基于PLC的全自动工业洗衣机系统设计毕业设计论文.docx
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基于PLC的全自动工业洗衣机系统设计毕业设计论文
泉州轻工职业学院
设计题目：
PLC在工业洗衣机中的应用
摘要
随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，工业电器全自动化成为必然的发展趋势。
全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。
经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。
纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位，是我们设计要达到的主要目标。
根据工业洗衣机的工作原理，利用可编程控制器（PLC）和变频器实现控制。
PLC的有点是：
可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等。
变频器的优点是高效、节能等，为了进一步提高工业洗衣的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC和变频器来控制工业洗衣这个课题。
该论文就怎样利用PLC和变频器来控制工业洗衣机进行了调查，对其中软件设计。
硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了工业洗衣机的正常运行和强制性停止功能。
关键字：
PLC、变频器、工业全自动洗衣机、节能
PLCinindustrialwashingmachineapplication
ABSTRACT
PLCinindustrialwashingmachineinuse，theoldgeneraltype，semi-automaticwashingmachineistheintegratedtransformation.Itisdifferentwiththehouseholdfullautomaticwashingmachine，thisisanapplicationinthefactoriesneedalargenumberofwashingoccasions，solvemanufacturinglifecleaningtasksrequireddesign.Inthinkingabouttheindustrialautomaticwashingmachineelectricalcontrolmode，selectionofPLCasamicrocomputerprogramcontrol，atthesametimeiscontrolledbythefrequencyconvertertodrivethemotorrunningdirection.
Programmablelogiccontroller（PLC）technology，intoday'ssocietyisdevelopingrapidly，themanufactureralsorolledoutalotofpowerfulnewPLC，variousspecialmoduleandcommunicationnetworkingdevice，asetofprogrammablecontrollercomputertechnology，automationtechnology，communicationstechnologyinonegenericindustrialcontroldevices，whichcanimprovetheaccuracyofoperation，safety，stability，alsobroughthugeeconomic，industrialautomationachievingapowerfultool.ApplicationofPLCtechnology，solveindustrialautomaticwashingmachineprogramming，stabilityisverygood，whileachievingamultifunctionalwashingmachine.
ThispapermainlyintroducedinthefactorythisspecialoccasionshavingPLCapplicationsinindustrialwashingmachinecontrolsystem，solvemanufacturinglifewashingtaskneedandmanufacturing.
KEYWORDS:
PLC，inverter，industrialwashingmachine
前 言
全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。
这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。
所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。
从控制方式的发展阶段上分：
全自动洗衣机可分为两大类：
第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。
第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。
电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。
随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。
因此，洗衣机电动控制系统将逐步退出家电舞台。
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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与各种控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
一项目概述
（一）全自动工业洗衣机的介绍
早在上个世纪初人类就已经发明制造出洗衣机了，可以说洗衣机这种产品的发明创造是工业发展的结晶，给人们的现实生活带来了极大的便利。
当时的洗衣机只有一个盛水桶，在应用中只能进行简单的操作而无法实现更多的功能。
随着社会进步。
科技的发展，二十一世纪的今天，对洗衣机而言已经彻底发生了巨大的变化，具有全自动多功能的洗衣机已经早在现实生活中广泛使用。
随着工业技术日益成熟，我们利用现有技术开发创新出一种具有商业用途的多功能工业大容量洗衣机，实现工业洗衣物的大批洗涤。
工业洗衣机主要用于宾馆、酒店、学校宿舍等需要洗衣量大、洗衣次数频繁的地方，这就要求洗衣机的洗涤效果好、容量大、故障少、可靠性高、寿命长、磨损小、噪声低、运行平稳，正是基于这些要求，工业洗衣机才首选滚筒式结构。
现代滚筒式洗衣机，一般采用不锈钢内、外筒密封设计，所以运行时噪声小；通过内筒有规律的正、反滚动形成的水流冲击，使水、衣物相互摩擦，这样柔和的洗涤衣物，使磨损大大降到，而且不会缠绕，可以减小衣物的报废率，对酒店等节约成本，具有直接的经济意义。
（二）研究PLC工业洗衣机控制系统的目的和意义
社会的快速发展和人们生活节奏的加快使工业洗衣机得到很快发展，PLC的出现为工业洗衣机的制动控制提供了新的平台。
PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术发展起来的一种新型控制装置，能够满足工业洗衣机对控制系统的要求，赢得了很多企业的青睐，所以，有必要通过先进的技术和较低的成本开发和改善现有洗衣机，使其拥有更广阔的市场竞争力。
而随着PLC的价格逐渐下降，我们可以应用PLC实现对洗衣机的开发，更好地为消费者服务。
满足人们生活的需要，并设计出更加节能、功能更完善、更人性化的产品。
因此，本文以PLC作为控制器设计工业洗衣机控制系统具有很强的实用性和现实性。
（三）工业洗衣机PLC控制系统的优点
与传统洗衣机相比，工业洗衣机PLC控制系统的优点突出体现在有以下几个方面：
（1）可靠性高，抗干扰能力强
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以加直接用于强干扰的工业生产现场，PLC已被公认为最可靠的工业控制设备之一。
（2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能和不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的负载能力，可以直接驱动小型电磁阀（进排水电磁阀）和小型交流接触器。
硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地更新工业洗衣的程序。
（3）易学易用，编程方法简单
梯形图是使用得最广的PLC编程语言，对于已经熟悉了传统洗衣的设计和安装的工程师来说，其电路符号和表达方式与继电器原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂。
（4）系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能去带了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般用顺序控制设计法来设计。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可以观察输出信号的状态。
完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般可以通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
（5）体积小，能耗低
复杂控制系统使用PLC后，可以减少大量的中奖继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/10～1/2.
以超小型PLC为例，该品种地步尺寸小于100mm，重量小于150g，功率仅数瓦。
由于体积小容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
二工业洗衣机的工作原理及结构
（一）工业洗衣机的工作原理
PLC在系统中是处于中心位置，洗衣机的进水、洗衣、排水、脱水是通过水位开关，作为PLC的输入信号控制开关，PLC的输出信号决定电磁进水阀和电磁排水阀工作状态，从而实现自动控制的。
水位开关用来控制进水大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，电信进水阀打开，将水注入，排水是，电磁排水阀打开，浆水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。
原理图如下图2-1
图2-1工业洗衣机工作原理图
（二）工业洗衣机的结构
在设计这款工业洗衣机之前，必须要考虑许多问题，比如洗衣的可靠性、安全性、开发推广价值等方面的具体实际问题。
以下描述在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
（1）最大限度地满足控制要求：
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足控制要求，是设计PLC控制系统的最重要的原则。
（2）保证PLC控制系统安全：
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。
（3）力求简单、经济、使用及维修方便：
在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断的口大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统检点、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）适应发展的需要：
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断提高,设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
在设计工业洗衣机时，由于波轮洗衣机洗净率高、时间短、操作相对方便等优点更适合大型的洗衣场合应用。
所以，我选择了波轮式洗衣机在大型场合的应用。
在控制技术上选择PLC作为控制器，来设计工业洗衣机控制系统，主要为了该产品实现功能齐全、外围电路简单、维护容易方便，容易继续写入编程语言实现更新升级等。
最大限度地满足被控对象的控制要求，在应用中保证PLC控制系统安全可靠，适应企业发展的需要，为需要强洗涤工作量的企业提供了极大便利。
为此该工业洗衣机设计的框图（侧面）如下图2-2。
图2-2洗衣机框图（侧面）
洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水痛（内筒）是以同一中心安放的。
外桶固定，作盛水用。
内桶可以旋转，作脱水用。
内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。
洗衣机的进水和排水分别由进水阀和电磁阀来控制。
洗涤之前，按照所选水位高、中、低事前选择好，选择洗涤功能是普通洗涤还是强效洗，之后进入模式状态，开始进水注入到外桶并切内置的加热器开始加热，达到量程要求与其相应的传感器有信号输出，进而来控制PLC的输出让进水阀失电。
排水时,通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、中、低水位开关分别用来检测高、中、低水位。
启动按钮用来启动洗衣机工作。
停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
排水按钮用来实现手动排水。
这款工业洗衣机的设计中综合考虑了水温有利于对洗涤衣物的洗净度效果，所以在外桶底下安置了加热器，最利于洗涤剂去除油污。
我考虑了它的最有应用价值的方面:
帮助企业提高自身的企业文化形象：
洗涤工厂里工人们的大量油污工作服。
避免员工自己在家洗的种种不变，给员工创造了舒适的业余生活，带来了工作中的愉悦心情，潜移默化中提升了企业的文化内涵。
三工业洗衣机的硬件系统
（一）PLC的选择及外围电路
在洗衣机在洗衣机的系统控制器方面，由于以前老式工业洗衣机采用的是继电顺序控制，这种方式不利于系统的稳定而且维修率较高，耗时费工，由此在考虑现代工业迅速发展的基础上洗涤衣物的工作量之大，选择稳定可靠价格合理的PLC作为洗衣机的控制器。
现代技术发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置，与之前半自动洗衣机比较起来，PLC系统配置既固定又灵活，更高的性能，安全性也比之前半自动洗衣机更好。
1I/O地址分配
根据上述分析，本设计共有13输入信号和8输信号。
列出工业洗衣机的I/O分配表，见表3-1。
表3-1系统I/O分配表
输入器件
输入点I
代码
输出器件
输出点Q
代码
启动按扭
I0.0
SB1
进水电磁阀
Q0.0
YV1
停止按扭
I0.1
SB2
排水电磁阀
Q0.1
YV2
高水位水位选择开关
I0.2
SA1-1
蜂鸣器
Q0.2
Y1
中水位水位选择开关
I0.3
SA1-2
电源指示灯
Q0.3
HL1
低水位水位选择开关
I0.4
SA1-3
洗涤指示灯
Q0.4
HL2
脱水水位选择开关
I0.5
SA1-4
脱水指示灯
Q0.5
HL3
高水位传感器
I0.6
SQ1
变频器正转控制
Q0.6
STF
中水位传感器
I0.7
SQ2
变频器反转控制
Q0.7
STR
低水位传感器
I1.0
SQ3
高速
Q1.0
RH
水排空传感器
I1.1
SQ4
中速
Q1.1
RM
水流进传感器
I1.2
SQ5
强洗
I1.3
SA2-1
中洗
I1.4
SA2-2
柔洗
I1.5
SA2-3
2PLC的外部接线图
由工业洗衣机的控制要求，现在根据I/O地址分配表设计外围接线图，如下图3-1。
图3-1PLC的外部接线图
3输入元件
由控制要求我们选择2个按钮（SB）作为程序的开始和停止，选用5个位置开关（SQ）作为高、中、低、排水水位和水流感应的输入，选用1个四输入的选择开关（SA1）用于选择水位和脱水，选用1个三输入的选择开关（SA2）由于选择洗涤强度。
（1）按钮（SB）按钮是一种具有用人体某一部分（一般为手指或手掌）所施加力操作的操动器，并具有储能（弹簧）复位的一种控制开关，在没按动时，接在常开触点接线柱的线路是断开的，常闭触点接线柱的线路是接通的；当按下按钮时，两种触点状态改变，同时也会使与之相连的电路状态改变。
基于按钮这种不按常开触点不通，按下导通后一旦放手有还原为不导通，这种优点正适合用来做启动与停止程序的输入主令电器。
（2）位置开关（SQ）是操动机构在机器的运动部件到达一个预定位置时操作的一种指示开关。
在进水口有一个位置开关上有一个挡板用于检测有无水流；其余4个用于检测水位。
（3）选择开个（SA）开关是一种有别于按钮的主令电器，按下后常开触点闭合，电路接通，放手后，开关不会像按钮那样自动复位，仍保持开的状态。
对于水位的选择和洗涤效果的选择可用选择开关来做主令器件。
3.1.4输出元件
（1）接触器（KM）是一种自动的电磁式开关，适用于远距离频繁地接通或断开交、直流电路及大容量控制电路。
用于控制加热电源的通断。
（2）电磁阀（YV）电磁阀的工作原理与接触器差不多，只是它可使相应的阀门打开和关闭。
进水与排水就是用电磁阀来实现。
（3）指示灯（HL）用来指示洗衣机的工作状态。
选用3个指示灯分别用作电源指示灯（表示洗衣机电源已接通）、洗涤指示灯、脱水指示灯。
对于洗衣机的运行指示选用24V的指示灯便可。
（4）蜂鸣器（Y）用于发出声音，提示洗涤已完成。
声音提示选用一个24V供电的蜂鸣器。
（二）变频器的概述及选择
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
通用变频器是将固定频率输入的交流电源变换为可变频率交流电输出的电力电子设备。
下面介绍变频器的控制方式。
变频器的工作原理被广泛应用与各个。
用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变电压，又可以改变频率。
本课题就是通过控制变频器来改变电机的运行方向和转速，改变电机的运行方向用以实现洗衣机的正反转洗涤，而改变电机的运行电机的运行方向和转速的运行转速是用以实现洗衣机强度，即来实现工业洗衣机洗涤的三种不同的功能：
高速强洗、中速标涤、低速弱洗。
在本课题中，想要变频器达到以上控制效果，就要进一步接受PLC控制。
由此可见两者紧密联系在一起，下面讨论的就是PLC与变频器之间在工业洗衣机方面的控制。
根据电动机的要求，变频器暂定为FR-E540。
变频器端子的接法很重要，如果把接线端子接错将影响变频器正常应用。
下图3-2为FR-E540的接线端子平面图，
图3-2变频器的接线端子
在接线的过程中，要了解每个端子所代表的含义，端子含义如下表3-2。
表3-2
端子
含义
端子
含义
RH
高速
RUN
运行
RM
中速
FU
频率检测
RL
低速
B
异常输出
MRS
输出停止
A/C
RES
复位
10\2\5
频率设定器
SD
公共输出、输入端
4
DC~20Ma（+）
PC
直流24V输出和外部晶体管端子
STF
正转启动
SE
集电极开路输出公共端
STR
反转启动
（三）变频器控制电动机转速
在以往老式的洗衣机调速中多采用交流调速中的串接电阻调速。
现代电力传动技术重要发展方向在调速中直接利用交流电在变频器的变频下实现平稳的调速，可以说它将逐渐取代了过去老式的串阻调速，变极调速，直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于多领域。
通过了解，在工业洗衣机的调速方面，我们选择使用变频器作为理想的调速方式。
它是把工频电源（我国50Hz）变换成需要频率的交流电源，实现电机的无极变速运行，洗衣机的控制电路完成对交流电机主电路的控制。
洗衣机的动力源选择适用于变频器的三相交流异步电动机，它具有比较理想的调速方法，其调速性能最好、效率最高。
我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：
n＝60f（1－s）/p=（1-S）n1
n——异步电动机的转速；
p——电动机极对数；
n1——同步转速；f——异步电动机的供电频率；
s——电动机转差率。
由式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f，就可以改变异步电动机的同步转速n1,从而改变其转子转速n,即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。
变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
在应用变频器时，想要操作它，首先要对它的控制面板进行了解，若下图3-3为该变频器面板模式示意图。
图3-3变频器面板模式示意图
认识了变频器的控制面板，了解各个按键功能也很重要，下面来了解各个按键，表3-3为变频器各个按键的功能。
表3-3变频器功能表
按键
说明
RUN键
折转运行指令键
MODE键
可用于选择操作模式或设定模式
SET键
用于确定频率参数的设定
▲/▼键
用于连续增加或降低运行频率，按下这个键可以改变频率设定模式中按下此键，则可连续设定参数。
FWD键
用于给出正转指令
REV键
用于给出反转指令
在应用变频器进行工作是，一定要进行模式的设置。
在PU操作模式中要把出厂时的Pr。
79的值选择为1.下图3-4为变频器频率及转向的设置流程图。
图3-4变频器频率及转向的设置流程图
参数的设定方法，除了部分参数之外，参数的设定仅用在Pr.79选择模式时可以实施。
一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用增减键来完成。
按下SET键1.5S写入设定值并更新。
另外，作为与运行模式无关的设定方法，可将Pr.77设为2。
下表3-4为设计所需的参数值设定表。
表3-4参数值设定及功能
参数号
设定值
功能
Pr.79
3
组合操作标准
Pr.20
50
加减速基准频率
Pr.1
50
上限频率
Pr.2
0
下限频率
Pr.3
50
基底频率
Pr.4
50
高速强洗
Pr.5
35
中速标洗
Pr.6
20
低速弱洗
Pr.7
5
加速时间
Pr.8
5
减速时间
由以上内容我们大概的了解到利用变频器改变电机的运行方向和速度。
下图3-5为工业洗衣机主电路控制电路。
图3-5工业洗衣机主电路控制图
而变频器与PLC之间正确连接对系统的控制也很重要，下图3-6为该工业洗衣机变频器与PLC之间的连线图。
图3-6变频器与PLC接线图
四工业洗衣机的软件系统
（一）洗衣机系统的控制要求
该洗衣机，在设计上具有柔洗、标洗和强洗的多功能工业洗衣机。
考虑工厂等场合遗物具有油污的特点，在洗涤方面需要具有一定水温才可以达到充分去污的特效，所以本洗衣机带有水温加热功能。
洗衣机洗净衣物的过程实质上是在化学力和机械力的共同作用下，将衣物上的污垢从衣物表面及纤维孔隙中拉挤出来的过程。
在这一过程中，通过水、洗涤剂和机械力三者结合温度的作用，降低、削弱和破坏了污垢与织物间的所形成表面附着、机械附着、分子间引力结合和化学结合，使污垢脱离衣物，达到洗净的目的。
因此，把机械力、洗涤液（水与洗涤剂）、温度看作洗涤过程的三要素。
其中洗涤剂具有活化作用，而一定温度的水起吸收污垢的媒介作用，机械力起揉搓作用。
只有将机械力、洗涤液、温度三者合理配置，洗衣机才能实现最快又最有效的洗净衣物。
机械力和洗涤液变化不大，经常是提高温度来实现，不同的类型的衣物，所能适应的温度不尽相同，在能适应的最高温度下洗涤，这样可以更快的洗涤，同时洁净效果好。
系统的控制要求：
先选择洗涤方式（分柔洗、标
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