西南科技大學(xué)電氣專業(yè)及自動化專業(yè)方向設(shè)計報告

1、西南科技大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)方向設(shè)計報告 設(shè)計名稱： 全自動洗衣機(jī)控制器設(shè)計 姓 名： 黃飛鴻 學(xué) 號: 201xxxxx 班 級： 電氣xxxx班 指導(dǎo)教師： 劉德華 起止日期： 2015.11.032015.11.28 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制梁蔭是SB方 向 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué)生班級： 電氣xxxx 學(xué)生姓名： 黃飛鴻 學(xué)號：201xxxxx設(shè)計名稱： 全自動洗衣機(jī)控制器設(shè)計 起止日期： 2015.11.032015.11.28 指導(dǎo)教師： 劉德華 設(shè)計要求：1、按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，開始進(jìn)水直到高水位，停止進(jìn)水，開始洗滌。2、洗滌時，正轉(zhuǎn)15秒，停3秒，然后反轉(zhuǎn)15秒，

2、停3秒；3、如此循環(huán)10次，總共360秒后開始排水，排空后脫水30秒；4、清洗完成，報警10秒并自動停機(jī)；5、若按下停止按扭，洗衣機(jī)停止工作；方 向 設(shè) 計 學(xué) 生 日 志時間設(shè)計內(nèi)容11.5-11.6仔細(xì)查看題目要求，查閱相關(guān)資料11.7-11.9元器件選型，繪制相關(guān)電路圖11.10-11.12根據(jù)相關(guān)電路圖設(shè)計思路，編寫西門子PLC梯形圖11.13-11.15在實驗室根據(jù)自己的梯形圖載入PLC進(jìn)行調(diào)試，驗證其正確性11.16-11.28撰寫設(shè)計報告，為答辯做準(zhǔn)備 全自動洗衣機(jī)控制器設(shè)計摘要：本文介紹了采用可編程控制器（PLC）作為核心控制部件來控制在經(jīng)過高低水位選擇后，洗衣機(jī)的進(jìn)水、洗滌、

3、排水、脫水、報警等的全自動控制系統(tǒng)。文章對全自動洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于PLC的全自動洗衣機(jī)控制方案，并對方案進(jìn)行了論證，根據(jù)洗衣機(jī)的工作原理，設(shè)計了流程圖及程序梯形圖，對按鈕及其它一些輸入/輸出點進(jìn)行控制，實現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動化。由于洗滌，排水，脫水的時間均由PLC內(nèi)計計時器控制，所以只要改變計時器參數(shù)就可以改變時間。關(guān)鍵詞：PLC；全自動洗衣機(jī)；PLC程序設(shè)計Controller Design of Automatic Washing MachineEnglish abstract: This paper introduces the use of progr

4、ammable logic controller (PLC) as the core control unit to control the water level in the selection, washing machine washing, washing, drainage, dehydration, alarm, and other automatic control system. This paper introduces the structure of the washing machine, analyzes the control system of the auto

5、matic washing machine, and puts forward the control scheme of the automatic washing machine based on PLC. The scheme is demonstrated. According to the working principle of the washing machine, the flow chart and program ladder diagram are designed. Due to washing, drainage, dehydration of the time b

6、y the PLC timer control, so as long as the change of the timer parameters can change the time. Key words:PLC; full automatic washing machine; PLC program design一、設(shè)計目的和意義洗衣機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也十分廣泛。但是傳統(tǒng)胡基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對洗衣機(jī)自動化程度的要求了。洗衣機(jī)需要更好的滿足人們的需求，必須借助于自動化技術(shù)的發(fā)展。而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，用

7、PLC來作為控制器，就能很好地滿足洗衣機(jī)對自動化的要求，并且控制方式靈活多樣，控制模式可以根據(jù)不同場合的應(yīng)用而有所不同。自動化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣機(jī)由初始的半自動式洗衣機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的全自動洗衣機(jī)，又正在向智能化洗衣機(jī)方向發(fā)展。通過PLC課程設(shè)計，進(jìn)一步掌握PLC的原理和系統(tǒng)設(shè)計方法，培養(yǎng)和鍛煉應(yīng)用PLC的能力，為今后實際應(yīng)用和設(shè)計PLC打下堅實的基礎(chǔ)。二、控制要求實現(xiàn)洗衣機(jī)的全過程如進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報警等過程預(yù)先寫入N個程序，由程序來控制洗衣機(jī)的進(jìn)水量、洗滌時間、循環(huán)次數(shù)、排水、脫水洗滌等，所有工作完成后有蜂鳴器報警提示，利用可編程控制器PLC來實現(xiàn)洗滌過程的控制。三、設(shè)計方案論證全

8、自動洗衣機(jī)的工作過程一般包括啟動、進(jìn)水、洗滌、排水和脫水等功能。在實現(xiàn)控制過程中，各種采樣信息都是通過控制中心進(jìn)行各種判斷、比較和選擇，再經(jīng)信息線路反饋給洗衣機(jī)各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決定洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。PLC 在系統(tǒng)中是處于中心位置，水位開關(guān)是 PLC 的輸入信號控制開關(guān)，進(jìn)水閥、排水閥和電機(jī)是洗衣機(jī)各種動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中進(jìn)水閥和排水閥由 PLC 給定信號來決定其工作狀態(tài)；電機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心 PLC 給定信號送給變頻器來決定的，而電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。全自動洗衣機(jī)的工作過程包括啟動、進(jìn)水、浸泡、洗滌、排水和脫水等功能。在實現(xiàn)控制過程中，各種采樣信息都是通過

9、控制中心進(jìn)行各種判斷、比較和選擇。再經(jīng)信息線路反饋給洗衣機(jī)各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決定洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。如圖1所示，由 PLC 控制洗衣機(jī)各種動作典型的系統(tǒng)控制圖。排水閥 變頻器（電機(jī)）水位開關(guān)PLC 進(jìn)水閥 圖1 系統(tǒng)控制圖由圖1可知，按下啟動按鈕，PLC 上電，PLC 便通過設(shè)定的程序運(yùn)行。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。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)

10、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。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。全自動洗衣機(jī)是通過水位開關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合來控制進(jìn)水、排水以及電機(jī)的通斷，從而實現(xiàn)自動控制的。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用。程序功能流程圖如圖2。否開始進(jìn)水高水位到位是正轉(zhuǎn)15秒延時3秒反轉(zhuǎn)15秒延時3秒循環(huán)次數(shù)=10否排水是低水位到位否是脫水30秒報警10秒結(jié)束 圖2 程序功能流程圖四、系統(tǒng)設(shè)計 1.控制系統(tǒng)方案選擇 單片機(jī)系統(tǒng)的特點是要求環(huán)境，單片機(jī)對環(huán)境的適應(yīng)力較低，可靠性差。編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要單片機(jī)采用匯

11、編語言或者C語言，這些高級語言和PLC語言相比，難以學(xué)習(xí)。功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。 PLC系統(tǒng)的特點是可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能在各種不同的環(huán)境中適應(yīng)工作。對工作環(huán)境要求較低，抗干擾能力強(qiáng)。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/輸出量的數(shù)量、形式、驅(qū)動要求都可以根據(jù)實際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換。編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設(shè)計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖等。程序簡潔明了，形象直觀。 因此，選用PLC作為控制系統(tǒng)。 2.

12、PLC的分類 （1）小型PLC是指連接開關(guān)量I/O模塊、模擬量I/O模塊以及其它各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù) 輸入/輸出點數(shù)在128點以下的PLC稱為小型PLC。其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，它可以據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 （2）中型PLC是指輸入/輸出點數(shù)在128-512點之間的 PLC稱為中型PLC。它除了具有小型機(jī)所能實現(xiàn)在功能外，還具有強(qiáng)在的網(wǎng)絡(luò)通信功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。 （3）大型PLC是指輸入/輸出點數(shù)大于512的PLC稱為大型PLC。它具有強(qiáng)大的軟件硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級通

13、信網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。 3.PLC的主要技術(shù)指標(biāo) （1）存儲器容量是指存儲器用來存儲程序和系統(tǒng)參數(shù)等，其容量是由用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器組成的。程序存儲器容量大小決定了用戶所能編寫程序的長度。一般中小型PLC的存儲器容量在16KB以下，大型的PLC可達(dá)到2MB左右。 （2）輸入/輸出點數(shù)是指根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制要求所得到的對應(yīng)于PLC的輸入/輸出端的個數(shù)。I/O點數(shù)越多，說明需要控制的器件和設(shè)備就越多。 （3）掃描時間是指CPU內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開始到結(jié)束掃描一次所需的時間。PLC用戶手冊一般給出執(zhí)行指令所用的時間。 （4）指令種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和PLC的處

14、理能力和控制能力。 （5）內(nèi)部寄存器主要包括定時器、計數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。它們主要用來完成計時、技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲等功能。種類和數(shù)量越多，PLC的功能就越強(qiáng)大。 （6）PLC擴(kuò)展能力是指PLC是否能具有I/O點數(shù)擴(kuò)展、功能擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)等一些功能。 （7） 智能模塊是指能完成模擬量控制、遠(yuǎn)程控制以及通信等功能模塊。 4.典型的PLC控制系統(tǒng)硬件組成框如圖3所示接受現(xiàn)場信號輸入接口部件中央處理單元CPU板接口部件輸出受控部件電源部件 圖3 PLC基本結(jié)構(gòu)圖 5.PLC選型PLC的功能日益強(qiáng)大，一般PLC都具有開關(guān)量邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等功能。選型時考慮一下幾點：功能與任

15、務(wù)相適應(yīng)，PLC的處理速度滿足實時控制的要求，PLC結(jié)構(gòu)合理，機(jī)型統(tǒng)一在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足。可以選擇西門子S7-200系列PLC作為此全自動洗衣機(jī)的控制主機(jī)。在西門子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等之分。常見PLC型號如表1。表1 常見PLC型號CPU221CPU222CPU224CPU226程序存儲器2048字節(jié)4096字節(jié)用戶數(shù)據(jù)存儲器1024字節(jié)2560字節(jié)用戶存儲器類型EEPROM數(shù)據(jù)后備典型時間50h190hI/O6輸入4輸出8輸入6輸出14輸入10輸出24輸16輸出擴(kuò)展

16、模塊數(shù)量無2個7個數(shù)字量I/O印象區(qū)大小256（128入/128出）模擬量I/O印象區(qū)大小無16入/16出32入/32出33HZ布爾指令執(zhí)行速度0.37/微秒/指令內(nèi)部繼電器256計數(shù)器/定時器256/256順序控制繼電器256 根據(jù)上表可知，該全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)CPU模塊可以采用CPU-222模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊的進(jìn)行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶8個數(shù)字量輸入點和6個數(shù)字量輸出點，完全能滿足自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。 6. I/O分配表及接線圖I/O點數(shù)是PLC的一項重要指標(biāo)，合理使用I/O點數(shù)即可使系統(tǒng)

17、滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點。考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上一定的備用量。該系統(tǒng)有4個數(shù)字輸入點和6個數(shù)字輸出點。根據(jù)I/O點數(shù)，可選西門子S7-200 CPU222型可編程控制器。其I/O分配表如表2。表2 I/O分配表控制信號 信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號 啟動信號常開按鈕SB1I0.0 停止信號常閉按鈕SB2I0.1高水位信號高水位按鈕SB3I0.3低水位信號低水位按鈕SB4I0.2輸出信號進(jìn)水信號電磁閥YV0Q0.

18、0電機(jī)正轉(zhuǎn)信號接觸器KM1Q0.1電機(jī)反轉(zhuǎn)信號接觸器KM2Q0.2排水信號電磁閥YV1Q0.3脫水信號電磁離合器YV2Q0.4報警信號蜂鳴器HAQ0.57.程序梯形圖主程序根據(jù)設(shè)計要求，主要實現(xiàn)以下幾點主要功能，一對于程序的起?？刂疲τ诟叩退坏倪x擇，三在實現(xiàn)以上要求之后，通過程序的控制，實現(xiàn)進(jìn)水、排水、洗滌和脫水四個主要功能，同時達(dá)到在各個過程中能夠有信號指示燈指示各個工作狀態(tài)下的信號狀態(tài)，并且能夠在洗滌完成之后達(dá)到通過蜂鳴器報警提示的功能。SB1閉合（即I0.0得電）Q0.0得電且自鎖開始進(jìn)水，I0.1為閉合按鈕，I0.3為高水位探測器，如圖4所示。圖4 啟動、停止程序當(dāng)水位到高位時I

19、0.3動合，Q0.1得電且自鎖，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，洗衣機(jī)正洗，如圖5所示。圖5 正轉(zhuǎn)程序當(dāng)計時器到15S后T38的狀態(tài)瞬時改變M0.0得電且自鎖，如圖6所示。圖6 中間繼電器程序計時器T42計時3S，電動機(jī)處于暫停狀態(tài)，如圖7所示。圖7 暫停程序3S后電動機(jī)開始反轉(zhuǎn)15S，如圖8所示。圖8 反轉(zhuǎn)程序T39計時15S后 M0.1得電自鎖，如圖9所示。圖9 中間繼電器程序M0.1得電后T43開始計時3S，此時電動機(jī)暫停，如圖10所示。圖10 暫停程序3S后計時器開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)小于10時，重新從正轉(zhuǎn)循環(huán)，計數(shù)大于等于10時循環(huán)結(jié)束，如圖11所示。圖11 循環(huán)程序計數(shù)大于等于10時C1接通，Q0.3得電開

20、始排水，如圖12所示。圖12 排水程序當(dāng)水位處于低水位位置時，探測器狀態(tài)改變，排水結(jié)束，開始脫水，如圖13所示。圖13 脫水程序排水30S后，Q0.5接通開始報警10S，任務(wù)完成，按SB2結(jié)束，如圖14所示。圖14 報警程序 8.語句表軟件編寫完程序后點擊查看菜單下的STL選項直接生成梯形圖的語句表。語句表如圖15、圖16所示。圖15 語句表圖16 語句表五、設(shè)計結(jié)果及分析程序運(yùn)行 I0.0按下后，Q0.0得電并且自鎖開始進(jìn)水；當(dāng)水位到達(dá)高水位時，I0.3瞬時接通Q0.0失電停止進(jìn)水；Q0.1得電且自鎖，開始正轉(zhuǎn)計時器開始計時；當(dāng)計時器開始計時15S后，自動復(fù)位開始暫停3S，如圖17所示。圖1

21、7 啟動、正轉(zhuǎn)、暫停功能 當(dāng)T42計時到3S時，暫停結(jié)束；開始反轉(zhuǎn)15S，計時器T39開始計時；當(dāng)計時器T39計時15S后，自動復(fù)位，Q0.2失電，停止反轉(zhuǎn)開始暫停3S；T43計時3S結(jié)束時，暫停結(jié)束，計數(shù)器加1，當(dāng)C1小于10時返回網(wǎng)絡(luò)2開始循環(huán)，如圖18所示。圖18 反轉(zhuǎn)、暫停、計數(shù)功能 當(dāng)C1計數(shù)等于10時，Q0.3接通自鎖，開始排水；當(dāng)水位低于低水位時，I0.2瞬時改變狀態(tài)。Q0.4得電自鎖開始脫水30S，計時器開始計時；當(dāng)T41計時結(jié)束時，Q0.4失電，停止脫水，Q0.5得電，開始報警，如圖19所示。圖19 排水、脫水、報警功能結(jié)果分析：此PLC控制程序可以實現(xiàn)，洗衣機(jī)的進(jìn)水，排水，

22、分別有進(jìn)水電磁和排水電磁閥執(zhí)行。洗滌正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動撥盤，正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。脫水時由脫水電磁離合器合上，排水電磁閥吸合，洗滌電機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報警，洗衣機(jī)通過高水位限位檢測SB3，低水位限位檢測SB4，來檢測水位的高度位置，水位選擇有兩個按鈕完成。用LED發(fā)光二極管來指示當(dāng)前的工況狀態(tài)，啟動，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，排水，脫水，報警等一系列的要求可以實現(xiàn)。結(jié)束語通過這次課程設(shè)計不僅使我對于機(jī)電傳動控制這門課進(jìn)行了一次綜合性的復(fù)習(xí)，同時還讓我學(xué)到了很多東西，比如說當(dāng)自己覺得程序設(shè)計的挺好時，可在運(yùn)行時卻發(fā)現(xiàn)運(yùn)行的結(jié)果漏洞百出，自己或沒想到或想得太簡單，總是前后不能兼顧。在不斷修改完善中運(yùn)行結(jié)果才按要求一一實現(xiàn)。在完成程序設(shè)計的同時毫無疑問對于plc的理解與以前相比深了很多。對于這