全自動洗衣機的PLC控制

......__課程設(shè)計題目全自動洗衣機的PLC控制學(xué)院自動化學(xué)院專業(yè)自動化卓越工程師班級自動化zy1202班組長喬丙辰組員李南伯屈志平周澤葉清泉指導(dǎo)教師周新民老師2015年5月28日..目錄TOC\o"1-3"\h\u引言21控制要求及說明31.1控制要求31.2附加功能說明32方案設(shè)計42.1控制對象42.2控制要求分析42.3I/O表42.4PLC選型53系統(tǒng)設(shè)計53.1系統(tǒng)硬件設(shè)計53.2系統(tǒng)控制軟件設(shè)計73.2.1啟動初始化模塊83.2.2手動操作模塊83.2.3水位選擇模塊93.2.4洗衣機正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊93.2.5洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)設(shè)置模塊103.3ScreenEditor人機交互界面的設(shè)計114系統(tǒng)調(diào)試134.1調(diào)試步驟134.2調(diào)試中遇到的問題13結(jié)束語15引言隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高,全自動洗衣機已進入到千家萬戶。當(dāng)我們忙碌一天回到家洗完澡后可以直接把衣物放入洗衣機,進行相關(guān)設(shè)置后即可自動開始清洗,給我們的生活帶來了極大的便利。全自動洗衣機是通過水位開關(guān)與電磁進水閥配合來控制進水、排水以及電機的通斷,從而實現(xiàn)自動控制的。電磁進水閥起著通、斷水源的作用；當(dāng)電磁線圈斷電時,移動鐵芯在重力和彈簧力的作用下,緊緊頂在橡膠膜片上,并將膜片的中心小孔堵塞,這樣閥門關(guān)閉,水流不通；當(dāng)電磁線圈通電后,移動鐵芯在磁力作用下上移,離開膜片,并使膜片的中心小孔打開,于是膜片上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內(nèi)。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側(cè)小孔的流通能力,膜片上方壓強迅速減小,膜片將在壓力差的作用下上移,閉門開啟,水流導(dǎo)通。基于PLC控制的全自動洗衣機設(shè)計不僅具有自動洗滌衣物的功能,還可以根據(jù)我們的需求設(shè)置洗滌循環(huán)次數(shù)以及清洗循環(huán)次數(shù),同時也可以采用手動模式進行排水和脫水等操作；另外,該設(shè)計還設(shè)置有水位設(shè)置按鈕,如高水位、中水位、低水位,我們可以根據(jù)衣物的多少選擇合適的水位設(shè)置,以節(jié)約用水,設(shè)計更加合理化和人性化,也能達到節(jié)能減排的目的。1控制要求及說明1.1控制要求洗衣機采用一臺三相電機作為運轉(zhuǎn)動力。當(dāng)接通電源時,電源指示燈亮。洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和出水電磁閥控制。洗滌和脫水由統(tǒng)一電機拖動,通過電磁離合器控制,將動力傳到洗滌波輪或甩干桶。電磁離合器失電,電動機帶動洗滌波輪實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；電磁離合器得電,電動機帶動內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn),進行甩干。水位高低分別由高低水位開關(guān)檢測。設(shè)置啟動按鈕和停止按鈕分別用來啟動和停止洗衣機的工作?；疽螅喝詣酉匆碌幕具^程如下：水位選擇后,按下啟動按扭開始進水直到高或中或低水位,關(guān)水；兩秒后開始洗滌；洗滌時,正轉(zhuǎn)30秒,停2秒,然后反轉(zhuǎn)30秒,停2秒；循環(huán)10次后開始排水。排空后脫水30秒。<1>-<3>循環(huán)3次；開始清洗,進水到水位,關(guān)水；兩秒后開始清洗；清洗時,正轉(zhuǎn)20秒,停1秒,然后反轉(zhuǎn)20秒,停1秒；如此反復(fù)10次正反轉(zhuǎn)后,排空水,再脫水30秒；重復(fù)<5>-<8>清洗一次;清洗完成,自動停機并報警3秒。運行過程中,可暫停。若按下停車按扭,將終止原運行過程。1.2附加功能說明該設(shè)計可自動排水〔不脫水和手動脫水〔不計數(shù)；能夠通過鍵盤設(shè)置全自動洗衣的洗滌循環(huán)和清洗循環(huán)次數(shù)；2方案設(shè)計2.1控制對象全自動洗衣機的PLC控制設(shè)計的控制對象主要是洗衣機的三相電動機,即控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；另外,也需要控制洗衣機操作面板的操作按鈕及相關(guān)信號顯示,例如啟動按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、模式選擇按鈕、手動排水按鈕、手動脫水按鈕、工作信號指示燈、模式指示燈等；2.2控制要求分析全自動洗衣機的PLC控制設(shè)計程序主要有包含系統(tǒng)啟動、暫停、停止的初始化模塊、包含手動排水和手動脫水的手動操作模塊、自動洗滌模塊、洗衣機正反轉(zhuǎn)洗滌和清洗模塊、循環(huán)次數(shù)控制模塊等內(nèi)容,實現(xiàn)全自動洗衣機的基本功能；同時,設(shè)計觸摸屏操作界面模擬全自動洗衣機的操作面板和顯示面板,并添加設(shè)置洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)的輸入和顯示模塊,以實現(xiàn)在全自動洗衣機的PLC程序運行時能夠根據(jù)設(shè)置的循環(huán)次數(shù)完成衣物的清洗工作。本設(shè)計采用先模塊后整體的設(shè)計思路,以實現(xiàn)全自動洗衣機的基本功能為初級目標,根據(jù)調(diào)試現(xiàn)象進行程序改進；進而逐步加入手動操作模塊和洗衣機洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)控制模塊,使系統(tǒng)設(shè)計更加的合理化和人性化。2.3I/O表確定程序設(shè)計的輸入輸出端口,既方便觸摸屏控制界面的設(shè)計,有為系統(tǒng)的運行和調(diào)試帶來極大的便利。系統(tǒng)設(shè)計的I/O表如下表所示：輸入端口端口批注說明輸出端口端口批注說明X0啟動按鈕保持性Y0啟動指示X2停止按鈕保持性Y1注水指示X1暫停按鈕交替性Y21自動模式X3自動模式按鈕保持性Y2洗衣機正轉(zhuǎn)X4手動排水按鈕保持性Y3洗衣機反轉(zhuǎn)X5手動脫水按鈕交替性Y4排水指示X11高水位設(shè)置交替性Y5脫水指示X12中水位設(shè)置交替性Y10洗后報警X13低水位設(shè)置交替性X21高水位行程開關(guān)交替性X22中水位行程開關(guān)交替性X23低水位行程開關(guān)交替性X24排空水行程開關(guān)交替性說明：由于本設(shè)計使用觸摸屏來模擬來模式全自動洗衣機的面板操作和顯示模塊,因此在觸摸屏界面設(shè)計時應(yīng)采用M來代替X,例如觸摸屏中的停止按鈕寫入寄存器地址因為M2而不是X2。2.4PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時,首先應(yīng)確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型,其中工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的、按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)行程一個整體,易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng),PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與設(shè)備規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。在全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中,根據(jù)控制要求、輸入輸出點數(shù)、所需的寄存器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等指標,且根據(jù)現(xiàn)有實驗條件,我們選用臺達系列的DVPSX2型號的PLC。另外,由于實驗室的PLC暫時沒有擴展輸入輸出端口的數(shù)量,目前只有8個輸入端口和8個輸出端口,因此我們選擇使用HMI觸摸屏來實現(xiàn)信號的輸入和輸出。3系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計全自動洗衣機的PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計部分,我們采用CAD軟件繪制系統(tǒng)的主電路圖〔含主電路、控制線路供電、PLC配置圖、PLC的I/O接線原理圖.其中,全自動洗衣機PLC控制原理圖如下圖所示：在全自動洗衣機PLC控制原理圖中,KM1、KM2控制電機的正反轉(zhuǎn),當(dāng)按下啟動按鈕后,電機延時得電正轉(zhuǎn),一段時間后,正轉(zhuǎn)停止,電機延時得電反轉(zhuǎn)。當(dāng)清洗完成或者人為手動都可以停止洗衣機的運行。雖然實驗程序用內(nèi)部繼電器M代替了實體按鈕X,但是在PLC的I/O接線圖里仍然使用X進行說明,在輸入端0.0到0.7接口分別控制了啟動、停止、高水位設(shè)置、中水位設(shè)置、低水位設(shè)置、手動排水、手動脫水、自動模式開關(guān)；1.0到1.4接口則分別代表了高水位行程開關(guān)、中水位行程開關(guān)、低水位行程開關(guān)、水排空檢測開關(guān)和暫停開關(guān)；在輸出端1.0到1.5分別代表了注水閥開關(guān)Y1、排水閥開關(guān)Y4、控制電機正轉(zhuǎn)的正轉(zhuǎn)KM1線圈、控制點擊反轉(zhuǎn)的KM2線圈、脫水開關(guān)Y5。PLC配置圖也分為輸入部分也輸出部分,輸入部分由13個開關(guān)組成,分別是啟動按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、自動模式按鈕、手動排水按鈕、手動脫水按鈕、高水位設(shè)置、中水位設(shè)置、低水位設(shè)置、高水位行程開關(guān)、中水位行程開關(guān)、低水位行程開關(guān)、排空水行程開關(guān)；輸出由9部分組成,分別是電源指示燈、電機正反轉(zhuǎn)線圈、洗衣機排水開關(guān)、脫水開關(guān)、注水開關(guān)、報警指示燈。3.2系統(tǒng)控制軟件設(shè)計由控制要求可知,全自動洗衣機的工作流程如下：首先接通電源,用戶根據(jù)衣物的多少及大小進行水位的選擇；再按下啟動按鈕,開始注水準備洗滌衣物。使用PLC控制時,輸入設(shè)備主要有啟動按鈕、停止按鈕、暫停按鈕、水位選擇按鈕〔高水位選擇按鈕、中水位選擇按鈕、低水位選擇按鈕、水位檢測開關(guān)〔高水位檢測、中水位檢測、低水位檢測、排空水檢測及脫水按鈕等；輸出設(shè)備主要有進水電磁閥,洗滌電動機正轉(zhuǎn)接觸器,洗滌電動機反轉(zhuǎn)接觸器,排水電磁閥,脫水離合器及報警指示等設(shè)備。3.2.1啟動初始化模塊首先,洗衣機開機后要進行初始化。初始化包括洗衣機的啟動、暫停和停止。啟動按鈕為點動按鈕,形成自鎖電路,指示燈用來表明系統(tǒng)的正常運行,暫停按鈕可以終止洗衣機當(dāng)前的動作,停止按鈕可以關(guān)閉洗衣機,以防突發(fā)事故。其程序設(shè)計梯形圖如下所示：3.2.2手動操作模塊根據(jù)設(shè)計要求,將洗衣機的程序分為自動操作模塊和手動操作模塊。其中自動關(guān)洗滌模塊操作的初始化設(shè)計梯形圖如下圖所示：利用自動模式按鈕M3啟動時產(chǎn)生的正脈沖脈沖觸發(fā),清S0~S127寄存器并置位S0。自動模式按鈕按下后,自動模式的指示燈打開,當(dāng)洗衣機按下停止按鈕或者清洗后停機時,自動模式的指示燈才會熄滅,指示洗衣機停止工作。包含手動排水和手動脫水的手動操作模塊初設(shè)計的梯形圖如下圖所示：在手動操作模式下,當(dāng)HMI觸摸屏上的手動排水按鈕和手動脫水按鈕按下時,即可分別寫入M4和M5寄存器,進而執(zhí)行手動排水和手動脫水的相關(guān)操作；其中,控制手動排水的M4寄存器為點動按鈕,因此加入自鎖開關(guān)；其中Y4和Y5分別為洗衣機內(nèi)部控制排水閥和脫水離合器的啟動開關(guān),在此設(shè)計中我們選擇采用手動模擬控制。3.2.3水位選擇模塊在該設(shè)計中洗衣機的水位分為高中低三個檔位,可以通過手動開關(guān)來選擇,其中M21、M22、M23為三個寄存器,控制水位檢測裝置,用來監(jiān)測水位是否達到指定水位,三個水位檔為并列式條件控制方式,只要接通一個,就將轉(zhuǎn)入下一程序塊。其中,水位選擇模塊的梯形圖如下圖所示：3.2.4洗衣機正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊其中,洗衣機正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊的梯形圖如下圖所示：洗衣機正反轉(zhuǎn)循環(huán)模塊采取了步進順序指令來實現(xiàn)洗衣機的執(zhí)行過程,暫停按鈕用來隨時終止電機的正反轉(zhuǎn)。程序中用到了四個計數(shù)器,T0為注水后暫停2s計時器,T1為洗衣機正轉(zhuǎn)30s計時器,T2為洗衣機正轉(zhuǎn)30后暫停2s計時器,T3為洗衣機反轉(zhuǎn)30s計時器。另外,程序中也用到了一個計數(shù)器,用來控制循環(huán)次數(shù)。由于洗滌與清洗的正反轉(zhuǎn)都是10次,所以就只用了一個C0來記錄正反轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)。由于洗衣機的洗滌和清洗過程相似,只需將控制循環(huán)次數(shù)和計數(shù)器控制時間做相應(yīng)改變即可。3.2.5洗滌和清洗循環(huán)次數(shù)設(shè)置模塊洗衣機洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)主要是通過利用HMI觸摸屏操作界面中設(shè)置D0和D1寄存器的值來實現(xiàn)的,在此即可通過HMI觸摸屏來實現(xiàn)對洗衣機洗滌循環(huán)次數(shù)和清洗循環(huán)次數(shù)的設(shè)定。3.3ScreenEditor人機交互界面的設(shè)計在功能設(shè)計之后,我們還為全自動洗衣機設(shè)計觸摸屏人機界面以方便我們對其進行調(diào)試,于是我們?yōu)橹O(shè)計了如圖所示人機界面：在上圖所示為人機系統(tǒng)的主界面,用于進行洗衣機運行模式的選擇,即"手動模式"與"自動模式"。而在主界面下是如下面所示兩個分別與之前的兩個模式相對應(yīng)的并列界面,即手動模式界面與自動模式界面。如上圖所示,手動模式下界面菜單與指示燈全部為面向用戶的設(shè)計,因此我們相信該界面在一定程度上仿真了洗衣機手動模式下的用戶界面。相對于手動模式下的界面,自動模式下的界面則加入了一些調(diào)試時需要的元件,因為缺少智能選擇水位設(shè)置的裝置以及檢測液位的傳感裝置信號,因此我們目前只能用調(diào)試界面中的這些手動按鍵以及設(shè)值器來手動模擬傳感檢測裝置的觸發(fā)信號。因此,我們目前對Fig.3這個界面的定位只停留在調(diào)試界面。當(dāng)然,在條件允許后,我們也希望能夠進一步將洗衣機工作在"自動模式"下的界面簡化為一個只有啟動、停止、暫停三個鍵的用戶界面,并且在界面美化上做得更好。4系統(tǒng)調(diào)試4.1調(diào)試步驟系統(tǒng)啟動按鈕按下后,啟動指示燈亮,此時具有兩種工作模式供用戶選擇,分別是手動模式和自動模式。在手動模式下,<1>按下手動排水按鍵即開始排水,未排完時按下暫停,排水即停止；再一次按下暫停按鈕時,暫停按鈕釋放,洗衣機繼續(xù)排水。<2>按下手動脫水按鈕時即開始脫水,暫停按鍵功能正常,即按下后,暫停脫水,松開后脫水繼續(xù)。<3>脫水進行時,如果按下手動排水按鍵,脫水即停止,松開后脫水又繼續(xù)進行；洗衣機排水時,如果按下手動脫水按鍵即可跳轉(zhuǎn)進入脫水狀態(tài)；即排水狀態(tài)可跳轉(zhuǎn)到脫水狀態(tài),反之則不可行。在自動模式下,在進入自動模式前,用戶需根據(jù)衣物量手動設(shè)置水位檔位和洗滌循環(huán)次數(shù)及清洗循環(huán)次數(shù)。按下自動模式按鈕,自動模式指示燈打開,洗衣機進入自動模式開始注水。當(dāng)水位達到設(shè)定高度時,洗衣機開始洗滌。當(dāng)洗衣機洗滌次數(shù)達到后,即開始清洗。清洗完成后,洗衣機自動報警后停機。4.2調(diào)試中遇到的問題三個水位設(shè)