自动洗衣机课程设计报告.docx

XX学院电子工程系课程设计报告刖.自动洗衣机就是将洗衣的全过程（泡浸-洗涤-漂洗-脱水）预先设定好N个程序,洗衣 时选择其中一个程序，打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗 衣完成时由蜂鸣器发出响声。目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。发明最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机，这种洗衣机是欧洲发明的，擅长洗涤真 丝、棉毛等面料，不缠绕无磨损，在洗涤时保证衣物不受损害，而且有良好的加温措施。 但也有它不好的一面，由于不缠绕无磨损洗涤方式等因素，这种洗衣机洗涤时间长、洗 净度差、用水用电量大，是其它洗衣机的几倍，尤其是采用了不锈钢内筒，产生的噪音 较大。这种洗衣机适用于生活水平较高，穿着大体以真丝、纯毛、棉毛之类较高档的面 料为主，而且更换衣服较勤的家庭。发明最晚的洗衣机是亚洲人发明的波轮上开门洗衣机。市场上有多种品牌，如“小 天鹅”、“海棠”、“荣事达”等，这种洗衣机的特点是洗涤时间短，用水量小，洗净度高, 是滚筒式的很多倍，由于内筒是塑料材料制成，噪音小，而且上开盖，能使洗涤液反复 利用，价格也比较经济。这种洗衣机适用于居住在绿化较差，空气尘埃量较大，平均每 2至3天换一次衣服的家庭，主要以洗净度为主，服装面料以化纤、月青纶为主。另外一种是美洲人发明的“搅拌式”洗衣机，由于美洲风沙比较大，人们主要穿着 牛仔服装之类粗厚面料的服装，所以他们适用搅拌式洗衣机，这种洗衣机洗净度非常高, 是波轮式洗衣机的十几倍，但由于洗净度和磨损率成正比，所以很损伤衣物，这种洗衣 机市场上很少见。然而今天我们要用PLC对洗衣机进行控制，下面就是对PLC的简要介 绍。PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为 可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设 计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制， 定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类 型的机械或生产过程。PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换, 多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入 出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便本次使用的继电器模块由三组三联装共九个继电器组成，每组继电器完成一个功 能。可分为：正转控制组，反转控制组及脱水控制组。控制线圈与PLC的输出口相连， 电动机高压电源通过变频器以后与继电器“常开引脚”相连，公共端接地。它们的开合 直接由可编程序控制器输出的离散信号控制。即当洗衣机处在洗涤过程要求正转时，正 转控制组闭和，反转及脱水控制组断开，三相电源按照原始顺序接入，电源由变频器控 制频率后给电动机供电，此时电动机正转且速度为预定数值；当洗衣机处在洗涤过程要 求反转时，反转控制组闭和，正转及脱水控制组断开，此时，三相电源中的两相已被继 电器互换相接，由于三相异步电动机改变任意两相电磁力矩相反，电源再由变频器控制 频率后给电动机供电，此时电动机反转且速度为预定数值；当洗衣机处在脱水过程要求 高速正转时，脱水控制组闭和，正转及反转控制组断开，此时，三相电源按预定顺序接 入，电源直接接入电动机，电动机按额定转速正转。2. 4. 2变频器的使用及参数设定在本次设计中遇到需改变电机转速及正向反向交替旋转的问题，并且需要实现在洗 衣机全自动的过程中洗涤和脱水的转速变化，这样就必须运用一定的措施来控制电源的 出入从而使其显现出明显不同的观察效果。由于在整个过程中，变频器的作用仅为控制电机的转速，正反向旋转及高速脱水均 由继电器实现，使得变频器的参数设定不必过于复杂，运用变频器出厂设置稍作调整， 即可实现对外部端子的点动控制。表2变频器参数设定8序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304230380电动机的额定电压（380V ）2P03053.250.35电动机的额定电流（0.35A ）3P03070. 750.06电动机的额定功率（60W ）4P031050.0050.00电动机的额定频率（50Hz ）5P031101430电动机的额定转速（1430 r/min ）6P100021用操作面板（B0P）控制频率的升降7P108000电动机的最小频率（0Hz ）8P10825050.00电动机的最大频率（50Hz ）9P11201010斜坡上升时间（10S ）10P11211010斜坡下降时间（10S ）11P070022选择命令源（由端子排输入）12P0701110正向点动13P07021211反向点动14P10585.0020正向点动频率(30Hz)15P10595.0020反向点动频率(20Hz)16P106010.005点动斜坡上升时间(10S)17P106110.005点动斜坡下降时间(5S)3程序设计3. 1程序流程图图5程序流程图3. 2T型图程序设计| PROGRAM COMMENTSNetwork 1 Network TitleNetwork CommentMO.OSM0.1II-c:)101M0.1ILh： R)8Network 2MO.OI0.0M0.7I0.3T41C1M0.1(s )1MO.O(R)1M0.7(R)1Network 3M0.1M0.5I0.2T40COM0.2(s )1M0.1( R)1M0.5( R)110Network 4M0.2T37M0.3Network 5M0.3T38M0.41Network 6M0.4T39M0.5111Network 7T4010.4Network 8Network 9COM0.5M0.6I1I_C S )1M0.5C R )M0.710.3T41M1.0I1I-I-C ;)M0.7C R )Network 1 0M0.1QO.O(Network 11M0.2Q0.2C)T37In ton4cleI - PT100 msNetwork 1 2M0.3T38|Tn toFT30- PT 100 ms12Network 13M0.4Q0.3IC )T39pNTON400-PT 100 msNetwork 14M0.5T401|pN TON30-PT 100 msNetwork. 15M0.6Q0.1I IC )Network 1 6M0.7QO.1IC)Q0.4c)T41 pNTOM'300- PT 1。0 msNetwork 1 7M1.0Q0.5IC )T42|7nTON30- PT 100 msNetwork 18M0.1CO|cuCTUM0.5I-R6- PVNetwork 19MO.OC1|cu CWM0.7I-R3- PV144总结该系统采用PLC为控制核心结构合理，测试方法可靠，它具有较强的灵活性，为提 高设备的运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高 了劳动效率，达到了良好的经济效果，此外，PLC可以重复使用，降低了测试经费。它 的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、测试和修改控制程序，PLC又设有串行 接口，方便与计算机连接，组成测试系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。最后就是组态的设计。利用组态控制PLC应在程序中用中间继电器代替真正的输入 开关，并且中间继电器的属性设置为读写。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现,提出，分析和解决实际问题,锻炼实 践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展 的日新日异，PLC已经成为当今空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此 作为二十一世纪的大学来说掌握PLC的开发技术是十分重要的。回顾起此次PLC课程设计，至今我仍感慨颇多。的确，从选题到定稿，从理论到实 践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知 识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远 不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社 会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题， 可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己 的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设 计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。总的来说，通过本次课程设计自己对PLC指令的用法有了更深的学习和体会，还有 就是对组态软件的应用也有了新的认识和了解。组态软件的其实是非常灵活的，通过思 考和总结会有新的发现和收获。155参考文献1赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社,2002. 72王振民.PLC原理及应用,大庆石油学院,2002. 53谢克明，夏路易可编程控制器原理与程序设计.电子工业出版社,2005. 14刘注.常用低压电器与可编程序控制器.西安电子科技大学出版社,2005. 15王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社,2003. 86殷洪义.可编程控制器选择设计与维护.机械工业出版社,2002. 27 PLC编程及应用，廖常初，机械工业出版社,20078工控组态软件与PLC应用技术，吴天明，北航出版社,200716于安装，抗干扰等问题。通过PLC课程设计，进一步掌握PLC的原理和系统设计方法。培养和锻炼应用PLC 的能力。为今后实际应用和设计PLC系统打下良好的基础。要求了解PLC控制系统设计的全过程，熟悉PLC系统设计的相关内容，掌握系统的 方法和步骤。主要包括：系统工艺过程和控制要求；系统分析和方案论证、系统功能图; 硬件设计、程序设计；系统的调试步骤和方法。完成一个小型系统上位机和下位机的设 计。1 .总体设计方案1.1 洗衣机控制系统简介本次设计的全自动洗衣机是以工业使用为目的，在一些工业环境下，洗衣机的工作 强度要比家用洗衣机大得多。要想在相对恶劣的条件下长时间连续工作，就需要洗衣机 的控制系统更加稳定耐用，从而达到更好的经济收益。但是，对于控制系统来说，能达 到如此的地步，就需要相当的技术标准。这样来说，成本就将大幅度提高。作为工、业 用途的洗衣机，其过高的成本可以凭借其出色的性能所带来的经济效益来弥补。可编程序控制器是一种能够适应多种工业环境的控制装置，其稳定的性能受到广大 工业生产者的好评。这种控制系统具有极高的可靠性和灵活性。应用面广、功能强大、 使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和 生产过程的自动控制系统中，当然PLC在其他领域也得到了迅速的发展。在性能价格 比不断提高的同时，它所带来的成果越来越明显。综上，本次设计的工业用途洗衣机控制系统将由PLC可编程序控制器来作为主要组 成部分。1.2 控制系统的组成本次设计的控制系统主要是以可编程序逻辑控制器所输出的离散型指令为指令源。 通过这些数字信号的输出以及其他控制电路的受控行为来指挥供电电路给电动机供电， 实现了对模拟洗衣机的控制。控制电路的组成主要包括：可编程序控制器、继电器组和连接电路（变频器）。其 中，继电器为主要执行模块，PLC所发出的数字指令控制继电器线圈，而继电器的开合 直接控制电源电路，实现对电动机的控制。另外，变频器只是作为演示时增强效果的连 接装置，在电路中控制洗涤时的电机转速，不作为必要装置。图1系统结构框图在图1中可以看出，对供电电路的控制是本次设计的最终目的，也就是说，继电器 的开合为控制电路的主要动作。模拟洗衣机的电动机是满足工业380V三相电源的交流 异步电动机，要想改变电动机的旋转方向只需调换其中的任意两相。这就是继电器组的 主要功能。2硬件的理论与设计本章将给出本次设计的洗衣机电路原理图和各个主要器件的具体介绍和说明。原理 图中包括了供电回路图和控制回路图。元器件除PLC以外还包括了继电器组和变频器等。2.1硬件设计硬件设计的整体思路就是通过PLC输出的数字信号控制继电器组，达到控制电路的 目的。如图2：翁驱山簿W。V0G。 U-O图2硬件设计图N O-L QUVWQOQ正转组反转组脱水组GQ0.2Q0.3Q0.4图中“正转”、“反转”、“脱水”为控制电动机电源方向的三个继电器组，它们 的线圈分别与PLC的输出端“ Q0. 2” “Q0. 3” “Q0. 4”相连，受控于PLC的输出信号。 其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的，因此，改变变频器参数就可 以改变洗涤和漂洗时的速度。而脱水继电器组直接与电源和电动机相连，这样，当洗衣 机处于脱水状态时，电动机按额定转速工作。所以，在演示时转速会和洗涤漂洗有所区2别。2.2可编程序控制器随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎 所有的工业领域。2. 2. 1可编程控制器的基本概念国际电工委员会对PLC作了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系 统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行 逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的 输入和输出，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，都应按以 于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2. 2. 2可编程控制器的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成，如图3所示。PLC 的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。开关电源可编程控制器出 源 输 电图3可编程控制器的基本结构图CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出; 存储器用来储存程序和数据。I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块它们是联系系统外部设备和CPU模块的桥梁。编程器编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监控用户程序的执行情 况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序。一般用于 小型机或用于现场调试和维护。使用编程软件可以在计算机上直接生成梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编 程语言之间的相互转换。程序被编译后通过PC/PPI电缆可以下载到PLC中去，也可以 将PLC当中的程序上传到计算机当中来。(4)电源PLC 一般使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各种模块提供不 同电压等级的直流电源。2. 3 S7-200 系列 PLC西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型PLC,可以用于代替继电器的简单控 制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它有极强的通信功能，在大型网络控 制系统中也能充分发挥其作用。S7-200的可靠性非常高，可以用语句表、梯形图和功能块图编程。它的指令丰富， 简单易学，内置有高速计数器、告诉脉冲输出和PID控制器等特殊功能，最大可以扩展 到248点数字量I/O或35路模拟量I/O,最多有30多KB的程序和数据存储空间。S7-200提供了近10种通讯方式以满足不同的应用需求，从RS-485通信/编程接口 通讯到自由口模式通讯，从PPI协议通讯到MPI协议通讯，从简单的S7-200之间的通 讯至IS7-200通过Profibus-DP网络通讯，甚至到S7-200通过以太网通讯。在网络需求已 日益成为必要的今天，强大的通讯无疑会使S7-200为更多用户服务。2. 3. 1 PLC接线图QgND Q+24VQgND Q+24VgndQSDSTSPSL1SL2+24 vQYV1YV2MZMFTSDJABCD图4接线图开关量输入模块的选择开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受 的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时主要根 据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近 开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的 恶劣环境下使用。开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交 流110V、220V等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般 5V、12V、24V用于传输距离较近场合，如5V输入模块最远不得超过10米。距离较远的 应选用输入电压等级较高的模块。开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式，即汇点式和分组式。汇点式 的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是 将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组 式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点 式的。对于选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑该模块同时接通的点数一 般不要超过输入点数的60%。为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能 力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。开关量输出模块的选择开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并 实现PLC内外信号的电气隔离。开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用 的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属 于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命 较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。 但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别 用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输 出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。 一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用 户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电 流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。6选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的 累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V / 2A的8点输出模块， 每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A（8X2A）,通常 要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60%。开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电 流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。可 编程序控制器I/O分配表。表1 I/O分配表输入地址输出地址10.0启动按钮Q0.0进水指示灯10.1停止按钮Q0.1甩水指示灯I0.2高水位线Q0.2正转洗涤I0.3低水位线Q0.3反转洗涤I0.4手动排水Q0.4甩干指示灯I0.5手动甩干Q0.5蜂鸣器2.4继电器简介继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又 称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流 的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继 电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压， 线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服 返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈 断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触 点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、 切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时 处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点继电器组的应用及实现的功能在本次设计中，对继电器的使用较为突出，原理是利用可编程序控制器的24V直流 信号来控制继电器线圈，实现由可控制的按预定程序导通/关断的380V三相电源给电动 机供电。