全自动洗衣机PLC控制要点.pdf
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1、大连工业大学课程设计(论文)任务书 专 业 自动化 班 级 学 号 姓 名 题目全自动洗衣机PLC 控制 子题 指导教师祖龙起答疑教师祖龙起 设计时间2015 年 6 月 29 日至2015 年 7 月 5 日 共 1 周 设计要求 设计(论文)的任务和基本要求,包括设计任务、查阅文献、 方案设计、说明书(计算、图纸、撰写内容及规范等)、工作 量等内容。 设计要求: 1 按下启动按扭及水位选择开关,开始进水直到高(中、低 ) 水位,关水 2 2 秒后开始洗涤 3 洗涤时,正转3 秒,停 2 秒,然后反转3 秒,停 2 秒 4 如此循环5 次,总共 32 秒后开始排水, 排空后脱水30 秒 5
2、开始清洗,重复(1)(4) ,清洗两遍 6 清洗完成,报警3 秒并自动停机 7 若按下停车按扭,可手动排水不脱水和手动脱水不 计数 指导教师签字:系(教研室)主任签字 目录 1.绪论 . - 1 - 2.1 洗衣机工作流程图 - 2 - 2.2 控制功能 - 4 - 3.1 控制电机主电路 - 5 - 3.2 电机拖动 - 5 - 3.3 保护措施 - 7 - 3.4 PLC类型选择 . - 7 - 3.5 I/O 模块及点数 - 8 - 3.6 PLC控制电路设计 . - 10 - 3.7 线圈保护装置 - 10 - 4.1 编程软件 - 12 - 4.2 程序步骤说明 . - 12 - 4
3、.3 助记符 - 14 - 参考文献 - 19 - - 1 - 1.绪论 家用洗衣机有四个部分,即:洗涤和甩干桶; 电机和传动机构;程序控制器件: 分机械式和电脑两种,提供机器的程序指令;外壳,包括固定所有部件。其中最重 要的部分就是控制洗衣机内电动机进行洗涤和甩干的部分,需要PLC 控制 ,因为 PLC 具有可靠性高,抗干扰能力强;配套齐全,功能完善,适用性强;易学易用, 深受工程技术人员欢迎;系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造;体积 小,重量轻,能耗低等特点。 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,
4、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、CNC 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。 全自动洗衣机的洗涤过程包括:开始,洗涤,均布,中脱,高脱,结束。这六 个环节。 其中最核心的步骤是洗涤和脱水这两部分,而且这两部分有相似的控制思 想,即使用PLC 控制实现电动机的循环正转和反转,这套连续的动作也是在模拟 全自动洗衣机的动作方式。 - 2 - 2.理论设计 利用电动机的机械做功使滚筒旋转,衣物在滚筒中不断地被提升摔下,再提升
5、 再摔下, 做重复运动, 加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。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。 2.1 洗衣机工作流程图 洗衣机开
6、始洗衣时,在接通电源后,第一步是调节水位,再按启动按钮开关, 开始进水,水满(即水位到设定水位)时停止进水。2 秒后开始洗涤,洗涤时,正 转 3 秒后暂停,暂停2 秒后开始反转洗涤,反转洗涤3 秒后暂停,暂停2 秒。 如此循环完成5 次,共 32 秒后开始排水,排水后脱水30 秒。开始清洗,清洗 两遍,清洗完成,报警3 秒并自动停机。若按下停车按扭,可手动排水/不脱水和 手动脱水不计数。 图 1 洗衣机原理示意图 - 3 - 启动 进水 水满 停止进水 洗涤正转 15秒 反转洗涤 排水 开始脱水 10秒 脱水3次 洗涤3次 报警 10秒 结束 15秒 暂停3秒 暂停3秒 暂停2秒 Y Y Y
7、Y Y Y Y 调节水量 N N 图 2 系统运行流程图 - 4 - 2.2 控制功能 2.2.1逻辑控制功能 逻辑控制功能是PLC 最基本功能之一,是 PLC 最基本的应用领域,可取代传统 的继电器控制系统,实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、 多机群控和自动生产 线控制方面都有很多成功的应用实例。 2.2.2定时控制功能 定时控制功能是PLC 的最基本功能之一。PLC 中有许多可供用户使用的定时 器,功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间 )可以在编 程时设定,也可以在运动过程中根据需要进行修改,使用方便灵活。同时PLC 还 提供了高精度的时钟脉冲,用于准确实时控制。
8、 2.2.3计数控制功能 计数控制功能是PLC 的最基本功能之一。PLC 为用户提供许多计数器,计数 器计数到某一数值时,产生一个状态信号(计数值到 ),利用该状态信号实现对某个 操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定,也可以在运行过程中根据 需要进行修改。 - 5 - 3.电路与系统设计 3.1 控制电机主电路 全自动洗衣机的PLC 控制系统主电路如图1 所示。通过PLC 来实现电动机的 正反转, 并且实现洗衣机按预先设置的程序自动执行,完成洗衣。 当需要手动排水 与脱水时,可以强制止自动程序的运行,掏出自动切换到手动操作。 为防止全自动洗衣机在工作过程中,电路发生短路, 损坏电动机
9、和电路的各种 电气设备,因此在主电路中安装了熔断器,当电路出现短路故障时,能迅速、可靠 的断开电源。 全自动洗衣机的电机容量较小,主电路中的熔断器可同时作为控制电 路的短路保护, 所以在主电路中使用熔断器就足够了。PLC 部分和开关电源那的熔 断器也是为了防止电路过电流,保护电路和电路中的电器元件。 全自动洗衣机在长时间工作下,为了防止电机绕组的温升超过额定值而损坏, 采用热继电器作为保护元件,与熔断器搭配使用,可靠地保护电动机。 人机接口部分的按钮等都选择低压电器元件,保护操作者的安全。 3.2 电机拖动 单相交流的洗衣机电容运转式电动机的特点:正转、 反转交替运转: 电容运转 式电动机是把
10、电容器串接在副绕组上,使通过副绕组的电流超前主绕组电流90电 角度, 从而产生旋转磁场,使电动机转子启动运转。电容运转式电动机实际上是一 种两相电动机。 正转、反转工作状态相同。也就是说, 电动机无论是正转还是反转, 都要有相同的输出功率、相同的额定转速、相同的启动转矩及相同的最大转矩等, 以达到相同的洗涤效果。 - 6 - M L 220V KM1KM2 N 图 3 拖动系统电路图 启动性能好 :由于洗衣机电动机是在洗衣桶内放人额定水量、额定洗涤物的情 况下启动的,故启动负荷比较大,而且需要频繁启动,中洗每分钟大约2 次,弱洗 每分钟大约4 次,这就要求电动机的启动转矩大,启动电流小。启动转
11、矩大,可以 缩短启动时间;启动电流小,可以延长定时器的使用寿命。 过载能力强 :洗衣机在工作过程中,由于衣物相对于波轮的位置不同及衣物散 开还是成团的状态不同,故造成电动机的负荷极不稳定,经常有超负荷的情况出现, 这就要求电动机有较强的过载能力。为此,洗衣机的电动机在额定负荷的情况下, 主绕组和副绕组的电流夹角不是900 电角度, 而是设计成1000 -1100 电角度。 在过 载 10-30的情况下,主绕组和副绕组的电流夹角才是90 o 电角度,以获得较强的 过载能力。 一般规定, 洗衣机电动机最大转矩是额定转矩的1.8 倍,输出功率为120 W 洗涤电动机的最大转矩一般达12-13 kgc
12、m。 对效率的要求比较低:电动机的效率是指输出功率与输人功率的比,用百分数 来表示。输出功率为120 W 的洗涤电动机,效率一般规定为50。也就是说,它 的输人功率是240 W。洗衣机是一种短时工作的家用电器,平均每天使用的时候很 - 7 - 短,电动机效率低一些,对电能损耗不大, 却能获得较大的启动转矩和最大的转矩, 以提高洗衣机工作的可靠性并延长寿命。 3.3 保护措施 过载保护: 就是当电源停电或者由于某种原因电源电压降低过多(欠压 )时,保 护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时,接触器线圈电流将消 失或减小, 失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心,因而能断开主触头,切断电
13、源。 热继电器是比较理想的自我保护的设备,在工业应用中一般,都用热继电器 来过载保护。 失压保护: 就是当电源停电或者由于某种原因电源电压降低过多(欠压 )时,保 护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时,接触器线圈电流将消 失或减小, 失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心,因而能断开主触头,切断电源。 过流保护:很多电子设备都有个额定电流,不允许超过额定电流,不然会烧 坏设备。 所以有些设备就做了电流保护模块。当电流超过设定电流时候,设备自动 断电,以保护设备。 3.4 PLC 类型选择 本次设计采用欧姆龙系列的PLC,型号为 :欧姆龙 CJ1M。 - 8 - 3.5 I/O 模块
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