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1、 揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)汽車與電氣工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 作 者: 學(xué) 號(hào)： 教研室: 專 業(yè): 電氣自動(dòng)化 題 目: 基于PLC的全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)系統(tǒng)控制 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的

2、個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　

3、期：　　 　 　　  摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，工業(yè)電器全自動(dòng)化成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。全自動(dòng)洗衣機(jī)的產(chǎn)生極大的方便了人們的生活。經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，國(guó)產(chǎn)洗衣機(jī)無論在質(zhì)量上還是功能上都和世界領(lǐng)先水平同步。縱觀洗衣機(jī)市場(chǎng)，高效節(jié)能、省水、省電、環(huán)保型洗衣機(jī)一直在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位。 根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理,利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)控制,說明了PLC控制的原理方法,特點(diǎn)及控制洗衣機(jī)的特色。PLC的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長(zhǎng)等，為了進(jìn)一步提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用PLC來控

4、制全自動(dòng)洗衣機(jī)這個(gè)課題。全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)利用了西門子S7-200系列PLC的特點(diǎn),對(duì)按鈕,電磁閥,開關(guān)等其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時(shí)間由PLC內(nèi)計(jì)數(shù)器控制,所以只要改變計(jì)數(shù)器參數(shù)就可以改變時(shí)間?？梢园焉厦嬖O(shè)定的程序時(shí)間定下來,作為固定程序使用,也可以根據(jù)衣物的質(zhì)地,數(shù)量及油污的程度來編程。該論文就怎樣利用PLC來控制全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)行了調(diào)查，對(duì)其中軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了分析和研究，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)的正常運(yùn)行和強(qiáng)制性停止功能。 關(guān)鍵字：PLC、工業(yè)全自動(dòng)洗衣機(jī)、節(jié)能

5、 目錄 第一章 項(xiàng)目概述 1 1.1 全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)的介紹 1 第二章 性能指標(biāo) 3 2.1 全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)的主要性能指標(biāo) 3 第三章 設(shè)計(jì)方案 5 3.1　可編程控制器概述 5 3.1.1.可編程控制器的主要特點(diǎn) 5 3.1.2.可編程控制器主要用途 6 3.1.3 可編程控制器的組成 7 3.1.4　可編程控制器的工作原理 9 3.1.5 可編程控制器的選擇 10 3.2 變頻器概述 12 3.2.1　交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制 12 3.2.2　異步電動(dòng)機(jī)對(duì)供電裝置的要求 13 3.2.3　變頻器的控制方式及分類 14 3.2.4 變頻器

6、的選擇 14 第四章 設(shè)計(jì)正文 17 4.1 硬件設(shè)計(jì) 17 4.1.1 元件選型 17 4.1.1.1 輸入元件 17 4.1.1.2 輸出元件 18 4.1.1.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 18 4.2　硬件電路連接圖 20 4.2.1.主電氣原理圖 20 4.2.2.控制電氣原理圖（PLC接線圖） 21 4.3 軟件設(shè)計(jì) 21 4.3.1　洗衣各過程參數(shù)設(shè)置 21 4.3.2　各子程序介紹 23 第五章 總結(jié) 39 參考文獻(xiàn) 40 第六章 致謝 41 38 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第1章 項(xiàng)目概述

7、 1.1 全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)的介紹 工業(yè)洗衣機(jī)主要用于賓館、酒店、學(xué)校宿舍等需要洗衣量大、洗衣次數(shù)頻繁的地方，這就要求洗衣機(jī)的洗滌效果好、容量大、故障少、可靠性高、壽命長(zhǎng)、磨損小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)，正是基于這些要求，工業(yè)洗衣機(jī)才首選滾筒式結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代滾筒式洗衣機(jī)，一般采用不銹鋼內(nèi)、外筒密封設(shè)計(jì)，所以運(yùn)行時(shí)噪聲小；通過內(nèi)筒有規(guī)律的正、反滾動(dòng)形成的水流沖擊，使水、衣物相互摩擦，這樣柔和的洗滌衣物，使磨損大大降到，而且不會(huì)纏繞，可以減小衣物的報(bào)廢率，對(duì)酒店等節(jié)約成本，具有直接的經(jīng)濟(jì)意義。 傳統(tǒng)工業(yè)洗衣機(jī)的程序控制器與水位、水溫等控制是分開的，目前已淘汰，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)與PLC已成為洗

8、衣機(jī)的主流控制器。單片機(jī)就是在一片半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器、存儲(chǔ)器和各種I/O接口，這一塊集成電路芯片具有一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的屬性。它主要用于測(cè)控領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)各種測(cè)試和控制功能。單片機(jī)體積小，集成度高，性能穩(wěn)定，種類多，價(jià)格便宜，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但是它只能在特定的環(huán)境中使用，無法適應(yīng)電磁干擾、粉塵惡劣的環(huán)境，另外壽命也不很高，這些特點(diǎn)滿足家用洗衣機(jī)（產(chǎn)量多、價(jià)格低）的要求，所以市場(chǎng)上家用洗衣機(jī)常使用單片機(jī)作控制器。變頻洗衣機(jī)產(chǎn)品具有節(jié)能、超低噪音、可變水流、高脫水轉(zhuǎn)速等特點(diǎn)，最大的特點(diǎn)就是噪音低，而PLC專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它的穩(wěn)定性高，抗干擾性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，輸入輸出接口多，

9、雖然其價(jià)格比單片機(jī)高，但適合工業(yè)洗衣機(jī)的需要，再加上工業(yè)洗衣機(jī)利潤(rùn)高，因此現(xiàn)代工業(yè)洗衣機(jī)普遍采用PLC控制。 工業(yè)洗衣機(jī)的洗滌工藝一般由正反轉(zhuǎn)洗滌、排水和脫水等幾部分組成，整個(gè)洗滌控制的關(guān)鍵是低速洗滌時(shí)有很平滑的力矩以及脫水時(shí)有很高的旋轉(zhuǎn)速度。洗衣機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，在洗滌和脫水時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速相差很大，一般為三相異步電機(jī)采用離合器切換運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，而且由于負(fù)載很大，為了獲得大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要采用串大電阻電機(jī)，減速時(shí)還另需制動(dòng)裝置，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，這種系統(tǒng)已不合洗衣機(jī)的發(fā)展要求。 本設(shè)計(jì)采用Siemens S7-200 PLC和MM440型變頻器作為工業(yè)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)。可編程

10、控制器的使用提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；變頻器的使用顯著提高了工業(yè)洗衣機(jī)的性能，可用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)從低速到高速大范圍調(diào)節(jié)，滿足低速洗滌大轉(zhuǎn)矩和高速脫水的要求，且傳動(dòng)裝置可做得很小，控制性能和操作性能大幅提高。 第2章 性能指標(biāo) 2.1 全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)的主要性能指標(biāo) 洗衣機(jī)要完成洗衣工作，除了對(duì)一般洗衣過程的人工工作及效能進(jìn)行模擬之外，還要根據(jù)洗衣機(jī)的機(jī)械電子性質(zhì)進(jìn)行有關(guān)控制和檢測(cè)。首先要求能完成洗衣功能；同時(shí)還要根據(jù)用戶的不同需求，設(shè)置幾種不同的洗衣程序；還要考慮洗滌時(shí)間長(zhǎng)短，決定洗滌的強(qiáng)弱情況。 （1）洗滌強(qiáng)度分類：可分為

11、三種弱洗、標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)洗。由于衣物有臟污程度之分，對(duì)于不同的衣物如果還是按同一種強(qiáng)度進(jìn)行洗滌的話，這樣對(duì)不臟的衣物洗滌便浪費(fèi)電能和時(shí)間，而對(duì)于太臟的衣物洗滌效果又不佳。所以應(yīng)就衣物臟污程度洗滌不同的時(shí)間。為實(shí)現(xiàn)三種輸入，可選用一個(gè)單輸入的選擇開關(guān)對(duì)應(yīng)三種強(qiáng)度洗滌。 （2）三種工作方式：全自動(dòng)、單漂洗、單脫水、單排水。洗衣機(jī)主要用于全自動(dòng)洗衣，有時(shí)人們生活需要如對(duì)某些衣物只需脫水等，所以考慮附加一些工作方式。為實(shí)現(xiàn)這三種功能，我們選用三個(gè)按鈕，當(dāng)需要那種方式時(shí)便按相應(yīng)按鈕便可。 （3）織物類型選擇功能：不同類型的衣物，所能承受的最高溫度不一樣，同時(shí)脫水的轉(zhuǎn)速也不一樣，織物纖維分為四種： 1)棉

12、纖維　它由纖維素巨分子相互聯(lián)接而成的束狀物，并相互環(huán)繞成卷曲帶狀，其本身有豐富的毛細(xì)管孔道，所以它的吸水性很強(qiáng)，并能在水中膨大，對(duì)極性污垢的吸附力較強(qiáng)，對(duì)非極性污垢吸附力稍弱。常在高溫下對(duì)其洗滌，并且脫水速度高才能脫干。 2)羊毛纖維　羊毛纖維是由羊毛蛋白質(zhì)分子聚結(jié)而成，其表面有一層鱗片緊密覆蓋，可防止污垢的侵入，故較易洗凈。但如果鱗片被破壞時(shí)就易污染，這時(shí)就不易洗凈，溫度高的話就易使其變形。并且羊毛纖維吸水性很強(qiáng)，分子之間的引力了比棉纖維大，吸附油污比棉纖維多。羊毛纖維只能在低溫下洗滌。 3)絲纖維　它也是一種蛋白質(zhì)纖維，表面比較光滑，污垢附著較輕，易于濕潤(rùn)，也易于洗滌。同時(shí)脫水也容易，

13、因此常在低溫下洗滌，低速下就能脫干。它與羊毛纖維性質(zhì)類似，可合為一類。 4)化學(xué)纖維　它可分為人造纖維（棉纖維相似，但表面光滑，不易沾污，較易洗凈）和合成纖維（以石油化工產(chǎn)品為原料制成，疏水性高，所以洗后干燥極快，其表面光滑，不易沾污）兩種，此類衣物，常使用中等溫度下洗滌，脫水也要較高轉(zhuǎn)速才能脫干。 所以衣物大體可分為四種：純棉類、化纖類、羊毛類、化學(xué)纖維類。洗滌時(shí)，先對(duì)衣物做好分類，這樣采用不同的洗滌溫度和脫水速度進(jìn)行針對(duì)性地對(duì)待，才能在不損傷衣物的情況下，清得更干凈。 （4）停止功能：在出現(xiàn)意外或需要停止時(shí)，可按停止按鈕停止。用一個(gè)按鈕輸入便可。 （5）聲光提示功能：對(duì)于洗衣的工作

14、狀態(tài)有指示燈提示。同時(shí)洗完后應(yīng)有聲音提示。 第三章 設(shè)計(jì)方案 3.1　可編程控制器概述 可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC（Program Logic Control）。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的對(duì)PLC的定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。由此可知，

15、PLC是專為“工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”，“易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一體”。 3.1.1.可編程控制器的主要特點(diǎn) （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。繼電器接觸器系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在PLC系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加上PLC充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，因而具有極高的可靠性。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，其平均無故障時(shí)間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時(shí)，有的甚至達(dá)到了幾十萬小時(shí)。 （2）適應(yīng)性強(qiáng)，

16、應(yīng)用靈活。由于PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡(jiǎn)各異的控制要求。重要的是，PLC系統(tǒng)接線很少，其主要功能是通過程序?qū)崿F(xiàn)的，在需要修改設(shè)備的控制功能時(shí)，只要修改程序，修改接線的工作量很小。 （3）功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。PLC中含有數(shù)量巨大的供用戶使用的編程軟元件，可輕松的實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的控制。PLC配合功能單元能方便地實(shí)現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換及PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它不僅可以控制一臺(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。它不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還

17、可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控。 （4）維修方便，簡(jiǎn)單，工作量少。PLC有完善的自診斷、履歷情報(bào)存儲(chǔ)及監(jiān)視功能。對(duì)于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點(diǎn)狀態(tài)均有顯示。工作人員通過這些信息可以查找故障原因，便于迅速處理。 （5）編程簡(jiǎn)單，易于使用。易于使用PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎。 （6）體積小，能耗低，易于機(jī)電一體化。 3.1.2.可編程控制器主要用途 （1）數(shù)字量邏輯控制：這是PLC應(yīng)用最廣的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器控制。含觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及組合邏輯或控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)控制等。PLC可應(yīng)用于單片機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制。其

18、應(yīng)用領(lǐng)域已遍布各行各業(yè)，甚至深入到家庭。 （2）運(yùn)動(dòng)控制：PLC使用專用運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度運(yùn)行控制，可實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸控制。使運(yùn)動(dòng)控制與邏輯控制結(jié)合起來，可編程運(yùn)動(dòng)控制可以用于各種機(jī)械，如機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等。 （3）過程控制：通過模擬量I/O模塊，PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID功能的提供使PLC具有閉環(huán)控制能力，可用于過程控制。使PLC廣泛地應(yīng)用于塑料成型、加熱爐、熱處理設(shè)備、鍋爐及輕化工、冶金、電力等行業(yè)。 （4）數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代可編程控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、查表、排序、位操作等工能，可

19、以完成數(shù)據(jù)的采集及處理。運(yùn)算數(shù)據(jù)可以與參考值比較用于控制，也可以通過通信傳送給其他智能裝置，或?qū)?shù)據(jù)打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如過程控制系統(tǒng)、無人柔性控制系統(tǒng)等。 （5）通信聯(lián)網(wǎng)：可編程控制器通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)可編程控制器之間的通信、可編程控制器與其他智能控制設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置之間的通信，這些設(shè)備由于網(wǎng)絡(luò)組成集中管理分散控制的分布式控制系統(tǒng)，極大地提高了控制的可靠性。 3.1.3 可編程控制器的組成 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，PLC可分為整體式（單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類： （1）整體式結(jié)構(gòu)的PLC將中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元

20、、輸出單元、電源、通信端口、I/O擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)，另外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊等與主機(jī)配合使用。整體式PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，小型機(jī)常采用這種結(jié)構(gòu)，其組成示意圖見圖1－1所示。 圖3－1　整體式PLC的組成示意圖 （2）組合式的PLC是將CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O單元、通信單元等分別做成單個(gè)的電路或模塊，各模塊可以插在帶有總線的底板上。組合結(jié)構(gòu)PLC的特點(diǎn)是配置靈活，輸入接點(diǎn)、輸出結(jié)點(diǎn)的數(shù)量可靈活選擇，各種功能模塊可以依需要配置，中、大型常用組合式結(jié)構(gòu)。 可編程控制器主要組成部分介紹： （1）中央處理器（CPU） CPU是PLC的核

21、心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作。主要用途如下： 1)接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)； 2)用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器)； 3)監(jiān)測(cè)和診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和用戶編程過程中的語法錯(cuò)誤等； 4)執(zhí)行用戶程序。從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳送和存儲(chǔ)等功能； 5)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器表的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 （2）存儲(chǔ)器 PLC使用的物理存儲(chǔ)器有隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），只讀存儲(chǔ)器（ROM）及可電擦

22、除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM或EPROM）等。從用途上分系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分，系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改，它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和功能存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。 （3）輸入、輸出接口 輸入輸出接口是PLC與外界連接的接口，含開關(guān)量接口及模擬量接口。開關(guān)量輸入接口用來連接鈕、選擇開頭、行程開關(guān)等開關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入接口用來連接電位器、傳感器等模擬輸入信號(hào)。開關(guān)量輸出接口用來連接接觸器、電磁閥及指示燈等執(zhí)行器件；模擬量輸出接口連接使用模擬量控

23、制的調(diào)節(jié)閥及調(diào)速裝置等。 常用開關(guān)量輸入單元有直流輸入單元與交流輸入單元。常用的開頭量輸出單元有三種，可分為晶體管輸出單元、晶閘管輸出單元、繼電器輸出單元。 1)晶體管輸出單元：輸出器件為晶體管，只能用于直流負(fù)載，它最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻運(yùn)作，響應(yīng)時(shí)間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶DC5-30V的負(fù)載。 2)晶閘管輸出單元：輸出器件是晶閘管，帶負(fù)載能力為0.2A/點(diǎn)，只能帶交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為1ms。 3)繼電器輸出單元：輸出器件為繼電器，優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2A/點(diǎn)，其不適用于高頻動(dòng)作的負(fù)載，這是其壽命決定

24、的，響應(yīng)時(shí)間為10ms其壽命一般在幾十萬至幾百萬次之間。當(dāng)系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時(shí)，應(yīng)首先選繼電器輸出。 （4）電源 PLC使用220V或24V直流電源。內(nèi)部開關(guān)電源為各部分電路提供5V、12V、24V直流電源。其中5V電源一般用于CPU及擴(kuò)展模塊的工作電源。 小型PLC一般都為輸入輸出電路和外部電子傳感器提供24V直流電源，驅(qū)動(dòng)輸出口的交直流電源一般由用戶另行解決。但是PLC提供的電源的負(fù)載能力都是有限的，在配置時(shí)不能超載工作，例如本門子S7-200系列PLC的CPU內(nèi)部電源24V DC輸出最大電流為400mA，CPU及擴(kuò)展模塊所消耗的電流總和不能大于此值。當(dāng)傳感器的電流較大時(shí)，

25、可以考慮使用外部24V電源，另外還要注意電源線的接法，外部電源不應(yīng)和內(nèi)部電源線并聯(lián)連接，以避免影響它們各自的輸出。 3.1.4　可編程控制器的工作原理 作為電器控制裝置，可編程控制器必須接入電路，與主令器件、傳感器件及執(zhí)行器件共同構(gòu)成系統(tǒng)才能承擔(dān)控制任務(wù)。應(yīng)用程序是控制的核心，它是輸入輸出單元聯(lián)系紐帶。PLC的運(yùn)行過程，請(qǐng)見圖3－2所示。 圖3－2　PLC運(yùn)行框圖 上電處理是PLC上電后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定等。掃描階段因執(zhí)行系統(tǒng)和應(yīng)用程序而得名，在每次執(zhí)行系統(tǒng)程序前先完成與其它外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新，而執(zhí)

26、不執(zhí)行應(yīng)用程序還與CPU的運(yùn)行方式有關(guān)，掃描階段主要分三部分： 輸入采樣階段：PLC掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入輸入映像寄存器中，此時(shí)刷新輸入映像寄存器，在本次掃描周期內(nèi)，不管輸入信號(hào)如何變化它的內(nèi)容將不再改變，只有到下一個(gè)掃描周期時(shí)再更新。 程序執(zhí)行階段：根據(jù)指令一條一條掃描執(zhí)行，當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的輸入狀態(tài)，從相關(guān)元件映像寄存器“讀入”這些元件的狀態(tài)，然后進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，結(jié)果再存入相應(yīng)的元件寄存器中。所以元件寄存器在程序執(zhí)行過程中會(huì)不斷的變化。 輸出刷新階段：在所有指令執(zhí)行完畢后，將元件映像寄存器中所有輸出元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)

27、到輸出鎖存器中，并通過輸出接口單元輸出。 3.1.5 可編程控制器的選擇 I/O分配表 I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個(gè)輸入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)。考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上再加上20%—30%的備用量。 表3－3　PLC地址分配表 符號(hào) 地址 功能說明 選擇開關(guān)SA1 I0.0 帶沖洗功能選擇 選擇開關(guān)SA2 I0.1 帶漂洗功能選擇 按鈕SB1 I0.2 啟動(dòng)

28、洗衣機(jī)為全自動(dòng)方式運(yùn)行 按鈕SB2 I0.3 啟動(dòng)洗衣機(jī)為單排水方式運(yùn)行 按鈕SB3 I0.4 啟動(dòng)洗衣機(jī)為單脫水方式運(yùn)行 位置開關(guān)SQ1 I0.5 低水位檢測(cè)輸入 位置開關(guān)SQ2 I0.6 中水位檢測(cè)輸入 位置開關(guān)SQ3 I0.7 高水位檢測(cè)輸入 選擇開關(guān)SA3 I1.0 選擇弱洗 I1.1 選擇標(biāo)準(zhǔn) I1.2 選擇強(qiáng)洗 選擇開關(guān)SA4 I1.3 選擇純棉類 I1.4 選擇化纖類 I1.5 選擇羊毛類 按鈕SB4 I2.0 使系統(tǒng)停止的輸入 電磁閥YV1 Q0.0 用于進(jìn)水控制 電磁閥YV2 Q0.1 用于控制是否沖

29、入預(yù)洗液 電磁閥YV3 Q0.2 用于控制是否沖入主洗液 電磁閥YV4 Q0.3 用于控制是否沖入漂白液 電磁閥YV5 Q0.4 用于排水控制 指示燈HL1 Q0.5 用于指示電源 指示燈HL2 Q0.6 表示洗衣機(jī)正處在全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 指示燈HL3 Q0.7 表示洗衣機(jī)正處在單排水運(yùn)行狀態(tài) 指示燈HL4 Q1.0 表示洗衣機(jī)正處在單脫水運(yùn)行狀態(tài) 揚(yáng)聲器Y1 Q1.1 用于發(fā)出聲音，提示洗完 繼電器KM1 Q2.0 用于控制加熱電源的開與斷 PLC通訊口1（地） 接MM440變頻器的 2（地） PLC通訊口3（A） 接MM4

30、40變頻器的29（P+） PLC通訊口8（B） 接MM440變頻器的30（P-） 我們選用西門子公司S7-200系列PLC中的CPU224。它是一種整體式結(jié)構(gòu)的小型PLC，有14個(gè)數(shù)字輸入接口，10個(gè)輸出接口，CPU226雖然在數(shù)字量輸入輸出（24入/16出）上，不用擴(kuò)展就能滿足需求，但它比CPU224要貴得多，所以考慮到成本方面PLC選用CPU224型，同時(shí)擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字輸入輸出接口模塊EM223(4入/4出)；對(duì)于變送器送過來的標(biāo)準(zhǔn)傳感器4~20mA模擬信號(hào)，我們選用EM231模擬量擴(kuò)展模塊（4路模擬量輸入口）。這樣對(duì)于數(shù)字輸入輸出空余3入/3出，模擬量輸入空余2路，以作備

31、用。 PLC的輸入接口有開關(guān)量接口及模擬量接口兩類，而常用開關(guān)量接口又有直流輸入單元與交流輸入單元之分，由于此次設(shè)計(jì)的都是24V的直流開關(guān)信號(hào)，所以采用直流輸入單元。而開關(guān)量輸出單元，既有直流輸出又有交流輸出，同時(shí)要求輸出量的變化不是很頻繁，所以在此選用繼電器輸出電路。 對(duì)于SIEMENS S7-200系列PLC，用該公司專用的編程器STEP 7-Micro/WIN V4.0編寫相應(yīng)的程序。 3.2 變頻器概述 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能

32、。通用變頻器是將固定頻率輸入的交流電源變換為可變頻率交流電輸出的電力電子設(shè)備。下面介紹變頻器的控制方式。 3.2.1　交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制 從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國(guó)是50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速： （2-1） 式中：N1為同步轉(zhuǎn)速，r/min；f1為定子電流頻率，Hz；P為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： （2-2） 式中：S為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，，一般小于3％。 以上兩式說明，無論是同步電動(dòng)機(jī)還是異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速都與送入電動(dòng)機(jī)的電流頻率成正比例變化，即改變電源頻率可以方便地

33、改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。 3.2.2　異步電動(dòng)機(jī)對(duì)供電裝置的要求 三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為： （2-3） 式中：E1為氣隙磁通在定子每相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，V；f1為定子頻率，Hz；N1為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；kr1為與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；ΦM為每極氣隙磁通量，Wb。由式2-3可知，如果每相電動(dòng)勢(shì)的有效值E1不變，改變定子頻率時(shí)就會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況： （1）如果f1大于電動(dòng)機(jī)的額定頻率f1N，氣隙磁通就會(huì)小于定額氣隙磁通量ΦMN，結(jié)果是盡管電動(dòng)機(jī)的鐵芯沒有得到充分利用，但在機(jī)械特性允許的條件下長(zhǎng)期使用，電動(dòng)機(jī)不會(huì)損壞。 （

34、2）如果f1小于電動(dòng)機(jī)的額定頻率f1N，那么氣隙磁通就會(huì)大于額定氣隙磁通量ΦMN，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的鐵芯產(chǎn)生過飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電動(dòng)機(jī)。 因而在保障電動(dòng)機(jī)不因電流加大而過載且充分利用電動(dòng)機(jī)磁路的前提下，變頻調(diào)速時(shí)，電源的電壓與頻率最好同時(shí)變化，有以下兩種情況： （1）基頻以下調(diào)速 要保持ΦM不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時(shí)必須同時(shí)降低E1，使常數(shù)，這就是采用電動(dòng)勢(shì)與頻率之比恒定的方式。 （2）基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從f1N往上增高，但電壓V1卻不能超過額定電壓V1N，最多只能保持。由式2-3可知，這將迫使磁通隨頻率的升高而降低

35、，當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速的情況。 綜上可知，異步電動(dòng)機(jī)可以有基頻以上調(diào)速及基頻以下兩種調(diào)速方式?；l以上電壓基本不變，弱磁而為恒功率調(diào)速?；l以下則需電壓與頻率同步變化，磁通不變，為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。由此可知，變頻調(diào)速的供電裝置必須具有以上功能才能滿足電動(dòng)機(jī)的要求，這樣的裝置稱為變壓變頻裝置，變壓變頻也是通用變頻器工作的基本模式。 3.2.3　變頻器的控制方式及分類 如何實(shí)現(xiàn)變壓變頻，輸出平滑規(guī)則的正弦波形，實(shí)現(xiàn)良好的驅(qū)動(dòng)性能，是變頻器的根本任務(wù)，變頻器控制中出現(xiàn)了多種控制方式，現(xiàn)在此做一簡(jiǎn)單介紹： （1）控制 即電壓與頻率成比例變化控制。其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低、機(jī)械特性硬

36、度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求。 （2）轉(zhuǎn)差頻率控制 從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率確定變頻器輸出頻率的控制方式。 （3）矢量控制（VC） 矢量控制將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計(jì)算出定子電流的磁場(chǎng)分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。 （4）直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC） 轉(zhuǎn)矩控制把轉(zhuǎn)矩作為直接被控量，而不是通過控制電流及磁鏈間接控制轉(zhuǎn)矩。 3.2.4 變頻器的選擇 由于洗衣機(jī)在洗滌時(shí)桶內(nèi)有大量水，對(duì)電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩要求較高。對(duì)于這一點(diǎn)可選用與西門子PLC相配套

37、的變頻器MM440，它是一種矢量型通用變頻器，具有良好的低速高轉(zhuǎn)矩輸出及良好的動(dòng)態(tài)性能。MM440變頻器的輸出頻率控制有以下四種方式： （1）基本操作面板（BOP）操作方式 這是通過操作面板上的按扭手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率的操作方式，這種方式在此不適合自動(dòng)調(diào)節(jié)。 （2）外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式 變頻器通常設(shè)有多段固定頻率選擇操作功能。各固定頻率值通過功能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。由于這種方式所能實(shí)現(xiàn)的頻率個(gè)數(shù)有限，所以不采用這種方式。 （3）外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式 MM440設(shè)有模擬量輸入端子，當(dāng)接在這些端子上的電流或電壓量在一定的范圍內(nèi)平滑變化時(shí)，變頻器的輸

38、出頻率在一定的范圍內(nèi)平常變化。這類方式可由PLC擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸出模塊，輸了模擬量來控制變頻器，這種方法缺點(diǎn)是要擴(kuò)展一個(gè)模塊，從而增加了成本。 （4）通信數(shù)字量操作方式 為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都可以通過通信方式接收頻率控制指令，西門子公司設(shè)計(jì)了與PLC專用的通信協(xié)議——通用的串行口協(xié)議（USS），它是按照串行總線的主-從通訊原理來確定訪問的方法。總線上可以連接一個(gè)主站和最多31個(gè)從站。主站根據(jù)通訊報(bào)文中的地址字符來選擇要傳輸數(shù)據(jù)的從站。在主站沒有要求它進(jìn)行通訊時(shí)，從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)，各個(gè)從站之間也不能直接進(jìn)行信息的傳輸。 這種方法可以通過指令設(shè)置想要的頻率輸

39、出，只需用一根通信線把PLC與變頻器連接起來便可。所以比較四種方式，選用通信數(shù)字量操作方式最好。 S7-200系列PLC安裝的是標(biāo)準(zhǔn)的9針“D型”插頭/座，為了解方便設(shè)備的連接，西門子公司提供了專用的網(wǎng)絡(luò)連接器，用于連接RS—485接口設(shè)備。而變頻器MM440有相應(yīng)的RS—485通信端口，所以只需用相應(yīng)電纜將CPU224與MM440的端子1與2、3與29、8與30相連就能實(shí)現(xiàn)硬件上的通信。 變頻器MM440要實(shí)現(xiàn)USS通信還得對(duì)其相關(guān)參數(shù)設(shè)置事先置，請(qǐng)使用變頻器自帶小鍵盤設(shè)定表3－1中相關(guān)的參數(shù)。 表3－1　變頻器參數(shù)設(shè)定 參數(shù)號(hào) 設(shè)定值 功能說明 P0003 3 專家模式，

40、使能讀/寫所有參數(shù) P0004 20 通迅 P0100 0 輸入交流電率（50Hz） P0300 1 電動(dòng)機(jī)類型（異步電動(dòng)機(jī)） P0304 380 電動(dòng)機(jī)額定電壓設(shè)定 P0305 15.4 電動(dòng)機(jī)額定電流設(shè)定 P0307 7.5 電動(dòng)機(jī)額定功率設(shè)定 P0308 0.85 電動(dòng)機(jī)額定功率因素設(shè)定 P0309 87% 電動(dòng)機(jī)效率設(shè)定 P0310 50 電動(dòng)機(jī)額定頻率設(shè)定 P0311 1440 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速設(shè)定 P0700 5 USS對(duì)變頻器進(jìn)行控制 P1000 5 USS通迅發(fā)送頻率設(shè)定值 P1300 0 線性v/f控

41、制方式 P2010 6 變頻器USS波特率設(shè)為9600 P2011 0 變頻器從站USS節(jié)點(diǎn)地址（0~30） 第四章 設(shè)計(jì)正文 4.1 硬件設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)各種控制功能，在此對(duì)PLC、變頻器等器件進(jìn)行選型和電路連接，在硬件上實(shí)現(xiàn)控制功能要求。 4.1.1 元件選型 根據(jù)控制要求確定，相應(yīng)的輸入與輸出，主要選擇PLC、變頻器和電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。 4.1.1.1 輸入元件 由控制要求我們可以選擇4個(gè)按鈕(SB)作為程序選擇和暫停，選用三個(gè)位置開關(guān)（SQ）作為高、中、低水位的輸入，選

42、用二個(gè)3輸入的選擇開關(guān)(SA)用于選擇所洗衣物的類型、洗滌強(qiáng)度。 （1） 按扭（SB）　按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的手動(dòng)主令電器，當(dāng)按鈕被按下時(shí)，先斷開常閉觸點(diǎn)，然后才接通常開觸點(diǎn)。按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧作用下使觸點(diǎn)復(fù)位。在沒有按動(dòng)按鈕時(shí)，接在常開觸頭接線柱上的線路是斷開的，常閉觸點(diǎn)接線柱的線路是接通的；當(dāng)按下按鈕時(shí)，兩種觸點(diǎn)狀態(tài)改變，同時(shí)也使與之相連的電路狀態(tài)改變?；诎粹o的這種不按常開觸點(diǎn)不通，按下導(dǎo)通后一旦放手又還原為不導(dǎo)通，這種優(yōu)點(diǎn)正適合用來做選擇全自動(dòng)、單排水、單脫水、停止這四種功能的輸入主令電器。 （2）位置開關(guān)（SQ）　滾筒式洗衣機(jī)一般使用水位控制器來檢測(cè)水位。水位控制器由動(dòng)靜觸點(diǎn)、

43、橡膠氣模片和氣室等組成，它安裝在洗衣機(jī)的上部，通過一根密封的導(dǎo)管與洗衣機(jī)的外桶（盛水桶）底部的貯氣室相連，形成氣路。當(dāng)水注入外桶時(shí)，貯氣室被封閉，隨著水位的升高，密閉室內(nèi)的空氣氣壓隨水壓成正比例增大，密閉室內(nèi)的空氣壓力也隨之增大，到一定水位后，空氣壓力使橡膠氣模片發(fā)生形變而推動(dòng)電觸點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)接通，從而使洗衣機(jī)檢測(cè)到相應(yīng)的水位。由于有三種水位（高、中、低），所以要采用三個(gè)水位控制器。我們選用3個(gè)位置開關(guān)表示水位控制器的動(dòng)靜觸點(diǎn)。 （3）選擇開關(guān)（SA）　開關(guān)是一種有別于按鈕的主令電器，開關(guān)有很多種，最簡(jiǎn)單開關(guān)只表示兩種狀態(tài)——開與關(guān)，按下后常開觸點(diǎn)閉合，電路接通，

44、放手后，開關(guān)不會(huì)像按鈕那樣自動(dòng)復(fù)位，仍保持開的狀態(tài)。對(duì)于帶沖洗與帶漂洗這兩種功能的輸入控制可以選用開關(guān)來做主令器件。 對(duì)于電路中，希望選擇性的導(dǎo)通其中一路，那么可以使用選擇開關(guān)。對(duì)于洗滌強(qiáng)度、衣物分類這兩種功能的實(shí)現(xiàn)，可以選擇兩個(gè)三選一的選擇開關(guān)，作為輸入。 4.1.1.2 輸出元件 （1）繼電器（KM）。電磁式繼電器是用來接通與分?jǐn)嘭?fù)荷電流的電磁式電器，用于控制加熱電源的開與斷。它主要由線圈、鐵芯、銜鐵、動(dòng)靜觸點(diǎn)、彈簧等組成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由電磁感應(yīng)原理可知，線圈引銜鐵帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合；當(dāng)線圈失電時(shí)，銜鐵在彈簧的復(fù)位用力下迅速使常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。

45、 （2）電磁閥（YV） 電磁閥的工作原理與繼電器差不多，只是它可能使相應(yīng)的閥門打開和關(guān)閉。進(jìn)水與出水都可以使用電磁閥來實(shí)現(xiàn)，洗滌液也是通過電磁閥來打開閥門，用水將其沖入洗衣機(jī)的。在這里主要作用：用于進(jìn)水控制、用于控制是否沖入預(yù)洗液、用于控制是否沖入主洗液、用于控制是否沖入漂白液的控制。 （3）指示燈（HL）　用來指示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。選用4個(gè)指示燈分別用作電源指示（表示洗衣機(jī)電源已接通，等待選擇以全自動(dòng)、單排水、單脫水三者中的那種工作方式運(yùn)行）、全自動(dòng)運(yùn)行指示、單排水指示、單脫水指示。對(duì)于洗衣機(jī)的運(yùn)行指示選用24V的指示燈便可。 （4）揚(yáng)聲器（

46、Y）　用于發(fā)出聲音，提示洗完。聲音提示選用一個(gè)24V供電的揚(yáng)聲器。 4.1.1.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 這里設(shè)計(jì)的工業(yè)洗衣機(jī)容量為300公斤，對(duì)此選用Y132M-4型異步電動(dòng)機(jī)（圖4-1），相關(guān)參數(shù)為：額定功率為7.5kW、額定電壓為380V、額定電流為15.4A、額定轉(zhuǎn)速為1440rpm（r/min）功率因素為0.85、效率為87%。 由于洗衣機(jī)容量為300kg，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩理論上為： 式中：TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Nm；F為力，N；r為圓心到力的有效距離，m；，D為圓柱的直徑，設(shè)為兩米，由于圓柱類物體其重力在數(shù)學(xué)微積分算得在其半徑的一半處，所以，，為重力加速度。 而電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為：

47、 輸出轉(zhuǎn)矩比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，所示能帶動(dòng)，同時(shí)有一定的余量，是考慮到傳動(dòng)裝置、摩擦等因素要有一定的阻轉(zhuǎn)矩。 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器頻率關(guān)系計(jì)算： 同步轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)差率： 轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系： 所以，轉(zhuǎn)速N與頻率f1；對(duì)應(yīng)關(guān)系請(qǐng)見表3－1所示： 表3－1　轉(zhuǎn)速N與頻率f1對(duì)應(yīng)表 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min） 40 70 600 800 1200 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min） 1.33 2.33 20.00 26.68 40.02 圖4-1 4.2　硬件電路連接圖 4.2.1.主電氣原理圖 三相異步電動(dòng)機(jī)由變頻器提拱可變頻率的交流電，以實(shí)現(xiàn)不同的

48、轉(zhuǎn)速，而變頻器由電網(wǎng)三相交流電供電。加熱管中的電阻絲用KM1控制其是否加熱，而KM1又由PLC控制其線圈通電。由220V交流電供電。主電路電氣原理圖請(qǐng)見圖4－2所示。 圖4－2　主電氣原理圖 4.2.2.控制電氣原理圖（PLC接線圖） 數(shù)字輸入供電由24V直流電源，輸出除了繼電器KM1由220V電網(wǎng)供電外，其余也均用24V直流電供電。CPU224可以直接安裝在板上，也可以安裝在DIN導(dǎo)軌上，利用總線連接電纜，將CPU與擴(kuò)展模塊EM223、EM231連接起來。如圖4－3所示。 圖4－3　控制電路電氣原理圖—CPU224 AC/DC/Relay接線圖 “CPU224 AC/DC/Re

49、lay”中，AC表示CPU電源為220V交流電源，DC表示輸入口的電源類型為直流，Relay表示輸出口器件的類型為繼電器輸出電路。 4.3 軟件設(shè)計(jì) 在硬件電路上如何實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，這就是軟件的任務(wù)。軟件設(shè)計(jì)就是對(duì)控制器PLC編寫相應(yīng)的程序。通過這些程序控制PLC的輸出，使相應(yīng)的執(zhí)行元件如電磁閥、電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。下面通過對(duì)洗衣過程各種參數(shù)設(shè)置，然后用順序功能圖來表明軟件設(shè)計(jì)流程，最后用部分梯形圖實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)變頻器MM440的程序控制。 4.3.1　洗衣各過程參數(shù)設(shè)置 洗衣機(jī)洗凈衣物的過程實(shí)質(zhì)上是在化學(xué)力和機(jī)械力的共同作用下，將衣物上的污垢從衣物表面及纖維孔隙中拉擠出來的過程。在這

50、一過程中，通過水、洗滌劑和機(jī)械力三者結(jié)合溫度的作用，降低、削弱和破壞了污垢與織物間的所形成表面附著、機(jī)械附著、分子間引力結(jié)合和化學(xué)結(jié)合，使污垢脫離衣物，達(dá)到洗凈的目的。因此，把機(jī)械力、洗滌液（水與洗滌劑）、溫度看作洗滌過程的三要素。其中洗滌劑具有活化作用，而一定溫度的水起吸收污垢的媒介作用，機(jī)械力起揉搓作用。只有將機(jī)械力、洗滌液、溫度三者合理配置，洗衣機(jī)才能實(shí)現(xiàn)最快又最有效的洗凈衣物。機(jī)械力和洗滌液變化不大，經(jīng)常是提高溫度來實(shí)現(xiàn)，不同的類型的衣物，所能適應(yīng)的溫度不盡相同，在能適應(yīng)的最高溫度下洗滌，這樣可以更快的洗滌，同時(shí)潔凈效果好。 不同的洗衣過程，三要素的配合也不相同，有些不用加熱也不用加

51、洗滌劑，有些則需要，洗衣機(jī)常見洗衣過程如下： （1）預(yù)洗：常加入濕潤(rùn)劑等預(yù)洗劑預(yù)處理一下衣物，為主洗階段做準(zhǔn)備。有時(shí)在預(yù)洗前常加入沖洗階段，是因?yàn)閷?duì)于一些太臟的衣物，能夠沖去一些水溶性污垢，沉淀大部分不溶性污垢。 （2）主洗：常加入洗衣粉等來徹底去除污物。 （3）清洗：又稱漂洗，是把主洗所洗下的污物從衣物上清透干凈。通常清洗3次才能清洗掉大部分污物。 （4）脫水：通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使衣物中的水其甩干。有時(shí)主洗等過程結(jié)束時(shí)，也要脫水，只是最后一次清洗完后要徹底脫水，將衣物甩干。 上述過程只是洗凈衣物，但有時(shí)為了衣物的美觀，洗滌時(shí)也常加入一些特殊的洗滌劑，最常見的是漂白，它常安排在

52、主洗階段之后，通過加入相應(yīng)的漂白劑，來去除污垢洗去后留下的色斑，并增加衣物的觀賞感。漂白劑沒有清潔作用，并且漂白應(yīng)對(duì)不同的衣物分類進(jìn)行。洗衣各過程中的洗滌參數(shù)配置如表4－5所示。 表4－5　洗衣各過程中的洗滌參數(shù) 參 數(shù) 過 程 是否加洗滌劑 進(jìn)水 水位 要求達(dá)到的溫度（℃） 正反洗滌時(shí)間（min） 純棉類 化纖類 羊毛類 弱洗 標(biāo)準(zhǔn) 強(qiáng)洗 （沖洗） 不加 高 冷水 冷水 冷水 5 5 5 預(yù)洗 加 中 40 40 40 2 3 5 主洗 加 低 90 60 40 10 15 20 （漂白） 加 低

53、 60 40 40 3 8 12 一次清洗 不加 高 冷水 冷水 冷水 5 5 5 二次清洗 不加 高 冷水 冷水 冷水 5 5 5 三次清洗 不加 高 冷水 冷水 冷水 5 5 5 三類織物最高脫水轉(zhuǎn)速也不一樣，同一脫水轉(zhuǎn)速脫水時(shí)間不一樣，那么脫水后衣物的干濕程度也不同，合理安排各脫水參數(shù)，來達(dá)到相應(yīng)的效果，表4－6為各過程脫水參數(shù)表。 表4－6　洗衣各過程中的脫水參數(shù) 參 數(shù) 過 程 洗滌轉(zhuǎn)速(rpm) 均布轉(zhuǎn)速(rpm) 均布時(shí)間(min) 最高脫水轉(zhuǎn)速（rpm） 脫水時(shí)間（min） 純棉類

54、 化纖類 羊毛類 （沖洗） 40 70 1 1200 800 600 不脫 預(yù)洗 40 70 1 不脫 主洗 40 70 1 3 （漂白） 40 70 1 2 一次清洗 40 70 1 3 二次清洗 40 70 1 3 三次清洗 40 70 1 10 4.3.2　各子程序介紹 順序功能圖上是順序控制程序組織的重要工具，由于它的編程方法規(guī)范，條理清楚，且易于化解復(fù)雜控制間的交叉聯(lián)系，使編程變得容易，在1994年5月公布的IEC可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)中，順序功能圖被確定為可編程控制器首位的編程語言。順序功能圖是將系統(tǒng)的一

55、個(gè)控制過程分為若干個(gè)順序相連的階段，這些分階段稱為步，也稱為狀態(tài)，并用編程元件來代表它。 下面介紹編寫的程序工作過程，用順序功能圖表示如下： 1) 主程序OB1 PLC的工作過程就是一個(gè)循環(huán)掃描的過程。如圖4－4所示：在CPU在轉(zhuǎn)為RUN狀態(tài)時(shí)，SM0.1接通一個(gè)掃描周期，轉(zhuǎn)到步S0.0，此時(shí)激活順控繼電器S0.0，這時(shí)調(diào)用初始化子程序SBR_0，用于傳遞用戶選擇數(shù)據(jù)、 對(duì)相關(guān)變量賦值等，初始化子程序SBR_0調(diào)用返回后，開始等待用戶指定工作方式：全自動(dòng)（SB1）、單排水（SB2）、單脫水（SB3）。按相應(yīng)的按鈕便激活相應(yīng)步序，其它兩步不激活，如按SB1（I0.2）便激活步S0.1，激活

56、步S0.1的同時(shí)復(fù)位順控繼電器S0.0，使其變?yōu)椴换顒?dòng)步，當(dāng)?shù)诙€(gè)掃描周期到來時(shí)由于SM0.1不導(dǎo)通，步S0.0便不能被激活，便屏蔽步S0.0中的內(nèi)容，直接轉(zhuǎn)到步S0.1（因?yàn)樵摬绞羌せ顮顟B(tài)，同時(shí)又沒轉(zhuǎn)到下一步），繼續(xù)往下掃描。如何用戶沒有按SB1，不進(jìn)行相關(guān)操作，那么PLC還是如此循環(huán)掃描，只是永遠(yuǎn)停留在步S0.0，直到有相關(guān)指令輸入才會(huì)跳出S0.0。 由于PLC是循環(huán)掃描的，同時(shí)掃描時(shí)間很短，一般在10ms~100ms之間，所以當(dāng)你按按鈕的時(shí)候PLC剛掃描過S0.0這一步，你完全不用擔(dān)心PLC沒采集到這一輸入信號(hào)，因?yàn)槿藗兺ǔ０匆幌掳粹o的時(shí)間比PLC循環(huán)掃描的時(shí)間大得多。 圖4－4　主

57、程序OB1順序功能圖 在主程序中使用子程序的優(yōu)點(diǎn)：可以節(jié)約掃描時(shí)間，同時(shí)可多次被調(diào)用，減少程序冗繁，更加簡(jiǎn)明易讀懂。 2)洗滌子程序SBR_11 不管沖洗、預(yù)洗、主洗、漂白、清洗都要用經(jīng)過洗滌這一過程，所以將其設(shè)為一個(gè)子程序，減少編程麻煩。如圖4－5所示：通過設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位M0.0，表示其開始。程序開始時(shí)，先暫停2s，使剛進(jìn)完水后，關(guān)閉電磁閥有一個(gè)緩沖時(shí)間。然后判斷調(diào)用前設(shè)置的標(biāo)志位M0.2，確定是不是需要加熱，要加熱的話同時(shí)給出加熱的溫度，再調(diào)用加熱子程序，當(dāng)加熱子程序SBR_12加熱到預(yù)設(shè)值后，便置位加熱完成標(biāo)志位M0.3，通過檢測(cè)M0.3的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)步的跳轉(zhuǎn)。 圖4－5　洗滌

58、子程序SBR_11順序功能圖 接下來通過T38來定時(shí)30 s，用于控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)12s后停3 s，然后反轉(zhuǎn)12 s，停3 s，完成一個(gè)正反周期。T38時(shí)間到后轉(zhuǎn)至下一步，復(fù)位T38，并且使洗滌時(shí)間VW34變量減少一個(gè)正反周期（30 s），比較VW34還大于0的話便繼續(xù)正反洗滌，直到洗滌時(shí)間到為止。 VW34洗滌時(shí)間變量存儲(chǔ)的是一個(gè)整數(shù)，它表示洗洗滌多長(zhǎng)時(shí)間，是30s的倍數(shù)。如洗滌10min，那么VW34的值為20。 3)洗后脫水子程序SBR_13 對(duì)于主洗、漂白、清洗過程洗后要進(jìn)行脫水，所以也將脫水這一過程設(shè)為一個(gè)子程序。圖4－6所示：調(diào)用該子程序前，先設(shè)置需要脫水的標(biāo)志位M0.1，這

59、樣洗后脫水子程序SBR_13運(yùn)行時(shí)通過檢測(cè)M0.1的上升沿轉(zhuǎn)入子程序的第一步S4.0。 圖4－6　洗后脫水子程序SBR_13順序功能圖 由于衣物在洗衣機(jī)內(nèi)不均勻分布，所以洗衣機(jī)的轉(zhuǎn)筒的重心不在轉(zhuǎn)軸上，這樣在極高的工作轉(zhuǎn)速下會(huì)產(chǎn)生很大的偏心激振，從而引起整體結(jié)構(gòu)的劇烈振動(dòng)。所以在高速脫水前先進(jìn)行一段時(shí)間的低速脫水過程即通常所說的均布排水過程。在脫水子程序中進(jìn)行一分鐘的70rpm（轉(zhuǎn)/分）的均布過程，然后以最高轉(zhuǎn)速VW2進(jìn)行脫水VW40分鐘。由于衣物不同，所允許的最高脫水轉(zhuǎn)速也不同，所以用一個(gè)變量VW2來代替，它的值在初始化子程序中早已根據(jù)輸入的信息賦值。脫水時(shí)間的長(zhǎng)短決定了衣物的干濕程度

60、，由于最后一次清洗要求將衣物脫干，所示脫水時(shí)間比相對(duì)較長(zhǎng)，而主洗、漂白時(shí)要求衣物稍微脫一下，所以時(shí)間較短，不同的脫水時(shí)間在調(diào)用脫水子程序前，通過對(duì)變量VW40來賦值便可。 脫水完畢后，延遲10s讓水流完，再關(guān)閉排水閥。 4)沖洗子程序SBR_6 沖洗的目的是濕潤(rùn)衣物，同時(shí)使不溶性污垢脫離衣物沉淀下來，水溶性污垢溶解脫離衣物，減少主洗階段使用洗滌劑量，這一步并不是必須的，在衣物太臟時(shí)才進(jìn)行，并且沖洗時(shí)不加入洗滌劑，而且不用脫水。 如圖4－7所示：沖洗第一步是進(jìn)水，當(dāng)進(jìn)到高水位時(shí)，便將沖洗這一洗滌過程將要洗滌的時(shí)間傳到洗滌子程序SBR_11，以便調(diào)用洗滌子程序。 圖4－7　沖洗子程序

61、SBR_6順序功能圖 5)預(yù)洗子程序SBR_7 預(yù)洗常加入預(yù)洗劑，常用的如濕潤(rùn)劑，對(duì)衣物不太臟時(shí)，常常是沖洗和預(yù)洗合在一個(gè)步驟來洗。圖4－8所示：預(yù)洗過程，與沖洗類似，只是進(jìn)水的同時(shí)，將預(yù)洗液電磁閥打開，讓水把事先倒入洗滌盒中預(yù)洗格子里的預(yù)洗液均勻沖進(jìn)滾筒中。 圖4－8　預(yù)洗子程序SBR_7順序功能圖 6)主洗子程序SBR_8 主洗應(yīng)根據(jù)衣物類型與臟污程度憑借人的經(jīng)驗(yàn)加入不同的適量洗滌劑（如洗衣粉等），同時(shí)配合不同的溫度和洗滌時(shí)間。洗衣機(jī)常安排低水位或中水位進(jìn)行洗滌，這是因?yàn)橹飨措A段要加熱，大量的水會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間加熱，而且衣物之間的摩擦也不充分，以致洗滌效果不好，同時(shí)大量的水對(duì)電

62、動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩要求也很高。 如圖4－9所示：洗滌階段與預(yù)洗差不多，只是進(jìn)水時(shí)是打開的主洗液電磁閥，將洗衣粉均勻沖入滾筒中，但洗后要脫水。脫水前先置位M0.1，并且將脫水時(shí)間傳給脫水子程序。這樣便調(diào)用脫水子程序進(jìn)行脫水操作。只需檢測(cè)洗后脫水子程序SBR_13最后一步S4.2的狀態(tài)，當(dāng)S4.2為1時(shí)，表明已脫完。 圖4－9　主洗子程序SBR_8順序功能圖 7)漂白子程序SBR_9 應(yīng)對(duì)不同的衣物進(jìn)行分類漂白，同時(shí)溫度、水量也要適度，常用低水位。如圖4－10所示： 圖4－10　漂白子程序SBR_9順序功能圖 8)清洗子程序SBR_10 清洗，又稱漂洗，是將主洗和漂白等過程加入的

63、洗滌劑和洗下的污垢全部清透干凈。一般來說應(yīng)清洗3次，同時(shí)應(yīng)用大量的水。因此洗衣機(jī)常用高水位洗滌。如圖4－11所示：清洗過程只需進(jìn)水，然后調(diào)用SBR_11子程序進(jìn)行清洗，隨后調(diào)用SBR_13進(jìn)行脫水，只是最后一次要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間脫水，將衣物甩干。 圖4－11　清洗子程序SBR_10順序功能圖 9) 加熱子程序SBR_12 如圖4－12所示：程序開始時(shí)便判斷采樣值VW30是否小于預(yù)期要加熱到的溫度值VW32，小于便開始加熱；大于便停止加熱，同時(shí)置位加熱結(jié)束標(biāo)志位M0.3，以便調(diào)用本加熱程序的程序?qū)崿F(xiàn)順序控制。 圖4－12　加熱子程序SBR_12梯形圖 10) 采樣子程序INT_0

64、 中斷對(duì)于計(jì)算機(jī)為應(yīng)對(duì)緊急事件而設(shè)立的一種運(yùn)行機(jī)制，但是并不一定在計(jì)算機(jī)的任何運(yùn)行時(shí)間點(diǎn)上都可以允許中斷的發(fā)生。對(duì)于PLC的應(yīng)用程序的運(yùn)行來說，任何時(shí)候都響應(yīng)內(nèi)部及外部的所有中斷稱為全局開中斷，任何時(shí)候都不響應(yīng)各種中斷稱為全局禁止中斷。當(dāng)PLC進(jìn)入RUN狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入全局中斷禁止?fàn)顟B(tài)，采樣子程序INT_0需要開放全局中斷，所示在主程序一開始就用全局中斷允許指令（ENI）開放全局中斷，如圖4-13所示，它應(yīng)先放在主程序最前面。 定時(shí)中斷用于定時(shí)采樣溫度與流量這兩個(gè)模擬量，而中斷連接指令A(yù)TCH在定時(shí)器0產(chǎn)生的中斷時(shí)（定時(shí)器0中斷事件號(hào)為10），連接采樣子程序INT_0。將采樣周期100ms寫

65、入SMB34，使定時(shí)到100ms時(shí)便產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，這時(shí)ATCH便將控制權(quán)交給采樣子程序INT_0，進(jìn)行采樣。定時(shí)器的增量為1ms。 圖4－13 采樣子程序INT_0的初始化梯形圖 如圖4－14所示：采樣子程序INT_0中，將采樣到的溫度值賦給VW32，采樣到的流量值賦給VW36，以供其它子程序調(diào)用這兩個(gè)參數(shù)。 圖4－14 采樣子程序INT_0梯形圖 第五章 總結(jié) 在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)三種織物進(jìn)行針對(duì)性的洗滌，這樣可以根據(jù)織物的特性，采取不同的溫度和脫水方案；通過加熱功能設(shè)置不同的水位洗滌，則可以節(jié)省大量的水資源和洗滌劑；西門子S7-200系列PLC通過USS協(xié)議，數(shù)字量方式控

66、制MM440變頻器，在硬件上只需一根電纜連接，在軟件上編程方便，而且調(diào)整易實(shí)現(xiàn)，調(diào)整范圍廣，另外變頻器的使用可簡(jiǎn)化洗衣機(jī)傳動(dòng)裝置，減少機(jī)械故障，還可省電。 此次設(shè)計(jì)還有許多不足，首先在洗滌時(shí)省去了許多檢測(cè)，比如滾筒內(nèi)泡沫多少、混濁度等，這樣會(huì)導(dǎo)致有時(shí)洗滌劑過量而浪費(fèi)、有些衣物沒洗凈等現(xiàn)象發(fā)生；其次控制系統(tǒng)中沒有顯示屏來顯示洗衣機(jī)所處的狀態(tài)信息；再次洗衣機(jī)在脫水時(shí)，程序設(shè)置不現(xiàn)實(shí)，還不能實(shí)現(xiàn)在最短時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地脫干。 以后的工業(yè)洗衣機(jī)將更加智能，通過各種傳感器檢測(cè)衣物布質(zhì)、布量、洗滌方式、混濁度等相關(guān)參數(shù)信號(hào)傳入PLC，然后經(jīng)過模糊決策的方法得出最佳洗滌策略，這樣可以實(shí)現(xiàn)水、溫度和洗滌強(qiáng)度最佳配合來合理洗滌，在洗凈的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最大可能節(jié)約水、電、洗滌劑等資源。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我深刻地體會(huì)到，在動(dòng)手設(shè)計(jì)以前，應(yīng)該進(jìn)行充分調(diào)查研究，根據(jù)所收集的資料進(jìn)行系統(tǒng)分析，在腦海中形成一個(gè)具體的結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行有計(jì)劃的實(shí)施。 在三年的學(xué)習(xí)中，我現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)我對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，專業(yè)知道方面范圍太小。我現(xiàn)在深深體會(huì)到，自己要想在專業(yè)方面有所作為，不僅要有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，注重實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度，還要有較為