PLC課程設(shè)計(jì)全-自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖.doc

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電氣控制與PLC 課程設(shè)計(jì) 題 目: 全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 09機(jī)械電子工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： xx 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： xxx 設(shè)計(jì)時(shí)間： xxxx 摘 要 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，全自動(dòng)洗衣機(jī)已經(jīng)越來越普遍的應(yīng)用在人們生活當(dāng)中，其控制方式也是多種多樣，各有千秋。 本文是基于三菱FX2N系列可編程控制器的全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，三菱FX2N系列可編程控制器指令豐富，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。 本文選擇三菱FX2N-24MR為核心部件，著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖和語句表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。 關(guān)鍵詞: PLC；步進(jìn)梯形圖；順序控制 目錄 1 引言 1 1.1 系統(tǒng)背景描述 1 1.2 系統(tǒng)控制要求 2 2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3 2.1 系統(tǒng)功能描述 3 2.2 方案的論證 4 2.3確定控制方案 5 3 硬件電路設(shè)計(jì) 6 3.1 PLC選型 6 3.2 水位傳感器的選擇 6 3.3 接觸器的選擇 7 3.4 繼電器的選擇 7 3.5 進(jìn)水閥的選擇 8 3.6 排水閥的選擇 9 3.7 電動(dòng)機(jī)的選擇 9 3.8 I/O點(diǎn)分配 10 3.9 I/O接線圖 11 4 軟件設(shè)計(jì) 12 4.1 控制方案 12 4.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制程序流程圖 13 4.3全自動(dòng)洗衣機(jī)步進(jìn)梯形圖 14 4.4 中間變量的記錄 15 4.5 系統(tǒng)調(diào)試 16 設(shè)計(jì)心得 17 參 考 文 獻(xiàn) 18 附錄 指令表視圖 19 1 引言 1.1 系統(tǒng)背景描述 從古到今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，而在洗衣機(jī)出現(xiàn)以前，對(duì)于許多人而言，它并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣，手搓、棒擊、沖刷、甩打……這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是：辛苦勞累。 1874年，“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)——有人發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。發(fā)明者是美國人比爾布萊克斯。布萊克斯的洗衣機(jī)構(gòu)造極為簡(jiǎn)單，是在木筒里裝上6塊葉片，用手柄和齒輪傳動(dòng)，使衣服在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到“凈衣”的目的。這套裝置的問世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā)，洗衣機(jī)的改進(jìn)過程開始大大加快。 1880年，美國又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機(jī)，蒸汽動(dòng)力開始取代人力。 之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。到1911年，美國試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)。電動(dòng)洗衣機(jī)的問世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開端。 電動(dòng)洗衣機(jī)幾經(jīng)完善，在1922年迎來一種嶄新的洗衣方式“攪拌式”。攪拌式洗衣機(jī)由美國瑪依塔格公司研制成功。這種洗衣機(jī)是在筒中心裝上一個(gè)立軸，在立軸下端裝有攪拌翼，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)立軸，進(jìn)行周期性的正反擺動(dòng)，使衣物和水流不斷翻滾，相互摩擦，以此滌蕩污垢。攪拌式洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，受到人們的普遍歡迎。不過10年之后，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)，洗滌、漂洗、脫水在同一個(gè)滾筒內(nèi)完成。這意味著電動(dòng)洗衣機(jī)的型式躍上一個(gè)新臺(tái)階，朝自動(dòng)化又前進(jìn)了一大步！直至今日，滾筒式洗衣機(jī)在歐美國家仍得到廣泛應(yīng)用。 隨著工業(yè)化的加速，世界各國也加快了洗衣機(jī)研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機(jī)，它是靠筒體一側(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn)波輪產(chǎn)生的強(qiáng)烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。1955年，在引進(jìn)英國噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域三分天下的局面初步形成。 20世紀(jì)60年代以后，洗衣機(jī)在一些發(fā)達(dá)國家的消費(fèi)市場(chǎng)開始形成系列，家庭普及率迅速上升。此間洗衣機(jī)在日本的發(fā)展備受矚目。60年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機(jī)，人們稱之為“半自動(dòng)型洗衣機(jī)”。70年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動(dòng)洗衣機(jī)。70年代后期，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)橫空出世，讓人耳目一新。到80年代，“模糊控制”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)操作更簡(jiǎn)便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時(shí)尚……進(jìn)入90年代，由于電機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。此后，隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式洗衣機(jī)，省去了齒輪傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)，引發(fā)了洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的巨大革命。 現(xiàn)在，全自動(dòng)洗衣機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶之中，極大的方便了人們的日常生活，提高了人們的生活質(zhì)量，使人們從那繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來。 所謂全自動(dòng)洗衣機(jī)，就是將洗衣的全過程(泡浸-洗滌-漂洗-脫水)預(yù)先設(shè)定好N個(gè)程序,洗衣時(shí)選擇其中一個(gè)程序,打開水龍頭和啟動(dòng)洗衣機(jī)開關(guān)后洗衣的全過程就會(huì)自動(dòng)完成,洗衣完成時(shí)由揚(yáng)聲器發(fā)出響聲。 本文是基于三菱FX2N系列PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完善的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，以滿足控制要求，實(shí)現(xiàn)洗衣自動(dòng)化的控制。 1.2 系統(tǒng)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)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(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) x1 低水位檢測(cè) x11 啟動(dòng)洗衣機(jī) y1 停止 x 2 手動(dòng)排水 x 12 進(jìn)水閥 y2 高水位 x 3 手動(dòng)脫水 x 13 正轉(zhuǎn) y3 中水位 x 4 反轉(zhuǎn) y4 低水位 x 5 排水 y5 排空檢測(cè)x 6 脫水 y6 高水位檢測(cè) x7 報(bào)警 y7 中水位檢測(cè) x 10 2. 若要求啟動(dòng)開關(guān)分為標(biāo)準(zhǔn)洗和輕柔洗，試改變有關(guān)輸入點(diǎn)，并在程序中加入輕柔洗功能（輕柔洗過程自定） 3. I/O編址 4.編程并調(diào)試 2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2.1 系統(tǒng)功能描述 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執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過電控系統(tǒng)把進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注人外桶，排水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，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)波輪正反來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，通過電控系統(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；高低水位開關(guān)分別用來測(cè)高低水位；啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作；停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)緊急工況下手動(dòng)停止進(jìn)水排水脫水及報(bào)警；排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。 圖2-1 全自動(dòng)洗衣機(jī)示意圖 由控制要求可知，全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程圖如圖2-1所示。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），水位開關(guān)（高水位開關(guān)、中水位開關(guān)、低水位開關(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。 2.2 方案的論證 （1）工業(yè)PC 對(duì)于一個(gè)任務(wù)不算小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，工業(yè)PC是首選。它是專門考慮了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件差及各種干擾大而設(shè)計(jì)的，可以長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，可靠性和可維護(hù)性都可達(dá)到要求。另外，除了有多種模塊的主機(jī)系統(tǒng)板外看，還配備有多種接口板，如多路模擬量輸入/輸出板、開關(guān)量輸入輸出板、圖形板，以及擴(kuò)展用的RS-232C、RS-422、RS-485、總線接口板和EPROM編程板等。總之，可擴(kuò)充性不成問題。此外，模擬量輸入輸出、開關(guān)量輸入輸出的接口很多，并有大量的軟件支持，如匯編、高級(jí)語言和中文等。 （2） 單片機(jī) 現(xiàn)今的單片機(jī)正向著提高工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)的可靠性和靈活方便地構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)界面的方向發(fā)展，并且控制功能越來越豐富。在CPU芯片上，除嵌入RAM、ROM、和IO外，還有A/D、D/A、PWM、DMA、看門狗、串行接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，另外還有顯示驅(qū)動(dòng)、鍵盤控制、比較器和函數(shù)發(fā)生器等，能構(gòu)成功能強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)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(jià)比。但由于單片機(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)以及欠壓保護(hù)等等。這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率，無形的增加了維修成本費(fèi)用。 （3） PLC PLC是一種能夠適應(yīng)多種工業(yè)環(huán)境的控制裝置，其穩(wěn)定的性能受到廣大工業(yè)生產(chǎn)者的好評(píng)。這種控制系統(tǒng)具有極高的可靠性和靈活性，而且編程簡(jiǎn)單，易用，應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要設(shè)備之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)然PLC在其他領(lǐng)域也得到了迅速的發(fā)展。在性能價(jià)格比不斷提高的同時(shí)，它所帶來的成果越來越明顯。在工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)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。 2.3確定控制方案 根據(jù)上述方案的論證，本次設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖控制系統(tǒng)將由PLC可編程序控制器來作為主要組成部分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過程控制。 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 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 PLC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，采用三菱FX2N-32MR型PLC，可滿足設(shè)計(jì)要求。 3.2 水位傳感器的選擇 水位傳感器就相當(dāng)于壓力開關(guān)，當(dāng)你設(shè)定好一個(gè)壓力值以后，注水后產(chǎn)生水壓，達(dá)到壓力值后就自動(dòng)通電，起到了開關(guān)的作用。水位開關(guān)的種類很多，考慮到各種因素，洗衣機(jī)中一般采用壓力式水位開關(guān)，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(jìn)水時(shí)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(jù)壓力就可間接測(cè)知水位，從而控制閥門。而壓力的測(cè)量仍然用彈性元件，靠元件的變形帶動(dòng)觸點(diǎn)完成通斷動(dòng)作。這種測(cè)液位的方法叫做“靜壓法”，在工業(yè)中用的不少。 在該系統(tǒng)中，選擇海爾洗衣機(jī)水位開關(guān),淘寶價(jià)為15元。 壓力式開關(guān)型號(hào)：XQB50-L DC 6V 10mA 圖3-1 洗衣機(jī)水位開關(guān) 3.3 接觸器的選擇 接觸器是一種能頻繁地接通和斷開遠(yuǎn)距離用電設(shè)備主回路及其他大容量用電回路的自動(dòng)控制電器。它分為直流和交流兩類。，它的控制對(duì)象主要是電動(dòng)機(jī)，電爐，電燈，電焊機(jī)，電容器等。選用接觸器時(shí)，交流負(fù)載選用交流接觸器，直流負(fù)載選擇直流接觸器。如果控制系統(tǒng)中主要是交流電動(dòng)機(jī)，而直流電動(dòng)機(jī)或直流負(fù)載的容量比較小時(shí)，也可選用交流接觸器進(jìn)行控制，但觸頭的額定電流應(yīng)選大些。接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路的額定電壓。接觸器主觸頭的額定電流應(yīng)等于或稍大于實(shí)際負(fù)載電流。一般從人身和設(shè)備安全角度考慮，接觸器吸引線圈的電壓可以選擇低一些，但當(dāng)控制電路比較簡(jiǎn)單，用電不多時(shí)，為節(jié)省變壓器，則選用220V，380V。 本系統(tǒng)中選用額定電壓為220V50Hz額定電流為10A的交流接觸器。型號(hào)為L(zhǎng)S低壓接觸器 （GMC-9） 3.4 繼電器的選擇 繼電器是一類通過監(jiān)測(cè)各種電量或非電量信號(hào)，接通或斷開小電流控制電路的電器。本系統(tǒng)中選用線圈電壓為24V的中間繼電器來控制220V交流點(diǎn)。參數(shù)：額定電壓為220V，額定電流選擇3A。線圈電壓為24V 3.5 進(jìn)水閥的選擇 進(jìn)水閥用來控制進(jìn)水，進(jìn)水時(shí)先選擇水位檔位，到達(dá)設(shè)定水位，相應(yīng)的水位開關(guān)閉合，由程序控制進(jìn)水閥閉合，從而開始洗衣工作過程。從經(jīng)濟(jì)角度考慮選用通用進(jìn)水電磁閥（FCD-270B）， 品牌：星光 　　產(chǎn)品型號(hào)：FCD-270B 　　適用范圍：洗衣機(jī)用等家用電器 　　產(chǎn)品別名：通用水閥 　　連接形式：螺紋 　　公稱通徑：G3／4　C16（mm） 　　適用介質(zhì)：水、氣、油 　　壓力范圍：0.02-1.0（Mpa） 　　適用溫度：0-100（℃） 圖3-2通用進(jìn)水電磁閥 　　主體材料：塑膠 　　 價(jià)格：15元一只 　 特點(diǎn)：性能穩(wěn)定、堅(jiān)固耐用、安全可靠、靈敏度高、質(zhì)量保證、外形美觀。 　　主要技術(shù)指標(biāo)： 　　1、使用環(huán)境海拔高度不超過2500米； 　　2、工作介質(zhì)溫度0℃～＋60℃（丁腈橡膠）；0℃～＋100℃（硅橡膠）； 　　3、適用介質(zhì)：水、氣、油。 　　進(jìn)水電磁閥（單通）的名稱意義如：FCD-270B 　　（1）其中F是表示閥門的漢語拼音縮寫的意義 　?。?）C表示進(jìn)出水口的相對(duì)角度（進(jìn)出水的相對(duì)角度只有兩種：即垂直用C表示、平行用P表示） 　?。?）D表示出水口的數(shù)量（出水口的數(shù)量只有三種表示即單通用D表示、雙通用S表示、多于兩個(gè)出水口的用數(shù)字表示3、4等） 　?。?）270表示進(jìn)水口與引出端子的相對(duì)角度（進(jìn)水口與引出端的相對(duì)角度只有四個(gè)角度0、90、180、270度） 　?。?）B是生產(chǎn)工廠的內(nèi)部編號(hào) 3.6 排水閥的選擇 排水閥用來控制排水，洗衣機(jī)按工作順序洗完衣服后，由程序自動(dòng)啟動(dòng)排水閥開始排水，當(dāng)排空后，排空檢測(cè)開關(guān)閉合，啟動(dòng)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(dòng)洗衣機(jī)排水閥，型號(hào)為 XQB50-L 3.7 電動(dòng)機(jī)的選擇 在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，應(yīng)用比較廣泛的是單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)，單相電容異步電動(dòng)機(jī)（單速）的繞組是由兩個(gè)在空間上相差九0度電角度的主相繞組和副相繞組組成，轉(zhuǎn)子是鼠籠繞組，由電容分相運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低且具有較好的啟動(dòng)和運(yùn)行性能、控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是效率低、調(diào)速性差、無法適應(yīng)高檔洗衣機(jī)的需要。 洗衣機(jī)用單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)按功能分為：專用于洗滌的洗滌電機(jī)、單用于脫水的脫水電機(jī)和用于全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗滌-脫水電機(jī)。由于不同的用途，還分為雙向運(yùn)行及單向運(yùn)行電機(jī)。洗滌衣物時(shí)為提高洗滌效果及防止衣物纏繞，要求波輪雙向運(yùn)轉(zhuǎn)工作，故而用于洗滌的洗滌電機(jī)和洗滌-脫水電機(jī)都是雙向運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，其主、副繞組是一樣的（也有為特別要求而作微調(diào)的）。而脫水電機(jī)是單向運(yùn)行電機(jī)，因主、副繞組為取得運(yùn)行時(shí)的圓形磁場(chǎng)而不一致，也就不能雙向工作。 在本系統(tǒng)中選用YC系列微型單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，YC系列微型單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)廣泛用作空氣壓縮機(jī)、水泵、冰箱、洗衣機(jī)、醫(yī)療器械等機(jī)械的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。本系列按照YC系列國家標(biāo)準(zhǔn)并吸取國際上同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行派生設(shè)計(jì)制造，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、維修方便及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異等特點(diǎn)。 YC系列微型單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)為全封閉型結(jié)構(gòu)，能防止灰砂及其它飛揚(yáng)雜物侵入電機(jī)內(nèi)部。電動(dòng)機(jī)冷卻方式為IC0141（即全封閉電機(jī)，機(jī)殼有冷卻筋，帶有外風(fēng)扇冷卻）。定子機(jī)座及端蓋的結(jié)構(gòu)材料為鑄鐵。電動(dòng)機(jī)均有接線盒，設(shè)在電機(jī)右側(cè)（從軸伸端看）。起動(dòng)裝置為離心開關(guān)。 本系列電動(dòng)機(jī)全部采用E級(jí)絕緣材料，具有良好的絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度。 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及安裝形式可制成下列四種基本形式： B3型——機(jī)座有底腳，端蓋上無凸緣； B34型——機(jī)座有底腳，端蓋上有凸緣，軸伸在凸緣端；（小法蘭型式） B14、B5型——機(jī)座無底腳，端蓋上有凸緣，軸伸在凸緣端。（B14型為小法蘭型式；B5型為大法蘭型式。） 型號(hào)： YC632-2 效率% :60 功率W： 180 轉(zhuǎn)速r/min： 2800 電流A： 1.95 功率因數(shù)cos : 0.7 電壓V： 220 起動(dòng)電流A: 12 頻率Hz： 50 起動(dòng)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距 :2.8 3.8 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 Y001 啟動(dòng)洗衣機(jī) 開啟洗衣機(jī) 通有效 Y002 進(jìn)水閥 開啟進(jìn)水閥 通有效 Y003 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)線圈 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 通有效 Y004 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)線圈 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 通有效 Y005 排水閥 開啟排水 通有效 Y006 脫水電磁離合器 開啟脫水 通有效 Y007 報(bào)警 啟動(dòng)報(bào)警 通有效 表3-1 I/O地址分配表 3.9 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：YC 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 4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 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。 4.2 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 4.3全自動(dòng)洗衣機(jī)步進(jìn)梯形圖 4.4 中間變量的記錄 程序中共用到7個(gè)計(jì)時(shí)器，2個(gè)計(jì)數(shù)器。T0為關(guān)閉進(jìn)水時(shí)暫停2s計(jì)時(shí)器，T1為正轉(zhuǎn)30s計(jì)時(shí)器，T2為正轉(zhuǎn)30后暫停2s計(jì)時(shí)器，T3為反轉(zhuǎn)30s計(jì)時(shí)器，T4反轉(zhuǎn)后暫停2a計(jì)時(shí)器，T5為脫水30s計(jì)時(shí)器，T6為報(bào)警3a計(jì)時(shí)器。C0為正反洗滌5次計(jì)數(shù)器，共320s，C1為反復(fù)進(jìn)水脫水3次計(jì)數(shù)器。 程序運(yùn)行時(shí)，PLC由STOP狀態(tài)變?yōu)镽UN狀態(tài)，M8002有信號(hào)，從而置位S0，復(fù)位計(jì)數(shù)器C1。閉合啟動(dòng)按鈕，置位S20，復(fù)位C0，并且系統(tǒng)控制進(jìn)水閥開始進(jìn)水，進(jìn)水完畢后，計(jì)時(shí)器T0開始計(jì)時(shí)，從0遞增到20，之后正轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)器T1開始計(jì)時(shí)，由0遞增到300。正轉(zhuǎn)30s后，T2計(jì)時(shí)器工作，從0到20，暫停2s。接著反轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)器T3工作，也是從0到300，之后T4計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，從0到20變化。T4計(jì)時(shí)完畢，計(jì)數(shù)器C0開始計(jì)數(shù)一次，此后回到S22，T1計(jì)時(shí)器重新開始計(jì)時(shí)，依次到T4,當(dāng)C0計(jì)數(shù)5次到時(shí)，排水。排空后，T5計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，從0到300，開始脫水30s。脫水完畢，C1開始計(jì)數(shù)一次，之后程序返回到S20狀態(tài)寄存器。重新開始進(jìn)水—洗滌—排水過程，直到反復(fù)三次后，即C1計(jì)數(shù)三次時(shí)，T6計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，從0到30，報(bào)警3s。 4.5 系統(tǒng)調(diào)試 連接好PLC，打開軟件，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S21，S20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S22，洗衣機(jī)開始正轉(zhuǎn)，并開啟T1計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)完畢，T1常開點(diǎn)閉合，置位S23，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S24，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)30s。計(jì)時(shí)完畢，T3常開點(diǎn)閉合，從而置位S25，開啟暫停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)開啟T5計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s。計(jì)時(shí)到時(shí)，T5常開點(diǎn)閉合，C1計(jì)數(shù)一次，同時(shí)返回S20，直到C1計(jì)時(shí)3次時(shí)，即反復(fù)洗滌三次后，C1常開點(diǎn)閉合，置位S28，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)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。若要實(shí)現(xiàn)輕柔洗功能，需添加X0作為輕柔洗檔位，把X1設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)洗檔位，輕柔洗的過程可以通過一些計(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)心得 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。 一開始在編程的時(shí)候，不知道怎么輸入STL S0類似的指令，看到課本上的例子，自以為和常開點(diǎn)一樣，只不過是把X0 寫成S0。在紙上編號(hào)后，去二號(hào)樓211PLC實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試，變換后能運(yùn)行，但是，計(jì)時(shí)器只計(jì)時(shí)一次， 而且前面狀態(tài)寄存器也不自動(dòng)復(fù)位，這一點(diǎn)很不正常，后來在四樓417碰到同學(xué)，才知道STL S0指令的輸入是在中括號(hào)中輸入，也知道了有些東西不能胡亂猜測(cè)，自己不清楚時(shí)要及時(shí)向身邊老師和同學(xué)請(qǐng)教，也只有這樣，才能不斷進(jìn)步。 從實(shí)驗(yàn)室回來后開始修改程序，當(dāng)辛辛苦苦編完后卻發(fā)現(xiàn)不能轉(zhuǎn)換，錯(cuò)誤也檢查不出來，當(dāng)時(shí)很是郁悶，又不得不耐著心再重新編寫一遍，這一次每編一行，我就轉(zhuǎn)換一次，直到編完，這樣很容易找出錯(cuò)誤，也便于修改，最后終于能轉(zhuǎn)換了，很開心。 從圖書館借來的《PLC應(yīng)用技術(shù)易讀通》一書中，有很多和老師布置課題相似的題目，其中有音樂噴泉控制系統(tǒng)，三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)等，也有全自動(dòng)洗衣機(jī)控制，不過其是用SFC圖來控制的，而且I/O點(diǎn)數(shù)很少，我參考著課本上的例子，把它轉(zhuǎn)化成步進(jìn)梯形圖，然后又在此基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行擴(kuò)展修改，最終完成梯形圖的編程，當(dāng)時(shí)很有成就感，就決定把書上的那些實(shí)例復(fù)印下來，方便自己以后好好研究。 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，也堅(jiān)定了以后要不斷的學(xué)習(xí)，不斷的向身邊的人虛心請(qǐng)教，同時(shí)要借助于圖書館和網(wǎng)絡(luò)來擴(kuò)充自己的知識(shí)面的決心。也只有這樣，在以后的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中，自己才能有立足之地，才能有所作為。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 謝文輝,張志芳. PLC應(yīng)用技術(shù)易讀通. 北京：中國電力出版社，2008 [2] 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，2008.2 [3] 賀哲榮,石帥軍. 流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)（三菱FX2系列）. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.3 [4] 夏路易,石宗義. 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程.北京：北京希望電子出版社，2002.6 [5]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用.第2版. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007 [6]王兆晶.維修電工（高級(jí)）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007 [7]熊幸明.工廠電氣控制技術(shù).北京.清華大學(xué)出版社.2005 [8]黃凈.電氣控制與可編程序控制器.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2004 [9]三菱電機(jī).FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC編程手冊(cè).2005 附錄 指令表視圖