基于plc的全自动洗衣机控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的全自动洗衣机控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

源，所以使用的进水电磁阀通常为动作式电磁阀。 当线圈不通电时，金属阀芯在弹簧弹力的作用下，将橡皮膜片中心孔紧紧堵住，这时水经橡皮膜片上的平衡小孔进入金属阀芯侧气室形成水压，而使橡皮膜压住出水口，使阀处于关闭状态；当线圈通电时，产生的电磁力克服弹簧力而使金属阀芯离开橡皮膜，这时膜的中心孔开通，又因中心孔远大于平衡小孔，因此金属阀芯侧气室水压低 于进水压力，在该压力差的作用下，橡皮膜向阀芯方向移动， 打开出水口，进水阀则处于开通状态。 排水电磁阀与其类似 . 通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。 电磁进水阀起着通、断水源的作用。 当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。 当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。 由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开 启，水流导通。 水位开关实际上是一个压力开关 ⑶ 去抖开关 洗衣机工作过程中抖动通常原因 : 洗涤的衣物分布 不 均匀。 去抖控制原理：当洗内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 14 衣机运行出现震动时，去抖开关闭合，停止运行并开始排水，水排空后重新进水到设定水位，重新运行。 ⑷ 报警器 变频器 本系统采用西门子 M440 变频器。 M440 变频器具有默认的工厂设置参数，它是众多简单的电动机控制系统选择的理想变频驱动装置，由于 M440 变频器具有全面而完善的控制功能，包括 U/F 控制、二次方 U/F控制、可编程多点设定 U/F 控制、磁通电流控制、无测速矢量控制，在 设置相关参数以后它也可用于更高级的电动机控制系统。 M440 变频器既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。 M440 变频器主要特性： ⑴ 易于安装、调试； ⑵ 牢固的 EMC设计； ⑶ 可由 IT 中性点不接地电源供电，且电缆连接简便； ⑷ 对控制信号的响应是快速和可重复的； ⑸ 易于参数设置，参数设置的范围很广，可对广泛的应用对象进行配置； ⑹ 具有多个继电器输出，多个模拟量输出（ 0～ 20mA）； ⑺ 6个带隔离的数字输入，并可切换为 NPN/PNP 接线； ⑻ 2个模拟输入： AIN1(0～ 10V， 0～ 20mA 和 10～ 10V)和 AIN2（ 0～ 10V， 0～ 20mA）； 2 个模拟输入可以作为第 7和第 8个数字输入； ⑼ BiCo（二进制互联连接）技术； ⑽ 模块化设计，配置非常灵活； ⑾ 脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪声低； ⑿ 详细的变频器状态信息和全面的信息功能； ⒀ 有多种供用户选用的可选件，包括与 PC通信的通信模块、基本操作面板（ BOP）、高级操作面板（ AOP）以及与现场总线的 PROFIBUS 通信模块。 M440 变频器的性能特征： ⑴ 具有矢量控制功能，包括无传感器矢量控制（ SLVC）和带编码器的矢量控 制（ VC）； ⑵ 具有 U/F 控制性能：磁通电流控制（ FCC）改善了动态响应和电动机的控制特性多内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 15 点 U/F 特性； ⑶ 具有快速电流限制（ FCL）功能，避免运行中不应有的跳闸； ⑷ 内置的直流注入制动以及复合制动功能改善了制动特性； ⑸ 对于外形尺寸为 A～ F 的 M440 变频器，具有内置的制动单元； ⑹ 加速 /减速斜坡特性具有可编程的平滑功能，包括起始和结束段带平滑圆弧，及起始和结束段不带平滑圆弧； ⑺ 具有比例、积分和微分（ PID）控制功能的闭环控制； ⑻ 各组参数的设定值可以相互切换，包括电动机数据组、命令数据组 和设定值信号源； ⑼ 具有自由功能块； ⑽ 具有动力制动的缓冲功能，定位控制的斜坡下降曲线。 保护特性： ⑴ 具有过电压 /欠电压保护； ⑵ 具有变频器过热保护； ⑶ 具有接地故障保护； ⑷ 具有短路保护，以及 I*I*t 电动机过热保护； ⑸ PTC/KTY 电动机保护。 变频器控制参数设置表 和 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 16 表 控制端口开关操作控制参数 参 数 号 出 厂 值 设 置 值 说 明P 0 0 0 3P 0 0 0 4P 0 7 0 0P 0 0 0 3110072 2用 户 访 问 标 准 级命 令 和 数 字 I / O命 令 源 选 择 端 子排 输 入用 户 访 问 扩 展 级数 字 输 入 端 1 通 , 正 转数 字 输 入 端 2 通 , 反 转1211P 0 7 0 1P 0 7 0 2P 0 7 0 3P 0 7 0 4P 0 7 0 51 21 1 7选 择 固 定 频 率选 择 固 定 频 率选 择 固 定 频 率1 1 711 711用 户 访 问 标 准 级P 0 0 0 3P 0 0 0 41 0设 定 值 通 道 , 斜坡 函 数 发 生 器P 1 0 0 0P 1 0 0 1P 1 0 0 2P 1 0 0 3P 1 1 2 0P 1 1 2 11 01 01 0205551 03 05 03选 择 固 定 频 率 设 定值设 置 固 定 频 率 1设 置 固 定 频 率 2设 置 固 定 频 率 3斜 坡 上 升 时 间斜 坡 下 降 时 间 电动机 电机是全自动工业洗衣机的执行元件 ,其作用不言而喻 ,电机的选择和设备的要求 相关 ,对于全自动工业洗衣机 ,选择电机主要看两个方面： 1 转速要求 全自动工业洗衣机对转速要求比较高 ,洗涤 均布 中脱 高脱 .电机的极数就是其转速内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 17 最好的反应 .极数反映出电动机的同步转速 ,2 极同步转速是 3000r/min,4 极同步转速时1500r/min,6 极同步转速是 1000r/min,8 极同步转速是 750r/高转速是 630r/ ,而如果转速要求在 1000r/min以上的话 ,那么 8极的电机就不合适了 . 2 扭力的要求 全自动洗衣机对扭力的要求比较 高 ,不同容量的洗衣机 ,其扭力要求也不同 ,通俗一点讲 ,扭力就是电动机的力量 .在所有的型号当中 ,100KG 全自动工业洗衣机所承载的衣物和水是最多的 ,当然扭力也是最大的 ,而 15KG 的扭力是最低的 . 从以上可以看出 ,在转速没有太大问题下 ,如何选择最合理的电机来保证扭力就是要考虑的问题了 . 转速公式 : n=60f/p (n=转速 ,f=电源频率 ,p=磁极对数 ) 扭矩公式 :T=9550p/n T 是扭矩 ,单位 N﹒ m p 是输出功率 ,单位 kW n 是电机转速 ,单位 r/min 扭矩公式 :T=973*p1/n T 是扭矩 ,单位 kg﹒ m P1是输出功率 ,单位 kW n 是电机转速 ,单位 r/min 将两个公式进行综合一下 ,可以得出 :T=931*p1*p/f(p1 是电机输出功率 ,p 是极数 ,n 是电源频率 ) 在保持扭矩不变的情况下 ,输出功率和电机极数成反比 . 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 18 表 设置电动机参数 参 考 号 出 厂 值 设 置 值 说 明P 0 0 0 3P 0 0 1 0P 0 1 0 0P 0 3 0 4P 0 3 0 5P 0 3 0 7P 0 3 1 0P 0 3 1 111000012 3 0 3 8 03 . 2 50 . 7 55 01 . 0 50 . 3 75 01 4 0 0用 户 访 问 级 标 准 级快 速 调 试功 率 k W , 频 率 5 0 H Z电 动 机 额 定 电 压电 动 机 额 定 电 流电 动 机 额 定 功 率电 动 机 额 定 频 率电 动 机 额 定 转 速 可编程控制器的选择 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制要求，又可使系统总投资最低。 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 12 个数字输入点 6 个数字输出点， PLC 常用的内存有 EPROM、 EEPROM 和带锂电池供电的 RAM。 一般微型和小型 PLC 的存储容量是固定的，介于 1— 2KB 之间。 用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如 I/O 点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。 因此在程序设计之前只能粗略地估算。 根据经验，每个 I/O 点及有关功能元件占用的内存量大致如下： 开关量输入元件： 10— 20B/点 开关量输出元件： 5— 10B/点 定时器 /计数器： 2B/个 模拟量： 100— 150B/个 通信接口：一个接口一般需要 300B 以上 根据上面算出的总字节数再考虑增加 25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的 PLC 内存。 该系统有 17 个数字输入点 13 个数字输出点，内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 19 需内存 400B，有定时器 6 个，计时器 2 个，需内存 16B，考虑余量后需要内存 520B。 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。 该控制系统 CPU模块可采用 CPU224（ AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。 因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则：充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被 控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。 这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。 同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。 这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。 例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正 常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。 因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。 这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。 这 就要求在选择PLC、输入 /输出模块、 I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 综上所述此次设计选用西门子 S7200 型 PLC。 PLC外部接线图 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 型号进行内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 20 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 S 7 2 0 0 C P U 2 2 4E M 2 2 3L + M L + M 图 模块连接图 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 21 1M0.00.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5ML+启动停止高水位选择开关中水位选择开关低水位选择开关手动排水手动脱水高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器标准模式强洗模式轻柔模式。