PLC工业洗衣机

电气控制与PLC课程设计题目工业洗衣机控制系统设计专业班级：自动化1305班学生姓名：学号：指导教师：任胜杰成绩：指导老师签名：日期：1目录1系统概述…………………………………………………………………21.1工业洗衣机的简介…………………………………………………21.2PLC的简介…………………………………………………………21.3工业洗衣机和PLC的工作原理……………………………………21.4工业洗衣机的设计要求……………………………………………32方案论证…………………………………………………………………42.1常规低压电器的控制系统…………………………………………42.2单片机控制的工业洗衣机控制系统………………………………42.3PLC控制的工业洗衣机控制系统…………………………………43硬件设计…………………………………………………………………43.1系统原理方框图……………………………………………………43.2主电路原理图………………………………………………………53.3控制面板……………………………………………………………53.4PLC控制接线图……………………………………………………63.5I/O分配表…………………………………………………………63.6I/O接线图…………………………………………………………73.7元器件选型…………………………………………………………74软件设计…………………………………………………………………94.1主流程图……………………………………………………………94.2梯形图………………………………………………………………105系统调试…………………………………………………………………11设计心得……………………………………………………………………12参考文献……………………………………………………………………13附录1………………………………………………………………………14附录2………………………………………………………………………14附录3………………………………………………………………………1621系统概述1.1工业洗衣机的简介目前大部分学校医院宾馆等洗涤场所还采用传统的家用式洗衣机完成大量的洗涤工作但是在大量洗涤的前提下，普通的洗衣机由于不适合长时间，容易损坏电机以及其他部件存在着严重缺陷因此设计了基于PLC设计的全自动工业洗衣机采用PLC进行设计开发周期短，可以直接用于工业控制并且PLC洗衣机的特点是价格相对便宜，能够自动完成洗涤脱水和排水的转化，整个过程不需要人工操作并且在运用的过程中，对外它的编程语言相对简单，可以提高控制系统的可靠性。1.2PLC的简介现代的可编程控制器是以微处理器为基础的高度集成化的工业控制装置，它以极高的可靠性，多种编程语言，灵活的变成方式，丰富的函数，强大的控制功能，系列的硬件模块，优良的技术性能，便捷的扩展结构，智能的检测手段，杰出的网络通信能力，良好的兼容性，优良的耐恶劣环境能力成为工业控制领域中增长速度最迅猛的工业控制设备，能够胜任大型的集散控制和复杂的过程控制任务，是现代工业自动化的三大支柱（PLC,CAD/CAM,机器人）之一，与早期的PLC所代表的含义及拥有的功能已不能同日而语了。1.3工业洗衣机和PLC的工作原理洗衣机由内桶外桶波盘洗涤电机控制器等组成在实现控制过程中，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种控制执行机构，决定洗衣机的工作状态PLC在系统中处于中心位置，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，而电机的正反转直接决定了全自动洗衣机的洗涤状态和脱水状态。电动机驱动波盘正转时，洗涤正转；电动机驱动波盘反转时，洗涤反转；脱水时由洗衣机带动内桶正转进行，启动开关用来启动洗衣机工作，停止开关用来手动停止洗衣机正在工作的状态。3PLC的工作原理与计算机的工作原理基本一致。PLC按集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式工作。在这种方式下，PLC从第一条指令开始，在无间断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。PLC工作时的扫描过程包括5个阶段：内部处理阶段、通信处理阶段、输入扫描阶段、程序执行阶段、输出处理阶段。1.4工业洗衣机的设计要求洗衣机电机采用三相异步电机1.5KW380V50HZ,水位传感器采用干簧管式，进水和排水阀门采用电磁阀DC24V5W。具体要求如下：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30s，停2s，然后反转30s，停2s4、如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s5、开始清洗，重复（2）～（5），清洗两遍6、清洗完成，报警3s并自动停机设计外观图：进水阀进水高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器出水M4洗衣电机出水阀2方案论证2.1常规低压电器的控制系统采用常规低压元器件实现工业洗衣机的控制，成本低，但是接线复杂，不具有拓展功能。2.2单片机控制的工业洗衣机控制系统单片机作为一种控制器被广泛的使用在生活中。使用单片机作为系统的控制中心，其硬件电路复杂，软件设计比较麻烦，另外电压不稳时容易造成工业洗衣机不正常工作。2.3PLC控制的工业洗衣机控制系统可靠性PLC控制的工业洗衣机过程开发简单，接线容易，而且抗干扰能力强、高，软件编写简单，维修方便，具有较强的扩展性。综上所述，本设计选用PLC作为工业洗衣机的控制器，实现控制要求。3硬件设计3.1系统原理方框图5FX2n-32MR水位控制输入水位检测进水排水脱水电机正转电机反转蜂鸣器图3-1主电路原理图3.2主电路原理图M3~FUL1L2L3N1.5KWPE电源123进水阀控制电机控制排水阀控制45蜂鸣器控制6直流电源脱水阀控制7进水电磁阀排水电磁阀脱水电磁阀蜂鸣器报警24V直流电源KM2KM1FR3-2主电路原理图3.3控制面板图6进水口启动按钮停止按钮排水按钮脱水按钮3-3控制面板图3.4PLC控制接线图见附录13.5I/O分配表工业洗衣机PLC的I/O分配表如图表一所示输入设备输入点编号输出设备输出点编号启动开关X0进水电磁阀Y0停止开关X1电机正转控制Y1高水位开关X2电机反转控制Y2中水位开关X3排水电磁阀Y3低水位开关X4脱水电磁离合器Y4高水位检测X5报警蜂鸣器Y5中水位检测X6低水位检测X77图3-3I/O分配表3.6I/O接线图FX2N-32RM启动停止高水位选择开关中水位选择开关低水位选择开关高水位传感器中水位传感器低水位传感器COMMCOM进水电磁阀排水电磁阀脱水电磁阀电机正转洗涤电机反转洗涤蜂鸣器报警ACX0X1X2X3X4X5X6X7Y0Y1Y2Y3Y4Y5图3-4PLC原理接线图3.7元器件选型（1）PLC的选型由控制分析可知，系统共有开关量输入点8个，开关量输出点7个。基于上述PLC的输入、输出的特点，在寻求最大限度地满足被控对象的控制要求，保证PLC控制系统安全可靠，另外在经济适用及维修方面的考虑，选择FX2N-32MRPLC作为洗衣机的控制器型号。（2）电动机的选择8因为工业洗衣机一般为100KG，故这里三相异步电动机采用上海犇鑫型号为Y132M-4，相关参数为：额定功率为7.5kW、额定电压为380V、额定电流为15.4A、额定转速为1440r/min功率因素为0.85、效率为87%。（3）组合开关的选择组合开关作为电源系统的总开关，控制的对象是电动机，由于负载电动机功率分别为7..5KW启动电流较小，一般开关即可满足要求。（4）热继电器的选择三相异步电动机额定电流为15.4A由热继电器器FR1、实现过载保护。选择型号为JR16-20/3D的热继电器。具体参数：额定电压380V，额定电流20A。（5）熔断器的选择熔断器选择螺旋式的，明显的优点是不用任何工具就可取下或更换熔体。熔断器熔体额定电流FUI的选定，由于电路中只有一台电机，熔断器额定电流)5.2~5.1(NfuII；式中，NI为电动机额定电流。由计算式得AIINFU3021，所以FU1~FU3的额定电流为30A，型号选为RT12-32。（6）接触器的选择交流接触器，一般有3对主触头，2对辅助触头。其额定电压应大于或等于所控线路的电压，主触头的电流为电动机的额定电流。因此选额定电流为3A的接触器，型号为CJ20-25A，线圈电压为380V的交流接触器。（7）按钮的选择用启动停止和选择水位按钮来控制工业洗衣机系统。按钮有常开和常闭触头，主要根据所需要的触点数、适用场合及颜色来选择。一般红色按钮表示停止，绿色表示启动，所以选用型号为LAY37（1.7）的按钮。水位按钮选择R13-507。（8）水位传感器采用干式舌簧管ELE324干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单，体积小便于控制等优点，其外壳一般是一根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性簧片电板，还灌有一种叫金属铑的惰性气体。平时，玻璃管中的两个由特殊材料制成的簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路9连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。因此，作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，干簧管可以作为传感器用，用于计数，限位等等（在安防系统中主要用于门磁、窗磁的制作），同时还被广泛使用于各种通信设备中。在实际运用中，通常用永久磁铁控制这两根金属片的接通与否，所以被称为“磁控管”。（9）进水和排水阀门采用电磁阀DC24V5W。DC24V电磁阀线圈通电后，衔铁在电磁力作用下先带动副阀阀塞提起，主阀阀杯上的流体经副阀流走，减少了作用在主阀阀杯上的压力，当主阀阀杯上的压力减少到一定值时，衔铁带动主阀阀杯，并利用压差而使主阀阀杯开启，介质流通。DC24V电磁阀线圈通电后由于吸力作用，动铁芯下移，把副阀阀塞压下，副阀关闭，主阀阀杯内压力上升，当压力升到一定值时，主阀阀杯的上下压差一样，由于电磁力作用，动铁芯推动主阀阀杯下，压紧主阀阀座，阀门关闭。汇总表格：序号名称型号数量1电机Y132M-412热继电器JR16-20/3D33熔断器RT12-3234接触器CJ20-25A65水位传感器干式舌簧管LE324.36进水排水电磁阀DC24V5W27按钮施耐德ZB2-BE101C88中间继电器HH52P/DC2443-5元器件汇总表4软件设计4.1主流程图10开始停止2S正转30S停止2S翻转30S按键启动进水达到设置位停止进水排水达到下限位脱水脱水2次报警结束YNYNYNNY循环5次图4-1工业洗衣机的主流程图2梯形图见附录2115系统调试根据I/0分配及I/O接线图和程序流程图，具体调试过程如下：按下启动按钮SB1，X0动合触点闭合，输出继电器Y0得电为“1”，进水阀打开，开始注水。到高水位检测传感器，使其动断触点X5断开，进水阀关闭;同时X5动合触点闭合，计时器T0开始通电计时，2s后T0动合触点闭合，输出继电器Y1得电为“1”，洗衣机开始正转洗涤；同时计时器T1得电，30s后T1动断触点断开，Y1断电，正转洗涤停止。同时T1动合触点闭合，计时器T2得电，2s后T2动合触点闭合，输出继电器Y2得电为“1”，洗衣机开始反转洗涤，同时计时器T3得电，30s后T3动合触点闭合，T4得电，2s后T4动合触点闭合，计数器C0计数1次;T4动断触点断开，计时器T0、T1、T2、T3、T4失电复位，T4失电后其动断触点恢复闭合，T0得电，2s后，Y1得电，开始正转洗涤，如此循环5次，计数器C0计数5次后，C0动合触点闭合，输出继电器Y3得电为“1”，排水阀打开排水，待排水至低水位检测到低位时，输入继电器X4动断触点断开，Y3失电为“0”，