基于PLC的全自动工业洗衣机系统设计毕业设计说明书

1、扬州市职业大学汽车与电气工程系毕业设计说明书 （ 论文 ）作 者 :学 号：教研室:专 业 :电气自动化题 目 : 基于 PLC 的全自动工业洗衣机系统控制毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知， 除文中特别加 以标注和致谢的地方外， 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历 而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体， 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意 。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。日 期：日 期：作 者

2、签 名： 指导教师签名：使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论 文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下， 学校可以公布论文的部分 或全部内容 。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。作者签名： 日 期：随着社会经济的发展和科学技术水平的提高， 工业电器全自动化成为必然的 发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。 经过几年的平稳发展， 国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵

3、观洗衣机市场， 高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。 残骛楼諍锩瀨濟溆 塹籟。根据全自动洗衣机的工作原理 , 利用可编程控制器 PLC实现控制 , 说明了 PLC 控制的原理方法 ,特点及控制洗衣机的特色。 PLC 的优点是： 可靠性高，耗电少， 适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能， 避免传统控制的一些弊端，就提出了用 PLC 来控制全自动洗衣机这个课题。 全 自动洗衣机控制系统利用了西门子 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。 由于每遍的 洗涤,

4、 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。该论文就怎样利用 PLC来控制全自动洗衣机 进行了调查， 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和强制性停止功能。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。关键字： PLC、工业全自动洗衣机、节能目录第一章 项目概述 1 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.1 全自动工业洗衣机的介绍 1 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。第二章 性能指标 3 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。2.1 全自动工业洗衣机的主要性能

5、指标 3 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。第三章 设计方案 5 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。3.1 可编程控制器概述 5 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。3.1.1. 可编程控制器的主要特点 5 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。3.1.2. 可编程控制器主要用途 6 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。3.1.3 可编程控制器的组成 7 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.1.4 可编程控制器的工作原理 9 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.1.5 可编程控制器的选择 10 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.2 变频器概述 12 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3.2.1交流电动机转速控制 13 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。3.2.2异步电动机对供电装置的要求 14 買鲷鴯譖昙膚遙闫

6、撷凄。3.2.3变频器的控制方式及分类 15 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3.2.4 变频器的选择 15 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。第四章设计正文 18 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。4.1硬件设计 18 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。4.1.1元件选型 18 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。4.1.1.1输入元件 18 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。4.1.1.2输出元件 19 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。4.1.1.3电动机的选择 19 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。4.2硬件电路连接图 21 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。4.2.1.主电气原理图 21 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。4.2.2.控制电气原理图（PLC接线图） 22 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。4.3

7、 软件设计 22 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。4.3.1洗衣各过程参数设置 23 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。4.3.2各子程序介绍 24 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。第五章 总结 34 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。参考文献 35 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。第六章 致谢 36 谚辞調担鈧谄动禪泻類。专科毕业设计说明书（论文）第一章 项目概述1.1 全自动工业洗衣机的介绍节约成本，具有直接的经济意义。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。工业洗衣机主要用于宾馆、 酒店、学校宿舍等需要洗衣量大、 洗衣次数频繁 的地方，这就要求洗衣机的洗涤效果好、容量大、故障少、可靠性高、寿命长、 磨损小、噪声低、运行平稳，正是基于这些要求， 工业洗衣机才

8、首选滚筒式结构。 现代滚筒式洗衣机，一般采用不锈钢内、外筒密封设计，所以运行时噪声小；通 过内筒有规律的正、反滚动形成的水流冲击，使水、衣物相互摩擦，这样柔和的 洗涤衣物，使磨损大大降到，而且不会缠绕，可以减小衣物的报废率，对酒店等传统工业洗衣 机的程序控 制器与 水位、水温等控制是 分开的，目 前已淘 汰，随着计算机技术 的发展，单 片机与 PLC已成为洗衣机的 主流控制器。 单片机 就是在一片 半导体 硅片上集成 了微处 理器、存储器和各种 I/O 接口，这一块集成电路芯片具有一台微型计算机的属性。 它主要用于测控领域， 用以实现各种测试和控制功能。 单片机体积小， 集成度高， 性能稳定，

9、种类多，价格便宜，适合大规模生产，但是它只能在特定的环境中使 用，无法适应电磁干扰、粉尘恶劣的环境，另外寿命也不很高，这些特点满足家 用洗衣机（产量多、价格低）的要求，所以市场上家用洗衣机常使用单片机作控 制器。变频洗衣机产品具有节能、超低噪音、可变水流、高脱水转速等特点，最 大的特点就是噪音低， 而 PLC专为工业环境应用而设计， 它的稳定性高， 抗干扰 性强，寿命长，环境适应能力强，输入输出接口多，虽然其价格比单片机高，但 专科毕业设计说明书（论文） 适合工业洗衣机的需要， 再加上工业洗衣机利润高， 因此现代工业洗衣机普遍采 用 PLC控制。 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。工业洗衣机的洗涤工艺一般

10、由正反转洗涤、 排水和脱水等几部分组成， 整个 洗涤控制的关键是低速洗涤时有很平滑的力矩以及脱水时有很高的旋转速度。 洗 衣机的传动系统相当复杂， 在洗涤和脱水时电机转速相差很大， 一般为三相异步 电机采用离合器切换运转实现速度调节， 而且由于负载很大， 为了获得大的起动 转矩要采用串大电阻电机，减速时还另需制动装置，随着变频调速技术的发展， 这种系统已不合洗衣机的发展要求。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。本设计采用 Siemens S7-200 PLC 和 MM440型变频器作为工业洗衣机的控制 系统。可编程控制器的使用提高了系统的抗干扰能力， 保证了系统的稳定性； 变 频器的使用显著提高了工业洗衣

11、机的性能， 可用一台电动机从低速到高速大范围 调节，满足低速洗涤大转矩和高速脱水的要求， 且传动装置可做得很小， 控制性 能和操作性能大幅提高。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。专科毕业设计说明书（论文）第二章 性能指标2.1 全自动工业洗衣机的主要性能指标洗衣机要完成洗衣工作， 除了对一般洗衣过程的人工工作及效能进行模拟之 外，还要根据洗衣机的机械电子性质进行有关控制和检测。 首先要求能完成洗衣 功能；同时还要根据用户的不同需求， 设置几种不同的洗衣程序； 还要考虑洗涤 时间长短，决定洗涤的强弱情况。 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。（1）洗涤强度分类：可分为三种弱洗、标准、强洗。由于衣物有脏污程度之分， 对于

12、不同的衣物如果还是按同一种强度进行洗涤的话， 这样对不脏的衣物洗涤便 浪费电能和时间， 而对于太脏的衣物洗涤效果又不佳。 所以应就衣物脏污程度洗 涤不同的时间。为实现三种输入， 可选用一个单输入的选择开关对应三种强度洗 涤。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。（2）三种工作方式：全自动、单漂洗、单脱水、单排水。洗衣机主要用于全自 动洗衣，有时人们生活需要如对某些衣物只需脱水等， 所以考虑附加一些工作方 式。为实现这三种功能， 我们选用三个按钮， 当需要那种方式时便按相应按钮便 可。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。（3）织物类型选择功能：不同类型的衣物，所能承受的最高温度不一样，同时 脱水的转速也不一样，织物纤维分

13、为四种： 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。1）棉纤维 它由纤维素巨分子相互联接而成的束状物，并相互环绕成卷曲带状， 其本身有丰富的毛细管孔道， 所以它的吸水性很强， 并能在水中膨大， 对极性污 垢的吸附力较强， 对非极性污垢吸附力稍弱。 常在高温下对其洗涤， 并且脱水速 度高才能脱干。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。2）羊毛纤维 羊毛纤维是由羊毛蛋白质分子聚结而成， 其表面有一层鳞片紧密覆 盖，可防止污垢的侵入，故较易洗净。但如果鳞片被破坏时就易污染，这时就不 易洗净，温度高的话就易使其变形。 并且羊毛纤维吸水性很强， 分子之间的引力 了比棉纤维大，吸附油污比棉纤维多。羊毛纤维只能在低温下洗涤。 塤礙籟馐决穩賽

14、 釙冊庫。3）丝纤维 它也是一种蛋白质纤维，表面比较光滑，污垢附着较轻，易于湿润， 也易于洗涤。同时脱水也容易，因此常在低温下洗涤，低速下就能脱干。它与羊 毛纤维性质类似，可合为一类。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。专科毕业设计说明书（论文）4）化学纤维 它可分为人造纤维（棉纤维相似，但表面光滑，不易沾污，较易洗 净）和合成纤维（以石油化工产品为原料制成，疏水性高，所以洗后干燥极快， 其表面光滑，不易沾污）两种，此类衣物，常使用中等温度下洗涤，脱水也要较 高转速才能脱干。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。所以衣物大体可分为四种：纯棉类、化纤类、羊毛类、化学纤维类。洗涤时，先 对衣物做好分类， 这样采用不同的洗涤

15、温度和脱水速度进行针对性地对待， 才能 在不损伤衣物的情况下，清得更干净。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。（4）停止功能：在出现意外或需要停止时，可按停止按钮停止。用一个按钮输 入便可。（5）声光提示功能：对于洗衣的工作状态有指示灯提示。同时洗完后应有声音 提示。专科毕业设计说明书（论文）第三章 设计方案3.1 可编程控制 器概述可编程控制器简称 PLC （ Program Logic Control ）。国际电工委 员会（IEC） 颁布的对 PLC 的定义为：可编程控制 器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下的应用而设计。 它采用可 编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、

16、定时、计数和算术 运算等操作的指令， 并通过数字的、 模拟的输入和输出来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， 都应按易于与工业控制系统形成一个整 体，易于扩充其功能的原则设计。由此可知， PLC是专为“工业环境下应用而设 计”，“易于与工业系统联成一体” 。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。3.1.1. 可编程控制器的主要特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性往往是用户选择控制装置的首要 条件。继电器接触器系统中，由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧 等现象大大降低了系统的可靠性。 而在 PLC系统中，大量的开关动作是由无触点 的半导体电路来完成的， 加上 PLC充分

17、考虑了工业生产环境电磁、 粉尘、 温度等 各种干扰，在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，因而具有极高的可靠性。 据有关资料统计，目前各生产厂家生产的 PLC，其平均无故障时间都大大超过了 IEC 规定的 10万小时，有的甚至达到了几十万小时。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。（2）适应性强，应用灵活。由于 PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多 数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用， 以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。 重要的是，PLC系统接线很少， 其主要功能是通过程序实现的，在需要修改设备的控制功能时，只要修改程序，专科毕业设计说明书（论文）修改接线的工作

18、量很小。 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。（3）功能强，扩展能力强。 PLC 中含有数量巨大的供用户使用的编程软元 件，可轻松的实现大规模的控制。 PLC配合功能单元能方便地实现 A/D、D/A 转 换及 PID 运算，实现过程控制、数字控制等功能。 PLC具有通信联网功能，它不 仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多生产线。它不但 可以进行现场控制，还可以用于远程监控。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。（4）维修方便，简单，工作量少。 PLC 有完善的自诊断、履历情报存储及 监视功能。对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和 I/O 点状态均有显示。 工作人员通过这些信息可以查找故障原因，便于

19、迅速处理。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。（5）编程简单，易于使用。易于使用 PLC的编程可采用与继电器极为相似 的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。（6）体积小，能耗低，易于机电一体化。3.1.2. 可编程控制器主要用途（1）数字量逻辑控制：这是 PLC应用最广的领域，用以取代传统的继电器 控制。含触点的串、并联及组合逻辑或控制、定时、计数控制等。 PLC可应用于 单片机控制、多机群控、生产自动线控制。其应用领域已遍布各行各业，甚至深 入到家庭。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。（2）运动控制： PLC 使用专用运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位 置、速度和加速度运

20、行控制，可实现单轴、双轴、三轴和多轴控制。使运动控制 与逻辑控制结合起来，可编程运动控制可以用于各种机械，如机床、装配机械、 机器人、电梯等。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。（3）过程控制：通过模拟量 I/O 模块， PLC能控制大量的物理参数，如温 度、压力、速度和流量等。 PID 功能的提供使 PLC具有闭环控制能力，可用于过 程控制。使 PLC广泛地应用于塑料成型、加热炉、热处理设备、锅炉及轻化工、 冶金、电力等行业。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。（4）数据处理：现代可编程控制器具有数学运算、数据传送、转换、查表、 排序、位操作等工能， 可以完成数据的采集及处理。 运算数据可以与参考值比较 用于控制，

21、 也可以通过通信传送给其他智能装置， 或将数据打印制表。 数据处理 一般用于大型控制系统，如过程控制系统、无人柔性控制系统等。 鳃躋峽祷紉诵帮废 掃減。专科毕业设计说明书（论文）（5）通信联网：可编程控制器通信包括主机与远程 I/O 之间的通信、多台 可编程控制器之间的通信、 可编程控制器与其他智能控制设备， 如计算机、 变频 器、数控装置之间的通信， 这些设备由于网络组成集中管理分散控制的分布式控 制系统，极大地提高了控制的可靠性。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。3.1.3 可编程控制器的组成根据结构不同， PLC可分为整体式（单元式）和组合式（也称模块式） 两类：（1）整体式结构的 PLC将中央处

22、理单元（ CPU）、存储器、输入单元、输出 单元、电源、通信端口、 I/O 扩展端口等组装在一个箱体内构成主机，另外还有 独立的 I/O 扩展单元及扩展模块等与主机配合使用。 整体式 PLC结构紧凑、体积 小，小型机常采用这种结构，其组成示意图见图 11 所示。 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。用户输出设备电源输出单元中央处理单元（ CPU ）输出单元I/O 扩 展 口用户输出设备编程器 盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC可编程终端 PT图 3 1 整体式 PLC的组成示意图（2）组合式的 PLC是将 CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能 I/O 单元、通信单元等分别做成单个的电路或

23、模块， 各模块可以插在带有总线的底板 上。组合结构 PLC的特点是配置灵活，输入接点、输出结点的数量可灵活选择， 各种功能模块可以依需要配置，中、大型常用组合式结构。 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。可编程控制器主要组成部分介绍：（1）中央处理器（ CPU）CPU是 PLC的核心， 它按 PLC中系统程序赋予的功能指挥 PLC有条不紊地进外设接存储器系统程序存储器用户程序存储器I/O扩展单元特殊功能单元专科毕业设计说明书（论文）行工作。主要用途如下：1）接收从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储；2）用扫描方式接收输入设备的状态信号， 并存入相应的数据区 （输入映像寄 存器）；3）监测和诊断电源、

24、 PLC内部电路的工作状态和用户编程过程中的语法错误 等；4）执行用户程序。 从存储器逐条读取用户指令， 完成各种数据的运算、 传送 和存储等功能；5）根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出映像寄存器表的内 容，再经输出部件实现输出控制、 制表打印或数据通信等功能。 钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。（2）存储器PLC 使用的物理存储器有随机存储器（ RAM），只读存储器（ ROM）及可电擦 除可编程的只读存储器 （EEPROM或 EPRO）M等。从用途上分系统存储器和用户存 储器两部分，系统存储器用来存放由 PLC 生产厂家编写的系统程序，并固化在 ROM内，用户不能直接更改，它使 PLC具有基

25、本的智能，能够完成 PLC设计者规 定的各项工作。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据 区）两部分。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。（3）输入、输出接口输入输出接口是 PLC与外界连接的接口， 含开关量接口及模拟量接口。 开关 量输入接口用来连接钮、 选择开头、 行程开关等开关量输入信号； 模拟量输入接 口用来连接电位器、传感器等模拟输入信号。开关量输出接口用来连接接触器、 电磁阀及指示灯等执行器件； 模拟量输出接口连接使用模拟量控制的调节阀及调 速装置等。 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。常用开关量输入单元有直流输入单元与交流输入单元。 常用的开头量输出单 元有三种，可分为晶体管输出单元、

26、晶闸管输出单元、继电器输出单元。 呙铉們欤 谦鸪饺竞荡赚。1）晶体管输出单元： 输出器件为晶体管， 只能用于直流负载， 它最大的优点 是适应于高频运作， 响应时间短， 一般为 0.2ms 左右，但它只能带 DC5-30V的负 载。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。专科毕业设计说明书（论文）2）晶闸管输出单元：输出器件是晶闸管，带负载能力为 0.2A/ 点，只能带交 流负载，可适应高频动作，响应时间为 1ms。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。3）继电器输出单元：输出器件为继电器， 优点是不同公共点之间可带不同的 交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达 2A/ 点，其不适用于高频动作 的负载，这是其寿命决定的，

27、响应时间为 10ms其寿命一般在几十万至几百万次 之间。当系统输出频率为每分钟 6 次以下时，应首先选继电器输出。 納畴鳗吶鄖禎銣 腻鰲锬。（4）电源PLC使用 220V或 24V直流电源。内部开关电源为各部分电路提供 5V、12V、 24V 直流电源。其中 5V电源一般用于 CPU及扩展模块的工作电源。 風撵鲔貓铁频钙蓟 纠庙。小型 PLC一般都为输入输出电路和外部电子传感器提供 24V 直流电源，驱动 输出口的交直流电源一般由用户另行解决。 但是 PLC提供的电源的负载能力都是 有限的，在配置时不能超载工作，例如本门子 S7-200 系列 PLC的 CPU内部电源 24V DC输出最大电流

28、为 400mA，CPU及扩展模块所消耗的电流总和不能大于此值。 当传感器的电流较大时， 可以考虑使用外部 24V 电源，另外还要注意电源线的接 法，外部电源不应和内部电源线并联连接，以避免影响它们各自的输出。 灭嗳骇諗 鋅猎輛觏馊藹。3.1.4 可编程控制器的工作原理作为电器控制装置， 可编程控制器必须接入电路， 与主令器件、 传感器件及 执行器件共同构成系统才能承担控制任务。 应用程序是控制的核心， 它是输入输 出单元联系纽带。 PLC的运行过程，请见图 3 2 所示。 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。专科毕业设计说明书（论文）扫描周期出错处理输入采样阶段程序执行阶段输出刷新阶段图 3 2 PLC运行

29、框图上电处理是 PLC上电后对系统进行的一次初始化工作， 包括硬件初始化， I/O 模块配置检查，停电保持范围设定等。扫描阶段因执行系统和应用程序而得名， 在每次执行系统程序前先完成与其它外设的通信处理， 再次进行时钟、 特殊寄存 器更新，而执不执行应用程序还与 CPU的运行方式有关， 扫描阶段主要分三部分： 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。输入采样阶段： PLC扫描所有输入端子，并将各输入状态存入输入映像寄存 器中，此时刷新输入映像寄存器， 在本次扫描周期内， 不管输入信号如何变化它 的内容将不再改变，只有到下一个扫描周期时再更新。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。程序执行阶段： 根据指令一条一条扫描执行， 当

30、指令中涉及输入、 输出状态 时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”上一阶段采入的输入状态，从相关元件 映像寄存器“读入”这些元件的状态，然后进行相应的计算，结果再存入相应的 元件寄存器中。所以元件寄存器在程序执行过程中会不断的变化。 夹覡闾辁駁档驀迁 锬減。输出刷新阶段： 在所有指令执行完毕后， 将元件映像寄存器中所有输出元件 的状态转到输出锁存器中，并通过输出接口单元输出。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。3.1.5 可编程控制器的选择I/O 分配表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10专科毕业设计说明书（论文） 制要求，又可使系统总投资最低。 PLC的输入输

31、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。 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。表 3 3 PLC 地址分配表符号地址功能说明选择开关 SA1I0.0带冲洗功能选择选择开关 SA2I0.1带漂洗功能选择按钮 SB1I0.2启动洗衣机为全自动方式运行按钮 SB2I0.3启动洗衣机为单排水方式运行按钮 SB3I0.4启动洗衣机为单脱水方式运行位置开关 SQ1I0.5低水位检测输入位置开关 SQ2I0.6中水位检测输入位置开关 SQ3I0.7高

32、水位检测输入选择开关 SA3I1.0选择弱洗I1.1选择标准I1.2选择强洗选择开关 SA4I1.3选择纯棉类I1.4选择化纤类I1.5选择羊毛类按钮 SB4I2.0使系统停止的输入电磁阀 YV1Q0.0用于进水控制电磁阀 YV2Q0.1用于控制是否冲入预洗液电磁阀 YV3Q0.2用于控制是否冲入主洗液电磁阀 YV4Q0.3用于控制是否冲入漂白液电磁阀 YV5Q0.4用于排水控制指示灯 HL1Q0.5用于指示电源指示灯 HL2Q0.6表示洗衣机正处在全自动运行状态指示灯 HL3Q0.7表示洗衣机正处在单排水运行状态11专科毕业设计说明书（论文）指示灯 HL4Q1.0表示洗衣机正处在单脱水运行状

33、态扬声器 Y1Q1.1用于发出声音，提示洗完继电器 KM1Q2.0用于控制加热电源的开与断PLC 通讯口 1（地）接 MM440 变频器的 2（地）PLC 通讯口 3（A）接 MM440 变频器的 29（ P+）PLC 通讯口 8（B）接 MM440 变频器的 30 （P-）我们选用西门子公司 S7-200 系列 PLC中的 CPU224。它是一种整体式结构的 小型 PLC，有 14个数字输入接口， 10个输出接口， CPU226虽然在数字量输入输 出（24 入/16 出）上，不用扩展就能满足需求，但它比 CPU224要贵得多，所以 考虑到成本方面 PLC 选用 CPU224型，同时扩展一个数

34、字输入输出接口模块 EM223（4入/4 出） ；对于变送器送过来的标准传感器 420mA模拟信号，我们选用 EM231模拟量扩展模块 （4路模拟量输入口）。这样对于数字输入输出空余 3 入/3 出，模拟量输入空余 2 路，以作备用。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。PLC的输入接口有开关量接口及模拟量接口两类， 而常用开关量接口又有直 流输入单元与交流输入单元之分， 由于此次设计的都是 24V的直流开关信号， 所 以采用直流输入单元。 而开关量输出单元， 既有直流输出又有交流输出， 同时要 求输出量的变化不是很频繁，所以在此选用继电器输出电路。 騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。对于 SIEMENS S7-200

35、系列 PLC，用该公司专用的编程器 STEP 7-Micro/WIN V4.0 编写相应的程序。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。3.2 变频器概述12专科毕业设计说明书(论文)变频器是利用电力半导 体器件的通断作用将工频电 源变换为另一频率的电能控 制装置，能实现对交流异步电 机的软起动、变频调速、提 高运转精度、改变功率因数、 过流/过压/过载保护等功能。 通用变频器是将固定频率输 入的交流电源变换为可变频 率交流电输出的电力电子设 备。下面介绍变频器的控制方 式。 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。3.2.1 交流电动机转速控制从发电厂送出的交流电的频率是恒定不变的，在我国是50Hz。而交流电动机的同步转速：

36、N160f12-1)式中： N1为同步转速， r/min；f1为定子电流频率， Hz；P 为电动机的磁极 对数。异步电动机转速：N N1(1 S) 60f 1(1 S) p2-2)式中： S为异步电动机转差率， S (N1 N)N ，一般小于 3。 以上两式说明， 无论是同步电动机还是异步电动机， 转速都与送入电动机的 电流频率成正比例变化，即改变电源频率可以方便地改变电动机的运行速度。 榿 贰轲誊壟该槛鲻垲赛。13专科毕业设计说明书（论文）3.2.2 异步电动机对供电装置的要求三相异步电动机定子每相电动势的有效值为：E1 4.44 kr1f 1N1M（2-3）式中： E1为气隙磁通在定子每相

37、绕组中感应电动势的有效值， V；f1为定子 频率， Hz ；N1 为定子每相绕组串联匝数； kr1 为与绕组结构有关的常数； M 为 每极气隙磁通量， Wb。由式 2-3 可知，如果每相电动势的有效值 E1不变，改变 定子频率时就会出现以下两种情况： 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。（1）如果 f1 大于电动机的额定频率 f1N，气隙磁通就会小于定额气隙磁通量 MN，结果是尽管电动机的铁芯没有得到充分利用， 但在机械特性允许的条件下 长期使用，电动机不会损坏。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。（2）如果 f1 小于电动机的额定频率 f1N，那么气隙磁通就会大于额定气隙磁 通量 MN，会导致电动机的铁芯产生过饱和，

38、 从而导致过大的励磁电流， 严重时 会因绕组过热而损坏电动机。 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。因而在保障电动机不因电流加大而过载且充分利用电动机磁路的前提下， 变 频调速时， 电源的电压与频率最好同时变化， 有以下两种情况： 劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。（1）基频以下调速 要保持 M 不变，当频率 f1 从额定值 f1N向下调节时必 须同时降低 E1，使 E1f 常数，这就是采用电动势与频率之比恒定的方式。 臠龍 讹驄桠业變墊罗蘄。（2）基频以上调速 在基频以上调速时， 频率可以从 f1N往上增高， 但电压 V1却不能超过额定电压 V1N，最多只能保持 V1 V1N 。由式 2-3 可知，这将迫使 磁通随频

39、率的升高而降低，当于直流电动机弱磁升速的情况。 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。综上可知， 异步电动机可以有基频以上调速及基频以下两种调速方式。 基频 以上电压基本不变，弱磁而为恒功率调速。基频以下则需电压与频率同步变化， 磁通不变，为恒转矩负载特性。 由此可知， 变频调速的供电装置必须具有以上功 能才能满足电动机的要求， 这样的装置称为变压变频装置， 变压变频也是通用变 频器工作的基本模式。 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。14专科毕业设计说明书（论文）3.2.3 变频器的控制方式及分类如何实现变压变频， 输出平滑规则的正弦波形， 实现良好的驱动性能， 是变 频器的根本任务，变频器控制中出现了多种控制方式，现在

40、此做一简单介绍： 隶 誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。（1）U f C 控制 即电压与频率成比例变化控制。 其特点是控制电路结构 简单，成本较低、机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求。 浹 繢腻叢着駕骠構砀湊。（2）转差频率控制 从电动机转速角度看，这是一种以电动机的实际运行 速度加上该速度下电动机的转差率确定变频器输出频率的控制方式。 鈀燭罚櫝箋礱颼 畢韫粝。（3）矢量控制（ VC） 矢量控制将交流电动机的定子电流采用矢量分解的 方法，计算出定子电流的磁场分量及转矩分量， 并分别控制， 从而大大提高了变 频器对电动机转速及力矩控制的精度及性能。 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。（4）直接转矩控制（

41、DTC ） 转矩控制把转矩作为直接被控量，而不是通 过控制电流及磁链间接控制转矩。3.2.4 变频器的选择 由于洗衣机在洗涤时桶内有大量水，对电动机在低速时输出转矩要求较高。 对于这一点可选用与西门子 PLC 相配套的变频器 MM440 ，它是一种矢量型通用 变频器，具有良好的低速高转矩输出及良好的动态性能。 MM440 变频器的输出 频率控制有以下四种方式： 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。（1）基本操作面板（ BOP）操作方式这是通过操作面板上的按扭手动调节输出频率的操作方式， 这种方式在此不 适合自动调节。（2）外输入端子数字量频率选择操作方式 变频器通常设有多段固定频率选择操作功能。各固定频率值

42、通过功能码设 定，频率段的选择通过外部端子选择。由于这种方式所能实现的频率个数有限， 所以不采用这种方式。 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。3）外输入端子模拟量频率选择操作方式15专科毕业设计说明书（论文）MM440 设有模拟量输入端子，当接在这些端子上的电流或电压量在一定的 范围内平滑变化时， 变频器的输出频率在一定的范围内平常变化。 这类方式可由 PLC 扩展一个模拟量输出模块， 输了模拟量来控制变频器， 这种方法缺点是要扩 展一个模块，从而增加了成本。 薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。（4）通信数字量操作方式为了方便与网络接口， 变频器一般都设有网络接口， 都可以通过通信方式接 收频率控制指令，西门子公司设

43、计了与 PLC 专用的通信协议通用的串行口 协议（ USS），它是按照串行总线的主 -从通讯原理来确定访问的方法。总线上可 以连接一个主站和最多 31 个从站。主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传 输数据的从站。 在主站没有要求它进行通讯时， 从站本身不能首先发送数据， 各 个从站之间也不能直接进行信息的传输。 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。这种方法可以通过指令设置想要的频率输出，只需用一根通信线把 PLC 与 变频器连接起来便可。所以比较四种方式，选用通信数字量操作方式最好。 绅薮 疮颧訝标販繯轅赛。S7-200系列 PLC安装的是标准的 9针“D 型”插头/座，为了解方便设备的 连接，西门子公司

44、提供了专用的网络连接器，用于连接RS485 接口设备。而变频器 MM440 有相应的 RS485 通信端口，所以只需用相应电缆将 CPU224 与 MM440 的端子 1与2、3与29、8与 30相连就能实现硬件上的通信。 饪箩狞屬诺釙 诬苧径凛。变频器 MM440 要实现 USS 通信还得对其相关参数设置事先置，请使用变 频器自带小键盘设定表 3 1 中相关的参数。 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。表 3 1 变频器参数设定参数号设定值功能说明P00033专家模式，使能读 /写所有参数P000420通迅P01000输入交流电率（ 50Hz ）P03001电动机类型（异步电动机）P0304380电动机额

45、定电压设定P030515.4电动机额定电流设定16专科毕业设计说明书（论文）P03077.5电动机额定功率设定P03080.85电动机额定功率因素设定P030987%电动机效率设定P031050电动机额定频率设定P03111440电动机额定转速设定P07005USS 对变频器进行控制P10005USS 通迅发送频率设定值P13000线性 v/f 控制方式P20106变频器 USS 波特率设为 9600P20110变频器从站 USS 节点地址（ 030 ）17专科毕业设计说明书（论文）第四章 设计正文4.1 硬件设计为了实现各种控制功能， 在此对 PLC、变频器等器件进行选型和电路连接， 在硬件

46、上实现控制功能要求。4.1.1 元件选型根据控制要求确定， 相应的输入与输出， 主要选择 PLC、变频器和电动机的 型号。4.1.1.1 输入元件由控制要求我们可以选择 4 个按钮（SB）作为程序选择和暂停， 选用三个位置 开关（ SQ）作为高、中、低水位的输入，选用二个 3 输入的选择开关 （SA）用于 选择所洗衣物的类型、洗涤强度。 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。（1）按扭（ SB） 按钮是一种结构简单的手动主令电器，当按钮被按下时， 先断开常闭触点， 然后才接通常开触点。 按钮释放后， 在复位弹簧作用下使触点 复位。在没有按动按钮时， 接在常开触头接线柱上的线路是断开的， 常闭触点接 线柱的线路

47、是接通的； 当按下按钮时， 两种触点状态改变， 同时也使与之相连的 电路状态改变。 基于按钮的这种不按常开触点不通， 按下导通后一旦放手又还原 为不导通，这种优点正适合用来做选择全自动、单排水、单脱水、停止这四种功 能的输入主令电器。 撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。（2）位置开关（ SQ） 滚筒式洗衣机一般使用水位控制器来检测水位。水 位控制器由动静触点、 橡胶气模片和气室等组成， 它安装在洗衣机的上部， 通过 一根密封的导管与洗衣机的外桶（盛水桶）底部的贮气室相连，形成气路。当水 注入外桶时， 贮气室被封闭， 随着水位的升高， 密闭室内的空气气压随水压成正 比例增大，密闭室内的空气压力也随之增大，

48、到一定水位后， 空气压力使橡胶气 模片发生形变而推动电触点状态发生转换， 使常闭触点断开， 常开触点接通， 从 而使洗衣机检测到相应的水位。由于有三种水位（高、中、低） ，所以要采用三 个水位控制器。我们选用 3 个位置开关表示水位控制器的动静触点。 踪飯梦掺钓貞绫 賁发蘄。（3）选择开关 （SA） 开关是一种有别于按钮的主令电器， 开关有很多种，最简单开关只表示两种状态开与关， 按下后常开触点闭合， 电路接通， 放手18 专科毕业设计说明书（论文） 后，开关不会像按钮那样自动复位， 仍保持开的状态。 对于带冲洗与带漂洗这两 种功能的输入控制可以选用开关来做主令器件。 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。对

49、于电路中， 希望选择性的导通其中一路， 那么可以使用选择开关。 对于洗涤强 度、衣物分类这两种功能的实现，可以选择两个三选一的选择开关，作为输入。 譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。4.1.1.2 输出元件（1）继电器（ KM ）。电磁式继电器是用来接通与分断负荷电流的电磁式电 器，用于控制加热电源的开与断。它主要由线圈、铁芯、衔铁、动静触点、弹簧 等组成。当线圈通电时，由电磁感应原理可知，线圈引衔铁带动触点动作，使常 闭触点断开，常开触点闭合； 当线圈失电时， 衔铁在弹簧的复位用力下迅速使常 开触点断开，常闭触点接通。 俦聹执償閏号燴鈿膽賾。（2）电磁阀（ YV ） 电磁阀的工作原理与继电器差不多，只是

50、它可能使相 应的阀门打开和关闭。 进水与出水都可以使用电磁阀来实现， 洗涤液也是通过电 磁阀来打开阀门，用水将其冲入洗衣机的。在这里主要作用：用于进水控制、用 于控制是否冲入预洗液、 用于控制是否冲入主洗液、 用于控制是否冲入漂白液的 控制。 缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。（3）指示灯（ HL ） 用来指示洗衣机的工作状态。选用 4 个指示灯分别用 作电源指示（表示洗衣机电源已接通，等待选择以全自动、单排水、单脱水三者 中的那种工作方式运行） 、全自动运行指示、单排水指示、单脱水指示。对于洗 衣机的运行指示选用 24V 的指示灯便可。 骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。（4）扬声器（ Y ） 用于发出声音，提示洗

51、完。声音提示选用一个 24V 供 电的扬声器。4.1.1.3 电动机的选择这里设计的工业洗衣机容量为 300 公斤，对此选用 Y132M-4 型异步电动机 （图 4-1），相关参数为：额定功率为 7.5kW、额定电压为 380V、额定电流为 15.4A、 额定转速为 1440rpm（r/min ）功率因素为 0.85、效率为 87%。癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。 由于洗衣机容量为 300kg，其负载转矩理论上为：11TL Fr mgD 300kg 9.8N / kg 2m 1470N m44式中： TL为负载转矩， Nm；F 为力，N；r 为圆心到力的有效距离， m；，D 为19专科毕业设计说明书（

52、论文）圆柱的直径， 设为两米，由于圆柱类物体其重力在数学微积分算得在其半径的一1半处，所以 r D，g 9.8N / kg ，为重力加速度 。 鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。4而电动机的输出转矩为：PNTN 9550 1790.6 N mnN 输出转矩比负载转矩大，所示能带动，同时有一定的余量，是考虑到传动装置、 摩擦等因素要有一定的阻转矩。异步电动机转速与变频器频率关系计算：同步转速：转差率：60f 1 60 50 N11500r / minP2N1 N N1 NN 1500 1400S 0.04N1N1 1500转速与频率关系：N N1(1 S) 60f1(1 S) 0.9996 60 f1 29

53、 .988 f 1 p2所以，转速 N 与频率 f1；对应关系请见表 3 1 所示：表 3 1 转速 N 与频率 f1 对应表异步电动机的 转速（ r/min ）40706008001200异步电动机的 转速（ r/min ）1.332.3320.0026.6840.0220专科毕业设计说明书（论文）图 4-14.2 硬件电路连接图4.2.1. 主电气原理图三相异步电动机由变频器提拱可变频率的交流电， 以实现不同的转速， 而变 频器由电网三相交流电供电。 加热管中的电阻丝用 KM1 控制其是否加热，而 KM1 又由 PLC 控制其线圈通电。由 220V 交流电供电。主电路电气原理图请见图 4

54、2 所示。 榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。FUL1KM1加热电阻丝图 4 2 主电气原理图21专科毕业设计说明书（论文）4.2.2. 控制电气原理图（ PLC接线图）数字输入供电由 24V 直流电源，输出除了继电器 KM1 由 220V 电网供电外， 其余也均用 24V 直流电供电。 CPU224 可以直接安装在板上， 也可以安装在 DIN导轨上，利用总线连接电缆，将 CPU 与扩展模块 EM223、EM231 连接起来。如图 4 3 所示。 逊输吴贝义鲽國鳩犹騸。冲漂图 4 3 控制电路电气原理图 CPU224 AC/DC/Relay 接线图 “CPU224 AC/DC/Relay”中，AC 表示

55、CPU电源为 220V交流电源， DC 表示输 入口的电源类型为直流， Relay 表示输出口器件的类型为继电器输出电路 。 幘觇匮 骇儺红卤齡镰瀉。4.3 软件设计在硬件电路上如何实现相应的功能， 这就是软件的任务。 软件设计就是对控 制器 PLC编写相应的程序。 通过这些程序控制 PLC的输出，使相应的执行元件如 电磁阀、电动机进行相应的动作。 下面通过对洗衣过程各种参数设置， 然后用顺 序功能图来表明软件设计流程， 最后用部分梯形图实现 PLC对变频器 MM440的程 序控制。 誦终决懷区馱倆侧澩赜。22专科毕业设计说明书（论文）4.3.1 洗衣各过程参数设置洗衣机洗净衣物的过程实质上是在化学力和机械力的共同作用下， 将衣物上 的污垢从衣物表面及纤维孔隙中拉挤出来的过程。 在这一过程中， 通过水、 洗涤 剂和机械力三者结合温度的作用， 降低、削弱和破坏了污垢与织物间的所形成表 面附着、机械附着、分子间引力结合和化学结合，使污垢脱离衣物，达到洗净的 目的。因此，把机械力、洗涤液（水与洗涤剂） 、温度看作洗涤过程的三要素。 其中洗涤剂具有活化作用， 而一定温度的水起吸收污垢的媒介作用， 机械力起揉 搓作用。只有将机械力、洗涤液、温度三者合理配置，洗衣机才能实现最快又最 有效的洗净