基于plc的自动洗碗机系统控制电气工程及其自动化

红河学院本科毕业论文(设计)基于PLC的自动洗碗机系统控制2008级电气工程及其自动化指导教师（教授） 2012年5月目录第一章绪论 11.PLC自动洗碗机设计的意义 12.课题主要设计的内容 1第二章可编程控制器概述 21.PLC的基本概念与结构 21.1概念 21.2结构 22.PLC的工作原理及基本特点 32.1工作原理 32.2基本特点 33.PLC的发展趋势与动向 4第三章自动洗碗机控制系统方案设计 51.自动洗碗机简介 52.基本结构及工作原理 52.1外部结构及内部结构 52.2工作原理 63.控制要求 74.PLC控制系统设计的基本原则 7第四章系统硬件设计 91.PLC的选择 92.传感器的选择 92.1液位传感器 92.2温度传感器 92.3TS浊度传感器 9第五章系统软件设计 111.I/O分配表 112.PLC接线图 123.系统流程图 124.步进状态图 135.梯形图 146.控制过程 15第六章课程设计总结 17参考文献 18第二章可编程控制器概述PAGE2PAGE1第一章绪论1.PLC自动洗碗机设计的意义目前自动洗碗机已经逐渐普及普通家庭，随着它的畅销出现了各种各样的全自动洗碗机，该设计实现了洗碗机由进水、洗涤、排水、烘干、报警到自动停机的循环过程。该设计采用PLC来实现，PLC能克服单片机的缺点，它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。该系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成，可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易PLC程序的执行及其它相关运行参数的传送。PLC与触摸屏通讯实现人机对话，完成相关参数设置、启停操作与状态显示。自动洗碗机利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤时间、可编程控制器通讯功能的应用、变频器简易PLC功能的应用进行有机的组合与设计。2.课题主要设计的内容 本课题主要设计的内容是自动洗碗机的洗碗工艺及自动洗碗机控制系统的组成和PLC控制系统设计,主要由以下内容组成：（1）介绍了PLC的基本结构（图2-1）和工作原理、特点、发展趋势；（2）介绍了关于自动洗碗机设计的基本内容，包括自动洗碗机的简介，自动洗碗机的基本结构图（图3-1），工作原理及设计的控制要求、功能；（3）分析设计自动洗碗机控制系统的硬件选择；（4）具体分析设计自动洗碗机控制的软件系统设计；（5）毕业设计总结、参考文献以及致谢。第二章可编程控制器概述1.PLC的基本概念与结构1.1概念PLC的中文名为可编程控制器，它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算操作指令，并通过数字式或模拟式的输入，输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电器接触控制技术相结合的产物。1.2结构第二章可编程控制器概述34图2-1PLC基本结构图（1）电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好、可靠地电源，系统是无法正常工作的。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC：如果加的为直流电压，则常用的为24V。（2）中央处理单元：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程式赋予的功能接收并存贮用户程式和资料，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或资料，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。（3）存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（4）I/O接口电路：输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道；输出接口电路由输出数据寄存器，选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。（5）功能模块、通信模块：计数、计时、定位等属于功能模块。以太网、Profibus-DP等属于通讯模块。2.PLC的工作原理及基本特点2.1工作原理PLC采用循环扫描的工作方式进行运行，扫描工作分为5个阶段，包括公共处理阶段、程序执行阶段、扫描周期计算阶段、I/O刷新阶段、外设端口处理阶段。PLC上电后，首先检查硬件是否正常，若正常，则进行下一步：若不正常，则报警并作处理。检查完毕后，按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行，在此期间，对输入的数据进行处理，将结果存入输出映象寄存器。然后进行计算扫描周期，再读出输入点的状态并写入输入映象寄存器，将输出映象寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点，供外设端口服务。2.2基本特点（1）抗干扰能力强，可靠性较高：由于PLC采用了大规模的集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，所以具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。（2）功能完善，适用性强：PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用：PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）维护方便，容易改造：PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。3.PLC的发展趋势与动向（1）从技术上看：PLC会向运算速度更快,存储容量更大，功能更广，性能更稳定，性价比更高的方向发展。（2）从规模上看：PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展。（3）从配套性上看：PLC产品会向品种更丰富，规格更齐备的方向发展。（4）从网络通信的角度看：PLC将向网络化和通信的简便化的方向发展。 第三章自动洗碗机控制系统方案设计56第三章自动洗碗机控制系统方案设计1.自动洗碗机简介洗碗机是用来自动清洗碗、筷、盘、碟、刀、叉等餐具的设备，按结构可分为箱式和传送式两大类。它为餐厅、宾馆、机关单位食堂的炊事人员减轻了劳动强度，提高了工作效率，并增进清洁卫生。现在，多种小型洗碗机已经上市，正逐渐进入普通家庭。洗碗机的洗涤方式洗碗机可分为叶轮式、喷射式、淋洗式和超声波式四种洗涤方式。目前较为常见的有叶轮式和喷射式，前者有类似洗衣机波轮的叶轮；后者靠边射水流边旋转的转臂进行洗涤而得名。这两种洗碗机具有结构简单、洗涤效果较好、售价较低和维修容易等特点，很适合一般家庭使用。这里所做的事喷射式的自动洗碗机，它是前开式洗碗机。这种开门方式就像拉开抽屉一样拉出每个搁架，取放餐具非常方便，而且其顶部还能给用户提供更多的使用空间。2.基本结构及工作原理2.1外部结构及内部结构图3-1洗碗机外部结构内部结构示意图2.2工作原理78系统上电后，通过运行可编程序控制器内部储存的程序，使程控器内部的开关触点按程序设定的要求依次闭合或断开，从而驱动PLC外部主电路的继电器、电磁阀线圈的得失电控制各部分工作。通过电机驱动清洗泵对水的加压，形成高达3m喷射压力的水流，同时由不锈钢环状电热管组成的加热管快速对水加热已获得一定的温度（温度的高低可根据使用者对餐具清洗的要求由程序控制器选定），再辅以洗涤消毒剂。由于喷淋器受到喷水的反作用力而不断地转动，使喷到洗碗机顶部的水柱仍有很大的反冲力，喷臂不断地将带有洗涤剂或漂洗剂的热水以一定的压力从三维方向均匀密集地喷射到餐具表面，使餐具的各个面都被反复冲洗，从而降低了油脂的粘度和吸附力。热水对食物残渣进行浸泡膨化；洗涤剂对油污与残渣进行乳化分解并杀菌消毒。这力、热、化学作用三管齐下的强劲威力，使餐具表面的油污、残渣迅速分解脱落；所以这将能使蒸鱼、蒸蛋、煮牛奶后附在餐具上的残汁清洗干净。再由清水强力漂洗；污物落到底部过滤器处，清洗后的污水经排水泵自动排出，然后利用余热将餐具烘干3.控制要求（1）洗碗机设有自动与手动开关。当洗碗机在自动状态下的时候，洗碗机进入正常工作状态。当洗碗机在手动状态下，洗碗机进入安装调试工作状态。自动状态完成：1.给自己注水2.把水加热到适当的温度3.在适当的时候自动打开洗涤剂添加装置4.通过喷头射出水来清洗碗碟5.排出污水6.往碗碟上喷洒更多的水进行冲刷7.再次排出污水8.如果选择了烘干功能，它会自动加热来烘干碗碟。（2）设有常温、55℃、65℃三档选择开关，常温档为简易洗法，水不加热，一般用于对少量较干净餐具的清洗：55℃档为标准洗法，将水加热至55℃，平时洗涤多用此档；65℃为强力洗法，将水加热至65℃，用于数量多且较脏污的餐具的清洗。（3）除此之外，控制机构里的小型可编程序控制器——PLC，可以控制每个运行过程的持续时间和方式，以此来实现预约定时洗等功能。内部设有一个传感器监测着水和空气的温度，以防洗碗机加热过度或损坏碗碟。另一个传感器监测水位，一旦发现水位过高，它会自动停止进水启动下一步程序来防止水从洗碗机里溢出。还有一个传感器来监测清洗碗碟之后水的肮脏程度，如果水足够干净，洗碗机就知道碗碟都洗干净了。4.PLC控制系统设计的基本原则（1）最大限度地满足控制要求：要求要充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计中最重要的一条原则。要求设计人员要深入现场进行调查研究，收集资料。同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合，共同解决重点问题和疑难问题。（2）保证系统的安全可靠：保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、全软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。（3）力求简单、经济、使用与维修方便：就是指在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的陈本。不宜盲目追求自动化和高指标。（4）适应发展的需要：由于技术的不断发展，控制系统的要求将会不断提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC，输入/输出模块,I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工业的改进。第四章系统硬件设计910第四章系统硬件设计1.PLC的选择根据自动洗碗机控制系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等方面来考虑，选择三菱FX2N系列PLC作为自动洗碗机系统的电气控制系统的控制主机。加上自动洗碗机控制系统对输入、输出端口数量的要求，可选择下种PLC。2.传感器的选择2.1液位传感器用于检测盛水桶内的水位，并对水位的高度进行控制。水位开关由橡胶膜、塑料顶杆盘、顶芯、压簧、弹簧和相应的簧片组成。当转动连接在凸轮上的旋钮时，就可改变杠杆的上下位移，这样就可调节压力弹簧的位置，从而决定所需的不同水位。2.2温度传感器适当的水温有利于增强洗涤剂的活性，可以提高洗涤效果。水温度传感器装在洗涤桶的下部，以热敏电阻为检测元件。2.3TS浊度传感器TS浊度传感器是一种专门用于家电产品的低成本传感器，主要用于洗衣机、洗碗机等产品的水污浊程度的测量。通过测量水的污浊程度来判断所洗物品洁净程度，从而确定最佳的冼涤时间。该传感器的工作原理是：当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度，水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小，透过的光多，电流大，反之透过的光少，电流小。通过测量接收端电流的大小，就可以计算出水的污浊程度。红河学院本科毕业论文(设计)1110第五章系统软件设计1.I/O分配表输入设备输入点输出设备输出点启动按钮X0安装调试指示灯Y0手动按钮X1进水电磁阀Y1自动按钮X2电热管Y2高水位按钮X3电机Y3中水位按钮X4添加洗涤剂Y4低水位按钮X5排水电磁阀Y5到所选水位/未到所选水位按钮X6常温按钮X755度按钮X1065度按钮X11到所选温度/未到所选温度按钮X12清洗干净/未清洗干净按钮X13定时器说明：器件号设定值作用T14s给水加压的时间T22s添加洗涤剂的时间T310s洗涤时间T45s第一次排污时间T510s清水冲洗时间T63s烘干碗碟的时间第五章系统软件设计11122.PLC接线图13123.系统流程图4.步进状态图15145.梯形图6.控制过程（1）按下X0启动按钮，系统上电；（2）如果按下X1手动按钮，则接通Y0，此时为安装调试状态；如果按下X2自动按钮，则进入自动洗碗状态。（3）按下X2自动按钮，则自动洗涤开始。首先通过X3高、X4中、X5低三个水位按钮的选择（实际生活中可根据洗碗的多少来选择）接通Y1，洗碗机进水阀打开，开始注水；注水期间，水位传感器进行水位检测，如果到达所选按钮的水位，则自动进行下一步；否则继续注水。（4）完成注水的工作，通过X7常温按钮、X1055℃按钮、X1165℃按钮的选择（实际生活中可根据碗的污垢程度来选择）可接通Y2，洗碗机中的电热管开始给水加热；加热期间，温度传感器进行温度检测，如果到达所选按钮的温度，则自动进行下一步，否则继续加热。（5）加热完成后，系统接通Y3，电机驱动水泵对水加压，同时接通时间继电器T1；4s过后，系统接通Y4，洗碗机自动添加洗涤剂，同时接通时间继电器T2；