基于PLC的工业洗衣机控制系统设计

XX学院毕业设计（论文） 基于PLC的工业洗衣机控制系统的设计毕 业 设 计（论 文）设计题目：基于PLC的工业洗衣机控制系统的设计专 业：班 级：学 号：姓 名：指导老师：起讫日期年 月 日 年 月 日15XX学院毕业设计（论文） 基于PLC的工业洗衣机控制系统的设计摘 要本文简要介绍了工业洗衣机的控制方式，步进顺控图，变频器参数设置，洗衣机的结构及功能，并阐述了机电一体化技术的特点以及其在国内外发展的特点和PLC控制。本文采用PLC控制系统设计工业洗衣机的控制系统，因为采用PLC控制系统对工业洗衣机的操控很简单，抗干扰能力强，输入和输出接口，运行速度快，稳定可靠，维护和维修方便，从而使洗衣机的经济发展的需要和社会发展。此外，该洗衣机具有高可靠性，低功耗，长寿命，良好的环境适应性，适用于工业洗衣机的开发，以及工业洗衣机利润也很高，从而使PLC的机可以得到更好的发展，因此，本次的基于PLC的工业洗衣机控制系统的设计在某种程度上面来说具有重大的经济和社会意义。关键词：步进顺控图 特点 低功耗 经济AbstractAt first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler. dary information of the development briefly . Whats 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 . Whats more , the paper workout the control program of the PLC .Keywords：sewingmachine, assembly,part modeling,PLC目 录摘 要I目 录II1 绪 论1 1.1 本课题研究的目的、意义1 1.2 工业洗衣机的发展现状及应用2 1.3 应用PLC控制系统的优点32 工业洗衣机的结构及工作原理6 2.1 工业洗衣机的洗涤原理7 2.2 工业洗衣机的组成结构83 PLC控制系统简介10 3.1 PLC的控制过程11 3.2 变频器的控制方式及分类11 3.3 变频器的选型114 基于PLC的工业洗衣机控制系统硬件的设计11 4.1 器件的选型12 4.1.1 PLC的选型12 4.1.2 电动机的选型12 4.1.3 其他元器件的选型13 4.2 主电路及控制电路设计14 4.2.1 主电路的设计14 4.2.2 控制电路的设计15 4.2.3 I/O分配表的设计15 5 基于PLC的工业洗衣机控制系统软件的设计16 5.1 梯形图的设计16 5.2 系统工作流程图的设计17结 论18致 谢19参考文献201 绪 论1.1 本课题研究的目的、意义窗体顶端早在上世纪，人类已经发明了各种各样的洗衣机，可以说，该洗衣机的发明是产业发展的结晶，给人们在生活起居带来了很大的便利，服务于人类的生活。在很早之前，传统的洗衣机只有一个水桶，在应用程序只能执行简单的操作，无法实现更多的功能。随着社会的进步和科学技术的发展，在21世纪，洗衣机已经完全改变，全自动洗衣机早已在现实生活中被使用。随着工业技术的发展，我们利用现有的技术发展与商业用途的新型多功能工业洗衣机，实现了大批量的洗衣机。工业洗衣机被广泛使用，主要用于宾馆，酒店，学校宿舍，有的需要洗衣服，洗频繁名额。这要求该洗衣机运行平稳，洗涤效果好，容量大，故障低，可靠性高，噪音低，寿命长等优点，从而使社会的需求经济发展。1.2 工业洗衣机的发展现状及应用工业洗衣机行业在中国的建立的时间比较短，在很多中小型企业，市场的洗礼和考验的程度不够，工业洗衣机企业管理水平与国际标准还有一定的差距，在客观认识国内工业洗衣机市场的需求空间和诸多问题的发展现状，与国际接轨和发展就显得尤为重要。在过去的几年中，中国的工业洗衣机行业已经进入了一个快速发展的时期。在国内外两大市场具有良好的发展势头。相关负责人表示，随着近几年的价格调整，原材料价格上涨，运输和人力成本不断上升，使中国的工业洗衣机的发展是一个新的功能，如下所示：一，生产和销售规模日益扩大，信息技术为了提高品牌知名度，工业洗衣机企业都采用了大量的营销策略。例如，工业洗衣机店铺装修文化，导购，市场营销活动，信息技术，服务意识。运用现代技术和手段，以高要求，高消费客户群提供个性化服务。工业洗衣机企业也不断从国外著名品牌营销战略，服务技能的学习，努力提高自己的营销服务水平。大型，大规模工业化生产的机械化，信息化管理的现代化，是工业洗衣机企业做大做强的必然选择。二，发展环境趋好近年来，国家先后出台了一系列政策，以确保增长，扩大国内需求，调整的总体要求，结构，保持经济平稳较快发展的政策，这对于工业洗衣机行业的发展显著。此外，洗衣机下乡的实施和全国各地的建设，为低碳，环保的工业洗衣机行业必将得到大力推广和重视。三，出口稳步增长虽然工业洗衣机的出口还处于起步阶段，具有广阔的发展空间。中国的工业洗衣机企业的高度重视，以提高产品质量，不断追求生产高档次，高品质的产品。有些产品在质量和风格可与国际品牌的卧室的门完全可以媲美。一些发达国家采购势头越来越强，这是扩大工业洗衣机出口非常有利。四，人才储备的重视工业洗衣机行业起步比较低，行业整体素质不高，粗放型经济增长方式，抄袭的产品，常见的现象，同质化。近年来，随着企业的防范意识的提高，加强对高级专业人才的储备，近年来，文化产业活动，产品设计和高级专业人才的储备有所改善，采用先进的技术和优秀的人才管理的经验，尽可能的设计和生产个性化产品，避免同质化。切实提高产品质量，树立品牌形象。因此，许多新的功能可以从上面可以看出，中国的工业洗衣机市场依旧非常看好，注重产品质量和售后服务，提高行业的整体素质等方面，可以加快我国工业洗衣机机械工业水平和国际铁路速度快，国际化也是我们的一个挑战，要充分利用国际和特点，加强和交流的机会，努力提高国际化视野和国际化发展布局。1.3 应用PLC控制系统的优点与传统洗衣机相比，PLC工业洗衣机控制系统的优点突出体现在有以下几个方面： （1） 可靠性高，抗干扰能力强 PLC由于采用现代大规模集成电路技术，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 （2） 配套齐全，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。 (3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎 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。下图即为工业洗衣机的图片： 2 工业洗衣机的结构及工作原理2.1 工业洗衣机的洗涤原理 本次设计的工业洗衣机控制系统是通过PLC控制系统控制的，在PLC控制系统中，PLC处于中心位置，洗衣机，洗涤，排水，脱水是通过水位开关，作为PLC的输入信号控制开关，PLC输出信号确定电磁阀和电磁阀的工作状态，从而达到自动控制。水位开关是用来控制在洗衣机高中的高水位时，电磁水阀起着供水的作用。当水输入阀打开时，水被注入水，排水阀打开时，水会被排出。其洗涤原理如下图所示: 2.2 工业洗衣机的组成结构 在此模型中，要想设计出多功能性工业洗衣机，必须考虑到许多问题，如洗衣机中的可靠性，安全性，发展的实际问题和促进诸如的值。以下基本原则应该遵循的PLC控制系统的设计：（1）设计PLC控制系统中最重要的原理是，以满足控制PLC的最大的要求，以及满足控制的要求。要求设计人员在设计之前要到现场进行调查，收集信息。同时，项目管理人员，工程技术人员，现场操作人员的共同计划密切合作，解决的关键问题和问题的设计。（2）以确保PLC控制系统的安全性和可靠性，确保PLC控制系统的长期安全性，可靠性和稳定性是设计和控制系统的一个重要原则。（3）力求做到简单，经济，使用和维护，以满足要求的前提下，一方面，我们要注意的项目的效益的不断扩大，在另一方面，我们也必须付出关注项目的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单，经济，而且也使用途管制制度和维护方便，成本低，不盲目追求自动化和高指标。（4）需要适应技术的不断发展而发展，控制系统的要求将不断提高，设计时，应适当考虑在未来控制系统的发展和完善的需要。在工业洗衣机中的设计，由于洗衣机洗速率高，时间短，操作相对便利的优点更适合于大量的洗衣应用。所以，我选择用洗衣机在大型场合。在控制技术中，PLC被选作控制器，其主要目的是实现对产品的功能，外围电路简单，易于维护，易于继续写编程语言来实现该更新等。为了满足被控对象的控制要求，以保证PLC控制系统的安全性和可靠性，满足企业发展的需求，为客户提供洗涤的繁重的工作带来极大的方便。3 PLC控制系统简介3.1 PLC的控制过程可编程控制器执行程序的过程有三个阶段。(1) 输入采样阶段 PLC通过扫描把输入端口的输入状态按顺序保存在输入映像寄存器中，然后控制器对采集的信息进行处理，因为输入信号存在输入映像寄存器中，即使程序在执行过程中输入状态发生了变化，对程序的执行和处理也无任何影响。当一次扫描结束，映像寄存器被刷新，输入端信号才再次被采集进入输入映像寄存器中，进行程序执行。再次扫面刷新，再次执行处理。 (2) 程序执行阶段 PLC梯形图程序扫描遵循从左到右，从上到下的步骤顺序执行。所谓用户程序的执行，并非是系统将CPU的工作交由用户程序管理，CPU仍执行系统程序中的指令。输入端每次采集数据都会寄存在输入端映像数据存储区内，CPU执行时将存储区内的信号数据进行处理。当用户程序管理程序后，程序执行一次扫描周期后进行刷新，所有的输出映像都被依次刷新，系统进入下一输出刷新阶段。 (3) 输出刷新阶段 当所有的指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部设备。其中输出锁存器一直将状态保持到下一个循环扫描周期的开始，所以输出映像寄存器的状态在程序执行阶段是动态的。3.2 变频器的控制方式及分类 如何实现变压变频，输出平滑规则的正弦波形，实现良好的驱动性能，是变频器的根本任务，变频器控制中出现了多种控制方式，现在此做一简单介绍： （1）UCf 控制 即电压与频率成比例变化控制。其特点是控制电路结构 简单，成本较低、机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求。 （2）转差频率控制 从电动机转速角度看，这是一种以电动机的实际运行速度加上该速度下电动机的转差率确定变频器输出频率的控制方式。 （3）矢量控制（VC） 矢量控制将交流电动机的定子电流采用矢量分解的方法，计算出定子电流的磁场分量及转矩分量，并分别控制，从而大大提高了变频器对电动机转速及力矩控制的精度及性能。 （4）直接转矩控制（DTC） 转矩控制把转矩作为直接被控量，而不是通过控制电流及磁链间接控制转矩。3.3 变频器的选择因为该洗衣机具有大量的水，在洗衣机中，电动机在低速，高输出扭矩。对于这点可以与西门子PLC匹配变频器MM440使用，它是一种矢量型通用变频器，具有良好的低速高转矩输出和良好的动态性能。 MM440变频器的输出频率的控制有以下四种方式：（1）操作的基本操作面板（BOP）模式，该模式是通过操作板键手动调整操作模式的输出频率，以这种方式不适合自动调整。（2）的频率选择操作模式变频器的外部输入端子的数量通常配备有多个固定频率选择性操作功能。固定频率值由功能码设定，且频率范围内选择由外部终端。由于这种方法可实现的频率的数目有限，所以不使用这种方式。（3）作为外部输入端子的模拟频率选择性操作模式MM440设置有模拟输入端子，并且当该终端的电流或电压在一定范围内改变时，反相器的输出频率在一定范围内，通常改变。这种方式可以由PLC可以扩展到一个模拟输出模块，模拟转换器，以控制逆变器的输出，这种方法是扩大一个模块的缺点，从而增加成本。为了便于与网络的接口，该频率转换器具有一个网络接口，其可以通过通信模式接收的频率控制命令。西门子公司设计的通信协议，该协议是通用串行端口协议（USS），这是基于对串行总线的原理。总线可连接到一主站和最多31个从属站。所述主站选择的从属站根据通信消息中的地址的字符传输数据。当主并不需要它来进行沟通，从本身不能首先发送数据的站，各个之间的信息来自台的发射不能直接。这种方法可以设置由指令所需的频率输出，并且只需要一个通信线路到PLC连接到转换器。因此与四种方式相比，通信的选择，操作的最佳方式。4 基于PLC的工业洗衣机控制系统硬件的设计4.1 器件的选型4.1.1 PLC的选型本设计所用PLC采用日本三菱公司生产的FX2N系列机型中的FX2N-32MR型，此PLC有16个输入接口和16个输出接口，输出接口为继电器型。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列，由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点，程式执行更快，全面补充了通信功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，拥有强大的灵活性和控制能力。4.1.2 电动机的选型本洗衣机的电动机选用了家用电器常用的单相电容运转式异步电动机。洗衣机设计容量为3.6公斤，故电机额定功率选为180W；洗衣转速175r/min，脱水转速1200r/min。综上，选择YY104-180型单相电容运转式异步电动机，额定功率180W，额定电压220V，额定转速1350r/min，额定电流1.7A。4.1.3 其他元器件的选型其他元器件参数见下表：4.2 主电路及控制电路设计4.2.1 主电路的设计图中FU为熔断器，用于主电路的短路保护，FR为热继电器，用于电动机的过载保护。通过FM3和FM4的开闭使电位器串联到电动机绕组上，从而得到两种转速。当FM1和FM3闭合时，电机低速正转洗衣，当FM2和FM3闭合时，电机低速反转洗衣，当FM1和FM4闭合时，电机高速正转脱水。4.2.2 控制电路的设计PLC控制电路如下图所示：4.2.3 I/O分配表的设计 PLC输入输出接口的分配使用情况如下表：5 基于PLC的工业洗衣机控制系统软件的设计5.1 梯形图的设计5.2 系统工作流程图的设计本全自动洗衣机要求能实现“自动运行”和“手动运行”两种控制方式。 1.自动运行 具体控制要求如下： （1） 按下“开始洗涤”按扭，开始进水，达到洗涤水位后，停止进水； （2）进水停止2s后开始洗衣； （3）洗衣时，正转5s，停2s，然后反转5s，停2s，依此循环； （4）洗衣15min后开始排水，水排空后脱水5min； （5）然后再进水，重复（1）（4）步，循环2次； （6）洗衣完成后蜂鸣器报警10s并自动停机。 （1）当进水或洗衣时按下“手动停止”按扭，洗衣过程中止，即电机停转，进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合； 此时若按下“开始洗涤”按钮，将继续洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。 （2）当脱水时按下“手动停止”按扭，脱水过程中止，即电机停转； 此时若按下“开始洗涤”按钮，将重新洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。 （3）当脱水时，若安全盖打开，则洗衣机暂停脱水，直到安全盖闭合再继续脱水，或者按“手动停止”按钮，使之停机。 结 论本次毕业设计的题目是多功能切菜机的设计，直到今天，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于基于PLC的工业洗衣机控制系统的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是基于PLC的工业洗衣机控制系统的设计，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。致 谢 在此论文完成之际，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多知识和做人的道理，由衷地感谢我亲爱的老师，您不仅在学术上对我精心指导，在生活上面也给予我无微不至的关怀支持和理解，在我的生命中给予的灵感，所以我才能顺利地完成大学阶段的学业，也学到了很多有用的知识，同时我的生活中的也有了一个明确的目标。知道想要什么，不再是过去的那个爱玩的我了。导师严谨的治学态度，创新的学术风格，认真负责，无私奉献，宽容豁达的教学态度都是我们应该学习和提倡的。通过近半年的设计计算，查找各类基于PLC的工业洗衣机控制系统的相关资料，论文终于完成了，我感到非常兴奋和高兴。虽然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因为我是怎么想的，这是我付出的汗水获得的成果，是我在大学四年的知识和反映。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是来自老师和同学的潜移默化让我学到很多有用的知识，在这里，谢谢老师以及所有关心我和帮助我的人，谢谢大家。参考文献 1徐灏等.PLC控制原理M(第二版）.北京：机械工业出版社，2003 2程悦荪.工业洗衣机控制系统的设计M.北京：中国农业出版社，1981 3周纪良.工业洗衣机PLC控制系统的设计M.北京：机械工业出版社，1991 4吉林工业大学教研室编.工业洗衣机的构造M.北京：中国农业出版社，1982 5成大先主编.机械设计手册减（变）速器电机与电器M.北京：化学工业出版社，1999 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