基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计和实现 电气自动化专业.docx

基于PLC的全自动洗衣机控制系统 摘要：本文首先介绍了可编程控制器（PLC）的结构和功能，以及全自动工业洗衣机的结构，然后分析和研究了全自动洗衣机控制系统的工作原理。在此基础上，结合工作需要，提出了以 PLC 为控制核心部件进行全自动洗衣机控制系统的设计。然后，从全自动洗衣机六个工作过程出发，对系统控制方案进行了可行性分析和论证，包括PLC以及外围设备选型、编程方式选择、各种抗干扰措施等。最后设计了以西门子 S7-200 系列 PLC 为控制核心的全自动工业洗衣机控制系统，包括了控制系统的I/O端口分配、PLC 接线图及PLC程序设计，并详细分析了程序的控制过程，实现了洗衣机洗衣过程的自动化，具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。 关键字：工业洗衣机 PLC控制系统 设计 Automatic washing Machine Control system based on PLC Abstract:This paper first introduces the structure and function of programmable logic controller (PLC) and the structure of automatic industrial washing machine, and then analyzes and studies the working principle of the automatic washing machine control system. On the basis of this, the design of automatic washing machine control system based on PLC is put forward. Then, starting from the six working processes of the automatic washing machine, the feasibility of the system control scheme is analyzed and demonstrated, including the selection of PLC and peripheral equipment, the selection of programming mode, and various anti-interference measures, etc. Finally, a fully automatic industrial washing machine control system based on Siemens S7 / 200 series PLC is designed, which includes the I / O port assignment, PLC wiring diagram and PLC program design of the control system, and the control process of the program is analyzed in detail. The automation of washing machine is realized. It has the characteristics of high intelligence, safe and reliable, convenient, flexible and so on. Keyword:Design of PLC Control system for Industrial Washing Machine 目录 第一章 绪论 4 1.1 研究背景 4 1.2PLC 控制全自动洗衣机的研究现状 5 1.3 研究意义 7 1.4 设计目标 7 1.5 研究内容 8 第二章 工业洗衣机控制系统 9 2.1工业洗衣机工作原理 9 第三章 系统硬件设计 14 3.1 控制器方案选择 14 3.2 系统硬件电路设计 17 3.3 PLC 控制电路设计 18 3.4电动机选型 25 3.5 光电耦合器选型 26 3.6 水位检测电路设计 27 3.7 键盘和显示电路设计 28 3.8 继电器选型 30 第四章 系统软件设计 31 4.1 组态软件 31 4.2 自动控制程序设计 32 4.3 功能程序设计 32 4.4组态监控设计 35 第六章 结论 40 参考文献 41 第一章 绪论 1.1 研究背景 随着经济社会的快速发展，洗衣机已经进入了千家万户，成为人们日常生活所必需的家用电器。在工业生产中，洗衣机的应用也十分广泛，工业洗衣机主要用于洗涤棉、毛、化纤、丝绸等衣物织品，所以工业洗衣机大量用于宾馆、饭店、医院、学校、工厂等领域，满足大容量的洗衣要求。但是传统的基于继电器的控制已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求。并且，洗衣机也已经从半自动洗衣机发展到全自动洗衣机，也就是只需要将衣服放进洗衣机，然后启动洗衣机程序，洗衣机就能根据衣物重量自动注入适量的水，并且添加洗涤剂。然后根据用户需要设置洗涤时间和洗涤力度。最后，在洗涤完成后，进行自动脱水，脱 水时间可自行设定。自动洗衣机的产生，为人们节省了大量的时间和精力，给人们的生活带来了很多便利。目前，随着单片机的快速发展和大力推广，单片机价格也逐年下降，所以， 全自动洗衣机控制系统主要是以单片机控制为主。但是，人们生活质量日益提高，除了对全自动洗衣机的功能提出了更高要求以外，还需要同时满足节能和人性化设计等方面的要求。比如衣服种类繁多，包括毛衣、外套、T 恤等，材料也有棉、丝绸等区分。不同衣物、不同材料都需要不同的洗涤方式。传统的全自动洗衣机由于单片机控制和驱动能力有限，不能满足现有人们对生活品质的追求。而 PLC作为工业三大控制支柱之一，由于其控制方式多样，控制功能强大，已经用于众多工业领域。近年来，PLC价格也有所下降，也开始用于全自动洗衣机控制系统，并且在工业洗衣机领域已经取得了较好的使用效果，同时，也有部分厂家在家用洗衣机领域使用PLC作为控制器，将全自动洗衣机向智能化洗衣机方向发展，提高市场竞争力。以51单片机系列为核心控制器。其优点是：价格较低；指令集丰富；有Flash 存储器和RAM,有一定的 I/O 接线口和中断源；应用比较成熟；基本能满足一般需要。缺点是：自身的指令系统相对复杂；编程语言不易掌握；设计人员在编写洗涤、脱水等功能程序也较复杂；单片机驱动能力较弱，需要在硬件上加驱动电路，造成系统电路较复杂。其他有凌阳、ARM等系列单片机。其优点是：核心为32位处理器，运算速度更快；兼容主流的嵌入式操作系统；系统可靠性、稳定性较好。缺点是：硬件电路也较复杂，成本较高；嵌入式系统对一般的程序设计员较难，需要学习。 1.2PLC 控制全自动洗衣机的研究现状 1969 年美国数字设备公司研制出世界第一台 PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了，在许多领域都有广泛的应用。PLC 具有以下优点：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[14]。PLC 生产厂家和型号种类多，在选型过程中要根据设计需求选择合适的 PLC 型号。 我国 PLC 是 20 世纪 70 年代从国外引进并开始发展起来的，其技术特点主要与西门子和三菱 PLC 相兼容。目前，国产 PLC 主要是小型机。生产厂家也逐年增加，数量已经超过几十家，生产时间比较长的有台达、永宏、丰炜、和利时、信捷、易达、科威、德维森、 KDN 等厂家但是仍未掌握其核心技术。目前市场上，台达PLC 占国产市场第一。 德国西门子公司生产的 S7-200 系列 CPU226 型 PLC，将微处理器、集成电源和多个 I/O 接口集成在PLC内部，结构较为紧凑。同时，还可以在PLC外部增加扩展模块，比如温度测量扩展模块、通信模块等，使其控制功能更加完善，使用更加方便。用户还可以通过厂家提供的STEP7-Micro/WIN32软件编程，并可在线创建、测试、仿真和修改，然后再通过专用电缆下载到 PLC芯片，实现具体的各种控制功能。PLC 编程语言简单，容易学习。同时，PLC 可以反复使用，降低了测试费用。PLC 也设置有串口，可以方便的与计算机连接，给系统的维护和使用带来了方便[15-16]。 2002年有人提出采用三菱 F1-20MR型PLC 设计洗衣机控制系统，也能满足基 本 需 要 。 软件设计程序采用梯形图形式。2004年则提出采用三菱FX1S-30MRPLC 设计洗衣机控制系统，改变了以往机械式洗衣机在进水、清洗、放水、甩干等环节转换时继电器触点动作声音过大，使用寿命短等缺点，PLC 无触点连接，几乎听不到继电器动作声音，延长了零部件的寿命。20 世纪末期，工业发展迅猛，对自动控制的要求也越来越高，传统的微处理 器也不能满足工业要求，而可编程控制器也不断发展，出现了大型机和超小型机，能够满足各种工业领域的控制要求，功能也更加丰富，增加了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在各个工业领域都得到了广泛应用。1996 年德国西门子公司将 LOGO！投入市场，填补了继电器与 PLC 之间的技术空间。LOGO！本身集成了编程能力，用户只需使用LOGO！面板上的键盘与屏幕，就可轻松编写控制程序并可随时修改程序以及调整参数设置。继电器输出的LOGO!的承载电流高达10A，无须中间继电器与接触器，可直接接入负载。提供了 12V、24V 和 115～240V 三种工作电压等级，可适用于各种不同的应用场合。也开始把 LOGO!运用到洗衣机控制系统中，对自动洗衣机控制系统进行了创造性的设计，为以后的发展做了一个很好的尝试。国外一些研究者后来逐渐把把PLC运用到洗衣机控制系统中。主要使用的也是西门子S7-200型和三菱FX2N系列PLC作为控制核心。 1.3 研究意义 中国洗衣机行业经过 20 多年的高速发展，目前年产量已经超过1200 万台，跃居世界第一位。在中国洗衣机的发展过程中，我们可以看出：中国家电业从完全挪用国外的技术和设计，转变到开始重视利用本土化的资源，进行本土化设计。不仅改变了初期国外品牌一统市场的局面，同时产品销售到国外市场，并且以过硬的质量，优秀的设计和多样化的功能，赢得良好的口碑。目前，在一些工业环境下，洗衣机的工作强度要比家用洗衣机大得多。就需要洗衣机在相对恶劣的条件下长时间连续工作，控制系统也要更加稳定耐用，从而达到更好的经济收益。但是，对于控制系统来说，能达到如此的地步，就需要相当的技术标准。作为工业用途的洗衣机，其相对较高的成本可以凭借其出色的性能所带来的经济效益来弥补。社会的快速发展和人们生活节奏的加快使全自动洗衣机得到很快发展，PLC的出现为全自动洗衣机的自动控制提供了新的平台。PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术发展起来的一种新型控制装置，能够满足全自动洗衣机对控制系统的要求，赢得了很多企业的青睐，所以，有必要通过先进的技术和较低的成本开发和改善现有洗衣机，使其拥有更广阔的市场竞争力。而随着 PLC 的价格逐渐下降，我们可以应用 PLC 实现对洗衣机的开发，更好地为消费者服务。技术的进步要求设计人员能够不断的提出新的建议和课题，满足人们生活的需要，并设计出更加节能、功能更完善、更人性化的产品。因此，本文以 PLC 作为控制器设计全自动洗