PLC課程設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

年4月19日PLC課程設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔僅供參考 電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)題目:全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)成績(jī)：指導(dǎo)老師簽名：日期：目錄1系統(tǒng)描述即設(shè)計(jì)要求 11.1自動(dòng)洗衣機(jī)的介紹 11.2自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)要求 12方案論證 22.1采用PLC系統(tǒng)： 22.2采用單片機(jī)系統(tǒng)： 22.3方案的選擇 23硬件設(shè)計(jì) 33.1系統(tǒng)的原理方框圖 33.2主電路 33.3I/O分配 43.4I/O接線圖 43.5元器件選型 54軟件設(shè)計(jì) 94.1主流程 94.2梯形圖 105系統(tǒng)調(diào)試 13設(shè)計(jì)心得 15參考文獻(xiàn) 161系統(tǒng)描述即設(shè)計(jì)要求1.1自動(dòng)洗衣機(jī)的介紹隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和社會(huì)飛速發(fā)展，洗衣機(jī)成為人民日常生活息息相關(guān)的家用電器產(chǎn)品。洗衣機(jī)的全自動(dòng)化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向。基于全自動(dòng)洗衣機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，本次設(shè)計(jì)利用三菱公司生產(chǎn)的PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)，與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)相比較，洗衣機(jī)可靠性、節(jié)能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活動(dòng)部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時(shí)系統(tǒng)維修簡(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短。全自動(dòng)洗衣機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，洗衣機(jī)洗滌、脫水程序是由單片機(jī)為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機(jī)的指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對(duì)復(fù)雜；其次，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件時(shí)．要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)及欠壓保護(hù)等等這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率無(wú)形地增加了維修成本費(fèi)用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用的PLC能克服單片機(jī)的缺點(diǎn)。它是整體模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中，硬件也相對(duì)簡(jiǎn)單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。1.2自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)要求經(jīng)過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)要求為：（1）按下啟動(dòng)按鈕及水位選擇開(kāi)關(guān)，注水直到高（中、低）水位，關(guān)水；（2）2s后開(kāi)始洗滌；（3）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30s，停2s，然后反轉(zhuǎn)30s，停2s；（4）如此循環(huán)5次，總共320s后開(kāi)始排水，排空后脫水30s；（5）開(kāi)始清洗，重復(fù)（2）～（5），清洗兩遍；（6）清洗完成，報(bào)警3s并自動(dòng)停機(jī)；（7）若按下停車按扭，可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水（不計(jì)數(shù)）；若要求啟動(dòng)開(kāi)關(guān)分為標(biāo)準(zhǔn)洗和輕柔洗，試改變有關(guān)輸入點(diǎn)，并在程序中加入輕柔洗功能2方案論證2.1采用PLC系統(tǒng)：1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對(duì)工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)。2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴(kuò)展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量，形式，驅(qū)動(dòng)能力等都能夠根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時(shí)能夠隨時(shí)更換，近年來(lái)，PLC的特殊模塊增多這些能夠滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。3）編程簡(jiǎn)單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語(yǔ)言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡(jiǎn)潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒(méi)有計(jì)算機(jī)知識(shí)的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果逼真，且與計(jì)算機(jī)控制容易。2.2采用單片機(jī)系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差?，F(xiàn)今的單片機(jī)正在向提高工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)的可靠性和靈活方便地構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)界面的方向發(fā)展，而且控制功能越來(lái)越豐富。單片機(jī)比專用處理器最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。特別是它體積小，集成度高。性能穩(wěn)定，可靠性高，有較高的性價(jià)比。但由于單片機(jī)的指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對(duì)復(fù)雜；其次，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件時(shí)，要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)以及欠壓保護(hù)等等。這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率，無(wú)形的增加了維修成本費(fèi)用。2.3方案的選擇根據(jù)上述方案的論證，本次設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖控制系統(tǒng)將由PLC可編程序控制器作為主要組成部分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程控制。PLC即ProgrammablelogicController，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并經(jīng)過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC在硬件上又基本單元（包含中央處理器單元，存儲(chǔ)器，輸入輸出接口，內(nèi)部電源）,I/O口擴(kuò)展單元，及外部設(shè)備組成。其輸入接口電路一般有干接觸，直流輸入，交流輸入三種形式。輸出形式有：繼電器輸出，晶體管輸出和晶閘管輸出。PLC采用循環(huán)掃描的的工作方式，其工作時(shí)的掃描過(guò)程包括5個(gè)階段：內(nèi)部處理，通信處理，輸入掃描，程序執(zhí)行，輸出處理。其中程序執(zhí)行過(guò)程又分為輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段。3硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的原理方框圖 系統(tǒng)的原理方框圖如圖1所示啟動(dòng)按鈕停止按鈕水位選擇開(kāi)關(guān)啟動(dòng)按鈕停止按鈕水位選擇開(kāi)關(guān)手動(dòng)排水開(kāi)關(guān)手動(dòng)脫水開(kāi)關(guān)電磁進(jìn)水閥線圈電磁排水閥線圈接觸器線圈PLC電磁進(jìn)水閥電磁進(jìn)水閥電磁排水閥洗滌電動(dòng)機(jī)蜂鳴器水位傳感器水位傳感器圖1系統(tǒng)原理方框圖3.2主電路系統(tǒng)的電機(jī)主電路如圖2所示圖2電機(jī)主電路圖3.3I/O分配系統(tǒng)的I/O分配如表1所示表1控制器I/O口分配表輸入輸出停止X000啟動(dòng)洗衣機(jī)Y000啟動(dòng)X001進(jìn)水閥Y001高水位X003電機(jī)正轉(zhuǎn)Y002中水位X004電機(jī)反轉(zhuǎn)Y003低水位X005排水閥Y004排空檢測(cè)X006脫水電磁離合器Y005高水位檢測(cè)X007報(bào)警Y006中水位檢測(cè)X010低水位檢測(cè)X011手動(dòng)排水X012手動(dòng)脫水X0133.4I/O接線圖系統(tǒng)的I/O接線圖如圖3所示I/O接線說(shuō)明：停車按鈕：SB1高水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ2脫水電磁閥：Y5啟動(dòng)按鈕：SB2中水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ3報(bào)警揚(yáng)聲器：SPK高水位檔：K1低水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ4中水位檔：K2啟動(dòng)洗衣機(jī)：Y0低水位檔：K3進(jìn)水電磁閥：Y1手動(dòng)排水：K4電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)：KM1手動(dòng)脫水：K5電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)：KM2排空檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ1排水電磁閥：Y4圖3系統(tǒng)I/O接線圖3.5元器件選型3.5.1PLC的選型經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)圖的分析，可知全自動(dòng)洗衣機(jī)的I/O點(diǎn)不多，選擇抵擋的三菱FX2N系列FX2N32MR，能夠完全滿足其要求，F(xiàn)X2N32MR有32個(gè)I/O，根據(jù)輸入，輸出口的總點(diǎn)數(shù)，考慮留有適當(dāng)余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC，可滿足設(shè)計(jì)要求。如下圖4所示。圖4FX2N-32MR0013.5．2電機(jī)的選擇在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，應(yīng)用比較廣泛的是單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)。在本系統(tǒng)中選用YC系列微型單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，YC系列微型單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)廣泛用作空氣壓縮機(jī)、水泵、冰箱、洗衣機(jī)、醫(yī)療器械等機(jī)械的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。本系列按照YC系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并吸取國(guó)際上同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行派生設(shè)計(jì)制造，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、維修方便及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異等特點(diǎn)。YC系列微型單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)為全封閉型結(jié)構(gòu)，全部采用E級(jí)絕緣材料，具有良好好的絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度。電機(jī)如圖5所示。型號(hào)：YC632-2效率%:60功率W：180轉(zhuǎn)速r/min：2800電流A：1.95功率因數(shù)cos?:0.7電壓V：220起動(dòng)電流A:12頻率Hz：50起動(dòng)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距:2.8圖5YC632-2型電機(jī)3.5.3接觸器的選擇交流接觸器的選擇主要考慮主觸點(diǎn)的額度電流、額定電壓、線圈電壓等。主觸點(diǎn)的額定電流In可根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選擇：式中為接觸器主觸點(diǎn)額定電流；K為比例系數(shù)；為被控電動(dòng)機(jī)額定功率；為被控電動(dòng)機(jī)額定線電壓。而且，交流接觸器主觸點(diǎn)額定電壓一般按高于電路額定電壓來(lái)確定。因此，取K=1故選擇施奈德的LC1-D0610M5C型交流接觸器。其外形圖如圖6所示其主要技術(shù)參數(shù)為：額定絕緣電壓220V； 額定發(fā)熱電流6A。圖6交流接觸器3.5.4熱繼電器的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)頻繁換向啟動(dòng)的工作情況，按式IR=（1.15~1.5）IN選取，因此，故選取施奈德的LR2-D1306C型熱繼電器。外形圖如下圖7所示其主要技術(shù)參數(shù)為：脫扣等級(jí)10A；整定電流范圍1-1.6A；圖7LR2-D1306C3.5.5開(kāi)關(guān)電源的選擇根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)要求，為保證安全，外部電器（包括電磁閥、蜂鳴器等）使用低電壓直流電，為此選擇了哈克特HTSP-320F-24型開(kāi)關(guān)電源，外型如圖8所示，將交流電轉(zhuǎn)換為要求的直流電。其主要技術(shù)參數(shù)：輸出電壓：24V 輸出電流：0-13A效率：87%圖8開(kāi)關(guān)電源3.5.6水位傳感器的選擇水位傳感器就相當(dāng)于壓力開(kāi)關(guān)，當(dāng)你設(shè)定好一個(gè)壓力值以后，注水后產(chǎn)生水壓，達(dá)到壓力值后就自動(dòng)通電，起到了開(kāi)關(guān)的作用。水位開(kāi)關(guān)的種類很多，考慮到各種因素，洗衣機(jī)中一般采用壓力式水位開(kāi)關(guān)，它裝在洗滌缸的上部，它有一根下端開(kāi)口的氣管通到缸底，進(jìn)水時(shí)管里的空氣被封閉在里面出不來(lái)，就形成比外界稍高的壓力。水位越高壓力越高，這樣根據(jù)壓力就可間接測(cè)知水位，從而控制閥門。而壓力的測(cè)量依然用彈性元件，靠元件的變形帶動(dòng)觸點(diǎn)完成通斷動(dòng)作。這種測(cè)液位的方法叫做“靜壓法”，在工業(yè)中用的不少。外型如圖9所示。在該系統(tǒng)中，選擇海爾洗衣機(jī)水位開(kāi)關(guān)。壓力式開(kāi)關(guān)型號(hào)：XQB50-LDC6V10mA圖9洗衣機(jī)水位開(kāi)關(guān)3.5.7進(jìn)水電磁閥的選擇進(jìn)水閥用來(lái)控制進(jìn)水，進(jìn)水時(shí)先選擇水位檔位，到達(dá)設(shè)定水位，相應(yīng)的水位開(kāi)關(guān)閉合，由程序控制進(jìn)水閥閉合，從而開(kāi)始洗衣工作過(guò)程。從經(jīng)濟(jì)角度考慮選用星光的進(jìn)水電磁閥（FCD-270B），外型如圖10所示。公稱通徑：G3／4C16（mm）

適用介質(zhì)：水、氣、油

壓力范圍：0.02-1.0（Mpa）

適用溫度：0-100（℃）圖10通用進(jìn)水電磁閥3.5.8排水閥的選擇排水閥用來(lái)控制排水，洗衣機(jī)按工作順序洗完衣服后，由程序自動(dòng)啟動(dòng)排水閥開(kāi)始排水，當(dāng)排空后，排空檢測(cè)開(kāi)關(guān)閉合，啟動(dòng)脫水電磁離合器，開(kāi)始脫水，脫水過(guò)程中，保持排水。本系統(tǒng)選擇海爾全自動(dòng)洗衣機(jī)排水閥，型號(hào)為XQB50-L外型如圖11所示。圖11XQB50-L型排水閥3.5.9蜂鳴器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇壓電式蜂鳴器，型號(hào)：NFM1-22/LC，外型如圖12所示。圖12蜂鳴器壓電式蜂鳴器的參數(shù)：額定電壓：AC/DC12V響度：70dB/10cm 光亮度：85（cd/）額定電流：20（mA）4軟件設(shè)計(jì)4.1主流程系統(tǒng)主流程如圖13所示.圖13全自動(dòng)洗衣機(jī)程序流程圖4.2梯形圖說(shuō)明：特殊輔助繼電器M8002為初始化脈沖，僅在運(yùn)行開(kāi)始瞬間接通。此段梯形圖完成的功能為：在停車開(kāi)關(guān)按下后根據(jù)X012、X013狀態(tài)分別實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水與脫水。此段梯形圖完成的功能為：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)按下，激活狀態(tài)S20。此段梯形圖功能為：清零計(jì)數(shù)器C0，打開(kāi)進(jìn)水閥，開(kāi)始進(jìn)水，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的水位，檢測(cè)水位是否到達(dá)設(shè)定水位，如果到達(dá)則激活狀態(tài)S21。此段梯形圖功能為：關(guān)閉進(jìn)水閥后延時(shí)2s。延時(shí)時(shí)間到后激活狀態(tài)S22。此段梯形圖功能為：?jiǎn)?dòng)洗衣機(jī)滾桶，正轉(zhuǎn)30s，時(shí)間到達(dá)后，激活狀態(tài)S23。此段梯形圖功能為：滾筒正轉(zhuǎn)30s完成后停止轉(zhuǎn)動(dòng)2s。此段梯形圖功能為：滾筒反轉(zhuǎn)30s，時(shí)間到后，激活狀態(tài)S25。此段梯形圖功能為：滾筒停轉(zhuǎn)2s，同時(shí)判斷洗滌過(guò)程是否已經(jīng)進(jìn)行了5次循環(huán)了，如果沒(méi)有，激活狀態(tài)S22，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行從狀態(tài)S20到狀態(tài)S25的程序，如果洗滌已經(jīng)完成了5次循環(huán)過(guò)程了，激活狀態(tài)S26。此段梯形圖功能為：完成5次洗滌之后，自動(dòng)排水，排完水后激活狀態(tài)S27。此段梯形圖功能為：排完水后對(duì)衣物進(jìn)行脫水30s，同時(shí)判斷是否對(duì)衣物已經(jīng)清洗了兩遍，如果未達(dá)到兩遍，則再次激活狀態(tài)S20，重復(fù)狀態(tài)S20到S27的程序，如果清洗次數(shù)達(dá)到兩遍后，激活狀態(tài)S28。此段梯形圖功能為：在完成上述所有洗滌過(guò)程后自動(dòng)報(bào)警3s，然后回到初始狀態(tài)。以上所有狀態(tài)工作的條件都是在停止開(kāi)關(guān)未接通的情況下。只要停止開(kāi)關(guān)一接通，則結(jié)束自動(dòng)控制過(guò)程，進(jìn)入手動(dòng)控制階段，手動(dòng)控制主要包括可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水，根據(jù)手動(dòng)輸入信號(hào)決定所完成的控制功能。5系統(tǒng)調(diào)試由于沒(méi)有模塊原件，因此選擇編程軟件GX.Developer連接Simulator仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。首先編寫好PLC程序，然后再把編好的程序讀入Simulator仿真軟件，進(jìn)入調(diào)試模式，接通啟動(dòng)按鈕X1，置位狀態(tài)寄存器S20，手動(dòng)選擇水位控制進(jìn)水閥開(kāi)始進(jìn)水，并接通相應(yīng)水位傳感器，從而置位S21，S20自動(dòng)復(fù)位，關(guān)閉進(jìn)水，同時(shí)啟動(dòng)T0計(jì)時(shí)器暫停2s。計(jì)時(shí)完畢，T0常開(kāi)點(diǎn)閉合，置位S22，洗衣機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，并開(kāi)啟T1計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)完畢，T1常開(kāi)點(diǎn)閉合，置位S23，開(kāi)啟暫停2s的T2計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)完畢，T2常開(kāi)點(diǎn)閉合，置位S24，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)開(kāi)啟T3計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)完畢，T3常開(kāi)點(diǎn)閉合，從而置位S25，開(kāi)啟暫停2s計(jì)時(shí)器T4。計(jì)時(shí)到時(shí)，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器C0，計(jì)數(shù)一次，同時(shí)返回S22，直到計(jì)數(shù)器計(jì)到5次時(shí)，即正反轉(zhuǎn)320s后，置位S26，開(kāi)始排水.當(dāng)排空后，X11有信號(hào)，利用軟件手動(dòng)閉合X11，從而置位S27,啟動(dòng)脫水，并保持排水，同時(shí)開(kāi)啟T5計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)到時(shí)，T5常開(kāi)點(diǎn)閉合，C1計(jì)數(shù)一次，同時(shí)返回S20，直到C1計(jì)時(shí)3次時(shí)，即重復(fù)洗滌三次后，C1常開(kāi)點(diǎn)閉合，置位S28，開(kāi)啟報(bào)警電路，揚(yáng)聲器發(fā)出響聲提示洗衣完成，同時(shí)啟動(dòng)T6計(jì)時(shí)器，控制報(bào)警聲3s后停止，之后返回到S0,程序停止。在每一步順序運(yùn)行時(shí)，上一步的狀態(tài)寄存器均自動(dòng)復(fù)位。在程序運(yùn)行中，閉合X0，各狀態(tài)寄存器均無(wú)信