《PLC》课设--全自动洗衣机控制系统设计

电气控制与可编程控制器课程设计《电气控制与可编程控制器》课程设计说明书题目：全自动洗衣机控制系统设计电气控制与可编程控制器课程设计目录1系统的工艺及要求.................................................11.1系统的运行工艺.............................................11.2系统的功能要求..............................................22全自动洗衣机控制系统的整体设计...................................22.1全自动洗衣机系统组成........................................22.1.1洗涤脱水系统..........................................22.1.2排水和进水系统........................................32.1.3电动机及传动系统......................................32.2全自动洗衣机系统概述........................................32.3控制系统的结构..............................................42.4控制系统原理................................................43PLC控制系统的硬件设计............................................53.1PLC的选型、I/O扩展模块的选择..............................53.2PLC控制系统的I/O资源分配表................................73.3PLC控制系统的外部接续图....................................84PLC控制系统的软件设计............................................94.1控制系统的梯形图设计........................................94.2控制系统的PLC软件程序....................................125程序控制过程说明................................................136程序调试........................................................137课程设计小结.....................................................15参考文献..........................................................16电气控制与可编程控制器课程设计11系统的工艺及要求1.1系统的运行工艺波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作为盛水用，内桶可以旋转，作为脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内、外涌的水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，控制系统使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启动洗衣机工作。图1洗衣机工作示意图进水阀起动按钮停止按钮排水按钮上水位开关下水位开关排水阀单相电动机泼轮外桶内桶蜂鸣器电气控制与可编程控制器课程设计21.2系统的功能要求起动时，首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤15s，暂停3s后反转洗涤15s，暂停3s后再正转洗涤，如此反复30次。洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10s。这样完成依次从进水到脱水的大循环过程。经过3次大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10s后结束全过程，自动停机。在洗涤过程中，按下停止按钮。洗衣机停止工作。在洗衣机停止工作时，按下排水按钮，洗衣机排水电磁阀得电排水，当水位下降到低水位开关时，排水电磁阀失电停止排水。I/O设备及I/O点分配如表所示。表1：I/O设备及I/O点分配如表输入元件输入点编号输出元件输出点编号起动按钮X0进水电磁阀Y0停止按钮X1电机正转控制Y1排水按钮X2电机反转控制Y2高水位开关X3排水电磁阀Y3低水位开关X4脱水电磁离合器Y4报警蜂鸣器Y52全自动洗衣机控制系统的整体设计2.1全自动洗衣机系统组成2.1.1洗涤脱水系统它主要有盛水桶，洗涤桶和波轮组成。盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。盛水桶固定在钢制底板上，通过4根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。电动机，离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称为内桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤或漂洗时配合波轮完成洗涤或漂洗功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机械作用的主要部件。按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在160mm左右）电气控制与可编程控制器课程设计3的涡卷式水流和大波轮（直径在300mm左右）新水流两类。2.1.2排水和进水系统波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。波轮式全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置及电触点开关3部分组成，用来监视水位的高低。此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电磁阀在进，排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈接通，形成磁场，电磁线圈吸合。自动打开香蕉阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，橡胶阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。2.1.3电动机及传动系统波轮式全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合器组成，离合器又有普通离合器和减速离合器两种。其中普通离合器用在采用小波轮的套桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。电动机同时作为洗涤和脱水时的动力源，普遍采用主，副绕组完全对称的电容式电动机。2.2全自动洗衣机系统概述全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率和适应工作环境的能力。在全自动衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时．要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点。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。电气控制与可编程控制器课程设计4因此在运用中，PLC的硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。控制系统硬件组成框图如图2所示：图2全自动洗衣机控制系统硬件组成框图2.3控制系统的结构波轮式全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同，但电气控制系统主要有程序控制器，电动机，进水电磁阀，排水电磁阀，水位开关，安全开关及各种功能选择开关等组成的，控制的基本原理也都一样。全自动洗衣机能实现洗衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的“指挥”下进行的。如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”。2.4控制系统原理程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电气控制与可编程控制器课程设计5电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。3PLC控制系统的硬件设计3.1PLC的选型、I/O扩展模块的选择可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。[该系统有12个数字输入点6个数字输出点，PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1—2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：10—20B/点开关量输出元件：5—10B/点定时器/计数器：2B/个模拟量：100—150B/个通信接口：一个接口一般需要300B以上根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。该系统有17个数字输入点13个数字输出点，需内存400B，有定时器6个，计时器2个，需内存16B，考虑余量后需要内存520B。PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满电气控制与可编程控制器课程设计6足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。该控制系统CPU模块可采用CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不