全自动洗衣机的控制设计.doc

辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 I 全全自自动动洗洗衣衣机机的的控控制制设设计计 摘要摘要 本文描述了采用可编程控制器 PLC 作为核心控制部件 并利用计算机进行模拟监控的 全自动洗衣机控制系统 文章介绍了洗衣机的结构 对全自动洗衣机的控制系统进行了分析 在此基础上提出了基于 PLC 的全自动洗衣机控制方案 并对方案进行了论证 根据洗衣机的 工作原理 设计了流程及程序 对按钮 等其它一些输入 输出点进行控制 实现了洗衣机洗 衣过程的自动化 由于洗涤 排水 脱水的时间均由 PLC 内计数器控制 所以只要改变定时 器参数就可以改变时间 对其中软件设计 硬件设计等问题进行了分析和研究 实现了全自 动洗衣机的正常运行 简易模式及强制性停止功能 具有智能化程度高 安全可靠 方便 灵活等特点 关键词 关键词 PLC 自动 定时器 控制 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 II Fully automatic washing machine control design Abstract This paper describes the use of programmable logic controller PLC as the core control unit and monitoring the use of computer simulation control system for automatic washing machine This paper introduces the structure of the washing machine full automatic washing machine control system is analyzed on this basis was proposed based on fully automatic washing machine PLC control program and a demonstration program according to the washing machine working principle design a process and procedures buttons and other some input output control points to achieve the automation of the process of washing laundry As washing drainage dewatering of the time by the counter within the PLC control so long as the parameters can change the timer time On which software design hardware design issues such as analysis and research to achieve the normal operation of the automatic washing machine simple patterns and mandatory stop function With a high degree of intelligence secure reliable convenient and flexible Key word PLC automatic Timer control 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 III 目目 录录 1 绪论 1 1 1 选题背景意义 1 1 2 洗衣机的发展历史 1 1 3 控制系统的选择 2 1 4 本次毕业设计主要研究的内容 3 2 全自动洗衣机控制系统的控制要求 4 2 1 全自动洗衣机的工作原理 4 2 2 设备控制要求 5 3 硬件的理论与设计 6 3 1 全自动洗衣机整体结构图 6 3 2 硬件设计 7 3 3 继电器 8 3 4 可编程序控制器 9 3 5 洗衣机的组态仿真界面 14 4 软件设计 18 4 1 I O 分配表 18 4 2 洗衣机 PLC 运行过程分析 20 4 3 程序的流程图 构成和相关设置 21 4 4 梯形图 24 5 结束语 27 致谢 28 参考文献 29 附 录 30 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 1 1 1 绪论绪论 本章阐述了毕业论文选题的背景意义 洗衣机的发展历史以及自动化控制在 工业生产和生活中所体现的应用价值 包括目前的应用范围及发展的前景 1 11 1 选题背景意义选题背景意义 洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电 已经成为人们生活中不可缺少的 家用电器 但是传统的基于继电器的控制 已经不能满足人们对洗衣机的自动化 程度的要求了 洗衣机需要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 自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现 在的全自动洗衣机 又正在向智能化洗衣机方向发展 1 21 2 洗衣机的发展历史洗衣机的发展历史 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 有人发明了木制手摇洗衣 机 发明者是美国人比尔 布莱克斯 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士大受启发 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 到 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 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 2 电动洗衣机几经完善 在 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 不过 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形成系列 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 年代的日本出现了带干 桶的双桶洗衣机 人们称之为 半自动型洗衣机 70 年代 生产出波轮式套桶 全自动洗衣机 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 到 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 洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节 诞生了许多新水流洗衣机 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 1 31 3 控制系统的选择控制系统的选择 现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应 生产出小批量 多品种 多规格 低成本和高质量的产品 为了满足这一要求 生产设备和自动生产线的 控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性 可编程控制器简称 PLC Programmable Logic Controller 正是顺应这一要求出现的 它是以微处理器为基础的通用工 业控制装置 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 3 PLC 的应用面广 功能强大 使用方便 是当代工业自动化的主要设备之一 PLC 已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中 当然 PLC 在 其他领域也得到了迅速的发展 在发达的工业国家 PLC 已经广泛的应用在所有的工业部门 随着其性能价格 比的不断提高 应用范围不断扩大 在我国有越来越多的行业领域开始应用到 PLC PLC 的应用领域主要有数字量逻辑控制 运动控制 闭环过程控制 数据处 理 通信联网等几个方面 1 41 4 本次毕业设计主要研究的内容本次毕业设计主要研究的内容 本次毕业设计是利用西门子 S7 200PLC 对洗衣机进行全自动控制 掌握 STEP7 Micro 的用法 制作整个洗衣过程监控界面 对电动机及其他设备进行实时 监控 在实现以上全部功能的前提下 再对监控界面的控制功能作进一步研究 监控界面的控制功能就是不在现场的情况下 对现场的设备进行控制 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 4 2 2 全自动洗衣机控制系统的控制要全自动洗衣机控制系统的控制要求求 2 12 1 全自动洗衣机的工作原理全自动洗衣机的工作原理 2 1 12 1 1 控制系统的组成控制系统的组成 洗衣机的工作流程由进水 洗涤 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 程可做到全自动运行 直至洗衣结束 全自动洗衣机的进水 洗涤 排水和脱水是通过水位开关 洗涤电机 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 降水注入 排水时 电磁排水阀打开 降水排出 洗衣时 洗涤电 动机启动 正反转交替进行 脱水时 脱水桶启动 其示意图如下图所示 图 2 1 系统结构框图 在图 2 1 中可以看出 此次设计根据全自动洗衣机的工作原理 由于现实生 活中的排水与脱水所用功率不同 洗涤电机功率小 脱水电机功率大 因此洗涤 与脱水应选用不同的电机 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 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 5 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 2 22 2 设备控制要求设备控制要求 这里将有两个程序供选择 I I 全程序过程 全程序过程 1 打开总开关 设置水位 高 中 低 选择档位 300 200 100 2 按下启动按扭 开始进水直到水满 即水位达到所设置的水位 时停止进 水开始洗涤 3 洗涤时 正转 30 秒 停 4 秒 然后反转 30 秒 停 4 秒 4 如此循环 300 200 100 次后 开始排水 5 排水 30S 后开始脱水 脱水 20S 6 重复 2 到 5 三次 7 清洗完成 报警 3 秒并自动停机 8 若按下停车按扭 可实现手动停止进水 排水 脱水及报警 IIII 简易程序 简易程序 1 打开总开关 选择档位 简易程序 2 按下启动按扭 开始进水直到水满 即水位达到所设置的水位 时停止进 水开始洗涤 3 洗涤时 正转 30 秒 停 4 秒 然后反转 30 秒 停 4 秒 4 如此循环 200 次后 开始排水 5 排水 30S 后开始脱水 脱水 20S 6 重复 2 到 5 一次 7 清洗完成 报警 3 秒并自动停机 8 若按下停车按扭 可实现手动停止进水 排水 脱水及报警 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 6 3 3 硬件的理论与设计硬件的理论与设计 本章将给出本次设计的洗衣机电路原理图和各个主要器件的具体介绍和说明 原理图中包括了供电回路图和控制回路图 元器件除 PLC 以外还包括了继电器组 和变频器等 3 13 1 全自动洗衣机整体结构图全自动洗衣机整体结构图 如 3 1 图为洗衣机的整体硬件结构 包括洗衣机的控制面板 进水口 水位 探测器 洗涤电机等 控制界面按钮包括 简易模式切换 高水位按键 中水位 按键 低水位按键 高中低挡按键选择 300 200 100 手动排水 手动脱水等 按键 在洗衣机水桶的内部分别装有高 中 低水位传感器 水位探测器 当选择 水位按键时 例如选择中水位探测器 则水注入到中水位传感器附近时就会自动 停止注入 图 3 1 全自动洗衣机示意图 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 7 3 23 2 硬件设计硬件设计 硬件设计的整体思路就是通过 PLC 输出的数字信号控制继电器组 达到控制 电路的目的 如图 3 2 变 频 器 交 流 电 源 U V W N L G U V W M 正转组 反转组 脱水组 G 正转反转脱水 Q0 2Q0 3Q0 4 图 3 2 洗衣机的主控线路 图中 正转 反转 脱水 为控制电动机电源方向的三个继电器组 它们的线圈分别与 PLC 的输出端 Q0 2 Q0 3 Q0 4 相连 受控于 PLC 的 输出信号 其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的 因此 改 变变频器参数就可以改变洗涤和漂洗时的速度 而脱水继电器组直接与电源和电 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 8 动机相连 这样 当洗衣机处于脱水状态时 电动机按额定转速工作 所以 在 演示时转速会和洗涤漂洗有所区别 3 33 3 继电继电器器 3 3 13 3 1 继电器在控制系统中的作用继电器在控制系统中的作用 继电器是一种基本的电气设备 它用来打开或关闭一定数量互相独立的电路 这种操作是利用由电压控制的线圈绕组所产生的电磁场来实现的 当输入量达到 一定值时 输出量将发生跳跃式的变化的自动控制器件 它具有控制系统和被控 制系统 通常应用于自动控制电路中 它实际上是用较小的电流去控制较大电流 的一种 自动开关 故在控制系统中起着自动调节 安全保护 转换电路的作用 通过有电流流过线圈时产生电磁感应 使触点吸合 没有电流流过线圈的时 候触点断开来实现各种信号隔离和输出控制的 一般在仪表去控制现场大功率电 器设备时 由于仪表或控制系统的卡件触点承受不了很高的电流或电压 就采用 继电器作为中间执行器 接收到控制系统的控制信号后去执行系统控制指令 或 强电设备给弱点系统控制信号时也需要用它来隔离高压信号 输出干触点信号 反之亦然 另外由于继电器的型号很多 可以满足不同电压不同信号的需要 可 以作到长期可靠的工作 3 3 23 3 2 电磁继电器电磁继电器的选择原则的选择原则 选用电磁继电器的一般步骤 作为选用继电器的第一步 是确定其应用分类 由此初选一种在给定条件下曾经有过成功应用的继电器类型 然后按下列步骤使 所选用的继电器最适用于规定应用 按照输入的信号确定继电器的种类 不同作用原理或结构特征的继电器 其 要求输入的信号的性质是不同的 例如热继电器是利用热效应而动作的继电器 声继电器是利用声效应而动作 而电磁继电器则是由控制电流通过线圈产生的电 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 9 磁吸力而实现触点开 闭 按使用环境条件选择继电器型号 环境适应性是继电器可靠性指标之一 使 用环境和工作条件的差异对继电器性能有很大的影响 根据负载情况选择继电器触点的种类与参数 与被控电路直接连接的触点是 继电器的接触系统 国内外长期实践证明 约百分之七十以上的故障发生在触点 上 这除了与继电器本身结构与制造因素密切相关之外 未能正确选用和使用也 是重要因素之一 根据控制要求确定触点组合形式 如需要的是常开还是常闭触 点或转换触点 根据被控回路多少确定触点的对数和组数 根据负载性质与容量 大小确定触点有关参数 3 43 4 可编程序控制器可编程序控制器 3 4 13 4 1 可编程控制器的基本概念与基本结构可编程控制器的基本概念与基本结构 随着微处理器 计算机和数字通讯技术的飞速发展 计算机控制已经扩展到 了几乎所有的工业领域 I 可编程控制器的基本概念 国际电工委员会对 PLC 作了如下定义 可编程控制器是一种数字运算操作的 电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存储器 用来在其 内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通 过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程控制 器及其有关设备 都应按以于使工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的 原则设计 II 可编程控制器的基本结构 PLC 主要由 CPU 模块 输入模块 输出模块和编程装置组成 PLC 的特殊功 能模块用来完成某些特殊的任务 1 CPU 模块 CPU 模块主要由微处理器 CPU 芯片 和存储器组成 在 PLC 控制系统中 CPU 模块相当于人的大脑和心脏 它不断地采集输入信号 执行用户程序 刷新系 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 10 统的输出 存储器用来储存程序和数据 2 I O 模块 输入 Input 模块和输出 Output 模块简称 I O 模块它们是联系系统外部 设备和 CPU 模块的桥梁 3 编程器 编程器用来生成用户程序 并用它进行编辑 检查 修改和监控用户程序的 执行情况 手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图 只能输入和编辑指令表程 序 一般用于小型机或用于现场调试和维护 使用编程软件可以在计算机上直接生成梯形图或指令表程序 并且可以实现 不同编程语言之间的相互转换 程序被编译后通过 PC PPI 电缆可以下载到 PLC 中 去 也可以将 PLC 当中的程序上传到计算机当中来 4 电源 PLC 一般使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源 内部的开关电源为各种模块提供 不同电压等级的直流电源 3 4 23 4 2 可编程控制器的基本特点可编程控制器的基本特点 可编程控制器具有编程方法简单易学 功能强大 性价比高 硬件配套齐全 用户使用方便 适应性强 可靠性强 抗干扰能力强 系统的设计 安装 调试 工作量少 维护工作量小 维护方便 体积小 能耗低等特点 3 4 33 4 3 S7 200S7 200 系列系列 PLCPLC 西门子公司的 SIMATIC S7 200 系列属于小型 PLC 可以用于代替继电器的简 单控制场合 也可以用于复杂的自动化控制系统 由于它有极强的通信功能 在 大型网络控制系统中也能充分发挥其作用 S7 200 的可靠性非常高 可以用语句表 梯形图和功能块图编程 它的指令 丰富 简单易学 内置有高速计数器 告诉脉冲输出和 PID 控制器等特殊功能 最大可以扩展到 248 点数字量 I O 或 35 路模拟量 I O 最多有 30 多 KB 的程序和 数据存储空间 S7 200 提供了近 10 种通讯方式以满足不同的应用需求 从 RS 485 通信 编程 接口通讯到自由口模式通讯 从 PPI 协议通讯到 MPI 协议通讯 从简单的 S7 200 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 11 3 4 43 4 4 PLCPLC 接线图接线图 根据全自动洗衣机的控制要求 对系统控制的 I O 点数进行了统计和 PLC 型 号进行了选择 现根据以上的统计和选择对控制系统 PLC 的外部接线设计如下图 图 3 3 全自动洗衣机 PLC 接线图 由于现实生活中的排水与脱水所用功率不同 洗涤电机功率小 脱水电机功 率大 因此洗涤与脱水应选用不同的电机 因此该图的右部的脱水处应加一个电 机 正转 反转处也应加上电机 1 PLC 主机 选择西门子 S7 200 系列 PLC 作为此全自动洗衣机的控制主机 在西门子 S7 200 系列 PLC 中又有 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM 等之分 选择 了 CPU224 作为其主机即可满足全自动洗衣机的控制要求 2 启动按钮 启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作与否 一般地 在用户在洗衣机内 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 12 放入衣服 且已经准备好开始洗衣服之后 按下启动按钮 全自动洗衣机开始洗 衣 3 停止按钮 停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作与否 在洗衣服的过程中 用户需要停止洗衣机 就可以直接按下停止按钮 洗衣机即会停止工作 4 高水位 高水位是指洗衣机在洗衣过程中 洗衣机筒内保持的水位高低 一旦选择了 高水位 则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的三个水位中的高水位 这里 在操作面板上 用一个按钮来设置高水位 按下按钮表示选择高水位 本水位适 合于洗涤大量衣服 5 中水位 中水位是指洗衣机在洗衣过程中 洗衣机筒内保持的水位的高低 是相对于 高水位和低水位来说的 在洗衣机系统的初始设计中 设计了三种水位 这个是 三个水位中间的一个水位 在操作面板上 用一个按钮来设置中水位 按下按钮 表示选择中水位 本水位适合洗涤中量的衣服 6 低水位 低水位是指洗衣机在洗衣过程中 洗衣机筒内保持的水位的高低 是三个水 位中较低的一个 是同样可以完成洗衣过程 本水位适合于洗涤少量的衣物 7 高强度洗涤 该强度下洗涤电机会正反转 300 次 全体循环 3 次 适用于高程度脏的衣物 的洗涤 8 中强度洗涤 该强度下洗涤电机会正反转 200 次 全体循环 3 次 适用于中等程度脏的衣 物的洗涤 9 低强度洗涤 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 13 该强度下洗涤电机会正反转 100 次 全体循环 3 次 适用于低程度脏的衣物 洗涤 10 简易按钮 当按下简易按钮时 选择了简易模式 洗衣机自动按照简易模式洗衣服 在 本模式中 洗涤电机会正反转 200 次 全体循环两次 简易模式中适合一般衣物 的洗涤 更方便快捷的让用户使用 在洗衣机衣服的模式中 与水位的选择一样 用户只能同时选择一种模式 需要说明的是 标准模式与简易模式的选择必须在用户一开始洗衣之前完成 11 高水位探测器 高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位 采用数字量输出 式水位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送到 PLC 主机的数字量 输入端口上 12 中水位探测器 中水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位 采用数字量输出 式水位探测器这样就可以直接将中水位探测器的输出直接送到 PLC 主机的数字量 输入端口上 13 低水位探测器 低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位 采用数字量输出 式水位探测器这样就可以直接将中水位探测器的输出直接送到 PLC 主机的数字量 输入端口上 14 进水电磁阀 进水电磁阀用来控制洗衣机的进水 当然洗衣机需要外界进水时 PLC 主机发 出控制信号 进水电磁阀会打开 水自动从外界送入洗衣机筒内 当水已经达到 了设定的水位时 PLC 主机发出信号自动关闭进水电池阀 同时控制洗衣机进入下 一个洗衣步骤 15 电机正转接触器 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 14 电机正转接触器用于 PLC 主机控制洗衣机电机的正转 可以直接用 PLC 主机 的数字量输出端口来连接电机正转接触器 在洗衣机洗衣服的过程中 电机会正 转与反转同时轮流进行 16 电机反转接触器 电机反转接触器用于 PLC 主机控制洗衣机电机的反转 可以直接用 PLC 主机 的数字量输出端口来连接电机反转接触器 在洗衣机洗衣服的过程中 电机会正 转与反转同时轮流进行 17 排水离合器 排水离合器用于 PLC 主机控制洗衣机机筒内的排放 选用数字式离合器 可 以直接用 PLC 主机的数字量输出端口来连接到排水离合器 当洗衣机在完成洗衣 或者漂洗后 需要将机筒内的脏水排出机筒 此时 PLC 主机发出控制命令打开排 水离合器 进行排水 18 脱水离合器 洗衣机洗衣服的最后一道工序就是对衣服进行脱水 脱水电磁离合器正是用 于 PLC 主机控制洗衣机进行脱水 脱水需要电机带动机筒旋转 有了电磁离合器 后 就可以直接使用 PLC 主机的数字量输出端口来控制电磁离合器 最终达到控 制脱水执行电机的目的 在脱水过程不涉及电机的调速问题 因此 用 PLC 主机 加电磁离合器这样一种比较觉得简单的方式就可以完成控制任务 19 报警器 报警器用来指示洗衣机洗衣过程结束的声音提示 采用工业用直流供电的报 警器 这样就可以直接用 PLC 主机的数字量输出端口来控制报警器 3 53 5 洗衣机洗衣机的力控组态仿真界面的力控组态仿真界面 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 15 图 3 4 全自动洗衣机控制系统组态示意图 如图 3 4 所示 为全自动洗衣机的示意图包含部分控制面板 利用力控 Forcecontrol 6 1 作出的组态示意图 在全自动洗衣机工作前先设置进水的位置 如选择高水位 按下高水位按钮 接着选择洗衣机需工作的时间 工作时需正 反转循环的次数 分别为 100 次 200 次 300 次 高档位代表所需正反转循环 的次数为 300 次 中档位代表所需正反转循环的次数为 200 次 低档位代表所需 正反转循环的次数为 100 次 这样可以逐步减少洗涤的次数 假如选择中档位 将需要清洗的衣服放入里面 然后按下启动按钮 洗衣机内部开始进水到高水位 置 此时高水位传感器的灯亮 进水停止 开始洗涤 正转 30s 停 4s 反转 30s 停 4s 如此循环 200 次开始排水 30s 再脱水 20s 算是一个循环 然后从进水开 始再循环一次为洗衣结束 洗衣完成脱水成功后报警 3s 钟洗衣机自动停止 在操作控制界面上有一个简易模式开关 该键的作用的就是让整个洗衣的过 程简单化 例如洗涤一较小的衣物 或是洗涤夏季衣物 当按下 简易模式 时 洗衣机会自动切换到循环次数较少的程序完成洗涤 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 16 如果中途有紧急情况下或不想利用全自动洗衣功能时 可以直接按下停止按 钮 此时可实现手动停止进水 排水 脱水及报警功能 当感觉衣服已经干净时 而洗衣机还没有进入排水阶段 可按下停止按钮使得自动洗衣功能停止 这时还 可以按下手动排水 手动脱水按钮 实现手动排水 手动脱水的功能 3 5 13 5 1 重点的几个参数设定重点的几个参数设定 定义参数 图 3 5 洗衣机的水位参数 选择变量参数 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 17 图 3 6 反应器参数 10 格每秒 共 100 格 底色为黄色 蓝色代表水 图 3 7 多边线 水管 的参数设置 管道水流动画设置为流动效果 由 PLC 离散信号控制 或给水或供排水 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 18 图 3 8 排水管的变量参数 并为与 PLC 相连 设置给水管道为离散变量 单独与水罐相连 进入演示画面 测试结果如图 3 4 所示 动画连接成功 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 19 4 4 软件设计软件设计 4 14 1 I OI O 分配表分配表 4 1 14 1 1 数字量输入部分数字量输入部分 这个控制系统的输入有启动按钮 停止按钮 水位选择开关 高水位 中水位 低水位 手动排水开关 手动排水开关 高水位浮球开关 中水位浮球开关 低水位浮球开关 水排空浮球开关等共 16 个输入点 具体的输入分配如表所示 输入地址对应的外部设备 I0 0 启动按钮 I0 1 停止按钮 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 I0 7 高水位浮球开关 I1 0 中水位浮球开关 I1 1 低水位浮球开关 I1 2 水排空浮球开关 I1 3 触发低次档位 I1 4 触发中次档位 I1 5 触发高次档位 I1 6 触发简易档位 表 4 1 输入地址分配 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 20 4 1 24 1 2 数字量输出部分数字量输出部分 这个控制系统需要控制的外部设备有进水电磁阀 排水电磁阀 洗涤电动机 脱水桶 报警器 5 个设备 但是由于洗涤电动机有正反转两个状态 分别有正接 触器和反接触器 所以输出点应该有 6 个 具体的输出分配如表所示 输出地址对应的外部设备 Q0 0 进水电磁阀 Q0 1 排水电磁阀 Q0 2 洗涤电动机正转接触器 Q0 3 洗涤电动机反转接触器 Q0 4 脱水桶 Q0 5 报警器 表 4 2 输出地址分配 4 1 34 1 3 辅助继电器辅助继电器 本程序中 还需要几个中间继电器 定时器和计数器 它们分别代表的含义 与功能如表所示 地址功能 M0 0 启动按钮辅助继电器 M0 1 判断洗衣机水位是否与设定值不一致 M0 2 判断洗衣机水位是否与设定值一致 M0 3 停止自动洗衣辅助继电器 M0 4 判断进水是否完成 M0 5 判断排水是否完成 M0 6选择简易程序辅助继电器 T37 洗涤电动机正转时间 30s T38 洗涤电动机反转时间 30s 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 21 T39 排水 30s T40 脱水 30s T41 洗衣完毕报警 3s C50 抵挡洗衣 100 次 C51 中档洗衣 200 次 C52 高档洗衣 300 次 C53 整个过程重复 2 次 表 4 3 控制系统中的中间状态 I O 分配 4 24 2 洗衣机洗衣机 PLCPLC 运行过程分析运行过程分析 4 2 14 2 1 洗衣机进水洗衣机进水 洗衣前选择好水位 选择正常洗涤或简易洗涤 按下水位选择开关 高水位 中水位 低水位 中任意一个 选择洗衣模式 高强度 中强度 低强度 简易模式 相应的指示灯会亮 再按下启动按钮 I0 0 接通 Q0 0 接通 开始进水 当水位 上升到与选择的水位相一致时 相一致的水位传感器 I0 7 I1 0 I1 1 接通 Q0 0 断开停止进水 4 2 24 2 2 正反转洗衣正反转洗衣 停止进水后 Q0 2 接通开始正转洗衣 T37 计时开始 T37 计时 30 秒 Q0 2 断开 正洗暂停 4s T38 开始计时 T38 计时时间到 Q0 3 接通 反转洗涤 T39 开始计时 T39 计时时间到 Q0 3 断开 反洗暂停 4s T40 开始计时 T40 计时时 间到 C50 C51 C52 C53 计数一次 同时洗衣返回 Q0 2 接通 重复以上从正洗开 始的全部动作 直到计数器达到规定次数时 Q0 1 接通并自保 开始排水 20s 排水指示灯亮 计数器复位 准备下次循环时再计数 4 2 34 2 3 大循环洗衣大循环洗衣 排水到脱水水位时 I1 2 闭合 Q0 1 Q0 4 接通 开始脱水 脱水计数器开 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 22 始计时 10s 计时时间到 Q0 1 Q0 4 断开 停止排水和脱水 C53 C54 计数一次 同时洗衣返回 Q0 0 接通 重复从进水到脱水的全部动作 知道计数满 3 或 2 次时 停止洗衣 Q0 5 接通报警并自保 报警指示灯亮 T41 开始计时 T41 计时时间到 报警结束 整个洗衣过程结束 T41 常开触点闭合 准备下次启动 4 2 44 2 4 强制停止强制停止 运行中按停止按钮时 I0 1 常闭触点断开 则 M0 0 Q0 0 Q0 1 Q0 4 Q0 5 断开 停止进水 排水 脱水及报警 按排水按钮时 I0 5 常开触点闭合 Q0 1 接通并自保 进行手动排水 按手动脱水按钮 I0 6 闭合 Q0 1 Q0 4 接通脱水 T40 开始计时 T40 计时时间到 Q0 1 Q0 4 断开 脱水停止 Q0 5 接通报警 T41 开始计时 T41 计时时间到 Q0 5 断开报警结束 4 34 3 程序的流程图 构成和相关设置程序的流程图 构成和相关设置 4 3 14 3 1 流程图流程图 图 4 1 为正常全程序过程运行流程图 见附录 2 如图 4 2 即为强制停止流程图 如果中途有紧急情况下或不想利用全自动洗 衣功能时 可以直接按下停止按钮 此时可实现手动停止进水 排水 脱水及报 警功能 当感觉衣服已经干净时 而洗衣机还没有进入排水阶段 可按下停止按 钮使得自动洗衣功能停止 这时还可以按下手动排水 手动脱水按钮 实现手动 排水 手动脱水的功能 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 23 图 4 2 全自动洗衣机强制停止流程图 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 24 图 4 3 自动洗衣机简易流程图 图 4 3 为简易流程图 简易流程图与正常运行下在程序上有简易的特点 其 主要应用于夏季或者是较小的衣物的清洗 不必像正常运行下的情况下那么繁琐 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 25 用那么多的时间 程序构成 这个程序有自动方式和手动方式两种 在自动方式下 PLC 将运行已经设置好的程序和参数 手动方式是在紧急停止情况下 可以手动进行 排水和脱水 程序下载 安装和调试 将各个输入输出端子和实际控制系统中的按 钮 所需控制的设备正确连接 完成硬件的安装 全自动洗衣机程序由 STEP7 Micro Win32 软件的指令完成 正常工作时程序放在存储卡中 若要修改程序 先 将 PLC 设定在 STOP 状态下 运行 STEP7 Micro Win32 编程软件 打开全自动洗衣 机程序 即可在线调试 也可用编程器进行调试 4 3 24 3 2 系统流程系统流程概述概述 全自动洗衣机控制系统的详细工作过程如下 1 按下启动按钮 洗衣机电源导通 准备进入洗涤状态 2 用户设置水位高低 以及洗衣模式 常规模式或简易模式 3 洗衣机打开进水电磁阀 开始从外界输入水 4 水位探测器检测到水已经到位 开始洗涤 5 电机正转与反转按照设定的洗衣模式的切换时间的长度进行轮流工作 6 洗衣一直进行直到预定值 7 洗衣机打开排水离合器 开始排水 并且持续 20s 8 洗衣机关闭排水离合器 9 洗衣机控制脱水电磁阀离合器 进行脱水 10s 同时打开排水离合器使得脱水出 来的水可以及时排出洗衣机筒内 10 关闭脱水电磁阀 11 重复 3 至 8 步骤二次 简易程序重复一次 12 蜂鸣器发出响声 持续发声 3s 提醒用户洗衣完成 13 完成洗衣 4 44 4 梯形图梯形图 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 26 4 4 14 4 1 梯形图的特点梯形图的特点 梯形图是 PLC 模拟继电器控制系统的编程方法 它由触点 线圈或功能方框 等构成 梯形图左 右的垂直线称为左 右母线 画梯形图时 从左母线开始 经过触点和线圈 或功能方框 终止于右母线 在梯形图中 可以把左母线看作 是提供能量的母线 触点闭合可以使能量流过 直到下一个元件 触点断开将阻 止能量流过 这种能量流 我们称之为 能流 实际上 梯形图是 CPU 仿真继电 器控制电路图 使来自 电源 的 电流 通过一系列的逻辑控制条件 根据运 算结果决定逻辑输出的模拟过程 梯形图中的基本编程元素有触点 线圈和方框 触点 代表逻辑控制条件 触点闭合时表示能量可以流过 触点分常开触点 和常闭触点两种形式 线圈 通常代表逻辑 输出 的结果 能量流到 则该线圈被激励 方框 代表某种特定功能的指令 能量流通过方框时 则执行方框所代表的 功能 方框所代表的功能有很多种 例如 定时器 计数器 数据运算等 梯形图中 每个输出元素可以构成一个梯级 每个梯形图网络由一个或多个 梯级组成 4 4 24 4 2 梯形图绘制原则梯形图绘制原则 1 梯形图按自上而下 从左到右的顺序排列 每个继电器器线圈为一个逻 辑行 即一层阶梯 每一个逻辑行起于左母线 然后是触点的连接 最后终止于 继电器线圈或右母线 2 一般情况下 在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次 而继电器 触点可无限引用 有些 PLC 在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输 出 3 在每个逻辑行中 串联触点多的支路应放在上方 如果将串联触点多的 支路放下方 则语句增多 程序变长 4 在每个逻辑行中 并联触点多的支路应放在左边 如果将并联触点多的 支路放右边 则语句增多 程序变长 5 梯形图中 不允许一个触点上有双向 电流 通过 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 27 6 梯形图中 当多个逻辑行都具有相同条件时 为了节省语句数量 常将 这些逻辑行合并 当相同条件复杂时 这对储存容量小的 PLC 很有意义 7 设计梯形图时 输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状 态进行设计更为合适 因此 用输入设备的常开触点与 PLC 输入端连接 如果某 些信号只能用常闭触点输入 可以按输入设备全部常开来设计 然后将梯形图中 对应的输入继电器触点取反 4 4 34 4 3 系统梯形图系统梯形图 根据以上的梯形图的基础知识 注意事项 特点及上节中的控制状态流程图 现利用 STEP7 Micro WIN 编程软件做出全自动洗衣机控制系统梯形图 STEP7 Micro WIN 编程软件是专为西门子 S7 200 而设计的 在个人计算机的 WINDOWS 操作系统下运行 功能强大 使用方便 简单易学 其编写好的程序可通过专用 编程线缆下载的 PLC 中运行 也可以导出后在仿真软件中进行测试 根据以上的梯形图的基础知识 注意事项 特点及上节中的控制状态流程图 现利用 STEP7 Micro Win32 编程软件做出全自动洗衣机控制系统梯形图 见附录 辽宁石油化工大学继续教育学院辽宁石油化工大学继续教育学院 28 5 5 结束语结束语 通过本系统的设计 对全自动洗衣机的控制系统有了深入的理解 全自动洗 衣机控制系统利用了西门子 PLC 的特点 对按钮 电磁阀 开关等其他一些输入 输出点设备进行控制 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 充分表其实用性 通过这次设计 对自动控制原理及应用有了进一步认识 在一个多月的设计 过程中学到了许多东西 不仅仅是毕业设计中的 也学到了不少其它的东西 设 计中 我们遇到不懂或不明白的地方 除了查阅相关资料 袁老师也给了我们很 多的指导 总之 这次设