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河南理工大學(xué)課程設(shè)計說明書 PLC課程設(shè)計論文 題目：全自動洗衣機PLC控制 指導(dǎo)教師： 姓名 學(xué)號 班級 完成日期：2012-6-20 24 摘要 根據(jù)全自動洗衣機的工作原理，利用可編程控制器PLC實現(xiàn)控制，說明了PLC控制的原理方法，特點及控制洗衣機的特色。針對典型全自動洗衣機的實際控制要求，運用三菱PLC順序控制步進STL指令編程方法，在I/O分配的基礎(chǔ)上，進行PLC梯形圖程序設(shè)計，并對程序運行功能予以分析說明。本全自動洗衣機設(shè)計分配有12個輸入點和7個輸出點，采用了7個定時器對電機轉(zhuǎn)動進行定時，2個計數(shù)器對洗衣機進行循環(huán)控制，實現(xiàn)了注水-洗滌-排水-脫水自動控制。經(jīng)過PLC上機模擬調(diào)試，與實際控制要求完全一致。 關(guān)鍵詞：全自動洗衣機；PLC控制。 Abstract According?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. 目錄 前言 5 1、系統(tǒng)描述 6 1.1 PLC選型 6 1.1.1 概述 6 1.1.2 I/O 模塊及點數(shù) 6 1.1.3 PLC 輸出類型選擇 7 圖1 整體框架 8 2、資源分配 9 2.1 I/O分配表 9 2.2 所用定時器計數(shù)器介紹 9 3、硬件電路 10 3.1 控制主回路 10 3.2 I/O接線圖 11 11 圖3 I/O接線圖 11 4 、軟件分析 11 4.1 軟件設(shè)計思路 11 4.2 程序流程圖 13 4.3 順序功能圖 14 4.4 梯形圖程序 16 圖 6 梯形圖 22 5、心得體會 23 6、參考文獻 24 7、致謝 24 前言 從古至今，洗衣服都是人類生活中不可避免的一項家務(wù)勞動。然而隨著社會的發(fā)展，科技的進步，洗衣服也逐漸被機器所替代。從1874年至今，洗衣機經(jīng)歷了普通型、半自動型、自動型等類型，然而無論是波輪式、攪拌式還是滾筒式，都在朝著智能化，水流方式多樣化，洗衣機方式創(chuàng)造化，設(shè)計更趨人性化方向發(fā)展。如今智能化的控制已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的工業(yè)控制，尤其是PLC的出現(xiàn)與發(fā)展帶來了洗衣機的春天。與以往的洗衣機相比，PLC控制具有：①抗干擾性強，可靠性高②實現(xiàn)功能齊全，外圍電路簡單③易學(xué)易用④系統(tǒng)設(shè)計與建造工作量小，時間計算精確，維護方便⑤智能化、實時監(jiān)控、人性化等優(yōu)點。這次課程設(shè)計主要采用PLC控制技術(shù)來設(shè)計全自動洗衣機控制系統(tǒng)，使得全自動洗衣機工作效率大大提高。同時，洗衣機的操作更加簡單方便，有利于人們快速學(xué)習(xí)與使用。該系統(tǒng)采用PLC 為控制核心結(jié)構(gòu)合理、測試方法可靠，它具有較強的靈活性，提高了設(shè)備運行的可靠性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，保證新產(chǎn)品各項技術(shù)開發(fā)的同步性，提高了勞動效率，達到了良好的經(jīng)濟效果。 此外，PLC 可以重復(fù)使用，降低了測試經(jīng)費。它的靈活性、操作方便性也方便測試者隨時輸入、調(diào)試和修改控制程序。PLC 又設(shè)有串行接口，方便地與計算機進行連接，組成測控系統(tǒng)，給系統(tǒng)的維護和使用帶來了很大方便。 1、系統(tǒng)描述 1.1 PLC選型 1.1.1 概述 1、邏輯控制功能：邏輯控制功能是 PLC 最基本功能之一,是 PLC 最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可取代傳統(tǒng)的 繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機控制、多機群控和自動生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實例。 2、定時控制功能：定時控制功能是PLC 的最基本功能之一。PLC 中有許多可供用戶使用的定時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設(shè)定值(定時時間)可以在編程時設(shè)定，也可以在運動過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確實時控制。 3、計數(shù)控制功能：計數(shù)控制功能是 PLC 的最基本功能之一。PLC 為用戶提供許多計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值時，產(chǎn)生一個狀態(tài)信號(計數(shù)值到)，利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控制。計數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時設(shè)定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進行修改。 1.1.2 I/O 模塊及點數(shù) 輸入/輸出接口通常也稱 I / O 單元或 I / O 模塊，是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間 的連接通道。 PLC 輸入接口---用戶設(shè)備需輸入 PLC 的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、 選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量(要通過模數(shù)變換進 入機內(nèi))等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理單元能夠接收和處理的信 號，用這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控制對象進行控制的依據(jù)。 PLC 輸出接口---路將中央處理單元送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電 信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 I / O 接口的作用：電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC 內(nèi)部 CPU 的處理的信號是標準電平信號。 I / O 接口的類型：開關(guān)量輸入/輸出接口模擬量輸入/輸出接口輸入/輸出 （I/O）點數(shù)：PLC 的I/O點數(shù)是指 PLC 的I/O 接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)的總和。本次設(shè)計的全自動洗衣機需要 8 個輸入點，11 個輸出點。 1.1.3 PLC 輸出類型選擇 PLC 的輸出類型有繼電器和晶體管兩種類型，兩者的工作參數(shù)差別較大， 1、繼電器和晶體管輸出工作原理繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動控制電路中。電磁式繼電器是一種機電元件，通過機械動作來實現(xiàn)觸點的通斷，是有觸點元件。晶體管是一種電子元件，它是通過基極電流來控制集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通。它是無觸點元件。 2、繼電器與晶體管輸出的主要差別：由于繼電器與晶體管工作原理的不同，導(dǎo)致了兩者的工作參數(shù)存在了較大的差異。 （1）驅(qū)動負載不同 繼電器型可接交流 220V 或直流 24V 負載，沒有極性要求；晶體管型只能接直流24V負載，有極性要求。繼電器的負載電流比較大可以達到 2A，晶體管負載電流為0.2-0.3A。同時與負載類型有關(guān)。 （2）響應(yīng)時間不同繼電器響應(yīng)時間比較慢（ 約 10ms-20ms ）晶體管響應(yīng)時間比 較快約，0.2ms-0.5ms，Y0、Y1甚至可以達到 10 us。 （3）使用壽命不同繼電器由于是機械元件受到動作次數(shù)的壽命限制，且與負載容量有關(guān)，隨著負載容量的增加，觸點壽命幾乎按級數(shù)減少。晶體管是電子原件只有老化，沒有使用壽命限制。 3、繼電器與晶體管輸出選型原則繼電器型輸出驅(qū)動電流大，響應(yīng)慢，有機械壽命，適用于驅(qū)動中間繼電器、接觸器的線圈、指示燈等動作頻率不高的場合。晶體管輸出驅(qū)動電流小，頻率高，壽命長，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長的應(yīng)用場合。在高頻應(yīng)用 場合，如果同時需要驅(qū)動大負載，可以加其他設(shè)備（如中間繼電器，固態(tài)繼電器等）方式驅(qū)動。 綜上所述：全自動洗衣機控制采用三菱公司的 FX2N 系列整體式PLC。根據(jù)設(shè)計要求 ，故選擇PLC的型號為FX2N-32MR001。 1.2 全自動洗衣機系統(tǒng)概述 本設(shè)計是以三菱FX2N系列PLC為控制器。 全自動洗衣機基本結(jié)構(gòu)由進水口、輕柔洗標準洗開關(guān)、停止按鈕、內(nèi)桶、外桶、波盤、控制器、排水按鈕、高水位選擇開關(guān)、中水位選擇開關(guān)、低水位選擇開關(guān)、排水口、洗滌電機、脫水按鈕等構(gòu)成。 當(dāng)給洗衣機通電時，X1作為標準洗和輕柔洗選擇開關(guān)。當(dāng)選擇標準洗時，洗衣機將按照標準洗流程工作，選擇輕柔洗時按照標準洗流程工作。標準洗與輕柔洗的區(qū)別是在工作時電機正傳與反轉(zhuǎn)的時間不同，輕柔洗的時間少。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示： 入機接口 輕柔洗、標準洗 選擇開關(guān) 停止按鈕 高水位選擇開關(guān) 中水位選擇開關(guān) 低水位選擇開關(guān) 手動排水開關(guān) 手動脫水開關(guān) 脫水完畢按鈕 輔助元件 電磁進水閘線圈 電磁排水閘線圈 接觸器線圈 P L C 執(zhí)行元件 電磁進水閘 電磁排水閘 洗滌電動機 蜂鳴器 傳感器 高水位浮球開關(guān) 中水位浮球開關(guān) 低水位浮球開關(guān) 水排空浮球開關(guān) 圖1 整體框架 2、資源分配 2.1 I/O分配表 輸入元件 地址編號 輸出元件 地址編號 啟動切換開關(guān) X1 啟動洗衣機 Y0 停止切換開關(guān) X0 進水閥控制 Y1 高水位 X2 電機正轉(zhuǎn) Y2 中水位 X3 電機反轉(zhuǎn) Y3 低水位 X4 排水控制 Y4 排空檢測傳感器 X5 脫水控制 Y5 高水位檢測傳感器 X6 報警控制 Y6 中水位檢測傳感器 X7 低水位檢測傳感器 X10 手動排水 X11 手動脫水 X12 手動脫水完畢按鈕 X13 表1 I/O分配表 2.2 所用定時器計數(shù)器介紹 標準洗流程共用到7個定時器，2個計數(shù)器。 T0：在進水達到指定位置時，停止進水，定時器到兩秒時電機開始正轉(zhuǎn)，洗衣機開始攪拌洗衣。 T1：此定時器為電機在轉(zhuǎn)動時正轉(zhuǎn)30秒定時。 T2：電機正轉(zhuǎn)30秒后，要停兩秒，此定時器為定時2秒。 T3：電機反轉(zhuǎn)30秒定時作用。 T4：電機反轉(zhuǎn)30秒后，停2秒定時作用。 T5：脫水30秒定時作用。 T6：脫水完成后定時報警2秒作用。 C0：循環(huán)5次正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)計時作用。 C1：循環(huán)兩次洗衣過程。 3、硬件電路 3.1 控制主回路 洗衣機的進水、排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥執(zhí)行。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、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，洗滌電動機正轉(zhuǎn)進行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報警。 全自動洗衣機的線路是由主回路和控制回路組成的。 主回路如圖2所示： 圖2 控制主回路 為防止全自動洗衣機在工作過程中，電路發(fā)生短路，損壞電動機和電路中的各種電氣設(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。全自動洗衣的電機容量較小，主電路中的熔斷器可同時作為控制電路的短路保護，所以在主電路中使用熔斷器就足夠了。 3.2 I/O接線圖 通過PLC來實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)，并且實現(xiàn)洗衣機按預(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，可強制止自動程序的運行，跳出自動切換到手動操作。 圖3 I/O接線圖 4 、軟件分析 4.1 軟件設(shè)計思路 由于采用梯形圖或指令表方式來編程已為廣大電氣技術(shù)人員所接受，但是對于步進控制程序的編寫，難度將大大增加。且各個元件之間的連鎖、互動關(guān)系極其復(fù)雜，畫出的梯形圖往往達到數(shù)百航，通常要由熟練地電氣工程師憑借經(jīng)驗才能完成。另外，如果不再提醒圖上加注是，程序的可讀性也很差。因此為了解決這一問題，三菱可編程控制器引入了順序功能圖（SFC）。借助這一先進的編程方法，初學(xué)者也能方便地編寫出復(fù)雜的稅控程序，有效解決了經(jīng)驗設(shè)計法所存在的問題，在提高設(shè)計效率的同時方便了程序的修改、閱讀、調(diào)試。 因此本設(shè)計是以順序功能圖為基礎(chǔ)。編寫好順序功能圖程序后，可以利用編程軟件自動轉(zhuǎn)化為順序功能圖或指令表。采用的軟件是三菱公司的GX Developer編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。 順序功能圖設(shè)計思路：利用M8002進行初始化，X1是一個選擇開關(guān)，當(dāng)X1打到標準洗檔位上時，洗衣機按照標準洗流程工作，當(dāng)打到輕柔洗檔位時，洗衣機按照輕柔洗流程工作。標準洗與輕柔洗區(qū)別在于電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)時間不同。接著開始進水，選擇不同的水位開關(guān)（X2、X3、X4），注水量將不同。進水完成，等待2秒后電機開始正轉(zhuǎn)30秒，停兩秒，再反轉(zhuǎn)30秒，停兩秒，如此往復(fù)5遍。完成5遍之后排水，在這一步要復(fù)位計數(shù)器C0，同時在這一步利用X0可以選擇手動排水和手動脫水，X0為選擇開關(guān)。排水完畢后（利用的是排空檢測傳感器X5），接下來是脫水30秒，完成后返回到S20步，循環(huán)執(zhí)行2遍。整個洗衣過程完畢，接下來是報警3秒后自動關(guān)機。手動排水時：排空后按下X12手動脫水按鈕，開始手動脫水，脫水完畢按下按鈕X13，手動脫水完畢。 4.2 程序流程圖 注水高（中、低）水位，停水 停2S 電機正傳30s 停2S 初始狀態(tài) 電機反傳30s 停2S 循環(huán)5次 排水 脫水30s 循環(huán)2次 清洗完成，報警3s 手動排水 手動脫水 停機 圖4 程序流程圖 1、按下啟動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，正轉(zhuǎn)30s，停2s，然后反轉(zhuǎn)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(fù)（2）～（5），清洗兩遍。 6、清洗完成，報警3s并自動停機。 7、按下停止按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）。 4.3 順序功能圖 由于標準洗和輕柔洗流程大致相同，只是時間不一樣。因此在這里給出了標準洗的順序功能圖： 圖 5 順序功能圖 4.4 梯形圖程序 以下為在編寫好順序功能圖之后，轉(zhuǎn)化來的梯形圖程序，如圖7。 圖 6 梯形圖 5、心得體會 經(jīng)過一周的努力我們的全自動洗衣機 PLC 課程設(shè)計終于完成了,讓我們收獲頗豐，不僅熟悉了全自動洗衣機的工作工程，還更加了解了梯形圖編程。一段時間的課程設(shè)計，讓我們加深了對PLC 的認識和理解，也知道了PLC應(yīng)用于工業(yè)控制的優(yōu)點所在，更重要的是讓我們看到了自己知識的匱乏，也堅定了以后要不斷的學(xué)習(xí)，不斷的向身邊的人虛心請教， 同時要借助于圖書館和網(wǎng)絡(luò)來 擴展自己的知識面的決心。也只有這樣，在以后的社會競爭中，我們才能有立足之地，才能有所作為。 另外通過本次課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 這次課程設(shè)計要求設(shè)計一個全自動洗衣機控制，自行設(shè)計這對我們將來踏上工作崗位是非常有幫助的。于是本次設(shè)計過程中我們完全按照軟件設(shè)計步驟的要求來進行，從課題分析開始，再進行總體設(shè)計、詳細設(shè)計,最后到系統(tǒng)實現(xiàn)。每一步都讓我們將理論學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用到實踐中去。也使我們掌握了一整套規(guī)范的設(shè)計操作流程。 經(jīng)過挑選與對比，我們最終決定選擇全自動洗衣機設(shè)計，而放棄交通燈設(shè)計，讓自己挑戰(zhàn)新的方面。在課題分析階段，由于本次是設(shè)計一個PLC控制系統(tǒng)，所以對其中的PLC的工作分析尤為重要。對指導(dǎo)老師提供的資料必須要吃透，這是關(guān)鍵。詳細設(shè)計階段，首先考慮各電路模塊的主要功能及軟件的設(shè)計，分別進行安裝調(diào)試。其次，將寫好的程序進行上機調(diào)試，這時很容易出錯，經(jīng)過我們的多次修改與驗證才成功。 在設(shè)計過程中，我們通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我們懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我們獨立工作與合作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。雖然這個設(shè)計做的不是十分完美，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，將使我們終身受益。 6、參考文獻 [1] 魏志精.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ)【M】．電子工業(yè)出版社,2003 [2] 董愛華.可編程控制器原理及應(yīng)用【M】．中國電力出版社．2009 [3] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社,2003 [4] 李國厚.PLC原理及應(yīng)用設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社,2005 [5] 吳存宏.淺談PLC在全自動洗衣機中運用[J].設(shè)計與開發(fā),1999 7、致謝 本次課程設(shè)計是針對這一學(xué)期所學(xué)的知識聯(lián)系實際進行綜合性的電路設(shè)計，在這期間我們也碰到了一些問題，后來經(jīng)過查詢資料向同學(xué)請教以及我們?nèi)司难芯颗c討論都一一解決。經(jīng)過一周的努力，我們設(shè)計出屬于自己的產(chǎn)品，都有很大的成就感。通過此次設(shè)計，我們的經(jīng)驗都豐富不少。感謝在這次設(shè)計中給予我們支出和幫助的人。最后祝指導(dǎo)老師工作順利，身體健康，開心每一天。