基于PLC的工业洗衣机控制系统毕业设计.docx

1、基于PLC的工业洗衣机控制系统毕业设计基于 PLC的工业洗衣机控制系统毕业设计韶关市第二技师学院 毕业设计 （ 论文）设计题目 : 基于 PLC的工业洗衣机控制系统设计系 部: 电气工程系专 业: 电气自动化班 级:电气自动化双高 1 班姓 名 :XXX 指导教师 : SBSBB2013 年 12 月摘 要 本文主要介绍了在工厂这种需要大量洗衣、 洗衣次数频繁的特殊场 合中,将汇川 H2U系列 PLC作为主控制器作用于工业洗衣机控制系统中 ,来解决生 活中繁重的洗涤任务。在工业洗衣机设计过程中 ,选择汇川 H2U系列 PLC作为微 电脑程序控制 , 同时利用变频器来改变电动机的运行方向及转速。

2、 首先,通过认识 了解 PLC及 PLC在工业洗衣机中应用的相关知识。然后 , 对本工业洗衣机控制系 统进行硬件系统和软件系统设计。在硬件系统设计中 , 对电动机、变频器及 PLC 相互间进行认识和应用 ;在软件系统设计中 ,涉及了系统流程图、 顺序功能图、梯 形图的设计。在设计系统中 , 使我们对工业洗衣机系统能够更好的理解和使用。关键词 : PLC 变频器 工业洗衣机 控制系统目录摘 要 21引言 41.1研究 PLC工业洗衣机控制系统的目的和意义 41.2PLC 工业洗衣机控制系统的优点 42工业洗衣机的工作原理及结构 52.1工业洗衣机的工作原理 52.2工业洗衣机的结构 53工业洗衣

3、机的硬件系统 63.1PLC 的选择及外围电路 63.3变频器及与 PLC的控制电路 113.3系统运行的控制电路 124工业洗衣机的软件系统 154.1工业洗衣机的控制要求 154.3系统的梯形图程序 174.4触摸屏操作界面 21结 论 22致 谢 23参 考 文 献 231 引言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。 随着社会的进步、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 ,

4、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型工 业大容量洗衣机 , 实现工业衣物的大批洗涤。工业洗衣机的应用很广 ,主要用于宾馆、 酒店、学校宿舍、某些工业等需 要洗衣量大、洗衣次数频繁的地方。这就要求洗衣机的运行平稳、洗涤效果好、 容量大、故障少、可靠性高、噪声低、寿命长等等 , 使之更趋于社会经济发展的 需求。1.1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

5、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。1.2PLC 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 (2) 配套齐全 , 功能完善 , 适用性强3易学易用 , 深受工程技术人员欢

6、迎 (4) 系统的设计、 建造工作量小 , 维 护方便,容易改造 (5) 体积小,重量轻, 能耗低工业洗衣机的工作原理及结构2.1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 1。图 1 工业

7、洗衣机工作原理图2.2工业洗衣机的结构在设计这一款多功能型工业洗衣机之前 , 必须要考虑到许多问题 , 比如洗 衣机在可靠性、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 (2) 保证 PLC控制系统安全可靠 (3) 力求简单、经济、使用及维修 方便 (4) 适应发展的需要为此该工业洗衣机设计的框图如下图 2。 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 :

8、 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。3 工业洗衣机的硬件系统3.1PLC 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

9、也比之前半自动洗衣机更好。3.1.1I/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 16 个数字输入点 16 个数字输 出点。 根据上述分析 , 本设计共有 16 输入信号和 16输信号。列出工业洗衣机 的 I/O 分配表 , 见表 1。表 1 系统 I/O 分配表

10、输入器件 输入点 X 代码 输出器件 输出点 Y启动按扭 X0 SB1 进水电磁阀 Y0停止按扭 X1 SB2 排水电磁阀 Y1高水位水位选择开关 X2 SA1中水位水位选择开关 X3 SA2低水位水位选择开关 X4 SA3脱 水 Y3手动排水开关 X5 SB3报 警器 Y4手动脱水开关 X6 SB4高水位传感器 X7 SA4中水位传感器 X10 SA5低水位传感器 X11 SA6水排空传感器 X12 SA7强洗 X13 SB5普洗 X14 SB63.1.2CPU 功能与选择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

11、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。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 16 个数字量输入点和 16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汇川 H2U系列中 1616MT型号。3.1.3PLC 外部接线图由工业洗衣机的控制

12、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 。 图 3 PLC 外部接线图3.2 汇川 InoTouch Editor 触摸屏3.2.1InoTouch Editor 简介InoTouch Editor 是汇川技术 InoTouch 系列 HMI 编程组态软件 , 采用 Windows Visual Studio风格,功能强大 , 简单易用具有以下特点 :1支持 65536 色真彩显示 ;2支持 windows 平台矢量字体 , 文字大小可以自由缩放 ;3支持 BMP,JPG,GIF 等格式的图片 ;4支持 USB

13、 设备,例如 U 盘、USB 鼠标、 USB 键盘、 USB 打印机等 ;5支持历史数据、故障报警等 , 可以保存到 U 盘或者 SD 卡里面 ;6支持 U 盘、USB 线和以太网等不同方式对 HMI 画面程序进行下载 ;7支持配方功能 , 并且可以使用 U 盘等来保存和更新配方 , 容量更大 ;8支持三组串口同时连接不同协议的设备 , 应用更加灵活方便 ;9支持自定义启动 Logo 的功能 ;10支持市场上绝大多数的 PLC 和控制器、伺服、变频器、温控表等 , 也可以为您特殊的控制器 开发驱动程序11支持离线仿真和在线仿真功能 , 极大的方便了程序的调试InoTouch 系列触摸屏系统的连

14、接界面具备如下3.3变频器及与 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 ,甚 至损坏装置 , 而容量偏大则电流的谐波分量会增大 ,也增加了设备投资。以一般的 工业洗衣机为标准 , 再根据本系统控制要求 , 变频器暂定为 MD280

15、。在变频器控制洗衣电动机的运行方向和转速时 , 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 4 为 MD280的接线端子平面图 ,图 4 变频器接线端子平面图而变频器与 PLC 之间正确的连接对系统 的控制也很重要 ,下图 5为该工业洗衣机变频器与 PLC之间的接线图。3.3系统运行的控制电路3.3.2变频器与电机的结合应用在应用变频器时 , 想要操作它 , 首先要对它的控制面板进行了解 , 如下图 6为该变频器面板模式示意图。图 6 变频器的面板示意图参数的设定方法 :表 4 参数值设定及功能参数号设定值功能F0-002串行通讯命令F0-018通讯给定F0-021掉

16、电记忆F0-09F0-10 5 加减速时间5秒变频器与电机之间的连接如下图 9 所示。图 9 变频器与电机的接线图此外, 在使用变频器时 , 也要注意以下几点方面 : 1) 禁将变频器的输出 端子 U、V、W连接到 AC电源上。2) 变频器要正确接地 , 接地电阻小于 10 ; 避免变频器安装在产生水滴 飞溅的场合。3) 变频器断开电源后 , 待几分钟后方可维护操作 , 直流母线电压应在 25V 以下。4主回路端子与导线必须牢固连接 ; 变频器与电机之间连线过长 , 应加输 出电抗器。6 变频器驱动电机长期以 50HZ运行时 , 应保证电机轴承等机械装置在使 用的速度范围内 , 注意电机和设备

17、的震动、噪音。9严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作10对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。11在变频器的输出侧 , 严禁连接功率因数补偿器、 电容、 防雷压敏电阻 ; 变频器的输出侧严禁安装接触器、开关器件 ; 变频器输入侧与电源之间应安装空 气开关和熔断器。4 工业洗衣机的软件系统4.1 工业洗衣机的控制要求该洗衣机 , 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

18、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

19、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 ;图 10 正常运行流程图4.3系统的梯形图程序图 12 系统梯形图4.4触摸屏操作界面结论在本设计系统中 , 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 面采用了汇川 H2U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

20、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。致谢在此,我要感谢我们的论文指导老师 ,从论文的最初的选题 ,文献的收集 , 论文的述写和定稿 , 老师都是始终给予我们细心的指导和不懈的支持 , 在写论文 中遇到的问题,最后在老师的辛勤、指导下,都能够很好的处理好。 在此谨向马老 师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 对于在学习和生活中帮助我和鼓励我的老师和 同学们 , 我再次表示衷心的感谢 , 你们对于我的帮助使我在心中无以言表。参考文献1王永华. 电气控制及 PLC应用技术 北京航空航天大学出版社 ,20112汇川产品系列3汇川真的很不行