彭红付PLC课程设计 4688.docx
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彭红付PLC课程设计4688
电气控制与PLC
课程设计说明书
题目：
工业洗衣机控制系统设计
专业班级：
自动1001
姓名：
彭红付
学号：
201046820118
指导教师：
任胜杰
评语：
成绩：
指导老师签名：
日期：
目录
1系统描述即设计要求2
2方案论证2
2.1研究PLC工业洗衣机控制系统的目的和意义2
2.2PLC工业洗衣机控制系统的优点2
3工业洗衣机的硬件系统设计3
3.1系统的原理方框图3
3.2I/O地址分配4
3.3PLC的选择及外围电路5
3.4变频器及PLC的控制电路7
3.5变频器及PLC的控制电路的接线图8
4工业洗衣机的软件系统设计8
4.1系统流程图8
4.2系统的顺序工程图11
4.3系统的梯形图14
5系统调试17
设计心得21
参考文献22
1系统描述即设计要求
洗衣机电机采用三相异步电机1.5KW380V50HZ,水位传感器采用干簧管式，进水和排水阀门采用电磁阀DC24V5W。
具体要求如下：
1、按下启动按钮及水位选择开关，注水直到（高、中、低）水位，关水
2、2s后开始洗涤
3、洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s
4、如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s
5、开始清洗，重复
（2）～（5），清洗两遍
6、清洗完成，报警3s并自动停机
2方案论证
2.1研究PLC工业洗衣机控制系统的目的和意义
本文主要研究基于PLC工业洗衣机控制系统的设计，以工业洗衣机为载体将PLC控制更好的运用于实践中，使理论与实践相结合，能够让我们更好地学到更多的知识，发展自己。
利用PLC的操作简单、抗干扰性强、输入输出接口多、运行速度快、稳定可靠、维护与维修方便,使洗衣机更趋于经济的需求和社会的发展。
此外，投入PLC控制的洗衣机可靠性高、耗电少、寿命长、环境适应能力强，适合工业洗机的发展需要，而且工业洗衣机利润又高，使PLC的洗衣机得到更好的发展，具有较大的经济和社会意义。
2.2PLC工业洗衣机控制系统的优点
与传统洗衣机相比，PLC工业洗衣机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由于采用现代大规模集成电路技术，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。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
（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。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
（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。
（5）体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，该品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
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。
3工业洗衣机的硬件系统设计
3.1系统的原理方框图
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以及电机工作状态，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。
原理图如下图3.1：
图3.1工业洗衣机工作原理图
3.2I/O地址分配
合理的选择I/O点数也是PLC的重要指标之一。
I/O的选择既要满足系统的控制要求，又要在合理范围降低投资成本。
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13个数字输入点8个数字输出点。
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3.2：
表3.2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
ST1
变频器正转控制
Q0.2
STF
中水位水位选择开关
I0.3
ST2
变频器反转控制
Q0.3
STR
低水位水位选择开关
I0.4
ST3
脱水
Q0.4
YV
手动排水开关
I0.5
SB3
报警器
Q0.5
手动脱水开关
I0.6
SB4
高速
Q1.0
RH
高水位传感器
I0.7
ST4
中速
Q1.1
RM
中水位传感器
I1.0
ST5
低水位传感器
I1.1
ST6
水排空传感器
I1.2
ST7
强洗
I1.3
SB5
普洗
I1.4
SB6
3.3PLC的选择及外围电路
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。
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CPU-224（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，完全能满足该工业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。
综上所述此次设计选用西门子S7-200系列中CPU-224型号。
由工业洗衣机的控制要求，对该控制系统I/O的选择和PLC型号进行了选择，现在根
据I/O地址分配表设计外围接线图，如下图3.3.
图3.3PLC外部接线图
如图3.3当该PLC投入运行时，首先选择洗涤方式（选强洗按下SB5，PLC输出端Q1.0有信号输出，则变频器将会使电机处于高速运转状态下的应用程序，来实现洗衣机强洗的效果；选强洗按下SB6，PLC输出端Q1.1有信号输出，则变频器将会使电机处于中速运转状态下的应用程序，来实现洗衣机普洗的效果），然后根据实际需要选择水位，即按下水位选择开关（ST1、ST2、ST3）任意一个，这时再按下启动按钮SB1，输出端Q0.0有信号输出，此时进水电磁阀YV1通电并打开开始进水。
当水位上升到与选择的水位相一致时，与之相应的水位传感器（ST4、ST5、ST6）接通，此时输出端Q0.0无信号输出，则进水电磁阀YV1失电断开停止进水。
此外，当PLC输出端Q0.2有信号输出时，则变频器控制洗衣机进行正向洗涤；当PLC输出端Q0.3有信号输出时，则变频器控制洗衣机进行反向洗涤；当PLC输出端Q0.1有信号输出时，洗衣机进行排水；当PLC输出端Q0.4有信号输出时，洗衣机进行脱水；当PLC输出端Q0.5有信号输出时，则表示洗衣完成报警提醒。
注意：
当遇到特别情况时，按下SB3进行手动排水，按下SB4进行手动脱水；按下SB3使洗衣机停止运行；ST7作为水排空的模拟输入信号的控制开关。
3.4变频器及PLC的控制电路
通常把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电。
然后再把直流电变换为三相或单相交流电，我们把实现这种转换的装置称为“变频器”。
变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。
用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。
本文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正反转的洗涤，而改变电机的运行转速是用以实现洗衣机洗涤强度，即来实现工业洗衣机洗涤的两种不同的功能：
高速强效洗涤、中速普通洗涤。
要想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。
变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行。
在接线的过程中，要了解每个端子所代表的含义，则端子含义如下表3.4.
表3.4变频器的接线端子的含义
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
DC4~20Ma（+）
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
3.5变频器及PLC的控制电路的接线图
而变频器与PLC之间正确的连接对系统的控制也很重要，下图3.5为该工业洗衣机变频器与PLC之间的接线图。
变
频
器
.
S7-200PLC
.
图3.5变频器与PLC接线图
分析图3.5的工作过程：
当S7-200PLC的输出端Q0.2有信号输出时，则变频器STF端接受到信号控制电机正转；当PLC的输出端Q0.3有信号输出时，则变频器STR端接受到信号控制电机反转；当PLC的输出端Q1.0有信号输出时，则变频器RH端接受到信号控制电机高速运转来实现洗衣机的强洗涤功能；当PLC的输出端Q1.1有信号输出时，则变频器RM端接受到信号控制电机中速运转来实现洗衣机的普洗涤功能。
4工业洗衣机的软件系统设计
4.1系统流程图
该洗衣机，在设计上具有普通洗和强效洗的多功能型。
考虑工厂等场合衣物具有油污的特点，在洗涤方面需要具有一定的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。
系统的控制要求：
先按下洗涤方式（分普通洗和强效洗两种洗衣方式）、水位选择开关，再按启动按钮；
（1）PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动；
（2）启动时开始进水，同时对水进行加热；
（3）当注入的水达到设定水位值时停止进水和加热，2S后开始洗涤；
（4）洗涤时，电机在变频器的控制下5S达到要求转速，之后正转30s后暂停2S；然后开始反转，同样电机在变频器的控制下五秒达到要求转速反转30s，停2s；
（5）如此循环，若正、反转未满5次时，返回从正洗开始的动作；
（6）若正、反洗涤满5次时则开始排水；水位下降到水排尽位时开始脱水并继续排水；
（7）脱水30s即完成一次从进水到排水的大循环过程；
（8）若完成3次大循环，洗完报警3s后自动停机；
（9）可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警；
（10）可以按“排水”按钮实现手动排水；
工业洗衣机通过控制面板显示选择洗衣模式；能够检测水位，自动完成进、出水；按下启动按键之后进行选择洗衣方式，若洗衣量很大则选择强效洗，洗衣机能够按照设定的洗衣程序，从进水、洗涤、漂洗、排水到脱水，整个过程全自动进行；完毕后，能够自动报警，停止工作。
洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。
脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转高速进行甩干。
洗涤完报警。
图4.1为洗衣机的工作流程图，PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动；按下启动按扭和水位选择开关，这个时候开始选择洗衣功能。
选好后开始进水同时加热；进水到设定高度时停止进水和加热停2S后开始洗涤正转；正转30s后暂停；暂停2s后开始洗涤反转；反转30s后暂停；暂停2s后，若正、反转未满5次时，返回从正洗开始的动作；若正、反洗涤满5次时则开始排水；水位下降到低水位时开始脱水井继续排水；脱水30s即完成一次从进水到排水的大循环过程；若完成3次大循环，洗完报警3s后自动停机。
图4.1系统流程图
4.2系统的顺序工程图
顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，他是一种通用的技术语言。
该工业洗衣机控制系统PLC控制状态流程图见图4.2：
4.3系统的梯形图
如图4.3所示是根据图11的顺序功能图，利用起跑停编程方法编制而成的。
图4.3系统梯形图
5系统调试
1，合上外部总开关SQ1，系统上电。
效果如图5.1所示
图5.1初始状态图
2.合上开关SB0。
此时PLC总程序接通。
效果图画面显示如图5.2所示。
图5.2主画面
3，按下启动按钮，并且对时间进行校准，输入时间，效果如图5.3.
图5.3时间校准图
4，现在进行洗涤控制，以标准洗涤为准。
效果如图5.4.
图5.4主窗口
5，最后，当洗涤完成后，报警指示灯闪亮，并且报警器发出指示声。
画面显示如图5.5所示。
图5.5洗涤完成后系统调试图
设计心得
在本设计系统中，考虑了电动机运行方向及转速控制方法，同时也考虑到洗衣机的洗涤特殊性。
因为工厂中的衣物油污灰尘较多，增加了洗涤时的难度，通过控制水温，这样可以达到一定的去污效果。
另外，在此次论文设计中,编程方面采用了西门子S7-200指令，既经济同时又满足了工业洗衣机编程的需求。
在设计该工业洗衣机功能方面还有许多待进一步提高。
比如在洗涤过程中，若打开洗衣机桶盖这时整机将停止洗涤，桶盖合上洗衣机将再次进行之前的洗涤任务；在洗涤过程中，若外部电源与供水中断，洗衣机暂时停止工作，当电源或供电恢复后，洗衣机在原来基础上继续工作，直到洗涤完成，还有要能够通过控制面板设定洗衣机的洗涤时间、洗涤次数、脱水时间；能够检测洗涤量来自动调节洗衣剂的添加量。
这些功能在工业洗衣机中也能够实现，还需得以进一步提高。
通过本控制系统的设计，不仅能够培养独立的工作能力，而且也能够提高动手的能力，相信会对今后的学习、工作、生活有着非常重要的影响。
总之，这次设计为以后面向实际应用打开了大门，为以后做各项工作和进一步学习奠定了基础。
参考文献
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