電氣控制與plc課程設(shè)計(jì)——全自動(dòng)洗衣機(jī)

1、<p><b>　　電氣控制與PLC</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目: 全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　院系名稱： </p>

2、<p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

3、 </p><p>　　設(shè)計(jì)地點(diǎn)： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： </p><p><b>　　系統(tǒng)描述及控制要求</b></p>&

4、lt;p><b>　　1.1 系統(tǒng)描述</b></p><p>　　在現(xiàn)在的各種控制系統(tǒng)中，PLC的應(yīng)用是最為廣泛的，因?yàn)槠淠芸朔?dāng)今大多數(shù)控制器的缺點(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)功能于一體。在應(yīng)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(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。因此本次課程設(shè)計(jì)中，全自動(dòng)洗衣機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)控制，將大大提高工作效率，系統(tǒng)運(yùn)行的

5、可靠性、穩(wěn)定性以及適應(yīng)工作環(huán)境的能力。</p><p>　　PLC控制器控制端口輸出，控制電機(jī)接觸器線圈輸出，以達(dá)到控制電機(jī)的工作或停止。兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)電機(jī)應(yīng)用于洗滌另一個(gè)電機(jī)用于抽水進(jìn)水裝置。四個(gè)傳感器分別用來(lái)檢測(cè)排空檢測(cè)、高水位檢測(cè)、中水位檢測(cè)、低水位檢測(cè)。檢測(cè)信號(hào)輸入到PLC中相應(yīng)的開關(guān)作為工作輸入信號(hào)。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由人們操作制定其工作模式，多個(gè)按鈕來(lái)控制電源接通或斷開。</p><p&

6、gt;<b>　　1.2 控制要求</b></p><p>　　1）按下啟動(dòng)按鈕及水位選擇開關(guān)</p><p>　　2）注水直到高（中、 低）水位，關(guān)水</p><p><b>　　3）2s后開始洗滌</b></p><p>　　4）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30s，停2s，然后反轉(zhuǎn)30s，停2s</p&

7、gt;<p>　　5）如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s</p><p>　　6）開始清洗，重復(fù)（2）～（5），清洗兩遍</p><p>　　7）清洗完成，報(bào)警3s并自動(dòng)停機(jī)</p><p>　　8）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)）</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案

8、</b></p><p>　　2.1 控制器的選擇</p><p>　　可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關(guān)量邏輯控制為主的自動(dòng)控制裝置；它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)器，能夠按照控制程序，將輸入的開關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等處理后，以開關(guān)量的形式輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛

9、應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)量邏輯運(yùn)算，克服了因繼電器觸頭接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適用于各種惡劣的環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的控制系統(tǒng)。</p><p>　　2）編程簡(jiǎn)單、易于掌握 PLC采用梯形圖方式

10、編寫程序，與繼電器控制邏輯的設(shè)計(jì)相似，具有直觀、簡(jiǎn)單、易于掌握的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3）功能完善、靈活方便 隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能更加完善，不僅具有開關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)數(shù)功能，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可單機(jī)使用，也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；既可集中控制，也可分布控制或者集散控制。而且在運(yùn)行過(guò)程中，可以隨時(shí)修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。</p>&

11、lt;p>　　4）體積小、質(zhì)量輕、功耗低 由于使用了單片機(jī)等集成芯片，其體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低。</p><p><b>　　單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)：</b></p><p>　　1）要求環(huán)境，單片機(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性不如PLC。</p><p>　　2）編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機(jī)采用匯編語(yǔ)言或者是C語(yǔ)言，

12、這些高級(jí)語(yǔ)言和PLC語(yǔ)言相比，難以學(xué)習(xí)。</p><p>　　3）功能單一只具有使用中所需要的功能，但是，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理速度快。</p><p>　　通過(guò)方案論證、比較可以得出：PLC的控制系統(tǒng)在可靠性、抗干擾能力、穩(wěn)定性方面要優(yōu)于單片機(jī)控制系統(tǒng)。為此，我們做的課程設(shè)計(jì)中使用的控制器是PLC，選PLC作為全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器比較好，而且在設(shè)計(jì)中的PLC我們選的是日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系

13、列的PLC。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所使用的控制器是日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC，它由中硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)主要包括：中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出（I/O）接口電路、電源、擴(kuò)展單元、外圍設(shè)備等部分構(gòu)成；軟件系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。</p><p>　　可編程控制器的主要性能指標(biāo)：</p><p>　　1）輸

14、入輸出（I/O點(diǎn)數(shù)） I/O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開關(guān)、按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。</p><p>　　2）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)器容量，一般以步為單位，二進(jìn)制16位即一個(gè)字為一步。</p><p>　　3）掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需時(shí)間來(lái)衡量，單位為ms/步，也有以執(zhí)行一步指令所需時(shí)間來(lái)計(jì)算

15、的，單位用us/步。</p><p>　　4）功能擴(kuò)展能力 可編程控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如A/D模塊、D/A模塊、位置控制模塊等。</p><p>　　5）指令系統(tǒng) 指令控制系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程控制器指令總和，它是衡量可編程控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。</p><p>　　2.2工作原理及系統(tǒng)組成框圖</p

16、><p>　　工作原理：由開關(guān)設(shè)置洗衣機(jī)的洗衣模式，然后經(jīng)傳感器檢測(cè)水位，并將檢測(cè)的水位信號(hào)輸入PLC，經(jīng)PLC計(jì)算、延時(shí)等處理，判斷是否滿足開關(guān)量輸出，如果滿足則控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的工作，進(jìn)行進(jìn)水或洗滌；同時(shí)相應(yīng)的指示燈亮指示相應(yīng)洗衣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　系統(tǒng)的組成框圖主要由以下幾部分組成：（1）壓力傳感器，分別用于進(jìn)行排空檢測(cè)、高水位檢測(cè)、中水位檢測(cè)、低水位檢測(cè)；（2）開關(guān)，由人

17、為控制接通，分別有高水位按鈕、中水位按鈕、低水位按鈕，分別對(duì)應(yīng)不同的洗衣模式；（3）PLC控制器，用來(lái)接收外部開關(guān)控制信號(hào)和傳感器控制信號(hào)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)等處理后，以開關(guān)量輸出，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)或停止；（4）交流電機(jī)，分用于進(jìn)水和洗滌工作兩種電機(jī)；（5）各種指示燈，用來(lái)指示洗衣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　2.3 硬件的選擇</p><p>　　2.3.1 傳感器</p>

18、;<p>　　全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，用到了幾種傳感器。首先是壓力傳感器，用于排空檢測(cè)，當(dāng)洗衣機(jī)內(nèi)的水排空時(shí)，壓力傳感器上的壓力為零，將檢測(cè)的信號(hào)以電壓或電流的形式反映；其次是水位傳感器。水位傳感器用于檢測(cè)洗衣機(jī)內(nèi)的水的高度，水位到達(dá)不同的高度，相應(yīng)的傳感器會(huì)做出響應(yīng)。</p><p>　　傳感器選型表如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 傳感器選型表<

19、;/p><p>　　2.3.2 電機(jī)的選擇</p><p>　　由于家庭用電的電源限制，因此選單相電容式轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)。以3.6公斤全自動(dòng)洗衣機(jī)為例，由于全自動(dòng)洗衣機(jī)的脫水桶直徑較大，這偏心不能不考慮，所以計(jì)算時(shí)應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計(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)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)功率就是洗衣機(jī)所確定的電機(jī)的額定功率。所以3.6公斤全

20、自動(dòng)洗衣機(jī)電機(jī)額定功率選為180瓦。符合全自動(dòng)洗衣機(jī)的功率范圍120W-250W.</p><p>　　故選擇YY104-180型號(hào)單相電容式轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)，功率為180瓦，額定電壓220V，轉(zhuǎn)速1350r/min，電流1.7A。</p><p>　　2.3.3 發(fā)光二極管</p><p>　　用于指示洗衣機(jī)各種不同的工作狀態(tài)。連接在控制回路中，幾十毫安就可以使二極

21、管發(fā)光指示作用。用它成本低、功耗小、性能穩(wěn)定、適應(yīng)家庭電器應(yīng)用。</p><p>　　2.4 電氣控制線路原理圖</p><p>　　QS斷路開關(guān)家用可采用HZ10系列組合開關(guān)，主要用于電源的引入。FU熔斷器是簡(jiǎn)單有效的保護(hù)電器，可選用半封閉插入式熔斷器。KW接觸器選用CJ12T-250系列交流接觸器，額定電流250A。FR熱繼電器是一種保護(hù)電器，專門用來(lái)對(duì)過(guò)載及電源斷相進(jìn)行保護(hù)，以防止

22、電動(dòng)機(jī)因上述故障導(dǎo)致過(guò)熱而損壞。常用JR16、JR20、JRS1系列熱繼電器，本次設(shè)計(jì)采用JR16,額定電壓380V，額定電流150A。M1、M2分別為進(jìn)水電機(jī)和洗滌電機(jī)。X3、X4、X5、SB0為四觸頭兩檔萬(wàn)能開關(guān)。SB1是手動(dòng)脫水開關(guān)。X7、X10、X11分別為高、中、低位水位檢測(cè)壓力傳感器輸入信號(hào)控制開關(guān)。T0、T1、T2、T3分別為時(shí)間繼電器，采用空氣式時(shí)間繼電器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)我們采用JS2

23、3系列空氣時(shí)間繼電器，線圈額定工作電壓直流220V，延時(shí)范圍0.2-0.3/s。</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 I/O分配表</p><p>　　按照全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求，PLC輸入輸出對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)，對(duì)應(yīng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的作用，所得到的表格就是I/O分配表。</p><

24、p>　　I/O分配表如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 I/O分配表</p><p>　　4 系統(tǒng)外部接線圖</p><p>　　應(yīng)用PLC控制洗衣機(jī)的外部接線圖，洗衣機(jī)各部件相應(yīng)開關(guān)、傳感器、外接執(zhí)行器件的接口與PLC連接接口對(duì)應(yīng)</p><p><b>　　5 系統(tǒng)T形圖</b><

25、/p><p>　　PLC的編程語(yǔ)言有好多種，我們使用梯形圖來(lái)編寫全自動(dòng)洗衣機(jī)的程序。PLC執(zhí)行梯形圖總是按先上至下、先左后右的順序?qū)τ晒?jié)點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行執(zhí)行。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，反復(fù)驗(yàn)證，系統(tǒng)的T形圖如下所示：</p><p><b>　　6 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試主要是通過(guò)對(duì)用戶所編寫的程序進(jìn)行匯編、連接、執(zhí)行來(lái)發(fā)現(xiàn)程序中存在

26、的語(yǔ)法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的一種過(guò)程，直到達(dá)到要求為止。程序輸入到編程環(huán)境之后，編輯，查看程序是否有邏輯錯(cuò)誤，如果出現(xiàn)出現(xiàn)故障，有錯(cuò)誤，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯(cuò)誤，找出問(wèn)題，并修改程序然后再進(jìn)行調(diào)試，如此反復(fù)直至調(diào)試成功。</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程如下：</b></p><p>　　首先，按下啟動(dòng)按鈕x1，選擇一個(gè)水位（高水位 x 3 ，

27、中水位 x 4 ，低水位 x 5），觀察輸出情況是不是滿足如下要求：</p><p>　　1）自動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)：y2有輸出，將水位檢測(cè)按鈕按下后，y2停止輸出，并延時(shí)2s，（y3有輸出，延時(shí)2s，y4輸出，延時(shí)2s），括號(hào)里面的循環(huán)5次后，y5輸出，此時(shí)，按下x6,y5停止輸出，y6輸出，延時(shí)30s后，y2有輸出，將水位檢測(cè)按鈕按下后，y2停止輸出，并延時(shí)2s，（y3有輸出，延時(shí)2s，y4輸出，延時(shí)2s），括號(hào)里面

28、的循環(huán)5次后，y5輸出，此時(shí)，按下x6,y5停止輸出，y6輸出，延時(shí)30s后，y2有輸出，將水位檢測(cè)按鈕按下后，y2停止輸出，并延時(shí)2s，（y3有輸出，延時(shí)2s，y4輸出，延時(shí)2s），括號(hào)里面的循環(huán)5次后，y5輸出，此時(shí)，按下x6,y5停止輸出，y6輸出，延時(shí)30s后，此時(shí)，清洗完成，y7輸出，延時(shí)3s,y7、y1停止輸出。</p><p>　　2）手動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)：在y1停止輸出時(shí)，按下x12，則y5輸出；按下x