氣電控制與plc課程設(shè)計洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計大學(xué)論文

第1章洗衣機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1洗衣機(jī)的用途及基本組成結(jié)構(gòu)自動洗衣機(jī)就是將洗衣的全過程(泡浸-洗滌-漂洗-脫水)預(yù)先設(shè)定好N個程序,洗衣時選擇其中一個程序,打開水龍頭和啟動洗衣機(jī)開關(guān)后洗衣的全過程就會自動完成,洗衣完成時由蜂鳴器發(fā)出響聲。洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：圖1.1自動洗衣機(jī)示意圖全自動洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩水）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時，通過電控系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機(jī)驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機(jī)帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機(jī)工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。1.2控制要求PLC投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動。（1）按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，開始進(jìn)水，水滿（即水位到達(dá)高低）時停止進(jìn)水。（2）當(dāng)水位到達(dá)高水位后開始洗滌。（3）洗滌時，正轉(zhuǎn)15秒后暫停，暫停3秒后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌15秒后暫停，暫停3秒。（4）若沒完成正、反洗3次，則返回到從正洗開始的動作，若完成正、反洗3次后開始排水，排空后（水位下降到低水位）開始脫水并繼續(xù)排水。脫水60秒即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過程。（5）若未完成3次大循環(huán)，則返回從進(jìn)水開始的全部動作，進(jìn)行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進(jìn)行洗完報警。（6）報警5秒結(jié)束全部過程，自動停機(jī)。（7）此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水；按停止按扭可實現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報警。第2章控制方案論證通過對自動洗衣機(jī)的控制要求進(jìn)行分析，能滿足上述洗衣機(jī)控制要求的控制方案共有繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制3種，每一種控制都有自己的優(yōu)缺點。2.1繼電器控制方案繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器和保護(hù)電器按照一定的控制邏輯接線組成的控制系統(tǒng)。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時繼電器的滯后動作等組成控制邏輯，從而實現(xiàn)對電動機(jī)或其他機(jī)械設(shè)備的起動、停止，反向、調(diào)速及多臺設(shè)備的順序控制和自動保護(hù)功能。繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能、較為困難。另外，繼電器的觸點數(shù)量有限，所以繼電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合。繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點的動作實現(xiàn)的，工作頻率低，觸點的開關(guān)動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，且機(jī)械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。由于繼電器控控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點，連線多，觸點開閉時存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點壽命短，所以可靠性和可維護(hù)性較差。繼電器控制邏輯利用時間繼電器進(jìn)行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精確度不高、定時范圍窄，且易受到環(huán)境濕度和溫度變化的影響，時間調(diào)整困難等問題。2.2單片機(jī)控制方案單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；單片機(jī)可靠性高，可工作到106～107小時無故障；處理功能強(qiáng)，速度快；低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；控制功能強(qiáng)；環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。單片機(jī)控制經(jīng)濟(jì)實惠，成本相對較低，但用單片機(jī)制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對環(huán)境依賴性強(qiáng),開發(fā)周期長。一個采用單片機(jī)制作的主控板不經(jīng)過很長時間的實際驗證很難形成一個真正的產(chǎn)品。單片機(jī)程序的編寫復(fù)雜，編程周期較長且單片機(jī)的內(nèi)存容量、速度、字長有限。因此，單片機(jī)單片機(jī)適用于小型自動控制領(lǐng)域及無線控制領(lǐng)域較少涉及管理。2.3PLC控制方案PLC又名可編程序控制器是近幾十年發(fā)展起來的一種新型的、非常有用的工業(yè)控制裝置，由于它把計算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點與繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，而其本身又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點，因而在工礦企業(yè)的各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要控制裝置之一。PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯只需改變程序即可，故稱“軟接線”。其接線少，體積小，因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。PLC由大、中規(guī)模集成電路組成，因而功耗較小。PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描中。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。PLC配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。PLC由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬無觸點控制，速度極快，一條用戶指令的執(zhí)行時間一般在微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體振蕩產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時時間不受環(huán)境的影響，定時范圍一般從0.001S到若干天或更長；用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時值，然后用軟件來控制定時時間。但是PLC的價格比較貴，一般都是幾百元以上，因此并不適用于那些價格便宜的廠品使用。2.4結(jié)論通過對繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制三種控制方案的優(yōu)缺點進(jìn)行比較，以及對洗衣機(jī)的具體控制要求及洗衣機(jī)工作環(huán)境和使用要求的比較，這次的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)最終決定采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1電動機(jī)控制線路的設(shè)計3.1.1電動機(jī)控制線路電器元件的選擇表3-1電動機(jī)控制線路電器元件明細(xì)表序號名稱符號數(shù)量型號主要技術(shù)參數(shù)1刀開關(guān)Q1HD11F-100/38交流50HZ額定電壓為:交流380V，直流220V額定電流為：100A2熔斷器FU3RL1-15斷流容量（交流）2000A，熔體額定電流15A3交流接觸器KM1CJT10-10A適用于交流50Hz(60Hz)、額定電流10A，額定電壓380V4熱繼電器FR3JR0-20/3額定電流20A，可用于交流電壓500V以下電路5電動機(jī)M1Y90L-4電機(jī)功率：1.5KW電壓：380V電流：3.7A3.1.2電動機(jī)控制線路原理圖設(shè)計電動機(jī)控制線路主電路如圖所示:· 圖3-1電動機(jī)控制線路主電路3.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.2.1PLC的I/O口分配類別元件端子號作用輸入SB1IO.O啟動按鈕SB2I0.1停止按鈕SL2I0.2高水位開關(guān)SL1I0.3低水位開關(guān)SB3I0.4手動排水FRI0.5過載保護(hù)開關(guān)輸出YV1Q0.0進(jìn)水電磁閥YV2Q0.1排水電磁閥CLQ0.2脫水電磁離合器KM1Q0.3電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.4電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器BEQ0.5報警蜂鳴器3.2.2PLC的定時/計數(shù)器說明類別器件號設(shè)定值作用定時器T3715s正轉(zhuǎn)洗滌計時T383s正洗暫停計時T3915s反轉(zhuǎn)洗滌計時T403s反洗暫停計時T4160s脫、排水計時T425s洗完報警計時計數(shù)器C120次正、反洗循環(huán)計數(shù)C23次脫水（大循環(huán)）計數(shù)3.3PLC外部接電路設(shè)計圖3-2PLC外部接線圖第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1洗衣機(jī)工作過程順序功能圖設(shè)計根據(jù)洗衣機(jī)的工作流程圖及洗衣機(jī)的工作要求，可以得到如圖所示的洗衣機(jī)工作過程的順序功能圖。圖4-1洗衣機(jī)工作過程順序功能圖4.2洗衣機(jī)控制程序設(shè)計根據(jù)洗衣機(jī)工作的順序功能圖可以用經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計出洗衣機(jī)控制的梯形圖。洗衣機(jī)控制程序的梯形圖如下所示:第5章控制系統(tǒng)調(diào)試5.1仿真軟件調(diào)試步驟（1）打開S7-200軟件，將已設(shè)計好的梯形圖在軟件中畫出來、存盤保存。（2）將已繪畫好的梯形圖進(jìn)行編譯，看有無錯誤。（3）將編譯后的梯形圖以****.awl格式導(dǎo)出并保存。（4）打開S7-200仿真軟件，將于仿真有關(guān)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，并將先前導(dǎo)出的***.awl文件導(dǎo)入仿真軟件中。（6）按照洗衣機(jī)工作的流程進(jìn)行仿真操作。5.2洗衣機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的仿真調(diào)試結(jié)束語經(jīng)過近兩個星期的努力，我的洗衣機(jī)控制課程設(shè)計終于完成了。在這兩周的課程設(shè)計中，我有過不知所措的茫然，有過廢寢忘食的專注，有過無從下手的苦惱，也有過豁然開朗的喜悅。功夫不負(fù)有心人，我所設(shè)計的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)在老師和同學(xué)的幫助下在理論上基本達(dá)到了課程設(shè)計上的要求，但要運(yùn)用在實際生活中還有很很多需要改善的地方。我所設(shè)計的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)基本能按照自動洗衣機(jī)的工作流程進(jìn)行工作。能實現(xiàn)在洗衣機(jī)起動時開始進(jìn)水，當(dāng)水滿(即水位到達(dá)高水位)時停止進(jìn)水并開始洗衣機(jī)洗滌正轉(zhuǎn)，能在正轉(zhuǎn)洗滌15S后暫停3S。并在暫停3S后開始進(jìn)行洗滌反轉(zhuǎn)，當(dāng)反轉(zhuǎn)洗滌15S后又暫停3S。并在暫停3S后能自動判斷是否已完成洗衣機(jī)正、反轉(zhuǎn)洗滌20次，若洗衣機(jī)的正、反轉(zhuǎn)洗滌未滿20次，則返回到從正轉(zhuǎn)洗滌開始的動作處繼續(xù)按照上述要求進(jìn)行洗滌；若洗衣機(jī)的正、反轉(zhuǎn)洗滌滿20次，則開始洗衣機(jī)排水。當(dāng)洗衣機(jī)內(nèi)部水位下降到低水位時洗衣機(jī)開始脫水并繼續(xù)排水。脫水60S即完成一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán)，則返回到從進(jìn)水開始的動作處，進(jìn)行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進(jìn)行洗完報警(BE得電)。報警5s后結(jié)束全部過程，自動停機(jī)。并且還能通過按排水按鈕來實現(xiàn)手動排水；按停止按鈕來實現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報警。雖然我所設(shè)計的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到了課程設(shè)計上的要求，但是還是達(dá)不到實際生活中洗衣機(jī)的控制要求，我會在今后的學(xué)習(xí)中更加努力縮短理論與實際的要求。參考文獻(xiàn)[1]劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2007[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007[3]萬太福.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社,2005[4]工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊[M].北京：水利電力出版社,2004[5]謝桂林.電力拖動與控制[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001[6]劉星平.電氣控制技術(shù)實驗指導(dǎo)書[M].湘潭：湖南工程學(xué)院,2007[7]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社,2005[8]劉祖潤.畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006致謝通過這次課程設(shè)計，我深刻的體會到了實踐和理論的區(qū)別與聯(lián)系，讓我明白怎么樣才能把理論應(yīng)用于實踐，在這次課程設(shè)計中，我得到了鍛煉，但是也感覺到了自己的不足。因此，我必須在剩下的的時間里對自己提高要求，讓自己適應(yīng)社會潮流，滿足社會需要。在此我忠心的感謝學(xué)校給我們提供的這次課程設(shè)計的機(jī)會；同時也要感謝賴?yán)蠋煂ξ蚁匆聶C(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計的指導(dǎo)和很多同學(xué)對我的幫助；在這次課程設(shè)計中由于我們現(xiàn)在所學(xué)知識還不能滿足課程設(shè)計的要求，所以我們在圖書館查閱了大量的資料，所以也應(yīng)該感謝學(xué)校給我們提供了大量圖書，和在圖書館的工作人員。由于本人水平有限，加之時間比較倉促，課程設(shè)計中錯誤和不妥之處，在所難免，殷切希望同學(xué)們，給予批評指正。附錄LDI0.4OM2.0ANI0.0=M2.0LDSM0.1LDM1.0LDT42OI0.1ALDOLDOM0.0ANM0.1=M0.0LDM0.0AI0.0LDM0.7LDT41OI0.1ALDANC2OLDOM0.1ANM0.2=M0.1=Q0.0LDM0.2LDM0.5AT40ANC1OLDLDM0.1LDI0.1OI0.2ALDOLDANM0.3ANM2.0=M0.2=Q0.3TONT37,150LDM0.2AT37OM0.3ANM0.4=M0.3TONT38,30LDM0.3AT38OM0.4ANM0.5ANM2.0=Q0.2=M0.4TONT39,150LDM0.4AT39OM0.5ANM0.2ANM0.6=M0.5TONT40,30LDM0.5LDM0.6CTUC1,20LDM0.5AT40AC1OM0.6ANM0.7=M0.6=Q0.1LDM0.6ANI0.3OM0.7ANM1.0ANM0.