PLC原理及应用课程设计-洗衣机的控制系统设计.doc

课程设计 论文 题 目 名 称 洗衣机的控制系统设计 课 程 名 称 PLC原理及应用课程设计 学 生 姓 名 学 号 1241203010 系 专 业 电气工程系测控技术与仪器 指 导 教 师 2014 年 11 月 14 日 邵阳学院课程设计 论文 任务书 年级专业2012 测控技术与仪器学生姓名 1241203010 题目名称洗衣机的控制系统设计设计时间2014 11 3 2014 11 14 课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点 数字控制与PLC实验室 306 1 课程设计 论文 目的 PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一 主要以小型实 用性PLC控制系统的软 硬件设计为主 课程设计的目的和任务 全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用 使学生掌握小型 PLC应用系统设计的步骤 熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程 通过设计过程中对故 障的分析 判断 检修进一步锻炼和培养学生的动手能力 2 已知技术参数和条件 利用PLC设计控制洗衣机实现全自动运行 系统启动后 根据设置的水位 控制进水阀进水 水位到达所选择的水位时候 开始洗涤 洗涤过程通过电机的正反转来实现 反复洗涤多次后开始漂 洗 漂洗多次后脱水 整个洗涤任务完成 系统报警并自动停车 1 水位开关有高 中 低 三个水位 2 到达水位后 5 秒后开始洗涤 3 洗涤时 正转 50s 停 3s 然后反转 50s 停 3s 如此循环 4 次 4 排水后脱水 50s 5 清洗两遍 6 清洗完成 报警 5 秒并自动停机 三 任务和要求 1 设计系统的 PLC 外部接线图 2 系统的操作面板 3 设计好顺序功能图 4 系统的 T 形图 按照要求书写课程设计报告 注 1 此表由指导教师填写 经系 教研室审批 指导教师 学生签字后生效 2 此表 1 式 3 份 学生 指导教师 教研室各 1 份 四 参考资料和现有基础条件 包括实验室 主要仪器设备等 实验室有 EL 型 PLC 实验系统 4 套 FX2N 系列实验装置 8 台 以及相关的软件 FX2N 系列 S7 系列产品说明书 FX2N 系列实验装置实验指导书 五 进度安排 2014 年 11 月 3 日 4 日 收集和课程设计有关的资料 熟悉课题任务何要求 2014 年 11 月 5 日 6 日 总体方案设计 2014 年 11 月 7 日 8 日 外部接线图 2014 年 11 月 9 日 10 日 T 形图设计 2014 年 11 月 11 日 12 日 系统调试改进 2014 年 11 月 13 日 整理书写设计说明书 2014 年 11 月 14 日 答辩 六 教研室审批意见 教研室主任 签字 年 月 日 七 主管教学主任意见 主管主任 签字 年 月 日 八 备注 指导教师 签字 学生 签字 邵阳学院课程设计 论文 评阅表 学生姓名 龙世军 学 号 1241203010 系 电气工程系 专业班级 测控技术与仪器 题目名称 洗衣机的控制系统设计 课程名称 PLC课程设计 一 学生自我总结 通过本次课程设计 使我们将书本上的理论知识运用于实验室中 模拟出相关的工作原理 不仅时我们对书本上的相关知识有了深入了解 同时也对实际工作情况有了更透彻的理解 同时 相关软件的熟悉 也让我们实实在在的了解了控制系统建立的过程中需要不断的调试 同时 同学之间的互相合作以及指导老师的点拨使得我们此次的课程设计顺利许多 让我深 刻的认识到合作的价值以及有个领路人是多么的庆幸 最后感谢在此次课程设计中给予我支持和 帮助的老师和同学 学生签名 2014 年 11 月 14 日 二 指导教师评定 评分项目平时成绩论文答辩综合成绩 权 重304030 单项成绩 指导教师评语 指导教师 签名 年 月 日 注 1 本表是学生课程设计 论文 成绩评定的依据 装订在设计说明书 或论文 的 任务书 页后 面 2 表中的 评分项目 及 权重 根据各系的考核细则和评分标准确定 摘 要 可编程控制 PLC 是一种新型的通用的自动控制装置 它将传统的继电 器控制技术 计算机技术和通讯技术融为一体 是功能加强 编程简单 使用 方便以及体积小 重量轻 功耗低等一系列优点 PLC 的应用领域已经拓宽到各个领域 在日常生活中 全自动洗衣机已经 全面运用到了日常生活中 但是绝大多数的洗衣机的操作系统比较繁琐 基于 此 我们采用了三菱公司的 FX 24MR 型 PLC 设计了一款基于 PLC 的简单的全 自动洗衣机 本设计将以 PLC 为核心设计了系统结构图 程序指令 梯形图以及输入输 出端子的分配方案 虽然没有改变的保留了所有全自动洗衣机的操作方式 但 是确使得了洗衣机的核心部件更加的简单 反应更加的迅速 给日常神带来了 更大的方便 关键词 PLC 全自动洗衣机 FX 24MR 型 T 形图 目录 概述 1 1 全自动洗衣机的原理 2 1 1 全自动洗衣机的组成 2 1 2 全自动洗衣机的工作原理 3 1 3 全自动洗衣机的发展 4 2 设计任务和要求 6 2 1 全自动洗衣机的顺序功能图设计 6 2 2 全自动洗衣机的 T 形图 8 2 3 全自动洗衣机的控制要求 9 3 系统硬件设计 10 3 1 I O 地址分配表 10 3 2 PLC 外部接线图 11 总结 12 参考文献 13 1 绪 论 目前自动洗衣机已成为每个家庭所必需的电器 随着它的畅销出现了各种 各样的全自动洗衣机 该设计实现了洗衣机由进水 洗涤 排水 脱水 报警 到自动停机的循环过程设计了相应的系统软件 在工业系统控制中广泛应用的 PLC 能克服单片机的缺点 它是整体模块 集中了驱动电路 检测电路和保护电路以及通讯连网功能 因此在运用中 硬 件也相对简单 提高控制系统的可靠性 另外它的编程语言也很简单 因此在 该设计中采用了 PLC 来实现全自动洗衣机的工作过程 该系统由可编控制器 通过计算机和 PLC 主机模块等控制元件的组成 可编控制器完成整个系统逻辑 控制 各运行相关参数传送与读写 设备运行状态显示功能 全自动洗衣机利 用可编程控制器 计算机和 PLC 的主机模块等自动化产品的有机结合来实现对 全自动洗衣机的自动模拟控制 其主要控制思路是对洗涤设备的进水 出水 洗 涤模式 洗涤时间 洗衣的循环次数的设定 可编控制器通讯功能的运用 主 机模块的读入和写出的运用进行有机的组合与设计 此论文主要介绍全自动洗衣机的工作原理 然后对其工作过程进行控制模 拟以及其工作过程中出现的常见问题进行故障的排除 利用可编控制器 PLC 编 程运行并实现对全自动洗衣机的控制 本次设计基于 PLC 的全自动洗衣机的控制 本文的课题源自于市场上的洗 衣机产品 采用 PLC 控制开发的周期短 开发成本低 可以直接用于工业现场 控制 PLC 控制具有实时性 信号处理时间短 速度快 能满足各个领域大 中 小型工业控制项目 可靠性高 丰富的 I O 接口部件 质优价廉 性价比 高 安装简单 维修方便 PLC 控制能在高粉尘 高噪声 强电磁干扰和温度 变化剧烈的环境下正常工作 因为它是整体模块 集中的驱动电路 检测电路 和保护电路以及通讯联网的功能 所以在使用中硬件相对简单 并且调试也相 对容易 维修方便 更可以提高控制系统设计的灵活性和控制系统的可靠性 本设计以操作简单 使用可靠 维护修理方便作为主要设计方向 2 1 全自动洗衣机原理 1 1全自动洗衣机的组成 全自动洗衣机 如图 1 1 的洗衣桶 外桶 和脱水桶 内桶 是以同一中 心安放的 外桶固定 作盛水用 内桶可以旋转 作脱水 甩水 用 内桶的 四周有很多小孔 使内外桶的水流相通 该洗衣机的进水和排水分别是由进水 电磁阀和排水电磁阀来执行 进水时 通过电控系统使进水阀打开 经进水管 将水注入外桶 排水时 通过电控系统使排水阀打开 将水由外桶排除到机外 洗涤正转和反转由洗涤电动机驱动波盘正反转来实现 此时脱水桶并不能旋转 脱水时通过电控系统将离合器合上 由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干 高 低水位开关分别用来检测高低水位 启动按钮用来启动洗衣机工作 停止 按钮用来实现手动停止进水 排水 脱水及报警 排水按钮用来实现手动排水 图 1 1 全自动洗衣机结构图 3 1 2 全自动洗衣机的工作原理 洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗 冲刷等机械作用和洗涤剂的 润湿 分散作用下 将污垢拉入水中来实现洗净的目的 首先充满于波轮叶片 间的洗涤液 在离心力的作用下被高速甩向桶壁 并沿桶壁上升 在波轮中心 处 因甩出液体而形成低压区 又使得洗涤液流回波轮附近 这样 在波轮附 近形成了以波轮轴线为中心的涡流 衣物在涡流的作用下 作螺旋式回转 吸 入中心后又被甩向桶壁 与桶壁发生摩擦 又由于波轮中心是低压区 衣物易 被吸在波轮附近 不断地与波轮发生摩擦 如同人工揉搓衣物 污垢被迫脱离 衣物 其次 当衣物被放进洗涤液之后 由于惯性作用运动缓慢 在水流与衣 物之间存在着速度差 使得两者发生相对运动 水流与衣物便发生相对摩擦 这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物 再次由于洗衣涌形状的不规则 当 旋转着的水流碰到桶壁后 其速度和方向都发生了改变 形成湍流 在湍流的 作用下 衣物做无规则地运动并翻滚 其纤维不断被弯曲 绞纽 扣拉 衣物 相互相摩擦 增大了洗涤的有效面积 提高衣物的洗净的均匀性 全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水 排水以及电 机的通断 从而实现自动控制的 电磁进水阀起着通 断水源的作用 当电磁 线圈断电时 移动铁芯在重力和弹簧力的作用下 紧紧顶在橡胶膜片上 并将 膜片的中心小孔堵塞 这样阀门关闭 水流不通 当电磁线圈通电后 移动铁 芯在磁力作用下上移 离开膜片 并使膜片的中心小孔打开 于是膜片上方的 水通过中心小孔流入洗衣桶内 由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的 流通能力 膜片上方压强迅速减小 膜片将在压力差的作用下上移 闭门开启 水流导通 智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温 水位 衣质衣量 衣物的脏污情况 决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序 当洗衣桶内衣物 的多少和质地不同 而注入水使其达到相同的水位时 其总重量是不同的 利 用这一点 通过对洗衣电动机低速转动后的惯性测量 可以判断衣质和衣量 方法是 在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转 平稳后快速断电 洗衣 4 桶在惯性作用下带动电机继续转动 此时 电机绕组产生反电动势 对其半波 整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列 通过分析脉冲个数和脉冲宽度 就能 得到衣质衣量情况 衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的 在洗衣桶的 排水口处加一红外光电传感器 使红外光通过水而进入另一侧的接收管 若水 的透明度低 接收管获得的光能小 说明衣物较脏 1 3 全自动洗衣机的发展 洗衣机发展趋势现在的洗衣机真的是多种多样 在上海这样的大城市 双 缸洗衣机购买的人已经是越来越少了 滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的 主流 使用洗衣机就是图个方便省力 现在的全自动洗衣机都符合人们的要求 那么洗衣机还会怎样进步或发展呢 归纳起来 有如下几个趋势 高度自动化 现在洗衣机越来越高度自动化 只要衣服放入洗衣机 简单 的按两个键 就会自动注水 一些先进的电脑控制洗衣机 还能自动的感觉衣 物的重量 自动的添加适合的水量和洗涤剂 自动的设置洗涤的时间和洗涤的 力度 洗涤完以后自动的漂洗甩干 更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干 整个 洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户 用户可以在洗衣的过程做 其它的事 节省了不少的时间 总之 每一项技术的进步部极大地推动了洗衣 过程自动化程度的提高 健康化 现代人对健康格外的重视 对洗衣机也提出了更高的要求 有的 洗衣机厂家采用纳米内桶 减少污垢附着 有的洗衣机设置有改进型漂洗程序 彻底漂净衣物上残留的洗涤剂 防止对人体的侵害 还有一些洗衣机采用臭氧 进行杀菌 达到彻底灭菌的目的 节能 节能也是用户选择洗衣机时考虑的问题 有些洗衣机具有洗涤剂循 环利用系统 可以将在外桶到排水泵之间浓度较高的洗涤剂通过循环水流带回 外桶内 循环使用可以节约 20 的洗涤剂 有的洗衣机采用专利的无孔内桶省 水 普通的波轮洗衣机在注水的时候 内桶与外桶之间也有大量的水 洗涤的 时候内桶外的水就浪费了 而无孔内桶只有内桶有水 这样可以充分的利用洗 衣机内的水 注水的时候比其它洗衣机少使用 40 的水量 同时也可以节省洗 涤剂和省电 大容量和微型化 现代人居家总希望有宽敞的空间 因此各厂家都推出了 5 超小型或超薄型的洗衣机 比较有代表性的有小鸭的迷你滚筒洗衣机 海尔的 小小神童波轮洗衣机 惠尔浦的维纳斯系列上开门立式滚筒洗衣机 西门子的 40 厘米超薄滚筒洗衣机满足了人们对占地空间的要求 品种多样化 从洗涤形式上分波轮式 滚筒式洗衣机 从洗涤容量上自 2 公斤到 7 公斤有很多等级 高中低档洗衣机在功能上 还有很多不同 品种多 样化的洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求 6 2 设计任务和要求 2 1 全自动洗衣机的顺序功能图设计 M8002 X2 X3 X2 X7 X4 X3 X10 X1 X4 X11 T2 M2 Y2 T0 T1 S0 S2 S1 S3 S4 S5 S6 S7 M1 M2 M3 Y0 T0 Y2 T3 M0 S1 7 T3 Y1 T2 Y003 M4 C50 Y1 Y1 X12 M4 Y4 Y4 Y4 C51 X0 M0 图 2 1 顺序功能图 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 Y3 T4 C50 Y1 M4 T5 C51 Y5 T2 Y4 Y5 8 2 2 全自动洗衣机的 T 形图 9 图 2 2 全自动洗衣机的 T 形图 2 3 全自动洗衣机的控制要求 1 按下启动按钮及水位选择开关 注水直到高 中 低 水位 关水 2 2s 后开始洗涤 3 洗涤时 正转 50s 停 3s 然后反转 50s 停 3s 4 如此循环 4 次 总共 426s 后开始排水 排空后脱水 50s 5 开始清洗 重复 2 5 清洗两遍 6 清洗完成 报警 5s 并自动停机 10 3 系统硬件设计 3 1 I O 地址分配表 表 3 1 I O 地址分配表 输入点输出点 启动 X0 进水 Y0 停止 X1 排水 Y1 高水位 X2 正转 Y2 中水位 X3 反转 Y3 低水位 X4 脱水 Y4 自动排水 X6 报警 Y5 高水位检测 X7 中水位检测 X10 低水位检测 X11 表 3 2 定时器分配表 11 T0 进水后停顿 T5 脱水时间 T1 正转时间 T6 报警时间 T2 反转时间 C50 小循环 T3 正转停顿 C51 大循环 T