机械毕业设计1254全自动洗衣机控制系统的设计正文Word文件下载.docx
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水排空浮球开关
对应的输出设备
进水电磁阀
排水电磁阀
洗涤电动机正转继电器
洗涤电动机反转继电器
脱水桶
报警器
3.3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。
第四章硬件电路的设计
4.1系统的选型
(1)IO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,考虑余量后需要14个数字输入点10个输出点。
统计得输入:
统计得输出:
(2)用户存储器容量的估算
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
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。
(3)CPU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。
综上所述,结合下表分析
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
程序存储器
2048字
4096字
用户数据存储器
1024字
2560字
用户存储器类型
EEPROM
数据后备典型时间
50h
190h
本机IO
6入/4出
8入/6出
14入/10出
24入/16出
扩展模块数量
无
2个
7个
数字量IO印象区大小
256(128入/128出)
模拟量IO印象区大小
16入/16出
32入/32出
33Hz布尔指令执行速度
0.37/微妙/指令
内部继电器
256
计数器/定时器
256/256
顺序控制继电器
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。
综上所述选用西门子S7-200型PLC
4.2CPU单元设计
集成的24V负载电源,可直接连接到传感器和变送器(执行器),CPU221,222具有180mA输出,CPU224,CPU224XP,CPU226分别输出280mA,400mA。
可用负载电源。
本设计中所用CPU为CPU224。
本机数字量输入/输出点
CPU224有14DI/10DO
本机模拟最输入/输出点
CPU224XP有2个AI/1AO。
4.3硬件接线图
4.4通讯方式
内部集成的PPI接口为用户提供强大的通讯功能。
PPI接口为RS485,可在三种方式下工作:
1.PPI方式:
PPI通讯协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的通讯协议。
通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。
波特率为9.6kbit/s,19.2kbit/s和187.5kbit/s。
CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。
2.MPI方式:
通过内置接口连接到MPI网络上。
波特率为19.2kbit/s,187.5kbit/s。
S7-200可与S7-300/400通讯,S7-200CPU在MPI网络中作为从站,彼此间不能通讯。
3.自由通讯口方式:
是一个很有特色的功能。
S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。
即可以由用户自行定义通讯协议。
波特率最高38.4kbit/s。
4.PROFIBUS-DP网络:
CPU222、224XP、226可以通过增加EM277的方法支持PROFIBUSDP网络协议。
最高传输速率为12Mbit/s。
4.5EEPROM存储器模块(选件)
可作为修改与拷贝程序的快速工具(无需编程器),并可进行辅助软件归档工作。
4.6电池模块
用于长时间数据后备。
用户数据(如标志位状态,数据块,定时器,计数器)可通过内部的超级电容存贮大约5天。
选用电池模块能延长存贮时间到200天(10年寿命)。
电池模块插在存储器模块的卡槽中。
4.7通讯模块
品牌:
SIEMENS-西门子
名称:
通讯模块SINAUTTIM4R-IE
型号:
SINAUTTIM4R-IE
有四个接口用于单一和冗余的传输:
2个组合的RS232/RS485接口用于连接经典的WAN,如专线、无线或拨号网络
RJ45接口用于连接到基于IP的网络(WAN或LAN),如FOC、DSL、GPRS等
紧凑的部件用于多种用途:
作为独立部件(独立运行无需S7-300
CPU),TIM可以承担SINAUT通讯用于一个或多个S7-400
PLC或控制中心PC
(SINAUT
ST7cc或ST7sc);
此时连接是通过TIM的Ethernet口之一进行
在S7-300
PLC中作为通讯处理器(CP)
S7-400
CPU或控制中心PC因此能够执行SINAUT通讯:
经两个任意的SINAUT
WAN网络与SINAUT
ST7搭档
经两个基于IP的网络与SINAUT
ST7用户
所有四个接口可以同时用于SINAUT通讯。
四个传输路径可互不相同并且每个路径可独立运行,或工作于冗余组合。
方便地建立冗余传输路径经两个经典WAN、两个基于IP的网络或WAN
+
基于IP的网络的组合。
如果作为CP置于S7-300
PLC中,可使用附加的通讯:
与CPU通讯
经此CPU的MPI接口与其它连接到MPI总线的CPU和控制中心PC(ST7cc,
ST7sc)
与机架中其它的TIM
消息存储器高达56
000数据消息帧
SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列出色表现在以下几个方面:
∙极高的可靠性
∙极丰富的指令集
∙易于掌握
∙便捷的操作
∙丰富的内置集成功能
∙实时特性
∙强劲的通讯能力
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如:
冲压机床,磨床,印刷机械,橡胶化工机械,中央空调,电梯控制,运动系统。
第五章软件的设计
5.1I/O分配
数字量输入地址分配表
输入地址
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2
数字量输出地址分配表
输出地址
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
内部位元件地址分配表
定时器/计时器
对应的作用
T37
进水暂停计时
T38
正洗计时
T42
正洗暂停计时
T39
反转计时
T43
反转暂停计时
T40
脱水计时
T41
报警计时
C50
正反洗循环计数
C51
大循环计数
5.2流程图
(1)强制性停止流程图
(2)正常运行流程图
5.3源程序
在本程序中,M0.0是按下启动按扭的辅助继电器;
M0.1是判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器;
M0.2是判断洗衣机水位是否和设定水位一致的辅助继电器;
M0.3是停止自动洗衣的辅助继电器。
NETWORK1
按下启动按扭,开始洗衣
LDI0.0
OM0.0
ANI0.1
=M0.0
NETWORK2
洗衣机水位与设定水位不一致辅助继电器
LDI0.2
ANI0.7
LDI0.3
ANI1.0
OLD
LDI0.4
ANI1.1
=M0.1
NETWORK3
洗衣机水位与设定水位相一致辅助继电器
AI0.7
AI1.0
AI1.1
=M0.2
NETWORK4
停止自动洗衣辅助继电器
LDI0.1
OM0.3
ANI0.0
=M0.3
所对应的梯形图如图所示。
5.3.1进水
在正常情况下,按下启动按钮或者脱水完毕,而且洗衣大循环未到2次时,开始进水,当水位到设定水位后停止进水,等待2分后进入洗衣过程。
在强制停止情况下,当停止按钮按下时立即停止进水。
它的助记符程序为:
NETWORK5
进水到设定的水位
LDM0.0
LDT40
ANC51
OQ0.0
AM0.1
=Q0.0
NETWORK6
进水到设定的水位后等待2s
LDM0.2
AN10.1
ANQ0.2
AN10.3
TONT37,+20
5.3.2洗衣
进水到设定水位2s后,开始洗衣,先正转30s,停止2s然后再反转30s,停止2s这样循环5次后进入排水过程。
NETWORK7
洗涤电动机正转30s
LDT37
LDNC50
AT39
OQ0.2
ANT38
=Q0.2
TONT38,+300
NETWORK8
洗涤电动机停2s
LDT38
ONT42
OT39
TONT42,+20
NETWORK9
洗涤电动机反转300s
LDT42
ANC50
OQ0.3
ANT39
=Q0.3
TONT39,+300
NETWORK10
LDT39
TONT43,+20
所对应的梯形图如图所示
5.3.3排水
洗衣过程完毕后,进入排水过程。
水排空后停止排水。
洗衣小循环5次
LDQ0.3
LDQ0.1
CTUC50,+5
NETWORK11
排水,直至水排空
LDC50
OQ0.1
ANI1.2
LDM0.3
AI0.5
=Q0.1
5.3.4脱水
水排空后,开始脱水,脱水30s后停止脱水。
因为判断水排空是否在排水完毕后,所以要用到排水完毕辅助继电器。
NETWORK12
排水完毕辅助继电器
OM0.4
ANQ0.4
=M0.4
NETWORK13
脱水30s
LDI1.2
AM0.4
OQ0.4
ANT40
OI0.6
=Q0.4
TONT40,+300
5.3.5洗完报警
洗衣大循环3次后,开始洗完报警过程,3s后停止报警,这样整个过程结束。
NETWORK14
洗衣大循环3次
LDQ0.4
LDQ0.5
CTUC51,+3
NETWORK15
报警3s
LDC51
OQ0.5
ANT41
=Q0.5
TONT41,+30
所对应的梯形图如图所显示
5.4程序运行过程分析
按下启动按钮,I0.0接通,M0.0接通并自保,Q0.0接通,进水。
到高水位时,I0.7接通,I0.7常闭触点断开,Q0.0断开,进水停止;
I0.7常开触点闭合,Q0.2接通,正洗,T38开始计时,T38计时到,T38常闭触点断开,Q0.2断开,正洗暂停;
T38常开触点闭合,使得T38自保,T42开始计时。
T42计时到,T42常开触点闭合,Q0.3
接通,反洗,T39开始计时。
T39计时到,T39常闭触点断开,Q0.3断开,反洗暂停;
T39常开触点闭合,使T39自保,T43开始计时。
T43计时到,T43常开触点闭合,C50计一次数;
T43常闭触点断开,使T38、T42、T39、T43复位,Q0.0又接通,重复进行以上从正洗开始的全部动作,直到C50计满5次数时,C50常开触点接通,Q0.1接通并自保,排水,C50复位,准备下一次循环时再计数。
排水到低水位时,I1.1断开,I1.1常闭触点闭合,Q0.2、Q0.4接通,脱水,T40开始计时。
T40计时到,T40常闭触点断开,Q0.1、Q0.2、Q0.4断开,停止排水和脱水;
T40常开触点接通,C51计一次数。
Q0.1常闭触点闭合,Q0.0又接通,重复进行从进水开始的全部动作,直到C51计满2次数时,C51常闭触点断开,M0.0断开,停止洗涤;
C51常开触点接通,Q0.5接通并自保,报警。
C51常开触点接通又使C51复位,C51常闭触点闭合,准备好下一次启动。
Q0.5常开触点接通,T41开始计时。
T41计时到,T41常闭触点断开,停止报警。
运行中按停止按钮时,I0.1常闭触点断开,则M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5断开,停止进水、排水、脱水及报警。
按排水按钮时,I0.5常开触点闭合,Q0.1接通并自保,进行手动排水。
5.5程序的下载、安装和调试
将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接,完成硬件的安装。
全自动洗衣机程序是由STEP-7Micro/Win32软件的指令完成,正常工作时程序存放在存储卡中,若要修改程序,先将PLC设定在STOP状态下,运行STEP7-Micro/Win32编程软件,打开全自动洗衣机程序,即可在线调试,也可用编程器进行调试。
第六章PLC和单片机控制的对比
6.1简述PLC和单片机
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。
按计算机专家的原始定义,计算机系统由五大部分--即控制单元(CU)、算术运算单元(ALU)、存储器(Memory)、输入设备(Input)、输出设备(Output)组成。
早期计算机(晶体管的或集成电路的,不包括电子管的)的CU或ALU由一块甚至多块电路板组成,CU和ALU是分离的,随着集成度的提高,CU和ALU合在一块就组成了中央处理单元(CPU),接着将CPU集成到单块集成电路中就产生MPU或MCU,出现了如Intel4004、8008、8080,8085、8086、8088、Z80等MPU。
此后,MPU的发展产生了两条分支,一支往高性能、高速度、大容量方向发展,典型芯片如:
Intel80186、286、386、486、586、P2、P3、P4等,速度从4.7MHz到现在的3.2GHz。
另一支则往多功能方向发展,将存储器(ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASHROM、SRAM等)、输入/出接口(Timer/Counter、PWM、ADC/DAC、UART、IIC、SPI、RTC、PCA、FPGA等)全部集成在一块集成电路中而成为SOC(SystemOnaChip)。
依愚之见,这就是当今广泛应用的单片计算机,简称单片机。
单片机的优点是:
体积小、重量轻、易于维护、控制电压要求低、价格低。
6.2用单片机和PLC分别做系统的比较
所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片,根据不同系统设计电路板,最终设计成一台简易的计算机系统,并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。
这种形式在80年代国内很流行,但由于受到本身可靠性及其它方面的限制,目前除了仪表上仍然采用外,在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。
单片机的可靠性:
由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐,很大一部分还是国外筛选出来的次等品,加上其它外围元件(如电阻、电容等)的参数离散性也很大,批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理,因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠
性,因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。
另外,单片机的所有器件均不是工业级的,抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱,而国内的电源一般都很差,加上压片机的变频调速对电源的干扰很大,因此,更可能引起单片机系统的不稳定。
单片机的可扩展性:
由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的,所以要增加一个功能就要重新设计线路,而且对应的程序都要重新设计。
这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。
单片机的可维护性:
一旦单片机系统出现故障,很难诊断出故障元件,最简单的方法是更换整个系统,这样维修成本增加了。
操作:
现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘,设定数据用拨码开关,显示用LED,整个面板显得繁锁,而且为了减少操作键,设计时往往一键多用,操作人员很难脱开说明书操作。
特别是故障显示只能显示故障代码,一旦发生故障,操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在,最终按说明书指示排除故障,这样排除故障的时间相对较长。
总之,这样的人机对话不够友善。
特点:
不可靠,价格便宜。
可编程控制器(PLC):
所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器,根据要求选用不同的模块,在此基础上设计程序以达到所设计的功能。
这种形式目前在工业现场应用最为广泛。
我公司生产的GZPK100系列高速旋转式压片机就采用PLC的控制方式。
PLC的可靠性:
进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器,其余各元件也是直接向生产厂家购买的,经过严格挑选的工业级元件,另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的,抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高,即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。
PLC的可扩展性:
要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序,而PLC的编程相对比较简单,这样对于开发周期会缩短。
PLC的可
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