PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、 PLC原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY PLC控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 全自動(dòng)洗衣機(jī) 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 目 錄第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容31.2 系統(tǒng)控制要求 3第二部分 設(shè)計(jì)方案2.1 總體設(shè)計(jì)方案說明 3第三部分 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的選型及硬件配置63.2 I/O點(diǎn)分配73.3 I/O接線圖8第四部分 PLC控制軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)94.2 調(diào)試結(jié)果與分析 13第五部分課程設(shè)計(jì)總結(jié) 14第六部分 參考文獻(xiàn) 14第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 輸入回路的設(shè)計(jì) 輸

2、出回路的設(shè)計(jì) 擴(kuò)展模塊的選用 PLC的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 軟件編制1.2 控制要求（1）按下啟動(dòng)按鈕及水位選擇開關(guān)，注水直到高（中、 低）水位，關(guān)水（2）2s后開始洗滌（3）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)10s，停2s，然后反轉(zhuǎn)10s，停2s（4）如此循環(huán)5次，總共120s后開始排水，排空后脫水10s（5）開始清洗，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)） 輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)： 啟動(dòng) 洗衣機(jī)啟動(dòng)指示 停止 進(jìn)水閥 高水位 正轉(zhuǎn) 中水位 反轉(zhuǎn) 低水位 排水 排空檢測(cè) 脫水 高水位檢測(cè) 報(bào)警 中水位檢測(cè) 低水位檢測(cè)手動(dòng)排水手動(dòng)脫水第二部分 設(shè)計(jì)方

3、案2.1 總體設(shè)計(jì)方案說明2.1.1 控制系統(tǒng)的比較 PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)： 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)能力等都可以根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時(shí)可以隨時(shí)更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以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)人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能

4、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。單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)：1）要求環(huán)境，單片機(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。2）編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機(jī)采用匯編語言或者是C語言，這些高級(jí)語言和PLC語言相比，難以學(xué)習(xí)。3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理速度快。2.2.2 洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)概述全自動(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。

5、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)、過載保護(hù)、過熱保護(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。另外它的編程語言也相對(duì)簡(jiǎn)單。典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示：圖1 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖2.2.3 PLC的設(shè)計(jì)步驟 開發(fā)應(yīng)用PLC 的設(shè)計(jì)任務(wù)分為硬件和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)

6、主要包括: 1）確定安排PLC 的輸入、輸出點(diǎn); 2）設(shè)計(jì)外圍電路, 包括主電路; 3）選購PLC 并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝接線等內(nèi)容；軟件設(shè)計(jì), 大多數(shù)用梯形圖和指令程序, 主要包括: 1）設(shè)計(jì)控制流程, 根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán),如有必要再畫詳細(xì)的狀態(tài)流程圖;2）根據(jù)工作循環(huán)圖, 畫出虛擬的電路圖繼電器梯形圖;按梯形圖編寫指令程序表;3系統(tǒng)調(diào)試: 根據(jù)設(shè)計(jì)要求, 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改, 必要時(shí)還可對(duì)硬件進(jìn)行修改, 直到滿足要求；在電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)中，又存在著兩種不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。由于控制方式的不同，兩種洗衣機(jī)在結(jié)構(gòu)和原理上都有很大的區(qū)別。程序控制洗衣機(jī)以洗衣機(jī)生產(chǎn)廠家設(shè)定

7、的數(shù)十種操作程序?yàn)榛A(chǔ)，用戶在使用時(shí)可根據(jù)洗衣量，布質(zhì)的輕重以及衣物的臟污程度性質(zhì)等因素，選擇不同的洗衣程序。程序控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制按鈕很多，對(duì)程序的選擇需要有一定的洗衣經(jīng)驗(yàn)。模糊控制洗衣機(jī)以其內(nèi)部設(shè)置的各種傳感器為信息采集源，對(duì)傳感器傳回的洗衣量，衣物布質(zhì)，臟污程度以及臟污性質(zhì)信息進(jìn)行模糊邏輯推理，從而自動(dòng)設(shè)置相應(yīng)的洗滌參數(shù)，并對(duì)洗衣的全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)與控制。模糊控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣按鈕只有很少幾個(gè)。從控制類型上來說，模糊控制屬于智能控制，是自動(dòng)控制的較高形式，代表著自動(dòng)控制的發(fā)展方向。但是，受自動(dòng)控制水平的限制，目前的模糊控制洗衣機(jī)還不能實(shí)現(xiàn)全功能上的模糊控制，另外由于使用了各種

8、傳感器和模糊邏輯控制器，使模糊控制洗衣機(jī)的成本遠(yuǎn)高于程序控制洗衣機(jī)。第三部分 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的選型及硬件配置3.1.1 PLC的選型PLC是一種用作數(shù)字控制的專用電子計(jì)算機(jī)，它根據(jù)用戶給的指令，通過輸入接口現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)作。它主要由CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口模板三部分。它是整體模塊形式，由它作為洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，在硬件設(shè)計(jì)上就相對(duì)簡(jiǎn)單點(diǎn)。通過對(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FX2N-32MR，可以完全滿足其要求，F(xiàn)X2N-32MR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

9、用三菱FX2N-32MR型PLC，可滿足設(shè)計(jì)要求。3.1.2電動(dòng)機(jī)的選擇 本洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)選用了家用電器常用的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)。洗衣機(jī)設(shè)計(jì)容量為3.6公斤故電機(jī)額定功率選為180W洗衣轉(zhuǎn)速175r/min脫水轉(zhuǎn)速1200r/min。綜上選擇YY104-180型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)額定功率180W額定電壓220V額定轉(zhuǎn)速1350r/min額定電流1.7A。 3.1.3其他元器件參數(shù)見下表 3.2 I/O點(diǎn)分配I/O地址信號(hào)名稱功能說明備注X001啟動(dòng)按鈕開啟洗衣機(jī)運(yùn)行常開X002停止按鈕關(guān)閉洗衣機(jī)運(yùn)行常開X003高水位開關(guān)選擇高水位常開X004中水位開關(guān)選擇中水位常開X005低水位開

10、關(guān)選擇底水位常開X006排空檢測(cè)開關(guān)排空時(shí)接通常開X007高水位檢測(cè)開關(guān)高水位時(shí)有信號(hào)常開X010中水位檢測(cè)開關(guān)中水位時(shí)有信號(hào)常開X011低水位檢測(cè)開關(guān)低水位時(shí)有信號(hào)常開X012手動(dòng)拍水選擇手動(dòng)排水常開X013手動(dòng)脫水選擇手動(dòng)脫水常開Y000啟動(dòng)洗衣機(jī)開啟洗衣機(jī)通有效Y001進(jìn)水閥開啟進(jìn)水閥通有效Y002電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)線圈電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)通有效Y003電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)線圈電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)通有效Y004排水閥開啟排水通有效Y005脫水電磁離合器開啟脫水通有效Y006報(bào)警啟動(dòng)報(bào)警通有效表3-1 I/O地址分配表3.3 I/O接線圖圖3-3 I/O外部接線圖說明： 啟動(dòng)按鈕：SB1 高水位檢測(cè)開關(guān)：SQ2 脫水電磁閥：Y

11、C 停車按鈕：SB2 中水位檢測(cè)開關(guān)：SQ3 報(bào)警揚(yáng)聲器：SPK高水位檔：K1 低水位檢測(cè)開關(guān)：SQ4中水位檔：K2 啟動(dòng)洗衣機(jī)：Y1 低水位檔：K3 進(jìn)水電磁閥：YV1手動(dòng)排水：K4 排水電磁閥：YV2手動(dòng)脫水：K5 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)：KM1排空檢測(cè)開關(guān)：SQ1 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)：KM2第四部分 PLC控制軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1.1 控制方案在工業(yè)控制領(lǐng)域，許多的控制過程都可用順序控制的方式來實(shí)現(xiàn)，使用步進(jìn)指令實(shí)現(xiàn)順序控制既方便又便于閱讀修改，所以在全自動(dòng)洗衣機(jī)的梯形圖控制中，采用步進(jìn)順序指令來實(shí)現(xiàn)控制。利用狀態(tài)寄存器S0-S499中的一部分來編寫步進(jìn)梯形圖進(jìn)行控制。PLC順序控制編程

12、的主要依據(jù)是狀態(tài)流程圖，運(yùn)用STL和RET步進(jìn)指令進(jìn)行編程。利用SET置位指令將某狀態(tài)的狀態(tài)繼電器元件置位后，該狀態(tài)的步進(jìn)點(diǎn)閉合，這時(shí)順序控制進(jìn)入該狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)移至下一狀態(tài)的條件滿足時(shí)，利用SET置位指令又將下一狀態(tài)的狀態(tài)寄存器置位，這時(shí)順序控制進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，而上一個(gè)狀態(tài)寄存器自動(dòng)復(fù)位。順序控制的編程步驟如下：1. 列出PLC輸入輸出點(diǎn)分配表。1. 根據(jù)系統(tǒng)控制要求畫出順序控制的狀態(tài)流程圖。2. 根據(jù)狀態(tài)流程圖編寫出相應(yīng)的梯形圖。3. 寫出對(duì)應(yīng)的指令語序表。5. 調(diào)試程序。4.1.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制程序流程圖 圖4-1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制流程圖4.13 全自動(dòng)洗衣機(jī)步進(jìn)梯形圖4.2 調(diào)試結(jié)果與

13、分析連接好PLC外部電路，打開PLC電源，關(guān)閉PLC運(yùn)行開關(guān)，用電腦軟件就PLC內(nèi)部清理。將編寫好的程序傳入PLC ，打開PLC運(yùn)行開關(guān)，發(fā)現(xiàn)PLC的RUN指示燈亮，說明程序運(yùn)行正確，置位狀態(tài)寄存器S0，按下啟動(dòng)按鈕X1，置位狀態(tài)寄存器S20，控制進(jìn)水閥開始進(jìn)水。由外部跟定液位信號(hào)，比如選定高水位洗滌，則閉合X3,過一會(huì)兒再閉合X7，相當(dāng)于已達(dá)到高水位，從而置位S20，S0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常開點(diǎn)閉合，置位S21，洗衣機(jī)開始正轉(zhuǎn)，并開啟T1計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)10s。計(jì)時(shí)完畢，T1常開點(diǎn)閉合，置位S22，開啟暫停2s的T2計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)完畢，T2常開點(diǎn)閉合，置位

14、S23，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)開啟T3計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)10s。計(jì)時(shí)完畢，T3常開點(diǎn)閉合，T3到每1次計(jì)時(shí)器C0計(jì)數(shù)1次，C0計(jì)數(shù)沒到5次就轉(zhuǎn)移置位S20，直到計(jì)數(shù)器計(jì)到5次時(shí)，即正反轉(zhuǎn)120s后，C0計(jì)數(shù)5次到，置位S24，開始排水.當(dāng)排空后，X6有信號(hào)，從而置位S25啟動(dòng)脫水，同時(shí)開啟T4計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)10s。計(jì)時(shí)到時(shí)，T4常開點(diǎn)閉合，C1計(jì)數(shù)1次，同時(shí)返回S20，直到C1計(jì)時(shí)2次時(shí)，即反復(fù)洗滌兩次后，C1常開點(diǎn)閉合，置位S26，開啟報(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)T5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

15、合X2，各狀態(tài)寄存器均無信號(hào)，通過選擇手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水檔位，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水功能。若啟動(dòng)手動(dòng)排水X12后，開始排水,直到排空檢測(cè)接受到排空信號(hào)后，排水關(guān)閉，說明排水完成。若啟動(dòng)手動(dòng)脫水X13后，開始脫水,同時(shí)開啟T6計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)10s。計(jì)時(shí)到后，T6常閉斷開，脫水完成。其中報(bào)警電路用到的特殊繼電器M8013產(chǎn)生閃爍報(bào)警電路。第五部分課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過將近一周的全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC課程設(shè)計(jì)，讓我收獲頗豐，不僅熟悉了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過程，還學(xué)會(huì)了使用步進(jìn)指令。步進(jìn)指令簡(jiǎn)單，直觀，易于閱讀，使用它來控制洗衣機(jī)的工作過程，真的很是方便。幾天的課程設(shè)計(jì)，讓我加深了對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)和理解，也知道了PLC應(yīng)用于工業(yè)控制的優(yōu)點(diǎn)所在，更重要的是讓我看到了自己知識(shí)的匱乏，自己要學(xué)的東西還有太多，以前有很多東西都是看似會(huì)了，可是一到應(yīng)用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)還有很多不會(huì)，同時(shí)我也明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累并不斷應(yīng)用的過程，也堅(jiān)定了以后