全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC課程設(shè)計(jì)

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： 日期： 目 錄 目錄1 系統(tǒng)概述- 12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證-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- 23 硬件設(shè)計(jì) - 2 3.1 系統(tǒng)原理方框圖-4 3.2 主電路-4 3.3 I/O分配-5 3.4 I/O接線圖-6 3.5元器件選型- 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-8

2、4 軟件設(shè)計(jì)-8 4.1 主流程-9 4.2 梯形圖-115 系統(tǒng)調(diào)試-12設(shè)計(jì)心得-13參考文獻(xiàn)-131. 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，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，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)

3、脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，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)

4、警蜂鳴器等.本設(shè)計(jì)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)） 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、編寫程序復(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)

5、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

6、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

7、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 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

8、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 SB1Y1進(jìn)水X2停止按鈕 SB2Y2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)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，

9、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

10、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

11、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，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 常開停止按鈕XB2-BW14B2C紅燈 常閉高水位按鈕XB2-BW14B1C紅燈 常開中水位按鈕XB2-BW16B1C黃燈 常開低水位按鈕XB2-BW15B1C黃燈 常開排水按鈕XB2-BW15B1C

12、黃燈 常開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： 按下啟動(dòng)按鈕時(shí)開始進(jìn)水，水滿(即水位到達(dá)高水位)時(shí)停止進(jìn)水，2s后開始正轉(zhuǎn)洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌30s后暫停，暫停2s后開始反轉(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)洗滌開始的動(dòng)作; 若正、反洗滌滿5 次時(shí)，則開始排水。排水水位若下降到低水位時(shí)，開始脫水并繼續(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 次大循環(huán)，則返回從進(jìn)水開始的全部動(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

13、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(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，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，

14、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)

15、，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)，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