全自动洗衣机的PLC控制电路设计.doc
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全自动洗衣机的PLC控制电路设计.doc
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摘要
随着科学技术不断进步和社会飞速发展,洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。
目前中国洗衣机市场正进入更新换代期,市场潜力巨大,人们对于洗衣机的要求也越来越高。
目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能,在许多方面还不能达到人们的需求。
这就要求设计者们有更高的专业和技术水平,能够提出更多好的建议和创造新的课题,将人们的需要变成现实,设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。
从全自动洗衣机诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进。
设计方法也开始多种多样,从而使全自动洗衣机显得更加智能化,操作更加的方便、简单。
本文利用可编程控制器PLC实现了对洗衣机的全自动控制,与传统的设计相比较,洗衣机可靠性、节能性得到了提高。
PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件,它的接线也大大减少,与此同时系统维修简单、维修时间缩短。
本文首先介绍了洗衣机的发展,其次介绍了可编程序控制器(PLC)和PLC控制系统设计的洗衣机相关知识。
接着重点介绍了用PLC设计的洗衣机,对程序流程图及编程软件进行了说明。
这设计采用PLC程序指令编程,根据工艺要求编程简单、PLC采样按钮及限位开关外部输入信号的变化,执行相应的程序,然后输出控制电机正反转及脱水处理,采用三菱公司的FX2N系列的PLC。
【关键词】:
洗衣机,PLC,全自动
Abstract
Alongwiththescienceandtechnologyprogressandsocietyrapiddevelopment,thePeople'sDailylifebecomewashingmachineofhouseholdelectricalappliancesproduct.AtpresentChinawashingmachineisenteringthemarketrenewalperiod,themarketpotentialistremendous,therequirementsofthepeopleforwashingmachinemoreandmoreisalsohigh.Thewashingmachinemainlyhasstrongorweakwashingfunction,intothedrainagesystemfaultdiagnosisfunction,suchasautomaticsuspendedsevenfunction,inmanywayscan'treachpeople'sneeds.Thisrequiresthedesignershavehigherprofessionalandtechnicallevel,canputforwardSuggestionsandcreatemoregoodnewtask,willtheneedsofthepeopleintoreality,designmoreenergysaving,functionmorecomprehensive,morehumanautomaticwashingmachine.
Sinceitcamefromtheautomaticwashingmachine,theinternalcontrolsystemofthecircuitisconstantlyimproving.Designmethodalsobegantovaried,thusmakeautomaticwashingmachineappearmoreintelligent,operationmoreconvenientandsimple.ByusingtheprogrammablecontrollerforwashingmachinePLCautomaticcontrol,andthedesignofthetraditionalcompared,washingmachinereliability,energyconservationisimproved.PLCcontroldon'tneedalotofmovingpartsandelectroniccomponents,italsogreatlyreducetheconnection,andatthesametimesystemmaintenanceissimple,maintenancetimeisshort.
Thispaperfirstintroducesthedevelopmentofthewashingmachine,thenintroducestheprogrammablecontroller(PLC)andPLCcontrolsystemdesignofwashingmachinerelevantknowledge.ThenintroducedthedesignofwashingmachinewithPLC,theprogramflowchartandprogrammingsoftwareareillustrated.ThisdesignUSESPLCprograminstructionprogramming,accordingtotherequirementofprocessprogrammingissimple,PLCsamplingbuttonandlimitswitchthechangeofexternalinputsignal,executesprograms,andthenoutputcontrolmotorandreversinganddehydrationtreatment,andaseriesofmitsubishiFX2NofPLC.
【Keywords】:
washing-machine,PLC,fullautomaticity.
目录
引言 1
第1章洗衣机简介 2
1.1洗衣机类型 2
1.2洗衣机洗净衣物的原理 2
1.3PLC在全自动洗衣机中的应用 3
第2章可编程控制器PLC 4
2.1PLC的基本概念 4
2.2PLC的定义 4
2.3PLC的特点 4
2.4PLC的基本结构 4
2.5PLC的工作原理 5
第3章全自动洗衣机的设计 7
3.1全自动洗衣机设计方案 7
3.2设计要求及工作原理 10
3.2.1控制要求 10
3.2.2全自动洗衣机的工作原理 11
3.3设计思路及原理 12
3.3.1设计思路 12
3.3.2设计原则 13
3.3.3设计步骤 13
3.4PLC及I/O的选择 14
3.4.1控制功能 14
3.4.2I/O模块选择 16
3.5控制面板 18
3.6全自动洗衣机中的传感器新技术 18
第4章设计流程及程序 21
4.1电动机选择 21
4.2控制流程图 22
4.3I/O分布表 23
4.4程序指令 24
第5章梯形图 29
5.1梯形图 29
第6章调试 32
6.1调试步骤 32
6.2方案解决及建议 32
总结 33
致谢 34
参考文献 35
附录 36
全自动洗衣机的PLC控制电路设计
引言
随着社会经济的发展和科学技术水平的提高,家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。
全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。
洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业,经过几年的平稳发展,国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。
纵观洗衣机市场,高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。
根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。
PLC的优点是:
可靠性高,耗电少,适应性强,运行速度快,寿命长等,为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能,避免传统控制的一些弊端,就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。
全自动洗衣机控制系统利用了FX2N系列PLC的特点,对按钮,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。
可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。
该论文就怎样利用PLC来控制全自动洗衣机进行了调查,对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究,实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。
第1章洗衣机简介
1.1洗衣机类型
(1)滚筒式洗衣机:
衣物半浸没于水中,滚筒作有规律的正反转动,依靠滚筒内的凸起把衣物带至高处再跌下,起到揉搓作用,然后进行洗涤。
这类型有:
a、前装式滚筒洗衣机;b、顶装式滚筒洗衣机。
(2)波轮式(涡卷式)洗衣机也称日本式洗衣机,其优点:
结构简单,体积小,重量轻,操作方便,耗电量少,洗净率高。
缺点:
漂洗衣物不均匀,损衣率较高。
(3)搅拌式或摆动式洗衣机:
洗衣机有一根主柱,由电动机的动力,带动摆动叶绕定轴作周期性往复运动,每次转动角度小于360度,通过旋转的力度来达到洗涤衣物的效果,其他形式有:
喷流式、喷射式、振动式等等,市场上比较少见,北美普遍用。
洗衣机发展到现在的洗衣机真的是多种多样,在中国,双缸洗衣机购买的人已经是越来越少了,滚筒洗衣机和波轮洗衣机已经成为了市场的主流,使用洗衣机就是图个方便省力,现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。
那么洗衣机还会怎样进步或发展呢?
归纳起来,有以下几个趋势:
(1)高度自动化;
(2)健康化;
(3)节能;
(4)品种多样化。
1.2洗衣机洗净衣物的原理
洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下,将污垢拉入水中来实现洗净的目的。
首先充满于波轮叶片之间的洗涤液,在离心力的作用下被高速甩向桶壁,并沿桶壁上升。
在波轮中心处,因甩出液体而形成低压区,又使得洗涤液流回波轮附近。
这样,在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。
衣物,在涡流的作用下作螺旋式回转,吸入中心后又被甩向桶壁,与桶壁发生摩擦而达到洗衣的目的。
又由于波轮中心是低压区,衣物易被吸在波轮附近,不断地与波轮发生摩擦,如同人工揉搓衣物,污垢被迫脱离衣物。
其次,当衣物被放进洗涤液之后,由于惯性作用运动缓慢,在水流与衣物之间存在着速度差,使得两者发生相对运动,水流与衣物便发生相对摩擦,这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。
再次由于洗衣桶形状的不规则,当旋转着的水流碰到桶壁后,其速度和方向都发生了改变,形成湍流。
在湍流的作用下,衣物做无规则地运动并翻滚,其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长,衣物相互相摩擦,增大了洗涤的有效面积,提高衣物的洗净的均匀性。
1.3PLC在全自动洗衣机中的应用
PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使得其应用受到限制。
但最近十多年来,PLC的应用面越来越广,其主要原因是:
一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降,使得PLC的成本下降;另一方面PLC的功能大大增强,它也能解决复杂的计算和通信问题。
全自动洗衣机控制系统利用了PLC的特点,对按钮、电磁阀、开关等其它一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
充分表现现代家电用品的个性,在全自动洗衣机中,洗衣机洗涤、脱水程序是由以单片机为中心控制系统工作的。
首先由于单片机的指令系统相对复杂,编写洗涤、脱水程序相对复杂;其次,在设计控制系统硬件时,需要多种电路保护装置,如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护以及欠压保护等。
这样增加了硬件的复杂性,隐含较高的故障率,无形的增加了维修成本费用。
在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的缺点,它是整体模块,集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。
因此在运用中,硬件也相对简单,提高控制系统的可靠性。
另外它的编程语言也相对简单。
因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。
第2章可编程控制器PLC
2.1PLC的基本概念
可编程控制器(programmablecontroller)是计算机家族总的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器,简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着科技的发展,这种装置的功能已经大大超越了逻辑控制的范围,因此,这种装置称为可编程,简称PC。
但为了避免和坚韧计算机的简称混淆,所以称为PLC。
2.2PLC的定义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
2.3PLC的特点
PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。
(1)可靠性高,抗干扰能力强。
(2)通用性强,使用方便。
(3)采用模块化结构,使系统组合灵活方便。
(4)编程语言简单、易学,便于掌握。
(5)系统设计周期短。
(6)对生产工艺改变适应性强。
(7)安装简单、调试方便、维护工作量小。
2.4PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
其结构如图2-1所示。
编程器
中央处理器
(CPU)
系统存储器
系统存储器
电源
输入电路
输出电路
2-1PLC的结构图
中央处理单元是PLC的控制中枢,它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
2.5PLC的工作原理
PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式,循环扫描技术,即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点,不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。
PLC的控制需要内部处理、通信服务、输入扫描、执行扫描、输出扫描5个阶段才能完成控制过程。
(1)内部处理
在内部处理阶段,PLC完成硬件自检测和监控定时器复位等内部工作。
(2)通信服务
在通信服务阶段,PLC处理与计算机、编程器和别的智能装置的通信。
(3)输入扫描
在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
(4)执行扫描
在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。
在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
(5)输出扫描
当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。
这时,才是PLC的真正输出
同样的若干条梯形图,其排列次序不同,执行的结果也不同。
另外,采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。
当然,如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略,那么二者之间就没有什么区别了。
一般来说,PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等,即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。
第3章全自动洗衣机的设计
3.1全自动洗衣机设计方案
洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器,发展非常快,全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐,全自动即进水、浸泡、洗涤、漂洗、排水、甩干等一系列过程自动完成,控制器通常设有几种洗涤程序,对不同的衣物可供用户选择。
全自动洗衣机控制系统可选择多种控制方案,如继电器、单片机、PLC等均能完成。
1.继电器控制方案分析
继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统和被控制系统通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。
当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。
这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
继电器一般都有能反映一定输入变量的感应机构,有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构,在继电器的输入部分和输出部分之间,还有对输入量进行耦合隔离,功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构。
具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
但缺点明显,机械寿命短,容易受到干扰而引起误操作,继电器控制是硬接线,逻辑一旦确定,要改变逻辑或增加功能很是困难;继电器控制速度慢,触点易抖动;继电器控制定时精度不高,容易受环境温度变化影响,且无记数功能;继电器控制定时精度不高,容易受环境温度变化影响,且无记数功能。
2.单片机控制方案分析
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统,尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:
CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。
同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。
而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲:
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机内部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,内存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过10元即可,用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。
我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影,它主要是作为控制部分的核心部件。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
它是一种在线式实时控制计算机,需要有较强的抗干扰能力,较低的成本,这也是和离线式计算机的(比如家用PC)的主要区别。
单片机是靠程序的,并且可以修改。
通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。
一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列,或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话,电路一定是一块大PCB板,但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机,结果就会有天壤之别。
因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性。
由于单片机对成本是敏感的,所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言,它是除了二进制机器码以上最低级的语言了,既然这么低级为什么还要用呢?
很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢?
原因很简单,就是单片机没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备。
一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮,也会达到几十K的尺寸!
对于家用PC的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的。
单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行,所以汇编虽然原始却还是在大量使用。
一样的道理,如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行,家用PC的也是承受不了的。
3.PLC控制方案分析
PLC可编程逻辑控制器,一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC控制特点:
(1)可靠性高,抗干扰能力强:
高可靠性是电器控制设备的关键性能。
PLC由于采用大规模集成电路技术,严格的生产工艺制造,内部电路都用上了先进的抗干扰技术,所以具有很高的可靠性。
PLC带有硬件故障自我检测功能,当出现故障时可及时发出警报信息。
(2)适用性强;
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用;
PLC作为通用工业控制计算机,它接口容易,编程语言都很容易被工程技术人员接受。
梯形图语言和图形符号的表达方式和继电器电路图都相当接近,现在只用PLC的少量的开关量逻辑控制指令,就可以方便地实现继电器电路的功能。
这可以为那些不熟悉电子电路、不会汇编语言和不懂计算机原理的人油条洁净,为他们在计算机从事工业控制方面打开了方便之门。
(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造;
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计
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