华云全自动洗衣机控制系统.doc
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1、摘要 随着社会经济和科学技术水平的不断发展,人们对自动化水平要求的提高,电器全自动化成为必然的发展趋势。经过几年的发展,国产洗衣机在质量和功能上已经和世界领先水平同步,全自动洗衣机已经越来越普遍的应用在人们日常生活当中。 尽管洗衣机有了很大发展,但是消费者的要求不断提高,目前洗衣机主要有强弱洗涤、烘干、暂停等功能,在许多方面还不能达到人们的需求。为使洗衣机的操作更方便、更人性化,本论文就怎样利用三菱PLC控制全自动洗衣机进行了研究,对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析,并与MCGS监控软件相结合,在电脑上进行仿真,实现了全自动洗衣机的基本功能。关键词:全自动洗衣机;PLC;MCGSAbst
2、ract Along with the social economy development and the science and technology level enhancement,it becomes an inevitable trend that the level of automation requires to be improved and more appliances in full automation of the electrical. Domestic washing machine has catch up the world-leading level
3、on the quality and functionality in these years. Automatic washing machines have become increasingly popular in peoples daily lives. Significant progress as it has made, for the improving requirements, the washing machine still cant meet peoples needs in many aspects. For the time being, the main fu
4、nctions of the machine are strong or weak washing, drying and pause. To make the operation more convenient and humane, this paper studied how to use Mitsubishi PLC controlled fully automatic washing machine. Software and hardware design analysis are also included. Computer simulation with MCGS monit
5、oring, we realized the basic functions of the automatic washing machine.Key word:entire automatic washer;PLC;MCGS 目录1. 绪论1.1本课题的目的及研究意义 1.2本课题的国内外的研究现状1.3本课题的研究内容2.基础知识 2.1整体系统组成及工作原理 2.1.1三菱FX2NPLC简单介绍 2.1.2MCGS简单介绍 2.1.3基于PLC和MCGS的全自动洗衣机控制系统的构成 2.2全自动洗衣机的控制要求 2.2.1全自动洗衣机控制系统的基本功能 2.2.2全自动洗衣机的PLC程序
6、控制要求 2.2.3全自动洗衣机的MCGS监控要求3.全自动洗衣机PLC的硬件系统设计 3.1三菱FX2N控制器介绍 3.1.1三菱FX2N控制器的工作原理 3.12三菱FX2N控制器的组成和功能 3.1.3三菱FX2N控制器特点 3.2硬件接线图4. 全自动洗衣机控制系统的PLC程序设计 4.1编程软件简单介绍 4.2控制系统流程图 4.3I/O地址分配表 4.4全自动洗衣机的PLC程序梯形图5.全自动洗衣机控制系统的MCGS组态设计 5.1MCGS组态软件概述5.1.1MCGS组态软件功能5.1.2MCGS组态软件特点5.1.3MCGS组态软件的工作方式 5.2全自动洗衣机MCGS监控系统
7、的构成 5.2.1全自动洗衣机工程及动画设计 5.2.2全自动洗衣机的数据处理6. MCGS与PLC的调试 6.1概述 6.2调试操作步骤和过程 谢辞 参考文献1绪论1.1本课题的目的及研究意义 洗衣机是人们日常生活中不可或缺的家用电器,它在宾馆、酒店、学校宿舍等洗衣量大而频繁的场所的应用也非常广泛。随着工控水平的提高,传统的半手控的洗衣机已经不能满足人们对洗衣机自动化的要求了。全自动洗衣机必然是现在人们生活的第一选择。 PLC作为一款功能强大的控制器运用于洗衣机的设计,可以让洗衣机功能更多、更人性化。而且PLC作为一款抗干扰能力强、编程简单、容易调试和扩展的控制器,用它设计的工业洗衣机使用可
8、靠,操作方便,可以在环境恶劣的工业生产中长期正常平稳地工作。此外,随着科技水平可以水平的发展,PLC成本的不断降低,人们对物质生活要求的不断提高,对洗衣机稳定性和功能的要求越来越高,PLC将发挥它的可靠性强的特点,在日常生活获得更大的发展空间。1.2本课题的国内外的研究现状PLC问世以来经过数十年的发展,现在开发的比较好的主要有美、德、日等发达国家。国外PLC制造商不断开发新产品,新产品主要注重功能、集成度的开发,还有PLC的体积小型化,此外为了适应信息技术的发展与自动化的需要,网络和通讯功能得到迅速发展,成为国内外PLC厂家研究重点。我国在PLC领域从整体技术分析落后于发达国家5年左右,尤其
9、在通讯技术和远程I/O等技术落后更多。由于PLC成本较高,现在主流家用洗衣机主要用单片机来控制,但是由于单片机无法适应恶劣环境,寿命较短,而PLC具有寿命长、稳定性高、输入输出接口多、抗干扰性强等特点,所以工业洗衣机主要用PLC来实现,主要运用于酒店、医院、工厂等场所。此外厂家主要致力于洗衣机的高效节能、省水省电和环保方面的设计。1.3本课题的研究内容 (1).通过PLC使自动洗衣机能够实现安全、高效、节能的工作; (2).用PLC设计自动洗衣机控制系统,使洗衣机可以根据各项技术要求,自动完成进水、洗衣、排水、脱水、烘干。 (3).根据洗衣机的工作流程和设计要求完成I/O接口设计,PLC程序设
10、计等。 (4).用MCGS组态软件对自动洗衣机的洗衣过程进行监控操作。2 基础知识 2.1整体系统组成及工作原理 本课题设计的全自动洗衣机控制系统是由PLC和MCGS两大部分组成.通过PLC进行程序编写,达到全自动洗衣机控制系统进水、洗衣、排水、脱水、烘干等控制功能,然后利用MCGS这款监控软件实现对控制系统运行状态的实时监控。 2.1.1PLC简单介绍 人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLC.它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置.它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和
11、输出,控制各种类型的机械或生产过程。 PLC是为工业环境下应用而设计的计算机,具有特殊构造,使它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。此外PLC能够控制各种类型的工业设备及生产过程。它易于扩展其功能,它的程序能根据控制对象的不同要求,让使用者可以编写程序。也就是说,可编程控制器较其以前的工业控制计算机,如单片机工业控制系统,具有更大的灵活性,它可以方便地应用在各种场合,是一种通用的工业控制计算机。 PLC目前在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可以分为:开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动
12、控制、过程控制、数据处理、通信及联网。2.1.2MCGS简单介绍 MCGS(Monitor and Control Generated System,监视与控制通用系统)是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制,可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系统。 MCGS具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合,可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用
13、系统,如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块,无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。 计算机技术和网络技术的飞速发展,为工业自动化开辟了广阔的发展空间,用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统,并且通过采用远程监控及诊断、双机热备等先进技术,使系统更加安全可靠,在这方面,MCGS工控组态软件提供了强有力的软件支持。 MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。它具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于石油化工
14、、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场的长期实际运行,系统稳定可靠。MCGS组态软件的工作方式: MCGS如何与设备进行通讯:MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL(动态连接库)文件,设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序,将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序,将数据传送到工程中各个部分,完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程,达到互不干扰的目的。 MCGS如何产生动画效果:MC
15、GS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性,如:一个长方形的动画属性有可见度,大小变化,水平移动等,每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性,实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而,我们在组态环境中生成的画面都是静止的,如何在工程运行中产生动画效果呢?方法是:图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏,在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量,连接到实时数据库中,以此建立相应的对应关系,MCGS称之为动画连接。当工业现场中测控对象的状态(如:储油罐的液面高度等)发生变化时,通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中,该变量是与动画属性
16、相关的变量,数值的变化,使图形的状态产生相应的变化(如大小变化)。现场的数据是连续被采集进来的,这样就会产生逼真的动画效果。用户也可编写程序来控制动画界面,以达到满意的效果。动画显示实时数据库数据采集设备监控对象 MCGS如何实施远程多机监控:MCGS提供了一套完善的网络机制,可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起,构成分布式网络测控系统,实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时,可利用MCGS提供的网络功能,在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络测控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式,
17、以父设备构件和子设备构件的形式,供用户调用,并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。 如何对工程运行流程实施有效控制:MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口,建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件,供用户选用,通过构件配置和属性设置两项组态操作,生成各种功能模块(称为“用户策略”),使系统能够按照设定的顺序和条件,操作实时数据库,实现对动画窗口的任意切换,控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式,避免了烦琐的编程工作。组建工程的一般过程工程项目系统分析:分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程,弄清系统的控制流程和测控对象的特征,明确监控要求和
18、动画显示方式,分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系,分清哪些变量是要求与设备连接的,哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。工程立项搭建框架:MCGS称为建立新工程。主要内容包括:定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口(封面窗口退出后接着显示的窗口)名称,指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库,设定动画刷新的周期。经过此步操作,即在MCGS组态环境中,建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后,再行建立。 设计菜单基本体系:为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制,通常要在主控窗口内编制菜单。编制菜单分两步进行,第一步首先
19、搭建菜单的框架,第二步再对各级菜单命令进行功能组态。在组态过程中,可根据实际需要,随时对菜单的内容进行增加或删除,不断完善工程的菜单。 制作动画显示画面:动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。前一部分类似于“画画”,用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库,在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。后一部分则设置图形的动画属性,与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系,作为动画图形的驱动源。 编写控制流程程序:在运行策略窗口内,从策略构件箱中,选择所需功能策略构件,构成各种功能模块(称为策略块),由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS还为用户提供了编程用的功能构件(
20、称之为“脚本程序”功能构件),使用简单的编程语言,编写工程控制程序。 完善菜单按钮功能:包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态;实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能;建立工程安全机制等。 编写程序调试工程:利用调试程序产生的模拟数据,检查动画显示和控制流程是否正确。 连接设备驱动程序:选定与设备相匹配的设备构件,连接设备通道,确定数据变量的数据处理方式,完成设备属性的设置。此项操作在设备窗口内进行。 工程完工综合测试:最后测试工程各部分的工作情况,完成整个工程的组态工作,实施工程交接。2.1.3基于PLC和MCGS的全自动洗衣机控制系统的构成 在全自动洗衣机控制
21、系统中,利用三菱FX2N系列PLC编写程序并调试运行,实现全自动洗衣机正常工作情况下基本输入输出的要求。然后将PLC的输入输出端口与MCGS模块进行连接,MCGS通过数据的采集处理,实现将全自动洗衣机的工作状态在MCGS上用动画等模块实时显示出来,并且达到控制洗衣机运行的功能。2.2全自动洗衣机的控制要求2.2.1全自动洗衣机控制系统的基本功能 全自动洗衣机的工作流程主要由进水、洗衣、排水、脱水、和烘干五个过程组成。在半自动洗衣机中,这五个过程分别要用相应的按钮开关来控制。而在全自动洗衣机中,洗衣机运行后,这5个过程可以做到全自动依次运行,直到洗衣结束。全自动洗衣机的工作基本功能及流程示意图见
22、图2-1开始洗衣烘干进水脱水排水2.2.2全自动洗衣机的PLC程序控制要求通过PLC程序的编写,能够实现全自动洗衣机控制系统“正常运行”、“暂停”和“重新运行”的功能。“正常运行”方式的具体控制要求如下:(1) 在PLC控制台上按下启动按钮(2) 在控制台通过选择分别控制“普通系”、“羊毛洗”、“羽绒洗”三种洗法的按钮,确定一种洗发。PLC控制三种洗发的区别分别是:“普通洗”、“羊毛洗”、“羽绒洗”的进水时间分别为2秒、4秒、6秒;它们转速分别是600转/分、800转/分、1000转/分;烘干时间分别为2秒、4秒、6秒。(3) 根据洗发要求开始进水(4) 达到进水要求,开始洗衣过程:洗衣时,先
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- 全自动 洗衣机 控制系统