基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計

基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計,基于,plc,工業(yè)洗衣機,控制系統(tǒng),設計 XX學院畢業(yè)設計（論文） 基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計 畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計題目： 基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導老師： 起訖日期 年 月 日～ 年 月 日 15 XX學院畢業(yè)設計（論文） 基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計 摘 要 本文簡要介紹了工業(yè)洗衣機的控制方式，步進順控圖，變頻器參數(shù)設置，洗衣機的結構及功能，并闡述了機電一體化技術的特點以及其在國內外發(fā)展的特點和PLC控制。 本文采用PLC控制系統(tǒng)設計工業(yè)洗衣機的控制系統(tǒng)，因為采用PLC控制系統(tǒng)對工業(yè)洗衣機的操控很簡單，抗干擾能力強，輸入和輸出接口，運行速度快，穩(wěn)定可靠，維護和維修方便，從而使洗衣機的經濟發(fā)展的需要和社會發(fā)展。此外，該洗衣機具有高可靠性，低功耗，長壽命，良好的環(huán)境適應性，適用于工業(yè)洗衣機的開發(fā)，以及工業(yè)洗衣機利潤也很高，從而使PLC的機可以得到更好的發(fā)展，因此，本次的基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計在某種程度上面來說具有重大的經濟和社會意義。 關鍵詞：步進順控圖 特點 低功耗 經濟 Abstract At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler. dary information of the development briefly . What’s more, the paper accounts for the background and the primary mission of the topic.The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator , tells out the free-degree and the form of coordinate . At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator,The paper designs the structure of the hand and the equipment of the drive of the manipulator .This paper designs the structure of the wrist , computes the needed moment of the drive when the wrist wheels and the moment of the drive of the pump.The paper designs the structure of the PLC controller. The paper designs the PLC system of air pressure drive and draws the work principle chart , the manipulator uses PLC to control . The paper institutes two control schemes of PLC according to the work flow of the manipulator . The paper draws out the work time sequence chart and the trapezia chart . What’s more , the paper workout the control program of the PLC . Keywords：sewingmachine, assembly,part modeling,PLC 目 錄 摘 要 I 目 錄 II 1 緒 論 1 1.1 本課題研究的目的、意義 1 1.2 工業(yè)洗衣機的發(fā)展現(xiàn)狀及應用 2 1.3 應用PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點 3 2 工業(yè)洗衣機的結構及工作原理 6 2.1 工業(yè)洗衣機的洗滌原理 7 2.2 工業(yè)洗衣機的組成結構 8 3 PLC控制系統(tǒng)簡介 10 3.1 PLC的控制過程 11 3.2 變頻器的控制方式及分類 11 3.3 變頻器的選型 11 4 基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)硬件的設計 11 4.1 器件的選型 12 4.1.1 PLC的選型 12 4.1.2 電動機的選型 12 4.1.3 其他元器件的選型 13 4.2 主電路及控制電路設計 14 4.2.1 主電路的設計 14 4.2.2 控制電路的設計 15 4.2.3 I/O分配表的設計 15 5 基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)軟件的設計 16 5.1 梯形圖的設計 16 5.2 系統(tǒng)工作流程圖的設計 17 結 論 18 致 謝 19 參考文獻 20 1 緒 論 1.1 本課題研究的目的、意義 窗體頂端 早在上世紀，人類已經發(fā)明了各種各樣的洗衣機，可以說，該洗衣機的發(fā)明是產業(yè)發(fā)展的結晶，給人們在生活起居帶來了很大的便利，服務于人類的生活。在很早之前，傳統(tǒng)的洗衣機只有一個水桶，在應用程序只能執(zhí)行簡單的操作，無法實現(xiàn)更多的功能。隨著社會的進步和科學技術的發(fā)展，在21世紀，洗衣機已經完全改變，全自動洗衣機早已在現(xiàn)實生活中被使用。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，我們利用現(xiàn)有的技術發(fā)展與商業(yè)用途的新型多功能工業(yè)洗衣機，實現(xiàn)了大批量的洗衣機。工業(yè)洗衣機被廣泛使用，主要用于賓館，酒店，學校宿舍，有的需要洗衣服，洗頻繁名額。這要求該洗衣機運行平穩(wěn)，洗滌效果好，容量大，故障低，可靠性高，噪音低，壽命長等優(yōu)點，從而使社會的需求經濟發(fā)展。 1.2 工業(yè)洗衣機的發(fā)展現(xiàn)狀及應用 工業(yè)洗衣機行業(yè)在中國的建立的時間比較短，在很多中小型企業(yè)，市場的洗禮和考驗的程度不夠，工業(yè)洗衣機企業(yè)管理水平與國際標準還有一定的差距，在客觀認識國內工業(yè)洗衣機市場的需求空間和諸多問題的發(fā)展現(xiàn)狀，與國際接軌和發(fā)展就顯得尤為重要。在過去的幾年中，中國的工業(yè)洗衣機行業(yè)已經進入了一個快速發(fā)展的時期。在國內外兩大市場具有良好的發(fā)展勢頭。相關負責人表示，隨著近幾年的價格調整，原材料價格上漲，運輸和人力成本不斷上升，使中國的工業(yè)洗衣機的發(fā)展是一個新的功能，如下所示： 一，生產和銷售規(guī)模日益擴大，信息技術 為了提高品牌知名度，工業(yè)洗衣機企業(yè)都采用了大量的營銷策略。例如，工業(yè)洗衣機店鋪裝修文化，導購，市場營銷活動，信息技術，服務意識。運用現(xiàn)代技術和手段，以高要求，高消費客戶群提供個性化服務。工業(yè)洗衣機企業(yè)也不斷從國外著名品牌營銷戰(zhàn)略，服務技能的學習，努力提高自己的營銷服務水平。大型，大規(guī)模工業(yè)化生產的機械化，信息化管理的現(xiàn)代化，是工業(yè)洗衣機企業(yè)做大做強的必然選擇。 二，發(fā)展環(huán)境趨好 近年來，國家先后出臺了一系列政策，以確保增長，擴大國內需求，調整的總體要求，結構，保持經濟平穩(wěn)較快發(fā)展的政策，這對于工業(yè)洗衣機行業(yè)的發(fā)展顯著。此外，洗衣機下鄉(xiāng)的實施和全國各地的建設，為低碳，環(huán)保的工業(yè)洗衣機行業(yè)必將得到大力推廣和重視。 三，出口穩(wěn)步增長 雖然工業(yè)洗衣機的出口還處于起步階段，具有廣闊的發(fā)展空間。中國的工業(yè)洗衣機企業(yè)的高度重視，以提高產品質量，不斷追求生產高檔次，高品質的產品。有些產品在質量和風格可與國際品牌的臥室的門完全可以媲美。一些發(fā)達國家采購勢頭越來越強，這是擴大工業(yè)洗衣機出口非常有利。 四，人才儲備的重視 工業(yè)洗衣機行業(yè)起步比較低，行業(yè)整體素質不高，粗放型經濟增長方式，抄襲的產品，常見的現(xiàn)象，同質化。近年來，隨著企業(yè)的防范意識的提高，加強對高級專業(yè)人才的儲備，近年來，文化產業(yè)活動，產品設計和高級專業(yè)人才的儲備有所改善，采用先進的技術和優(yōu)秀的人才管理的經驗，盡可能的設計和生產個性化產品，避免同質化。切實提高產品質量，樹立品牌形象。因此，許多新的功能可以從上面可以看出，中國的工業(yè)洗衣機市場依舊非常看好，注重產品質量和售后服務，提高行業(yè)的整體素質等方面，可以加快我國工業(yè)洗衣機機械工業(yè)水平和國際鐵路速度快，國際化也是我們的一個挑戰(zhàn)，要充分利用國際和特點，加強和交流的機會，努力提高國際化視野和國際化發(fā)展布局。 1.3 應用PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點 與傳統(tǒng)洗衣機相比，PLC工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的優(yōu)點突出體現(xiàn)在有以下幾個方面： （1） 可靠性高，抗干擾能力強 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。 （2） 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。 (3) 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。下圖即為工業(yè)洗衣機的圖片： 2 工業(yè)洗衣機的結構及工作原理 2.1 工業(yè)洗衣機的洗滌原理 本次設計的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)是通過PLC控制系統(tǒng)控制的，在PLC控制系統(tǒng)中，PLC處于中心位置，洗衣機，洗滌，排水，脫水是通過水位開關，作為PLC的輸入信號控制開關，PLC輸出信號確定電磁閥和電磁閥的工作狀態(tài)，從而達到自動控制。水位開關是用來控制在洗衣機高中的高水位時，電磁水閥起著供水的作用。當水輸入閥打開時，水被注入水，排水閥打開時，水會被排出。其洗滌原理如下圖所示: 2.2 工業(yè)洗衣機的組成結構 在此模型中，要想設計出多功能性工業(yè)洗衣機，必須考慮到許多問題，如洗衣機中的可靠性，安全性，發(fā)展的實際問題和促進諸如的值。以下基本原則應該遵循的PLC控制系統(tǒng)的設計： （1）設計PLC控制系統(tǒng)中最重要的原理是，以滿足控制PLC的最大的要求，以及滿足控制的要求。要求設計人員在設計之前要到現(xiàn)場進行調查，收集信息。同時，項目管理人員，工程技術人員，現(xiàn)場操作人員的共同計劃密切合作，解決的關鍵問題和問題的設計。 （2）以確保PLC控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，確保PLC控制系統(tǒng)的長期安全性，可靠性和穩(wěn)定性是設計和控制系統(tǒng)的一個重要原則。 （3）力求做到簡單，經濟，使用和維護，以滿足要求的前提下，一方面，我們要注意的項目的效益的不斷擴大，在另一方面，我們也必須付出關注項目的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單，經濟，而且也使用途管制制度和維護方便，成本低，不盲目追求自動化和高指標。 （4）需要適應技術的不斷發(fā)展而發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求將不斷提高，設計時，應適當考慮在未來控制系統(tǒng)的發(fā)展和完善的需要。在工業(yè)洗衣機中的設計，由于洗衣機洗速率高，時間短，操作相對便利的優(yōu)點更適合于大量的洗衣應用。所以，我選擇用洗衣機在大型場合。在控制技術中，PLC被選作控制器，其主要目的是實現(xiàn)對產品的功能，外圍電路簡單，易于維護，易于繼續(xù)寫編程語言來實現(xiàn)該更新等。為了滿足被控對象的控制要求，以保證PLC控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，滿足企業(yè)發(fā)展的需求，為客戶提供洗滌的繁重的工作帶來極大的方便。 3 PLC控制系統(tǒng)簡介 3.1 PLC的控制過程 可編程控制器執(zhí)行程序的過程有三個階段。 (1) 輸入采樣階段 PLC通過掃描把輸入端口的輸入狀態(tài)按順序保存在輸入映像寄存器中，然后控制器對采集的信息進行處理，因為輸入信號存在輸入映像寄存器中，即使程序在執(zhí)行過程中輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，對程序的執(zhí)行和處理也無任何影響。當一次掃描結束，映像寄存器被刷新，輸入端信號才再次被采集進入輸入映像寄存器中，進行程序執(zhí)行。再次掃面刷新，再次執(zhí)行處理。 (2) 程序執(zhí)行階段 PLC梯形圖程序掃描遵循從左到右，從上到下的步驟順序執(zhí)行。所謂用戶程序的執(zhí)行，并非是系統(tǒng)將CPU的工作交由用戶程序管理，CPU仍執(zhí)行系統(tǒng)程序中的指令。輸入端每次采集數(shù)據(jù)都會寄存在輸入端映像數(shù)據(jù)存儲區(qū)內，CPU執(zhí)行時將存儲區(qū)內的信號數(shù)據(jù)進行處理。當用戶程序管理程序后，程序執(zhí)行一次掃描周期后進行刷新，所有的輸出映像都被依次刷新，系統(tǒng)進入下一輸出刷新階段。 (3) 輸出刷新階段 當所有的指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段存到輸出鎖存器中，通過輸出端子和外部電源，驅動外部設備。其中輸出鎖存器一直將狀態(tài)保持到下一個循環(huán)掃描周期的開始，所以輸出映像寄存器的狀態(tài)在程序執(zhí)行階段是動態(tài)的。 3.2 變頻器的控制方式及分類 如何實現(xiàn)變壓變頻，輸出平滑規(guī)則的正弦波形，實現(xiàn)良好的驅動性能，是變頻器的根本任務，變頻器控制中出現(xiàn)了多種控制方式，現(xiàn)在此做一簡單介紹： （1）UCf 控制 即電壓與頻率成比例變化控制。其特點是控制電路結構 簡單，成本較低、機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求。 （2）轉差頻率控制 從電動機轉速角度看，這是一種以電動機的實際運行速度加上該速度下電動機的轉差率確定變頻器輸出頻率的控制方式。 （3）矢量控制（VC） 矢量控制將交流電動機的定子電流采用矢量分解的方法，計算出定子電流的磁場分量及轉矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對電動機轉速及力矩控制的精度及性能。 （4）直接轉矩控制（DTC） 轉矩控制把轉矩作為直接被控量，而不是通過控制電流及磁鏈間接控制轉矩。 3.3 變頻器的選擇 因為該洗衣機具有大量的水，在洗衣機中，電動機在低速，高輸出扭矩。對于這點可以與西門子PLC匹配變頻器MM440使用，它是一種矢量型通用變頻器，具有良好的低速高轉矩輸出和良好的動態(tài)性能。 MM440變頻器的輸出頻率的控制有以下四種方式： （1）操作的基本操作面板（BOP）模式，該模式是通過操作板鍵手動調整操作模式的輸出頻率，以這種方式不適合自動調整。 （2）的頻率選擇操作模式變頻器的外部輸入端子的數(shù)量通常配備有多個固定頻率選擇性操作功能。固定頻率值由功能碼設定，且頻率范圍內選擇由外部終端。由于這種方法可實現(xiàn)的頻率的數(shù)目有限，所以不使用這種方式。 （3）作為外部輸入端子的模擬頻率選擇性操作模式MM440設置有模擬輸入端子，并且當該終端的電流或電壓在一定范圍內改變時，反相器的輸出頻率在一定范圍內，通常改變。這種方式可以由PLC可以擴展到一個模擬輸出模塊，模擬轉換器，以控制逆變器的輸出，這種方法是擴大一個模塊的缺點，從而增加成本。 為了便于與網(wǎng)絡的接口，該頻率轉換器具有一個網(wǎng)絡接口，其可以通過通信模式接收的頻率控制命令。西門子公司設計的通信協(xié)議，該協(xié)議是通用串行端口協(xié)議（USS），這是基于對串行總線的原理。總線可連接到一主站和最多31個從屬站。所述主站選擇的從屬站根據(jù)通信消息中的地址的字符傳輸數(shù)據(jù)。當主并不需要它來進行溝通，從本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)的站，各個之間的信息來自臺的發(fā)射不能直接。這種方法可以設置由指令所需的頻率輸出，并且只需要一個通信線路到PLC連接到轉換器。因此與四種方式相比，通信的選擇，操作的最佳方式。 4 基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)硬件的設計 4.1 器件的選型 4.1.1 PLC的選型 本設計所用PLC采用日本三菱公司生產的FX2N系列機型中的FX2N-32MR型，此PLC有16個輸入接口和16個輸出接口，輸出接口為繼電器型。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充了通信功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，擁有強大的靈活性和控制能力。 4.1.2 電動機的選型 本洗衣機的電動機選用了家用電器常用的單相電容運轉式異步電動機。洗衣機設計容量為3.6公斤，故電機額定功率選為180W；洗衣轉速175r/min，脫水轉速1200r/min。綜上，選擇YY104-180型單相電容運轉式異步電動機，額定功率180W，額定電壓220V，額定轉速1350r/min，額定電流1.7A。 4.1.3 其他元器件的選型 其他元器件參數(shù)見下表： 4.2 主電路及控制電路設計 4.2.1 主電路的設計 圖中FU為熔斷器，用于主電路的短路保護，F(xiàn)R為熱繼電器，用于電動機的過載保護。通過FM3和FM4的開閉使電位器串聯(lián)到電動機繞組上，從而得到兩種轉速。當FM1和FM3閉合時，電機低速正轉洗衣，當FM2和FM3閉合時，電機低速反轉洗衣，當FM1和FM4閉合時，電機高速正轉脫水。 4.2.2 控制電路的設計 PLC控制電路如下圖所示： 4.2.3 I/O分配表的設計 PLC輸入輸出接口的分配使用情況如下表： 5 基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)軟件的設計 5.1 梯形圖的設計 5.2 系統(tǒng)工作流程圖的設計 本全自動洗衣機要求能實現(xiàn)“自動運行”和“手動運行”兩種控制方式。 1.自動運行 具體控制要求如下： （1） 按下“開始洗滌”按扭，開始進水，達到洗滌水位后，停止進水； （2）進水停止2s后開始洗衣； （3）洗衣時，正轉5s，停2s，然后反轉5s，停2s，依此循環(huán)； （4）洗衣15min后開始排水，水排空后脫水5min； （5）然后再進水，重復（1）~（4）步，循環(huán)2次； （6）洗衣完成后蜂鳴器報警10s并自動停機。 （1）當進水或洗衣時按下“手動停止”按扭，洗衣過程中止，即電機停轉，進水電磁閥和排水電磁閥全部閉合； 此時若按下“開始洗滌”按鈕，將繼續(xù)洗衣；若按下“手動脫水”按鈕，則進水電磁閥閉合，排水電磁閥打開，開始進行排水、脫水，最后停機。 （2）當脫水時按下“手動停止”按扭，脫水過程中止，即電機停轉； 此時若按下“開始洗滌”按鈕，將重新洗衣；若按下“手動脫水”按鈕，則進水電磁閥閉合，排水電磁閥打開，開始進行排水、脫水，最后停機。 （3）當脫水時，若安全蓋打開，則洗衣機暫停脫水，直到安全蓋閉合再繼續(xù)脫水，或者按“手動停止”按鈕，使之停機。 結 論 本次畢業(yè)設計的題目是多功能切菜機的設計，直到今天，畢業(yè)設計總算接近尾聲了，通過這次對于基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計，使我們充分把握的設計方法和步驟，不僅復習所學的知識，而且還獲得新的經驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學生都能給予及時的指導，確保設計進度，本文所設計的是基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計，通過初期的方案的制定，查資料和開始正式做畢設，讓我系統(tǒng)地了解到了所學知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設計完成了老師和同學的幫助下，在大學研究的最感謝幫助過我的老師和同學，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 在此論文完成之際，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學術上對我精心指導，在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè)，也學到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，創(chuàng)新的學術風格，認真負責，無私奉獻，寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。通過近半年的設計計算，查找各類基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的相關資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。 參考文獻 [1]?徐灝等.PLC控制原理[M](第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，2003?? [2]?程悅蓀.工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計[M].北京：中國農業(yè)出版社，1981?? [3]?周紀良.工業(yè)洗衣機PLC控制系統(tǒng)的設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991?? [4]?吉林工業(yè)大學教研室編.工業(yè)洗衣機的構造[M].北京：中國農業(yè)出版社，1982?? {5}?成大先主編.機械設計手冊——減（變）速器·電機與電器[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999? [6]?朱冬梅.畫法幾何及機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2000? [7]?陳立德.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社，2002? [8]?陳立德.機械設計基礎課程設計指導書[M].北京：高等教育出版社，2002? [9]?劉勁.機械制圖國家標準[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000? [10]?陳立周.機械優(yōu)化設計方法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1985?? [11]?《拖拉機》編輯部主編.工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計和計算[M].上海：上?？茖W技術出版社，1980 [12]?周紀良.工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)結構型式和結構圖譜[J].農業(yè)機械學報，1979(2)：47-63? [13]?周紀良，孔維恭，于瑞璽.工業(yè)洗衣機承載能力計算方法的研究[J].農業(yè) 機械學報，1988（2）：32-39? [14]?高象平，李齊隆等.工業(yè)洗衣機優(yōu)化設計[M].廣州：廣東科技出版社，1987?? [15]?周紀良，孔維恭.基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)的設計和研究[J].拖拉機，1983（3）：12-21? [16] Charles W. Beardsly, Mechanical Engineering, ASME, Regents Publishing Company,Inc,1998.