畢業(yè)設計（論文）基于plc工業(yè)洗衣機的控制

1、摘要該畢業(yè)設計介紹了可編程序控制器（plc）和plc控制系統(tǒng)的基本知識，包空plc的定義、特點、分類、技術指標、基本結構、工作原理、硬件知識及plc控制系統(tǒng)等相關知識，采用歐姆龍公司的c系列plc，設計了一個簡單的全自動洗衣機控制系統(tǒng)。全自動洗衣機通過了可編程序控制器來實現(xiàn)洗滌過程，省時省力。關鍵詞：plc 控制系統(tǒng) 可編程序 控制器abstractthe graduation design introduces the programmable logic controller(plc) and plc to control the basic knowledge of the system

2、 , include plc definetion , characteristics , arrange , the technique target , basic structure , the work principle , the hardware knowledge and plc control system related knowledge . the desegn adopt the plc of the series of c of omron company , design an in brief control system of full-automatic w

3、ashing machine . the full-automatic washing machine passes the programmable logic controller to carry out the wash process , saving time and labor-savingkeywords: plc, control system, the programmable logic controller , controller目錄摘要iabstractii目錄iii前言11 plc編程簡介21.1可編程控制器概述21.2可編程控制器的組成41.3可編程控制器的工作

4、原理72 工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)簡介92.1洗衣機的發(fā)展歷史92.2工業(yè)洗衣機主要特點：112.3 洗衣機控制系統(tǒng)簡介112.4 控制系統(tǒng)的組成122.5元件選型132.5.1.輸入元件132.5.2.輸出元件142.5.3.電動機143 硬件的設計163.1 硬件設計163.2 可編程控制器173.2.1 歐姆龍c系列plc173.3.2 plc接線圖，如圖3.2183.3.3 開關量i/o模塊的選擇183.3.4 可編程序控制器i/o分配表，如表3.2214 程序設計224.1、梯形圖程序設計224.1.1程序流程圖，如圖4.1224.1.2梯形圖，如圖4.223總結25致謝26參考文獻27附

5、件1 計算機程序28附件2 參數(shù)表31前言洗衣機是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電，已經(jīng)成文人們生活不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產(chǎn)中的應用也十分廣泛，本課題在于工業(yè)用洗衣機的研究。工業(yè)洗衣機適用于洗滌棉、毛、化纖、絲綢等衣物織品，所以工業(yè)用洗衣機大量用于賓館、飯店、醫(yī)院、學校、工廠等領域，滿足大容量的洗衣要求。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，必須借助于自動化技術的發(fā)展。而隨著plc技術的發(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)不同場合的應用而有所不同。自動化技術

6、的飛速發(fā)展使得洗衣機由初始的半自動式洗衣機發(fā)展到現(xiàn)在的全自動洗衣機，又正在向智能洗衣機方向發(fā)展。1 plc編程簡介1.1可編程控制器概述可編程控制器簡稱plc（program logic control）。國際電工委員會(iec)頒布的對plc的定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。由此可知，plc是專為“工

7、業(yè)環(huán)境下應用而設計”，“易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一體”。1.可編程控制器的主要特點（1）可靠性高，抗干擾能力強。高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。繼電器接觸器系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在plc系統(tǒng)中，大量的開關動作是由無觸點的半導體電路來完成的，加上plc充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，因而具有極高的可靠性。據(jù)有關資料統(tǒng)計，目前各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的plc，其平均無故障時間都大大超過了iec規(guī)定的10萬小時，有的甚之達到了幾十萬小時。（2）適應性強，應用靈活。由于plc產(chǎn)品均成系列化生

8、產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結構，組合和擴展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡各異的控制要求。重要的是，plc系統(tǒng)接線很少，其主要功能是通過程序實現(xiàn)的，在需要修改設備的控制功能時，只要修改程序，修改接線的工作量很小。（3）功能強，擴展能力強。plc中含有數(shù)量巨大的供用戶使用的編程軟元件，可輕松的實現(xiàn)大規(guī)模的控制。plc配合功能單元能方便地實現(xiàn)a/d、d/a轉換及pid運算，實現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。plc具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它不僅可以控制一臺單機，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個機群，許多生產(chǎn)線。它不但可以進行現(xiàn)場控制，還可以用于遠程監(jiān)控。（4）維修方便，簡單，

9、工作量少。plc有完善的自診斷、履歷情報存儲及監(jiān)視功能。對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和i/o點狀態(tài)均有顯示。工作人員通過這些信息可以查找故障原因，便于迅速處理。（5）編程簡單，易于使用。易于使用plc的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電氣技術人員的歡迎。（6）體積小，能耗低，易于機電一體化。2.可編程控制器主要用途（1）數(shù)字量邏輯控制：這是plc應用最廣的領域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器控制。含觸點的串、并聯(lián)及組合邏輯或控制、定時、計數(shù)控制等。plc可應用于單片機控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制。其應用領域已遍布各行各業(yè)，甚至深入到家庭。（2）運動控制：plc使用專

10、用運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度運行控制，可實現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸控制。使運動控制與邏輯控制結合起來，可編程運動控制可以用于各種機械，如機床、裝配機械、機器人、電梯等。（3）過程控制：通過模擬量i/o模塊，plc能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。pid功能的提供使plc具有閉環(huán)控制能力，可用于過程控制。使plc廣泛地應用于塑料成型、加熱爐、熱處理設備、鍋爐及輕化工、冶金、電力等行業(yè)。（4）數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代可編程控制器具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉換、查表、排序、位操作等工能，可以完成數(shù)據(jù)的采集及處理。運算數(shù)據(jù)可以與參考值比較用于控制，也可以通過通信傳送給其

11、他智能裝置，或將數(shù)據(jù)打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如過程控制系統(tǒng)、無人柔性控制系統(tǒng)等。（5）通信聯(lián)網(wǎng)：可編程控制器通信包括主機與遠程i/o之間的通信、多臺可編程控制器之間的通信、可編程控制器與其他智能控制設備，如計算機、變頻器、數(shù)控裝置之間的通信，這些設備由于網(wǎng)絡組成集中管理分散控制的分布式控制系統(tǒng)，極大地提高了控制的可靠性。3.plc的發(fā)展為了提高plc的處理能力，要求plc具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的plc的掃描速度可達0.1ms/k步左右。plc的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的plc最高可達幾十兆字節(jié)。當前中小型plc比較多，為了適應

12、市場的多種需要，今后plc要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展。現(xiàn)已有i/o點數(shù)達14336點的超大型plc，其使用32位微處理器，多cpu并行工作和大容量存儲器，功能強。為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程i/o模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶cpu和存儲器的智能i/o模塊，既擴展了plc功能，又使用靈活方便，擴大了plc應用范圍。加強plc聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是plc技術進步的潮流。plc的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是plc之間聯(lián)網(wǎng)通信，各plc生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是plc與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般p

13、lc都有專用通信模塊與計算機通信。為了加強聯(lián)網(wǎng)通信能力，plc生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標準，以構成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)，plc已成為集散控制系統(tǒng)（dcs）不可缺少的重要組成部分。在plc系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，plc的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)plc使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（basic、c語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是plc進步的一種趨勢。1.2可編程控制器的組成根據(jù)結構不同，plc可分為整體式（單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類：（1）整體式結構的plc

14、將中央處理單元（cpu）、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信端口、i/o擴展端口等組裝在一個箱體內(nèi)構成主機，另外還有獨立的i/o擴展單元及擴展模塊等與主機配合使用。整體式plc結構緊湊、體積小，小型機常采用這種結構，其組成示意圖見圖11所示。圖11整體式plc的組成示意圖（2）組合式的plc是將cpu、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能i/o單元、通信單元等分別做成單個的電路或模塊，各模塊可以插在帶有總線的底板上。組合結構plc的特點是配置靈活，輸入接點、輸出結點的數(shù)量可靈活選擇，各種功能模塊可以依需要配置，中、大型常用組合式結構?？删幊炭刂破髦饕M成部分介紹：（1）中央處理器（cpu）c

15、pu是plc的核心，它按plc中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮plc有條不紊地進行工作。主要用途如下：（1）接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲；（2)用掃描方式接收輸入設備的狀態(tài)信號，并存入相應的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器)；（3)監(jiān)測和診斷電源、plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和用戶編程過程中的語法錯誤等；（4)執(zhí)行用戶程序。從存儲器逐條讀取用戶指令，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳送和存儲等功能；（5)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結果，刷新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器表的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。（2）存儲器plc使用的物理存儲器有隨機存儲器（ram），只讀存儲器（rom）及可電擦除

16、可編程的只讀存儲器（eeprom或eprom）等。從用途上分系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分，系統(tǒng)存儲器用來存放由plc生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在rom內(nèi)，用戶不能直接更改，它使plc具有基本的智能，能夠完成plc設計者規(guī)定的各項工作。用戶存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。（3）輸入、輸出接口輸入輸出接口是plc與外界連接的接口，含開關量接口及模擬量接口。開關量輸入接口用來連接鈕、選擇開頭、行程開關等開關量輸入信號；模擬量輸入接口用來連接電位器、傳感器等模擬輸入信號。開關量輸出接口用來連接接觸器、電磁閥及指示燈等執(zhí)行器件；模擬量輸出接口連接使用模擬量控制的調(diào)節(jié)閥

17、及調(diào)速裝置等。常用開關量輸入單元有直流輸入單元與交流輸入單元。常用的開頭量輸出單元有三種，可分為晶體管輸出單元、晶閘管輸出單元、繼電器輸出單元。1)晶體管輸出單元：輸出器件為晶體管，只能用于直流負載，它最大的優(yōu)點是適應于高頻運作，響應時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶dc5-30v的負載。 2)晶閘管輸出單元：輸出器件是晶閘管，帶負載能力為0.2a/點，只能帶交流負載，可適應高頻動作，響應時間為1ms。3)繼電器輸出單元：輸出器件為繼電器，優(yōu)點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達2a/點，其不適用于高頻動作的負載，這是其壽命決定的，響應時間為10ms其壽

18、命一般在幾十萬至幾百萬次之間。當系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時，應首先選繼電器輸出。（4）電源plc使用220v或24v直流電源。內(nèi)部開關電源為各部分電路提供5v、12v、24v直流電源。其中5v電源一般用于cpu及擴展模塊的工作電源。小型plc一般都為輸入輸出電路和外部電子傳感器提供24v直流電源，驅動輸出口的交直流電源一般由用戶另行解決。但是plc提供的電源的負載能力都是有限的，在配置時不能超載工作，例如本門子s7-200系列plc的cpu內(nèi)部電源24v dc輸出最大電流為400ma，cpu及擴展模塊所消耗的電流總和不能大于此值。當傳感器的電流較大時，可以考慮使用外部24v電源，另外還要注

19、意電源線的接法，外部電源不應和內(nèi)部電源線并聯(lián)連接，以避免影響它們各自的輸出。1.3可編程控制器的工作原理作為電器控制裝置，可編程控制器必須接入電路，與主令器件、傳感器件及執(zhí)行器件共同構成系統(tǒng)才能承擔控制任務。應用程序是控制的核心，它是輸入輸出單元聯(lián)系紐帶。plc的運行過程，請見圖12所示。圖12plc運行框圖上電處理是plc上電后對系統(tǒng)進行的一次初始化工作，包括硬件初始化，i/o模塊配置檢查，停電保持范圍設定等。掃描階段因執(zhí)行系統(tǒng)和應用程序而得名，在每次執(zhí)行系統(tǒng)程序前先完成與其它外設的通信處理，再次進行時鐘、特殊寄存器更新，而執(zhí)不執(zhí)行應用程序還與cpu的運行方式有關，掃描階段主要分三部分：輸入

20、采樣階段：plc掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入輸入映像寄存器中，此時刷新輸入映像寄存器，在本次掃描周期內(nèi)，不管輸入信號如何變化它的內(nèi)容將不再改變，只有到下一個掃描周期時再更新。程序執(zhí)行階段：根據(jù)指令一條一條掃描執(zhí)行，當指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，plc就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的輸入狀態(tài)，從相關元件映像寄存器“讀入”這些元件的狀態(tài)，然后進行相應的計算，結果再存入相應的元件寄存器中。所以元件寄存器在程序執(zhí)行過程中會不斷的變化。輸出刷新階段：在所有指令執(zhí)行完畢后，將元件映像寄存器中所有輸出元件的狀態(tài)轉到輸出鎖存器中，并通過輸出接口單元輸出。2 工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)簡介2.1洗衣機

21、的發(fā)展歷史1858年，一個叫漢密爾頓史密斯的美國人在匹茨堡制成了世界上第一臺洗衣機。該洗衣機的主件是一只圓桶，桶內(nèi)裝有一根帶有槳狀葉子的直軸。軸是通過搖動和它相連的曲柄轉動的。同年史密斯取得了這臺洗衣機的專利權。但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。次年在德國出現(xiàn)了一種用搗衣杵作為攪拌器的洗衣機，當搗衣杵上下運動時，裝有彈簧的木釘便連續(xù)作用于衣服。19世紀末期的洗衣機已發(fā)展到一只用手柄轉動的八角形洗衣缸，洗衣時缸內(nèi)放入熱肥皂水，衣服洗凈后，由軋液裝置把衣服擠干。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機。布萊

22、克斯的洗衣機構造極為簡單，是在木筒里裝上6塊葉片，用手柄和齒輪傳動，使衣服在筒內(nèi)翻轉，從而達到“凈衣”的目的。這套裝置的問世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā)，洗衣機的改進過程開始大大加快.1880年，美國又出現(xiàn)了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。經(jīng)歷了上百年的發(fā)展改進，現(xiàn)代蒸汽洗衣機較早期有了無與倫與的提高，但原理是相同的?，F(xiàn)代蒸汽洗衣機的功能包括蒸汽洗滌和蒸汽烘干，采用了智能水循環(huán)系統(tǒng)，可將高濃度洗滌液與高溫蒸氣同時對衣物進行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實現(xiàn)了全球獨創(chuàng)性的“蒸汽洗”全新洗滌方式。與普通滾筒洗衣機在洗滌時需要加熱整個滾筒的水不同，蒸汽洗滌是以深層清潔衣物為目的，當

23、少量的水進入蒸汽發(fā)生盒并轉化為蒸汽后，通過高溫噴射分解衣物污漬。蒸汽洗滌快速、徹底，只需要少量的水，同時可節(jié)約時間。對于放在衣柜很長時間產(chǎn)生褶皺、異味的冬季衣物，能讓其自然舒展，撫平褶皺?！罢羝娓伞钡墓ぷ髟韯t是把恒定的蒸汽噴灑在衣物上，將衣物舒展開之后，再進行恒溫冷凝式烘干。通過這種方式，厚重衣物不僅干得更快，并且具有舒展和熨燙的效果。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。水力洗衣機包括洗衣筒、動力源和與船相連接的連接件，洗衣機上設有進、出水孔，洗衣機外殼上設有動力源，洗衣筒上設有衣物進口孔，其進口上設有密封蓋，洗衣機通過連接件與船相連。它無需任何電力，只需自然的河流水力就能

24、洗滌衣物，解脫了船民在船上洗滌衣物的煩惱，節(jié)約時間，減輕家務勞動強度。1910年，美國的費希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。1922年，美國瑪塔依格公司改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。這種洗衣機是在筒中心裝上一個立軸，在立軸下端裝有攪拌翼，電動機帶動立軸，進行周期性的正反擺動，使衣物和水流不斷翻滾，相互摩擦，以此滌蕩污垢。攪拌式洗衣機結構科學合理，受到人們的普遍歡迎。1932年，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機，洗滌、漂洗、脫水在同一個滾

25、筒內(nèi)完成。這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階，朝自動化又前進了一大步！第一臺自動洗衣機于1937年問世。這是一種前置式自動洗衣機?？恳桓降妮S帶動的缸可容納4000克衣服。衣服在注滿水的缸內(nèi)不停地上下翻滾，使之去污除垢。到了40年代便出現(xiàn)了現(xiàn)代的上置式自動洗衣機。隨著工業(yè)化的加速，世界各國也加快了洗衣機研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機，它是靠筒體一側的運轉波輪產(chǎn)生的強烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機生產(chǎn)領域三分天下的局面初步

26、形成。60年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機，人們稱之為“半自動型洗衣機”。70年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動洗衣機。70年代后期，以電腦（實際上微處理器）控制的全自動洗衣機在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機發(fā)展史的新階段。80年代，“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時尚。90年代，由于電機調(diào)速技術的提高，洗衣機實現(xiàn)了寬范圍的轉速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅動技術的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電機直接驅動式洗衣機，省去了齒輪傳動和變速機構，引發(fā)了洗衣機驅動方式的巨大革命。之后，隨著科技的進一步發(fā)展，滾筒洗衣機已經(jīng)成了大家耳濡目染的產(chǎn)品。伴

27、隨著科技的進一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機會給我們的生活帶來新的方式。2.2工業(yè)洗衣機主要特點：（1）工業(yè)洗衣機采用臥室滾筒型,工業(yè)洗衣機的內(nèi)外筒均采用優(yōu)質不銹鋼板精制而成,平整光亮,耐腐蝕,對織物的磨損小且無損傷,機器使用壽命長；（2）工業(yè)洗衣機內(nèi)筒門蓋均裝有不銹鋼安全鎖緊機構,外筒門蓋上設有電器互鎖裝置,運轉安全可靠；（3）工業(yè)洗衣機采用三角膠帶傳動,振動小、運轉平穩(wěn)、經(jīng)久耐用。（4）工業(yè)洗衣機專業(yè)用于服裝廠，水洗廠，賓館，酒店，醫(yī)院，工礦企業(yè)等。2.3 洗衣機控制系統(tǒng)簡介本次設計的全自動洗衣機是以工業(yè)使用為目的，在一些工業(yè)環(huán)境下，洗衣機的工作強度要比家用洗衣機大得多。要想在相對

28、惡劣的條件下長時間連續(xù)工作，就需要洗衣機的控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定耐用，從而達到更好的經(jīng)濟收益。但是，對于控制系統(tǒng)來說，能達到如此的地步，就需要相當?shù)募夹g標準。這樣來說，成本就將大幅度提高。 作為工業(yè)用途的洗衣機，其過高的成本可以憑借其出色的性能所帶來的經(jīng)濟效益來彌補?？删幊绦蚩刂破魇且环N能夠適應多種工業(yè)環(huán)境的控制裝置，其穩(wěn)定的性能受到廣大工業(yè)生產(chǎn)者的好評。這種控制系統(tǒng)具有極高的可靠性和靈活性。應用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業(yè)自動化的主要設備之一。plc已經(jīng)廣泛地應用在各種機械設備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，當然plc在其他領域也得到了迅速的發(fā)展。在性能價格比不斷提高的同時，它所帶來的成果越來

29、越明顯。綜上，本次設計的工業(yè)用途洗衣機控制系統(tǒng)將由plc可編程序控制器來作為主要組成部分。2.4 控制系統(tǒng)的組成本次設計的控制系統(tǒng)主要是以可編程序邏輯控制器所輸出的離散型指令為指令源。通過這些數(shù)字信號的輸出以及其他控制電路的受控行為來指揮供電電路給電動機供電，實現(xiàn)了對模擬洗衣機的控制?？刂齐娐返慕M成主要包括：可編程序控制器、繼電器組和連接電路（變頻器）。其中，繼電器為主要執(zhí)行模塊，plc所發(fā)出的數(shù)字指令控制繼電器線圈，而繼電器的開合直接控制電源電路，實現(xiàn)對電動機的控制。另外，變頻器只是作為演示時增強效果的連接裝置，在電路中控制洗滌時的電機轉速，不作為必要裝置。圖2.1系統(tǒng)結構框圖在圖2.1中可

30、以看出，對供電電路的控制是本次設計的最終目的，也就是說，繼電器的開合為控制電路的主要動作。模擬洗衣機的電動機是滿足工業(yè)380v三相電源的交流異步電動機，要想改變電動機的旋轉方向只需調(diào)換其中的任意兩相。這就是繼電器組的主要功能。2.5 元件選型根據(jù)控制要求確定，相應的輸入與輸出，主要選擇電動機的型號。2.5.1輸入元件 由控制要求我們可以選擇4個按鈕作為程序選擇和暫停，選用三個位置開關作為高、中、低水位的輸入，選用二個3輸入的選擇開關用于選擇所洗衣物的類型、洗滌強度。（1）按扭（sb）按鈕是一種結構簡單的手動主令電器，當按鈕被按下時，先斷開常閉觸點，然后才接通常開觸點。按鈕釋放后，在復位彈簧作用

31、下使觸點復位。在沒有按動按鈕時，接在常開觸頭接線柱上的線路是斷開的，常閉觸點接線柱的線路是接通的；當按下按鈕時，兩種觸點狀態(tài)改變，同時也使與之相連的電路狀態(tài)改變?；诎粹o的這種不按那么常開觸點不通，按下導通后一旦放手又還原為不導通，這種優(yōu)點正適合用來做選擇全自動、單排水、單脫水、停止這四種功能的輸入主令電器。（2）位置開關（sq）滾筒式洗衣機一般使用水位控制器來檢測水位。水位控制器由動靜觸點、橡膠氣模片和氣室等組成，它安裝在洗衣機的上部，通過一根密封的導管與洗衣機的外桶（盛水桶）底部的貯氣室相連，形成氣路。當水注入外桶時，貯氣室被封閉，隨著水位的升高，密閉室內(nèi)的空氣氣壓隨水壓成正比例增大，密閉

32、室內(nèi)的空氣壓力也隨之增大，到一定水位后，空氣壓力使橡膠氣模片發(fā)生形變而推動電觸點狀態(tài)發(fā)生轉換，使常閉觸點斷開，常開觸點接通，從而使洗衣機檢測到相應的水位。由于有三種水位（高、中、低），所以要采用三個水位控制器。我們選用3個位置開關表示水位控制器的動靜觸點。（3）開關（sa）開關是一種有別于按鈕的主令電器，開關有很多種，最簡單開關只表示兩種狀態(tài)開與關，按下后常開觸點閉合，電路接通，放手后，開關不會像按鈕那樣自動復位，仍保持開的狀態(tài)。對于帶沖洗與帶漂洗這兩種功能的輸入控制可以選用開關來做主令器件。對于電路中，希望選擇性的導通其中一路，那么可以使用選擇開關。對于洗滌強度、衣物分類這兩種功能的實現(xiàn)，可

33、以選擇兩個三選一的選擇開關，作為輸入。2.5.2 輸出元件（1）繼電器（km）電磁式繼電器是用來接通與分斷負荷電流的電磁式電器。它主要由線圈、鐵芯、銜鐵、動靜觸點、彈簧等組成。當線圈通電時，由電磁感應原理可知，線圈引銜鐵帶動觸點動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合；當線圈失電時，銜鐵在彈簧的復位用力下迅速使常開觸點斷開，常閉觸點接通。電磁閥的原理與繼電器差不多，只是它可能使相應的閥門打開和關閉。進水與出水都可以使用電磁閥來實現(xiàn)，洗滌液也是通過電磁閥來打開閥門，用水將其沖入洗衣機的。（2）指示燈（hl）用來指示洗衣機的工作狀態(tài)。選用4個指示燈分別用作電源指示（表示洗衣機電源已接通，等待選擇以全自動

34、、單排水、單脫水三者中的那種工作方式運行）、全自動運行指示、單排水指示、單脫水指示。對于洗衣機的運行指示選用24v的指示燈便可。（3）揚聲器（y）用于發(fā)出聲音，提示洗完。聲音提示選用一個24v供電的揚聲器。2.5.3 電動機工業(yè)洗衣機容量一般為300公斤，對此選用y132m-4型異步電動機，相關參數(shù)為：額定功率為7.5kw、額定電壓為380v、額定電流為15.4a、額定轉速為1440rpm（r/min）功率因素為0.85、效率為87%。由于洗衣機容量為300kg，其負載轉矩理論上為：式中：tl為負載轉矩，nm；f為力，n；r為圓心到力的有效距離，m；，d為圓柱的直徑，設為兩米，由于圓柱類物體其

35、重力在數(shù)學微積分算得在其半徑的一半處，所以，為重力加速度。而電動機的輸出轉矩為：輸出轉矩比負載轉矩大，所示能帶動，同時有一定的余量，是考慮到傳動裝置、摩擦等因素要有一定的阻轉矩。異步電動機轉速與變頻器頻率關系計算：同步轉速：轉差率：轉速與頻率關系：所以，轉速n與頻率f1；對應關系請見表21所示：表21轉速n與頻率f1對應表異步電動機的轉速（r/min）40706008001200異步電動機的轉速（r/min）1.332.3320.0026.6840.023 硬件的設計3.1 硬件設計硬件設計的整體思路就是通過plc輸出的數(shù)字信號控制繼電器組，達到控制電路的目的。如圖3.1：圖3.1圖中“正轉”

36、、“反轉”、“脫水”為控制電動機電源方向的三個繼電器組，它們的線圈分別與plc的輸出端“q0.2”“q0.3”“q0.4”相連，受控于plc的輸出信號。其中正轉組和反轉組是通過變頻器的限制后接入電動機的，因此，改變變頻器參數(shù)就可以改變洗滌和漂洗時的速度。而脫水繼電器組直接與電源和電動機相連，這樣，當洗衣機處于脫水狀態(tài)時，電動機按額定轉速工作。所以，在演示時轉速會和洗滌漂洗有所區(qū)別。3.2 可編程控制器可編程控制器具有編程方法簡單易學、功能強大、性價比高、硬件配套齊全，用戶使用方便、適應性強、可靠性強、抗干擾能力強、系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少、維護工作量小、維護方便、體積小、能耗低等特點。3

37、.2.1 歐姆龍c系列plcc系列p型機內(nèi)部資源分配是指對它的用戶存儲器(存儲區(qū))存放不同數(shù)據(jù)和信息，例如輸入、輸出數(shù)據(jù)，中間變量提供的定時器、計數(shù)器、寄存器數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)程序所使用和管理的系統(tǒng)狀態(tài)和標志信息。這些存儲器具有掉電保護功能，可以由用戶增刪和修改。c系列p型機引用了電氣控制系統(tǒng)中的術語，用繼電器定義存儲區(qū)中的位，將用戶數(shù)據(jù)區(qū)按繼電器的類型分為7大類，即i/o繼電器區(qū)、專用繼電器區(qū)、暫存繼電器區(qū)、保持 繼電器區(qū)、定時/計數(shù)繼電器區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)。對各區(qū)的訪問采用通道的概念，將各區(qū)劃分為若干連續(xù)的通道。有些區(qū)可按繼電器（位）尋址，要在通道號后面再加兩位數(shù)字0015組成繼電器號（位號）來標識

38、通道中的各位。整個數(shù)據(jù)存儲區(qū)的任一繼電器或位都可用通道號或繼電器號唯一表示。數(shù)據(jù)區(qū)通道號分配如表3.1所示。表3.1數(shù)據(jù)區(qū)通道號分配表區(qū)域名稱通道號i/o繼電器0009內(nèi)部輔助繼電器區(qū)1017專用繼電器區(qū)1819暫存繼電器區(qū)08保持繼電器區(qū)09定時/計數(shù)繼電器區(qū)0047數(shù)據(jù)存儲區(qū)00633.3.2 plc接線圖，如圖3.2圖3.2 洗衣機plc接線圖3.3.3 開關量i/o模塊的選擇 開關量輸入模塊的選擇開關量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設備的開關信號，將信號轉換為plc內(nèi)部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)plc內(nèi)、外信號的電氣隔離。開關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。選擇時主要根

39、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間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；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。 開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5v、12v、24v、48v、60v等；交流110v、220v等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5v、12v、24v用于傳輸距離較近場合，如5v輸入模塊最遠不得超過10米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式，即匯點式和分組式。匯點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（com）；而分組式的開關量輸入模塊

40、是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。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，傳輸距離也越遠，具體可參閱plc說明書。 開關量輸出模塊的選擇開關量輸出模塊是將plc內(nèi)部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn)plc內(nèi)外信號的電氣隔離。開關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。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于

41、驅動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不得超過1hz）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。開關量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。 分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根

42、據(jù)plc輸出設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。開關量輸出模塊的輸出電流(驅動能力)必須大于plc外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。選擇開關量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220v2a的點輸出模塊，每個輸出點可承受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，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60

43、。開關量輸出模塊的技術指標，它與不同的負載類型密切相關，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)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。3.3.4 可編程序控制器i/o分配表，如表3.2表3.2 洗衣機plc i/o分配表輸入輸出地址功能地址功能0000啟動0500進水閥0001停止0501正轉0002排水0502反轉0003高水位0503排水閥0004低水位0504脫水閥cnt06小循環(huán)計數(shù)器0505蜂鳴器cnt07大循環(huán)計數(shù)器4 程序設計4.1、梯形圖程序設計4.1.1程序流程圖，如圖4.1圖5.1圖4.1 洗衣機plc程序流程圖4.1.2梯形圖，如圖4.2如圖4.2 洗衣機p

44、lc梯形圖總結該系統(tǒng)采用plc 為控制核心結構合理、測試方法可靠，它具有較強的靈活性，提高了設備運行的可靠性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，保證新產(chǎn)品各項技術開發(fā)的同步性，提高了勞動效率，達到了良好的經(jīng)濟效果。此外，plc 可以重復使用，降低了測試經(jīng)費。它的靈活性、操作方便性也方便測試者隨時輸入、調(diào)試和修改控制程序。plc又設有串行接口，方便地與計算機進行連接，組成測控系統(tǒng)，給系統(tǒng)的維護和使用帶來了很大方便。最后敬請各位專家、老師和同學對論文和今后的研究工作提出寶貴的指導意見和建議。致謝隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這幾年

45、來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不

46、會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。在此要感謝我們的指導老師對我們悉心的照顧，感謝老師給我們的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設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，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。參考文獻1 張萬忠主編 可編程控制器應用技術 第二版 北京 化學工業(yè)出版社，2000.2 鐘肇新、 彭侃. 可編程序控制器原理及應用. 華南理工大學出版社2001.3 劉子林.電機與電氣控制m.北京:電子工業(yè)出版社,20