全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制

......__課程設(shè)計(jì)題目全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化卓越工程師班級自動(dòng)化zy1202班組長喬丙辰組員李南伯屈志平周澤葉清泉指導(dǎo)教師周新民老師2015年5月28日..目錄TOC\o"1-3"\h\u引言21控制要求及說明31.1控制要求31.2附加功能說明32方案設(shè)計(jì)42.1控制對象42.2控制要求分析42.3I/O表42.4PLC選型53系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.2系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)73.2.1啟動(dòng)初始化模塊83.2.2手動(dòng)操作模塊83.2.3水位選擇模塊93.2.4洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊93.2.5洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)設(shè)置模塊103.3ScreenEditor人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)114系統(tǒng)調(diào)試134.1調(diào)試步驟134.2調(diào)試中遇到的問題13結(jié)束語15引言隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高,全自動(dòng)洗衣機(jī)已進(jìn)入到千家萬戶。當(dāng)我們忙碌一天回到家洗完澡后可以直接把衣物放入洗衣機(jī),進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后即可自動(dòng)開始清洗,給我們的生活帶來了極大的便利。全自動(dòng)洗衣機(jī)是通過水位開關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合來控制進(jìn)水、排水以及電機(jī)的通斷,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用；當(dāng)電磁線圈斷電時(shí),移動(dòng)鐵芯在重力和彈簧力的作用下,緊緊頂在橡膠膜片上,并將膜片的中心小孔堵塞,這樣閥門關(guān)閉,水流不通；當(dāng)電磁線圈通電后,移動(dòng)鐵芯在磁力作用下上移,離開膜片,并使膜片的中心小孔打開,于是膜片上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內(nèi)。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側(cè)小孔的流通能力,膜片上方壓強(qiáng)迅速減小,膜片將在壓力差的作用下上移,閉門開啟,水流導(dǎo)通?；赑LC控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)不僅具有自動(dòng)洗滌衣物的功能,還可以根據(jù)我們的需求設(shè)置洗滌循環(huán)次數(shù)以及清洗循環(huán)次數(shù),同時(shí)也可以采用手動(dòng)模式進(jìn)行排水和脫水等操作；另外,該設(shè)計(jì)還設(shè)置有水位設(shè)置按鈕,如高水位、中水位、低水位,我們可以根據(jù)衣物的多少選擇合適的水位設(shè)置,以節(jié)約用水,設(shè)計(jì)更加合理化和人性化,也能達(dá)到節(jié)能減排的目的。1控制要求及說明1.1控制要求洗衣機(jī)采用一臺(tái)三相電機(jī)作為運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力。當(dāng)接通電源時(shí),電源指示燈亮。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和出水電磁閥控制。洗滌和脫水由統(tǒng)一電機(jī)拖動(dòng),通過電磁離合器控制,將動(dòng)力傳到洗滌波輪或甩干桶。電磁離合器失電,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)洗滌波輪實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；電磁離合器得電,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn),進(jìn)行甩干。水位高低分別由高低水位開關(guān)檢測。設(shè)置啟動(dòng)按鈕和停止按鈕分別用來啟動(dòng)和停止洗衣機(jī)的工作?；疽螅喝詣?dòng)洗衣的基本過程如下：水位選擇后,按下啟動(dòng)按扭開始進(jìn)水直到高或中或低水位,關(guān)水；兩秒后開始洗滌；洗滌時(shí),正轉(zhuǎn)30秒,停2秒,然后反轉(zhuǎn)30秒,停2秒；循環(huán)10次后開始排水。排空后脫水30秒。<1>-<3>循環(huán)3次；開始清洗,進(jìn)水到水位,關(guān)水；兩秒后開始清洗；清洗時(shí),正轉(zhuǎn)20秒,停1秒,然后反轉(zhuǎn)20秒,停1秒；如此反復(fù)10次正反轉(zhuǎn)后,排空水,再脫水30秒；重復(fù)<5>-<8>清洗一次;清洗完成,自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警3秒。運(yùn)行過程中,可暫停。若按下停車按扭,將終止原運(yùn)行過程。1.2附加功能說明該設(shè)計(jì)可自動(dòng)排水〔不脫水和手動(dòng)脫水〔不計(jì)數(shù)；能夠通過鍵盤設(shè)置全自動(dòng)洗衣的洗滌循環(huán)和清洗循環(huán)次數(shù)；2方案設(shè)計(jì)2.1控制對象全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì)的控制對象主要是洗衣機(jī)的三相電動(dòng)機(jī),即控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；另外,也需要控制洗衣機(jī)操作面板的操作按鈕及相關(guān)信號(hào)顯示,例如啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、模式選擇按鈕、手動(dòng)排水按鈕、手動(dòng)脫水按鈕、工作信號(hào)指示燈、模式指示燈等；2.2控制要求分析全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì)程序主要有包含系統(tǒng)啟動(dòng)、暫停、停止的初始化模塊、包含手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水的手動(dòng)操作模塊、自動(dòng)洗滌模塊、洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)洗滌和清洗模塊、循環(huán)次數(shù)控制模塊等內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本功能；同時(shí),設(shè)計(jì)觸摸屏操作界面模擬全自動(dòng)洗衣機(jī)的操作面板和顯示面板,并添加設(shè)置洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)的輸入和顯示模塊,以實(shí)現(xiàn)在全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC程序運(yùn)行時(shí)能夠根據(jù)設(shè)置的循環(huán)次數(shù)完成衣物的清洗工作。本設(shè)計(jì)采用先模塊后整體的設(shè)計(jì)思路,以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本功能為初級目標(biāo),根據(jù)調(diào)試現(xiàn)象進(jìn)行程序改進(jìn)；進(jìn)而逐步加入手動(dòng)操作模塊和洗衣機(jī)洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)控制模塊,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加的合理化和人性化。2.3I/O表確定程序設(shè)計(jì)的輸入輸出端口,既方便觸摸屏控制界面的設(shè)計(jì),有為系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)試帶來極大的便利。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的I/O表如下表所示：輸入端口端口批注說明輸出端口端口批注說明X0啟動(dòng)按鈕保持性Y0啟動(dòng)指示X2停止按鈕保持性Y1注水指示X1暫停按鈕交替性Y21自動(dòng)模式X3自動(dòng)模式按鈕保持性Y2洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)X4手動(dòng)排水按鈕保持性Y3洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)X5手動(dòng)脫水按鈕交替性Y4排水指示X11高水位設(shè)置交替性Y5脫水指示X12中水位設(shè)置交替性Y10洗后報(bào)警X13低水位設(shè)置交替性X21高水位行程開關(guān)交替性X22中水位行程開關(guān)交替性X23低水位行程開關(guān)交替性X24排空水行程開關(guān)交替性說明：由于本設(shè)計(jì)使用觸摸屏來模擬來模式全自動(dòng)洗衣機(jī)的面板操作和顯示模塊,因此在觸摸屏界面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用M來代替X,例如觸摸屏中的停止按鈕寫入寄存器地址因?yàn)镸2而不是X2。2.4PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型,其中工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的、按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)行程一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng),PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與設(shè)備規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。在全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,根據(jù)控制要求、輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需的寄存器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等指標(biāo),且根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件,我們選用臺(tái)達(dá)系列的DVPSX2型號(hào)的PLC。另外,由于實(shí)驗(yàn)室的PLC暫時(shí)沒有擴(kuò)展輸入輸出端口的數(shù)量,目前只有8個(gè)輸入端口和8個(gè)輸出端口,因此我們選擇使用HMI觸摸屏來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入和輸出。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分,我們采用CAD軟件繪制系統(tǒng)的主電路圖〔含主電路、控制線路供電、PLC配置圖、PLC的I/O接線原理圖.其中,全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制原理圖如下圖所示：在全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制原理圖中,KM1、KM2控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后,電機(jī)延時(shí)得電正轉(zhuǎn),一段時(shí)間后,正轉(zhuǎn)停止,電機(jī)延時(shí)得電反轉(zhuǎn)。當(dāng)清洗完成或者人為手動(dòng)都可以停止洗衣機(jī)的運(yùn)行。雖然實(shí)驗(yàn)程序用內(nèi)部繼電器M代替了實(shí)體按鈕X,但是在PLC的I/O接線圖里仍然使用X進(jìn)行說明,在輸入端0.0到0.7接口分別控制了啟動(dòng)、停止、高水位設(shè)置、中水位設(shè)置、低水位設(shè)置、手動(dòng)排水、手動(dòng)脫水、自動(dòng)模式開關(guān)；1.0到1.4接口則分別代表了高水位行程開關(guān)、中水位行程開關(guān)、低水位行程開關(guān)、水排空檢測開關(guān)和暫停開關(guān)；在輸出端1.0到1.5分別代表了注水閥開關(guān)Y1、排水閥開關(guān)Y4、控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的正轉(zhuǎn)KM1線圈、控制點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)的KM2線圈、脫水開關(guān)Y5。PLC配置圖也分為輸入部分也輸出部分,輸入部分由13個(gè)開關(guān)組成,分別是啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、自動(dòng)模式按鈕、手動(dòng)排水按鈕、手動(dòng)脫水按鈕、高水位設(shè)置、中水位設(shè)置、低水位設(shè)置、高水位行程開關(guān)、中水位行程開關(guān)、低水位行程開關(guān)、排空水行程開關(guān)；輸出由9部分組成,分別是電源指示燈、電機(jī)正反轉(zhuǎn)線圈、洗衣機(jī)排水開關(guān)、脫水開關(guān)、注水開關(guān)、報(bào)警指示燈。3.2系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)由控制要求可知,全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程如下：首先接通電源,用戶根據(jù)衣物的多少及大小進(jìn)行水位的選擇；再按下啟動(dòng)按鈕,開始注水準(zhǔn)備洗滌衣物。使用PLC控制時(shí),輸入設(shè)備主要有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、水位選擇按鈕〔高水位選擇按鈕、中水位選擇按鈕、低水位選擇按鈕、水位檢測開關(guān)〔高水位檢測、中水位檢測、低水位檢測、排空水檢測及脫水按鈕等；輸出設(shè)備主要有進(jìn)水電磁閥,洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器,洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器,排水電磁閥,脫水離合器及報(bào)警指示等設(shè)備。3.2.1啟動(dòng)初始化模塊首先,洗衣機(jī)開機(jī)后要進(jìn)行初始化。初始化包括洗衣機(jī)的啟動(dòng)、暫停和停止。啟動(dòng)按鈕為點(diǎn)動(dòng)按鈕,形成自鎖電路,指示燈用來表明系統(tǒng)的正常運(yùn)行,暫停按鈕可以終止洗衣機(jī)當(dāng)前的動(dòng)作,停止按鈕可以關(guān)閉洗衣機(jī),以防突發(fā)事故。其程序設(shè)計(jì)梯形圖如下所示：3.2.2手動(dòng)操作模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求,將洗衣機(jī)的程序分為自動(dòng)操作模塊和手動(dòng)操作模塊。其中自動(dòng)關(guān)洗滌模塊操作的初始化設(shè)計(jì)梯形圖如下圖所示：利用自動(dòng)模式按鈕M3啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正脈沖脈沖觸發(fā),清S0~S127寄存器并置位S0。自動(dòng)模式按鈕按下后,自動(dòng)模式的指示燈打開,當(dāng)洗衣機(jī)按下停止按鈕或者清洗后停機(jī)時(shí),自動(dòng)模式的指示燈才會(huì)熄滅,指示洗衣機(jī)停止工作。包含手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水的手動(dòng)操作模塊初設(shè)計(jì)的梯形圖如下圖所示：在手動(dòng)操作模式下,當(dāng)HMI觸摸屏上的手動(dòng)排水按鈕和手動(dòng)脫水按鈕按下時(shí),即可分別寫入M4和M5寄存器,進(jìn)而執(zhí)行手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水的相關(guān)操作；其中,控制手動(dòng)排水的M4寄存器為點(diǎn)動(dòng)按鈕,因此加入自鎖開關(guān)；其中Y4和Y5分別為洗衣機(jī)內(nèi)部控制排水閥和脫水離合器的啟動(dòng)開關(guān),在此設(shè)計(jì)中我們選擇采用手動(dòng)模擬控制。3.2.3水位選擇模塊在該設(shè)計(jì)中洗衣機(jī)的水位分為高中低三個(gè)檔位,可以通過手動(dòng)開關(guān)來選擇,其中M21、M22、M23為三個(gè)寄存器,控制水位檢測裝置,用來監(jiān)測水位是否達(dá)到指定水位,三個(gè)水位檔為并列式條件控制方式,只要接通一個(gè),就將轉(zhuǎn)入下一程序塊。其中,水位選擇模塊的梯形圖如下圖所示：3.2.4洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊其中,洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊的梯形圖如下圖所示：洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊采取了步進(jìn)順序指令來實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的執(zhí)行過程,暫停按鈕用來隨時(shí)終止電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。程序中用到了四個(gè)計(jì)數(shù)器,T0為注水后暫停2s計(jì)時(shí)器,T1為洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)30s計(jì)時(shí)器,T2為洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)30后暫停2s計(jì)時(shí)器,T3為洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)30s計(jì)時(shí)器。另外,程序中也用到了一個(gè)計(jì)數(shù)器,用來控制循環(huán)次數(shù)。由于洗滌與清洗的正反轉(zhuǎn)都是10次,所以就只用了一個(gè)C0來記錄正反轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)。由于洗衣機(jī)的洗滌和清洗過程相似,只需將控制循環(huán)次數(shù)和計(jì)數(shù)器控制時(shí)間做相應(yīng)改變即可。3.2.5洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)設(shè)置模塊洗衣機(jī)洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)主要是通過利用HMI觸摸屏操作界面中設(shè)置D0和D1寄存器的值來實(shí)現(xiàn)的,在此即可通過HMI觸摸屏來實(shí)現(xiàn)對洗衣機(jī)洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)的設(shè)定。3.3ScreenEditor人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)在功能設(shè)計(jì)之后,我們還為全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)觸摸屏人機(jī)界面以方便我們對其進(jìn)行調(diào)試,于是我們?yōu)橹O(shè)計(jì)了如圖所示人機(jī)界面：在上圖所示為人機(jī)系統(tǒng)的主界面,用于進(jìn)行洗衣機(jī)運(yùn)行模式的選擇,即"手動(dòng)模式"與"自動(dòng)模式"。而在主界面下是如下面所示兩個(gè)分別與之前的兩個(gè)模式相對應(yīng)的并列界面,即手動(dòng)模式界面與自動(dòng)模式界面。如上圖所示,手動(dòng)模式下界面菜單與指示燈全部為面向用戶的設(shè)計(jì),因此我們相信該界面在一定程度上仿真了洗衣機(jī)手動(dòng)模式下的用戶界面。相對于手動(dòng)模式下的界面,自動(dòng)模式下的界面則加入了一些調(diào)試時(shí)需要的元件,因?yàn)槿鄙僦悄苓x擇水位設(shè)置的裝置以及檢測液位的傳感裝置信號(hào),因此我們目前只能用調(diào)試界面中的這些手動(dòng)按鍵以及設(shè)值器來手動(dòng)模擬傳感檢測裝置的觸發(fā)信號(hào)。因此,我們目前對Fig.3這個(gè)界面的定位只停留在調(diào)試界面。當(dāng)然,在條件允許后,我們也希望能夠進(jìn)一步將洗衣機(jī)工作在"自動(dòng)模式"下的界面簡化為一個(gè)只有啟動(dòng)、停止、暫停三個(gè)鍵的用戶界面,并且在界面美化上做得更好。4系統(tǒng)調(diào)試4.1調(diào)試步驟系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕按下后,啟動(dòng)指示燈亮,此時(shí)具有兩種工作模式供用戶選擇,分別是手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。在手動(dòng)模式下,<1>按下手動(dòng)排水按鍵即開始排水,未排完時(shí)按下暫停,排水即停止；再一次按下暫停按鈕時(shí),暫停按鈕釋放,洗衣機(jī)繼續(xù)排水。<2>按下手動(dòng)脫水按鈕時(shí)即開始脫水,暫停按鍵功能正常,即按下后,暫停脫水,松開后脫水繼續(xù)。<3>脫水進(jìn)行時(shí),如果按下手動(dòng)排水按鍵,脫水即停止,松開后脫水又繼續(xù)進(jìn)行；洗衣機(jī)排水時(shí),如果按下手動(dòng)脫水按鍵即可跳轉(zhuǎn)進(jìn)入脫水狀態(tài)；即排水狀態(tài)可跳轉(zhuǎn)到脫水狀態(tài),反之則不可行。在自動(dòng)模式下,在進(jìn)入自動(dòng)模式前,用戶需根據(jù)衣物量手動(dòng)設(shè)置水位檔位和洗滌循環(huán)次數(shù)及清洗循環(huán)次數(shù)。按下自動(dòng)模式按鈕,自動(dòng)模式指示燈打開,洗衣機(jī)進(jìn)入自動(dòng)模式開始注水。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定高度時(shí),洗衣機(jī)開始洗滌。當(dāng)洗衣機(jī)洗滌次數(shù)達(dá)到后,即開始清洗。清洗完成后,洗衣機(jī)自動(dòng)報(bào)警后停機(jī)。4.2調(diào)試中遇到的問題三個(gè)水位設(shè)