电气自动化专业毕业设计论文 基于PLC的全自动洗衣机控制系统 精品.docx
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电气自动化专业毕业设计论文基于PLC的全自动洗衣机控制系统精品
毕业设计(论文)
题目:
基于PLC的全自动洗衣机控制系统
学号:
姓名:
专业:
电气自动化
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指导教师:
完成时间:
摘要
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西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,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。
关键词:
PLC;自动;定时;控制
Abstract
Alongwiththesocialeconomydevelopmentandthescienceandtechnologylevelenhancement,thefamilyelectricapplianceentireautomationbecomestheinevitabledevelopmenttendency.Entireautomaticwasherproductionenormousconveniencepeople'slife.Thewasheristhedomesticelectricalappliancesindustrydoesnotonlyhittheprofessionwhichthepricefights,passesthroughseveralyearsteadydevelopment,thedomesticallyproducedwasherregardlessofinqualityorinfunctionallwithworldleadinghorizontalsynchronization.Looksoverthewashermarket,thehighlyeffectiveenergyconservation,theprovincewater,theprovinceelectricity,theenvironmentalprotectionwashercontinuouslyoccupythedominantpositioninthemarket.HowdoesthispaperstudycontrolstheentireautomaticwasherusingPLC,toquestionandsoonsoftwaredesign,hardwaredesignhascarriedontheanalysisandthediscussion,hasrealizedtheentireautomaticwashernormaloperationandcompulsorystopsthefunction.
Keywords:
PLC;control;delay;entireautomatic
目录
绪论····························································1
1概述·························································2
1.1PLC控制特点·················································2
1.2控制系统框图················································2
1.3控制系统对应设备及功能······································3
1.4控制系统原理················································3
2硬件电路的设计···············································4
2.1PLC的选择···················································4
2.1.1I/O点数统计··············································4
2.1.2I/O存储器容量的估算······································4
2.1.3CPU功能与结构的选择······································5
2.2PLC外部接线图··············································5
2.3洗衣机示意图················································6
3软件设计······················································7
3.1I/O分配表··················································7
3.1.1输入地址分配表···········································7
3.1.2输出地址分配表···········································7
3.1.3内部元件地址分配表·······································7
3.2系统流程图··················································8
3.2.1强制停止流程图············································8
3.2.2正常运行流程图···········································9
3.3程序设计···················································10
3.3.1PLC控制顺序功能图·······································11
3.3.2系统梯形图···············································11
3.3.3系统指令语句表···········································13
4程序运行过程分析············································14
5系统仿真····················································15
6模拟硬件连接················································17
7全自动洗衣机的展望··········································18
结束语························································20
参考文献······················································21
致谢··························································22
附录··························································23
绪论
在洗衣机控制方面,在PLC问世之前,工业控制领域中是继电器占主导地位。
但继电器控制领域有着十分明显的缺点:
体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间和资金的严重浪费。
为了改变这一现状,PLC控制系统产生了。
[1]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。
[2]
PLC的全称是ProgrammableLogicController(可编过程控制器)PLC是一种产品,但这种产品有点特别,在没有下载控制程序之前,它不具备任何控制功能,也就是说,没有应用程序的PLC是毫无用处的。
PLC实际上是专为工业环境使用的通用控制平台,它必须进行二次开发才能完成最终控制目的,因此,它还需程序编辑/调试软件的配合,此次设计的关键就在程序的编辑和调试。
[3]
此次设计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,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。
此次全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,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,所以只要改变定时器和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。
[4]
洗衣机的工作流程由进水,洗衣,排水,和脱水四个过程组成。
在半自动洗衣机中,这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。
全自动洗衣机中,,这四个过程可做到全自动运行,直至洗衣结束。
根据以上全自动洗衣机的功能要求,我对此次设计的PLC控制要求设计如下:
全自动洗衣机控制要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制要求。
[1]按下启动按扭,开始进水直到水满(即水位达到高水位)时停止进水开始洗涤正转。
[2]洗涤时,正转30秒,停两秒,然后反转30秒,停2秒。
[3]如此循环5次,总共320秒开始排水。
[4]水位下降到低水位时开始脱水并继续排水,脱水30秒。
[5]开始清洗,重复
(1)到(4),清洗两遍。
[6]清洗完成,报警3秒并自动停机。
[7]若按下排水按扭可以实现手动排水。
[8]若按下停车按扭,可实现手动停止进水,排水脱水及报警。
1概述
1.1PLC控制特点
PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数学技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关,这些高新技术的发展推动了PLC的发展,而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求,促进了它们的发展。
PLC控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握,是电控人员熟悉的梯形语言,使用术语依然是"继电器"一类术语,大部分与继电器触头的连接相对应,使电控人员一目了然.PLC控制使用简单,他的I/O已经做好,输入输出信号可直接连接,非常方便,而输出口具有一定驱动能力,PLC是专门应用手工业现场自动控制装置,再系统软硬件上采用抗干扰措施.当工作程序需要改变时,只需改变PLC的内部,惊醒重新编程而无需对外围进行重新改动。
从这些方面突出了使用PLC控制的优越性。
1.2控制系统框图
此次设计根据全自动洗衣机的工作原理,洗衣机的工作流程由进水,洗衣,排水,和脱水四个过程组成。
在半自动洗衣机中,这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。
利用可编程控制器PLC实现控制,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。
此次全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,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。
根据以上要求PLC的控制系统框图如下图1-1。
图1-1控制系统框图
1.3控制系统对应设备及功能
根据控制过程中的进水、洗涤、脱水、报警等控制要求,对控制所需的外部设备初步设计如表1-1
表1-1对应设备及功能表
对应的外部设备
对应的输出设备
启动按扭
进水电磁阀
停止按扭
排水电磁阀
水位选择开关(高水位)
洗涤电动机正转继电器
水位选择开关(中水位)
洗涤电动机反转继电器
水位选择开关(低水位)
脱水桶
手动排水开关
报警器
手动脱水开关
高水位传感器
中水位传感器
低水位传感器
水排空传感器
1.4控制系统原理
自动洗衣机的进水,洗衣,排水,脱水是通过水位开关,电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制,从而实现自动控制的,水位开关用来控制进水到洗衣机内高中低水位,电磁进水阀起着通断水源的作用。
进水时,电磁进水阀打开,将水注入,排水时,电磁排水阀打开,将水排出,洗衣时,洗涤电动机启动,脱水时,脱水桶启动。
2硬件电路的设计
2.1PLC的选择
2.1.1I/O点数统计
I/O点数是PLC的一项重要指标。
合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求,又可使系统总投资最低。
PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定,一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。
考虑到今后的调整和扩充,一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。
该系统有11个数字输入点6个数字输出点,具体的输入输出见表2-1.
表2-1I/O点数统计表
输入点
输出点
启动按扭
进水电磁阀
停止按扭
排水电磁阀
水位选择开关(高水位)
洗涤电动机正转继电器
水位选择开关(中水位)
洗涤电动机反转继电器
水位选择开关(低水位)
脱水桶
手动排水开关
报警器
手动脱水开关
高水位传感器
中水位传感器
低水位传感器
水排空传感器
2.1.2I/O存储器容量的估算
PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。
一般微型和小型PLC的存储容量是固定的,介于1—2KB之间。
用户应用程序占用多少内存与许多因素有关,如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。
因此在程序设计之前只能粗略地估算。
根据经验,每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下:
开关量输入元件:
10—20B/点
开关量输出元件:
5—10B/点
定时器/计数器:
2B/个
模拟量:
100—150B/个
通信接口:
一个接口一般需要300B以上[8]
根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量,就可估算出用户程序所需的内存容量,从而选择合适的PLC内存。
该系统有11个数字输入点6个数字输出点,需内存280B,有定时器6个,计时器2个,需内存16B,考虑余量后需要内存370B。
2.1.3CPU功能与结构的选择
PLC的功能日益强大,一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能,有些PLC还可扩展各种特殊功能模块,如通信模块、位置控制模块等,选型时可考虑以下几点:
功能与任务相适应,PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。
全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单,小型PLC就能满足要求了。
该控制系统CPU模块可采用CPU-224(AC/DC/继电器)模块,它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。
同时由于该模块采用交流220V供电,并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点,完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求,所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。
综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLC。
2.2PLC外部接线图
根据全自动洗衣机的控制要求,对系统控制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行了选择,现根据以上的统计和选择对控制系统PLC的外部接线设计如下图2-1。
图2-1PLC外部接线图
2.3洗衣机示意图
如图2-2所示为洗衣机示意图,在图中ST4为高水位传感器,ST5为中水位传感器,ST6为低水位传感器,ST7位水排尽传感器,当选择好水位后,YV1打开开始进水,当水位到达相应水位时,相应的传感器送出ON信号否则为OFF,只有当水上升到与选择水位相开关一致时,YV1关闭停止进水,开始洗衣。
[10]
图2-2洗衣机示意图
3软件设计
3.1I/O分配表
3.1.1输入地址分配表
列出全自动洗衣机的输入分配表,见表3-1。
表3-1输入地址分配表
输入地址
对应的外部设备
I0.0
启动按扭
I0.1
停止按扭
I0.2
水位选择开关(高水位)
I0.3
水位选择开关(中水位)
I0.4
水位选择开关(低水位)
I0.5
手动排水开关
I0.6
手动脱水开关
I0.7
高水位传感器
I1.0
中水位传感器
I1.1
低水位传感器
I1.2
水排空传感器
3.1.2输出地址分配表
列出全自动洗衣机的输出分配表,见表3-2。
表3-2输出地址分配表
输出地址
对应的输出设备
Q0.0
进水电磁阀
Q0.1
排水电磁阀
Q0.2
洗涤电动机正转继电器
Q0.3
洗涤电动机反转继电器
Q0.4
脱水
Q0.5
报警器
3.1.3内部元件地址分配表
全制动洗衣机控制时,需用到PLC内部的计时器和计数器对其进行过程控制,现对控制中要用到的内部位元件地址分配表归纳如表3-3。
表3-3内部地址分配表
定时器/计时器
对应的作用
T37
进水暂停计时
T38
正洗计时
T39
正洗暂停计时
T40
反转计时
T41
反转暂停计时
T42
脱水计时
T43
报警计时
C50
正反洗循环计数
C51
大循环计数
3.2系统流程图
3.2.1强制停止流程图
全自动洗衣机控制要求是能实现”正常运行“和”强制停止“两种控制要求。
当强制停止时,按动停止按钮,可实现手动停止进水,排水脱水及报警,再通过手动排水,按下排水按扭可以实现手动排水和手动脱水,按下手动脱水可实现脱水,来完成洗衣。
按照强制停止的工作流程,作出强制停止的洗衣流程图见图3-1。
图3-1强制停止流程图
3.2.2正常运行流程图
全自动洗衣机正常运行时即洗衣机按照程序设定依次完成依次洗衣过程,从选择水位,按下启动按扭,开始进水直到水满(即水位达到高水位)时停止进水开始洗涤正转,洗涤时,正转30秒,停两秒,然后反转30秒,停2秒,如此循环5次,总共320秒开始排水,水位下降到低水位时开始脱水并继续排水,脱水30秒,开始清洗,重复以上过程,清洗两遍,清洗完成,报警3秒并自动停机。
按照以上的工作流程,作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图见图3-2。
图3-2正常运行流程图
3.3程序设计
3.3.1PLC控制顺序功能图
顺序功能图,它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术,他是一种通用的技术语言。
全自动洗衣机控制系统PLC控制状态流程图见图3-3。
图3-3PLC控制状态流程图
3.3.2系统梯形图
一、梯形图的特点
梯形图是PLC模拟继电器控制系统的编程方法。
它由触点、线圈或功能方框等构成,梯形图左、右的垂直线称为左、右母线。
画梯形图时,从左母线开始,经过触点和线圈(或功能方框),终止于右母线。
在梯形图中,可以把左母线看作是提供能量的母线。
触点闭合可以使能量流过,直到下一个元件;触点断开将阻止能量流过。
这种能量流,我们称之为“能流”。
实际上,梯形图是CPU仿真继电器控制电路图,使来自“电源”的“电流”通过一系列的逻辑控制条件,根据运算结果决定逻辑输出的模拟过程。
梯形图中的基本编程元素有触点、线圈和方框。
触点:
代表逻辑控制条件。
触点闭合时表示能量可以流过。
触点分常开触点和常闭触点两种形式。
线圈:
通常代表逻辑“输出”的结果。
能量流到,则该线圈被激励。
方框:
代表某种特定功能的指令。
能量流通过方框时,则执行方框所代表的功能。
方框所代表的功能有很多种,例如:
定时器、计数器、数据运算等。
梯形图中,每个输出元素可以构成一个梯级。
每个梯形图网络由一个或多个梯级组成。
二、梯形图绘制原则
(1)梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。
每个继电器器线圈为一个逻辑行,即一层阶梯。
每一个逻辑行起于左母线,然后是触点的连接,最后终止于继电器线圈或右母线。
注意:
左母线与线圈之间一定要有触点,而线圈与右母线之间不能有任何
点,应直接连接。
(2)一般情况下,在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次,而继电器触点可无限引用。
有些PLC,在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。
(3)在每个逻辑行中,串联触点多的支路应放在上方。
如果将串联触点多的支路放下方,则语句增多,程序变长。
(4)在每个逻辑行中,并联触点多的支路应放在左边。
如果将并联触点多的支路放右边,则语句增多,程序变长。
(5)梯形图中,不允许一个触点上有双向“电流”通过。
(6)梯形图中,当多个逻辑行都具有相同条件时,为了节省语句数量,常将这些逻辑行合并。
当相同条件复杂时,这对储存容量小的PLC很有意义。
(7)设计梯形图时,输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行设计更为合适,不易出错。
因此,也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接。
如果某些信号只能用常闭触点输入,可以按输入设备全部常开来设计,然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反。
三、系统梯形图
根据以上的梯形图的基础知识、注意事项、特点及上节(3.3.1节)中的控制状态流程图,现利用STEP7-Micro/WIN编程软件做出全自动洗衣机控制系统梯形图。
STEP7-Micro/WIN编程软件是专为西门子S7-200而设计的,在个人计算机的WINDOWS操作系统下运行,功能强大、使用方便、简单易学。
其编写好的程序可通过专用编程线缆下载的PLC中运行。
也可以导出后在仿真软件中进行测试。
系统梯形图如下图3-4到图3-6。
图3-5系统体形图b
图3-6系统梯形图c
3.3.3系统指令语句表
由于系统指令语句表在该处排版影响文章美观而且不便于阅读,所以将该系统的指令语句表排版在附录。
4程序运行过程分析
4.1洗衣机进水
洗衣前选择好水位,按下水位选择开关(I0.2、I0.3、I0.4)任意一个,再按下启动按钮,I0.0接通,Q0.0接通,开始进水。
当水位上升到与选择的水位相一致时,相一致的水位传感器(I0.7、I1.0、I1.1)接通,Q0.0断开停止进水,T37开始
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