畢業(yè)設(shè)計(jì)108自動(dòng)洗衣機(jī)

PLC 課程設(shè)計(jì) 05 電氣自動(dòng)化（ 3）班 邱金 興 05321327 - 1 - 全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC 控制 摘 要： 該文對 全自動(dòng)洗衣機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，工作原理，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，在全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程，選用 S7-200 作為控制核心，制定了可編程控制器的控制方案。 關(guān)鍵詞： 全自動(dòng)洗衣機(jī) ; PLC; PLC 控制 ; 控制系統(tǒng) 1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： 1. 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。 2. 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè) 計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 3. 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系 統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。 4. 適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 1.2 PLC I/O 模塊的選擇步驟與原則 一般 I O 模塊的價(jià)格占 PLC 價(jià)格的一半以上。 PLC 的 I O 模塊有開關(guān)量 I O 模塊、模擬量 I O 模塊及各種特殊功能模塊等。不同的 I O 模塊，其電路及 功能也不同，直接影響 PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。 2.2.1 開關(guān)量 I O 模塊的選擇 1、 開關(guān)量輸入模塊的選擇 開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的開關(guān)信號，將信號轉(zhuǎn)換為 PLC 內(nèi)部接受的低電壓信號，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)、外信號的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 1）輸入信號的類型及電壓等級 開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入 模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 PLC 課程設(shè)計(jì) 05 電氣自動(dòng)化（ 3）班 邱金 興 05321327 - 2 - 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流 5、 12、 24、 48、 60等；交流110、 220等。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般 5、 12、 24用于傳輸距離較近場合，如 5輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過米。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的模塊。 2）輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式，如圖 6-2 所示。 圖 6-2 開關(guān)量輸入模塊的接線方式 a)匯點(diǎn)式輸入 b)分組式輸入 匯點(diǎn)式的開關(guān) 量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（ COM）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價(jià)格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。 3）注意同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 (如 32 點(diǎn)、 48 點(diǎn)等 )，應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的 60。 4）輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱 PLC 說明書。 2、 開關(guān)量輸出模塊的選擇 開關(guān)量輸出模塊是將 PLC 內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號，并實(shí)現(xiàn) PLC內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 1）輸出方式 開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。 繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。 對 于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點(diǎn)元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。 2）輸出接線方式 開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 分組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，一組有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動(dòng)不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個(gè)輸出點(diǎn)就有一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離。選擇時(shí)主要根據(jù) PLC 輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式 PLC 既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 3）驅(qū)動(dòng)能力 開關(guān)量輸出模塊的輸出電流 (驅(qū)動(dòng)能力 )必須大于 PLC 外接輸出設(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實(shí)際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 4）注意同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量 選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)，還應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)接通輸出設(shè)備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個(gè) 220V 2A 的點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可承受 2A 的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是 16A(82A) ，通常要比此值小得多。一般來講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù) 不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的 60。 5)輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) PLC 課程設(shè)計(jì) 05 電氣自動(dòng)化（ 3）班 邱金 興 05321327 - 3 - 開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。 1.2.2 模擬量 I O 模塊的選擇 模擬量 I O 模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與 PLC 內(nèi)部總線相連，同時(shí)為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（ A D）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出 (D A)模塊是將 PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn) 換為模擬量信號輸出。 2全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 圖控制程序的編制，并畫出硬件接線圖 2.1.1 設(shè)計(jì)硬件連接線路圖 圖 1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的 I/O 分配并設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線路 2.1.2 設(shè)計(jì)功能順序圖（ Grafcet） 圖 3 順序功能圖（ Grafcet） PLC 課程設(shè)計(jì) 05 電氣自動(dòng)化（ 3）班 邱金 興 05321327 - 4 - 3.2 控制要求 （ 1） 按下啟動(dòng)按扭及水位選擇開關(guān)，開始進(jìn)水直到高（中、 低）水位，關(guān)水 （ 2） 2 秒后開始洗滌 （ 3）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn) 30 秒，停 2 秒，然后反轉(zhuǎn) 30 秒，停 2 秒 （ 4） 如此循環(huán) 5 次，總共 320 秒后開始排水，排 空后脫水 30 秒 （ 5） 開始清洗，重復(fù)（ 1）（ 4），清洗兩遍 （ 6） 清洗完成，報(bào)警 3 秒并自動(dòng)停機(jī) （ 7） 若按下停車按扭，可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水（不計(jì)數(shù)） 輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)： 啟動(dòng) 10001 低水位檢測 10009 啟動(dòng)洗衣機(jī) 00001 停止 10002 手動(dòng)排水 10010 進(jìn)水閥 00002 高水位 10003 手動(dòng)脫水 10011 正轉(zhuǎn)及脫水 00003 中水位 10004 反轉(zhuǎn) 00004 低水位 10005 排水 00005 排空檢測 10006 報(bào)警 00006 高水位檢測 10007 中水位檢測 10008 3.3 點(diǎn)號表 I0.0 啟動(dòng)信號 Q0.0 啟動(dòng)指令 I0.1 停止信號 Q0.1 進(jìn)水閥控制 PLC 課程設(shè)計(jì) 05 電氣自動(dòng)化（ 3）班 邱金 興 05321327 - 5 - I0.2 高水位 Q0.2 正轉(zhuǎn)及脫水 I0.3 中水位 Q0.3 反轉(zhuǎn) I0.4 低水位 Q0.4 排水 I0.5 排空檢測 Q0.5 報(bào)警 I0.6 高水位檢測 I0.7 中水位檢測 I1.0 低水位檢測 I1.1 手動(dòng)排水 I1.2 手動(dòng)脫水 3.4 梯形圖（ Ladder） 在全自動(dòng)洗衣機(jī)的 程序設(shè)計(jì)，采用編程方法中最常用的 梯形圖 法。應(yīng)用編程軟件STEP7-Micro/WIN32 編程 .在 PLC 的控制下，可實(shí)現(xiàn)單步，自動(dòng)等多種工作方式。下面是自動(dòng)方式的具體程序（ 梯形圖 表示）。 圖 4 梯形圖（ Ladder） PLC 課程設(shè)計(jì) 05 電氣自動(dòng)化（ 3）班 邱金 興 05321327 - 6 - PLC 課程設(shè)計(jì) 05 電氣自動(dòng)化（ 3）班 邱金 興 05321327 - 7 - 5.設(shè)計(jì)心得 雖然本次課程設(shè)計(jì)是要求自己獨(dú)立完成，但是，