PLC自动化课程设计-智能洗衣机控制系统

PLC自动化课程设计—智能洗衣机控制系统PLC作为控制核心，接收来自各种按钮、开关和传感器的输入信号，根据预设的控制逻辑和程序参数，驱动相应的执行元件（电磁阀、电机等）动作，完成洗衣全过程。内部定时器、计数器用于实现时间控制，内部继电器用于逻辑状态的中间转换。三、控制系统硬件设计3.1主电路设计洗衣机的主电路主要为洗涤电机和脱水电机（若分开）提供动力。实际洗衣机中，洗涤和脱水通常共用一个电机，通过机械离合器实现洗涤（低速正反转）和脱水（高速单向）的切换。为简化设计，可假设洗涤电机负责洗涤时的正反转，脱水电机负责高速脱水。*洗涤电机控制：采用接触器实现正反转控制。主电路中需包含断路器、热继电器（过载保护）、正转接触器KM1、反转接触器KM2。*脱水电机控制：由接触器KM3控制。同样需有过载保护。*进水阀、排水阀：通常为AC220V电磁阀，由PLC输出继电器直接控制其通断。3.2PLCI/O地址分配根据控制要求，进行PLC的I/O地址分配如下表所示（以某型号PLC为例，具体地址需根据所选PLC型号确定）：表1PLCI/O地址分配表类别地址编号信号名称说明:-----:-------:---------------:---------------------------------------**输**I0.0启动按钮按下开始运行**入**I0.1停止按钮按下停止运行**信**I0.2程序选择1如“标准洗”**号**I0.3程序选择2如“快速洗”I0.4程序选择3如“轻柔洗”I0.5手动/自动切换切换至手动模式I0.6手动进水手动模式下有效I0.7手动排水手动模式下有效I1.0手动洗涤正转手动模式下有效I1.1手动洗涤反转手动模式下有效I1.2手动脱水手动模式下有效I1.3盖门开关盖门关闭为ON，打开为OFFI1.4高水位传感器水位到达高水位时ONI1.5中水位传感器水位到达中水位时ONI1.6低水位传感器水位到达低水位时ONI1.7排水完成传感器排水完成时ON（或水位低于低水位）**输**Q0.0进水阀得电打开进水**出**Q0.1排水阀得电打开排水**信**Q0.2洗涤电机正转接触器得电电机正转**号**Q0.3洗涤电机反转接触器得电电机反转Q0.4脱水电机接触器得电脱水电机运行Q0.5蜂鸣器报警或洗衣完成提示Q0.6运行指示灯系统运行时常亮Q0.7洗涤状态指示灯洗涤过程中闪烁或常亮Q1.0漂洗状态指示灯漂洗过程中闪烁或常亮Q1.1脱水状态指示灯脱水过程中闪烁或常亮Q1.2故障指示灯系统故障时常亮或闪烁*注：水位传感器可采用数字量（高中低三个开关量）或模拟量。若为模拟量，则需占用PLC的模拟量输入通道，并通过程序进行比较判断水位。*3.3电气控制原理图设计要点电气控制原理图应包括主电路和控制电路两部分。*主电路：绘制洗涤电机（M1）、脱水电机（M2）的供电回路，包含断路器、热继电器、接触器主触点。*控制电路：主要为PLC的I/O接线图。*所有输入按钮、开关、传感器的触点均接入PLC的输入端子，并根据需要配置合适的电源（通常为DC24V）。*PLC的输出端子通过继电器或直接驱动接触器线圈、电磁阀、指示灯、蜂鸣器等负载。对于感性负载（如接触器线圈、电磁阀），需并联续流二极管或RC吸收回路以保护PLC输出点。*绘制时需遵循电气制图规范，元件标注清晰，导线编号合理。3.4主要传感器选型*水位传感器：常用的有压力式水位传感器（模拟量输出，通过检测水压变化反映水位）或电极式水位传感器（数字量输出，设定几个固定水位点）。对于课程设计，电极式或浮球式开关量传感器更简单易行。*盖门开关：选用行程开关或微动开关，安装在洗衣机盖门处，盖门关闭时触发。*温度传感器：若需实现水温控制，可选用NTC热敏电阻或PT100等，输出模拟信号。四、控制系统软件设计4.1主程序流程图设计主程序流程图是软件设计的核心，它清晰地描述了系统的整体工作逻辑和各个环节的转换关系。智能洗衣机控制系统的主程序流程大致如下：1.初始化：系统上电后，PLC进行初始化，所有输出复位，状态指示灯初始化为待机状态。2.等待启动：检测启动按钮是否按下。若未按下，则循环等待，并可响应程序选择等设置操作。3.启动与程序选择：启动按钮按下后，系统读取当前选定的洗衣程序，并根据程序参数初始化相关定时器设定值（洗涤时间、漂洗间隔、脱水时间等）。4.进水环节：打开进水阀，根据选定程序的水位设定，实时检测水位传感器信号。当水位到达设定水位时，关闭进水阀。若进水超时（如设定时间内未达到水位），则进入故障报警。5.洗涤环节：启动洗涤电机，按照“正转-暂停-反转-暂停”的循环模式运行，总时长由程序设定的洗涤时间控制。在此过程中，可实时检测盖门状态（部分程序可能允许洗涤时开盖）。6.排水环节（洗涤后）：洗涤时间结束，关闭洗涤电机，打开排水阀。检测排水完成信号，排水完成后关闭排水阀。若排水超时，进入故障报警。7.漂洗环节：漂洗通常重复“进水-洗涤/搅拌-排水”过程，次数由程序设定。每次漂洗的水位和搅拌时间可与主洗相同或不同（如轻柔洗漂洗水位更高，搅拌更弱）。8.脱水环节：最后一次漂洗排水完成后，进入脱水环节。首先检测盖门是否关闭，若关闭则启动脱水电机高速运行，同时点亮脱水指示灯。脱水过程中持续检测盖门状态，若打开则立即停止脱水电机，蜂鸣报警，直至盖门重新关闭后可继续脱水（或需要手动复位）。脱水达到设定时间后，停止脱水电机。9.程序完成：脱水结束，蜂鸣器发出提示音（如响3秒停2秒，重复几次），所有状态指示灯指示完成状态。10.返回待机：用户开盖取衣或经过一定延时后，系统自动复位，返回待机状态。此外，程序中还需包含手动模式处理分支，当切换至手动模式时，系统响应相应的手动操作按钮，直接控制各执行元件。4.2主要功能模块设计软件设计采用模块化编程思想，将不同的功能划分为独立的子程序或功能块，便于调试和维护。主要功能模块包括：*主程序模块：负责调用各功能模块，实现整体流程控制和模式切换。*初始化模块：完成系统上电初始化、参数复位等。*手动控制模块：处理手动操作按钮信号，直接控制对应输出。*自动控制模块：根据选定程序，按顺序调用进水、洗涤、排水、脱水等子模块。*进水控制模块：实现进水逻辑及水位检测。*洗涤控制模块：实现洗涤电机的正反转及时间控制。*排水控制模块：实现排水逻辑及排水完成检测。*脱水控制模块：实现脱水电机控制及盖门安全保护。*传感器信号处理模块：对水位、盖门等传感器信号进行滤波、判断处理。*定时器管理模块：负责各类定时器（进水超时、洗涤计时、脱水计时等）的启动、复位和时间值比较。*报警模块：处理各类故障报警（进水超时、排水超时、开盖脱水等），驱动蜂鸣器和故障指示灯。*状态指示模块：控制各状态指示灯的显示。4.3梯形图程序设计示例（关键部分）以下为部分关键控制环节的梯形图设计思路描述（实际编程需使用具体PLC的编程软件和指令集）：*程序选择与参数赋值：使用中间继电器（如M0.0,M0.1,M0.2）分别代表不同的选定程序。当某个程序选择按钮按下并保持时，对应的中间继电器得电自锁。根据该中间继电器的状态，通过比较指令或传送指令，将预设的水位值、洗涤时间T37、漂洗次数C0、脱水时间T38等参数传送到相应的存储单元。*洗涤电机正反转控制：设计一个洗涤周期的控制逻辑。例如，正转15秒，暂停3秒，反转15秒，暂停3秒。可使用两个定时器T0（正转计时）和T1（暂停计时），以及中间继电器M1.0（正转标志）、M1.1（反转标志）来实现。当进入洗涤环节，M1.0置位，Q0.2（正转接触器）得电，T0开始计时15秒。T0计时到，M1.0复位，Q0.2失电，T1开始计时3秒。T1计时到，M1.1置位，Q0.3（反转接触器）得电，T0重新计时15秒。T0再次计时到，M1.1复位，Q0.3失电，T1再次计时3秒。如此循环，直至洗涤总时间定时器T37计时到，整个洗涤环节结束。*脱水控制与盖门保护：脱水启动条件：排水完成信号有效、盖门关闭信号有效、脱水环节标志位有效。当满足启动条件时，Q0.4（脱水接触器）得电，T38（脱水时间定时器）开始计时。并联一个常闭的盖门开关信号（I1.3）在Q0.4的控制回路中（或在程序中串入其常闭触点）。一旦盖门打开，I1.3信号变为OFF，Q0.4立即失电，脱水停止，同时触发故障报警（Q1.2得电，蜂鸣器Q0.5间歇鸣响）。只有当盖门重新关闭（I1.3为ON），且手动复位故障或满足特定条件后，才能重新启动脱水。4.4定时器、计