基于S7-200系列PLC的自动投币洗衣机控制系统的设计.docx
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1、摘 要随着时代的发展,社会生活节奏的加快, 24 h不间断营业无人值守的自助经营模式因其自主、自助、便利的特性,正被越来越多的人所接受。人口集中居住场所,自助投币式洗衣机具有非常广阔的应用前景。 全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按钮,开关等其它一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内定时器控制,所以只要改变定时器的参数就可以改变时间。利用PLC上具有的模拟量输入输出通道,PID算法,进行温度信号的采集与控制,达到了预期的效果。关键词:S7-200PLC 洗衣机 定时 自动投币AbstractAbstrac
2、tWith the development of the times, the social life rhythm accelerate, 24 h uninterrupted operating unattended self-help management mode due to its characteristic of independent, self-help, convenient, is being accepted by more and more people. Residential population is concentrated, self-service co
3、in operated washing machine has a very broad application prospects.Through the design of the system, the Siemens S7-200 series features an in-depth understanding of PLC. Automatic washing machine control system using PLC Siemens S7-200 series features, buttons, switches and other input/output point
4、for control, enabling washing machines laundry process automation. Since each washing, drainage, dehydrated from PLC internal timer control, so as long as the parameters change timer can change time. On the use of PLC with analog input and output channel, PID algorithm, for temperature signal acquis
5、ition and control, achieve the expected results.Keywords:S7-200PLC washing machine timing Self-service coin目 录目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1投币洗衣机的起源与发11.2投币洗衣机在现实中的意义21.3PLC控制系统设计的基本原则31.4PLC在洗衣机控制系统中的应用3第二章 PLC概述52.1PLC简介52.2PLC的工作原理52.3PLC 的设计内容62.4PLC 和控制系统7第三章 总体设计方案93.1全自动洗衣机的构造93.2洗涤脱水系统93.3排水和进水
6、系统103.4洗衣机基本外貌10第四章 系统硬件设计114.1PLC及显示器的选型114.2电机的选型114.3传感器的选型114.3.1水温传感器的选择114.3.2水位传感器的选择114.3.3浑浊度传感器的选择114.3.4衣质传感器的选择124.4投币机的选型124.5PLC外围接线13第五章 系统软件设计155.1控制程序的流程图和控制系统I/O分配155.2程序梯形图17第六章 总结与展望296.1总结296.2展望30致 谢31参考文献3210第一章 绪论第一章 绪论1.1投币洗衣机的起源与发展1874年,美国人比尔布莱克斯发明了洗衣机,布莱克斯的洗衣机构造极为简单,是在木筒里装
7、上6块叶片,用手柄和齿轮传动,使衣服在筒内翻转,从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世,让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发,洗衣机的改进过程开始大大加快。1880年,美国又出现了蒸气洗衣机,蒸气动力开始取代人力。之后,水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。到1911年,美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世,标志着人类家务劳动自动化的开端。在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴,在立轴下端装有搅拌翼,电动机带动立轴,进行周期性的正反摆动,使衣物和水流不断翻滚,相互摩擦,以此涤荡污垢。搅拌式洗衣
8、机结构科学合理,受到人们的普遍欢迎不过10年之后,美国本德克斯航空公司宣布,他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机,洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶,朝自动化又前进了一大步!直至今日,滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。随着工业化的加速,世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机,它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流,使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚,洗净衣物。1955年,在引进英国喷流式洗衣机的基础之上,日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此,波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。日本
9、出现了带干桶的双桶洗衣机,人们称之为“半自动型洗衣机” 进入90年代,由于电机调速技术的提高,洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节,诞生了许多新水流洗衣机。此后,随着电机驱动技术的发展与提高,日本生产出了电机直接驱动式洗衣机,省去了齿轮传动和变速机构,引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。 随后,投币全自动洗衣机相继出现,占领市场。随着人们生活水平的提高,经济能力的增强,很多时候都不愿在洗衣上浪费时间,随着全自动洗衣机的发展,洗衣已经变成很简单的事情,而不需要等在洗衣机旁,节省了很多的时间与精力,所以在国民经济飞速发展的今天,投币全自动洗衣机的前景是不可限量的,人们的需求量也会增加,学校等许多公共场合
10、将会对投币洗衣机有着强大的依赖,尤其是群居比较普遍的地区。投币全自动洗衣 机前景一片大好,在制造洗衣机也应保证质量的同时,降低制造成本,节约资源,为我国经济发展与环境保护都能够有很好的贡献。从古到今,洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动,而在洗衣机出现以前,对于许多人而言,它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣,手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动,留给人的感受常常是:辛苦劳累。但是洗衣机的出现,改变了这洗衣服必须要做的步骤,让人们轻轻松松享受了洗衣的乐趣,只需简单投几个硬币,从而改变了千千万万的家庭的生活,可见,洗衣机的出现意义重大。我校X-10每层楼都有的老古董,我已经有两年没用过了。
11、投币箱与洗衣机由一条电缆连接,投币箱一般安装在固定位置(如墙上),这种安装方式给消费者会带来使用上的不便,难成主流产品。事实上分体式由于安装复杂、移动不便,故在市场上份额很少。(如下图1-1) 图1-1 分体式投币洗衣机 图1-2连体式投币洗衣机2013年时,一楼洗衣房安装了多台连体式投币洗衣机。投币箱与洗衣机集成为一体,可灵活移动,安装过程更为简单。使用更为便捷。(如上图1-2)1.2投币洗衣机在现实中的意义随着洗衣机的商用进程加深,商用洗衣机开始朝着家用洗衣机不同的方向发展,高质耐用、操作简单、完全自动化、减少管理成本的机型成为行业的迫切需求,投币洗衣机应时而生。投币洗衣机采用更高品质的电
12、机、减速器以及耐腐蚀的材料以保证在公共场所的长期正常使用。更重要的是这种洗衣机配备投币箱,由投币系统自动控制洗衣机的运行,操作简单,无需有人值守,极大的降低了管理成本,成为公共场所(学校、工厂、酒店等)商用洗衣机的首选。洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下,将污垢与衣服分离来实现洗干净的目的。投币洗衣机由洗衣机及投币系统两大部分组成,投币系统包含投币箱、投币控制电路。使用时由投币箱识别及反馈投币信息,由投币控制电路控制洗衣机的运行。投币洗衣机根据结构可分为连体式、分体式两种:连体式投币洗衣机:投币箱与洗衣机集成为一体,可灵活移动,安装过程更为简单,分
13、体式由于安装复杂、移动不便,故在市场上份额很少。传统的洗衣方式既费时又不方便,随着生活节奏和生活品质的提高,都市里的人们越来越需要一种高效、便捷、卫生的洗衣方式。以学校为例,每次在30分钟左右将5公斤衣物清洗干净,并通过臭氧发生器进行杀菌,洗涤过程程序完全环保,实现真正意义的高效、清洁、杀菌的功效,且价格低廉。这种自助式洗衣机在发达国家早已风行,倍受广大学生的喜爱。 如今的学校,更倾向于人性化的学习居住环境和优质的服务。学校增加该种硬件配置,更能增强办学的档次和品味,从而提高学校的知名度、影响力和竞争力;而自助式洗衣的需求更是突出,让学生有更多的时间进行学习,加之我国与国际化接轨的热浪,因此自
14、助式洗衣的形成也应运而生了,逐渐形成一种消费的新趋势!1.3PLC控制系统设计的基本原则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:1. 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。2. 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
15、能正常工作。3. 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。4. 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。1.4PLC在洗衣机控制系统中的应用 PLC控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握,是电控人员熟悉的梯形语言,使用术语依然是“继电器”一类术语,大部分与继电器
16、触头的连接相对应,从这些方面突出了使用PLC控制全自动洗衣机的优越性。投币全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率,和适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中,洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂,编写洗涤、脱水程序相对复杂;其次,在设计控制系统硬件时要有多种电路保护装置,如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等 这样增加了硬件的复杂性,隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用,在各种控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点。它是整体模块,集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中,硬件也相对简单,提高
17、控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单以往以单片机为中心控制系统工作的投币全自动洗衣机中,存在着一些本身不能克服的缺点。首先由于单片机的指令系统相对复杂,编写洗涤、脱水程序也相对复杂;其次,在设计控制系统硬件时,要有多种电路保护装置,如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等,这样不但增加了硬件的复杂性,而且隐含较高的故障率,还无形地增加了维修成本费用。如果在全自动洗衣机的控制系统中采用PLC 来控制将能克服单片机的这些缺点。因为它是整体模块,集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。所以在使用中,硬件相对简单,编程语言也相对简单,并且测试容易,维修方便,更可以提高
18、控制系统的设计的灵活性及控制系统的可靠性。第二章 PLC概述第二章 PLC概述2.1PLC简介可编程序控制器(PLC)是以微处理器为基础,综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变,为适应多品种.小批量生产的需要,生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来,虽然至今还不到50年,但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能,可以适应各种工业环境的可靠性,因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序
19、控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史,现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域,成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展,努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用,形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术,应该是广大技术人员努力的方向。2.2PLC的工作原理下图为PLC的扫描工作过程图和扫描周期图:用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读图2-1 PLC的扫描工作过程图输入刷新 程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新图2-2 PLC的扫描周期图 PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序
20、的运行方式,即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上,而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms,因此,PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合,PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入
21、采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑
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