全自动洗衣机梯形图控制系统设计

I电气控制与PLC课程设计题目:全自动洗衣机梯形图控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动F0703学生姓名：学号：指导教师：设计地点：中2-421设计时间：2010-6-20——2010-6-25成绩：指导老师签名：日期：II摘要本次课程设计介绍了由可编程控制器、传感器在工业洗衣机控制系统中的应用。以及介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。采用三菱公司的FX2N系列的PLC，设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统。全自动洗衣机通过了可编程序控制器来实现进水、洗涤、脱水、排水的过程，省时省力。为人们提供了一个方便的工具。关键词：可编程控制器传感器电机洗衣机III目录1.引言...........................................................11.1系统描述及控制要求............................................12.设计方案.......................................................22.1选定控制器....................................................22.2系统组成框图及工作原理.......................................32.3硬件电路设计.................................................42.4电气控制线路的原理草图.......................................63软件设计.......................................................73.1系统运行主要流程图............................................73.2I/O分配表....................................................93.3系统对应外部接线图...........................................93.4系统总T形图................................................104.系统监测与调试.................................................125.设计心得.......................................................13参考文献.........................................................1411.引言可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。该设计采用三菱公司的FX系列可编程控制器。我们在这里有必要详细介绍三菱的FX系列可编程控制器的性能指标，硬件组成和指令。PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。该设计为全自动洗衣机的PLC控制，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理，控制系统的PLC的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统PLC程序。1.1系统描述及控制要求系统描述：在现在各种控制系统中广泛应用PLC，因为其能克服当今各种控制器的缺点，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联网功能。在应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相对简单。因此次全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。PLC控制器控制端口输出，控制电机接触器线圈输出，以达到控制电机的工作或停止。两个电机，一个电机应用于洗涤另一个电机用与抽水进水装置。四个传感器分别用来检测排空检测、高水位检测、中水位检测、低水位检测。检测信号输入到PLC中相应的开关作为工作输入信号。多路转换开关有人们操作制定工作模式，多个按钮来控制电源接通或断开。2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30s，停2s，然后反转30s，停2s（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s（5）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（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）输入点：输出点：启动x1低水位检测x11启动洗衣机y1停止x2手动排水x12进水阀y2高水位x3手动脱水x13正转y3中水位x4反转y4低水位x5排水y5排空检测x6脱水y6高水位检测x7报警y7中水位检测x102.设计方案2.1选定控制器PLC有以下优点：可编程控制器是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置；它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量进行逻辑运算、定时、计算和算术运算等处理后，以开关量的形式输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于它具有以下3特点。（1）可靠性高、抗干扰能力强用软件实现大量的开关量逻辑运算，克服了因继电器触头接触不良而造成的故障；输入采用直流低电压，更加可靠、安全；面向工业环境设计，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适用于各种恶劣的环境，远远超过了传统的继电器控制系统和一般的控制系统。（2）编程简单、易于掌握PLC采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似，具有直观、简单、易于掌握的优点。（3）功能完善、灵活方便随着PLC的发展，其功能更加完善，不仅具有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能而且还具有模拟量处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。（4）体积小、质量轻、功耗低单片机系统的特点：（1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。（2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。（3）功能单一只具有使用中所需要的功能，但是，它结构简单，处理速度快。通过论证，PLC作为洗衣机控制器比较好。2.2系统组成框图及工作原理系统图如图2.1所示。它有以下几部分组成。（1）压力传感器分别检测排空检测、高水位检测、中水位检测、低水位检测。（2）开关由人们控制按通，分别有高水位按钮、低水位按钮、中水位按钮，分别对应不同的洗衣模式。（3）PLC控制器，用来接收外部开关控制信号和传感器控制信号，进行逻辑运算、计数等处理后，以开关量输出，控制电机运转或停止。（4）交流电机分用于进水和洗涤工作两种电机。（5）各种指示灯用来指示洗衣机运行状态。4各种水位检测传感器PLC各种开关量电机进水或洗涤工作指示灯2.1系统组成框图工作原理：由开关设置洗衣机洗衣模式，经传感器检测水位信号输入PLC，经PLC计算、延时等判断是否满足开关量输出，满足则控制电机相应的工作，进行进水或洗涤。同时指示灯亮指示相应洗衣机运行状态。2.3硬件电路设计（1）压力传感器本实验采用HM21利用流体静力学原理测量水位或液位，是压力传感器的一种重要应用。用微机械加工技术制作的高灵敏度的硅压阻力敏元件是液位传感器的心脏，辅之以带通气导管的专用电缆及专门的水密封技术，既保证了浸入式传感器的水密封，又使得参考压力腔与环境气压相通，从而获得准确的测量结果与优良。HM21的主特性参数如下：工作电压：21~36VDC性能参数测量范围(FS)0~0.5m…200mH2O或0~5KPa…2MPa允许过压2倍满量程压力测量介质与316不锈钢兼容液体(特殊可选防腐型)综合精度±0.25%FS±0.5%FS±1%FS长期稳定性典型：±0.1%FS/年最大：±0.2%FS/年使用温度范围一体式：-20℃~70℃分体式（插入式）：-20℃~80℃5补偿温度范围一体式：-10℃~55℃分体式（插入式）：-10℃~70℃零点温度漂移典型：±0.02%FS/℃最大：±0.05%FS/℃满度温度漂移典型：±0.02%FS/℃最大：±0.05%FS/℃供电范围12~36VDC（一般24VDC）信号输出4~20mA/1~5VDC/0~5VDC负载电阻≤(U-10)/0.02Ω结构材料外壳：不锈钢1Cr18Ni9Ni膜片：不锈钢316L密封：氟橡胶电缆:Φ7.2mm聚氯乙烯专用电缆绝缘电阻100MΩ,50VDC防护等级外壳防护等级IP68安全防爆ExiaⅡCT5响应时间≤2ms重量约250克分辨率无限小（理论），1/100000（通常）（2）三菱FX2N系列PLC本次设计主要采用FX2N系列PLC，它主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口电路、电源、扩展单元、外围设备等部分构成。可编程控制器的主要性能指标：1）输入输出（I/O点数）I/O点数是指可编程控制器外部输入、输出端子数的总和。2）存储容量存储容量是指可编程控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。3）扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，也有以执行一步指令所需时间来计算。4）功能扩展能力可编程控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种需要，如A/D模块、D/A模块。5）指令系统指令控制系统是指一台可编程控制器指令总和。6（3）电机的选择由于家庭提供的电源限制故选单相电容式转式异步电动机。以3.6公斤全自动洗衣机为例，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这偏心不能不考虑，所以计算时应以洗涤物可能产生前最大偏心为计算依据。脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定电机时应以脱水时消耗的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是洗衣机所确定的电机的额定功率。所以3.6公斤全自动洗衣机电机额定功率选为180瓦。符合全自动洗衣机的功率范围120W-250W.故选择YY104-180型号单相电容式转式电动机，功率180瓦，额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。（4）发光二极管用于指示洗衣机工作状态。连接在控制回路中，几十毫安就可以使二极管发光指示作用。用它成本低、功耗小、性能稳定、适应家庭电器应用。2.4电气控制线路的原理草图QS断路开关家用可采用HZ10系列组合开关，主要用于电源的引入。FU熔断器是简单有效的保护电器，可选用半封闭插入式熔断器。KW接触器选用CJ12T-250系列交流接触器，额定电流250A。FR热继电器是一种保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，以防止电动机因上述故障导致过热而损坏。常用JR16、JR20、JRS1系列热继电器，本次设计采用JR16,额定电压380V，额定电流150A。M1、M2分别为进水电机和洗涤电机。X3、X4、X5、SB0为四触头两档万能开关。SB1是手动脱水开关。X7、X10、X11分别为高、中、低位水位检测压力传感器输入信号控制开关。T0、T1、T2、T3分别为时间继电器，采用空气式时间继电器，其具有结构简单、调整方便、价格较低等优点。本次设计我们采用JS23系列空气时间继电器，线圈额定工作电压直流220V，延时范围0.2-0.3/s。如图2.2所示为系统电气控制原理图：7M1KW1M2KW2KW3FRQSFUFRSB0X3X4X5X7X10X11KW1T0K20KW2T1K300T2K20KW3T3K300X3X4X5X7X10X11KW3KW2T1T2T0KW2T1SB1T1T2T1T2KW3T3进水电机洗涤电机2