PLC課程設計全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計

年4月19日PLC課程設計全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計文檔僅供參考 電氣控制與PLC課程設計題目:全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計院系名稱：電氣工程學院專業(yè)班級：學生姓名：學號：指導教師：成績成績：指導老師簽名：日期：目錄1系統(tǒng)描述即設計要求 11.1自動洗衣機的介紹 11.2自動洗衣機的設計要求 12方案論證 22.1采用PLC系統(tǒng)： 22.2采用單片機系統(tǒng)： 22.3方案的選擇 23硬件設計 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軟件設計 94.1主流程 94.2梯形圖 105系統(tǒng)調試 13設計心得 15參考文獻 161系統(tǒng)描述即設計要求1.1自動洗衣機的介紹隨著科學技術不斷進步和社會飛速發(fā)展，洗衣機成為人民日常生活息息相關的家用電器產品。洗衣機的全自動化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向。基于全自動洗衣機的應用日益廣泛，本次設計利用三菱公司生產的PLC控制全自動洗衣機，與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)相比較，洗衣機可靠性、節(jié)能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時系統(tǒng)維修簡單、維修時間縮短。全自動洗衣機采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應工作環(huán)境的能力。在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是由單片機為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機的指令系統(tǒng)相對復雜，編寫洗滌、脫水程序相對復雜；其次，在設計控制系統(tǒng)硬件時．要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護等等這樣增加了硬件的復雜性，隱含較高的故障率無形地增加了維修成本費用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運用的PLC能克服單片機的缺點。它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網功能。因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。1.2自動洗衣機的設計要求經過PLC實現(xiàn)的設計要求為：（1）按下啟動按鈕及水位選擇開關，注水直到高（中、低）水位，關水；（2）2s后開始洗滌；（3）洗滌時，正轉30s，停2s，然后反轉30s，停2s；（4）如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s；（5）開始清洗，重復（2）～（5），清洗兩遍；（6）清洗完成，報警3s并自動停機；（7）若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）；若要求啟動開關分為標準洗和輕柔洗，試改變有關輸入點，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。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅動能力等都能夠根據實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時能夠隨時更換，近年來，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計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術人員的傳統(tǒng)習慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。2.2采用單片機系統(tǒng)：單片機對環(huán)境的適應能力較低，可靠性差?，F(xiàn)今的單片機正在向提高工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)的可靠性和靈活方便地構成應用系統(tǒng)界面的方向發(fā)展，而且控制功能越來越豐富。單片機比專用處理器最適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。特別是它體積小，集成度高。性能穩(wěn)定，可靠性高，有較高的性價比。但由于單片機的指令系統(tǒng)相對復雜，編寫洗滌、脫水程序相對復雜；其次，在設計控制系統(tǒng)硬件時，要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護以及欠壓保護等等。這樣增加了硬件的復雜性，隱含較高的故障率，無形的增加了維修成本費用。2.3方案的選擇根據上述方案的論證，本次設計的全自動洗衣機梯形圖控制系統(tǒng)將由PLC可編程序控制器作為主要組成部分，從而實現(xiàn)對全自動洗衣機的工作過程控制。PLC即ProgrammablelogicController，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并經過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC在硬件上又基本單元（包含中央處理器單元，存儲器，輸入輸出接口，內部電源）,I/O口擴展單元，及外部設備組成。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，其工作時的掃描過程包括5個階段：內部處理，通信處理，輸入掃描，程序執(zhí)行，輸出處理。其中程序執(zhí)行過程又分為輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段。3硬件設計3.1系統(tǒng)的原理方框圖 系統(tǒng)的原理方框圖如圖1所示啟動按鈕停止按鈕水位選擇開關啟動按鈕停止按鈕水位選擇開關手動排水開關手動脫水開關電磁進水閥線圈電磁排水閥線圈接觸器線圈PLC電磁進水閥電磁進水閥電磁排水閥洗滌電動機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)的電機主電路如圖2所示圖2電機主電路圖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啟動洗衣機Y000啟動X001進水閥Y001高水位X003電機正轉Y002中水位X004電機反轉Y003低水位X005排水閥Y004排空檢測X006脫水電磁離合器Y005高水位檢測X007報警Y006中水位檢測X010低水位檢測X011手動排水X012手動脫水X0133.4I/O接線圖系統(tǒng)的I/O接線圖如圖3所示I/O接線說明：停車按鈕：SB1高水位檢測開關：SQ2脫水電磁閥：Y5啟動按鈕：SB2中水位檢測開關：SQ3報警揚聲器：SPK高水位檔：K1低水位檢測開關：SQ4中水位檔：K2啟動洗衣機：Y0低水位檔：K3進水電磁閥：Y1手動排水：K4電動機正轉：KM1手動脫水：K5電動機反轉：KM2排空檢測開關：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的選型經過對結構圖的分析，可知全自動洗衣機的I/O點不多，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I/O，根據輸入，輸出口的總點數(shù)，考慮留有適當余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC，可滿足設計要求。如下圖4所示。圖4FX2N-32MR0013.5．2電機的選擇在全自動洗衣機中，應用比較廣泛的是單相電容運轉異步電機。在本系統(tǒng)中選用YC系列微型單相電容起動異步電動機，YC系列微型單相電容起動異步電動機廣泛用作空氣壓縮機、水泵、冰箱、洗衣機、醫(yī)療器械等機械的驅動設備。本系列按照YC系列國家標準并吸取國際上同類產品的優(yōu)點進行派生設計制造，具有結構簡單、運行安全可靠、維修方便及技術經濟指標優(yōu)異等特點。YC系列微型單相電容起動異步電動機為全封閉型結構，全部采用E級絕緣材料，具有良好好的絕緣性能和機械強度。電機如圖5所示。型號：YC632-2效率%:60功率W：180轉速r/min：2800電流A：1.95功率因數(shù)cos?:0.7電壓V：220起動電流A:12頻率Hz：50起動轉距/額定轉距:2.8圖5YC632-2型電機3.5.3接觸器的選擇交流接觸器的選擇主要考慮主觸點的額度電流、額定電壓、線圈電壓等。主觸點的額定電流In可根據下面的經驗公式進行選擇：式中為接觸器主觸點額定電流；K為比例系數(shù)；為被控電動機額定功率；為被控電動機額定線電壓。而且，交流接觸器主觸點額定電壓一般按高于電路額定電壓來確定。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電動機頻繁換向啟動的工作情況，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所示其主要技術參數(shù)為：脫扣等級10A；整定電流范圍1-1.6A；圖7LR2-D1306C3.5.5開關電源的選擇根據全自動洗衣機的設計要求，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型開關電源，外型如圖8所示，將交流電轉換為要求的直流電。其主要技術參數(shù)：輸出電壓：24V 輸出電流：0-13A效率：87%圖8開關電源3.5.6水位傳感器的選擇水位傳感器就相當于壓力開關，當你設定好一個壓力值以后，注水后產生水壓，達到壓力值后就自動通電，起到了開關的作用。水位開關的種類很多，考慮到各種因素，洗衣機中一般采用壓力式水位開關，它裝在洗滌缸的上部，它有一根下端開口的氣管通到缸底，進水時管里的空氣被封閉在里面出不來，就形成比外界稍高的壓力。水位越高壓力越高，這樣根據壓力就可間接測知水位，從而控制閥門。而壓力的測量依然用彈性元件，靠元件的變形帶動觸點完成通斷動作。這種測液位的方法叫做“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，選擇海爾洗衣機水位開關。壓力式開關型號：XQB50-LDC6V10mA圖9洗衣機水位開關3.5.7進水電磁閥的選擇進水閥用來控制進水，進水時先選擇水位檔位，到達設定水位，相應的水位開關閉合，由程序控制進水閥閉合，從而開始洗衣工作過程。從經濟角度考慮選用星光的進水電磁閥（FCD-270B），外型如圖10所示。公稱通徑：G3／4C16（mm）

適用介質：水、氣、油

壓力范圍：0.02-1.0（Mpa）

適用溫度：0-100（℃）圖10通用進水電磁閥3.5.8排水閥的選擇排水閥用來控制排水，洗衣機按工作順序洗完衣服后，由程序自動啟動排水閥開始排水，當排空后，排空檢測開關閉合，啟動脫水電磁離合器，開始脫水，脫水過程中，保持排水。本系統(tǒng)選擇海爾全自動洗衣機排水閥，型號為XQB50-L外型如圖11所示。圖11XQB50-L型排水閥3.5.9蜂鳴器的選擇根據設計要求，選擇壓電式蜂鳴器，型號：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軟件設計4.1主流程系統(tǒng)主流程如圖13所示.圖13全自動洗衣機程序流程圖4.2梯形圖說明：特殊輔助繼電器M8002為初始化脈沖，僅在運行開始瞬間接通。此段梯形圖完成的功能為：在停車開關按下后根據X012、X013狀態(tài)分別實現(xiàn)手動排水與脫水。此段梯形圖完成的功能為：啟動開關按下，激活狀態(tài)S20。此段梯形圖功能為：清零計數(shù)器C0，打開進水閥，開始進水，同時根據設定的水位，檢測水位是否到達設定水位，如果到達則激活狀態(tài)S21。此段梯形圖功能為：關閉進水閥后延時2s。延時時間到后激活狀態(tài)S22。此段梯形圖功能為：啟動洗衣機滾桶，正轉30s，時間到達后，激活狀態(tài)S23。此段梯形圖功能為：滾筒正轉30s完成后停止轉動2s。此段梯形圖功能為：滾筒反轉30s，時間到后，激活狀態(tài)S25。此段梯形圖功能為：滾筒停轉2s，同時判斷洗滌過程是否已經進行了5次循環(huán)了，如果沒有，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，如果洗滌已經完成了5次循環(huán)過程了，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：排完水后對衣物進行脫水30s，同時判斷是否對衣物已經清洗了兩遍，如果未達到兩遍，則再次激活狀態(tài)S20，重復狀態(tài)S20到S27的程序，如果清洗次數(shù)達到兩遍后，激活狀態(tài)S28。此段梯形圖功能為：在完成上述所有洗滌過程后自動報警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關未接通的情況下。只要停止開關一接通，則結束自動控制過程，進入手動控制階段，手動控制主要包括可手動排水（不脫水）和手動脫水，根據手動輸入信號決定所完成的控制功能。5系統(tǒng)調試由于沒有模塊原件，因此選擇編程軟件GX.Developer連接Simulator仿真軟件進行仿真調試。首先編寫好PLC程序，然后再把編好的程序讀入Simulator仿真軟件，進入調試模式，接通啟動按鈕X1，置位狀態(tài)寄存器S20，手動選擇水位控制進水閥開始進水，并接通相應水位傳感器，從而置位S21，S20自動復位，關閉進水，同時啟動T0計時器暫停2s。計時完畢，T0常開點閉合，置位S22，洗衣機開始正轉，并開啟T1計時器計時30s。計時完畢，T1常開點閉合，置位S23，開啟暫停2s的T2計時器。計時完畢，T2常開點閉合，置位S24，控制電動機反轉，同時開啟T3計時器計時30s。計時完畢，T3常開點閉合，從而置位S25，開啟暫停2s計時器T4。計時到時，并啟動計時器C0，計數(shù)一次，同時返回S22，直到計數(shù)器計到5次時，即正反轉320s后，置位S26，開始排水.當排空后，X11有信號，利用軟件手動閉合X11，從而置位S27,啟動脫水，并保持排水，同時開啟T5計時器計時30s。計時到時，T5常開點閉合，C1計數(shù)一次，同時返回S20，直到C1計時3次時，即重復洗滌三次后，C1常開點閉合，置位S28，開啟報警電路，揚聲器發(fā)出響聲提示洗衣完成，同時啟動T6計時器，控制報警聲3s后停止，之后返回到S0,程序停止。在每一步順序運行時，上一步的狀態(tài)寄存器均自動復位。在程序運行中，閉合X0，各狀態(tài)寄存器均無信