題目:基于PLC的大型洗滌設(shè)備設(shè)計(jì)頁(yè)共36頁(yè)第一章課題研究背景與現(xiàn)狀1.1課題研究背景“洗滌設(shè)備”現(xiàn)在是每家必不可少的物件。他的出現(xiàn)方便了我們的生活，同時(shí)也提高我們的生活質(zhì)量。衣物不在需要我們手洗，只要放在洗滌設(shè)備中等待一段時(shí)間就會(huì)變得干凈。這是很多代人的智慧結(jié)晶。時(shí)代在不斷的變遷，洗滌設(shè)備也在不斷地升級(jí)換代，它正向著智能化、多樣化發(fā)展。說到洗滌設(shè)備的歷史，我想沒有幾個(gè)人清楚。1858年全球第一臺(tái)洗滌設(shè)備出現(xiàn)了，是一個(gè)名叫漢密爾頓·史密斯的美國(guó)人創(chuàng)造的，它的出現(xiàn)意味著洗滌設(shè)備拉開了歷史的帷幕。1874年美國(guó)人比爾·布萊克斯，在木桶的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出了木制手搖洗滌設(shè)備，“手洗時(shí)代”受到了空前絕后沖擊。在1880年蒸汽動(dòng)力開始替代人力，蒸汽洗滌設(shè)備就這樣出現(xiàn)在了美國(guó)，洗滌的方式也變成了“蒸汽洗”，實(shí)現(xiàn)了全球獨(dú)創(chuàng)。費(fèi)希爾在1910年的美國(guó)芝加哥，成功制造了第一臺(tái)電動(dòng)洗滌設(shè)備，電動(dòng)洗滌設(shè)備的問世標(biāo)志著自動(dòng)化的開始。隨著洗滌設(shè)備技術(shù)的快速發(fā)展，90年代，洗滌設(shè)備的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)了可變換、可調(diào)節(jié)?？茖W(xué)技術(shù)在不斷地進(jìn)步，洗滌設(shè)備將越來(lái)越智能化、便捷化。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工廠如雨后春筍般不斷涌出，極大地提高了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)。由于工廠人比較多這就帶來(lái)一個(gè)問題，即“廠服清洗”的問題。工廠的廠服較多，傳統(tǒng)的洗滌設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足工廠的需要，洗衣效率達(dá)不到。如果花錢請(qǐng)專業(yè)清洗公司的話，成本比較昂貴。現(xiàn)在就需要一種大型的洗滌設(shè)備，能夠滿足工廠需要的。工業(yè)洗滌設(shè)備的出現(xiàn)正好可以滿足且價(jià)格不高，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。1.2課題研究現(xiàn)狀目前工業(yè)洗滌設(shè)備的發(fā)展在世界各地區(qū)是不平衡的，工業(yè)洗滌設(shè)備最早出現(xiàn)在德國(guó)與意大利，他們是最早的工業(yè)洗滌設(shè)備制造商。我國(guó)由于歷史的原因在我國(guó)，工業(yè)洗滌設(shè)備的發(fā)展比較晚，家用洗滌設(shè)備也直到20世紀(jì)70年代才正式生產(chǎn)。不過隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)，我國(guó)工業(yè)洗滌設(shè)備的市場(chǎng)前所未有的熱鬧，工業(yè)洗滌設(shè)備的發(fā)展也迎來(lái)了高潮，國(guó)內(nèi)外的洗滌設(shè)備展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)了工業(yè)洗滌設(shè)備市場(chǎng)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步。目前工業(yè)洗滌設(shè)備的種類大概有以下幾種：全自動(dòng)洗滌設(shè)備、傾斜卸料洗滌設(shè)備、臥式工業(yè)洗滌設(shè)備、隔離式洗滌設(shè)備。圖1.1全自動(dòng)洗滌設(shè)備實(shí)物圖全自動(dòng)洗滌設(shè)備如圖1.1所示全自動(dòng)洗滌設(shè)備是由一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)的，它能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有水洗、漂洗、脫水等，它的洗衣量在15-120公斤之間，其優(yōu)點(diǎn)是參數(shù)設(shè)置的簡(jiǎn)便性與靈活性，去污的效果較強(qiáng)。具備這些優(yōu)勢(shì)，加上操作簡(jiǎn)單，所以被廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)比較復(fù)雜，不容易保養(yǎng)和維修。圖1.2傾斜卸料洗滌設(shè)備實(shí)物圖傾斜卸料洗滌設(shè)備如圖1.2所示傾斜卸料洗滌設(shè)備是一臺(tái)在傳統(tǒng)全自動(dòng)洗滌設(shè)備上進(jìn)行二次開發(fā)的產(chǎn)品，也可以稱為全自動(dòng)洗滌設(shè)備的升級(jí)版。這臺(tái)洗滌設(shè)備具備全自動(dòng)洗滌設(shè)備的所有功能同時(shí)又安裝了自動(dòng)卸料功能，它的洗衣量有20-130公斤之間。它由于加上了自動(dòng)卸料的功能，其操作效率大大提高、勞作強(qiáng)度降低、減少了衣物破損等方面均有一定的作用。但由于單價(jià)偏高，所以目前多適用于大型酒店、賓館洗衣房。圖1.3臥式工業(yè)洗滌設(shè)備實(shí)物圖（3）臥式工業(yè)洗滌設(shè)備如圖1.3所示臥式工業(yè)洗滌設(shè)備是一臺(tái)相對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)洗滌設(shè)備，它的優(yōu)點(diǎn)就是操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、性能比較優(yōu)越，并且價(jià)格便宜。被許多工廠、酒店、賓館采用。不過它有個(gè)缺點(diǎn)就是使用的時(shí)候需要購(gòu)買一臺(tái)脫水機(jī)，進(jìn)行配套使用。圖1.4隔離式洗滌設(shè)備實(shí)物圖（4）隔離式洗滌設(shè)備如圖1.4所示隔離式洗滌設(shè)備是一臺(tái)對(duì)環(huán)境有著嚴(yán)格要求的洗滌設(shè)備，它主要在無(wú)塵、無(wú)菌等環(huán)境下工作，能夠有效的防止二次污染的產(chǎn)生。隔離式洗滌設(shè)備適用于制藥廠、電子廠、食品加工廠、實(shí)驗(yàn)室等行業(yè)，它具有較強(qiáng)的清潔能力，且性能穩(wěn)定，是洗衣房的理想洗滌設(shè)備。但由于其價(jià)格昂貴，對(duì)環(huán)境要求較高，隨意沒有被廣泛應(yīng)用。1.3本課題研究任務(wù)本課題主要研究的是基于PLC的大型洗滌設(shè)備設(shè)計(jì)，根據(jù)工廠這種需要洗衣量巨大、頻繁洗衣的特殊場(chǎng)所，然后基于PLC結(jié)合變頻器與洗滌設(shè)備[1]，利用它們的功能相輔相成設(shè)計(jì)一款適用于工業(yè)的洗滌設(shè)備。本課題的主要任務(wù)有以下幾方面：第一章主要研究課題的背景和課題所研究現(xiàn)狀，主要介紹大型洗滌設(shè)備的歷史發(fā)展、目前市場(chǎng)主流設(shè)備及現(xiàn)狀。第二章主要研究的是系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，確定自己的方案，并介紹內(nèi)容。第三章主要研究控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型，以及I/O信號(hào)分配、控制系統(tǒng)接線。第四章主要對(duì)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)需要軟件進(jìn)行分析，并編寫控制程序。第五章就是總結(jié)和展望，首先總結(jié)自己論文與設(shè)計(jì)中有哪些收獲，并提出其中的不足和談?wù)剬?duì)未來(lái)工作的展望。

第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1任務(wù)分析本課題研究的是基于PLC的大型洗滌設(shè)備設(shè)計(jì)，它主要解決的是工廠廠服的清洗問題[2]。為的是保障工人每天都能穿上干凈的衣服，保持愉快的心情以及積極的工作態(tài)度。本課題采用兩臺(tái)電機(jī)控制，一臺(tái)控制洗滌，一臺(tái)控制脫水，這樣的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)進(jìn)行洗衣與脫水，大大增加了工作效率。它的工作流程是：按下啟動(dòng)按鈕PLC進(jìn)入自檢，自檢完成進(jìn)入洗滌模式，選擇水位進(jìn)行注水，系統(tǒng)檢測(cè)水量到達(dá)開始停止注水并開始加熱，當(dāng)溫度到達(dá)停止加熱，洗滌設(shè)備開始工作電機(jī)正轉(zhuǎn)29秒后停1秒，反轉(zhuǎn)29秒停1秒，并照此循環(huán)20次后停止洗滌，洗滌結(jié)束后開始排水結(jié)束洗滌。排水結(jié)束后開始進(jìn)水，水位到達(dá)停止注水并進(jìn)行漂洗，電機(jī)正轉(zhuǎn)29秒后停1秒，然后反轉(zhuǎn)29秒后停1秒，并照此循環(huán)5次后停止漂洗，開始排水，漂洗模式結(jié)束。脫水模式：需脫水的衣物放入桶中，電機(jī)啟動(dòng)，在變頻器的作用下開始加速，60秒后電機(jī)停止，脫水結(jié)束。如圖2.1工業(yè)洗滌設(shè)備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖如圖2.1所示為工業(yè)洗滌設(shè)備控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖，它由電動(dòng)機(jī)、變頻器、PLC、進(jìn)水/排水電磁閥、水位傳感器、報(bào)警系統(tǒng)組成。電動(dòng)機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力來(lái)源，負(fù)責(zé)內(nèi)桶的旋轉(zhuǎn)。變頻器是控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，來(lái)實(shí)現(xiàn)漂洗的強(qiáng)度以及衣物水位甩干等工作。進(jìn)水/排水電磁閥是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)水和排水的。水位傳感器是依據(jù)使用者的要求，然后根據(jù)桶內(nèi)水量實(shí)測(cè)值與預(yù)設(shè)值相比較，得到偏差，依據(jù)偏差的性質(zhì)，向進(jìn)水電磁閥發(fā)出“開”或“關(guān)”的指令，保證桶內(nèi)水量達(dá)到預(yù)設(shè)值。PLC收集各個(gè)位置的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)內(nèi)部的程序?qū)ο到y(tǒng)發(fā)出指令，使系統(tǒng)按照程序運(yùn)行。報(bào)警系統(tǒng)是防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障能夠及時(shí)處理。2.2工作原理工業(yè)洗滌設(shè)備的工作原理運(yùn)用了很多電學(xué)、力學(xué)等[3]。洗滌設(shè)備的運(yùn)行原理主要是利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)，使衣物與水在滾筒中不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)、摩擦、攪拌等作用，再利用洗滌劑的除污能力，實(shí)現(xiàn)清洗、去污的目的。以我們熟悉的波輪洗滌設(shè)備為例，如圖2.2所示。通過物理知識(shí)來(lái)解釋，物體在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，利用離心力的作用將水甩向筒壁并沿著筒壁上升。波輪的底部就會(huì)出現(xiàn)低壓區(qū)，被甩出去水在重力作用下又會(huì)回到波輪附近，這樣會(huì)形成渦流。衣物在渦流的作用被不斷地甩出，又會(huì)在重力作用下回到渦輪附近，衣物與水、筒壁就會(huì)產(chǎn)生摩擦力，以達(dá)到洗衣效果。當(dāng)放入洗滌劑后這種效果顯著提高，因?yàn)橄礈靹?huì)使慣性變緩，水和衣物就會(huì)產(chǎn)生速度差從而加大了摩擦力。圖2.2波輪洗滌設(shè)備工作示意圖2.3方案設(shè)計(jì)如圖2.3所示，是本次課題所設(shè)計(jì)的大型洗滌設(shè)備的主視圖，其結(jié)構(gòu)如圖所示：1、運(yùn)行指示燈；2、停止指示燈；3、急停按鈕；4、上限位傳感器；5、溫度傳感器；6、下限位傳感器；7、安全鎖。本次課題我采用的是臥式工業(yè)洗滌設(shè)備，但它與傳統(tǒng)臥式工業(yè)洗滌設(shè)備又有所不同，我選擇了使用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)控制洗滌，一臺(tái)控制脫水。這樣可以同時(shí)進(jìn)行洗滌與脫水，節(jié)約了時(shí)間也提高了效率，與此同時(shí)它還增加了加熱功能，使衣物清洗的更干凈還不傷衣物。它即保留了傳統(tǒng)工業(yè)洗滌設(shè)備優(yōu)點(diǎn)即操作簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、性能比較優(yōu)越，同時(shí)也摒棄了傳統(tǒng)工業(yè)洗滌設(shè)備的缺點(diǎn)即無(wú)法脫水。運(yùn)行指示燈2、停止指示燈3、急停按鈕4、上限位傳感器5、溫度傳感器6、下限位傳感器7、安全鎖圖2.3洗滌設(shè)備結(jié)構(gòu)主視圖如圖2.4所示，為洗滌設(shè)備的左視圖，其結(jié)構(gòu)主要由：1、外筒；2、內(nèi)桶；3、電動(dòng)機(jī)；4、排水電磁閥；5、進(jìn)水電磁閥。1、外筒；2、內(nèi)桶；3、電動(dòng)機(jī)；4、排水電磁閥；5、進(jìn)水電磁閥；6、加熱器圖2.4洗滌設(shè)備結(jié)構(gòu)左視圖本系統(tǒng)的工作流程是：按下啟動(dòng)按鈕PLC進(jìn)入自檢，自檢完成進(jìn)入洗滌模式，選擇水位進(jìn)行注水，系統(tǒng)檢測(cè)水量到達(dá)開始停止注水并開始加熱，當(dāng)溫度到達(dá)停止加熱，洗滌設(shè)備開始工作電機(jī)正轉(zhuǎn)29秒后停1秒，反轉(zhuǎn)29秒停1秒，并照此循環(huán)20次后停止洗滌，洗滌結(jié)束后開始排水結(jié)束洗滌。排水結(jié)束后開始進(jìn)水，水位到達(dá)停止注水并進(jìn)行漂洗，電機(jī)正轉(zhuǎn)29秒后停1秒，然后反轉(zhuǎn)29秒后停1秒，并照此循環(huán)5次后停止漂洗，開始排水，漂洗模式結(jié)束。脫水模式：需脫水的衣物放入桶中，電機(jī)啟動(dòng)，在變頻器的作用下開始加速，60秒后電機(jī)停止，脫水結(jié)束。如圖2.5所示。圖2.5洗滌設(shè)備工作流程圖第三章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)分析本章節(jié)主要是對(duì)控制系統(tǒng)中的硬件進(jìn)行選型及分析，以及控制系統(tǒng)的接線和PLC的I/O口的分配。整個(gè)系統(tǒng)硬件主要包括：電機(jī)、變頻器、PLC、各傳感器及電磁閥等[4]。3.2硬件選型3.2.1電機(jī)選型本設(shè)計(jì)的工業(yè)洗滌設(shè)備的容量為300KG，對(duì)此選用Y132M-4型號(hào)異步電動(dòng)機(jī)，相關(guān)參數(shù)如表3.1所示。表3.1電動(dòng)機(jī)規(guī)格表規(guī)格參數(shù)型號(hào)Y132M-4額定電壓（V）380額定電流（A）15.4效率（%）87功率（kw）7.5額定轉(zhuǎn)速（r/min）1440功率因素0.851、洗滌電動(dòng)機(jī)由于洗滌設(shè)備容量為300KG，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩理論上為：式中：TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N·mF為力，Nr為圓心到力的有效距離，mD為圓柱直徑，m設(shè)圓柱直徑為2m，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。而電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為：輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以能帶動(dòng)，同時(shí)具有一定余量，是考慮到摩擦力、空氣阻力、傳動(dòng)效率等因素。2、脫水電動(dòng)機(jī)同理可得出此型號(hào)電動(dòng)機(jī)同時(shí)可作為脫水電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器頻率的關(guān)系計(jì)算[5]：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)系如表3.2所示。表3.2轉(zhuǎn)速N與頻率f1關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）40706008001200頻率1.332.3320.0026.6840.023.2.2變頻器選型我們把電壓和固定不變的工頻交流電變?yōu)殡妷夯蝾l率可變的交流電的裝置稱為“變頻器”。變頻器的原理被廣泛的運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，其中運(yùn)用最多的就是和電動(dòng)機(jī)一起使用。利用變頻器的工作原理來(lái)改變電機(jī)的頻率、旋轉(zhuǎn)方向及轉(zhuǎn)速，來(lái)實(shí)現(xiàn)洗滌的強(qiáng)度和衣物的脫水[6]。我們?cè)谶x擇變頻器的時(shí)候不僅要考慮變頻器的容量，還要考慮變頻器與電機(jī)的容量是否匹配。容量選大了浪費(fèi)資源，容量選小了影響電機(jī)有效力矩的輸出，影響系統(tǒng)運(yùn)行甚至損壞設(shè)備[7]。根據(jù)本設(shè)計(jì)控制的要求再結(jié)合一般工業(yè)洗滌設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)，變頻器選擇型號(hào)為FR-E540-7.5k，其規(guī)格如表3.3所示。表3.3變頻器規(guī)格表規(guī)格參數(shù)型號(hào)FR-E540-7.5額定電壓（V）380額定電流（A）17適配電動(dòng)機(jī)功率（kw）7.5如下表3.4所示是變頻器的一些基本功能。表3.4變頻器參數(shù)表功能參數(shù)號(hào)名稱設(shè)定范圍最小設(shè)定單位出廠設(shè)定基本功能Pr.0轉(zhuǎn)矩提升0~30%0.1%4%/6%Pr.1上限頻率0~120Hz0.01Hz120HzPr.2下限頻率0~120Hz0.01Hz0HzPr.3基波頻率0~400Hz0.01Hz50HzPr.4三速設(shè)定的（高速）0~400Hz0.01Hz50HzPr.5三速設(shè)定的（中速）0~400Hz0.01Hz30HzPr.6三速設(shè)定的（低速）0~400Hz0.01Hz10HzPr.7加速時(shí)間（S）0~3600/0~3600.1/0.015/10Pr.8減速時(shí)間（S）0~3600/0~3600.1/0.015/10Pr.9電子過電保護(hù)0~500A0.01A額定輸出電流Pr.79操作模式選擇0~4,0~810要想使用變頻器，就要對(duì)它的操作有一定的了解，首先我們先來(lái)了解一下它的面板，如圖3.5所示。然后我們?cè)賮?lái)認(rèn)識(shí)一下面板上各個(gè)按鈕的功能，如圖3.6所示。圖3.5變頻器面板圖表3.6變頻器面板按鍵功能表按鍵說明RUN鍵正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)指令MODE鍵選擇操作模式或設(shè)定模式SET鍵確定頻率和參數(shù)的設(shè)定STOP/RESET停止運(yùn)行保護(hù)功能動(dòng)作輸出停止時(shí)復(fù)位變頻器/鍵連續(xù)增加或降低運(yùn)行頻率，按下這個(gè)鍵可改變頻率在設(shè)定模式按下，可連續(xù)設(shè)定參數(shù)FWD鍵給出正轉(zhuǎn)指令REV鍵給出反轉(zhuǎn)指令圖3.7變頻器接線端子平面圖在變頻器控制洗滌設(shè)備電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，端子的接法很重要，端子接錯(cuò)將影響變頻器與電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。如圖3.7所示為變頻器接線端子的平面圖。在接線前一定要了解各端子的含義。如表3.8所示。表3.8變頻器接線端子端子含義端子含義RH高速RUN運(yùn)行RM中速FU頻率檢測(cè)RL低速B異常輸出MRS停止輸出A/CRES復(fù)位10/2/5頻率設(shè)定器SD公共輸出、輸入端4DC4-30Ma（+）PC直流24V輸出和外部晶體管端子STF正轉(zhuǎn)啟動(dòng)SE集電極開路輸出公共端SER反轉(zhuǎn)啟動(dòng)3.2.3傳感器選型水位傳感器一般都是放在水中，根據(jù)桶內(nèi)水量實(shí)測(cè)值與預(yù)設(shè)值相比較，得到偏差，依據(jù)偏差的性質(zhì)，向進(jìn)水電磁閥發(fā)出“開”或“關(guān)”的指令，保證桶內(nèi)水量達(dá)到預(yù)設(shè)值，所以選型時(shí)要著重考慮防水性、精度、耐高溫性以及穩(wěn)定性。綜合以上考慮，決定采用型號(hào)為DATA–5102投入式水位傳感器。其參數(shù)如表3.9所示。表3.9傳感器規(guī)格表規(guī)格參數(shù)量程（m）0~5工作溫度（℃）-10到+80防水等級(jí)IP68供電電源9V-36DV穩(wěn)定性能±0.1%FS/年輸出信號(hào)（mA）4–20精度0.5%FS3.2.4電磁閥選型對(duì)于電磁閥的選用，此次采用的是水用電磁閥，其原理是：當(dāng)電磁閥通電時(shí)，動(dòng)鐵芯與靜鐵芯在電磁力的作用下吸合，閥門打開水流通。當(dāng)電磁閥斷電時(shí)，電磁力消失動(dòng)鐵芯與靜鐵芯分開，閥門關(guān)閉水流斷開。本次設(shè)計(jì)采用型號(hào)為FCD-270B導(dǎo)向式（單向）電磁閥，如表4.0所示。表4.0電磁閥規(guī)格表規(guī)格參數(shù)型式導(dǎo)向式（單向）電磁閥工作溫度（℃）0到+80絕緣等級(jí)E級(jí)額定電源（mA）220額定電壓（V）24流量L/min253.2.5PLC選型關(guān)于工業(yè)洗滌設(shè)備的控制方面，傳統(tǒng)的工業(yè)洗滌設(shè)備通常采用繼電器來(lái)控制。這種控制方法運(yùn)行起來(lái)比較不穩(wěn)定，而且一旦出現(xiàn)故障：1、維修時(shí)很麻煩且復(fù)雜，2、維修成本高，3、維修時(shí)間較長(zhǎng)。由此，根據(jù)工業(yè)發(fā)展快速衣物洗滌工作量大、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，本次設(shè)計(jì)決定采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制[8]。PLC的結(jié)構(gòu)分為硬件和軟件。它的硬件主要由處理器、I/O擴(kuò)展單元、輸入和輸出單元、存儲(chǔ)器等和其它外圍設(shè)備組成[9]。本次設(shè)計(jì)采用三菱FX2N-16MR型號(hào)，F(xiàn)X2n系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。PLC分為MR和MT輸出即“繼電器輸出”和“晶體管輸出”。繼電器輸出型的可以接220V、240V和380V,而晶體管輸出型的只能接直流24V，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，最終選擇繼電器輸出性價(jià)比最高[10]。如圖4.1所示為FX2N-16MR型號(hào)實(shí)物圖。圖4.1FX2N-16MR型號(hào)實(shí)物圖如圖4.2所示為PLC的基本規(guī)格表。表4.2FX2N-16MR型號(hào)規(guī)格表規(guī)格參數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)8輸出點(diǎn)數(shù)8運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式通過儲(chǔ)存的程序周期運(yùn)轉(zhuǎn)容量（K）8類型繼電器工作電壓（V）220輸入信號(hào)電壓（V）DC243.3I/O口分配如表4.3所示，為工業(yè)洗滌設(shè)備PLC控制的I/O信號(hào)表，輸入信號(hào)有：X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10，輸出有：Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6。其中X0是啟動(dòng)按鈕，按下啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)開始運(yùn)行：X1為系統(tǒng)停止按鈕，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)動(dòng)；X2為系統(tǒng)急停按鈕當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，按下急停按鈕系統(tǒng)就會(huì)停下，防止系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，從而造成更大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至出現(xiàn)人員傷亡；X3、X4是洗滌與脫水模式，當(dāng)衣物放入洗滌設(shè)備內(nèi)，你可以選擇洗滌或脫水;X5是排水按鈕，這是為了防止洗滌設(shè)備出現(xiàn)故障方便快速排水。X6、X7、X10是水位傳感器，用來(lái)檢測(cè)洗滌設(shè)備內(nèi)的水量是否達(dá)到洗滌標(biāo)準(zhǔn)。

表4.3PLC的I/O信號(hào)分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)序號(hào)PLC輸入點(diǎn)信號(hào)名稱序號(hào)PLC輸出點(diǎn)名稱信號(hào)1X0啟動(dòng)按鈕1Y0洗滌電機(jī)正轉(zhuǎn)2X1停止按鈕2Y1洗滌電機(jī)反轉(zhuǎn)3X2急停按鈕3Y2脫水電機(jī)4X3洗滌模式4Y3運(yùn)行指示燈5X4脫水模式5Y4停止指示燈6X5排水6Y5排水電磁閥7X6上限位傳感器7Y6進(jìn)水電磁閥8X7下限位傳感器8Y7加熱器9X10溫度傳感器3.4控制系統(tǒng)接線如圖4.4所示為洗滌設(shè)備的主控制電路圖。如圖4.5所示為PLC的外部部分接線圖。PLC是本設(shè)計(jì)中的中樞元件，也可以稱為立體車庫(kù)控制系統(tǒng)中的大腦，它控制著電路中繼電器的通斷，并收集各傳感器、按鈕狀態(tài)，從而使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和循環(huán)。圖4.4主控制電路圖圖4.5PLC的I/O信號(hào)接線圖第四章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1控制任務(wù)分析本次研究的是大型洗滌設(shè)備，也就是俗稱“工業(yè)洗滌設(shè)備”。它主要是通過PLC來(lái)控制運(yùn)行，PLC通過收集各個(gè)傳感器、按鈕等零件的狀態(tài)，再根據(jù)內(nèi)部程序?qū)?zhí)行元件發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行。本章的主要任務(wù)是對(duì)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，通過電腦操作，編輯組態(tài)軟件和PLC程序的編寫，然后在調(diào)試已達(dá)到預(yù)期效果。整個(gè)系統(tǒng)的控制流程為：按下啟動(dòng)按鈕PLC進(jìn)入自檢，自檢完成進(jìn)入洗滌模式，選擇水位進(jìn)行注水，系統(tǒng)檢測(cè)水量到達(dá)開始停止注水并開始加熱，當(dāng)溫度到達(dá)停止加熱，洗滌設(shè)備開始工作電機(jī)正轉(zhuǎn)29秒后停1秒，反轉(zhuǎn)29秒停1秒，并照此循環(huán)20次后停止洗滌，洗滌結(jié)束后開始排水結(jié)束洗滌。排水結(jié)束后開始進(jìn)水，水位到達(dá)停止注水并進(jìn)行漂洗，電機(jī)正轉(zhuǎn)29秒后停1秒，然后反轉(zhuǎn)29秒后停1秒，并照此循環(huán)5次后停止漂洗，開始排水，漂洗模式結(jié)束。脫水模式：需脫水的衣物放入桶中，電機(jī)啟動(dòng)，在變頻器的作用下開始加速，60秒后電機(jī)停止，脫水結(jié)束。如圖5.1所示。圖5.1控制流程圖4.2PLC程序設(shè)計(jì)如果系統(tǒng)不穩(wěn)定出現(xiàn)緊急事故，可以通過急停按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急停止。緊急停止按鈕是一個(gè)自動(dòng)化設(shè)施必不可少的裝置，它可以在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)通過操作立馬停下系統(tǒng)，大大減少事故造成的損失。如下圖5.2所示洗滌設(shè)備系統(tǒng)急停程序圖。圖5.2急停程序圖如圖5.3所示為洗滌設(shè)備系統(tǒng)的模式選擇，分為洗滌與脫水兩種模式。當(dāng)按下洗滌模式時(shí)，系統(tǒng)將執(zhí)行洗滌程序；當(dāng)按下脫水模式時(shí)，系統(tǒng)將執(zhí)行脫水模式。也可以同時(shí)運(yùn)行洗滌與脫水模式下的程序。圖5.3模式選擇程序圖如圖5.4所示，當(dāng)選擇洗滌模式系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)洗滌程序，先進(jìn)行加水，當(dāng)水位到達(dá)后進(jìn)行加熱，溫度到達(dá)就進(jìn)行洗滌，電機(jī)開始反復(fù)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)工作20次[11]。圖5.4洗滌模式程序圖如圖5.5所示為洗滌設(shè)備的脫水模式程序圖，當(dāng)選擇脫水模式時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入脫水程序，脫水電機(jī)工作1分鐘。圖5.5脫水模式程序圖4.3PLC程序PLC程序見附錄一。4.4MCGS組態(tài)MCGS組態(tài)是由組態(tài)環(huán)境和模擬運(yùn)行環(huán)境兩大系統(tǒng)組成。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，反應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，還能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。它具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、可維護(hù)等特點(diǎn)。通過人機(jī)界面能夠更快的發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并及時(shí)作出處理，減少了工作人員的巡視，降低勞動(dòng)力，減少成本。4.5MCGS工程及動(dòng)畫設(shè)計(jì)4.5.1組態(tài)畫面及動(dòng)畫連接新建窗口在工作臺(tái)上點(diǎn)擊“用戶窗口”，當(dāng)出現(xiàn)“新建窗口”時(shí)，單擊“新建窗口”。如圖5.2所示。圖5.2新建用戶窗口圖右擊圖中的“窗口1”，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”將窗口名稱欄改為“工業(yè)洗滌設(shè)備”，將窗口標(biāo)題欄改為“工業(yè)洗滌設(shè)備”，“窗口背景”欄設(shè)為水藍(lán)色。點(diǎn)擊確認(rèn)進(jìn)入動(dòng)畫制作窗口，如圖5.3所示。圖5.2用戶窗口屬性設(shè)置圖圖5.3動(dòng)畫制作窗口畫面設(shè)計(jì)如圖5.4所示為工業(yè)洗滌設(shè)備的MCGS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。圖5.4工業(yè)洗滌設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖動(dòng)畫連接組態(tài)動(dòng)畫就是將圖形符號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)系，設(shè)置畫面屬性，由數(shù)據(jù)庫(kù)中收集的實(shí)時(shí)數(shù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)的，從而實(shí)現(xiàn)畫面動(dòng)作的效果。點(diǎn)擊工作臺(tái)中的“運(yùn)行策略”，單擊“新建策略”，雙擊進(jìn)入，右擊鼠選擇“新建策略行”，把鼠標(biāo)放在右面方框上添加“腳本程序”。如圖5.5所示。圖5.5腳本程序圖雙擊腳本程序進(jìn)入腳本編輯窗口，如圖5.6所示。

圖5.6腳本編輯窗口圖4.5.2MCGS與PLC的連接在組態(tài)工作臺(tái)上點(diǎn)擊“設(shè)備窗口”，雙擊“設(shè)備窗口”進(jìn)入，單擊“設(shè)備管理”出現(xiàn)可選設(shè)備，雙擊“通用設(shè)備”找到“串口通訊父設(shè)備”選擇添加，再選擇PLC文件下“三菱”雙擊進(jìn)入，選擇“三菱FX系列編程口”。如圖5.7所示。圖5.7設(shè)備管理工作臺(tái)圖單擊“串口通訊父設(shè)備0--[通用串口父設(shè)備]”進(jìn)入通用串口設(shè)備屬性編輯窗口，進(jìn)行設(shè)置。如圖5.8所示。圖5.8通用串口設(shè)備屬性編輯圖選擇“內(nèi)部屬性”中“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”，可實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試。如圖5.9所示。圖5.9設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性窗口圖

第五章總結(jié)與展望總結(jié)本次設(shè)計(jì)是對(duì)工業(yè)洗滌設(shè)備的研究，其中主要是對(duì)控制系統(tǒng)的研究。它是采用PLC來(lái)控制運(yùn)行，通過PLC收集各部分的狀態(tài)信號(hào)，再結(jié)合其內(nèi)部存儲(chǔ)的程序，對(duì)各執(zhí)行元件發(fā)出指令。PLC與MCGS組態(tài)和變頻器結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控[12]。從MCGS組態(tài)面板上，可以一目了然的看出各部分的當(dāng)前狀態(tài)及運(yùn)行情況。下面是對(duì)本次設(shè)計(jì)的總結(jié)：本設(shè)計(jì)首先是對(duì)工業(yè)洗滌設(shè)備的背景和現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，然后查閱歷史資料了解了洗滌設(shè)備及工業(yè)洗滌設(shè)備的發(fā)展史。了解到工業(yè)洗滌設(shè)備的發(fā)展是必然的趨勢(shì)，尤其是現(xiàn)在工業(yè)的快速發(fā)展，工廠迅速崛起。工業(yè)洗滌設(shè)備不僅適用于工廠，在旅館、洗衣房、醫(yī)院等場(chǎng)所都需要，它的市場(chǎng)很廣闊。通過使用范圍，設(shè)計(jì)其系統(tǒng)方案。先對(duì)工業(yè)洗滌設(shè)備的原理進(jìn)行了解，然后設(shè)計(jì)可行方案。根據(jù)方案對(duì)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行選型，本次設(shè)計(jì)的硬件主要有：電動(dòng)機(jī)、變頻器、PLC等設(shè)施。根據(jù)控制任務(wù)對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先是對(duì)PLC程序設(shè)計(jì)，然后對(duì)MCGS組態(tài)設(shè)計(jì)，并與PLC進(jìn)行連接調(diào)試，確保程序可行。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)的過程，發(fā)現(xiàn)有一些不足的地方，比如：缺乏耐心，動(dòng)不動(dòng)就想著明天再做一天拖一天，這讓我想起《明日歌》中的一句話“明日復(fù)明日，

明日何其多，我生待明日，萬(wàn)事成蹉跎”。做事不夠嚴(yán)謹(jǐn)，在對(duì)硬件選型時(shí)就有所不足。對(duì)所學(xué)習(xí)不夠刻苦，有些知識(shí)學(xué)的不夠扎實(shí)，在實(shí)踐時(shí)無(wú)從下手模棱兩可的。然而經(jīng)過這次的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)自我的認(rèn)知，也鞏固了所學(xué)的知識(shí)，就比如PLC的編程、MCGS的畫面設(shè)計(jì)和動(dòng)畫連接、MCGS與PLC的連接及調(diào)試、CAD的制圖等。展望本次的設(shè)計(jì)是研究工業(yè)洗滌設(shè)備，它基本能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)水、排水、加熱、洗滌，采用兩個(gè)滾筒實(shí)現(xiàn)邊洗滌邊脫水。由于我的能力有限其中有許多不足之處：本設(shè)計(jì)的洗滌設(shè)備的防水性能可能存在不足，防水設(shè)計(jì)方面還需要加強(qiáng)?？刂葡到y(tǒng)的運(yùn)行可能存在不穩(wěn)定的情況，因此，本設(shè)計(jì)還缺少一套完整應(yīng)急系統(tǒng)。本系統(tǒng)所采用的設(shè)施不夠智能，如果采用先進(jìn)的智能裝置，洗滌設(shè)備的效率將大大增強(qiáng)。目前，工業(yè)洗滌設(shè)備還處在發(fā)展階段，我國(guó)工業(yè)洗滌設(shè)備的發(fā)展本來(lái)就較晚，我想工業(yè)洗滌設(shè)備在我國(guó)將有很大的發(fā)展空間，必將走上智能化、人性化。

參考文獻(xiàn)[1]饒