工業(yè)洗衣機(jī)上的PLC控制系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文

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1、河南科技學(xué)院新科學(xué)院 本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 題目：工業(yè)洗衣機(jī)上的PLC控制系統(tǒng)的研究 所在院系： 電氣工程系 學(xué)生姓名： 所在專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 2013年4月 工業(yè)洗衣機(jī)上PLC控制系統(tǒng)的研究 摘要 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制技術(shù)的不斷更新。本篇論文描述了在工廠，酒店，賓館這種需要大

2、量洗衣、洗衣次數(shù)頻繁的特殊場(chǎng)合中，將松下系列PLC作為主控制器作用于工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中，來(lái)解決生活中繁重的洗滌任務(wù)。在工業(yè)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇松下系列PLC作為微電腦程序控制，同時(shí)利用變頻器來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向及轉(zhuǎn)速，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)工業(yè)洗衣機(jī)進(jìn)行模擬監(jiān)控的控制系統(tǒng)總體控制，設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，實(shí)現(xiàn)洗滌、漂洗、脫水過(guò)程。 根據(jù)工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制要求和特點(diǎn)，為使洗衣機(jī)操作的整個(gè)流程更直接明白化，本論文就利用通過(guò)PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)的正常運(yùn)行和強(qiáng)制性停止功能。 關(guān)鍵詞：松下PLC ， 工業(yè)洗衣機(jī) ， 控制系統(tǒng)

3、 Abstract In recent years ,with the rapid development of science and technology, SCM、To the application of PLC constant depth，at the same time it can improve the development of traditional control technique. this article mainly introduced in this factory，h

4、otel and tavern in special occasions, need a lot of washing, washing frequent, where there are many. Panasonic PLC for the main controller role in industrial washing machine control system, to solve life heavy washing task. In the industrial washing machine design process, the choice of Panasonic PL

5、C program control as microcomputer, at the same time use frequency converter to change direction and speed of the motor running, the overall control system and simulation control of industrial washing machine using computer, design of the system structure diagram, program instructions, ladder diagra

6、m as well as input and output terminal assignment, the realization of washing, rinsing, dehydration process. According to the characteristics and requirements of the overall control system of industrial washing machine, washing machine to make the whole process more directly understand the operati

7、on, this paper uses PLC control through full automatic washing machine, to achieve the normal operation and mandatory automatic washing machine stop function. Keywords: PLC , Industrial washing machine control system , PLC program design  引言 從古到今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，在洗衣機(jī)出現(xiàn)以前，這項(xiàng)勞動(dòng)并不像田園詩(shī)描繪的那樣充滿

8、樂(lè)趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是辛苦勞累。 1874年，“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)——美國(guó)人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。1880年，美國(guó)又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機(jī)，蒸汽動(dòng)力開(kāi)始取代人力。之后，水力洗衣機(jī)，內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。1911年，美國(guó)試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)端。1922年，電動(dòng)洗衣機(jī)迎來(lái)一種嶄新的洗衣方式——攪拌式。攪拌式洗衣機(jī)由美國(guó)瑪依塔格公司研制成功。70年代后期，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。90年代，由于電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變

9、換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。 全自動(dòng)洗衣機(jī)其特點(diǎn)是能自動(dòng)完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過(guò)程不需要人工操作。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作，整個(gè)洗衣過(guò)程自動(dòng)完成。所用的程序控制器可分為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式和單片機(jī)式。從控制方式的發(fā)展階段上分：全自動(dòng)洗衣機(jī)可分為兩大類：第一類電動(dòng)控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由電動(dòng)元件組成。第二類是電腦控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由微型計(jì)算機(jī)組成。電動(dòng)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)是較早出現(xiàn)的自動(dòng)控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，是自動(dòng)控制的初級(jí)階段。隨著計(jì)算機(jī)的及微電子技術(shù)的發(fā)

10、展，自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。因此，電動(dòng)控制洗衣機(jī)將逐步退出家電舞臺(tái)。 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng), 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器, 用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令, 并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出, 控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程. 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備, 都應(yīng)按易于與各種控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 1 PLC在工業(yè)洗衣機(jī)中的應(yīng)用 1.1 研究PLC工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的目的和意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平得高，工業(yè)全自動(dòng)化成為必然的發(fā)展趨勢(shì)

11、，工業(yè)全自動(dòng)化洗衣機(jī)的產(chǎn)生極大的方便了企業(yè)的生產(chǎn)，縱觀洗衣機(jī)市場(chǎng)，高效節(jié)能、省水、省電、環(huán)保型洗衣機(jī)一直在市場(chǎng)上占據(jù)著主導(dǎo)地位。國(guó)產(chǎn)的洗衣機(jī)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，無(wú)論在質(zhì)量上還是功能上都有著先進(jìn)的技術(shù)，但是，和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是存在一些差距。 本文主要研究基于PLC工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以工業(yè)洗衣機(jī)為載體將PLC控制更好的運(yùn)用于實(shí)踐中，使理論與實(shí)踐相結(jié)合，能夠讓我們更好地學(xué)到更多的知識(shí)，發(fā)展自己。 利用PLC的操作簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)、輸入輸出接口多、運(yùn)行速度快、穩(wěn)定可靠、維護(hù)與維修方便,使洗衣機(jī)更趨于經(jīng)濟(jì)的需求和社會(huì)的發(fā)展。此外，投入PLC控制的洗衣機(jī)可靠性高、耗電少、壽命長(zhǎng)、環(huán)境適

12、應(yīng)能力強(qiáng)，適合工業(yè)洗機(jī)的發(fā)展需要，而且工業(yè)洗衣機(jī)利潤(rùn)又高，使PLC的洗衣機(jī)得到更好的發(fā)展，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 1.2 PLC工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 與傳統(tǒng)洗衣機(jī)相比，PLC工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出體現(xiàn)在有以下幾個(gè)方面： （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。

13、(3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。 （4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。 （5）體積小，重量輕，能耗低。 以超小型PLC為例，該品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 1.3 設(shè)計(jì)原則 PLC控

14、制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好的實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則： （1） 根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)出來(lái)的控制系統(tǒng)能最大限度滿足控制求。 （2） 在滿足控制要求的前題下，盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費(fèi)用。 （3） 考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到PLC的可擴(kuò)展性。 2 工業(yè)洗衣機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) 2.1 工業(yè)洗衣機(jī)的工作原理 目前工業(yè)洗衣機(jī)多由內(nèi)筒、外筒、多速電機(jī)、支撐裝置、傳動(dòng)裝置、控制電路組成，電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力傳送到內(nèi)筒或外筒，采用繼電器控制方式事先電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，定時(shí)裝置為傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量大

15、、噪音大、電氣控制方式落后，故障率高、可靠性低。改進(jìn)后的工業(yè)洗衣機(jī)，只需一臺(tái)三相鼠籠式異步電機(jī)，控制系統(tǒng)以PLC為核心，利用變頻器，傳感器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)化控制，使工業(yè)洗衣機(jī)的性能得到很大的改善，系統(tǒng)主要有可編程控制器、水位、溫度檢測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、電機(jī)等組成。 PLC在系統(tǒng)中是處于中心位置，洗衣機(jī)的進(jìn)水，洗衣，排水，脫水是通過(guò)水位開(kāi)關(guān)，作為PLC的輸入信號(hào)控制開(kāi)關(guān)，PLC的輸出信號(hào)決定電磁進(jìn)水閥和電磁排水閥工作狀態(tài)以及電機(jī)工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。水位開(kāi)關(guān)用來(lái)控制進(jìn)水到洗衣機(jī)內(nèi)高中低水位，電磁進(jìn)水閥起著通斷水源的作用。進(jìn)水時(shí)，電磁進(jìn)水閥打開(kāi)，將水注入，排水

16、時(shí)，電磁排水閥打開(kāi)，將水排出，洗衣時(shí)，洗滌電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，脫水時(shí)，脫水桶啟動(dòng)。原理圖如下圖2.1所示。 P L C 水位傳感器 水溫傳感器 報(bào)警系統(tǒng) 變頻器 進(jìn)水系統(tǒng) 排水系統(tǒng) 電機(jī) 圖2.1 工業(yè)洗衣機(jī)原理圖 2.2 工業(yè)洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu) 在設(shè)計(jì)這一款多功能型全自動(dòng)洗衣機(jī)之前，考慮了好多問(wèn)題，比如說(shuō)洗衣機(jī)在可靠性、安全性、開(kāi)發(fā)推廣價(jià)值等方面的具體實(shí)際問(wèn)題。整合了方方面面，認(rèn)為為工廠大型洗衣房設(shè)計(jì)的這款商業(yè)機(jī)型，進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，能夠提高實(shí)際生產(chǎn)效率

17、和完成衛(wèi)生高效的洗滌質(zhì)量。 設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)中，通過(guò)比較攪拌式、滾筒式還有波輪式洗衣機(jī)，在大型洗衣量方面我選擇了波輪式洗衣機(jī)。因?yàn)?，滾筒洗衣機(jī)雖然具有洗滌均勻性好，衣物磨損小，自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可是洗凈率方面卻很不夠理想；攪拌式洗衣機(jī)洗凈度較高，但洗滌時(shí)衣服全部浸泡在洗滌液中，洗衣量比波輪式洗衣機(jī)多。所以，我選擇了波輪式洗衣機(jī)在大型場(chǎng)合的應(yīng)用。 在采用控制技術(shù)上選擇PLC作為控制器，來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，在這里主要為了其產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能齊全、外圍電路簡(jiǎn)單、維護(hù)容易方便，容易繼續(xù)寫(xiě)入編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)更新升級(jí)等。 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，在應(yīng)用中保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠，適應(yīng)企

18、業(yè)發(fā)展的需要，為需要強(qiáng)洗滌工作量的企業(yè)提供了極大便利。為此設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)框架結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2.2所示 水排盡傳感器 出水口 低水位選擇開(kāi)關(guān) 中水位選擇開(kāi)關(guān) 高水位選擇開(kāi)關(guān) 進(jìn)水口 M 圖2.2 工業(yè)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)圖 該洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水系統(tǒng)分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來(lái)執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開(kāi)，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。洗滌之前，按照所選水位的高、中、低事前選擇好，然后就可以開(kāi)始工作。 3 工業(yè)洗衣機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在洗衣機(jī)的系統(tǒng)控制器方面，由于以前老式工業(yè)洗衣機(jī)采用的是繼電順序控制，這種方

19、式不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定而且維修率較高，耗時(shí)費(fèi)工，由此在考慮現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上洗滌衣物的工作量之大，選擇穩(wěn)定可靠?jī)r(jià)格合理的PLC作為洗衣機(jī)的控制器。現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展起來(lái)的以微處理器為核心的通用自動(dòng)控制裝置，與之前半自動(dòng)洗衣機(jī)比較起來(lái)，PLC系統(tǒng)配置既固定又靈活，更高的性能，安全性也比之前半自動(dòng)洗衣機(jī)更好。 3.1 變頻器與PLC的控制電路 3.1.1 變頻器調(diào)速原理 通常把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電。然后再把直流電變換為三相或單相交流電，我們把實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻

20、器”。 變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。本文就是通過(guò)控制變頻器來(lái)改變電機(jī)的運(yùn)行方向和轉(zhuǎn)速，改變電機(jī)的運(yùn)行方向用以實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)的洗滌，而改變電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速是用以實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗滌強(qiáng)度，即來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)洗衣機(jī)洗滌的兩種不同的功能：高速?gòu)?qiáng)效洗滌、中速普通洗滌。 在以往老式的洗衣機(jī)調(diào)速中多采用交流調(diào)速中的串接電阻調(diào)速?，F(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展方向在調(diào)速中直接利用交流電在變頻器的變頻下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的調(diào)速，可以說(shuō)它將逐漸取代了過(guò)去老式的串阻調(diào)速，變極調(diào)速，直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于多領(lǐng)域。 通過(guò)了解，在工業(yè)洗衣機(jī)的調(diào)速方面，我們選

21、擇使用變頻器作為理想的調(diào)速方式。它是把工頻電源(我國(guó)50Hz)變換成需要頻率的交流電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)極變速運(yùn)行，洗衣機(jī)的控制電路完成對(duì)交流電機(jī)主電路的控制。 洗衣機(jī)的動(dòng)力源選擇適用于變頻器的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，它具有比較理想的調(diào)速方法，其調(diào)速性能最好、效率最高。我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： n＝60 f(1－s)/p =（1-S）n1 n——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； p——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)； n1——同步轉(zhuǎn)速 f——異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率； s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 由式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1,從而改變其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n,即可改變電動(dòng)

22、機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。本文主要采用三菱E540變頻。 器3.1.2 變頻器與PLC的鏈接 變頻器與PLC之間正確的連接對(duì)系統(tǒng)的控制也很重要，下圖3.2.2為該工業(yè)洗衣機(jī)變頻器與PLC之間的接線圖。 PLC Y6 Y7 Y8 Y9 com STF STR RH RM SD 變 器 頻 圖3.1.2 變頻器與PLC接線圖 分析圖3.2.2的工作過(guò)程,當(dāng)PLC的輸出端Y6有信號(hào)輸

23、出時(shí)，則變頻器STF端接受到信號(hào)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)PLC的輸出端Y7有信號(hào)輸出時(shí)，則變頻器STR端接受到信號(hào)控制電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)PLC的輸出端Y8有信號(hào)輸出時(shí)，則變頻器RH端接受到信號(hào)控制電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的強(qiáng)洗滌功能；當(dāng)PLC的輸出端Y9有信號(hào)輸出時(shí)，則變頻器RM端接受到信號(hào)控制電機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的普洗滌功能。 3.2 PLC外圍電路控制 3.2.1 I/O地址分配 合理的選擇I/O點(diǎn)數(shù)也是PLC的重要指標(biāo)之一。I/O的選擇既要滿足系統(tǒng)的控制要求，又要在合理范圍降低投資成本。PLC的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象所需控制的模擬量、開(kāi)關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來(lái)確定，一般一個(gè)輸

24、入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)。考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上再加上20%—30%的備用量。[該系統(tǒng)有13個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)8個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)。 根據(jù)上述分析，本設(shè)計(jì)共有6輸入信號(hào)和10輸信號(hào)。列出工業(yè)洗衣機(jī)的I/O分配表，見(jiàn)表1。 表1 PLC控制系統(tǒng)I/O分配 輸入點(diǎn) 功能 代碼 輸出點(diǎn) 功能 代碼 X0 啟動(dòng) SB1 Y0 進(jìn)水閥 YV1 X1 普洗 SB2 Y1 排水閥 YV2 X2 強(qiáng)洗 SB3 Y2 脫水 YV3 X3 高水位開(kāi)關(guān) SA Y3 普洗指示燈 HL1

25、 X4 低水位開(kāi)關(guān) SQ1 Y4 強(qiáng)洗指示燈 HL2 X5 中途揭蓋 SB4 Y5 報(bào)警 L Y6 正轉(zhuǎn)控制 STF Y7 反轉(zhuǎn)控制 STR Y8 高速 RH Y9 中速 RM 3.2.2 PLC外部接線圖 由工業(yè)洗衣機(jī)的控制要求，對(duì)該控制系統(tǒng)I/O的選擇，現(xiàn)在根 據(jù)I/O地址分配表設(shè)計(jì)外圍接線圖，如下圖3.1.2所示。 X1 X2 X3 X4 X5 X0 com Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 c

26、om1 com2 com3 Y9 SB1 SB3 SB2 SB4 SA SQ1 com4 變 頻 期 RM RH STR STF SD 電源 YV1 YV2 YV3 HL1 HL2 L 圖 3.1.2 PLC的外部接線 如圖3當(dāng)該P(yáng)LC投入運(yùn)行時(shí)，首先選擇洗滌方式，然后根據(jù)實(shí)際需要選擇水位，即按下水位選擇開(kāi)關(guān)任意一個(gè)，這時(shí)再按下啟動(dòng)按鈕SB1，此時(shí)進(jìn)水電磁閥YV1通電并打開(kāi)開(kāi)始進(jìn)水。當(dāng)水位上升到與選擇的水位相一致

27、時(shí)，則進(jìn)水電磁閥YV1失電斷開(kāi)停止進(jìn)水。當(dāng)PLC輸出端Y6有信號(hào)輸出時(shí)，則變頻器控制洗衣機(jī)進(jìn)行正向洗滌；當(dāng)PLC輸出端Y7有信號(hào)輸出時(shí)，則變頻器控制洗衣機(jī)進(jìn)行反向洗滌；當(dāng)PLC輸出端Y1有信號(hào)輸出時(shí)，洗衣機(jī)進(jìn)行排水；當(dāng)PLC輸出端Y2有信號(hào)輸出時(shí)，洗衣機(jī)進(jìn)行脫水；當(dāng)PLC輸出端Y5有信號(hào)輸出時(shí)，則表示洗衣完成報(bào)警提醒。 3.3 變頻器與電機(jī)的結(jié)合應(yīng)用 本系統(tǒng)的變頻器和電機(jī)組成的硬件連接圖如下圖3.3所示， R S T 變 頻 器 U V W M FU1 U1 W V N QF1 KM QF2 D

28、C24V 圖3.3 工業(yè)洗衣機(jī)主電機(jī)控制電路圖 此外，在使用變頻器時(shí)，也要注意以下幾點(diǎn)方面： (1）禁將變頻器的輸出端子U、V、W連接到AC電源上。 (2）變頻器要正確接地，接地電阻小于10Ω；避免變頻器安裝在產(chǎn)生水滴飛濺的場(chǎng)合。 (3）變頻器斷開(kāi)電源后，待幾分鐘后方可維護(hù)操作，直流母線電壓應(yīng)在25V以下。 (4)主回路端子與導(dǎo)線必須牢固連接；變頻器與電機(jī)之間連線過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)加輸出電抗器。 (5)變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)長(zhǎng)期低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，建議選用變頻電機(jī)。 (6)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)期超過(guò)50HZ運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證電機(jī)軸承等機(jī)械裝置在使用的速度范圍內(nèi)，注意電機(jī)和設(shè)備的震動(dòng)、

29、噪音。 (7)變頻器驅(qū)動(dòng)減速箱、齒輪等需要潤(rùn)滑機(jī)械裝置，在長(zhǎng)期低速運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意潤(rùn)滑效果。 (8)變頻器在一確定頻率工作時(shí)，如遇到負(fù)載裝置的機(jī)械共振點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置跳躍頻率避開(kāi)共振點(diǎn)。 (9)嚴(yán)禁在變頻器的輸入側(cè)使用接觸器等開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行頻繁啟停操作。 (10)對(duì)電機(jī)絕緣檢測(cè)時(shí)必須將變頻器與電機(jī)連線斷開(kāi)。 (11)在變頻器的輸出側(cè)，嚴(yán)禁連接功率因數(shù)補(bǔ)償器、電容、 防雷壓敏電阻；變頻器的輸出側(cè)嚴(yán)禁安裝接觸器、開(kāi)關(guān)器件；變頻器輸入側(cè)與電源之間應(yīng)安裝空氣開(kāi)關(guān)和熔斷器。 (12)控制線應(yīng)與主回路動(dòng)力線分開(kāi)，控制線采用屏蔽電纜。 由上述內(nèi)容組成了工業(yè)洗衣機(jī)的硬件接線圖。 4 工業(yè)洗衣機(jī)的軟件系統(tǒng)

30、 4.1 工業(yè)洗衣機(jī)控制要求及整機(jī)流程 洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水—洗衣—排水—脫水四個(gè)過(guò)程組成，執(zhí)行洗滌（1次）—漂洗（2次）—報(bào)警為一周期，全自動(dòng)一次運(yùn)行，直至洗衣結(jié)束,本洗衣機(jī)，在設(shè)計(jì)上具有普通洗和強(qiáng)效洗的多功能型。考慮工廠等場(chǎng)合衣物具有油污的特點(diǎn)，在洗滌方面需要具有一定的水溫才可以達(dá)到充分去污的特效，所以本洗衣機(jī)帶有水溫加熱功能。 系統(tǒng)的基本任務(wù)及要求：按下啟動(dòng)按鈕和水位選擇開(kāi)關(guān)（分普通洗和強(qiáng)效洗兩種洗衣方式）: (1)開(kāi)始進(jìn)水,加水量直到達(dá)到要求水位關(guān)水,2s開(kāi)始洗滌； (2)洗滌時(shí)，普通洗或強(qiáng)洗電機(jī)在變頻器的控制下5秒達(dá)到要求轉(zhuǎn)速，之后正轉(zhuǎn)10s，停2s，然后開(kāi)始反

31、轉(zhuǎn)，同樣電機(jī)在變頻器的控制下5秒達(dá)到要求轉(zhuǎn)速，然后反轉(zhuǎn)10s，停2s； (3) 如此循環(huán)3次，強(qiáng)洗時(shí)反復(fù)6次，2s之后排水，排空后脫水15s，同時(shí)有指示燈亮； (4)再次開(kāi)始清洗，重復(fù)三次； (5)洗滌任務(wù)完成后，報(bào)警5秒并完成； (6) 若在清洗過(guò)程中，按下停止按扭，強(qiáng)行進(jìn)入排水、脫水功能一次性后停機(jī)完成； 說(shuō)明： (1)在洗滌過(guò)程中，若打開(kāi)洗衣機(jī)桶蓋這時(shí)整機(jī)將停止洗滌，桶蓋合上洗衣機(jī)將再次進(jìn)行之前的洗滌任務(wù)。 (2)選擇強(qiáng)效和普通洗滌的時(shí)候有指示燈顯示,脫水也有指示燈。 工業(yè)洗衣機(jī)通過(guò)控制面板顯示選擇洗衣模式；能夠檢測(cè)水位，自動(dòng)完成進(jìn)、出水；按下啟動(dòng)按鍵之后進(jìn)行選擇

32、洗衣方式，若洗衣量很大則選擇強(qiáng)效洗，洗衣機(jī)能夠按照設(shè)定的洗衣程序，從進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水到脫水，整個(gè)過(guò)程全自動(dòng)進(jìn)行；完畢后，能夠自動(dòng)報(bào)警，停止工作。洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥執(zhí)行。脫水時(shí)，由脫水電磁離合器合上、排水電磁閥吸合，洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)高速進(jìn)行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報(bào)警。 圖4.1為洗衣機(jī)的工作流程圖，按下啟動(dòng)按扭和水位選擇開(kāi)關(guān)，這個(gè)時(shí)候開(kāi)始選擇洗衣功能。選好后，開(kāi)始進(jìn)水，進(jìn)水到規(guī)定高度，使水位開(kāi)關(guān)接通，停止進(jìn)水，在2S后實(shí)現(xiàn)洗滌正轉(zhuǎn)；洗滌正轉(zhuǎn)10S后，停止洗滌，2S后開(kāi)始洗滌反轉(zhuǎn)；洗滌反轉(zhuǎn)10S后，2S后計(jì)數(shù)器加1，累計(jì)洗滌次數(shù)；若未滿3次則重復(fù)進(jìn)行洗滌，直至洗滌

33、達(dá)到3次，開(kāi)始排水30S后，脫水進(jìn)行20S后，計(jì)數(shù)器加1，脫水停止。然后再返回到進(jìn)水動(dòng)作重復(fù)上述過(guò)程3次，報(bào)警5S并停機(jī).其程序流程如下圖4.1所示。 開(kāi)始 強(qiáng)洗 進(jìn)水 洗滌正轉(zhuǎn) 洗滌反轉(zhuǎn) 排水 排水，脫水 報(bào)警 報(bào)警 排水，脫水 排水 洗滌反轉(zhuǎn) 洗滌正轉(zhuǎn) 進(jìn)水 普洗 停機(jī) 圖4.1 工業(yè)洗衣機(jī)流程圖 根據(jù)以上工作流程圖可以定義全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)的工作方式如下。 （1）按啟動(dòng)按鈕，首先進(jìn)水電磁閥打開(kāi)，進(jìn)水閥開(kāi)始進(jìn)水。 （2）水位達(dá)到上限水位時(shí)，進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，攪輪開(kāi)始正反轉(zhuǎn)攪拌。 （3）等待幾分鐘，排水電磁閥打開(kāi)，后開(kāi)始脫水并排水

34、。 （4）水位達(dá)到下限水位時(shí)，排水電磁閥關(guān)閉，進(jìn)水電磁閥打開(kāi)。 （5）重復(fù)三次（1）—（4）的過(guò)程。 （6）洗滌結(jié)束后，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警5s后停止，整個(gè)過(guò)程結(jié)束。 （7）操作過(guò)程中，按停止按鈕可以結(jié)束整個(gè)動(dòng)作過(guò)程。 4.2 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) PLC控制洗衣機(jī)洗滌程序有其特殊之處。首先，他是一個(gè)程序控制系統(tǒng)程序；其次，洗滌排水，脫水時(shí)間是由PLC內(nèi)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器中PT參數(shù)控制的，只要改變它的參數(shù)大小就可以改變整個(gè)程序時(shí)間長(zhǎng)短，。通過(guò)改變PLC的型號(hào)，可以根據(jù)洗滌物的質(zhì)地、數(shù)量及臟污程度來(lái)實(shí)現(xiàn)普洗和強(qiáng)洗的功能。通過(guò)改變洗滌程序可實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水、脫水的順序控制，也可以

35、實(shí)現(xiàn)或洗滌、或漂洗、或脫水等單體控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以方便地加相應(yīng)的配套裝置，如指示燈、蜂鳴器等。通過(guò)以上分析可知，工業(yè)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)必須考慮它的結(jié)構(gòu)和成本。 本系統(tǒng)采用PLC為控制核心結(jié)構(gòu)合理，測(cè)試方法可靠，它具有較強(qiáng)的靈活性，他搞了折本運(yùn)行的可靠性，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效果。此外，PLC還可以重復(fù)使用，降低了測(cè)試經(jīng)費(fèi)，它的靈活性和操作方便性也方便測(cè)試者隨時(shí)輸入、調(diào)試和修改控制程序。 在本系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用最多的是定時(shí)指令和計(jì)數(shù)指令，通過(guò)這些指令來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，下面分別給出工業(yè)洗衣機(jī)PLC控制程序分部控制梯形圖。 首先

36、是系統(tǒng)的啟動(dòng)程序圖，這里主要用到了自鎖啟動(dòng)，根據(jù)以上介紹的控制要求及I/O口的分配，可知工業(yè)洗衣機(jī)的啟動(dòng)控制程序的梯形圖，如下圖4.2.（a)所示。 圖4.2（a) 控制系統(tǒng)啟動(dòng)梯形圖 控制程序中，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的梯形圖如下圖4.2（b)所示。 。 圖4.2（b） 電機(jī)正反轉(zhuǎn)梯形圖 控制程序中，計(jì)數(shù)指令梯形圖如下圖4.2（c)所示。 圖4.2 計(jì)數(shù)指令梯形圖 根據(jù)以上的要求整個(gè)控制程序梯形圖如附錄所示。 結(jié) 論 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，考慮了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方向及轉(zhuǎn)速控制方法，同時(shí)也考慮到洗衣機(jī)的洗滌特殊性。因?yàn)楣S中的衣物油污

37、灰塵較多，增加了洗滌時(shí)的難度，通過(guò)控制水溫，這樣可以達(dá)到一定的去污效果。另外，在此次論文設(shè)計(jì)中,編程方面采用了松下FP1-C40指令，既經(jīng)濟(jì)同時(shí)又滿足了工業(yè)洗衣機(jī)編程的需求。 在設(shè)計(jì)該工業(yè)洗衣機(jī)功能方面還有許多待進(jìn)一步提高。比如在洗滌過(guò)程中，若打開(kāi)洗衣機(jī)桶蓋這時(shí)整機(jī)將停止洗滌，桶蓋合上洗衣機(jī)將再次進(jìn)行之前的洗滌任務(wù)；在洗滌過(guò)程中，若外部電源與供水中斷，洗衣機(jī)暫時(shí)停止工作，當(dāng)電源或供電恢復(fù)后，洗衣機(jī)在原來(lái)基礎(chǔ)上繼續(xù)工作，直到洗滌完成，還有要能夠通過(guò)控制面板設(shè)定洗衣機(jī)的洗滌時(shí)間、洗滌次數(shù)、脫水時(shí)間；能夠檢測(cè)洗滌量來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)洗衣劑的添加量。這些功能在工業(yè)洗衣機(jī)中也能夠?qū)崿F(xiàn)，還需得以進(jìn)一步提高。

38、通過(guò)本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅能夠培養(yǎng)獨(dú)立的工作能力，而且也能夠提高動(dòng)手的能力，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)、工作、生活有著非常重要的影響?？傊@次設(shè)計(jì)為以后面向?qū)嶋H應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)，為以后做各項(xiàng)工作和進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1]鄧則名.電器與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社,1998. [2]周美蘭,周封.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)（第二版）[M].北京:科學(xué)出版社,2009. [3]王得勝,劉法制等.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009. [4] 王偉.變頻器原

39、理及應(yīng)用.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2005. [5] 羅宇航.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2006. [6]孫振強(qiáng).可編程控制器原理及應(yīng)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008. [7] 張萬(wàn)忠，劉明芹．電器與 PLC 控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出社,2009. [8] 許謬.電氣控制與PLC控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [9]廖興展.工業(yè)洗衣機(jī)的PLC控制[J].機(jī)械與電氣，2010（7）：49-50. 附錄 致 謝 在此，我要感謝我們的論文指導(dǎo)老師，從論文的最初的選題，文獻(xiàn)的收集，論文的述寫(xiě)和定稿，老師都是始終給予我們細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在寫(xiě)論文中遇到的問(wèn)題，最后在老師的辛勤、指導(dǎo)下，都能夠很好的處理好。在此謹(jǐn)向武慶東老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。對(duì)于在學(xué)習(xí)和生活中幫助我和鼓勵(lì)我的老師和同學(xué)們，我再次表示衷心的感謝，你們對(duì)于我的幫助使我在心中無(wú)以言表。