(论文)-s7_基于plc的全自动洗衣机控制系统设计论文

(论文)-s7_基于plc的全自动洗衣机控制系统设计论文内容摘要：

鹅 、 荣事达 、 松下 、 惠而浦水仙 、 LG 熊猫 、 西门子 、 日立好用。 课题研究的目的与意义 本课题主要着重于 全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法 操作简单、 稳定可靠、维护与维修方便。 控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。 传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。 但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生 电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。 在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。 并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单江苏科技大学本科毕业设计（论文） 2 的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。 这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。 采用 PLC 控制比继电器控制好的多，我们采用 PLC 来控制。 （ 1） 可靠性高，抗干扰能力强 ， 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 （ 2） 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用于各种规模的工业控制场合。 （ 3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 （ 4） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 ， PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 （ 5） 体积小，重 量轻，能耗低 ， 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 本课题研究的主要内容 本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用 PLC控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。 研究的具体内容包括： （ 1） 深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。 （ 2） 控制系统设计。 包括硬件设计， PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。 （ 3） 对编写好的编译程序进行实际调试。 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 3 第二章 概述 PLC 的控制特点 PLC 系统的特点： 1）可靠性高， PLC 作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。 对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。 2）使用方便灵活， PLC 采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入 /输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来， PLC 的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使 PLC 的使用更加灵活与多变。 3）编程简单， PLC 的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面 向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。 单片机系统的特点： 1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。 2）编程和 PLC 相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是 C 语言，这些高级语言和 PLC 语言相比，难以学习。 3）功能单一只具有使用中所需要的功能。 但是，它结构简单，处理速度快。 典型的 PLC 控制系统的硬件 组成框图如图 1 所示： 图 1 PLC 控制系统的硬件组成框图 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 4 控制系统框图 此次设计根据全自动洗衣机的工作原理 , 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 S7200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。 根据以上要求 PLC 的控制系统框图如下图 2。 图 2 控制系统框图 控制系统对应设备及功能 根据控制过程中的进水、洗涤、脱水、报警等控制要求，对控制所需的外部设备初步设计如表 11 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 5 表 21 对应设备及功能表 对应的外部设备 对应的输出设备 启动按扭 进水电磁阀 停止按扭 排水电磁阀 水位选择开关（高水位） 洗涤电动机正转继电器 水位选择开关（中水位） 洗涤电动机反转继电器 水位选择开关（低水位） 脱水桶 手动排水开关 报警器 手动脱水开关 高水位传感器 中水位传感器 低水位 传感器 水排空传感器 控制系统原理 自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，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，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。 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 6 第三章 硬件电路的设计 PLC 的选择 I/O 点数统计 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 11 个数字输入点 6 个数字输出点，具体的输入输出见表 31. [7] 表 31 I/O 点数统计表 输入点 输出点 启动按扭 进水电磁阀 停止按扭 排水电磁阀 水位选择开关（高水位） 洗涤电动机正转继电器 水位选择开关（中水位） 洗涤电动机反转继电器 水位选择开关（低水位） 脱水桶 手动排水开关 报警器 手动脱水开关 高水位传感器 中水位传感器 低水位传感器 水排空传感器 I/O 储存器容量的估算 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 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 7 通信接口：一个接口一般需要 300B 以上 [8] 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 11 个数字输入点 6 个数字输出点，需内存 280B，有定时器 6 个，计时器 2 个，需内存 16B，考虑余量后需要内存370B。 CPU 功能与结构的选择 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。 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。 同时由于该模块采用交流 220V 供电，并且自带 14个数字 量输入点和 10 个数字量输出点，完全能满足全自动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。 [9] 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 3。 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 8 图 3 PLC 外部接线图 PLC 外部接线图 如图 22 所示为洗衣机示意图，在图中 ST4 为高水位传感器， ST5 为中水位传感器， ST6 为低水位传感器， ST7 位水排尽传感器，当选择好水位后， YV1 打开开始进水，当水位到达相应水位时，相应的传感器送出 ON 信号否则为 OFF,只有当水上升到与选择水位相开关一致时， YV1 关闭停止进水，开始洗衣。 [10] 江苏科技大学本科毕业设计（论文） 9 图 4 洗衣机示意。