全自动洗衣机控制部分设计.doc

全自动洗衣机控制部分设计目录1课设设计目的1 2课程设计题目描述和要求1 3课程设计报告内容1 3.1设计方案的论证2 3.2控制系统框图及原理3 3.3系统硬件设计5 3.4系统硬件设计6 3.5洗衣机运行的程序块11 3.6程序调试及仿真16 4结论16 5结束语17 6参考目录17 7附录18 1、课设设计目的(1)针对设计任务选择合适的实现方案(2)培养查阅技术手册和有关技术资料的能力(3)培养程序设计能力(4)培养程序调试能力(5)培养编制技术文档的能力(6)培养严肃认真、一丝不苟和实事求是的科学态度2、课程设计题目描述和要求全自动洗衣机PLC控制装置设计洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水四个过程组成。在全自动洗衣机中，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。具体要求如下：(1)将水位通过水位选择开关设在合适的位置(高、中、低)，按下启动按扭，开始进水，达到设定的水位(高、中、低)后，停止进水；(2)进水停止2s后开始洗衣；(3)洗衣时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s；(4)如此循环共5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s；(5)开始清洗，重复(1)(4)步，如此循环共二次；(6)洗衣过程完成，报警3s并自动停机。(7)若按下停车按钮，可用手动排水(不脱水)和手动脱水(不计数)。根据以上要求，设计全自动洗衣机的PLC控制装置，选择PLC和有关的液位检测元件，分配PLC的I/O点，绘制PLC接口线路图、设计PLC控制程序。3、课程设计报告内容3.1设计方案的论证PLC是采用微电子技术来完成顺序控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构按照一定规律进行动作，其主要功能如下：(1)开关量控制这是PLC最基本最广泛的应用领域，主要用来取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。(2)限时控制PLC的用户提供了一定数量定时器，并设置了计时指令，一般可实现0.1-999.9及0.001-99.995的定时控制，也可按一定方式进行定时扩展。(3)计数控制PLC为用户提供的计数器分别为普通计数器，可逆计数器，高速计数器等，以完成不同用途的技术控制。(4)步进控制PLC通过位移寄存器方便地完成步进控制功能。(5)数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能(6)模拟量处理PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户有很强的程序设计能力，只在用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。模块化的PLC设计，使用户能根据自己系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需要的PLC模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。单片机系统的特点：1)要求环境，单片机对环境静的适应能力较低，可靠性差2)编程和PLC相比难以学习，主要是单品机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。3)功能简单只具有使用中所需要的功能。但是，它结构简单，处理速度快而PLC是采用微电子技术来完成顺序控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构按照一定规律进行动作，其主要功能如下：(1)开关量控制这是PLC最基本最广泛的应用领域，主要用来取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。(2)限时控制PLC的用户提供了一定数量定时器，并设置了计时指令，一般可实现0.1-999.9及0.001-99.995的定时控制，也可按一定方式进行定时扩展。(3)计数控制PLC为用户提供的计数器分别为普通计数器，可逆计数器，高速计数器等，以完成不同用途的技术控制。(4)步进控制PLC通过位移寄存器方便地完成步进控制功能。(5)数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能(6)模拟量处理所以，我们选取PLC作为控制部分的设计。3.2控制系统框图及原理程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全，运行可靠等优点。目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC(单片机)控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图3-1所示：进水阀PLC排水阀水位开关电动机正反转图3-1洗衣机的控制系统图洗衣机工作原理：自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的。水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通/断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入；排水时，电磁排水阀打开，将水排出；洗衣时，洗涤电动机启动；脱水时，脱水桶启动。PLC在系统中是处于中心位置，水位开关的PLC的输入信号控制开关，进水阀，排水阀和电动机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电动机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态3.3系统硬件设计3.3.1电动机的选择洗衣机在洗衣过程中，电动机有两种工作状态：高速脱水和低速洗衣。这就要求选择不同的电动机来实现，有两种方案，一为选择两个电动机，分别为洗衣和脱水提供动力；二为选择一个双速电动机，通过调节电动机的极数来改变电动机的转速，实现低速洗衣和高速脱水。考虑到制造成本和洗衣机的体积及重量，最终确定选择双速单相电动机。且高速脱水时转速为2800r/min,电动机极数为2；低速洗衣时转速为450r/min，电动机极数为10。高速用于脱水状态，低速用于洗涤状态。3.3.2传感检测元件的选择检测电路主要由各类传感器组成。在洗衣过程中起决定作用的物理量有衣量、衣质、水位、水温和浑浊度等,这些物理量都需要有适当的传感器来获取信息,并转换成PLC能接收的电信号。水位传感器水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数3.3.3电磁阀及继电器的选择电磁阀的选用：在洗衣时需要进水和排水操作，选择两个单向电磁阀。继电器的选用：利用较小的电流去控制电动机的实现正反转，故选用两个电磁继电器。3.3.4 I/O点数统计：I/O点数是选择PLC的一项重要指标，合理选择I/O点数可使系统满足控制要求，同时降低成本。一般一个输入元件要占用一个输入输出点，考虑到扩充的问题，一般应在估计的点数上再加上20%的备用量。输入统计：启动按钮停止按钮高水位限位检测开关中水位限位检测开关低水位限位检测开关手动排水按钮手动洗涤按钮手动自动按钮输出统计：进水电磁阀排水电磁阀电动机正转继电器电动机反转继电器脱水离合器报警器计算有：输入点数为：8*(1+20%)=9.6输出点数为：6*(1+20%)=7.2 3.3.5 PLC选择根据I/O点数，选择S7-200型PLC,比较几种CPU功能模块。如下表3-1表3-1 S7-200型PLC的功能模块CPU221CPU222CPU224CPU226程序存储器2048字4069字用户数据存储器1024字2560字用户存储器类型EEPROM数据后备典型时间50h190h本机I/O接口6入4出8入6出14入10出24入16出扩展模块数量无2个7个所以，根据I/O点数，可选松选下S7-200 224 CPU型可编程控制器，其输入点14点，输出点10点。该PLC模块采用直流24V供电(直流晶体管输出)，它的14点输入和10点输出完全可以满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不需要另外的数字量输入输出模块。3.3.6硬件接线图该系统的硬件连接图见图3-2.3.4系统软件的设计3.4.1 I/O地址分配输入输出启动按钮SB1I0.1进水电磁阀YV1Q0.1停止按钮SB2I0.2排水电磁阀YV2Q0.2高水位限位检测开关SQ1I0.3电机正转继电器KM1Q0.3中水位限位检测开关SQ2I0.4电机反转继电器KM2Q0.4低水位限位检测开关SQ3I0.5脱水离合器YC1Q0.5手动排水按钮SB3I0.6报警器KM3Q0.6手动洗涤按钮SB4I0.7手动/自动按钮SB5I0.8该系统的I/O分配表见表3-2表3-2系统的I/O分配表.YV1 KM3 YC1 KM2 KM1 YV2 SB5 SB4 SQ3 SB3 SQ2 SB1 SQ1 SB2 COM QO.6 Q0.5 Q0.4 Q0.3 Q0.2 Q0.1 DC24V I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I0.8 220V图3-2系统的硬件连接图内部位元件地址分配表见表3-3表3-3内部位元件地址分配表定时器/计时器对应的功能T37进水暂停计时T38正洗计时T42正洗暂停计时T39反洗计时T43反转暂停计时T40脱水计时T41报警计时C50正反洗循环计数C51大循环计数3.4.2洗衣工作流程图按下停车按钮时的流程图如图3-2.正常时的流程图如图3-3.Y NO YNO Y按停止按钮电动机和脱水桶停止转动，进出水阀闭合打开手动排水排水打开手动脱水开始正常运行脱水结束正常运行NO图3-2按下停车时的流程图No No Y到大循环次数3次Y YNo到低水位到小循环次数5次Yes No到高水位程序开始进水停2秒正转30秒暂停2秒反转30秒暂停2秒排水脱水30秒报警3秒停机图3-3正常的流程图PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。按下启动按钮时开始进水，水满(即水位到达高水位)时停止进水，2s后开始正转洗涤。正转洗涤30s后暂停，暂停2s后开始反转洗涤。反转洗涤30s后暂停，暂停2s后，若正、反洗涤未满5次，则返回从正转洗涤开始的动作；若正、反洗涤满5次时，则开始排水。排水水位若下降到低水位时，开始脱水并继续排水。脱水30s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。若未完成2次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了2次大循环，则进行洗完报警。报警3s结束全部过程，自动停机。若按下停止按钮，可以手动排水和手动脱水。当按下停车按钮时，洗衣机脱离正常运行。正反转电动机和脱水桶停止转动，进水阀和出水阀闭合。之后要按下手动排水按钮，开始排水。或者按下手动脱水按钮，开始手动脱水。否则直接结束。不按下停止按钮时，按正常流程图运行。3.5洗衣机运行的程序块1.启动全自动洗衣机在程序中，M0.1是启动按钮的辅助继电器；当按下洗衣机的启动按钮时，M0.1得电。它的指令程序为：Network 1按下启动按钮，开始洗涤LD I0.0 OM0.0 AN C2 AN I0.1=M0.0 2.进水阀控制洗衣机启动后，再按下水位选择开关，进水电磁阀得电，洗衣机开始进水。当所选择水位的限位开关动作后，进水电磁阀释放，洗衣机停止进水。它的指令程序为：Network 2LD M0.1 ED LD I0.5 ED OLD OM0.3 AN M0.2=M0.3 Network 3LD I0.2 AN I0.6 LD I0.3 AN I0.7 OLD LD I0.4 AN I1.0 OLD AM0.3 Network 4LD Q0.1 ED TON T37,+20 Network 5LD T37 O0.2 AN C1 AM0.1=M0.2 3.洗涤控制当进水电磁阀释放2秒后，洗衣机开始洗涤。洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒，如此反复循环5次，总共320秒。它的指令程序为：Network 6正转及脱水控制LD M0.2 AN T38 AN Q0.3 AM0.1 OLD LD I1.2 AN M0.1 OLD=Q0.2 NETWORK 7LD M0.2 AN T39 TON T38，+300 NETWORK 8反转控制LD T38 AN T39 AN I0.5 AM0.1=Q0.3 NETWORK 9LD Q0.3 TON T39,+300 NETWORK 10 LD T39 ED LD 40 ED CTU C1,+5 4.出水阀的控制当洗涤循环5次结束后，排水电磁阀得电，洗衣机开始排水。它的指令程序为：NETWORK 11出水阀控制LD C1 LD I1.1 AN M0.1 OLD=Q0.4 5.脱水计时当排空检测限位开关动作后，开始30秒脱水。它的指令程序为：NETWORK 12脱水计时LD I0.5 TON T40,+300 6.清洗和洗涤计数NETWORK 13清洗和漂洗计数LD M0.2 ED LDN M0.1 CTU C2,+3 7.洗完报警洗衣大循环3次后，开始洗完报警过程，3秒后停止报警，整个过程结束。NETWORK 14报警输出LD M0.1 TOF T30,+30 NETWORK 15 LD M0.1 AT30=Q0.5 3.6程序调试及仿真梯形图采用STEP7 Micro/WIN32 SP4.0编写，仿真时采用西门子S7-200仿真软件V2.0进行仿真。图3.4.1为仿真界面。仿真时首先要进行PLC选型，本设计选用S7-200 CPU224模块，固仿真时需选择CPU224模块进行仿真。程序仿真时通时控制行程开关的状态，来观察输出信号的状态，由输出信号状态对照主控制电路中接触器的状态，看该状态是否如实的反应出了，该时刻电机的运行状态以及电磁阀的通、断电状态。4、结论该系统采用PLC为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备的运行的可靠性，缩短了产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。此外，PLC可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。5、结束语这次毕业设计要求设计一个全自动洗衣机控制，自行设计这对我将来踏上工作岗位是非常有帮助的。尽管上一届的同学已经完成的非常出色，但是我仍然希望通过自己的努力完成设计并希望有所突破。这也是我对自己的考验。于是本次设计过程中我完全按照软件设计步骤的要求来进行，从课题分析开始，再进行总体设计、详细设计,最后到系统实现。每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去。也使我掌握了一整套规范的设计操作流程。在课题分析阶段，由于本次是设计一个PLC控制系统，所以对其中的PLC的工作分析尤为重要。在总体设计阶段，由于课题分析做的比较全面，很快就对系统的功能，控制机制有了充分的认识，形成了装备流水线的控制详细设计阶段，首先考虑各电路模块的主要功能及软件的设计，分别进行安装调试。其次，将写好的程序进行上机调试，这时就遇到了非常大的困难，烦琐的接口采集数据,分析数据,检测，调用，很容易出错。最后，系统运行环节。对已完成的程序和硬件系统