機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文95924

1、畢業(yè)設(shè)計說明書課題名稱:PLC、變頻器和觸摸屏實現(xiàn) 工業(yè)洗衣機控制學(xué)生姓名 XXXX 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電1102班 時 間 2013.10-2013.12 指導(dǎo)教師 XXXX 電子工程學(xué)院目錄摘要.3關(guān)鍵詞.3一 前言.4 （一）工業(yè)控制洗衣機.4 （二）PLC簡介.4 （三）變頻器簡介.4 （四）觸摸屏簡介.5二 系統(tǒng)硬件設(shè)計.6 （一）控制要求.6 （二）硬件選擇.6 （三）變頻器參數(shù).7 （四）I/O地址分配表.8 （五）硬件接線圖.9 （六）觸摸屏畫面和實現(xiàn)功能.10三 系統(tǒng)軟件設(shè)計.11 （一) PLC控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖.11 （二） PLC控制程序梯形圖.12 （三）

2、綜合調(diào)試.15 （四）結(jié)束語.16致謝.17參考文獻.1819摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制技術(shù)的不斷更新。本篇論文描述了采用可編程控制器（三菱FX2N系列PLC）作為核心控制部件，并利用計算機對工業(yè)洗衣機進行模擬監(jiān)控的控制系統(tǒng)總體控制，設(shè)計出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，實現(xiàn)洗滌、漂洗、脫水過程。根據(jù)工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)總體控制要求和特點，為使洗衣機操作的整個流程更直接明白化，本論文就利用通過PLC控制全自動洗衣機進行了調(diào)查，實現(xiàn)了全自動洗衣機的正常運行和強制性停止功能。關(guān)鍵詞：三菱FX2N系列PLC 變頻器 觸

3、摸屏 工業(yè)洗衣機 一 前言（一）工業(yè)洗衣機洗衣機是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。它在工業(yè)中的應(yīng)用也十分廣泛，本課題在于對工業(yè)洗衣機的研究。工業(yè)洗衣機適用于洗滌棉、毛、花扦、絲綢等衣物品，所以工業(yè)洗衣機大量用于賓館、飯店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠等領(lǐng)域，滿足大容量的洗滌要求。但是傳統(tǒng)的基于繼電器的控制已經(jīng)不能滿足人們對洗衣機的自動化的程度的要求了。洗衣機需要更好的滿足人們的需求，必須借助于自動化的技術(shù)的發(fā)展。而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，用PLC作為控制器就能很好的滿足全自動洗衣機對自動化的要求，并且控制方式靈活多樣，控制模式可以根據(jù)不同場合的應(yīng)用而有所不同。自動化的飛速

4、發(fā)展使得洗衣機由初始的半自動洗衣機發(fā)展到現(xiàn)在的全自動洗衣機，現(xiàn)在又正向智能洗衣機方向發(fā)展。（二）PLC簡介 PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：1.電源 2.CPU 3.儲存器 4.輸入輸出接口電路 5.功能模塊 6.通信模

5、塊（三）變頻器簡介變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。 變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元：將工作頻

6、率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。高容量電容：存儲轉(zhuǎn)換后的電能。逆變器：由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波?？刂破鳎喊丛O(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動交流電動機（四）觸摸屏簡介 所謂觸摸屏，從市場概念來講，就是一種人人都會使用的計算機輸入設(shè)備，或者說是人人都會使用的與計算機溝通的設(shè)備。不用學(xué)習(xí)，人人都會使用，是觸摸屏最大的魔力，這一點無論是鍵盤還是鼠標，都無法與其相比。人人都會使用，也就標志著計算機應(yīng)用普及時代的真正到來。這也是發(fā)展觸摸屏，發(fā)展KIOSK，發(fā)展KIOSK網(wǎng)絡(luò)，努力形成中國觸摸產(chǎn)業(yè)的原因。從技術(shù)原理角度

7、來講，觸摸屏是一套透明的絕對定位系統(tǒng)，首先它必須保證是透明的，因此它必須通過材料科技來解決透明問題，像數(shù)字化儀、寫字板、電梯開關(guān)，它們都不是觸摸屏；其次它是絕對坐標，手指摸哪就是哪，不需要第二個動作，不像鼠標，是相對定位的一套系統(tǒng)，我們可以注意到，觸摸屏軟件都不需要光標，有光標反倒影響用戶的注意力，因為光標是給相對定位的設(shè)備用的，相對定位的設(shè)備要移動到一個地方首先要知道身在何處，往哪個方向去，每時每刻還需要不停的給用戶反饋當前的位置才不至于出現(xiàn)偏差。這些對采取絕對坐標定位的觸摸屏來說都不需要；再其次就是能檢測手指的觸摸動作并且判斷手指位置，各類觸摸屏技術(shù)就是圍繞“檢測手指觸摸”而八仙過海各顯神

8、通的。 二 硬件系統(tǒng)設(shè)計（一）控制要求1. PLC一上電,系統(tǒng)進人初始狀態(tài),準備起動。2. 按起動按鈕則開始進水,當水位到達高水位時,停止進水,并開始正轉(zhuǎn)洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌l5s,暫停3s,反轉(zhuǎn)洗滌l5s,暫停3s,為一次小循環(huán)。若小循環(huán)次數(shù)不滿3次,則繼續(xù)正轉(zhuǎn)洗滌l5s,開始下一個小循環(huán);若小循環(huán)次數(shù)達到3次,則開始排水。3當水位下降到低水位時,開始脫水并繼續(xù)排水,脫水時間為10s, 10s時間到,即完成一次大循環(huán)。若大循環(huán)未滿3次,則返回進水,開始下一次大循環(huán);若大循環(huán)次數(shù)達到3次,則進行洗完報警。報警10s后結(jié)束全部過程,自動停機。4洗衣機“正轉(zhuǎn)洗滌l5s”和“反轉(zhuǎn)洗滌l5s”過程,要求使用

9、變頻器驅(qū)動電動機,且實現(xiàn)3段速運行,即先以30Hz速度運行5s,接著轉(zhuǎn)為45Hz速度運行5s,最后5s以25Hz速度運行。5脫水時的變頻器輸出頻率為50Hz,設(shè)定其加速、減速時間均為2s。6通過觸摸屏設(shè)定起動按鍵、停止按鍵,顯示正反轉(zhuǎn)運行時間、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)。（2） 硬件選擇1.PLC的選擇隨著PLC的功能日益強大，全自動洗衣機在工業(yè)的運用也日益廣泛。一般PLC具有開關(guān)量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可以擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可以考慮以下幾點：功能與任務(wù)相適應(yīng)，PLC的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求、PLC結(jié)構(gòu)合理、機型統(tǒng)一、在線編程和離

10、線編程的選擇。全自動洗衣機所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足要求了。PLC一般都比較昂貴我們可以選擇體積比較小，價格相對來說比較便宜但功能比較俱全的三菱FX2N-32MR完全能滿足控制要求。2. 變頻器的選擇本系統(tǒng)采用三菱通用的FR-D700變頻器。操作簡單，控制方便。3. 觸摸屏的選擇觸摸屏選擇GOT1000人機界面 對應(yīng)GOT1000系列的畫面設(shè)計軟件為GT Designer2 Version2軟件。三菱GOT1000系列觸摸屏使用優(yōu)點   一：實現(xiàn)免編程操作 1、無縫連接MELSEC過程控制系統(tǒng)   無須編程即可有效創(chuàng)建過

11、程控制畫面，實現(xiàn)了過程控制系統(tǒng)的快速啟動 2、MES接口功能   輕松快捷地實現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場和信息系統(tǒng)之間的“免編程連接”，并可在用戶端方便地添加和修改系統(tǒng)3、兼容IQ平臺   無須編程即可將GOT與工程環(huán)境、控制器及網(wǎng)絡(luò)建立鏈接  二：有效縮短停機時間1、備份/恢復(fù)功能   可自動備份程序和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高效的維護作用2、文檔顯示/運動圖像功能   設(shè)備發(fā)生故障時，可使用GOT在作業(yè)現(xiàn)場查看設(shè)備手冊，并使用運動圖像 功能高效恢復(fù) 3、監(jiān)視功能  梯形圖監(jiān)視器、SFC監(jiān)視

12、器等。 （三)變頻器參數(shù)根據(jù)控制要求，設(shè)計變頻器的基本參數(shù).操作模式選擇參數(shù)和多段速度設(shè)定等參數(shù)，具體參數(shù)如下： 1 pu操作模式，pr.79=1，變頻器參數(shù)情02上限頻率pr.1=50Hz;3下限頻率pr.2=0Hz;4加速時間pr.7=2s;5減速時間pr.8=2s;6電子過電流保護pr.9=0.35A;7操作模式選擇組合模式pr.79=3;8多段速度設(shè)定（1速）pr4=30Hz;9多段速的設(shè)定（2速）pr5=45Hz;10多段速度設(shè)定（3速）pr6=25Hz;11電機的三速運行，即通過PLC控制變頻器的RL.RM.和RH以及STF.端子的通斷，來控制變頻器運行。注：1、多段速與洗滌程序的

13、對應(yīng)及其頻率設(shè)置可以根據(jù)實際功能要求修改相關(guān)匹配設(shè)置。2、設(shè)定的4個具體加減速時間也可以根據(jù)實際功能匹配要求進行相關(guān)設(shè)置修改 （四）I/O地址分配表 I/O點編號備注X0啟動按鈕X1停止按鈕X2排水按鈕X3下水位按鈕（加水后閉合）X4 上水位按鈕（加滿水后閉合）Y0進水電磁閥Y1正傳電機Y2反轉(zhuǎn)電機Y3電源指示燈Y4正傳指示燈Y5反轉(zhuǎn)指示燈Y6進水閥指示燈Y7出水電磁閥Y10出水閥指示燈Y11報警Y12脫水Y13脫水指示燈（五）硬件接線圖 圖中“正轉(zhuǎn)”KM0、“反轉(zhuǎn)”KM1、“脫水”KM3為控制電機電源的三個繼電器，他們的線圈分別為PLC輸出端“Y1”、“Y2”、“Y12”相連，受控于PLC的

14、輸出信號并且相互之間用了互鎖防止同時接通正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)燒毀電機。其中正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是通過變頻器控制后輸出到電機中，因此可以通過改變變頻器的參數(shù)就能改變對電機速度的控制，而脫水是直接與電源的兩極相連，頻率最大且不變。所以在工作過程中就不同于洗滌。（6） 觸摸屏畫面和實現(xiàn)功能 觸摸屏畫面實現(xiàn)功能：整個控制系統(tǒng)就只有一個畫面，上面有著電源、啟動、和停止按鈕，畫面將動態(tài)的顯示電源、正轉(zhuǎn)、進水、反轉(zhuǎn)、出水、脫水狀態(tài)燈，還有就是分別顯示正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的時間，洗衣機的工作狀態(tài)小循環(huán)和大循環(huán)的次數(shù)這些參數(shù)。 三 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 （一）PLC控制程序狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 （2） PLC控制程序梯形圖 （三）綜合調(diào)試 在系統(tǒng)樣機的組裝

15、和軟件設(shè)計完成以后,就進入系統(tǒng)的調(diào)試階段。應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法是相同的,但具體細節(jié)與采用的開發(fā)系統(tǒng)（即仿真器）及選用的單片機型號有關(guān)。調(diào)試的過程就是軟硬件的查錯過程,分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。 (1）硬件調(diào)試 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試是分不開的,通常是先排除明顯的硬件故障后再和軟件結(jié)合起來進行調(diào)試。常見的硬件故障有邏輯錯誤、元器件失效、可靠性差和電源故障等。在進行硬件調(diào)試時先進行靜態(tài)調(diào)試,用萬用表等工具在樣機加電前根據(jù)原理圖和裝配圖仔細檢查線路,核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否正確。然后加電檢查各點電位是否正常。接下來再借助仿真器進行聯(lián)機調(diào)試,分別測試擴展的RAM、I/O口、I/O設(shè)備、程

16、序存儲器以及晶振和復(fù)位電路,改正其中的錯誤。（2）軟件調(diào)試 軟件調(diào)試就是檢查系統(tǒng)軟件中的錯誤。常見的軟件錯誤有程序失控、中錯誤（不響應(yīng)中斷或循環(huán)響應(yīng)中斷）、輸入/輸出錯誤和處理結(jié)果錯誤等類型。要把各個程序模塊分別進行調(diào)試,調(diào)試通過后再組合到一起進行綜合調(diào)試,達到預(yù)定的功能技術(shù)指標后即可將軟件固化。系統(tǒng)的調(diào)試過程要結(jié)合具體的仿真器進行。 （3）系統(tǒng)調(diào)試 按下總電源開關(guān)，電源指示燈Y3亮，繼電器M0被接通，使得Y0進水電磁閥打開，洗衣機進水。等到水位到達上限位開關(guān)X5被斷開，洗衣機停止進水，此時觸發(fā)M1使得Y1得電開始正傳，T0開始計時。等到T0計滿15s后電機停止轉(zhuǎn)動，T1開始計時。等到T1計滿

17、3s后，T1停止計時觸發(fā)M3使得Y2得電電機開始反轉(zhuǎn)。等到T2計滿15s后，T2停止計時,電機停止轉(zhuǎn)動，使得M4被觸發(fā)，計時器T3開始計時，計滿3s后停止計時。觸發(fā)M5使得小循環(huán)統(tǒng)計C0被加1，再次回到正轉(zhuǎn)開始的程序開端M5使得電機開始正轉(zhuǎn)，就這樣循環(huán)下去。等到C0被計滿后，M6接通循環(huán)結(jié)束。同時M7接通，計數(shù)器C0復(fù)位，Y7接通出水電磁閥打開開始排水。此時觸發(fā)M8，T4開始計時，Y12得電洗衣機脫水。當T4計滿后停止脫水，觸發(fā)T4回到電機剛開始正轉(zhuǎn)程序開端使得電機開始正轉(zhuǎn)。計時器C1被加1，就這樣循環(huán)（此時是大循環(huán)），,C1計滿3次，Y11得電開始報警，T5開始計時。當T5計滿10s時，T5

18、停止計時，Y11失電停止報警。M10接通關(guān)斷整個總電源。(4） 結(jié)束語經(jīng)過一個多月的努力我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了,但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時又充滿樂趣,不過樂趣盡在其中！通過本次畢業(yè)設(shè)計，沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。 致謝 轉(zhuǎn)眼間，三年的大學(xué)生活即將結(jié)束，站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，奮斗和辛勞成為絲絲的記憶，甜美與歡笑也都塵埃落定。武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院以其優(yōu)良的學(xué)習(xí)風氣、嚴謹?shù)目蒲蟹諊涛仪髮W(xué)， 以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實的校園生活育我成人。 值此畢業(yè)論文完成之際， 我謹向所有關(guān)心、 愛護、 幫助我的人們表示最誠摯的感謝與最美好的祝愿。三年來，老師們淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。老師們不僅