plc課程設計洗衣機

1、詡*1丄珞說課程設計說明書全自動洗衣機 PLC 控制系 部:電氣與信息工程學生姓名：邢增輝_指導教師：_專 業(yè)：_班 級：_完成時間：2012年10月31日目錄第一章 緒論.-.1. -1.1概述 .-.1. -1.2設計要求 .-.1. -第二章 控制系統(tǒng)硬件的設計 .-.2 -2.1主電路的設計 .-.2. -2.2控制電路的設計 .-.5. -第三章 控制系統(tǒng)軟件的設計 .-.9 -3.1程序流程圖 .-.9. -3.2程序說明 .- 10 -第四章 仿真調(diào)試 .- 13 -4.1仿真軟件介紹 .- 13 -4.2程序仿真 .- 14 -設 計 總 結(jié).- 17 -參考文獻 .- 18

2、-附錄 .- 19 - 1 -第一章 緒論1.1概述全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需 要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構，其進水，排水都采用電磁閥，由程 序控制器按人們預先設計好的程序不斷發(fā)出指令， 驅(qū)動各執(zhí)行器件動作， 整個洗 衣過程自動完成。 所用的程序控制器可分為電動機驅(qū)動式和單片機式。 從控制方 式的發(fā)展階段上分：全自動洗衣機可分為兩大類： 第一類：電動控制洗衣機，它的程序控制器由電動元件組成。 第二類：是電腦控制洗衣機，它的程序控制器由微型計算機組成。 全自動洗衣機從結(jié)構上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前國內(nèi)市場上銷售 的大多是波輪式和滾筒式，

3、供應最多的是波輪式洗衣機。 波輪式洗衣機的特點是 洗凈率高，但對衣物的磨損很大，隨著人們生活水平不斷的提高，絲綢，毛料， 羊毛等大量走進普通家庭， 廠商又適時地推出了滾筒式洗衣機， 它最大的優(yōu)點是 磨損率小，但洗凈率比波輪式低，價格高。1.2設計要求PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。（1） 按下啟動按扭及水位選擇開關，開始進水，水滿（即水位到達高低）時停 止進水。（2）2秒后開始洗滌。（3） 洗滌時，正轉(zhuǎn)15秒后暫停，暫停3秒后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌15秒后 暫停，暫停3秒。（4） 如此循環(huán)3次后開始排水，排空后（水位下降到低位）開始脫水并繼續(xù)排 水。脫水10秒即完成一次從進水到脫

4、水的工作循環(huán)過程。（5） 若未完成3次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作， 進行下一次大循環(huán)； 若完成了3次大循環(huán)，則進行洗完報警。（6） 報警10秒結(jié)束全部過程，自動停機。（7） 此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水；按停車按扭可停止進水、排水、脫水及 報警。第二章 控制系統(tǒng)硬件的設計2.1主電路的設計2.1.1洗滌脫水系統(tǒng) 它主要有盛水桶，洗滌桶和波輪組成。盛水桶又稱為外桶，主要用來盛放洗 滌液。盛水桶固定在鋼制底板上，通過4根吊桿懸掛在洗衣機箱體上。電動機， 離合器，- 2 -排水閥等部件都裝在桶底下面。 洗滌桶又稱為脫水桶或者離心桶， 也稱 為內(nèi)桶，它的主要功能是用來盛放衣物， 在洗滌或漂洗時

5、配合波輪完成洗滌或漂 洗功能， 在脫水時便成為離心式的脫水桶。 波輪是全自動洗衣機中對衣物產(chǎn)生機 械作用的主要部件。按波輪的形狀來分，基本上有小波輪（直徑在160mn左右）的渦卷式水流和大波輪（直徑在300mn左右）新水流兩類。2.1.2排水和進水系統(tǒng) 波輪式全自動洗衣機的進排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。為了對桶內(nèi)的水位進行檢測和控制，洗衣機上都安裝有水位控制器（水位開關）。波輪式全自動套 桶洗衣機使用最多的水位開關是空氣壓力式開關， 主要有氣壓傳感器裝置， 控制 裝置及電觸點開關3部分組成， 用來監(jiān)視水位的高低。 此外電磁閥分進水和排水 電磁閥，進水電磁閥是洗衣機上的自動進水開關， 它受水位開

6、關動斷觸點的控制。 而排水電磁閥是全自動洗衣機上的自動排水裝置， 同時還起改變離合器工作狀 態(tài)。 進水、 排水電磁閥是采用電流流過線圈形成磁場的原理，洗衣機電磁閥在進， 排水時使用，220V交流電壓與電磁閥線圈接通，形成磁場，電磁線圈吸合。自 動打開香蕉閥門，洗衣機里的水就順著管道流出去了。斷電后， 電磁閥線圈失去 電流，磁場消失， 電磁鐵松開， 橡膠閥門自動關閉， 洗衣機里的水就流不出去了。2.1.3控制系統(tǒng)結(jié)構 波輪式全自動洗衣機的電氣控制系統(tǒng)由于洗衣機型號的不同而不盡相同，但電氣控制系統(tǒng)主要有程序控制器， 電動機，進水電磁閥， 排水電磁閥， 水位開關， 安全開關及各種功能選擇開關等組成的

7、， 控制的基本原理也都一樣。 全自動洗衣 機能實現(xiàn)洗衣的自動化，整個洗衣過程都是在程序控制器的“指揮”下進行的。如把離合器比作全自動套桶洗衣機的心臟，則程序控制器就是全自動洗衣機的 “大腦”。如圖2-1所示以程序控制器為核心的波輪式全自動套桶洗衣機控制系 統(tǒng)的基本原理方框圖。-3 -圖 2-1 全自動套桶洗衣機控制系統(tǒng)的基本原理方框圖2.1.4傳感器的選擇水位傳感器的選擇：對于PLC控制的洗衣機，要求水位的檢測必須是連續(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，將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長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導管轉(zhuǎn)換成一 個測試內(nèi)

8、腔氣體變化的壓力，驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動，帶動隔膜中心的磁 芯在某線圈內(nèi)移動，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。2.1.5電動機的選擇在全自動洗衣機中，配有小型單相交流感應電動機。交流感應電動機因應用 類別的差異，一般可分為分相式電動機、電容啟動式電動機、永久分相式電容電動機、罩極式電動機、永磁直流電動機及交直流電動機等類型。單相交流感應電動機，只能產(chǎn)生極性和強度交替變化的磁場，不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 場，因此單相交流電動機必須另外設計使它產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子才能轉(zhuǎn)動，所以常見單相交流電機有分相啟動式、罩極式、電容啟動式等種類。(1) 分相啟動式

9、電動機分相式電動機廣泛應用于電冰箱、 洗衣機、空調(diào)等家用電器中。該電機有一 個鼠籠式轉(zhuǎn)子和主、副兩個定子繞組。兩個繞組相差一個很大的相位角，使副繞 組中的電流和磁通達到最大值的時間比主繞組早一些，因而能產(chǎn)生一個環(huán)繞定子旋轉(zhuǎn)的磁通。這個旋轉(zhuǎn)磁通切割轉(zhuǎn)子上的導體，使轉(zhuǎn)子導體感應一個較大的電流， 電流所產(chǎn)生的磁通與定子磁通相互作用， 轉(zhuǎn)子便產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩。當電機一旦啟動， 轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速70%時，離心開關脫開副繞組即斷電，電機即可正常運轉(zhuǎn)。(2) 罩極式電動機罩極式單相交流電動機，它的結(jié)構簡單，其電氣性能略差于其他單相電機， 但由于制作成本低，運行噪聲較小， 對電器設備干擾小， 所以被廣泛應用在電

10、風 扇、電吹風、吸塵器等小型家用電器中。罩極式電動機只有主繞組，沒有副繞組 （啟動繞組），它在電機定子的兩極處各設有一副短路環(huán)，也稱為電極罩極圈。 當電動機通電后，主磁極部分的磁場產(chǎn)生的脈動磁場感應短路而產(chǎn)生二次電流，從而使磁極上被罩部分的磁場，比未罩住部分的磁場滯后些，因- 4 -而磁極構成旋轉(zhuǎn) 磁場，電動機轉(zhuǎn)子便旋轉(zhuǎn)啟動工作。 罩極式單相電動機還有一個特點， 即可以很 方便地轉(zhuǎn)換成二極或四極轉(zhuǎn)速，以適應不同轉(zhuǎn)速電器配套使用。（3）電容式啟動電動機該類電動機可分為電容分相啟動電機和永久分相電容電機。 這種電機結(jié)構簡 單、啟動快速、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，被廣泛應用在電風扇、排風扇、抽油煙機等家用電器 中。

11、電容分相式電動機在定子繞組上設有主繞組和副繞組（啟動繞組），并在啟 動繞組中串聯(lián)大容量啟動電容器，使通電后主、副繞組的電相角成90，從而能產(chǎn)生較大的啟動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子啟動運轉(zhuǎn)。對于永久分相電容電動機來說，其串接的電容器，當電機在通電啟動或者正常 運行時， 均與啟動繞組串接。 由于永久分相電機其啟動的轉(zhuǎn)矩較小， 因此很適于 排風機、 抽風機等要求啟動力矩低的電器設備中應用。電容式啟動電動機， 由于 其運行繞組分正、反相繞制設定，所以只要切換運行繞組和啟動繞組的串接方向， 即可方便實現(xiàn)電機逆、順方向運轉(zhuǎn)。（4）交、直流兩用電動機一般常用單相交流電動機，在交流50Hz電源中運行時，電動機轉(zhuǎn)速較高的 也

12、只能達每分鐘3000轉(zhuǎn)。而交直流兩用電動機在交流或直流供電下，其電機轉(zhuǎn) 速可高達20000轉(zhuǎn)，同時其電機的輸出啟動力矩也大，所以盡管電機體積小，但 由于轉(zhuǎn)速高輸出功率大，因此交直流兩用電動機在洗衣機、吸塵器、 排風扇等家 用電器中得以應用。交、直流兩用電動機的內(nèi)在結(jié)構與單純直流電機無大差異，均由電機電刷經(jīng)換 向器將電流輸入電樞繞組， 其磁場繞組與電樞繞組構成串聯(lián)形式。 為了充分減少 轉(zhuǎn)子高速運行時電刷與換向器間產(chǎn)生的電火花干擾， 而將電機的磁場線圈制成左 右兩只， 分別串聯(lián)在電樞兩側(cè)。 兩用電機的轉(zhuǎn)向切換很方便， 只要切換開關將磁 場線圈反接，即能實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子的逆轉(zhuǎn)或順轉(zhuǎn)。由于家庭提供的電源限

13、制故洗衣機的電動機采用單相電容運轉(zhuǎn)式異步電動 機，方便實用，價格便宜。單相異步電動機有兩個繞組：主繞組和輔助繞組。主 繞組能夠產(chǎn)生脈振磁場， 但不能產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩。 輔助繞組與主繞組一起使用時共 同產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩。由于電機需要正反轉(zhuǎn)，但又不能用兩臺電動機。所以需要用PLC來控制電動機的轉(zhuǎn)向。而單相異步電動機的轉(zhuǎn)向只要改變輔助繞組的接線方 式就可以轉(zhuǎn)向。電機的啟動方式用電容分相形式。2.1.6全自動洗衣機主電路圖全自動洗衣機主電路圖如圖2-2所示。-5 -2.2控制電路的設計2.2.1 PLC的概述可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而

14、設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制 器(ProgrammableLogic Controller)，簡稱PLC,它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控 制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC但是為了避免與個人計算機(Pers on al Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLCoPLC的主要功能和應用如下：1開關邏輯和順序控制這是PLC應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功 能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復雜 的控制要求。2模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中， 由許多連續(xù)變化的

15、物理量需要進行控制，如溫度、 壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領域?qū)δM量 控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在 系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關量時，PLC具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊, 從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運算。KM2圖 2-2 全自動洗衣機主電路圖- 6 -3定時控制PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至 上百個定時與計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設定。對于計數(shù)器， 如果 需要對于頻率較高的信號進行計數(shù)，可以選

16、擇高速計數(shù)器。4數(shù)據(jù)處理新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術運算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進行浮點運算、函數(shù)運算。5信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產(chǎn)所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件 和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的PLC實現(xiàn)。6通信把PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信， 完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。2.2.2 PLC型號選擇（1） 產(chǎn)品類型選擇按

17、產(chǎn)品類型可分為三菱PLC和西門子PLC，具體介紹如下。1三菱PLC有很多種如FX1S FXS1N,FXS等系列。FX1S系列PLC是一種卡片大小的PLC，適合在小型環(huán)境中進行控制。FX1N系列PLC是一種普遍選擇方案，最多可達128點控制。由于FX1N系列PLC具有 對于輸入/輸出、邏輯控制以及通訊/鏈接功能的可擴展性， 因此它對普遍的解決 方案有廣泛的適用范圍。FX2N系列PLC是FX系列中最高級的模塊。它擁有無以 匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，F(xiàn)X2N是從16到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案。2西門子PLC西門子PLC也有很多類型，其中S7-200系列PLC在

18、實際中運用的比較多：S7-200系列是SIEMENS公司推出的一種小型PLC，它結(jié)構緊湊，擴展性良好，指 令功能強大，價格低廉；成為當代各種小型控制工程的理想控制器。（2） 結(jié)構形式選擇按結(jié)構形式可分為整體式和模塊式，具體介紹如下。- 7 -1整體式：整體式結(jié)構的PLC是將中央處理機、電源部件、輸入和輸出部件集中配置在一起，結(jié)構緊湊、體積小、重量輕、價格低、小型PLC常采用這種結(jié)構，使用于工業(yè)生產(chǎn)中的單機控制。2模塊式：機架模塊式PLC是將各部分單獨的模塊分開，如中央處理機 模塊、電源模塊、輸入模塊等。使用時可將這些模塊分別插入機架底板的插座上， 配置靈活、方便、便于擴展。 可根據(jù)生產(chǎn)實際的控

19、制要求配置各種不同的模塊，構成不同的控制系統(tǒng)， 一般大、 中型PLC采用這種結(jié)構。（3）I/O點數(shù)選擇按I/O點數(shù)和功能分類可分為：大，中，小三個等級，具體介紹如下。1小型PLC的I/O點數(shù)在120點以下，用戶程序存儲器容量為2K（ 1K=1024,存一個“0”或“1”的二進制碼稱為“位”，一個字為16位）以下，具有邏輯 運算、定時、計數(shù)等功能，它適合開關量的場合，可用它實現(xiàn)條件控制，定位、計數(shù)控制、順序控制等。也有些小型PLC增加了模擬量處理、算術運算功能，其 應用面更廣。2中型PLC的I/O點數(shù)在120512點以上，用戶程序存儲器容量達28K字, 具有邏輯運算，算術運算，數(shù)據(jù)傳達，數(shù)據(jù)通信

20、，模擬量輸入輸出等功能，可完 成既有開關量又有模擬量較為復雜的控制。3大型PLC的I/O點數(shù)在512點以上，用戶程序存儲器達到8K字或8K字 以上。具有數(shù)據(jù)運算，模擬調(diào)節(jié)，網(wǎng)絡通信，監(jiān)視，記錄，打印等功能。能進行 中斷控制，遠程控制。在用于大規(guī)模的過程控制中，可構成分布式控制系統(tǒng)，或 整個工廠的自動化網(wǎng)絡。PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同 把由PLC的各種類型相比較， 三菱PLC及西門子PLC都為不錯的選擇，但因為我們總體學的都是三菱的FX系列PLC，對三菱的FX系列PLC比較，且對三菱的FX系列也有他的優(yōu)越性，本次 設計共需要7個輸入口和6個輸出口， 而且要考慮到留有空余的分配口，

21、 綜合以 上各種因素在PLC的選擇上我選的是三菱的PLC型號為FX2N-48MR2.2.3 PLC的I/O分配PLC是 一種用作數(shù)字控制的專用電子計算機。它根據(jù)用戶給的指令，通過輸 入接口現(xiàn)場采樣信息執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算， 在通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機構 動作。它和單片機一樣，主要有CPU存儲器、I/O接口模板三部分。它是整體 模塊形式，因此由它作為洗衣機控制系統(tǒng)， 在硬件設計上就相對簡單點。 通過對 系統(tǒng)結(jié)構圖的分析，可知全自動洗衣機的I/O點不多，選擇三菱FX系列可以完全滿足要求，如表2-1。- 8 -輸入分配輸出分配輸入器件PLC輸入端子進水電磁閥線圈YA1Y000啟動按鈕SB1X000

22、正轉(zhuǎn)控制接觸器KM1Y001水位選擇開關SAX001反轉(zhuǎn)控制接觸器KM2Y002高液位傳感器SQ3X004脫水離合控制線圈YA2Y003低液位傳感器SQ2X003排水電磁閥線圈YA3Y004底液位傳感器SQ1X002報警HA HLY005排水按鈕SB2X005電動機使能接觸器YA4Y006停止按鈕SB3X006表 2-1 PLC 的 I/O 分配表2.2.4 PLC的I/O接線圖圖 2-3 PLC 的 I/O 分配圖- 9 -第三章控制系統(tǒng)軟件的設計3.1程序流程圖全自動洗衣機控制系統(tǒng)的詳細工作過程如下：1）按下啟動按鈕，洗衣機開始電源導通開始工作，進入洗衣狀態(tài)；2）用戶選擇水位高低，默認狀態(tài)

23、為低水位洗滌；3）進入洗衣程序開始洗滌衣物；4）洗滌過程完成，開始排水；5）排水完成，開始脫水，脫水完成后報警，且報警持續(xù)10秒；6）完成洗滌過程。根據(jù)上述對全自動洗衣機工作過程的描述，可以設計全自動洗衣機的控制系統(tǒng)的PLC部分的流程圖如圖3-1所示。啟動圖3-1全自動洗衣機工作流程圖- 10 -3.2程序說明用基本邏輯指令設計的梯形圖如下所示:X000為啟動按鈕，用以啟動洗衣機自動洗滌，X001為水位選擇開關，默認關狀態(tài)為選擇低水位，X006為停止按鈕，X005為排水按鈕。TQ00 J.絶X003和X004為水位傳感器，當水位達到預定位置時，準備進入洗衣狀態(tài)- 11 -當正轉(zhuǎn)完成且停止3S鐘

24、后,電動機開始反轉(zhuǎn)進行洗滌,上圖中T3用于反轉(zhuǎn)的 計時,T4用于反轉(zhuǎn)完成后的停止3S的計時。因為洗滌的次數(shù)為3次，所以將CO用于對洗滌次數(shù)的計數(shù)，當洗滌次數(shù)達 到3次時將進行后續(xù)的程序，而未達到3次時，如中途人為的排水，重新開始后 將繼續(xù)未完成的洗滌任務知道完成3次洗滌。coH-KOO? COHr&當洗滌完成時M6將使排水電磁閥打開開始排水，當桶中液位低于底部液位 傳感器X002時，程序驅(qū)動使內(nèi)桶和電機的離合，即使丫003閉合并驅(qū)動丫1動作完成10S鐘的脫水任務T2T3SET灼C0C4- 12 -T&TE X0O6 X0Q5K100*-YOOD進水電磁閥打開使水進入洗衣機外桶。

25、jSET血M3達到低液位后，置位M4為ONI犬態(tài)，進入準備洗衣狀態(tài)。I KG01nnX005XO05SC 05XOOB- 15 -15S的正轉(zhuǎn)。K005完成2S的準備完成2S的準備后即進入正常的洗衣程序，此段為電動機帶動底部波輪進行- 16 -15S。K3當前面的正轉(zhuǎn)15S,停頓3S,反轉(zhuǎn)15S,停頓3S完成3個大循環(huán)之后，CO的計數(shù)值為3,此時程序進入下一步的動作狀態(tài)，即排水與脫水。YOOl16排水電磁閥打開，試洗衣桶內(nèi)的水排出桶外。當桶中的水位低于X002所在的傳感器是，X002的常閉開關將閉合試洗衣機 內(nèi)桶與T4CO正轉(zhuǎn)完成后，電動機停頓3S,為反轉(zhuǎn)做準備停頓3S后，由于正轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動能基本消耗完，電動機開始反轉(zhuǎn)- 17 -電動機連通進行脫水動作，即如上圖所示的Y003閉合，同時使M5置位, 使電動機正轉(zhuǎn)10S進行脫水。iuuTSTfixnioexrass 9 aKLOO&7當前面的洗滌過程完成后，T5定時器導通是丫005開始報警，報警10S后,T6動作，使報警結(jié)束。- 18 -當洗滌過程全部完成后，T6使前面用過的各個軟器件復位，完成洗滌工作為下一次洗滌做準備- 19 -設計總結(jié)實踐是檢驗所學知識的最好的方法， 許多在平時學習中所忽視的問題在實踐 中能很突出