自動洗衣機(jī)PLC課程設(shè)計(jì)

1、電氣與PLC控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目 自動洗衣機(jī)PLC控制 系 別 信息與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 13電本1班 學(xué) 號 000000000000 學(xué)生姓名 吳魚 指導(dǎo)教師（簽名） 王 完成時間 2016 年 6 月 18 日 課程設(shè)計(jì)成績評定表評價內(nèi)容標(biāo) 準(zhǔn)分值得分1選題能體現(xiàn)課程的培養(yǎng)目標(biāo)，難度和工作量較大，有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。102設(shè)計(jì)圓滿完成課程設(shè)計(jì)中各項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)書設(shè)計(jì)科學(xué)、先進(jìn)，計(jì)算準(zhǔn)確；圖、表繪制及技術(shù)要求符合國家標(biāo)準(zhǔn)。有較大創(chuàng)新和較大實(shí)用價值；立論正確，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)結(jié)論明確。設(shè)計(jì)書中分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)正確、嚴(yán)密，對專業(yè)知識綜合訓(xùn)練程度高，課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫規(guī)范。603陳述

2、回答問題有理有據(jù)，體現(xiàn)出較寬泛的知識面，思維敏捷、邏輯性強(qiáng)。陳述清晰、正確、邏輯性強(qiáng)，基本概念清楚，語言流暢、精煉。204表現(xiàn)在整個課程設(shè)計(jì)階段能夠獨(dú)立分析并解決問題，完成相關(guān)部分的設(shè)計(jì)。10總 評摘 要隨著人們生活水平的不斷提高，洗衣機(jī)已經(jīng)作為一件必備實(shí)用的家用電器進(jìn)入了千家萬戶。人們對洗衣機(jī)依賴性的加強(qiáng)也必然要求著洗衣機(jī)的各相性能得到同步加強(qiáng)，要求著洗衣機(jī)適應(yīng)各種不同使用環(huán)境的能力得到進(jìn)一步提升。近年來，可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，它所具有的功能性強(qiáng)、可靠性高、配制方法靈活等特點(diǎn)是其它控制器所無法匹敵的，因此，它被越來越廣泛的應(yīng)用于各類工業(yè)控制領(lǐng)域并加快了向民眾生活進(jìn)軍的步法。本文講述的

3、是如何利用 PLC 實(shí)現(xiàn)全自動洗衣機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)洗衣、清水、脫水的全自動控制。本文結(jié)合任務(wù)設(shè)計(jì)書的要求，以洗衣機(jī)為研究對象，采用了三菱公司 FX1N 系列可編程邏輯控制器作為洗衣機(jī)的控制器。對洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的總體功能進(jìn)行了分析，闡述了可編程邏輯控制器的組成和工作原理。并提出了洗衣機(jī)硬件的各組成模塊及詳細(xì)的硬件模塊設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)改善了洗衣機(jī)系統(tǒng)的控制品質(zhì)，并真正地達(dá)到了實(shí)時全自動控制的要求。關(guān)鍵字： 洗衣機(jī)； 全自動； 可編程邏輯控制器； 控制 目 錄前言1第一章 應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21.1 設(shè)計(jì)要求21.2 工作原理21.3 方案選擇3第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1主電路設(shè)計(jì)42

4、.2 控制電路設(shè)計(jì)52.3 主要元器件的選擇.7第三章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)83.1 編程軟件.83.2 控制流程圖.93.3 SFC圖.10第四章 調(diào)試124.1硬件調(diào)試124.2 軟件調(diào)試124.3運(yùn)行調(diào)試12心得體會13參考文獻(xiàn)14III前言 全自動洗衣機(jī)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,而且洗衣機(jī)采用高分子聚合塑鋼材料作為外箱體，不怕水，不腐爛，永不生銹，耐碰撞，防漏電，機(jī)身輕便，易于搬動,還不占位,特意添加的抗老化劑，令外箱體歷久彌新。目前,目前市場上出售的全自動

5、洗衣機(jī)大體分為三類,為前置式側(cè)開門滾筒式洗衣機(jī)、波輪上開門洗衣機(jī)與攪拌式洗衣機(jī)。全自動洗衣機(jī)的發(fā)明是洗衣機(jī)發(fā)明的一個 重大革命，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)程序使這款洗衣機(jī)更加智能化。它不僅大大節(jié)省了人力，而且還進(jìn)一步擴(kuò)大了機(jī)洗衣物的范圍。省去了手洗的麻煩和去干洗店的費(fèi)用。使用全自動洗衣機(jī)洗衣時可以根據(jù)衣物質(zhì)地、體積，在微電腦控制板上選擇水流的強(qiáng)弱、時間的長短以及水量的多少。所以洗衣機(jī)問世至今，自動洗衣機(jī)一直都受到消費(fèi)者的偏愛?？删幊炭刂破?Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmabl

6、e Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，本課題就怎樣利用PLC來控制全自動洗衣機(jī)進(jìn)行了研究，對其中軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了分析和研究，實(shí)現(xiàn)了全自動洗衣機(jī)的正常運(yùn)行和強(qiáng)制性停止功能。本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：1. 方案選擇與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2. 輸入輸出與PLC機(jī)型的選擇。3. I/O地址的分配。4. 程序狀態(tài)圖的設(shè)計(jì)。5. SFC圖的編寫及調(diào)試。 第一章應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求PLC投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動。 按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，開始進(jìn)水，水滿(至高

7、低水位)時停止進(jìn)水,2秒后開始洗滌。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。循環(huán)3次，總共180秒后開始排水，排空后（水降到低位）開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10秒即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過程。若完成了3次大循環(huán)，則進(jìn)行洗報(bào)警10秒結(jié)束全部過程，自動停機(jī)。 此外按排水按鈕可實(shí)現(xiàn)手動排水。1.2工作原理全自動洗衣機(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(shí)現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通

8、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(shí)現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動排水。全自動洗衣機(jī)的實(shí)物示意圖如下圖1所示。 圖1 自動洗衣機(jī)示意圖1.3 方案選擇PLC是一種專用電子計(jì)算機(jī)，它根據(jù)用戶給的指令，通過輸入接口現(xiàn)場采樣信息執(zhí)行邏輯或數(shù)值運(yùn)算，再通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。它主要由CPU、存儲器、I/O接口模板三部分構(gòu)成。它能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，可輕松應(yīng)對潮濕環(huán)境。用PLC控制的全自動洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示 圖2 PLC控制的全自動洗

9、衣機(jī)結(jié)構(gòu)框圖第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1主電路設(shè)計(jì)全自動洗衣機(jī)通過PLC來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，并且實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)按預(yù)先設(shè)置的程序自動執(zhí)行，完成洗衣。當(dāng)需要手動排水與脫水時，可以強(qiáng)制止自動程序的運(yùn)行，掏出自動切換到手動操作。為防止全自動洗衣機(jī)在工作過程中，電路發(fā)生短路，損壞電動機(jī)和電路的各種電氣設(shè)備，因此在主電路中安裝了熔斷器，當(dāng)電路出現(xiàn)短路故障時，能迅速、可靠的斷開電源。全自動洗衣機(jī)的電機(jī)容量較小，主電路中的熔斷器可同時作為控制電路的短路保護(hù)，所以在主電路中使用熔斷器就足夠了。PLC部分和開關(guān)電源那的熔斷器也是為了防止電路過電流，保護(hù)電路和電路中的電器元件。全自動洗衣機(jī)在長時間工作下，為了防止電機(jī)

10、繞組的溫升超過額定值而損壞，采用熱繼電器作為保護(hù)元件，與熔斷器搭配使用，可靠地保護(hù)電動機(jī)。人機(jī)接口部分的按鈕等都選擇低壓電器元件，保護(hù)操作者的安全。全自動洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)主接線路如圖3所示。 圖3 全自動洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)主接線路2.2控制電路設(shè)計(jì)2.2.1 PLC的選擇三菱FX1N-32MR有16個輸入點(diǎn)，16個輸出點(diǎn)，通過對結(jié)構(gòu)圖的分析，可知全自動洗衣機(jī)控制程序較為簡單，輸入輸出信息不多，考慮留有適當(dāng)余量，采用三菱FX1N-32MR型PLC可滿足設(shè)計(jì)要求。3.2.2 I/O口及定時器/計(jì)數(shù)器說明I/O口分配表：如表1所示 表1 I/O分配表類別元件端子號作用輸入SB1 X0啟動按

11、鈕SB2X1停止按鈕SB3X2排水按鈕SQ1X3高水位開關(guān)SQ2X4低水位開關(guān)輸出YA1Y0進(jìn)水電磁閥線圈KM1Y1電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM2Y2電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器線圈YA2Y3排水電磁閥線圈YA3Y4脫水電磁離合器線圈FMY5報(bào)警蜂鳴器定時器、計(jì)數(shù)器說明：如表2所示表2 定時器、計(jì)數(shù)器說明類別器件號設(shè)定值作用定時器T02S進(jìn)水候暫停時間T115s正轉(zhuǎn)洗滌計(jì)時T23s正洗暫停計(jì)時T315s反轉(zhuǎn)洗滌計(jì)時T43s反洗暫停計(jì)時T510s脫水計(jì)時T610s洗完報(bào)警計(jì)時計(jì)數(shù)器C03次正、反洗循環(huán)計(jì)數(shù)PLC控制電路連線如圖4所示 圖4 PLC控制電路 2.3主要器件的選擇2.3.1電動機(jī)的選擇由于家庭提供的電源

12、限制故選單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動機(jī)。以3.6公斤全自動洗衣機(jī)為例，由于全自動洗衣機(jī)的脫水桶直徑較大，這一偏心不能不考慮，所以計(jì)算時應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計(jì)算依據(jù)。脫水時電機(jī)功率比洗滌時要大，在確定電機(jī)功率時應(yīng)以脫水時消耗的功率為依據(jù)，也就是說脫水時電機(jī)功率就是該洗衣機(jī)所確定的電機(jī)額定功率。由于在計(jì)算時一些因素如電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量等沒考慮，造成一些偏差，所以3.6公斤全自動洗衣機(jī)電機(jī)額定功率選為180瓦。符合全自動洗衣機(jī)的功率范圍120W250W。故選擇YY104-180型號單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)，功率180瓦,額定電壓220V，轉(zhuǎn)速1350r/min，電流1.7A。2.3.2 傳感器的選擇

13、 對于PLC控制的洗衣機(jī),要求水位的檢測必須是連續(xù)的,諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長C 參數(shù)的變化,最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是將水位的高低通過導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個測試內(nèi)腔氣體變化的壓力,驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動,帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動,從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。第三章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)3.1 編程軟件編程軟件采用三菱公司為其生產(chǎn)的PLC而設(shè)計(jì)的編程軟件GX Developer 8.86版本。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯

14、形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能,結(jié)構(gòu)化程序的編寫(分部程序設(shè)計(jì))，可制作成標(biāo)準(zhǔn)化程序, 在其它同類系統(tǒng)中使用。本軟件包適用于三菱（MITSUBISHI FA）FX0N/1N/1S/2N/2NC、AnS/AnA、MELSEC-全系列工控PLC系統(tǒng)的程序編制。GX Developer的特點(diǎn)：1. 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運(yùn)動控制（SCPU）,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXG

15、P(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。 2. 利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升3. 程序的標(biāo)準(zhǔn)化 4. 能夠簡單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接 5. 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接 6. 豐富的調(diào)試功能 3.2控制流程圖如下圖5所示 圖 5 控制流程圖3.3 SFC圖 圖6 狀態(tài)圖轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)器0：按停止鍵X001時，回到狀態(tài)器0初始化計(jì)數(shù)器C0，防止洗衣機(jī)下次工作計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。狀態(tài)器20：按下啟動按鈕X000時啟動進(jìn)水電磁閥線圈Y000，同時計(jì)時器T0開始計(jì)時，當(dāng)T0計(jì)滿2秒后斷開進(jìn)水電磁閥線圈Y000，常開Y000起自鎖作用。狀態(tài)器21：當(dāng)T0計(jì)滿2秒時，啟動電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器線圈

16、Y001，同時正轉(zhuǎn)計(jì)時器T1開始計(jì)時，滿15秒后斷開Y001，同時暫停計(jì)時器T2開始計(jì)時。 狀態(tài)器22：當(dāng)T2計(jì)滿3秒后，啟動電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器線圈Y002，同時反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器T3開始計(jì)時，計(jì)滿15秒后斷開Y002，啟動計(jì)時器T4，當(dāng)T4滿3秒后啟動計(jì)數(shù)器C0并計(jì)數(shù)1次，同時斷開計(jì)數(shù)器T4，防止對洗衣機(jī)重復(fù)返回正反洗狀態(tài)。狀態(tài)器23：當(dāng)C0計(jì)滿三次后啟動排水電磁閥線圈Y003、脫水電磁離合器線圈Y004，同時計(jì)時器T5開始計(jì)時，計(jì)滿10秒斷開Y003、Y004;否則重新返回狀態(tài)器21，狀態(tài)器24：當(dāng)T5計(jì)滿10秒后啟動蜂鳴器FM，洗完報(bào)警計(jì)時，同時T6開始計(jì)時，滿10秒后斷開蜂鳴器，完成全自動洗衣過程

17、。此外：當(dāng)停止按鈕X001按下時，條件滿足7、8、9、10，無論此時洗衣機(jī)處于何種狀態(tài)都將返回狀態(tài)器0；當(dāng)需要直接脫水時，直接按下脫水按鈕X002進(jìn)入狀態(tài)器23完成脫水。需要注意的是：條件12需要加上C0的自鎖，否則狀態(tài)將出錯；還有開始洗衣前應(yīng)先選擇高/低水位Y003/Y004后再按啟動按鈕X000。 第四章 調(diào)試4.1硬件調(diào)試連接好外圍器件，接通電源，檢查可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。4.2 軟件調(diào)試將編寫好的SFC圖通過GX developer下載到三菱FX1N-32MR中，進(jìn)行下一步的調(diào)試。4.3運(yùn)行調(diào)試在硬件與軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，打開可編

18、程控制器的“RUN”開關(guān)進(jìn)行調(diào)試；觀察運(yùn)行的情況是否正確，以確定PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖： 圖7 運(yùn)行結(jié)果圖心得體會電氣與PLC控制技術(shù)是大學(xué)里面一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，PLC當(dāng)今社會發(fā)展異常迅速，新型PLC、各種特殊模塊和通信聯(lián)網(wǎng)器件，使可編程控制器成為集微機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化的一種強(qiáng)有力的工具，學(xué)好PLC對我們非常重要。這次課程設(shè)計(jì)為全自動洗衣機(jī)PLC控制，一路走來，感慨頗多，起初設(shè)計(jì)沒半點(diǎn)頭緒，自己也沒多準(zhǔn)備，課本知識也沒吃透，上網(wǎng)隨便找了篇范文跟著上面的程序照抄了一邊，然后就一直不成功，首先是二級線圈重復(fù)，然后我就

19、用輔助繼電器代替，這下程序檢查沒錯誤了，可下載到三菱FX1N里面就亂碼了，這時候想死的心都有了，于是我便在書上找類似的符號，想找出解決的方法，網(wǎng)上程序畫的是常開觸點(diǎn)S20？可怎么書上說的是狀態(tài)S20，仔細(xì)看完書上SFC的內(nèi)容才明白了問題出在哪里，網(wǎng)上那程序壓根就是錯的，好后悔，后悔在這錯誤的程序上浪費(fèi)了大把時間，后悔沒把書本的知識弄懂。于是，改正了前面的錯誤，我便找到了方向-利用SFC圖實(shí)現(xiàn)這次課程設(shè)計(jì)，不過該從何下手呢？SFC那次實(shí)驗(yàn)課我剛好請假了，又心塞了，無奈又得請教舍友，諸如STEP、JUMP、TRAN這樣的功能也是剛接觸，自己琢磨了好久都沒弄出個所以然。當(dāng)?shù)弥?班老師有求他們學(xué)生也是做這個課程設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)的功能一樣時，我似乎又看到了希望，拿過來參考了一下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)他們在重復(fù)正反洗滌3次是直接把正洗反洗狀態(tài)連續(xù)寫三遍我也是醉了，問了那2班的同學(xué)他說他老師也不