全自动洗衣机的PLC控制

......__课程设计题目全自动洗衣机的PLC控制学院自动化学院专业自动化卓越工程师班级自动化zy1202班组长乔丙辰组员李南伯屈志平周泽叶清泉指导教师周新民老师2015年5月28日..目录TOC\o"1-3"\h\u引言21控制要求及说明31.1控制要求31.2附加功能说明32方案设计42.1控制对象42.2控制要求分析42.3I/O表42.4PLC选型53系统设计53.1系统硬件设计53.2系统控制软件设计73.2.1启动初始化模块83.2.2手动操作模块83.2.3水位选择模块93.2.4洗衣机正反转循环模块93.2.5洗涤和清洗循环次数设置模块103.3ScreenEditor人机交互界面的设计114系统调试134.1调试步骤134.2调试中遇到的问题13结束语15引言随着科技的发展和人民生活水平的提高,全自动洗衣机已进入到千家万户。当我们忙碌一天回到家洗完澡后可以直接把衣物放入洗衣机,进行相关设置后即可自动开始清洗,给我们的生活带来了极大的便利。全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断,从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用；当电磁线圈断电时,移动铁芯在重力和弹簧力的作用下,紧紧顶在橡胶膜片上,并将膜片的中心小孔堵塞,这样阀门关闭,水流不通；当电磁线圈通电后,移动铁芯在磁力作用下上移,离开膜片,并使膜片的中心小孔打开,于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力,膜片上方压强迅速减小,膜片将在压力差的作用下上移,闭门开启,水流导通。基于PLC控制的全自动洗衣机设计不仅具有自动洗涤衣物的功能,还可以根据我们的需求设置洗涤循环次数以及清洗循环次数,同时也可以采用手动模式进行排水和脱水等操作；另外,该设计还设置有水位设置按钮,如高水位、中水位、低水位,我们可以根据衣物的多少选择合适的水位设置,以节约用水,设计更加合理化和人性化,也能达到节能减排的目的。1控制要求及说明1.1控制要求洗衣机采用一台三相电机作为运转动力。当接通电源时,电源指示灯亮。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和出水电磁阀控制。洗涤和脱水由统一电机拖动,通过电磁离合器控制,将动力传到洗涤波轮或甩干桶。电磁离合器失电,电动机带动洗涤波轮实现正反转；电磁离合器得电,电动机带动内桶单向旋转,进行甩干。水位高低分别由高低水位开关检测。设置启动按钮和停止按钮分别用来启动和停止洗衣机的工作。基本要求：全自动洗衣的基本过程如下：水位选择后,按下启动按扭开始进水直到高或中或低水位,关水；两秒后开始洗涤；洗涤时,正转30秒,停2秒,然后反转30秒,停2秒；循环10次后开始排水。排空后脱水30秒。<1>-<3>循环3次；开始清洗,进水到水位,关水；两秒后开始清洗；清洗时,正转20秒,停1秒,然后反转20秒,停1秒；如此反复10次正反转后,排空水,再脱水30秒；重复<5>-<8>清洗一次;清洗完成,自动停机并报警3秒。运行过程中,可暂停。若按下停车按扭,将终止原运行过程。1.2附加功能说明该设计可自动排水〔不脱水和手动脱水〔不计数；能够通过键盘设置全自动洗衣的洗涤循环和清洗循环次数；2方案设计2.1控制对象全自动洗衣机的PLC控制设计的控制对象主要是洗衣机的三相电动机,即控制电机的正转和反转；另外,也需要控制洗衣机操作面板的操作按钮及相关信号显示,例如启动按钮、停止按钮、暂停按钮、模式选择按钮、手动排水按钮、手动脱水按钮、工作信号指示灯、模式指示灯等；2.2控制要求分析全自动洗衣机的PLC控制设计程序主要有包含系统启动、暂停、停止的初始化模块、包含手动排水和手动脱水的手动操作模块、自动洗涤模块、洗衣机正反转洗涤和清洗模块、循环次数控制模块等内容,实现全自动洗衣机的基本功能；同时,设计触摸屏操作界面模拟全自动洗衣机的操作面板和显示面板,并添加设置洗涤循环次数和清洗循环次数的输入和显示模块,以实现在全自动洗衣机的PLC程序运行时能够根据设置的循环次数完成衣物的清洗工作。本设计采用先模块后整体的设计思路,以实现全自动洗衣机的基本功能为初级目标,根据调试现象进行程序改进；进而逐步加入手动操作模块和洗衣机洗涤和清洗循环次数控制模块,使系统设计更加的合理化和人性化。2.3I/O表确定程序设计的输入输出端口,既方便触摸屏控制界面的设计,有为系统的运行和调试带来极大的便利。系统设计的I/O表如下表所示：输入端口端口批注说明输出端口端口批注说明X0启动按钮保持性Y0启动指示X2停止按钮保持性Y1注水指示X1暂停按钮交替性Y21自动模式X3自动模式按钮保持性Y2洗衣机正转X4手动排水按钮保持性Y3洗衣机反转X5手动脱水按钮交替性Y4排水指示X11高水位设置交替性Y5脱水指示X12中水位设置交替性Y10洗后报警X13低水位设置交替性X21高水位行程开关交替性X22中水位行程开关交替性X23低水位行程开关交替性X24排空水行程开关交替性说明：由于本设计使用触摸屏来模拟来模式全自动洗衣机的面板操作和显示模块,因此在触摸屏界面设计时应采用M来代替X,例如触摸屏中的停止按钮写入寄存器地址因为M2而不是X2。2.4PLC选型在PLC系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型,其中工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的、按照易于与工业控制系统行程一个整体,易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统,PLC的系统硬件、软件配置及功能应与设备规模和控制要求相适应。在全自动洗衣机PLC控制系统的设计中,根据控制要求、输入输出点数、所需的寄存器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等指标,且根据现有实验条件,我们选用台达系列的DVPSX2型号的PLC。另外,由于实验室的PLC暂时没有扩展输入输出端口的数量,目前只有8个输入端口和8个输出端口,因此我们选择使用HMI触摸屏来实现信号的输入和输出。3系统设计3.1系统硬件设计全自动洗衣机的PLC控制系统硬件设计部分,我们采用CAD软件绘制系统的主电路图〔含主电路、控制线路供电、PLC配置图、PLC的I/O接线原理图.其中,全自动洗衣机PLC控制原理图如下图所示：在全自动洗衣机PLC控制原理图中,KM1、KM2控制电机的正反转,当按下启动按钮后,电机延时得电正转,一段时间后,正转停止,电机延时得电反转。当清洗完成或者人为手动都可以停止洗衣机的运行。虽然实验程序用内部继电器M代替了实体按钮X,但是在PLC的I/O接线图里仍然使用X进行说明,在输入端0.0到0.7接口分别控制了启动、停止、高水位设置、中水位设置、低水位设置、手动排水、手动脱水、自动模式开关；1.0到1.4接口则分别代表了高水位行程开关、中水位行程开关、低水位行程开关、水排空检测开关和暂停开关；在输出端1.0到1.5分别代表了注水阀开关Y1、排水阀开关Y4、控制电机正转的正转KM1线圈、控制点击反转的KM2线圈、脱水开关Y5。PLC配置图也分为输入部分也输出部分,输入部分由13个开关组成,分别是启动按钮、停止按钮、暂停按钮、自动模式按钮、手动排水按钮、手动脱水按钮、高水位设置、中水位设置、低水位设置、高水位行程开关、中水位行程开关、低水位行程开关、排空水行程开关；输出由9部分组成,分别是电源指示灯、电机正反转线圈、洗衣机排水开关、脱水开关、注水开关、报警指示灯。3.2系统控制软件设计由控制要求可知,全自动洗衣机的工作流程如下：首先接通电源,用户根据衣物的多少及大小进行水位的选择；再按下启动按钮,开始注水准备洗涤衣物。使用PLC控制时,输入设备主要有启动按钮、停止按钮、暂停按钮、水位选择按钮〔高水位选择按钮、中水位选择按钮、低水位选择按钮、水位检测开关〔高水位检测、中水位检测、低水位检测、排空水检测及脱水按钮等；输出设备主要有进水电磁阀,洗涤电动机正转接触器,洗涤电动机反转接触器,排水电磁阀,脱水离合器及报警指示等设备。3.2.1启动初始化模块首先,洗衣机开机后要进行初始化。初始化包括洗衣机的启动、暂停和停止。启动按钮为点动按钮,形成自锁电路,指示灯用来表明系统的正常运行,暂停按钮可以终止洗衣机当前的动作,停止按钮可以关闭洗衣机,以防突发事故。其程序设计梯形图如下所示：3.2.2手动操作模块根据设计要求,将洗衣机的程序分为自动操作模块和手动操作模块。其中自动关洗涤模块操作的初始化设计梯形图如下图所示：利用自动模式按钮M3启动时产生的正脉冲脉冲触发,清S0~S127寄存器并置位S0。自动模式按钮按下后,自动模式的指示灯打开,当洗衣机按下停止按钮或者清洗后停机时,自动模式的指示灯才会熄灭,指示洗衣机停止工作。包含手动排水和手动脱水的手动操作模块初设计的梯形图如下图所示：在手动操作模式下,当HMI触摸屏上的手动排水按钮和手动脱水按钮按下时,即可分别写入M4和M5寄存器,进而执行手动排水和手动脱水的相关操作；其中,控制手动排水的M4寄存器为点动按钮,因此加入自锁开关；其中Y4和Y5分别为洗衣机内部控制排水阀和脱水离合器的启动开关,在此设计中我们选择采用手动模拟控制。3.2.3水位选择模块在该设计中洗衣机的水位分为高中低三个档位,可以通过手动开关来选择,其中M21、M22、M23为三个寄存器,控制水位检测装置,用来监测水位是否达到指定水位,三个水位档为并列式条件控制方式,只要接通一个,就将转入下一程序块。其中,水位选择模块的梯形图如下图所示：3.2.4洗衣机正反转循环模块其中,洗衣机正反转循环模块的梯形图如下图所示：洗衣机正反转循环模块采取了步进顺序指令来实现洗衣机的执行过程,暂停按钮用来随时终止电机的正反转。程序中用到了四个计数器,T0为注水后暂停2s计时器,T1为洗衣机正转30s计时器,T2为洗衣机正转30后暂停2s计时器,T3为洗衣机反转30s计时器。另外,程序中也用到了一个计数器,用来控制循环次数。由于洗涤与清洗的正反转都是10次,所以就只用了一个C0来记录正反转循环次数。由于洗衣机的洗涤和清洗过程相似,只需将控制循环次数和计数器控制时间做相应改变即可。3.2.5洗涤和清洗循环次数设置模块洗衣机洗涤循环次数和清洗循环次数主要是通过利用HMI触摸屏操作界面中设置D0和D1寄存器的值来实现的,在此即可通过HMI触摸屏来实现对洗衣机洗涤循环次数和清洗循环次数的设定。3.3ScreenEditor人机交互界面的设计在功能设计之后,我们还为全自动洗衣机设计触摸屏人机界面以方便我们对其进行调试,于是我们为之设计了如图所示人机界面：在上图所示为人机系统的主界面,用于进行洗衣机运行模式的选择,即"手动模式"与"自动模式"。而在主界面下是如下面所示两个分别与之前的两个模式相对应的并列界面,即手动模式界面与自动模式界面。如上图所示,手动模式下界面菜单与指示灯全部为面向用户的设计,因此我们相信该界面在一定程度上仿真了洗衣机手动模式下的用户界面。相对于手动模式下的界面,自动模式下的界面则加入了一些调试时需要的元件,因为缺少智能选择水位设置的装置以及检测液位的传感装置信号,因此我们目前只能用调试界面中的这些手动按键以及设值器来手动模拟传感检测装置的触发信号。因此,我们目前对Fig.3这个界面的定位只停留在调试界面。当然,在条件允许后,我们也希望能够进一步将洗衣机工作在"自动模式"下的界面简化为一个只有启动、停止、暂停三个键的用户界面,并且在界面美化上做得更好。4系统调试4.1调试步骤系统启动按钮按下后,启动指示灯亮,此时具有两种工作模式供用户选择,分别是手动模式和自动模式。在手动模式下,<1>按下手动排水按键即开始排水,未排完时按下暂停,排水即停止；再一次按下暂停按钮时,暂停按钮释放,洗衣机继续排水。<2>按下手动脱水按钮时即开始脱水,暂停按键功能正常,即按下后,暂停脱水,松开后脱水继续。<3>脱水进行时,如果按下手动排水按键,脱水即停止,松开后脱水又继续进行；洗衣机排水时,如果按下手动脱水按键即可跳转进入脱水状态；即排水状态可跳转到脱水状态,反之则不可行。在自动模式下,在进入自动模式前,用户需根据衣物量手动设置水位档位和洗涤循环次数及清洗循环次数。按下自动模式按钮,自动模式指示灯打开,洗衣机进入自动模式开始注水。当水位达到设定高度时,洗衣机开始洗涤。当洗衣机洗涤次数达到后,即开始清洗。清洗完成后,洗衣机自动报警后停机。4.2调试中遇到的问题三个水位设