基于西门子PLC的全自动洗衣机控制系统.pdf-资料库

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本科毕业设计（论文）题目基于 PLC 的全自动洗衣机控制系统（西门子）系（院）自动化年级 05 级专业自动化班级 1 班学号 160103230 学生姓名王祥起指导教师施健、邹萍职称讲师、助理实验师论文提交日期 2008 年 5 月 18 日

基于西门子 PLC 的全自动洗衣机控制系统摘要本文利用可编程控制器PLC实现了洗衣机的全自动控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。文章在介绍洗衣机结构的同时，对全自动洗衣机的控制系统进行分析，在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了论证,根据洗衣机的工作原理对程序及其流程进行了设计,具有智能化程度高、安全可靠等特点。对按钮，电磁阀，开关等其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化，并实现了多台控制。由于每遍的洗涤、排水、脱水的时间由PLC内定时器控制，所以只要改变定时器参数就可以改变相应的控制时间。关键词：可编程序控制器（PLC）洗衣机自动控制 I

PLC in the application of full-automatic washing machine Abstract In this paper, PLC is used to realize the automatic control of a washing machine. The principle of the PLC control method and the characteristics of the washing machine is illuminated. The article introduces the structure of the washing machine at the same time, analyzes the control system of fully automatic washing machine. On this basis, the control program of fully automatic washing machine based on PLC is brought forward. By demostrating the project, the program and process are designed according to the principle of the washing machine. The system has the characteristics of highly intelligent, safe, reliability and so on. By controlling the button, solenoid valves, switches and other I / Os, the automatic control of the washing machine is realized. Since the time of washing, drainage, dehydration is controlled by the timer of PLC, the controlled-time can be changed by changing the parameters of the timer. Key words: programmable logic controller (PLC); washing machine; Automatic control II

目录第一章绪论......................................................1 1.1 课题背景与意义 ........................................................ 1 1.2 全自动洗衣机简介 ...................................................... 1 1.3 全自动洗衣机控制技术的现状与发展 ...................................... 4 1.4 本文主要的工作 ........................................................ 4 第二章全自动洗衣机控制系统总体设计 ..............................5 2.1 系统概述 .............................................................. 5 2.3 硬件选型 .............................................................. 6 2.3.1 PLC 简介........................................................... 6 ·PLC 定义............................................................... 6 ·PLC 的特点............................................................. 7 2.3.2 变频器 ............................................................ 8 2.3.3 温度传感器 ....................................................... 10 2.4 硬件设计 ............................................................. 12 2.5 软件设计 ............................................................. 14 2.6 程序调试与说明 ....................................................... 15 第三章上位机监控系统设计.......................................18 3.1 上位机硬件设计 ....................................................... 18 3.2 上位机软件设计 ....................................................... 18 3.2.1 组态功能和特点 ................................................... 18 3.2.2 组态的系统构成 ................................................... 18 3.3 监控软件系统设计 ..................................................... 19 3.3.1 系统设置方法 ..................................................... 20 3.3.2 系统运行说明 ..................................................... 24 第四章洗衣机温度 PID 设计 .......................................25 4.1 PID 控制原理 ......................................................... 25 4.2 PID 控制方法 ......................................................... 26 III

4.3 PLC-PID 控制器的实现 ................................................. 28 4.4 PID 参数的整定方法 ................................................... 29 第五章结束语...................................................31 参考文献........................................................32 附录............................................................33 致谢............................................................41 IV

常熟理工学院毕业设计（论文）第一章绪论 1.1 课题背景与意义自 19 世纪中叶，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已经历了一个多世纪。1910 年世界上第一台电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。 1922 年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937 年世界上第一台全自动滚筒式洗衣机投放市场。1957 年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式洗衣机三足鼎立天下的局面。 20 世纪 60 年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。70 年代，日本生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70 年代后期，日本又生产出微电脑控制型波轮式套桶全自动洗衣机。80 年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出智能型模糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。进入 90 年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽范围大调速比的转速变换与调节，诞生了各种新水流洗衣机。20 世纪末到 21 世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣机的功能更具人性化，实现了真正意义上的智能化控制。以往以单片机为中心控制系统工作的全自动洗衣机中，存在着一些本身不能克服的缺点。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序也相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等，这样不但增加了硬件的复杂性，而且隐含较高的故障率，还无形地增加了维修成本费用。如果在全自动洗衣机的控制系统中采用 PLC 来控制将能克服单片机的这些缺点。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统的设计的灵活性及控制系统的可靠性。本文在 PLC 控制系统设计中，主要增加了水位选择、工作流程选择、工作模式以及温度选择，并且在电机正反转以及转速方面运用了西门子 M440 变频器控制，这样既提高了系统的稳定性又实现了节能措施。 1.2 全自动洗衣机简介全自动洗衣机的工作过程一般包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。本文所设计为有水位选择、工作流程选择、工作模式以及温度选择的全自动洗衣机，这样用 PLC 控制的全自动洗衣机的洗涤动作控制程序要求增加洗涤水位选择、控制方式选择等。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，再经信息线路 1

常熟理工学院毕业设计（论文）反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。PLC 在系统中是处于中心位置，水位开关是 PLC 的输入信号控制开关，进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构，其中进水阀和排水阀由 PLC 给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心 PLC 给定信号送给变频器来决定的，而电机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、浸泡、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择。再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图 1.1 所示，由 PLC 控制洗衣机各种动作典型的系统控制图: 进水阀水位开关 PLC 变频器（电机）排水阀图1.1 系统控制图由图可知，按下启动按钮，PLC 上电。然后依次选择工作流程、洗衣模式、温度等， PLC 便通过设定的程序运行，PLC 在系统中是处中心位置，水位开关是 PLC 的输入信号控制开关。进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由 PLC 给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心 PLC 给定信号送给变频器来决定的，而电机的工作转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。洗衣机的应用现在比较普遍。全自动洗衣机的实物示意图如下图 1.2 所示。全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗衣机水温通过调整蒸汽阀开度来控制，利用热电偶传感器检测水温，运用 PID 算法保持恒温。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不 2

常熟理工学院毕业设计（论文）旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、中、低水位开关分别用来检测高、中、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。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。水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆运动而使触点改变，从而实现自动通断。图 1.2 全自动洗衣系统结构图 3

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