基于PLC的工业洗衣机控制系统毕业设计.doc

基于PLC的工业洗衣机控制系统毕业设计 韶关市第二技师学院毕业设计(论文) 设计题目: 基于PLC的工业洗衣机控制系统设计 系 部:电气工程系 专 业:电气自动化 班 级:电气自动化双高1班 姓 名:XXX 指导教师: SBSBB 2013年12月摘 要 本文主要介绍了在工厂这种需要大量洗衣、洗衣次数频繁的特殊场合中,将汇川H2U系列PLC作为主控制器作用于工业洗衣机控制系统中,来解决生活中繁重的洗涤任务。在工业洗衣机设计过程中,选择汇川H2U系列PLC作为微电脑程序控制,同时利用变频器来改变电动机的运行方向及转速。首先,通过认识了解PLC及PLC在工业洗衣机中应用的相关知识。然后,对本工业洗衣机控制系统进行硬件系统和软件系统设计。在硬件系统设计中,对电动机、变频器及PLC相互间进行认识和应用;在软件系统设计中,涉及了系统流程图、顺序功能图、梯形图的设计。在设计系统中,使我们对工业洗衣机系统能够更好的理解和使用。关键词: PLC 变频器 工业洗衣机 控制系统目录摘 要21 引言41.1 研究PLC工业洗衣机控制系统的目的和意义41.2 PLC工业洗衣机控制系统的优点42工业洗衣机的工作原理及结构52.1 工业洗衣机的工作原理52.2 工业洗衣机的结构53 工业洗衣机的硬件系统63.1 PLC的选择及外围电路63.3 变频器及与PLC的控制电路113.3 系统运行的控制电路124 工业洗衣机的软件系统154.1 工业洗衣机的控制要求154.3 系统的梯形图程序174.4 触摸屏操作界面21结 论22致 谢23参 考 文 献23 1 引言 早在上个世纪初人类就已经发明制造出洗衣机了,可以说洗衣机这种产品的发明创造是工业发展的结晶,给人们的现实生活带来了极大的便利。当时的洗衣机只有一个盛水桶,在应用中只能进行简单的操作而无法实现更多的功能。随着社会的进步、科技的发展,二十一世纪的今天,对洗衣机而言已经彻底发生了巨大的变化,具有全自动多功能的洗衣机已经早在现实生活中广泛使用。随着工业技术日益成熟,我们利用现有技术开发创新出一种具有商业用途的多功能型工业大容量洗衣机,实现工业衣物的大批洗涤。 工业洗衣机的应用很广,主要用于宾馆、酒店、学校宿舍、某些工业等需要洗衣量大、洗衣次数频繁的地方。这就要求洗衣机的运行平稳、洗涤效果好、容量大、故障少、可靠性高、噪声低、寿命长等等,使之更趋于社会经济发展的需求。1.1 研究PLC工业洗衣机控制系统的目的和意义 本文主要研究基于PLC工业洗衣机控制系统的设计,以工业洗衣机为载体将PLC控制更好的运用于实践中,使理论与实践相结合,能够让我们更好地学到更多的知识,发展自己。 利用PLC的操作简单、抗干扰性强、输入输出接口多、运行速度快、稳定可靠、维护与维修方便,使洗衣机更趋于经济的需求和社会的发展。此外,投入PLC控制的洗衣机可靠性高、耗电少、寿命长、环境适应能力强,适合工业洗机的发展需要,而且工业洗衣机利润又高,使PLC的洗衣机得到更好的发展,具有较大的经济和社会意义。1.2 PLC工业洗衣机控制系统的优点 与传统洗衣机相比,PLC工业洗衣机控制系统的优点突出体现在有以下几个方面: (1)可靠性高,抗干扰能力强 (2)配套齐全,功能完善,适用性强 3易学易用,深受工程技术人员欢迎 (4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造 (5)体积小,重量轻,能耗低工业洗衣机的工作原理及结构2.1 工业洗衣机的工作原理 PLC在系统中是处于中心位置,洗衣机的进水,洗衣,排水,脱水是通过水位开关,作为PLC的输入信号控制开关,PLC的输出信号决定电磁进水阀和电磁排水阀工作状态以及电机工作状态,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。原理图如下图1。 图1 工业洗衣机工作原理图2.2 工业洗衣机的结构 在设计这一款多功能型工业洗衣机之前,必须要考虑到许多问题,比如洗衣机在可靠性、安全性、开发推广价值等方面的具体实际问题。 以下描述在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则: (1)最大限度地满足控制要求 (2)保证PLC控制系统安全可靠 (3)力求简单、经济、使用及维修方便 (4)适应发展的需要 为此该工业洗衣机设计的框图如下图2。 这款工业洗衣机的设计中综合考虑了水温有利于对洗涤衣物的洗净度效果,所以在外桶底下安置了加热器,最利于洗涤剂去除油污。我考虑了它的最有应用价值的方面:帮助企业提高自身的企业文化形象:洗涤工厂里工人们的大量油污工作服。避免员工自己在家洗的种种不变,给员工创造了舒适的业余生活,带来了工作中的愉悦心情,潜移默化中提升了企业的文化内涵。3 工业洗衣机的硬件系统3.1 PLC的选择及外围电路 在洗衣机的系统控制器方面,由于以前老式工业洗衣机采用的是继电顺序控制,这种方式不利于系统的稳定而且维修率较高,耗时费工,由此在考虑现代工业迅速发展的基础上洗涤衣物的工作量之大,选择稳定可靠价格合理的PLC作为洗衣机的控制器。现代技术发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置,与之前半自动洗衣机比较起来,PLC系统配置既固定又灵活,更高的性能,安全性也比之前半自动洗衣机更好。3.1.1 I/O地址分配 合理的选择I/O点数也是PLC的重要指标之一。I/O的选择既要满足系统的控制要求,又要在合理范围降低投资成本。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16个数字输入点16个数字输出点。 根据上述分析,本设计共有16输入信号和16输信号。列出工业洗衣机的I/O分配表,见表1。表1 系统I/O分配表输入器件输入点X代码输出器件输出点Y启动按扭X0SB1进水电磁阀Y0停止按扭X1SB2排水电磁阀Y1高水位水位选择开关X2SA1中水位水位选择开关X3SA2低水位水位选择开关X4SA3脱水Y3手动排水开关X5SB3报警器Y4手动脱水开关X6SB4高水位传感器X7SA4中水位传感器X10SA5低水位传感器X11SA6水排空传感器X12SA7强洗X13SB5普洗X14SB63.1.2 CPU功能与选择 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。 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16个数字量输入点和16个数字量输出点,完全能满足该工业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。 综上所述此次设计选用汇川H2U系列中1616MT型号。3.1.3 PLC外部接线图 由工业洗衣机的控制要求,对该控制系统I/O的选择和PLC型号进行了选择,现在根据I/O地址分配表设计外围接线图,如下图3。 图3 PLC外部接线图 3.2 汇川InoTouch Editor触摸屏 3.2.1 InoTouch Editor简介 InoTouch Editor 是汇川技术 InoTouch 系列 HMI 编程组态软件,采用Windows Visual Studio 风格,功能强大,简单易用具有以下特点: 1 支持65536 色真彩显示; 2 支持windows 平台矢量字体,文字大小可以自由缩放; 3 支持 BMP,JPG,GIF 等格式的图片; 4 支持 USB 设备,例如 U 盘、USB 鼠标、USB 键盘、USB 打印机等; 5 支持历史数据、故障报警等,可以保存到 U 盘或者 SD 卡里面; 6 支持 U 盘、USB 线和以太网等不同方式对 HMI 画面程序进行下载; 7 支持配方功能,并且可以使用 U 盘等来保存和更新配方,容量更大; 8 支持三组串口同时连接不同协议的设备,应用更加灵活方便; 9 支持自定义启动Logo 的功能; 10 支持市场上绝大多数的 PLC 和控制器、伺服、变频器、温控表等,也可以为您特殊的控制器 开发驱动程序 11 支持离线仿真和在线仿真功能,极大的方便了程序的调试; InoTouch 系列触摸屏系统的连接界面具备如下: 3.3 变频器及与PLC的控制电路 通常把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电。然后再把直流电变换为三相或单相交流电,我们把实现这种转换的装置称为“变频器”。 变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题,要考虑变频器容量与电动机容量的匹配,容量偏小会影响电动机有效力矩的输出,影响系统的正常运行,甚至损坏装置,而容量偏大则电流的谐波分量会增大,也增加了设备投资。以一般的工业洗衣机为标准,再根据本系统控制要求,变频器暂定为MD280。 在变频器控制洗衣电动机的运行方向和转速时,端子的接法很重要,如果把接线端子接错将影响变频器正常应用。下图4为MD280的接线端子平面图, 图4 变频器接线端子平面图而变频器与PLC之间正确的连接对系统的控制也很重要,下图5为该工业洗衣机变频器与PLC之间的接线图。3.3 系统运行的控制电路3.3.2 变频器与电机的结合应用 在应用变频器时,想要操作它,首先要对它的控制面板进行了解,如下图6为该变频器面板模式示意图。 图6 变频器的面板示意图 参数的设定方法: 表4 参数值设定及功能 参数号 设定值 功能F0-002串行通讯命令F0-018通讯给定F0-021掉电记忆F0-09 F0-105加减速时间5秒 变频器与电机之间的连接如下图9所示。 图9 变频器与电机的接线图 此外,在使用变频器时,也要注意以下几点方面: 1)禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC电源上。 2)变频器要正确接地,接地电阻小于10;避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合。 3)变频器断开电源后,待几分钟后方可维护操作,直流母线电压应在25V以下。 4主回路端子与导线必须牢固连接;变频器与电机之间连线过长,应加输出电抗器。 6变频器驱动电机长期以50HZ运行时,应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内,注意电机和设备的震动、噪音。 9严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。 10对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。 11在变频器的输出侧,严禁连接功率因数补偿器、电容、 防雷压敏电阻;变频器的输出侧严禁安装接触器、开关器件;变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。4 工业洗衣机的软件系统4.1 工业洗衣机的控制要求 该洗衣机,在设计上具有普通洗和强效洗的多功能型。考虑工厂等场合衣物具有油污的特点,在洗涤方面需要具有一定的水温才可以达到充分去污的特效,所以本洗衣机带有水温加热功能。 系统的控制要求:先按下洗涤方式(分普通洗和强效洗两种洗衣方式)、水位选择开关,再按启动按钮; (1)PLC投入运行,系统处于初始状态准备好启动; (2)启动时开始进水,同时对水进行加热; (3)当注入的水达到设定水位值时停止进水和加热,2S后开始洗涤;(4)洗涤时,电机在变频器的控制下达到要求转速,之后正转30s后暂停2S;然后开始反转,同样电机在变频器的控制下五秒达到要求转速 反转30s,停2s; (5)如此循环,若正、反转未满5次时,返回从正洗开始的动作; (6)若正、反洗涤满5次时则开始排水;水位下降到水排尽位时开始脱水并继续排水; (7)脱水30s即完成一次从进水到排水的大循环过程; (8)若完成3次大循环,洗完报警3s后自动停机; (9)可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警; 图10 正常运行流程图 4.3 系统的梯形图程序 图12 系统梯形图4.4 触摸屏操作界面 结 论 在本设计系统中,考虑了电动机运行方向及转速控制方法,同时也考虑到洗衣机的洗涤特殊性。因为工厂中的衣物油污灰尘较多,增加了洗涤时的难度,通过控制水温,这样可以达到一定的去污效果。另外,在此次论文设计中,编程方面采用了汇川H2U指令,既经济同时又满足了工业洗衣机编程的需求。 在设计该工业洗衣机功能方面还有许多待进一步提高。比如在洗涤过程中,若打开洗衣机桶盖这时整机将停止洗涤,桶盖合上洗衣机将再次进行之前的洗涤任务;在洗涤过程中,若外部电源与供水中断,洗衣机暂时停止工作,当电源或供电恢复后,洗衣机在原来基础上继续工作,直到洗涤完成,还有要能够通过控制面板设定洗衣机的洗涤时间、洗涤次数、脱水时间;能够检测洗涤量来自动调节洗衣剂的添加量。这些功能在工业洗衣机中也能够实现,还需得以进一步提高。 通过本控制系统的设计,不仅能够培养独立的工作能力,而且也能够提高动手的能力,相信会对今后的学习、工作、生活有