自动洗衣机PLC课程设计有仿真图.doc

邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业学生姓名学号题目名称洗衣机的自动控制系统设计设计时间2010年11月29日2010年12月10日课程名称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） 一、 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。二、 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2秒后开始洗涤；3、洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s，如此循环5次；4、排水后脱水30s；5、清洗两遍；6、清洗完成，报警3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3、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2010年11月29日-30日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2010年12月1日-2日：总体方案设计2010年12月3日-4日：外部接线图2010年12月5日-6日：T形图设计2010年12月7日-8日：系统调试改进2010年12月9日：整理书写设计说明书2010年12月10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 学 号 系 电气工程系 专业班级 08级电力二班 题目名称 洗衣机的自动控制系统设计 课程名称 PLC原理及应用 一、学生自我总结 通过这次的课程设计作品的制作让我对PLC的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方面的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际，避免成为只会纸上谈兵的赵括。 学生签名： 年 月 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 要自从全自动洗衣机诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使全自动洗衣机显得更加智能化。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。三菱FX2N系列可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系统的要求与特点。本设计选择三菱FX2N-24MR为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和指令表进行编程，实现了全自动洗衣机控制系统的自动化。在整个设计程序的脱水、报警以及程序结束的处理操作过程中，使用上升沿动作开关使相应动作更快捷。总之，整体梯形图的设计简练，有很强的可读性及操作性。关键词：PLC；电气控制；自动化1.可编程程序控制器1.1 PLC的概述可编程序控制器（Programmabie Logic Controller,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能,简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。1.2 PLC的发展在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。1.3PLC的应用PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常可分成以下5种类型：（1）顺序控制 （2）运动控制 （3）过程控制（4）数据处理 （5）通信网络 2.全自动洗衣机基本工作原理2.1基本工作原理全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注入机内，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又排到机外。洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动桶转进行甩干；高中低水位开关分别用来测高中低水位；启动按钮用来启动洗衣机工作；空水位按钮用来测空水位；进水、洗涤、排水、脱水及报警自动完成。2.2 全自动洗衣机的设计内容 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。水位开关有高（中、 低）三个水位；2、到达水位后3秒后开始洗涤3、洗涤时，正转20s，停2s，然后反转20s，停2s，如此循环6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3.全自动洗衣机的硬件设计3.1全自动洗衣机的外部接线图 FX2N48MRX0 Y0X10 Y1X11 Y2X12 Y3X13 COM0X1 COM1X2 Y4X3 COM2 Y5 Y5 KM1 KM2 FR SB0 电机正转控制 自 动 KM1 低水位 电机反转控制 SB1 KM2 中水位 进水电磁控制 SB2 KM3 高水位 排水电磁控制 零水位 SB3 KM4 KM4 SB4 AC 220V SL水 低水位 SM LS位 中水位 报警装置选 高水位 SH 择 KM5 脱水电磁阀控制 图3.1 全自动洗衣机外部接线图KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别是输出继电器的常开按钮，主电路中运用一台电机完成洗衣机的正转、反转、脱水工作，两个电磁阀分别在通电的情况下完成向机内进水和向机外排水，另外用一个指示灯完成报警工作。PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机，它根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算，再通过输出接口去控制各种执行机构动作。它主要由CPU、存储器、I/O接口模板三部分。它是整体模块形式，由它作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择抵挡的三菱FX2N系列FX2N-48MR，可以完全满足其要求，FX2N-48MR有20个I/O，根据输入，输出口的总点数，考虑留有适当余量，采用三菱FX2N-48MR型PLC，可满足设计要求。3.2 I/O分布表 表3.2 I/O分布表输入继电器输出继电器功能作用名称地址功能作用名称地址启动SB0X0正转KM1Y0高水位SHX3反转KM2Y1中水位SMX2进水KM3Y2低水位SLX1排水KM4Y3高水位传感器SB1X10脱水KM5Y5中水位传感器SB2X11报警LSY4低水位传感器SB3X12空水位传感器SB4X13 4.全自动洗衣机的软件设计4.1软件设计顺序功能图 全自动洗衣机的过程包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图二所示 M0 M8002 X0 M1 M8 M8 M3 X1 X2 X3 X10X13 X10X11X13 X10X11X12X13 T0 M5 K20 暂停2S T0 T1 Y0 M6 K300 正转 T1 T2 M7 K20 T3Y1 M8 T2 K300 反转 T3C0+1 T4 M9 K20 T4C0 K5 计数5S T4C0RST C0 Y3 M10 排水50s C1+1T5 Y3 M11 X13 K300 K2Y5 T5C1 计数2次 RST C1T6Y4 M12 T5C1 报警5S T6 图二 全自动洗衣机顺序功能图 由上图可知，PLC在系统中是处中心位置，水位开关是PLC的输入信号控制开关，进水阀、排水阀和电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;电机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定的，而电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。另外由于洗衣机工作过程是顺序过程，所以利用PLC机的控制系统是可行的。4.2 设计分析根据前面的编号表盒系统结构图以及全自动洗衣机的PLC控制系统程序工艺流程图可知，实现自动控制药设置7个计时器和2个计数器T0暂停2s T1正转30sT2暂停2s T3反转30sT4暂停2s T5脱水30sT6报警3s C0正反转洗涤5次 C1清洗2次 4.3 梯形图 本设计采用已转换为中心进行梯形图的转换。图如下： SET M10 RST M9 SET M11 RST M10 SET M12 RST M11 SET M0 RST M12 SET M5 RST M3X13C0T4 M10 M9 M12T5 M11C1X11T6M4X13X10 M3 SET M5 RST M4 M9 M13X12X11X10 SET M10 RST M9 SET M10 RST M9M2Y2C1T5M11C0T4M4M3T0 K30M5Y0T1 K200M6M7T2 K20Y1T3 K200 T4 K20 C0 K6M8M9Y3M10M11M10RST C0Y5T5 K500M11 C0 K2Y4T5 K50RST C1M12 4.3 梯形图4.4 程序分析设计中使用了X0作为启动按钮，X1,X2,X3分别作为水位选择按钮，同时X10,X11,X12分别作为水位传感器，以及空水位传感器X13。按下启动按钮之后，洗衣机自动运行，在程序设计的小循环部分使用了C0作为计数器来完成5次循环，用C1计数器来完成2次大循环。为了避免干扰和增加系统敏感性，所以选择了T5,T6计数器的上升沿来触发相应的动作，在整个程序的脱水、报警以及程序结束的处理操作过程中，使用上升沿动作开关使相应动作更快捷。4.5 指令表LD M8002ZRST M0 M12ZRST C0 C1SET M0LD M0AND X0SET M1RST M0LD M1MPS AND X1SET M2RST M1MRDAND X2SET M3RST M1MPPAND X3SET M4RST M1LD M2AND X10AND X13SET M5RST M2LD M5AND T0SET M6RST M5LD M6AND T1SET M7RST M6LD M7AND T2SET M8RST M7LD M8AND T3 SET M9RST M8LD M9AND T4AND C0SET M10RST M9LD M10ANI X13SET M11RST M10LD M11AND T5AND C1SET M12RST M11LD M12AND T6SET M0RST M12LD M3AND X10AND X11AND X13SET M5RST M3LD M4AND X10AND X11AND X12AND X13SET M5RST M4LD M9AND T4ANI C0SET M6RST M9LD M11AND T5ANI C1SET M1RST M11LD M2OR M3OR M4OUT Y2LD M5OUT T0 K20LD M6OUT Y0OUT T1 K300LD M7 OUT T2 K20LD M5OUT Y1OUT T3 K300LD M9OUT