......__課程設計題目全自動洗衣機的PLC控制學院自動化學院專業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系統設計53.1系統硬件設計53.2系統控制軟件設計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洗衣機正反轉循環模塊93.2.5洗滌和清洗循環次數設置模塊103.3ScreenEditor人機交互界面的設計114系統調試134.1調試步驟134.2調試中遇到的問題13結束語15引言隨著科技的發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,進行相關設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,從而實現自動控制的。電磁進水閥起著通、斷水源的作用；當電磁線圈斷電時,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,這樣閥門關閉,水流不通；當電磁線圈通電后,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。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側小孔的流通能力,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,水流導通。基于PLC控制的全自動洗衣機設計不僅具有自動洗滌衣物的功能,還可以根據我們的需求設置洗滌循環次數以及清洗循環次數,同時也可以采用手動模式進行排水和脫水等操作；另外,該設計還設置有水位設置按鈕,如高水位、中水位、低水位,我們可以根據衣物的多少選擇合適的水位設置,以節約用水,設計更加合理化和人性化,也能達到節能減排的目的。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動力。當接通電源時,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正反轉；電磁離合器得電,電動機帶動內桶單向旋轉,進行甩干。水位高低分別由高低水位開關檢測。設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。基本要求：全自動洗衣的基本過程如下：水位選擇后,按下啟動按扭開始進水直到高或中或低水位,關水；兩秒后開始洗滌；洗滌時,正轉30秒,停2秒,然后反轉30秒,停2秒；循環10次后開始排水。排空后脫水30秒。<1>-<3>循環3次；開始清洗,進水到水位,關水；兩秒后開始清洗；清洗時,正轉20秒,停1秒,然后反轉20秒,停1秒；如此反復10次正反轉后,排空水,再脫水30秒；重復<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附加功能說明該設計可自動排水〔不脫水和手動脫水〔不計數；能夠通過鍵盤設置全自動洗衣的洗滌循環和清洗循環次數；2方案設計2.1控制對象全自動洗衣機的PLC控制設計的控制對象主要是洗衣機的三相電動機,即控制電機的正轉和反轉；另外,也需要控制洗衣機操作面板的操作按鈕及相關信號顯示,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控制設計程序主要有包含系統啟動、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、洗衣機正反轉洗滌和清洗模塊、循環次數控制模塊等內容,實現全自動洗衣機的基本功能；同時,設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,并添加設置洗滌循環次數和清洗循環次數的輸入和顯示模塊,以實現在全自動洗衣機的PLC程序運行時能夠根據設置的循環次數完成衣物的清洗工作。本設計采用先模塊后整體的設計思路,以實現全自動洗衣機的基本功能為初級目標,根據調試現象進行程序改進；進而逐步加入手動操作模塊和洗衣機洗滌和清洗循環次數控制模塊,使系統設計更加的合理化和人性化。2.3I/O表確定程序設計的輸入輸出端口,既方便觸摸屏控制界面的設計,有為系統的運行和調試帶來極大的便利。系統設計的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X4手動排水按鈕保持性Y3洗衣機反轉X5手動脫水按鈕交替性Y4排水指示X11高水位設置交替性Y5脫水指示X12中水位設置交替性Y10洗后報警X13低水位設置交替性X21高水位行程開關交替性X22中水位行程開關交替性X23低水位行程開關交替性X24排空水行程開關交替性說明：由于本設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計時應采用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系統設計時,首先應確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設計選型,其中工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的、按照易于與工業控制系統行程一個整體,易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統,PLC的系統硬件、軟件配置及功能應與設備規模和控制要求相適應。在全自動洗衣機PLC控制系統的設計中,根據控制要求、輸入輸出點數、所需的寄存器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等指標,且根據現有實驗條件,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觸摸屏來實現信號的輸入和輸出。3系統設計3.1系統硬件設計全自動洗衣機的PLC控制系統硬件設計部分,我們采用CAD軟件繪制系統的主電路圖〔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,當按下啟動按鈕后,電機延時得電正轉,一段時間后,正轉停止,電機延時得電反轉。當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、高水位設置、中水位設置、低水位設置、手動排水、手動脫水、自動模式開關；1.0到1.4接口則分別代表了高水位行程開關、中水位行程開關、低水位行程開關、水排空檢測開關和暫停開關；在輸出端1.0到1.5分別代表了注水閥開關Y1、排水閥開關Y4、控制電機正轉的正轉KM1線圈、控制點擊反轉的KM2線圈、脫水開關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、高水位設置、中水位設置、低水位設置、高水位行程開關、中水位行程開關、低水位行程開關、排空水行程開關；輸出由9部分組成,分別是電源指示燈、電機正反轉線圈、洗衣機排水開關、脫水開關、注水開關、報警指示燈。3.2系統控制軟件設計由控制要求可知,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〔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；輸出設備主要有進水電磁閥,洗滌電動機正轉接觸器,洗滌電動機反轉接觸器,排水電磁閥,脫水離合器及報警指示等設備。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的正常運行,暫停按鈕可以終止洗衣機當前的動作,停止按鈕可以關閉洗衣機,以防突發事故。其程序設計梯形圖如下所示：3.2.2手動操作模塊根據設計要求,將洗衣機的程序分為自動操作模塊和手動操作模塊。其中自動關洗滌模塊操作的初始化設計梯形圖如下圖所示：利用自動模式按鈕M3啟動時產生的正脈沖脈沖觸發,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計的梯形圖如下圖所示：在手動操作模式下,當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,進而執行手動排水和手動脫水的相關操作；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；其中Y4和Y5分別為洗衣機內部控制排水閥和脫水離合器的啟動開關,在此設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洗衣機正反轉循環模塊其中,洗衣機正反轉循環模塊的梯形圖如下圖所示：洗衣機正反轉循環模塊采取了步進順序指令來實現洗衣機的執行過程,暫停按鈕用來隨時終止電機的正反轉。程序中用到了四個計數器,T0為注水后暫停2s計時器,T1為洗衣機正轉30s計時器,T2為洗衣機正轉30后暫停2s計時器,T3為洗衣機反轉30s計時器。另外,程序中也用到了一個計數器,用來控制循環次數。由于洗滌與清洗的正反轉都是10次,所以就只用了一個C0來記錄正反轉循環次數。由于洗衣機的洗滌和清洗過程相似,只需將控制循環次數和計數器控制時間做相應改變即可。3.2.5洗滌和清洗循環次數設置模塊洗衣機洗滌循環次數和清洗循環次數主要是通過利用HMI觸摸屏操作界面中設置D0和D1寄存器的值來實現的,在此即可通過HMI觸摸屏來實現對洗衣機洗滌循環次數和清洗循環次數的設定。3.3ScreenEditor人機交互界面的設計在功能設計之后,我們還為全自動洗衣機設計觸摸屏人機界面以方便我們對其進行調試,于是我們為之設計了如圖所示人機界面：在上圖所示為人機系統的主界面,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試時需要的元件,因為缺少智能選擇水位設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試界面中的這些手動按鍵以及設值器來手動模擬傳感檢測裝置的觸發信號。因此,我們目前對Fig.3這個界面的定位只停留在調試界面。當然,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系統調試4.1調試步驟系統啟動按鈕按下后,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。<3>脫水進行時,如果按下手動排水按鍵,脫水即停止,松開后脫水又繼續進行；洗衣機排水時,如果按下手動脫水按鍵即可跳轉進入脫水狀態；即排水狀態可跳轉到脫水狀態,反之則不可行。在自動模式下,在進入自動模式前,用戶需根據衣物量手動設置水位檔位和洗滌循環次數及清洗循環次數。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。當水位達到設定高度時,洗衣機開始洗滌。當洗衣機洗滌次數達到后,即開始清洗。清洗完成后,洗衣機自動報警后停機。4.2調試中遇到的問題三個水位設