電氣畢業(yè)設計-基于PLC控制全自動洗衣機設計

電氣畢業(yè)設計-基于PLC控制全自動洗衣機設計,電氣,畢業(yè)設計,基于,plc,控制,節(jié)制,全自動,洗衣機,設計 畢業(yè)設計（論文）開題報告 系 專業(yè) 年 月 日 設計（論文）題目 基于PLC控制自動洗衣機設計 學生姓名 學號 指導教師 選題目的和意義： 洗衣機是人們日常生活中常見的一種家電，已經成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產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。水磨洗滌機可用于服裝廠水洗牛仔服及絲綢等衣物。工業(yè)用洗衣機適用于賓館、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。洗衣機需要更好地滿足人們的需求，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，就能很好地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，又正在向智能化洗衣機方向發(fā)展。 工業(yè)洗衣機主要特點：　　 ⑴ 工業(yè)洗衣機采用臥室滾筒型,工業(yè)洗衣機的內外筒均采用優(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；　　 ⑵ 工業(yè)洗衣機內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；　　 ⑶ 工業(yè)洗衣機采用三角膠帶傳動,振動小、運轉平穩(wěn)、經久耐用。 ⑷ 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。 主要研究內容： 本次畢業(yè)設計是利用西門子S7-200PLC對洗衣機進行全自動控制，掌握STEP7-Micro/KINGVIEW組態(tài)王的組態(tài)理論和組態(tài)方法，制作整個洗衣過程監(jiān)控界面，對電動機及其他設備進行實時監(jiān)控。在實現(xiàn)以上全部功能的前提下，再對監(jiān)控界面的控制功能作進一步研究，監(jiān)控界面的控制功能就是不在現(xiàn)場的情況下，對現(xiàn)場的設備進行控制。 實驗設計： 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濟效益來彌補。 可編程序控制器是一種能夠適應多種工業(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已經廣泛地應用在各種機械設備和生產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。 完成設計（論文）的條件、方法及措施： 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。 控制電路的組成主要包括：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。 指導教師的意見及建議： 簽名： 年 月 日 注：1.此表前五項由學生填寫后交指導教師簽署意見，否則不得開題； 2.此表作為畢業(yè)設計（論文）評分的依據(jù)。 3 摘 要 本文介紹了采用可編程控制器（PLC）作為核心控制部件，并利用計算機進行組態(tài)監(jiān)控的全自動洗衣機控制系統(tǒng)。文章介紹了洗衣機的結構，對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)進行了分析，在此基礎上提出了基于PLC的全自動洗衣機控制方案，并對方案進行了論證，根據(jù)洗衣機的工作原理，設計了流程及程序，對按鈕，繼電器，開關，變頻器等其它一些輸入/輸出點進行控制，實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。由于洗滌，排水，脫水的時間均由PLC內計數(shù)器控制，所以只要改變計數(shù)器參數(shù)就可以改變時間。具有智能化程度高、安全可靠、方便、靈活等特點。 關鍵詞：PLC；全自動洗衣機；變頻器；繼電器 Abstract This article used programmable controller PLC to realize the washer completely automatic control, explained the PLC control principle method, the characteristic and controlled the washer the characteristic. The article during introduction washer structure, carries on the analysis to the completely automatic washer control system, proposed in this foundation based on the PLC completely automatic washer control plan, and has carried on the proof to the plan, has carried on the design according to the washer principle of work to the procedure and the flow, has the intellectualized degree high, safe reliable and so on the characteristics. To the button, the relay, the switch, the frequency changer and so on other some I/O spot carries on the control, realized the washer to wash clothes the process automation. Because spreads every time lavation, draining water, dehydrated time by PLC in counter control, so long as therefore the change counter parameter may change the time. Keywords: Programmable Logic Controller; The automatic process; converter; control relay 目 錄 1 緒論 1 1.1 選題的背景意義 1 1.2 洗衣機的發(fā)展歷史 1 1.3 自動控制的應用領域 3 1.4 本次畢設主要研究的內容 3 2 系統(tǒng)的總體設計 4 2.1 洗衣機控制系統(tǒng)簡介 4 2.2 控制系統(tǒng)的組成 4 3 硬件的理論與設計 6 3.1 硬件設計 6 3.2 可編程序控制器 7 3.2.1 可編程控制器的基本概念與基本結構 7 3.2.2 可編程控制器的基本特點 8 3.2.3 S7-200系列PLC 8 3.2.4 PLC接線圖 9 3.2.5 開關量I/O模塊的選擇 10 3.2.6 可編程序控制器I/O分配表 12 3.3 繼電器 14 3.3.1 繼電器簡介 14 3.3.2 繼電器組的應用及實現(xiàn)的功能 14 3.4 變頻器的使用及參數(shù)設定 15 4 軟件介紹 16 4.1 STEP7編程軟件安裝 16 4.1.1 安裝條件 16 4.1.2 安裝步驟 16 4.2 組態(tài)軟件簡介 18 5 程序設計 20 5.1 T型圖程序設計 20 5.1.1 程序流程圖 20 5.1.2 梯形圖重點程序段落分析 20 5.2 組態(tài)監(jiān)控設計 23 5.2.1 變量的定義 23 5.2.2 界面的設計 24 5.2.3 重點的幾個參數(shù)設定 24 5.2.4 組態(tài)界面對可編程序邏輯控制器的寫入 27 致 謝 29 參考文獻 30 附錄Ⅰ 參數(shù)表 31 附錄Ⅱ 程序清單 32 4 1 緒論 本章闡述了畢業(yè)論文選題的背景意義、洗衣機的發(fā)展歷史以及自動化控制在工業(yè)生產和生活中所體現(xiàn)的應用價值，包括目前的應用范圍及發(fā)展的前景。 1.1 選題的背景意義 洗衣機是人們日常生活中常見的一種家電，已經成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產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。水磨洗滌機可用于服裝廠水洗牛仔服及絲綢等衣物。工業(yè)用洗衣機適用于賓館、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。洗衣機需要更好地滿足人們的需求，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，就能很好地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，又正在向智能化洗衣機方向發(fā)展。 工業(yè)洗衣機主要特點：　　 ⑴ 工業(yè)洗衣機采用臥室滾筒型,工業(yè)洗衣機的內外筒均采用優(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；　　 ⑵ 工業(yè)洗衣機內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；　　 ⑶ 工業(yè)洗衣機采用三角膠帶傳動,振動小、運轉平穩(wěn)、經久耐用。 ⑷ 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。 1.2 洗衣機的發(fā)展歷史 從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務勞動，而在洗衣機出現(xiàn)以前，對于許多人而言，它并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣，手搓、棒擊、沖刷、甩打……這些不斷重復的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是：辛苦勞累。 1874年，“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)——有人發(fā)明了木制手搖洗衣機。發(fā)明者是美國人比爾·布萊克斯。布萊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)了蒸汽洗衣機，蒸汽動力開始取代人力。 之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。到1911年，美國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。 電動洗衣機幾經完善，在1922年迎來一種嶄新的洗衣方式“攪拌式”。攪拌式洗衣機由美國瑪依塔格公司研制成功。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。不過10年之后，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、脫水在同一個滾筒內完成。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！直至今日，滾筒式洗衣機在歐美國家仍得到廣泛應用。 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生的強烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內不斷翻滾，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領域三分天下的局面初步形成。 20世紀60年代以后，洗衣機在一些發(fā)達國家的消費市場開始形成系列，家庭普及率迅速上升。此間洗衣機在日本的發(fā)展備受矚目。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，生產出波輪式套桶全自動洗衣機。70年代后期，微電腦控制的全自動洗衣機橫空出世，讓人耳目一新。到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……進入90年代，由于電機調速技術的提高，洗衣機實現(xiàn)了寬范圍的轉速變換與調節(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。 1.3 自動控制的應用領域 現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品，為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程控制器簡稱PLC（Programmable Logic Controller）正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。 PLC的應用面廣、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已經廣泛地應用在各種機械設備和生產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。 在發(fā)達的工業(yè)國家，PLC已經廣泛的應用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍不斷擴大，在我國有越來越多的行業(yè)領域開始應用到PLC。PLC的應用領域主要有數(shù)字量邏輯控制、運動控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網等幾個方面。 1.4 本次畢設主要研究的內容 本次畢業(yè)設計是利用西門子S7-200PLC對洗衣機進行全自動控制，掌握STEP7-Micro/KINGVIEW組態(tài)王的組態(tài)理論和組態(tài)方法，制作整個洗衣過程監(jiān)控界面，對電動機及其他設備進行實時監(jiān)控。在實現(xiàn)以上全部功能的前提下，再對監(jiān)控界面的控制功能作進一步研究，監(jiān)控界面的控制功能就是不在現(xiàn)場的情況下，對現(xiàn)場的設備進行控制。 2 系統(tǒng)的總體設計 本段落將介紹所設計的全自動洗衣機整體結構，給出控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構的框圖，并附文字說。介紹流程、工作方式及工作特點。 2.1 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濟效益來彌補。 可編程序控制器是一種能夠適應多種工業(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已經廣泛地應用在各種機械設備和生產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。 2.2 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。 控制電路的組成主要包括：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換其中的任意兩相。這就是繼電器組的主要功能。 3 硬件的理論與設計 本章將給出本次設計的洗衣機電路原理圖和各個主要器件的具體介紹和說明。原理圖中包括了供電回路圖和控制回路圖。元器件除PLC以外還包括了繼電器組和變頻器等。 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”、“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 可編程序控制器 3.2.1 可編程控制器的基本概念與基本結構 隨著微處理器、計算機和數(shù)字通訊技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經擴展到了幾乎所有的工業(yè)領域。 ⑴ 可編程控制器的基本概念 國際電工委員會對PLC作了如下定義：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)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(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)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按以于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 ⑵ 可編程控制器的基本結構 CPU 模塊 輸入模塊 輸出模塊 輸出 電源 電源 開關 可編程控制器 PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成，如圖1-1所示。PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。 圖3.2可編程控制器的基本結構圖 ⑴ CPU模塊 CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。 ⑵ I/O模塊 輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱I/O模塊它們是聯(lián)系系統(tǒng)外部設備和CPU模塊的橋梁。 ⑶ 編程器 編程器用來生成用戶程序，并用它進行編輯、檢查、修改和監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序。一般用于小型機或用于現(xiàn)場調試和維護。 使用編程軟件可以在計算機上直接生成梯形圖或指令表程序，并且可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉換。程序被編譯后通過PC/PPI電纜可以下載到PLC中去，也可以將PLC當中的程序上傳到計算機當中來。 ⑷ 電源 PLC一般使用AC 220V電源或DC 24V電源。內部的開關電源為各種模塊提供不同電壓等級的直流電源。 3.2.2 可編程控制器的基本特點 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。 3.2.3 S7-200系列PLC 西門子公司的SIMATIC S7-200系列屬于小型PLC，可以用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它有極強的通信功能，在大型網絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。 S7-200的可靠性非常高，可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程。它的指令豐富，簡單易學，內置有高速計數(shù)器、告訴脈沖輸出和PID控制器等特殊功能，最大可以擴展到248點數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 S7-200提供了近10種通訊方式以滿足不同的應用需求，從RS-485通信/編程接口通訊到自由口模式通訊，從PPI協(xié)議通訊到MPI協(xié)議通訊，從簡單的S7-200之間的通訊到S7-200通過Profibus-DP網絡通訊，甚至到S7-200通過以太網通訊。在網絡需求已日益成為必要的今天，強大的通訊無疑會使S7-200為更多用戶服務。 3.2.4 PLC接線圖 圖3.2 3.2.5 開關量I/O模塊的選擇 ⑴ 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內部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)PLC內、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。 ⑵ 開關量輸出模塊的選擇 開關量輸出模塊是將PLC內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220V／2A的８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(8×2A)，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％。 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。 3.2.6 可編程序控制器I/O分配表 表3.1I/O分配表 符號 地址 注釋 1 啟動信號 I0.0 SD IN 2 停止信號 I0.1 ST IN 3 排水信號 I0.2 SP IN 4 水位上限位信號 I0.3 SL1 IN 5 水位下限位信號 I0.4 SL2 IN 6 進水閥輸出 Q0.0 YV1 OUT 7 排水閥輸出 Q0.1 YV2 OUT 8 正轉輸出 Q0.2 MZ OUT 9 反轉輸出 Q0.3 MF OUT 10 脫水輸出 Q0.4 TS OUT 11 報警輸出 Q0.5 BJ OUT 12 顯示編碼A輸出 Q0.6 A OUT 13 顯示編碼B輸出 Q0.7 B OUT 14 顯示編碼C輸出 Q1.0 C OUT 15 顯示編碼D輸出 Q1.1 D OUT 16 M啟動 M1.0 SD 17 M停止 M1.1 ST 18 M排水 M1.2 SP 19 M水位上限位 M1.3 SL1 20 M水位下限位 M1.4 SL2 21 M進水 M2.0 YV1 22 M排水 M2.1 YV2 23 M正轉 M2.2 MZ 24 M反轉 M2.3 MF 25 M脫水 M2.4 TS 26 M報警 M3.0 BJ 27 洗滌標志位 M4.0 28 漂洗標志位 M4.1 29 脫水標志位 M4.2 30 報警標志位 M4.3 31 洗滌完成標志位 M4.4 32 漂洗完成標志位 M4.5 33 電機正轉定時器 T137 34 電機反轉定時器 T138 35 電機脫水定時器 T139 36 報警定時器 T140 37 洗滌計數(shù)器 C0 38 漂洗計數(shù)器1 C1 39 漂洗計數(shù)器2 C2 3.3 繼電器 3.3.1 繼電器簡介 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 3.3.2 繼電器組的應用及實現(xiàn)的功能 在本次設計中，對繼電器的使用較為突出，原理是利用可編程序控制器的24V直流信號來控制繼電器線圈，實現(xiàn)由可控制的按預定程序導通/關斷的380V三相電源給電動機供電。 本次使用的繼電器模塊由三組三聯(lián)裝共九個繼電器組成，每組繼電器完成一個功能?？煞譃椋赫D控制組，反轉控制組及脫水控制組?？刂凭€圈與PLC的輸出口相連，電動機高壓電源通過變頻器以后與繼電器“常開引腳”相連，公共端接地。它們的開合直接由可編程序控制器輸出的離散信號控制。即當洗衣機處在洗滌過程要求正轉時，正轉控制組閉和，反轉及脫水控制組斷開，三相電源按照原始順序接入，電源由變頻器控制頻率后給電動機供電，此時電動機正轉且速度為預定數(shù)值；當洗衣機處在洗滌過程要求反轉時，反轉控制組閉和，正轉及脫水控制組斷開，此時，三相電源中的兩相已被繼電器互換相接，由于三相異步電動機改變任意兩相電磁力矩相反，電源再由變頻器控制頻率后給電動機供電，此時電動機反轉且速度為預定數(shù)值；當洗衣機處在脫水過程要求高速正轉時，脫水控制組閉和，正轉及反轉控制組斷開，此時，三相電源按預定順序接入，電源直接接入電動機，電動機按額定轉速正轉。 3.4 變頻器的使用及參數(shù)設定 在本次設計中遇到需改變電機轉速及正向反向交替旋轉的問題，并且需要實現(xiàn)在洗衣機全自動的過程中洗滌和脫水的轉速變化，這樣就必須運用一定的措施來控制電源的出入從而使其顯現(xiàn)出明顯不同的觀察效果。 由于在整個過程中，變頻器的作用僅為控制電機的轉速，正反向旋轉及高速脫水均由繼電器實現(xiàn)，使得變頻器的參數(shù)設定不必過于復雜，運用變頻器出廠設置稍作調整，即可實現(xiàn)對外部端子的點動控制。 表3.2 變頻器參數(shù)設定 序號 變頻器參數(shù) 出廠值 設定值 功能說明 1 P0304 230 380 電動機的額定電壓( 380V ) 2 P0305 3.25 0.35 電動機的額定電流( 0.35A ) 3 P0307 0.75 0.06 電動機的額定功率( 60W ) 4 P0310 50.00 50.00 電動機的額定頻率( 50Hz ) 5 P0311 0 1430 電動機的額定轉速( 1430 r/min ) 6 P1000 2 1 用操作面板（BOP）控制頻率的升降 7 P1080 0 0 電動機的最小頻率( 0Hz ) 8 P1082 50 50.00 電動機的最大頻率( 50Hz ) 9 P1120 10 10 斜坡上升時間( 10S ) 10 P1121 10 10 斜坡下降時間( 10S ) 11 P0700 2 2 選擇命令源（ 由端子排輸入 ） 12 P0701 1 10 正向點動 13 P0702 12 11 反向點動 14 P1058 5.00 20 正向點動頻率（30Hz） 15 P1059 5.00 20 反向點動頻率（20Hz） 16 P1060 10.00 5 點動斜坡上升時間（10S） 17 P1061 10.00 5 點動斜坡下降時間（5S） 4 軟件介紹 4.1 STEP7編程軟件安裝 STEP7是一種比較特殊的專業(yè)軟件，對安裝有相當高的要求，因此對STEP7的安裝作以介紹。 4.1.1 安裝條件 任何能夠運行Windows 95、98、NT、Me、2000或XP操作系統(tǒng)的PC，應有100M以上的硬盤空間，推薦使用最小分辨率為1024×768，小子體。 4.1.2 安裝步驟 第一步：關閉所有應用程序，將光盤插入光驅，運行光盤上的“Setup.exe”文件； 第二步：選擇安裝程序界面的語言，默認使用英語，也可以選用德語、法語、意大利語等其他語種，如圖4.1所示； 圖4.1 語言的選擇 第三步：輸入用戶信息； 第四步：選擇安裝目的文件夾，它的默認路徑為系統(tǒng)盤：\ProgramFiles\Siemens\STEP7-WIN32，也可選擇其他路徑，但對于西門子的這些專用軟件最好選擇默認的安裝路徑，因為默認安裝路徑的指向更方便使用者日后查找先前儲存的文件，或利用WINDOWS系統(tǒng)自帶的公文包管理及存儲更新文檔，如圖1-3所示； 圖4.2 選擇安裝目的文件夾 第五步：選擇所需語言，在需要的語言的前面劃“∨”，可以根據(jù)需要選擇一種或多種語言，此選項與前面不同，所指的是安裝完畢后本軟件在何種語言環(huán)境下為使用者服務。默認語言一般為英語。如果在安裝時沒有注意到，使用者也可在安裝完畢后在程序的設置中尋找語言種類選項，如圖4.3所示； 圖4.3選擇所需語言 第六步：安裝過程中，會出現(xiàn)“Set PG/PC Interface”窗口，單擊“OK”，完成安裝，如圖1-5所示； 圖4.4 Set PG/PC Interface窗口 4.2 組態(tài)軟件簡介 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結構。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 “組態(tài)王”軟件存于一張光盤上。光盤上的安裝程序Install.exe程序會自動運行，啟動組態(tài)王安裝過程向導。 “組態(tài)王”的安裝步驟如下：在光盤驅動器中插入“組態(tài)王”軟件的安裝盤，系統(tǒng)自動啟動Install.exe安裝程序，如圖3.5所示。(用戶也可通過光盤中的Install.exe啟動安裝程序)? 圖4.5自動運行安裝程序 點擊“安裝組態(tài)王程序”按鈕，將自動安裝“組態(tài)王”軟件到用戶的硬盤目錄，并建立應用程序組。首先彈出對話框： 圖4.6開始安裝 點擊下一步進入安裝過程 圖4.7目錄選擇 選擇安裝文件夾，要安裝到其他文件夾則單擊瀏覽，然后選取所要安裝的地址。 圖4.8驅動程序選擇 選擇一系列驅動程序，在方框中打“V”則系統(tǒng)會安裝驅動。 5 程序設計 5.1 T型圖程序設計 5.1.1 程序流程圖 圖5.1 5.1.2 梯形圖重點程序段落分析 圖5.2 圖5.3 如圖5.2及5.3所示程序段落，vw416和vw412是從組態(tài)軟件中定義的兩個具有選擇作用的寄存器，當其中任意一個為“1”時，就將預設的參數(shù)“5”“25”或“10”“50”寫入洗滌計數(shù)器和電機正反轉計時器中。通過這種選擇就實現(xiàn)了在不重新下載程序的情況下一鍵式選擇強洗弱洗功能。 圖5.4 圖5.5 以上圖5.4和5.5為正轉計時器和洗滌計數(shù)器，將由寄存器寫入?yún)?shù)。 圖5.6 圖5.7 在洗滌過程中，由T37和T38計算正反轉時間，既當這兩個計時器其中一個達到預定參數(shù)時，T37或T38啟動，接通另一個旋轉方向。也就是說另一方向輸出置位，本旋轉方向復位。當達到預定洗滌次數(shù)時，洗滌計數(shù)器導通，這樣，洗滌完成標志位置位，排水閥置位，正轉、放轉及洗滌標志位復位。 圖5.8 圖5.8所示為洗滌完成時，排水閥及進水閥的設置情況。當洗滌完成時，既正反轉計數(shù)器達到設定值，洗滌完成標志位啟動，只要是水位達到下限，M排水閥馬上復位停止排水。又當判斷水位沒有達到上限時，M進水閥置位，開始進水。 5.2 組態(tài)監(jiān)控設計 運用組態(tài)軟件建立洗衣機監(jiān)控系統(tǒng)亦為任務要求。采取上位機觀察能更直觀的顯示出整個模擬自動控制過程，豐富了畢業(yè)設計內容，更會體現(xiàn)出對學生考核的全面性及綜合性。 5.2.1 變量的定義 圖5.9變量的定義過程 在利用組態(tài)軟件的編輯過程中，首先應定義所要用到的變量，包括變量的描述，變量的類型，定義變量地址，選擇連接的設備，寄存器。也有些是原系統(tǒng)內部已經定義好的變量，如時間和日期等等，可以直接放入界面使用，并且會訪問到操作系統(tǒng)的時鐘。在定義變量的過程中，應將從PLC中直接input\output的信號變量定義為離散型信號，如啟動，正反轉等。而在自動控制過程中調用從預先寫入寄存器內的參數(shù)時，應將此類信號變量設置為整型變量，如強洗，弱洗，洗滌次數(shù)等等。 5.2.2 界面的設計 圖5.10界面的設計 本次設計的界面比較簡陋，沒有模仿洗衣機的造型或者有旋轉效果，只是顯示出水位的高低變化，和流水的動畫。圖中正/反轉實為文本，會在監(jiān)控自動控制過程中隨PLC正/反轉信號閃爍，平時定義為隱含。 另外，圖中按鈕多數(shù)不能操控PLC，只是在點擊之后閃爍，表明系統(tǒng)所處的工作狀態(tài)。但是，其中強洗/弱洗確為真實選擇按鈕，在洗衣過程之前選擇，會改變洗滌強度，實現(xiàn)多段選擇。具體實現(xiàn)方法會在下節(jié)說明。 5.2.3 重點的幾個參數(shù)設定 定義參數(shù)： 圖5.11洗衣機的水位參數(shù) 選擇變量參數(shù)： 圖5.12反應器參數(shù) 10格每秒，共100格，底色為黃色，藍色代表水。 圖5.13多邊線（水管）的參數(shù)設置 管道水流動畫設置為流動效果，由PLC離散信號控制，或給水或供排水。 圖5.14排水管的變量參數(shù) 以排水管為例，設置管道變量參數(shù)。 圖5.15模擬演示 上圖并為與PLC相連，設置給水管道為離散變量，單獨與水罐相連，進入演示畫面，測試結果如圖3.12所示，動畫連接成功。 5.2.4 組態(tài)界面對可編程序邏輯控制器的寫入 在本次設計任務中，在不對PLC重新下載程序的情況下完成對強/弱洗的自由切換。即需要在運行洗滌過程時完成強/弱洗的區(qū)分?？梢詮奶菪螆D中的幾個V寄存器中選擇性提取已經設置好的兩個不同周期不同次數(shù)的洗滌過程參數(shù)。 從另一個角度來說，這個組態(tài)界面不僅僅是監(jiān)控全自動洗衣過程的上位機，而且是能夠通過V寄存器寫入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與PLC相互通訊的目的，從而完成了任務目標。 圖5.16寄存器 圖3.13所示，VW412和VW416即為選擇強/弱洗得兩個按鈕，由它們控制的是寄存器VW432和VW436，通過儲存不同的設定值用于后期的調用，來處理強弱洗選擇問題。 致 謝 隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經過幾周的奮戰(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張軍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] 廖常初. 可編程序控制器應用技術（第四版）. 重慶大學出版社, 2002 [2] 蔣金周. 全自動洗衣機的PC智能控制. 機電一體化 [3] 吳存宏. 淺談PLC在全自動洗衣機中運用. 家用電器科技，2000 [4] 謝克明、夏路易. 可編程控制器原理與程序設計. 電子工業(yè)出版社 [5] 自動化網論壇. 全自動洗衣機PLC控制 附錄Ⅰ 參數(shù)表 附錄Ⅱ 程序清單 49