIZATION BLOCK SUBROUTINE BLOCK SBR 0 SBR0 TITLE 子程序注释 BEGIN Network 1 网络标题 网络注释 END SUBROUTINE BLOCK INTERRUPT BLOCK INT 0 INT0 TITLE 中断程序注释 BEGIN Network 1 网络标题 网络注释 END INTERRUPT BLOCK 结论结论 以西门子 S7 200PLC 为控制核心 通过系统的设计 实现了对全自动洗衣 机的控制系统的深入了解 全自动洗衣机利用 PLC 的特点 对一些输入输出设 备进行控制 实现注水 洗涤 漂洗 脱水的洗衣全过程 解放了人们的双手 方 便了人们的生活 提高了人们的生活质量 本论文设计是全自动洗衣机的 PLC 控制 系统主要包括进水 洗涤 电机 正反转 漂洗 排水 脱水 报警等部分 在系统设计中介绍了可编程控制器 的基本知识 洗衣机的基本结构以及绘制了系统的正常运行流程