全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC課程設(shè)計(jì)

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1、 電氣控制與PLC 課程設(shè)計(jì) 題 目: 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成績(jī)： 指導(dǎo)老師簽名：

2、 日期： 目 錄 目錄 1 系統(tǒng)概述----------------------------------------------------------------------------- 1 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證-----------------------------------------------------------

3、-------1 2.1總體方案的確定--------------------------------------------------------------------------- 2 2.1.1 設(shè)計(jì)方案-------------------------------------------------------------------- 2 2.2方案設(shè)計(jì)的基本理論依據(jù)------------------------------------------------------------- 2 2.2.1控制系統(tǒng)的比較----------------

4、-------------------------------------------- 2 3 硬件設(shè)計(jì) ------------------------------------------------------------------------ 2 3.1 系統(tǒng)原理方框圖---------------------------------------------------------------------------4 3.2 主電路-----------------------------------------------------------------

5、-----------------------4 3.3 I/O分配---------------------------------------------------------------------------------------5 3.4 I/O接線圖-------------------------------------------------------------------------------------6 3.5元器件選型--------------------------------------------------------------

6、-------------------- 6 3.5.1電動(dòng)機(jī)的選則---------------------------------------------------------------- 7 3.5.2 接觸器的選擇----------------------------------------------------------------7 3.5.3 傳感器的選擇----------------------------------------------------------------7 3.5.4 按鈕的選擇------------

7、-------------------------------------------------------8 4 軟件設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------------------------------8 4.1 主流程------------------------------------------------------------------------------------------9 4.2 梯形圖------------------------------------------

8、-----------------------------------------------11 5 系統(tǒng)調(diào)試-------------------------------------------------------------------------------12 設(shè)計(jì)心得------------------------------------------------------------------------------------13 參考文獻(xiàn)---------------------------------------------------------------

9、---------------------13 1. 系統(tǒng)概述 全自動(dòng)洗衣機(jī)的由內(nèi)外桶、進(jìn)水口、啟動(dòng)和停止按鈕、控制器、進(jìn)水按鈕、水位開(kāi)關(guān)、排水口和洗條電機(jī)組成。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（甩干）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)、外桶的水流相通。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： 全自動(dòng)洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別有進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來(lái)執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)把進(jìn)水閥打開(kāi)，經(jīng)進(jìn)水管將水注人外桶，排水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)使排水閥打開(kāi)，將水又外桶排到機(jī)外。洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動(dòng)波輪正反來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)

10、，通過(guò)電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干；高低水位開(kāi)關(guān)分別用來(lái)測(cè)高低水位；啟動(dòng)按鈕用來(lái)啟動(dòng)洗衣機(jī)工作；停止按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)緊急工況下手動(dòng)停止進(jìn)水排水脫水及報(bào)警；排水按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。 由控制要求可知，首先接通電源，用戶根據(jù)衣物的多少及大小進(jìn)行水位的選擇。再按下啟動(dòng)按鈕，開(kāi)始進(jìn)水洗滌衣物。使用PLC控制時(shí)，輸入設(shè)備主要有啟動(dòng)按鈕，水位選擇按鈕（高水位選擇按鈕、中水位選擇按鈕、低水位選擇按鈕），水位開(kāi)關(guān)（高水位開(kāi)關(guān)、中水位開(kāi)關(guān)、低水位開(kāi)關(guān)），排水按鈕及脫水按鈕等。輸出設(shè)備主要有進(jìn)水電磁閥，洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器，洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器，排水電磁閥，脫水離合器及報(bào)警蜂鳴器等.

11、 本設(shè)計(jì)要求： （1）按下啟動(dòng)按鈕及水位選擇開(kāi)關(guān)，注水直到高（中、 低）水位，關(guān)水 （2）2s后開(kāi)始洗滌 （3）洗滌時(shí)，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(kāi)始排水，排空后脫水30s （5）開(kāi)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(chē)按扭，可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水（不計(jì)數(shù)） 2 方案論證 2.1 總體設(shè)計(jì)方案的確定 2.1.1 設(shè)計(jì)方案 采用PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)，它具有可靠性高，操作簡(jiǎn)單等很多優(yōu)點(diǎn)，可以克服單片機(jī)指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、編

12、寫(xiě)程序復(fù)雜、需要多種電路保護(hù)裝置等缺點(diǎn)。PLC是一個(gè)整體模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路的功能，硬件和編程也相對(duì)簡(jiǎn)單。 2.2方案設(shè)計(jì)的基本理論依據(jù) 2.2.1 控制系統(tǒng)的比較 1、 PLC系統(tǒng)的特點(diǎn) PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它具有可靠性高的特點(diǎn)，能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作，對(duì)工作環(huán)境要求比較低，抗干擾性比較強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單，PLC控制系統(tǒng)采用了獨(dú)特的，多種編程語(yǔ)言，如指令表、梯形圖、邏輯功能圖等等，程序簡(jiǎn)潔，能滿足不同的人的編程需求；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

13、求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時(shí)可以隨時(shí)更換。 2、單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn) 單片機(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差，單片機(jī)采用匯編語(yǔ)言或者C語(yǔ)言使得變成比較復(fù)雜，難以學(xué)習(xí)，功能單一，只具有使用中所需要的功能。 PLC 即 Programmable logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC在硬件上又基本單元（包含中央處理器單元，存儲(chǔ)器，輸

14、入輸出接口，內(nèi)部電源）,I/O口擴(kuò)展單元，及外部設(shè)備組成。其輸入接口電路通常有干接觸，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(shí)的掃描過(guò)程包括5個(gè)階段：內(nèi)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(guò)程又分為輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段。 應(yīng)用PLC進(jìn)行控制，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 2．編程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 3．功能完善，靈活方便， 4．體積小，質(zhì)量輕，功耗低。 3. 硬件設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)的原理方框圖

15、 3.2 主電路 PLC控制主電路圖如下圖所示： PLC控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)的主電路圖 此主電路由三相電源、隔離開(kāi)關(guān)QS、熔斷器FU1、接觸器KM1、KM2、熱繼電器FR和三相異步電動(dòng)機(jī)M共同構(gòu)成，接觸器線圈得電后控制主觸點(diǎn)的接通，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。熔斷器和熱繼電器分別起到短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)功能。 3.3 I/O分配：如下表所示 表： I/O分配 輸入 輸出 X1 啟動(dòng)按鈕 SB

16、1 Y1 進(jìn)水 X2 停止按鈕 SB2 Y2 正轉(zhuǎn)洗滌 X3 高水位指示 Y3 反轉(zhuǎn)洗滌 X4 中水位指示 Y4 排水 X5 低水位控制 Y5 脫水 X6 排空檢測(cè) Y6 報(bào)警器 X7 高水位監(jiān)測(cè) X10 中水位監(jiān)測(cè) X11 低水位監(jiān)測(cè) X12 手動(dòng)排水 3.4 I/O接線圖：如下圖所示 I/O接線圖 3.5 元器件選型 3.5.1電動(dòng)機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際生活情況進(jìn)行，全自動(dòng)洗衣機(jī)用的電容式電機(jī)

17、是正、反兩個(gè)方向工作的，根據(jù)家庭電源的情況選擇單相電容式異步電動(dòng)機(jī)，由于全自動(dòng)洗衣機(jī)的脫水桶直徑較大，這一偏心要考慮，計(jì)算時(shí)應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生最大偏心為計(jì)算依據(jù)。脫水時(shí)電機(jī)功率比洗滌時(shí)要大，在確定電機(jī)功率時(shí)應(yīng)以脫水時(shí)消耗的功率為依據(jù)，也就是說(shuō)脫水時(shí)電機(jī)功率就是該洗衣機(jī)所確定的電機(jī)額定功率。 3.5.2接觸器的選擇 交流接觸器的選擇主要考慮到主觸點(diǎn)的額定電流、額定電壓、線圈電壓等，主觸點(diǎn)額定電流IN， PN為被控制電機(jī)額定功率，K為比例系數(shù)，一般取1.4，UN為被控制電

18、動(dòng)機(jī)的額定線電壓，交流接觸器主觸點(diǎn)額定電壓一般按高于電路額定電壓來(lái)確定，所以，可取K=1， 可選施奈德LC1-D0610M5C型交流接觸器，額定電壓220V，額定電流6A。 3.5.3傳感器的選擇 1、水溫傳感器的選擇：水溫檢測(cè)可用熱敏電阻或MTS102 半導(dǎo)體溫度檢測(cè)器。洗衣機(jī)水溫一般為4 ℃～40 ℃,在該溫度范圍內(nèi)MTS102線性好,溫度敏感,水溫檢測(cè)常選用它。 2、水位傳感器的選擇：對(duì)于PLC控制的洗衣機(jī),要求水位的檢測(cè)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(cè)物體

19、的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)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(guò)導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個(gè)測(cè)試內(nèi)腔氣體變化的壓力,驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動(dòng),帶動(dòng)隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動(dòng),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。 3、 渾濁度傳感器的選擇：渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器。由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強(qiáng)度的紅外光,紅外接收管在溶液的另一側(cè)接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小,光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后,就可以判斷出水的渾濁程度。 3.7.4 按鈕的選擇 全自動(dòng)洗衣機(jī)的人機(jī)接口中有按鈕，可選擇施奈德低壓凸頭按鈕

20、，帶有指示燈，供電電壓為直流24V。按鈕型號(hào)如下表3所示 表3 按鈕型號(hào) 按鈕類別 型 號(hào) 備 注 啟動(dòng)按鈕 XB2-BW13B1C 綠燈 常開(kāi) 停止按鈕 XB2-BW14B2C 紅燈 常閉 高水位按鈕 XB2-BW14B1C 紅燈 常開(kāi) 中水位按鈕 XB2-BW16B1C 黃燈 常開(kāi) 低水位按鈕 XB2-BW15B1C 黃燈 常開(kāi) 排水按鈕 XB2-BW15B1C 黃燈 常開(kāi) 4. 軟件設(shè)計(jì) 4.1 主流程 全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制程序流程圖如下圖所示：

21、  按下啟動(dòng)按鈕時(shí)開(kāi)始進(jìn)水，水滿(即水位到達(dá)高水位)時(shí)停止進(jìn)水，2s后開(kāi)始正轉(zhuǎn)洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌30s后暫停，暫停2s后開(kāi)始反轉(zhuǎn)洗滌。反轉(zhuǎn)洗滌30s 后暫停，暫停2s 后，若正、反洗滌未滿5 次，則返回從正轉(zhuǎn)洗滌開(kāi)始的動(dòng)作; 若正、反洗滌滿5 次時(shí)，則開(kāi)始排水。排水水位若下降到低水位時(shí)，開(kāi)始脫水并繼續(xù)排水。脫水30s即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過(guò)程。若未完成2 次大循

22、環(huán)，則返回從進(jìn)水開(kāi)始的全部動(dòng)作，進(jìn)行下一次大循環(huán); 若完成了2 次大循環(huán)，則進(jìn)行洗完報(bào)警。報(bào)警3s結(jié)束全部過(guò)程，自動(dòng)停機(jī)。若按下停止按鈕，可以手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水。 4.2 梯形圖 5. 系統(tǒng)調(diào)試 連接好PLC，打開(kāi)軟件，選定合適的通信端口。首先用軟件遠(yuǎn)程使PLC停止工作，RUN燈熄滅。然后把編好的程序?qū)懭隤LC，再用軟件啟動(dòng)PLC，發(fā)現(xiàn)PLC的RUN指示燈亮，程序運(yùn)行時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕X1，置位狀態(tài)寄存器S20，控制進(jìn)水閥開(kāi)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(guò)一會(huì)兒再閉合X7，相當(dāng)于已達(dá)到高水位，從而置位S21，S20自動(dòng)復(fù)位

23、，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(kāi)點(diǎn)閉合，置位S22，洗衣機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，并開(kāi)啟T1計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)完畢，T1常開(kāi)點(diǎn)閉合，置位S23，開(kāi)啟暫停2s的T2計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)完畢，T2常開(kāi)點(diǎn)閉合，置位S24，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)開(kāi)啟T3計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)完畢，T3常開(kāi)點(diǎn)閉合，從而置位S25，開(kāi)啟暫停2s計(jì)時(shí)器T4。計(jì)時(shí)到時(shí)，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器C0，計(jì)數(shù)一次，同時(shí)返回S22，直到計(jì)數(shù)器計(jì)到5次時(shí)，即正反轉(zhuǎn)320s后，置位S26，開(kāi)始排水.當(dāng)排空后，X11有信號(hào)，從而置位S27,啟動(dòng)脫水，并保持排水，同時(shí)開(kāi)啟T5計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)到時(shí)，T5常開(kāi)點(diǎn)閉合，C1計(jì)數(shù)一次，同時(shí)返回S20

24、，直到C1計(jì)時(shí)3次時(shí)，即反復(fù)洗滌三次后，C1常開(kāi)點(diǎn)閉合，置位S28，開(kāi)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)T6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，閉合X2，各狀態(tài)寄存器均無(wú)信號(hào)，通過(guò)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。若要實(shí)現(xiàn)輕柔洗功能，需添加X(jué)0作為輕柔洗檔位，把X1設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)洗檔位，輕柔洗的過(guò)程可以通過(guò)一些計(jì)時(shí)器把正反轉(zhuǎn)的時(shí)間設(shè)定的小一些。編程和上述基本類似。 設(shè)計(jì)心

25、得 經(jīng)過(guò)近兩周的PLC課程設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅僅熟悉了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程，還進(jìn)一步的學(xué)會(huì)和熟悉了步進(jìn)指令。也讓我深深地體會(huì)到了理論到實(shí)際的困難和重要性，雖然全自動(dòng)洗衣機(jī)就在我們身邊，我們天天都在用它，開(kāi)始時(shí)我在想設(shè)計(jì)肯定很簡(jiǎn)單，因?yàn)殡m然硬件電路很簡(jiǎn)單但軟件設(shè)計(jì)就沒(méi)那么容易了。為了更好地把軟件程序設(shè)計(jì)出來(lái)可謂吃盡了苦頭，后悔當(dāng)初沒(méi)學(xué)好，查閱了好多資料，又把所學(xué)的指令認(rèn)真的學(xué)習(xí)和熟悉了一邊。從這次的課程設(shè)計(jì)中我學(xué)到了好多知識(shí)，這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，才能的到應(yīng)用。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，

26、我不單單學(xué)會(huì)了課本上的知識(shí)，更懂得的解決問(wèn)題的方法，明白了怎樣把理論知識(shí)怎樣運(yùn)用到實(shí)踐中去，更懂得了實(shí)踐中的問(wèn)題怎樣用理論知識(shí)去解決。在這次課程設(shè)計(jì)中同學(xué)的幫助和老師精心指導(dǎo)是不可缺少的，謝謝他們的幫助。也明白了自己的不足，知道了努力的方向，長(zhǎng)風(fēng)波浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海。相信在同學(xué)和老師的幫助下我以后會(huì)做的更好！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 漆漢宏 PLC電氣控制技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [2] 王兆義 小型可編程控制器實(shí)用技術(shù) 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 [3] 王兆義 可編程控制器教程 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 [4] 韓教禮 機(jī)械電氣設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 [5] 常曉玲，電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器 北京：機(jī)械工業(yè)出版社。