PLC课程设计 全自动洗衣机.doc

河南理工大学课程设计说明书PLC课程设计论文题目：全自动洗衣机PLC控制指导教师： 姓名学号班级完成日期：2012-6-2024摘要根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。针对典型全自动洗衣机的实际控制要求，运用三菱PLC顺序控制步进STL指令编程方法，在I/O分配的基础上，进行PLC梯形图程序设计，并对程序运行功能予以分析说明。本全自动洗衣机设计分配有12个输入点和7个输出点，采用了7个定时器对电机转动进行定时，2个计数器对洗衣机进行循环控制，实现了注水-洗涤-排水-脱水自动控制。经过PLC上机模拟调试，与实际控制要求完全一致。关键词：全自动洗衣机；PLC控制。AbstractAccording to the work principle of the full-automatic washer, make use of the programmable logical controller PLC realization control, explain the principle method of the PLC control, the special features of the characteristics and the control washer. In view of the typical completely automatic washer actual control request,step-by-steps the STL instruction programming method using the Mitsubishi PLC sequential control,in the I/O assignment foundation carries on the PLC trapezoidal chart programming,and analyzes the explanation to the procedure movement function. This fully automatic washing machine design distribution have 12 input points and seven output points, the seven timer to turn for timing motor, two counter cycle of washing machine control and realized water injection-washing-drainage-dehydration automatic control.After the PLC hands-on simulation debugging is completely consistent with the actual control request.Key words: full-automatic washer   PLC control. 目录前言51、系统描述61.1 PLC选型61.1.1 概述61.1.2 I/O 模块及点数61.1.3 PLC 输出类型选择7图1 整体框架82、资源分配92.1 I/O分配表92.2 所用定时器计数器介绍93、硬件电路103.1 控制主回路103.2 I/O接线图1111图3 I/O接线图114 、软件分析114.1 软件设计思路114.2 程序流程图134.3 顺序功能图144.4 梯形图程序16图 6 梯形图225、心得体会236、参考文献247、致谢24前言从古至今，洗衣服都是人类生活中不可避免的一项家务劳动。然而随着社会的发展，科技的进步，洗衣服也逐渐被机器所替代。从1874年至今，洗衣机经历了普通型、半自动型、自动型等类型，然而无论是波轮式、搅拌式还是滚筒式，都在朝着智能化，水流方式多样化，洗衣机方式创造化，设计更趋人性化方向发展。如今智能化的控制已经取代了传统的工业控制，尤其是PLC的出现与发展带来了洗衣机的春天。与以往的洗衣机相比，PLC控制具有：抗干扰性强，可靠性高实现功能齐全，外围电路简单易学易用系统设计与建造工作量小，时间计算精确，维护方便智能化、实时监控、人性化等优点。这次课程设计主要采用PLC控制技术来设计全自动洗衣机控制系统，使得全自动洗衣机工作效率大大提高。同时，洗衣机的操作更加简单方便，有利于人们快速学习与使用。该系统采用PLC 为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。此外，PLC 可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC 又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。1、系统描述1.1 PLC选型1.1.1 概述1、逻辑控制功能：逻辑控制功能是 PLC 最基本功能之一,是 PLC 最基本的应用领域，可取代传统的 继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。 2、定时控制功能：定时控制功能是PLC 的最基本功能之一。PLC 中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确实时控制。 3、计数控制功能：计数控制功能是 PLC 的最基本功能之一。PLC 为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号(计数值到)，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。 1.1.2 I/O 模块及点数 输入/输出接口通常也称 I / O 单元或 I / O 模块，是 PLC 与工业生产现场之间 的连接通道。 PLC 输入接口-用户设备需输入 PLC 的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、 选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进 入机内)等，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信 号，用这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制的依据。 PLC 输出接口-路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电 信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。 I / O 接口的作用：电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC 内部 CPU 的处理的信号是标准电平信号。 I / O 接口的类型：开关量输入/输出接口模拟量输入/输出接口输入/输出 （I/O）点数：PLC 的I/O点数是指 PLC 的I/O 接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。本次设计的全自动洗衣机需要 8 个输入点，11 个输出点。 1.1.3 PLC 输出类型选择 PLC 的输出类型有继电器和晶体管两种类型，两者的工作参数差别较大， 1、继电器和晶体管输出工作原理继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中。电磁式继电器是一种机电元件，通过机械动作来实现触点的通断，是有触点元件。晶体管是一种电子元件，它是通过基极电流来控制集电极与发射极的导通。它是无触点元件。 2、继电器与晶体管输出的主要差别：由于继电器与晶体管工作原理的不同，导致了两者的工作参数存在了较大的差异。 （1）驱动负载不同 继电器型可接交流 220V 或直流 24V 负载，没有极性要求；晶体管型只能接直流24V负载，有极性要求。继电器的负载电流比较大可以达到 2A，晶体管负载电流为0.2-0.3A。同时与负载类型有关。 （2）响应时间不同继电器响应时间比较慢（ 约 10ms-20ms ）晶体管响应时间比 较快约，0.2ms-0.5ms，Y0、Y1甚至可以达到 10 us。 （3）使用寿命不同继电器由于是机械元件受到动作次数的寿命限制，且与负载容量有关，随着负载容量的增加，触点寿命几乎按级数减少。晶体管是电子原件只有老化，没有使用寿命限制。3、继电器与晶体管输出选型原则继电器型输出驱动电流大，响应慢，有机械寿命，适用于驱动中间继电器、接触器的线圈、指示灯等动作频率不高的场合。晶体管输出驱动电流小，频率高，寿命长，适用于控制伺服控制器、固态继电器等要求频率高、寿命长的应用场合。在高频应用 场合，如果同时需要驱动大负载，可以加其他设备（如中间继电器，固态继电器等）方式驱动。 综上所述：全自动洗衣机控制采用三菱公司的 FX2N 系列整体式PLC。根据设计要求 ，故选择PLC的型号为FX2N-32MR001。1.2 全自动洗衣机系统概述本设计是以三菱FX2N系列PLC为控制器。全自动洗衣机基本结构由进水口、轻柔洗标准洗开关、停止按钮、內桶、外桶、波盘、控制器、排水按钮、高水位选择开关、中水位选择开关、低水位选择开关、排水口、洗涤电机、脱水按钮等构成。当给洗衣机通电时，X1作为标准洗和轻柔洗选择开关。当选择标准洗时，洗衣机将按照标准洗流程工作，选择轻柔洗时按照标准洗流程工作。标准洗与轻柔洗的区别是在工作时电机正传与反转的时间不同，轻柔洗的时间少。控制系统结构图如图1所示：入机接口 轻柔洗、标准洗 选择开关 停止按钮 高水位选择开关 中水位选择开关 低水位选择开关 手动排水开关 手动脱水开关 脱水完毕按钮辅助元件 电磁进水闸线圈 电磁排水闸线圈 接触器线圈PLC执行元件 电磁进水闸 电磁排水闸 洗涤电动机 蜂鸣器传感器 高水位浮球开关 中水位浮球开关 低水位浮球开关 水排空浮球开关 图1 整体框架2、资源分配2.1 I/O分配表输入元件地址编号输出元件地址编号启动切换开关X1启动洗衣机Y0停止切换开关X0进水阀控制Y1高水位X2电机正转Y2中水位X3电机反转Y3低水位X4排水控制Y4排空检测传感器X5脱水控制Y5高水位检测传感器X6报警控制Y6中水位检测传感器X7低水位检测传感器X10手动排水X11手动脱水X12手动脱水完毕按钮 X13表1 I/O分配表2.2 所用定时器计数器介绍标准洗流程共用到7个定时器，2个计数器。T0：在进水达到指定位置时，停止进水，定时器到两秒时电机开始正转，洗衣机开始搅拌洗衣。T1：此定时器为电机在转动时正转30秒定时。T2：电机正转30秒后，要停两秒，此定时器为定时2秒。T3：电机反转30秒定时作用。T4：电机反转30秒后，停2秒定时作用。T5：脱水30秒定时作用。T6：脱水完成后定时报警2秒作用。C0：循环5次正转反转计时作用。C1：循环两次洗衣过程。3、硬件电路3.1 控制主回路洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。全自动洗衣机的线路是由主回路和控制回路组成的。 主回路如图2所示： 图2 控制主回路为防止全自动洗衣机在工作过程中，电路发生短路，损坏电动机和电路中的各种电气设备，因此在主电路中安装了熔断器，当电路出现短路故障时，能迅速、可靠的断开电源。全自动洗衣的电机容量较小，主电路中的熔断器可同时作为控制电路的短路保护，所以在主电路中使用熔断器就足够了。3.2 I/O接线图通过PLC来实现电动机的正反转，并且实现洗衣机按预先设置的程序自动执行，完成洗衣。当需要手动排水与脱水时，可强制止自动程序的运行，跳出自动切换到手动操作。图3 I/O接线图4 、软件分析4.1 软件设计思路由于采用梯形图或指令表方式来编程已为广大电气技术人员所接受，但是对于步进控制程序的编写，难度将大大增加。且各个元件之间的连锁、互动关系极其复杂，画出的梯形图往往达到数百航，通常要由熟练地电气工程师凭借经验才能完成。另外，如果不再提醒图上加注是，程序的可读性也很差。因此为了解决这一问题，三菱可编程控制器引入了顺序功能图（SFC）。借助这一先进的编程方法，初学者也能方便地编写出复杂的税控程序，有效解决了经验设计法所存在的问题，在提高设计效率的同时方便了程序的修改、阅读、调试。因此本设计是以顺序功能图为基础。编写好顺序功能图程序后，可以利用编程软件自动转化为顺序功能图或指令表。采用的软件是三菱公司的GX Developer编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。顺序功能图设计思路：利用M8002进行初始化，X1是一个选择开关，当X1打到标准洗档位上时，洗衣机按照标准洗流程工作，当打到轻柔洗档位时，洗衣机按照轻柔洗流程工作。标准洗与轻柔洗区别在于电机正转反转时间不同。接着开始进水，选择不同的水位开关（X2、X3、X4），注水量将不同。进水完成，等待2秒后电机开始正转30秒，停两秒，再反转30秒，停两秒，如此往复5遍。完成5遍之后排水，在这一步要复位计数器C0，同时在这一步利用X0可以选择手动排水和手动脱水，X0为选择开关。排水完毕后（利用的是排空检测传感器X5），接下来是脱水30秒，完成后返回到S20步，循环执行2遍。整个洗衣过程完毕，接下来是报警3秒后自动关机。手动排水时：排空后按下X12手动脱水按钮，开始手动脱水，脱水完毕按下按钮X13，手动脱水完毕。4.2 程序流程图注水高（中、低）水位，停水停2S电机正传30s停2S初始状态电机反传30s停2S循环5次排水脱水30s循环2次清洗完成，报警3s手动排水手动脱水停机图4 程序流程图1、按下启动按钮及水位选择开关，注水直到高（中、 低）水位，关水。2、2s后开始洗涤。3、洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s。4、如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s。5、开始清洗，重复（2）（5），清洗两遍。6、清洗完成，报警3s并自动停机。7、按下停止按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。4.3 顺序功能图由于标准洗和轻柔洗流程大致相同，只是时间不一样。因此在这里给出了标准洗的顺序功能图：图 5 顺序功能图4.4 梯形图程序以下为在编写好顺序功能图之后，转化来的梯形图程序，如图7。图 6 梯形图5、心得体会经过一周的努力我们的全自动洗衣机 PLC 课程设计终于完成了,让我们收获颇丰，不仅熟悉了全自动洗衣机的工作工程，还更加了解了梯形图编程。一段时间的课程设计，让我们加深了对PLC 的认识和理解，也知道了PLC应用于工业控制的优点所在，更重要的是让我们看到了自己知识的匮乏，也坚定了以后要不断的学习，不断的向身边的人虚心请教， 同时要借助于图书馆和网络来 扩展自己的知识面的决心。也只有这样，在以后的社会竞争中，我们才能有立足之地，才能有所作为。另外通过本次课程设计发现课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。这次课程设计要求设计一个全自动洗衣机控制，自行设计这对我们将来踏上工作岗位是非常有帮助的。于是本次设计过程中我们完全按照软件设计步骤的要求来进行，从课题分析开始，再进行总体设计、详细设计,最后到系统实现。每一步都让我们将理论学习的知识应用到实践中去。也使我们掌握了一整套规范的设计操作流程。 经过挑选与对比，我们最终决定选择全自动洗衣机设计，而放弃交通灯设计，让自己挑战新的方面。在课题分析阶段，由于本次是设计一个PLC控制系统，所以对其中的PLC的工作分析尤为重要。对指导老师提供的资料必须要吃透，这是关键。详细设计阶段，首先考虑各电路模块的主要功能及软件的设计，分别进行安装调试。其次，将写好的程序进行上机调试，这时很容易出错，经过我们的多次修改与验证才成功。 在设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我们懂得了许多东西，也培养了我们独立工作与合作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。虽然这个设计做的不是十分完美，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，将使我们终身受益。6、参考文献1 魏志精.可编程控制器应用基础【M】电子工业出版社,20032 董爱华.可编程控制器原理及应用【M】中国电力出版社20093 廖常初.PLC基础及应用北京：机械工业出版社,20034 李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,20055 吴存宏.浅谈PLC在全自动洗衣机中运用J.设计与开发,19997、致谢本次课程设计是针对这一学期所学的知识联系实际进行综合性的电路设计，在这期间我们也碰到了一些问题，后来经过查询资料向同学请教以及我们三人精心研究与讨论都一一解决。经过一周的努力，我们设计出属于自己的产品，都有很大的成就感。通过此次设计，我们的经验都丰富不少。感谢在这次设计中给予我们支出和帮助的人。最后祝指导老师工作顺利，身体健康，开心每一天。