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文檔簡介
1、<p> 畢 業(yè) 論 文(設 計)</p><p> 論文(設計)題目:基于PLC的全自動洗衣機</p><p><b> 控制系統(tǒng)設計</b></p><p> 姓 名 </p><p> 學 號
2、 </p><p> 院 系 </p><p> 專 業(yè) </p><p> 年 級 2011 級 </p><p> 指導教師 <
3、/p><p><b> 2014年5月8日</b></p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘要1</b></p><p> ABSTRACT2</p><p><b> 第1章 緒論3</b&g
4、t;</p><p> 1.1 選題的背景意義3</p><p> 1.2 洗衣機的發(fā)展歷史3</p><p> 1.3 自動控制的應用領域4</p><p> 第2章 全自動洗衣機的工作原理5</p><p> 第3章 電氣控制系統(tǒng)硬件設計6</p><p> 3.1電動
5、機的控制線路設計6</p><p> 3.1.1電動機控制電氣元件的選擇6</p><p> 3.1.2電動機控制線路圖6</p><p> 3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件部分的設計6</p><p> 3.2.1 PLC輸入元件選擇6</p><p> 3.2.2 PLC輸入元件選擇7</p&
6、gt;<p> 3.2.3 PLCI/O元件分配表7</p><p> 3.2.4 PLC I/O接線圖8</p><p> 第4章 主要器件的選擇10</p><p> 4.1 電動機的選擇10</p><p> 4.2 傳感器的選擇10</p><p> 4.2.1 水溫傳感器的
7、選擇10</p><p> 4.2.2 水位傳感器的選擇10</p><p> 4.2.3 渾濁度傳感器的選擇10</p><p> 4.2.4 衣質傳感器的選擇10</p><p> 4.3 可編程控制器外部設計11</p><p> 4.3.1 可編程控制器的選擇11</p>&
8、lt;p> 4.3.2可編程控制器I/O口分配11</p><p> 4.3.3 外圍接線圖12</p><p> 第5章 軟件設計13</p><p> 5.1 系統(tǒng)的順序功能圖設計13</p><p> 5.2 全自動洗衣機的控制要求13</p><p> 5.3 控制系統(tǒng)順序功能圖1
9、4</p><p> 5.4 控制系統(tǒng)的梯形圖設計15</p><p> 第6章 結束語18</p><p><b> 參考文獻19</b></p><p><b> 致 謝20</b></p><p><b> 摘 要</b>&l
10、t;/p><p> 該設計描述了洗衣機由進水、洗滌、排水、脫水、報警到自動停機的循環(huán)過程,并設計相應的系統(tǒng)軟件,結合相應的硬件系統(tǒng),提高控制系統(tǒng)的可靠性,全自動洗衣機應用了可編程控制器,它的功能強、可靠性極強、編程簡單、使用方便、體積小。它結合全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求,進行程序的設計,從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產生來完成本次設計任務。從而實現對可編程控制。 此設計主要介紹了全自動洗衣機的工作
11、原理,控制系統(tǒng)的plc造型和資源的配置,控制系統(tǒng)程序設計與調試。根據全自動洗衣機的工作原理,利用可編程控制器實現控制。</p><p> 關鍵詞:PLC;洗衣機;全自動;可編程控制器</p><p><b> ABSTRACT</b></p><p> The design is described by the water washin
12、g machines, washing, drainage, dewatering, alarm to automatically stop the cycle, and design the appropriate system software, combined with the appropriate hardware system to improve control system reliability, applicati
13、on of a programmable automatic washing machine controller, it features strong, highly reliable, simple to program, easy to use, small size. Automatic washing machine control system which combines the requirements for the
14、 design process, </p><p><b> 第1章 緒論</b></p><p> 本章闡述了畢業(yè)論文選題的背景意義、洗衣機的發(fā)展歷史以及自動化控制在生活中所體現的應用價值,包括目前的應用范圍及發(fā)展的前景。</p><p><b> 選題的背景意義</b></p><p>
15、 洗衣機是人們日常生活中常見的一種家電,已經成為人們生活中不可缺少的家用電器。洗衣機需要更好地滿足人們的需求,必須借助于自動化技術的發(fā)展。而隨著PLC技術的發(fā)展,用PLC作為控制器,就能很好地滿足全自動洗衣機對自動化的要求,并且控制方式靈活多樣,控制模式可以根據不同場合的應用而有所不同。自動化技術的飛速發(fā)展使得洗衣機由初始的半自動式洗衣機發(fā)展到現在的全自動洗衣機,又正在向智能化洗衣機方向發(fā)展。</p><p>&
16、lt;b> 洗衣機的發(fā)展歷史</b></p><p> 從古到今,洗衣服都是一項難于逃避的家務勞動,而在洗衣機出現以前,對于許多人而言,它并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣,手搓、棒擊、沖刷、甩打這些不斷重復的簡單的體力勞動,留給人的感受常常是:辛苦勞累。</p><p> 1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)有人發(fā)明了木制手搖洗衣機。發(fā)明者是美國人比爾
17、3;布萊克斯。布萊克斯的洗衣機構造極為簡單,是在木筒里裝上6塊葉片,用手柄和齒輪傳動,使衣服在筒內翻轉,從而達到“凈衣”的目的。這套裝置的問世,讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā),洗衣機的改進過程開始大大加快。</p><p> 1880年,美國又出現了蒸汽洗衣機,蒸汽動力開始取代人力。之后,水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現。到1911年,美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世,標志著
18、人類家務勞動自動化的開端。</p><p> 電動洗衣機幾經完善,在1922年迎來一種嶄新的洗衣方式“攪拌式”。攪拌式洗衣機由美國瑪依塔格公司研制成功。這種洗衣機是在筒中心裝上一個立軸,在立軸下端裝有攪拌翼,電動機帶動立軸,進行周期性的正反擺動,使衣物和水流不斷翻滾,相互摩擦,以此滌蕩污垢。攪拌式洗衣機結構科學合理,受到人們的普遍歡迎。不過10年之后,美國本德克斯航空公司宣布,他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機
19、,洗滌、漂洗、脫水在同一個滾筒內完成。這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階,朝自動化又前進了一大步!直至今日,滾筒式洗衣機在歐美國家仍得到廣泛應用。</p><p> 隨著工業(yè)化的加速,世界各國也加快了洗衣機研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機,它是靠筒體一側的運轉波輪產生的強烈渦流,使衣物和洗滌液一起在筒內不斷翻滾,洗凈衣物。1955年,在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上,日本研制出獨具風格、并
20、流行至今的波輪式洗衣機。至此,波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機生產領域三分天下的局面初步形成。</p><p> 20世紀60年代以后,洗衣機在一些發(fā)達國家的消費市場開始形成系列,家庭普及率迅速上升。此間洗衣機在日本的發(fā)展備受矚目。60年代的日本出現了帶干桶的雙桶洗衣機,人們稱之為“半自動型洗衣機”。70年代,生產出波輪式套桶全自動洗衣機。70年代后期,微電腦控制的全自動洗衣機橫空出世,讓人耳目一新。到80年代,
21、“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便,功能更完備,洗衣程序更隨人意,外觀造型更為時尚……進入90年代,由于電機調速技術的提高,洗衣機實現了寬范圍的轉速變換與調節(jié),誕生了許多新水流洗衣機。此后,隨著電機驅動技術的發(fā)展與提高,日本生產出了電機直接驅動式洗衣機,省去了齒輪傳動和變速機構,引發(fā)了洗衣機驅動方式的巨大革命。</p><p><b> 自動控制的應用領域</b></p>
22、<p> 現代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應,生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品,為了滿足這一要求,生產設備和自動生產線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性,可編程控制器簡稱PLC(Programmable Logic Controller)正是順應這一要求出現的,它是以微處理器為基礎的通用家庭控制裝置。</p><p> PLC的應用面廣、功能強大、使用方便,是當代家庭
23、自動化的主要設備之一。PLC已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統(tǒng)中,當然PLC 在其他領域也得到了迅速的發(fā)展。</p><p> 在發(fā)達的工業(yè)國家,PLC已經廣泛的應用在所有的工業(yè)部門,隨著其性能價格比的不斷提高,應用范圍不斷擴大,在我國有越來越多的行業(yè)領域開始應用到PLC。PLC的應用領域主要有數字量邏輯控制、運動控制、閉環(huán)過程控制、數據處理、通信聯(lián)網等幾個方面。</p>
24、<p> 第2章 全自動洗衣機的工作原理</p><p> 以日常生活中最常見的波輪式全自動洗衣機為例,洗衣機的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用。內桶可以旋轉,作脫水(甩水)用。內桶的四周有很多小孔,使內外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時,通過電控系統(tǒng)使進水閥打開,經進水管將水注入到外桶。排水時,通過電控系統(tǒng)使排水閥
25、打開,將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現,此時脫水桶并不旋轉。脫水時,通過電控系統(tǒng)將離合器合上,由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按用來實現手動排水波輪式全自動洗衣機的實物。</p><p> 圖1 </p><p>
26、 第3章 電氣控制系統(tǒng)硬件設計</p><p> 3.1電動機的控制線路設計</p><p> 3.1.1電動機控制電氣元件的選擇</p><p> 電動機M 額定電壓 380V 額定電流 0.38V</p><p> 熔斷器FU型號 RL1-15</p><p&g
27、t; 熱繼電器FR型號 JR0-20/3</p><p> 3.1.2電動機控制線路圖</p><p><b> 圖2</b></p><p> 3.2 PLC控制系統(tǒng)硬件部分的設計</p><p> 3.2.1 PLC輸入元件選擇</p><p> 基于控制系統(tǒng)的要求,
28、需要選定工作方式:控制按鈕SB1~SB3、限位開關SQ1~SQ2。</p><p><b> 表1</b></p><p> 3.2.2 PLC輸入元件選擇</p><p> 系統(tǒng)輸出量為Y0~Y5,一一對應于進水、電機正轉、電機反轉、排水、脫水和報警,其中排水和脫水通過電磁閥YV1~YV2實現最終控制,電機的正反轉通過電動機線圈KM1~
29、KM2實現最終控制,脫水則通過離合器CL實現最終控制,BE控制報警。</p><p><b> 表2</b></p><p> 3.2.3 PLCI/O元件分配表</p><p> 輸出元件分配表表3</p><p><b> 輸入元件分配表</b></p><p>
30、;<b> 表4</b></p><p> 3.2.4 PLC I/O接線圖</p><p><b> 圖3</b></p><p> 第4章 主要器件的選擇</p><p> 4.1 電動機的選擇</p><p> 由于家庭提供的電源限制故選單相電容運轉式異步電
31、動機。以3.6公斤全自動洗衣機為例,由于全自動洗衣機的脫水桶直徑較大,這一偏心不能不考慮,所以計算時應以洗滌物可能產生前最大偏心為計算依據。脫水時電機功率比洗滌時要大,在確定電機功率時應以脫水時消耗的功率為依據,也就是說脫水時電機功率就是該洗衣機所確定的電機額定功率。由于在計算時一些因素如電機轉子的轉動慣量等沒考慮,造成一些偏差,所以3.6公斤全自動洗衣機電機額定功率選為180瓦。符合全自動洗衣機的功率范圍120W~250W。</
32、p><p> 故選擇YY104-180型號單相電容運轉式電動機,功率180瓦,額定電壓220V,轉速1350r/min,電流1.7A。</p><p> 4.2 傳感器的選擇</p><p> 4.2.1 水溫傳感器的選擇</p><p> 水溫檢測可用熱敏電阻或MTS102 半導體溫度檢測器。洗衣機水溫一般為4 ℃~40 ℃,在該溫度范
33、圍內MTS102線性好,溫度敏感,水溫檢測常選用它。</p><p> 4.2.2 水位傳感器的選擇</p><p> 對于PLC控制的洗衣機,要求水位的檢測必須是連續(xù)的,諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測物體的變化轉變?yōu)長C 參數的變化,最終以頻率參數輸出。其工作原理是將水位的高低通過導管轉換成一個測試內腔氣體變化的壓力,驅動內腔上方的一塊隔膜移動,
34、帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內移動,從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。</p><p> 4.2.3 渾濁度傳感器的選擇</p><p> 渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器。由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強度的紅外光,紅外接收管在溶液的另一側接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產生光電電流的大小,光電流經整形放大和數據處理后,就可
35、以判斷出水的渾濁程度。</p><p> 4.2.4 衣質傳感器的選擇</p><p> 衣質的檢測一般在洗滌之前,且主要用來測定所洗衣物屬于棉類還是化纖類。在一定水位的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。為了測出衣質,先加入一定的水并讓電機轉動,突然切斷電源,由于慣性作用電機會維持短時間旋轉。此時電機處于發(fā)電機狀態(tài),會產生一定感應電勢并逐漸衰減到零。由于衰減速率與布阻抗有一定的
36、線性關系,通過對定子繞組兩端電熱進行整流和檢測,經光電隔離后形成脈沖,脈沖信號多,則布阻抗小,反之亦然。經過幾次測量就可以判斷出布阻抗,通過推理得出衣質。故選擇電阻傳感器。</p><p> 4.3 可編程控制器外部設計</p><p> 4.3.1 可編程控制器的選擇</p><p> 根據輸入信號及輸出信號的數量,經過初略計算,輸人點數為6點,輸出點數為6
37、點;輸人、輸出信號都是數字量。增加20%備用量,以便隨時增加控制功能:</p><p> 輸入點數為: 6×(1+20%)=7.2</p><p> 輸出點數為: 6×(1+20%)=7.2</p><p> 根據I/O點數,可選松下FP0-C16型可編程控制器,其輸入點8點,輸出點8點,擴展模塊可用點數為16點。</p>&
38、lt;p> 4.3.2可編程控制器I/O口分配</p><p><b> 表5</b></p><p> 4.3.3 外圍接線圖</p><p><b> 圖4 </b></p><p> 洗衣機要實現衣服的洗滌,漂洗和脫水,就要通過上述動作來實現,而這些動作可以通過PLC控制來實現
39、。同時加上開關和按鈕,數碼管顯示器,蜂鳴報警器和欠電壓檢測保護電路等,就可以形成完整的PLC控制系統(tǒng)。通過軟件編程達到對整個洗衣過程進行檢測控制和用戶交互。</p><p> 此外,在少數全自動洗衣機上,以繼電器作各電氣工作部件驅動電路的電源開關,由PLC控制繼電器觸點開關的通斷,實現洗衣機的程序運轉。</p><p><b> 第5章 軟件設計</b></
40、p><p> 5.1 系統(tǒng)的順序功能圖設計</p><p> 全自動洗衣機工作原理:全自動洗衣機的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用。內桶可以旋轉,作脫水(甩水)用。內桶的四周有很多小孔,使內外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時,通過電動控制系統(tǒng),使進水閥打開,經進水管將水注入到外桶。排水時,通過電控系統(tǒng)使排水閥打
41、開,將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現,此時脫水桶并不旋轉。脫水時,通過電控系統(tǒng)將離合器合上,由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現手動排水。</p><p> 5.2 全自動洗衣機的控制要求</p><p> 1)PLC投入
42、運行,系統(tǒng)處于初始狀態(tài)準備好啟動;</p><p> 2)啟動時開始進水;</p><p> 3)水滿(上限位)時停止進水并開始洗滌正轉;</p><p> 4)正轉30s后暫停;</p><p> 5)暫停2s后開始洗滌反轉;</p><p> 6)反轉30s后暫停;</p><p>
43、; 7)暫停2s后,若正、反轉未滿5次時,返回從正洗開始的動作;</p><p> 8)暫停5s后,若正、反洗滌滿5次時則開始排水;</p><p> 9)水位下降到低水位時開始脫水井繼續(xù)排水;</p><p> 10)脫水30s即完成一次從進水到排水的大循環(huán)過程;</p><p> 11)若完成2次大循環(huán),洗完報警3s后自動停機;
44、</p><p> 12)可以按“停止”按鈕實現手動停止進水、排水、脫水及報警;</p><p> 13)可以按“排水”按鈕實現手動排水;</p><p> 5.3 控制系統(tǒng)順序功能圖</p><p><b> 圖 5 </b></p><p> PLC 投入運行,系統(tǒng)處于初始狀態(tài),準備
45、好啟動。按下啟動按鈕時開始進水,水滿(即水位到達高水位)時停止進水,2s后開始正轉洗滌。正轉洗滌30s后暫停,暫停2s后開始反轉洗滌。反轉洗滌30s 后暫停,暫停2s 后,若正、反洗滌未滿5 次,則返回從正轉洗滌開始的動作; 若正、反洗滌滿5 次時,則開始排水。排水水位若下降到低水位時,開始脫水并繼續(xù)排水。脫水30s即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成2 次大循環(huán),則返回從進水開始的全部動作,進行下一次大循環(huán); 若完成了2 次
46、大循環(huán),則進行洗完報警。報警3s結束全部過程,自動停機。若按下停止按鈕,可以手動排水和手動脫水。</p><p> 5.4 控制系統(tǒng)的梯形圖設計</p><p><b> 圖6 </b></p><p> 按下啟動按鈕S1,X0 動合觸點閉合,內部輔助繼電器R10得電為“1”,同時R10動合觸點閉合自鎖; R10動合觸點閉合使輸出繼電器Y
47、1 得電為“1”,進水閥打開,開始注水。到高水位檢測傳感器,K1 閉合,使其動斷觸點X1 斷開,進水閥關閉; 同時X1動合觸點閉合,計時器T0開始通電計時,2s 后T0 動合觸點閉合,輸出繼電器Y2 得電為“1”,洗衣機開始正轉洗滌;同時計時器T1 得電,30s 后T1 動斷觸點斷開,Y2 斷電,正轉洗滌停止。同時T1 動合觸點閉合,計時器T2得電,2s后T2動合觸點閉合,輸出繼電器Y3得電為“1”,洗衣機開始反轉洗滌,同時計時器T3得
48、電,30s后T3動合觸點閉合,T4 得電,2s 后T4 動合觸點閉合,計數器CT100 計數1 次; T4 動斷觸點斷開,計時器T0、T1、T2、T3、T4 失電復位,T4失電后其動斷觸點恢復閉合,T0得電,2s后,Y2得電,開始正轉洗滌,如此循環(huán)5次,計數器CT100計數5次后,C100 動合觸點閉合,輸出繼電器Y4 得電為“1”,排水閥打開排水,待排水至低水位檢測開關K2時,輸入繼電器X2動斷觸點斷開,Y4 失電為“0</p&
49、gt;<p><b> 第6章 結束語</b></p><p> 該系統(tǒng)采用PLC 為控制核心結構合理、測試方法可靠,它具有較強的靈活性,提高了設備運行的可靠性,縮短產品開發(fā)周期,保證新產品各項技術開發(fā)的同步性,提高了勞動效率,達到了良好的經濟效果。</p><p> 此外,PLC 可以重復使用,降低了測試經費。它的靈活性、操作方便性也方便測試者隨
50、時輸入、調試和修改控制程序。PLC 又設有串行接口,方便地與計算機進行連接,組成測控系統(tǒng),給系統(tǒng)的維護和使用帶來了很大方便。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 魏志精.可編程控制器應用基礎[M].電子工業(yè)出版社,2003</p><p> [2] 周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應用[M].機
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56、gt; 致 謝</b></p><p> 回顧起此次PLC畢業(yè)設計,至今我仍感慨頗多,的確,從選題到定稿,從理論到實踐,在作畢業(yè)設計的日子里,可以說得是苦多于甜,但是可以學到很多很多的東西,同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識,而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這幾年來所學知識的單純總結,但是通過這次做課程設計發(fā)現自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計設計不僅
57、是對前面所學知識的一種檢驗,而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多,以前老是覺得自己什么東西都會,什么東西都懂,有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計,我才明白學習是一個長期積累的過程,在以后的工作、生活中都應該不斷的學習,努力提高自己知識和綜合素質。</p><p> 通過這次畢業(yè)設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把
58、所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論,才能真正為社會服務,從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題,可以說得是困難重重,這畢竟第一次做的,難免會遇到過各種各樣的問題,同時在設計的過程中發(fā)現了自己的不足之處,對以前所學過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,通過這次畢業(yè)設計之后,一定把以前所學過的知識重新溫故。</p><p> 在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了,
59、同學之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法對我們更好的理解知識,所以在這里非常感謝幫助我的同學。 </p><p> 這次畢業(yè)設計終于順利完成了,在設計過程中遇到了很多問題,在老師的辛勤指導下,終于游逆而解。此外,還得出一個結論:知識必須通過應用才能實現其價值!有些東西以為學會了,但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事,所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。同時,在李老師的身上我學得到很多實用
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