2010機(jī)程序控制系統(tǒng)

1、第一章 緒論1.1 背景介紹今天，高科技迅猛發(fā)展，各種高精尖的最新技術(shù)已經(jīng)日益普遍在老百姓的日常生活中。機(jī)器的勞動(dòng)力是無(wú)限的，毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)代替一大部分人力勞動(dòng)，大大減少了人們生活的壓力。工業(yè)洗衣機(jī)也就是在這種情況下應(yīng)用而生的。世界上最早的洗衣機(jī)和我們中國(guó)最早的織布機(jī)一樣，也是木制手搖的，它是美國(guó)人比爾布萊克斯在1874年發(fā)明的，它的出現(xiàn)引導(dǎo)著衣服“手洗時(shí)代”的退化。這是一臺(tái)設(shè)計(jì)相當(dāng)簡(jiǎn)潔的洗衣機(jī)，在木制的轉(zhuǎn)筒里安裝六塊木板用以撥動(dòng)衣服和水，使衣服和水不停地滾動(dòng)，就可以把衣服洗干凈了。就是這一臺(tái)簡(jiǎn)單的洗衣機(jī)，引起了后來(lái)的洗衣機(jī)風(fēng)暴，讓那些為提高生活效率而苦思冥想的人眼前一亮，洗衣機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)不停

2、改進(jìn)。1880年，在北美洲出現(xiàn)了用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源的新式洗衣機(jī)。這之后，用河水代替人力以及用消耗燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)牽引的洗衣機(jī)也緊接著被發(fā)明出來(lái)。到1911年，電動(dòng)機(jī)的發(fā)明再一次改變了洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)，第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)在美國(guó)試制成功。電動(dòng)洗衣機(jī)的生產(chǎn)成功，減輕了相當(dāng)一部分家庭婦女的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。 1922年，電動(dòng)洗衣機(jī)在不斷地完善后，迎來(lái)了一種嶄新的“攪拌方式”的洗衣方式。翻滾式洗衣機(jī)是由美國(guó)一家的公司開(kāi)發(fā)成功的。這種洗衣機(jī)的中心安一根立桿，在立桿下端裝有翻滾用的撥板，撥板通過(guò)立桿得到電機(jī)的動(dòng)力，能夠攪拌衣服不停地翻滾，通過(guò)機(jī)械沖擊來(lái)洗滌污垢。由于攪拌洗衣機(jī)具有非常合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)，因此得到了人們的普遍喜愛(ài)

3、，在短短幾年時(shí)間內(nèi)紅遍整個(gè)世界。1932年，更合理的洗衣機(jī)再一次出現(xiàn)了。美國(guó)的一家科研機(jī)構(gòu)發(fā)明了世界上第一臺(tái)滾筒洗衣機(jī)，所有洗衣工序都在同一個(gè)滾筒內(nèi)完成。時(shí)至今日，滾筒式洗衣機(jī)已經(jīng)成為家庭中不可或缺的家用電器。越來(lái)越智能化、結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，讓洗衣機(jī)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，這就使得洗衣機(jī)內(nèi)部的自動(dòng)控制系統(tǒng)不斷提高，這也是洗衣機(jī)需要研究的核心問(wèn)題之一。而PLC是目前洗衣機(jī)使用最廣泛的控制器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，開(kāi)發(fā)難度小。所以，PLC成為研發(fā)的主流，而我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容也是用PLC編出洗衣機(jī)的智能化洗衣程序。1. 總體設(shè)計(jì)方案 本課題主要要求設(shè)計(jì)一個(gè)智能洗衣機(jī)程序控制系統(tǒng)。要求實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)自動(dòng)送

4、水、洗滌、排水、脫水的幾次循環(huán)過(guò)程；每一次循環(huán)和循環(huán)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有固定的時(shí)間；能根據(jù)設(shè)定的程序自動(dòng)送水、洗滌、排水、脫水；設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)。具體要求如下：PLC通電以后，系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)，準(zhǔn)備啟動(dòng)。啟動(dòng)以后開(kāi)始往里注水水，當(dāng)水位達(dá)到高水位后取消注水，這時(shí)洗衣機(jī)要開(kāi)始工作。整個(gè)洗滌分三次小循環(huán)和三次大循環(huán)。小循環(huán)包括：正轉(zhuǎn)15s，暫停3s；倒轉(zhuǎn)15s，暫停3s。三次小循環(huán)再加上排水（到低水位時(shí)停止）和10s的脫水排水過(guò)程，就算一次大循環(huán)。當(dāng)三次大循環(huán)結(jié)束以后，報(bào)警10s，之后停機(jī)，整個(gè)過(guò)程全部結(jié)束。整體方案如下：PLC按鈕輸入變頻器電動(dòng)機(jī)進(jìn)、排水閥報(bào)警與指示燈選用PLC作為為中央處理器，通過(guò)電

5、腦將洗衣機(jī)的程序?qū)懭隤LC的CPU，PLC根據(jù)所寫(xiě)入的程序和按鈕送入的信號(hào)執(zhí)行送水、洗滌、排水、脫水的每一個(gè)環(huán)節(jié)以及循環(huán)次數(shù)；洗滌和脫水則電動(dòng)機(jī)工作，送水和排水電磁閥工作；如果在任何一個(gè)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)故障，則報(bào)警器鳴叫。其單元結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。圖1-1 硬件單元結(jié)構(gòu)圖程序編好以后，通過(guò)軟件仿真。第二章 三菱FX2N-64MR型PLC本次設(shè)計(jì)用到的核心器件，毫無(wú)疑問(wèn)就是控制器，即三菱FX系列PLC。它負(fù)責(zé)控制策略的編寫(xiě)，控制行為的執(zhí)行。當(dāng)外部信號(hào)輸入時(shí)，它就要根據(jù)信號(hào)的內(nèi)容經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序分析判斷需要執(zhí)行的步驟，然后通過(guò)繼電器的動(dòng)作完成控制作用，PLC實(shí)物如圖2-1所示。2.1 PLC的定義與由來(lái)P

6、LC的全稱是可編程邏輯控制器，它采用某種編輯程序可編程的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)內(nèi)部程序，執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作、定時(shí)等便于用戶學(xué)習(xí)使用的指令，并且通過(guò)數(shù)模輸入和數(shù)模輸出信號(hào)去控制很多設(shè)備。圖2-1 三菱PLC實(shí)物最早發(fā)明的PLC僅能實(shí)現(xiàn)順序控制和邏輯計(jì)算。計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷地發(fā)展，也不斷地?cái)U(kuò)展和完善了PLC的功能，使其作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止邏輯和順序控制的小范圍，更新了模擬量、過(guò)程控制等實(shí)用較多的作用。2.2 PLC的特點(diǎn)1 編程簡(jiǎn)單且容易學(xué)習(xí)。PLC用的最多的就是編程語(yǔ)言就是梯形圖。梯形圖這種語(yǔ)言直觀形象、易懂易學(xué)，熟悉電器的電路圖的技術(shù)員就可以很快學(xué)會(huì)梯形圖這種語(yǔ)言，可以編寫(xiě)PLC程序。2 功能

7、強(qiáng)大，性價(jià)比高。一臺(tái)比較小型的PLC內(nèi)就有幾百到一千個(gè)能供用戶選擇的編程軟件，可以完成很簡(jiǎn)單以至很復(fù)雜的控制策略。與功能相同的繼電器控制系統(tǒng)相比，不僅節(jié)省成本，而且檢修調(diào)制也變得輕松容易。3 硬件選擇比較多，用戶可以根據(jù)需求進(jìn)行不同的模塊組合，能夠滿足多種多樣的控制需求?，F(xiàn)在的PLC已經(jīng)達(dá)到世界標(biāo)準(zhǔn)水平，附帶著大量的功能模塊以供選擇，可以方便靈活地實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的配置，組成功能不同、規(guī)模不同的系統(tǒng)。4 可靠性比較高，抗擾能力很強(qiáng)。傳統(tǒng)使用的繼電器控制系統(tǒng)使用的基本都是中間和時(shí)間繼電器。因?yàn)槌鲱^的接觸很容易不良，故障率比較大。而PLC中用軟件取代了大量的時(shí)間、中間繼電器，接線能夠減少到繼電器系統(tǒng)控

8、制的0.010.1倍，因此故障率大大減小。5 設(shè)計(jì)方便、調(diào)試簡(jiǎn)單。PLC控制系統(tǒng)中的繼電器、計(jì)數(shù)器很少，也使控制柜安裝、設(shè)計(jì)、接線簡(jiǎn)單，容易辦到。6 維修量小且方便。PLC出現(xiàn)故障的幾率很小，而且?guī)в凶栽\斷能力和顯示的功能。PLC本身或外部其他硬件發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)PLC上的光發(fā)二極管或編程機(jī)器傳出的信號(hào)快速查明故障原因，更換模塊可以快速地使故障排除。7 能耗低，體積小。對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，PLC可以大大減少所用元件，可以使柜子的占地減少到1/10-1/2。2.3 PLC的結(jié)構(gòu)實(shí)際上的PLC包括軟件和硬件兩部分，這里只介紹硬件部分。1 電源模塊電源占有著舉足輕重、不可忽視的地位。如果電源的性

9、能不夠良好、可靠、穩(wěn)定，系統(tǒng)就無(wú)法正常工作。因此，在PLC的設(shè)計(jì)中，電源的設(shè)計(jì)是比較嚴(yán)苛的一部分。一般允許交流電壓在10%15%的范圍內(nèi)波動(dòng)，可以把PLC直接接到電網(wǎng)上而不采取其他措施。2 中央處理器（CPU）中央處理器（CPU）是PLC的控制中樞，是整個(gè)控制系統(tǒng)地核心。它依據(jù)PLC自己的特有屬性處理和分析來(lái)自于設(shè)備輸入的功能代碼；測(cè)試各硬件模塊的實(shí)時(shí)狀況，并指出程序中的問(wèn)題和警告。當(dāng)PLC即將開(kāi)始工作時(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)的多種裝置得到的信號(hào)和指令后儲(chǔ)藏在輸入輸出模塊中，然后從現(xiàn)場(chǎng)工作程序的指令中讀取內(nèi)容，根據(jù)指令的計(jì)算規(guī)則得到結(jié)果后傳送給輸入輸出設(shè)備保存起來(lái)。當(dāng)所有的指令都經(jīng)過(guò)分析以后把PLC最終得到

10、的決策內(nèi)容給到輸出設(shè)備，然后繼續(xù)下一輪讀取，循環(huán)執(zhí)行著現(xiàn)場(chǎng)工作程序。為了保證PLC控制的可靠性，在大型的PLC上采用雙核CPU組成冗余系統(tǒng)，或采用三核CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)。這樣局部的故障就無(wú)法波及整體的工作。3 存儲(chǔ)器它能夠記憶一些東西，里邊的主要元件是半導(dǎo)體元件。系統(tǒng)本身運(yùn)行的時(shí)候也需要程序的支持，保存這部分程序的半導(dǎo)體電路叫做系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。這部分內(nèi)容只可以看，不能改。而軟件的部分則可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行更改，工作時(shí)的數(shù)據(jù)以及程序保存在隨機(jī)存儲(chǔ)器中，既可以看，也可以改。（1）輸入接口現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光電耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，它的作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制接口界面的入輸通道。輸入接口的

11、電路工作過(guò)程：合上開(kāi)關(guān)后，二極管就發(fā)光，之后三極光經(jīng)光照后導(dǎo)通，并且向內(nèi)部的電路輸入信號(hào)；當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，二極管不再發(fā)光，三極管不再導(dǎo)通，也不向內(nèi)部傳輸信號(hào)。也就是輸入接口電路可以把外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)變成能夠被PLC內(nèi)部接受的的數(shù)字信號(hào)。（2）輸出接口PLC與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的通道叫做輸出接口，傳送數(shù)據(jù)、中斷信號(hào)以及現(xiàn)場(chǎng)采集到的故障和警報(bào)信息。作用是PLC通過(guò)它可以向現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件去輸出相對(duì)應(yīng)的控制信息。工作過(guò)程：內(nèi)部電路給出的數(shù)字信號(hào)為1時(shí)，有電流去流過(guò)，繼電器的線圈也有電流，之后常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)因而提供負(fù)載導(dǎo)通需要的電流、電壓；內(nèi)部電路給出的數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，就沒(méi)有其電流流過(guò)，繼電器的線圈失電，常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)斷

12、開(kāi)，負(fù)載的電流和電壓也會(huì)斷開(kāi)。這也就是輸出接口能把內(nèi)部電路的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成物理動(dòng)作信號(hào)。5 通信接口 Plc配有很多各種各樣的相互聯(lián)系的接口，并且裝有處理相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)備。經(jīng)過(guò)這些通道，主機(jī)能夠與控制環(huán)中的所有相關(guān)檢測(cè)儀器、傳送裝置以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相互傳送信號(hào)。另外，兩臺(tái)主機(jī)之間和多臺(tái)主機(jī)之間都能夠進(jìn)行通信，使其成為一個(gè)很大的控制兼監(jiān)控的大網(wǎng)系統(tǒng)。還有進(jìn)行遠(yuǎn)程操控也需要這種接口通道。6 智能接口模塊進(jìn)行智能化以后的通道是一個(gè)比較孤獨(dú)的單元，具有自己的各個(gè)運(yùn)行部件，包括處理器、內(nèi)存以及各種通道。它是PLC的一個(gè)不可或缺的部分，通過(guò)一定的途徑與主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)通信等作用，并能夠單獨(dú)擔(dān)任一定的任務(wù)。PL

13、C的智能接口模塊種類很多，這里就不一一列舉了。7 編程裝置編程裝置是把工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制要求和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成PLC語(yǔ)言并輸入到PLC的CPU中進(jìn)行控制作用的裝置，并且能夠充當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，并且能夠在工程師和主機(jī)之間建立起溝通的橋梁，是PLC上很重要的一個(gè)組成部分。編程裝置有比較獨(dú)立的裝置，也有裝設(shè)在主機(jī)內(nèi)部的。專用的編程器能夠服務(wù)的品牌較少，由于是特殊設(shè)計(jì)，成本比較高。另外，PLC的發(fā)展非?？焖伲枰粩嗟馗缕涔δ?，所以過(guò)去設(shè)計(jì)的專用編程器也會(huì)很快被淘汰掉了，所以，一般人很少選用此類編程器。相反，大部分的人都愿意在自己的計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件完成編程工作，這樣不僅方便使用，成本較低，而且

14、更新?lián)Q代比較簡(jiǎn)單。如此一來(lái)，用戶就可以花較少的錢(qián)得到性能強(qiáng)大的控制系統(tǒng)，這是目前PLC發(fā)展的主要趨勢(shì)。2.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，根據(jù)PLC的不同類型，已將它的應(yīng)用分為以下幾類。1 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域就是開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，因?yàn)樗彩荘LC最基礎(chǔ)的控制功能，可以取代繼電器的控制。這樣既可以控制小型規(guī)模的設(shè)備，也可以控制有很多設(shè)備組成的流水線、生產(chǎn)線等等大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)。例如，香煙包裝的生產(chǎn)線，采礦用的皮帶輸送機(jī)、裝配汽車(chē)的生產(chǎn)線、鍍電流水線、箱冰生產(chǎn)線、控制電梯，還有組合機(jī)床電氣控制。2 慢連續(xù)量過(guò)程控制溫度和流量等物理量的變化是比較平緩的，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求需要采集模擬量

15、并組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。這就需要有模擬量和數(shù)據(jù)量的相互轉(zhuǎn)化，即A/D和D/A轉(zhuǎn)換的模塊。PLC的這個(gè)功能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到電力、化工、冶金、機(jī)械、輕工等行業(yè)。比如，鍋爐的控制，磨廠分級(jí)的過(guò)程控制、加熱爐溫控制、水處理的控制、酒釀的控制等等。3 快連續(xù)量的動(dòng)運(yùn)控制PLC還能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)等精度要求比較高小型設(shè)備，比如機(jī)械手臂等需要小幅度圓周運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合?，F(xiàn)今，運(yùn)動(dòng)的控制已經(jīng)成為PLC不能缺乏的功能之一，它已經(jīng)被廣泛使用于多種機(jī)械，比如機(jī)器手、裝配機(jī)械、金屬形成機(jī)械。4 通信PLC通信的類型大體為以下幾種：（1）PLC和PLC之間的互相通信。兩臺(tái)之間可以通信，幾十臺(tái)或者上百臺(tái)也能；同系列之間的可以，不同系

16、列之間的也行。比如，把三菱的FX系列PLC當(dāng)成三菱的A系列的就地制控站，這樣就能簡(jiǎn)單地現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程分散控制以及集中管理。（2）PLC和智能裝置的通信。PLC可以和打印機(jī)等附加設(shè)備，另加遠(yuǎn)程控制設(shè)備等非主要設(shè)備進(jìn)行通信，使之形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。（3）PLC和上位計(jì)算機(jī)間的通信。計(jì)算機(jī)能進(jìn)行編程，也能對(duì)PLC監(jiān)控與管理。和集散控制系統(tǒng)類似，PLC也能實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)領(lǐng)導(dǎo)多臺(tái)PLC進(jìn)行控制。（4）PLC和PLC數(shù)據(jù)取存單元實(shí)現(xiàn)通信。PLC提供多種型號(hào)的數(shù)據(jù)取存單元，用這個(gè)數(shù)據(jù)取存單元能方便地對(duì)已設(shè)定的數(shù)據(jù)修改，也能對(duì)各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)和圖形的變化實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，也能對(duì)PLC發(fā)生的故障進(jìn)行判別和診斷。PLC應(yīng)用的領(lǐng)

17、域也越來(lái)越寬泛，差不多遍及所有的控制現(xiàn)場(chǎng)。大部分的工業(yè)領(lǐng)域都有PLC進(jìn)行控制。跟隨著PLC性價(jià)比的不斷提高，它的應(yīng)用圍范會(huì)越來(lái)越大。第三章 三菱FR-A540變頻器的結(jié)構(gòu)和原理本次設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要元件就是變頻器，變頻器是連接PLC與洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)的重要樞紐。由于PLC輸出的是開(kāi)關(guān)信號(hào)，沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程。而電動(dòng)機(jī)的起停是一個(gè)緩慢的過(guò)程，起停太快會(huì)無(wú)法啟動(dòng)甚至損壞電動(dòng)機(jī)。而變頻器就是一個(gè)平滑調(diào)速的裝置，能很好解決電動(dòng)機(jī)的起停問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)采用的是三菱FR-A540型變頻器。3.1 變頻器簡(jiǎn)介變頻器通過(guò)一定的技術(shù)，把輸入其的電壓的頻率進(jìn)行改變，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與供電電源的頻率有直接的關(guān)系，所以變頻器能

18、通過(guò)這種手段改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。變頻器能夠把直流變成交流，也能把交流變成直流，同時(shí)還能過(guò)濾掉不需要的干擾性頻率。變頻器經(jīng)內(nèi)部的IGBT開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的頻率和電壓，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能和調(diào)速的目標(biāo)。變頻器還設(shè)有很多保護(hù)的功能，防止電流、電壓等過(guò)載引起對(duì)電動(dòng)機(jī)的傷害。所以，變頻器和電動(dòng)機(jī)是一對(duì)孿生兄弟，基本不可分開(kāi)。3.2 變頻器的構(gòu)成一 主電路變頻器的主電路由整流器、平波電路、逆變器和制動(dòng)電路組成，如圖3-1所示。1 整流器圖3-1 變頻器電路結(jié)構(gòu)把交流變成直流的過(guò)程叫做整流。用二極管和三極管以及晶閘管等元器件，利用電力電子技術(shù)經(jīng)過(guò)一定的原理組合在一起就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。一般的整流電路經(jīng)過(guò)調(diào)

19、整也能變成逆變電路。2 平波電路 經(jīng)整流器后的直流電壓中，有6倍電源率頻脈動(dòng)電壓，另加逆變流器生產(chǎn)的脈動(dòng)流電也會(huì)讓直流的電壓產(chǎn)生波動(dòng)。為了能夠抑制波動(dòng)的電壓，用電感與電容吸收脈動(dòng)的電壓和電流。裝置的容量比較小的時(shí)候，若電源及主電路的器件有余量，則能夠省略電感而直接用簡(jiǎn)潔的平波電路。3 逆變器和整流器不同，逆變器它的作用只是把直流的功率轉(zhuǎn)換成要求率頻的交流的功率，一句PWM的控制信息把6個(gè)開(kāi)關(guān)元件間歇導(dǎo)通和關(guān)斷，就能得到頻率能變化的三相交流的輸出。4 制動(dòng)電路異步電機(jī)工作在再生的制動(dòng)區(qū)（轉(zhuǎn)差率是負(fù)的），再生的能量存儲(chǔ)在平波回路中的電容器里，讓直流電壓能夠升高。通常來(lái)看，由機(jī)械統(tǒng)系（含帶電機(jī)）的慣

20、量積攢到的能量比在電容器里儲(chǔ)存著的能量多，需快速地制動(dòng)時(shí)，能用可以逆變的變流器向電源設(shè)置或制動(dòng)電路（電阻和開(kāi)關(guān)）將再生的功率耗費(fèi)掉，避免直流回路的電壓升高。二 控制回路1 運(yùn)算回路 通過(guò)控制系統(tǒng)中的閉環(huán)測(cè)量裝置把電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集回來(lái)后，通過(guò)運(yùn)算回路的計(jì)算，得出相應(yīng)的結(jié)果，從而根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算變頻的程度。2 電壓和電流測(cè)檢電路和主電路的電位進(jìn)行隔離，檢測(cè)電流、電壓等。3 驅(qū)動(dòng)回路是驅(qū)動(dòng)主回路的器件的回路，能夠讓主回路的器件關(guān)斷、導(dǎo)通。4 速度測(cè)檢電路 以安在異步電機(jī)軸上邊的速度測(cè)檢器件（PLGTG）的信號(hào)作為速度的信號(hào)，送到運(yùn)算電路，依據(jù)運(yùn)算和指令能讓電動(dòng)機(jī)在指令要求的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)。5 保護(hù)

21、回路當(dāng)回路的某些電力物理量超過(guò)正常工作的范圍時(shí)，就變得非常危險(xiǎn)，為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)被燒毀，需要設(shè)置一些保護(hù)性電路。保護(hù)電路主要含有：（1）逆變器的保護(hù)包含瞬時(shí)過(guò)流電、再生過(guò)壓、過(guò)載、瞬間停電、冷風(fēng)機(jī)異常、接地過(guò)流電等保護(hù)。（2）異步電機(jī)保護(hù)包含過(guò)載、超速和超頻等保護(hù)。（3）其他保護(hù) 包含防失速過(guò)流、防失速再生過(guò)壓等保護(hù)。第四章 硬件電路連接與控制程序設(shè)計(jì)4.1 硬件電路連接本次設(shè)計(jì)的硬件部分主要包括PLC、變頻器、電動(dòng)機(jī)和各種繼電器。PLC作為主控制器，根據(jù)內(nèi)部的工作程序，通過(guò)按鈕的輸入信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，最后得出結(jié)果輸出到變頻器或控制進(jìn)水、排水閥的繼電器；變頻器主要是對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止進(jìn)行平滑地

22、調(diào)速，除了輸入和輸出三相電的R、S、T和U、V、W外，還有正轉(zhuǎn)輸入端STF、反轉(zhuǎn)輸入端STR，并且對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止的調(diào)速過(guò)渡時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。本次設(shè)計(jì)的硬件連接圖如圖4-1所示。圖4-1 硬件連接圖 硬件圖是基礎(chǔ)，有了正確合理的硬件連接，才能保證軟件的正常運(yùn)行。軟件部分是核心，是整個(gè)洗衣機(jī)的大腦，以下是軟件部分。4.2 控制程序設(shè)計(jì)一 變頻器參數(shù)設(shè)置之所以要選用變頻器作為PLC和電動(dòng)機(jī)之間的橋梁，一是因?yàn)镻LC的輸出信號(hào)需要通過(guò)變頻器傳送給電動(dòng)機(jī)，二是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的啟動(dòng)需要通過(guò)變頻器改變輸入頻率而緩慢啟動(dòng)。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求和需要，本次設(shè)計(jì)變頻器參數(shù)設(shè)置如表4-1所示

23、。序號(hào)內(nèi)容參數(shù)1系統(tǒng)清零2運(yùn)行模式Pr.79=5（程序）3時(shí)間設(shè)定Pr.200=0/2(分鐘、秒)4程序運(yùn)行組Y1正轉(zhuǎn)（STF）Pr.7=3 Pr.8=3 Pr.20=30 Pr.29=0Y2反轉(zhuǎn)（STR）Pr.7=3 Pr.8=3 Pr.20=30 Pr.29=0Y4脫水（RH）Pr.18=130二 控制程序設(shè)計(jì)根據(jù)1.3的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)將軟件設(shè)計(jì)部分列舉如下1 PLC的I/O的配置方式如表4-2所示。輸入設(shè)備輸入繼電器輸出設(shè)備輸出繼電器代號(hào)功能代號(hào)功能SB1啟動(dòng)按鍵X0KM0進(jìn)水閥Y0SB2停止按鍵X1正轉(zhuǎn)Y1SB3排水按鍵X2反轉(zhuǎn)Y2SQ4高水位X3KM1排水Y3SQ5低水位X4

24、脫水Y4HL蜂鳴器Y5表4-2 PLC的I/O配置方式2順序功能圖順序功能圖是整個(gè)程序的邏輯結(jié)構(gòu)，必須保證正確、簡(jiǎn)潔，本設(shè)計(jì)的順序功能圖如圖4-2所示。啟動(dòng)正、反轉(zhuǎn)不夠3次初始狀態(tài)進(jìn)水洗滌正轉(zhuǎn)暫停洗滌反轉(zhuǎn)暫停排水報(bào)警脫水、排水停機(jī)大循環(huán)不夠3次高水位15s3s15s3s低水位10s10s一次小循環(huán)一次大循環(huán)圖4-2 順序功能圖3 程序清單圖4-3 程序清單（一）圖4-4 程序清單（二）圖4-5 程序清單（三）第五章 控制系統(tǒng)仿真結(jié)果本設(shè)計(jì)仿真采用GX WORKS 2軟件。 GX WORKS 2是德國(guó)三菱公司開(kāi)發(fā)的PLC編程與仿真綜合一體的軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真各種PL

25、C程序你，能夠清楚地看出程序的運(yùn)行情況以及輸入輸出之間的關(guān)系。利用GX WORKS 2對(duì)本次的工業(yè)洗衣機(jī)控制程序進(jìn)行仿真，以下是結(jié)果截圖：1 進(jìn)水當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，Y000接通，進(jìn)水電磁閥打開(kāi)，洗衣機(jī)開(kāi)始進(jìn)水，當(dāng)水位到達(dá)高水位開(kāi)關(guān)后，Y000關(guān)閉，停止進(jìn)水，如圖5-1所示。圖5-1 進(jìn)水輸出示意圖2 正轉(zhuǎn)當(dāng)高水位開(kāi)關(guān)X003接通后，Y001接通，洗衣機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)要持續(xù)15s，然后暫停3s，如圖5-2所示。圖5-2 正轉(zhuǎn)輸出示意圖3 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn)暫停3s結(jié)束后，Y002接通，洗衣機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)要持續(xù)15s，然后暫停3s。如圖5-3所示。圖5-3 反轉(zhuǎn)輸出示意圖4 排水脫水 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及附帶

26、的暫停循環(huán)運(yùn)行三次后，Y003接通，洗衣機(jī)開(kāi)始排水；當(dāng)水位到達(dá)低水位后，Y004接通，洗衣機(jī)開(kāi)始脫水并繼續(xù)排水，脫水持續(xù)10s，如圖圖5-4所示。圖5-4 排水脫水輸出示意圖5 報(bào)警 當(dāng)三次小循環(huán)及排水、脫水完成后,算一次大循環(huán)，三次大循環(huán)完成后，Y005接通，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10s后結(jié)束，此時(shí)整個(gè)洗衣過(guò)程完成，如圖 5-5所示。圖5-5 報(bào)警輸出示意圖結(jié)論隨著高科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化已經(jīng)日益不可缺少，而且地位越來(lái)越重要，不僅能夠保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速，更能節(jié)約大量的人力、物力、財(cái)力，而PLC作為控制家族中非常重要的一員，地位也非常重要，PLC已成為遍及工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的大

27、角色。在設(shè)計(jì)中，主要對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制程序進(jìn)行編程，從而控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方法、時(shí)間，以及進(jìn)、排水閥門(mén)實(shí)現(xiàn)洗衣過(guò)程。它由PLC、變頻器、各種繼電器、報(bào)警蜂鳴器組成，當(dāng)PLC的輸入端口接受外部的信號(hào)后，根據(jù)程序算法決定輸出端的動(dòng)作方法。結(jié)合變頻器當(dāng)中的電機(jī)調(diào)速程序，控制電機(jī)和繼電器的動(dòng)作。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐，深化了對(duì)PLC和變頻器的硬件設(shè)備與軟件設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，使我們?cè)谠O(shè)計(jì)的實(shí)踐中獲得新的知識(shí)。理論知識(shí)作為科研的基礎(chǔ)，是必不可少的，認(rèn)真學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容和課本知識(shí)是我們大學(xué)四年中很重要的一部分。然而“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”。搞科研就像學(xué)習(xí)任何一門(mén)技藝一樣，紙上談兵永遠(yuǎn)都不會(huì)有什么成就，無(wú)論好壞拿