基于PLC控制的全自动洗衣机.doc

基于PLC控制的全自动洗衣机概述 随着工业自动化的不断发展，自动控制成为了人们普遍关心的一个话题；可编程控制器（PLC）之所以能够高速发展，正是顺应了工业自动化的客观需要，而且它还具有许多适合工业控制的优点，比如安全、可靠、灵活、方便、经济等。本课题是通过可编程控制器，来实现家用全自动洗衣机的自动控制。本小组通过对各组员家中的洗衣机仔细观察，认真分析，最终选用小天鹅XQB45-289G（家用）洗衣机作为我们研究课题的原形，并对其不足的方面加以改进，以达到我们的要求。用PLC来实现洗衣机的自动控制是非常有发展前景的。不仅家里要用到洗衣机，商业方面（如洗衣店、旅馆等）、工业方面也会用到，用PLC控制单台洗衣机并不是我们的最终目的，用一台PLC控制多台洗衣机或者其他设施才是今后发展的方向。可编程控制器2.1可编程控制器的产生可编程控制器的产生和发展与继电器有很大的关系。继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，虽有上百年的历史，但在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花大量时间，严重的影响生产。如果工艺要求发生变化，就得重新设计线路连线安装，不利于产品的更新换代。显然，需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更可靠、更容易维护、更能适应经常变动的工艺条件。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）对于用来取代继电器控制系统的新的电气控制装置所提出的10项指标，研制出世界第一台可编程控制器并在GM公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动化控制。此后日本、德国等相继引入可编程控制器，使之迅速发展起来。这一时期它主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller)。20世纪70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，可编程逻辑控制器更多地具有了计算机的功能，不仅用逻辑编程取代硬件连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置，而且做到了小型化和超小型化。这种采用微电脑技术的工业控制装置的功能远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程控制器，简称PC(Programmable Controller)，但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，所以人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。2.2可编程控制器的特点可编程控制器之所以能高速发展，除了顺应工业自动化的客观需求外，还由于其具有许多适应工业控制的独特优点，它较好地解决了工业控制领域中普遍关系的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，其主要特点如下。1.可靠性高，抗干扰性能强可靠性指的是可编程控制器平均无故障工作时间。可靠性既反映了用户的要求，又是可编程控制器生产厂家竭力追求的技术指标。目前各生产厂家的PLC平均无故障安全运行时间都远大于国际电工委员会（IEC）规定的10万小时的标准。同时可编程控制器从硬件和软件两方面采取一系列的抗干扰措施。在硬件方面，隔离是抗干扰的主要手段之一。在CPU与I/O模块之间采用光电隔离措施，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，同时还可以防止外部高电压进入CPU。滤波是抗干扰的又一主要措施。此外对有些模块还设置了联锁保护、自诊断电路等。在软件方面，应用者可编写并输入外围器件的鼓掌自诊断程序，使PLC在每一次循环扫描过程的内部处理期间，检测系统硬件是否正常，同时具有状态信息保护功能，当出现故障时，立即把重要的当前状态信息存入指定存储器，用软硬件配合封闭存储器，禁止对存储器进行任何不稳定的读写操作，以防存储信息被冲掉。实验测试表明，一般PLC产品可抗1KV，1s的脉冲干扰。2.编程简单，操作方便PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，它提供了多种面向用户的语言，如常用的梯形图LAD（Ladder Diagram）、指令语句表STL（Statement List）和控制系统流程图CSF（Cintrol System Flowchart）等。考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的读图习惯和应用微机的实际水平，目前大多数的PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式；这是一种面向生产、面向用户的编程方式，它以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，直观易懂，与常用的微机语言相比更容易被现场电气工程技术人员所并掌握。现在的PLC编程器大都采用个人计算机或手持式编程器两种形式。手持式编程器有键盘、显示功能，通过电缆线与PLC相连，具有体积小、中立轻、便于携带、易于现场调试等优点。用户也可以利用计算机对PLC编程，进行系统仿真调试，监控运行。目前在国内，各场家都开发了适用于计算机使用的编程软件，同时编程软件的汉化界面更有利于对PLC的学习和推广应用。3.系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便PLC用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。同时PLC的用户程序大部分可以在实验室进行模拟调试，用模拟试验开关代替输入信号，其输出状态可通过PLC上的发光二极管指示出来。模拟调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场，进行联机调试；这样既安全，又快捷方便。PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。当故障发生时，可根据可编程控制器的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查找故障原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。4.体积小，能耗低可编程控制器体积小，重量轻。由于体积小，很容易装在机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。对于复杂的控制系统，使用可编程控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而可编程控制器的体积又仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10，由于减少了线圈用电，从而也是能耗降低。可编程控制器的配线比继电器控制系统的配线少很多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。2.3可编程控制器的工作原理可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态，其中运行状态是执行应用程序的状态，停止状态一般用于程序的编制与修改。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断的重复执行，直至可编程控制器停机或切换到停止工作状态。可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。扫描周期又由输入状态、程序执行和输出状态组成。1.输入状态在PLC的存储器中，有一个专门存放输入信号状态的区域，称为输入映像寄存器和输出影响寄存器，可编程控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。可编程控制器把所有外部输入电路的接通/段开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。外界的输入接触映像寄存器为“1”，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入节电电路断开时，对应的输入映像寄存器为“0”，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。2.程序执行可编程控制器的用户程序由若干条指令组成， 指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或元件映像寄存器中将有关编程元件的“0”/“1”状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。3.输出状态CPU将输出映像寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为“0”状态，在输出处理阶段，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态，称该编程元件为ON，映像寄存器为“0”状态时，称该编程元件为OFF。2.4 FX2N型可编程控制器FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力在本课题中,我们选用的是FX2N-48MR型可编程控制器.下面介绍一下FX2N-48MR的含义.FX2N是代表产品的系列.48是表示输入输出点的总和.M代表基本模块,如果是E,则是扩展模块.R 表示它的输出方式为继电器输出. T为晶体管输出.S 表示晶闸管输出.2.5水位传感器 本课题中使用到水位传感器.经查找相关资料,1020水位传感器适合做洗衣机的水位传感器.1020水位传感器简介:可应用于绝压、差压和表压测量；可根据客户要求调整量程和输出范围；产品参数：工作温度范围：40 +125；压力范围：15115 kPa；供电电压：5.00.5VDC；精度：2.5%VFSS3.用PLC控制的全自动洗衣机3.1控制要求上电后,按下开始按钮,洗衣机自动开始运行;根据衣物重量自动放水,待水满,停止3秒.洗涤:洗涤过程: 正转30秒,停2秒,反转30秒,停2秒,如此循环5次,放水,待水放尽,放匀衣物15秒,然后开始脱水60秒.清洗:自动放水,放水停止后, 正转30秒,停2秒,反转30秒,停2秒,放水, 待水放尽,放匀衣物15秒,然后开始脱水60秒,循环2次后洗衣机自动停止.任何时刻按暂停按钮,程序被锁相停止.任何时刻按停止按钮,洗衣机失电停止.洗衣机可以单独实现排水脱水功能.3.2 I/O地址分配 输入输出名称地址功能名称地址功能SB1X0启动按钮M1Y1刷子到位电机AX1重量传感器AM2Y2刷子返回电机BX2重量传感器BM3Y3正转电机M4Y4反转电机RY5电热管M5Y6电风扇M6Y7水泵M7Y10水泵YV1Y11电磁阀YV2Y12电磁阀其中,暂停按钮和手动脱水按钮的按钮形式为机械自锁按钮传感器的常开长闭触点是由传感器实现其打开或者闭合3.3硬件接线图 PLCCOM COMX0 Y0X1 Y1X2 Y2X3 Y3X4 Y4X5 Y5X6 Y6X10 Y7X11X12 COMX14220V380VSB1SB2ABCDSB3EFGSB4S1M1M2S2M3HL1HL2HL33.4状态流程图S0S20S21S22S23S24S25S26S41S40S30S21S23S22S31X1M8002X10X11X12X10X11X12/C1/C1/C1C1C1C1T0T2/C2C2T9S41X2T10X2T6T83.5梯形图3.6运行调试梯形图的设计我们小组做了多次,才最终确定.第一次调试出现的问题主要是洗涤5遍之后,无法跳到下一步,而是在不停的重复洗涤的步骤.经过老师的指导以及同学们的不断尝试,最终把错误修正.第二次调试出现的问题是在编程结束后发现程序提示:梯形图错误.经过我们的仔细检查,终于发现错误原因:RET加的位置不对.任何时候,RET指令都必须加在步进(STL)指令之后,而不能加在其他指令的后面.在修改完上述的2个错误之后,编写程序的同学又把程序进行优化和修改,添加了一些比较实用的功能,也删除了一些多余的指令.在最后一次运行调试中,圆满的达到我们预期的控制要求.4小结在开始课程设计之前,我们原以为这是件很简单的事情,就像以前实习一样,老师写出控制要求,我们只要编写出程序就可以.直到收集完资料,开始编程时,我们了解到,事情远不止这么容易.首先你要对自己所设计的课题进行仔细的观察和研究,如果你不够仔细,那么编写程序时就会出现缺少功能等一系列问题.在编写程序时,你不仅要思考怎么编,而且还要考虑到一些实际情况.就拿我