全自动洗衣机

- 目录 一、PLC课程设计任务    1 1、设计目的    1 2、设计要求及任务    2 3、进度安排及完成时间    2 4、控制要求    2 二、实物示意图及动作流程    3 1、全自动洗衣机的实物示意图    3 3、全自动洗衣机的工作流程介绍    3 三、设计    4 1、电动机驱动    4 2、PLC控制方案    5 3、保护    6 4、指示    6 四、全自动洗衣机控制系统    7 五、PLC的硬件接线图    9 五、PLC元器件选择及I/O分配表    10 1、系统输入输出设计    10 2、PLC选择    10 3、I/O分配表    10 4、定时器/计数器分配    10 5、元器件选择及计算    11 六、全自动洗衣机控制系统顺序功能图    11 七、全自动洗衣机梯形图设计    14 1、全自动洗衣机梯形图    14 2、全自动洗衣机指令表    15 八、课程设计小结    18 九、参考文献    18 一、PLC课程设计任务 1、设计目的 课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般PLC控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。PLC设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。 2、设计要求及任务 1）．设计要求 （1）用PLC进行控制； （2）单周期与手动两种工作方式（手动排水，手动停止进水、排水、脱水及报警）； 2）．设计任务 （1）洗衣机工作原理与过程，制订控制方案； （2）绘制顺序功能图； （3）绘制PLC的硬件接线图； （4）相关元器件的计算与选型，制定元器件明细表与I/O分配表； （5）编写程序梯形图或指令表； （6）编写设计说明书。 3、进度安排及完成时间 1）．设计时间：一周，2009年06月 15日至2009年06月19日。 2）．进度安排 星期一～星期三：布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，软硬件设计。 星期四～星期五：整理资料，按格式撰写设计说明书，上交设计作业（打印稿及电子文档）。 4、控制要求 PLC投入运行时，系统处于初始状态，准备好启动。按下启动按钮，开始进水（YV1得电）。当水满（即达到高水位）时（SL2动作）停止进水并开始洗涤正转（KM1得电），正洗15s以后暂停。暂停3S后开始洗涤反转（KM2得电）。反洗15S以后暂停。暂停3S后，若正反洗未满3次，则返回到从正洗开始的动作处；若正反洗满三次，则开始排水（YV2得电）。水位下降到低水位时（SL1复位）开始脱水（YV3得电）并继续排水。脱水10S既完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环，则返回到从进水开始的动作处，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警（BE得电）。报警10S后结束全部过程，自动停机。 此外，还要求能通过按排水按钮来实现手动排水；停止按钮来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。 二、实物示意图及动作流程 1、全自动洗衣机的实物示意图     全自动洗衣机的实物示意图如下图1.1所示。 2、全自动洗衣机的设备功能介绍 全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。 3、全自动洗衣机的工作流程介绍 PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。 当按下启动按扭时，进水电磁阀通电，开始进水；当水满(至高低水位)时进水电磁阀断电，停止进水。此时开始洗涤，洗涤时电动机正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。循环3次后排水电磁阀通电，开始排水，排空后（水降到低位）开始脱水并继续排水。脱水10秒即完成一次从进水到脱水的洗涤工作的大循环过程。若完成了3次大循环，则进行洗完报警，报警10秒后结束全部过程，自动停机。 此外，按排水按钮来实现手动排水；停止按钮来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。 三、设计方案 1、电动机驱动 1） 直流电动机的调速优点 直流电动机的突出优点是能在很大的范围内具有平滑，平稳的调速性能。转速调节的主要技术指标是：调速范围D和负载变化时对转速的影响即静差率，以及调速时的允许负载性质等。 调速范围是根据生产机械工艺要求提出的，例如龙门刨床主拖动要求D=10—30；螺纹磨床要求D=20—60。     静差率就是表示在负载变化时拖动装置转速降落的程度。静差率越小，表示转速稳定性越好，对生产机械，如机床加工的零件，其加工的精度及表面光洁度就于高。     调速指标中，静差率的值要求在规定的范围内，即在最高转速与最低转速之间的任何转速都要满足。显然这就限制了某一调速方法的范围。反过来说，即只有满足静差率的调速范围还是有效的。     通常生产机械的负载与转速之间有一定的关系，如起重机械，机床的进给机构及某些精加工机床的主传动等，都可看成是恒转矩负载，也就是说这些机构在不同的速度下运行时，其负载转矩基本上保持不变。而车床主轴传动等则往往要求在负载功率不变的情况下调整转速，即在低速下切削量往往较大，负载力矩较大，因而要保持负载功率基本不变，在电动机调速时，最好能符合这些不同的负载特性，而直流电动机却正好具有恒功率和恒转矩的调速方式，故可根据生产机械的要求选择不同的调速方法。 2） 直流电动机的调速方法 根据直流电动机原理可知，直流电动机的转速为： 式中，Ｕ－电枢回路的电源电压；T-电磁转矩；Ｒａ－电枢绕组；　 －由电动机结构决定常数；  －一对磁极的磁通。 由上式可以看出，调节直流电动机转速的方法有三种： （１） 电枢回路串电阻； （２） 改变电动机的主磁通； （３） 改变电枢回路的电源电压； 2、PLC控制方案 1）实时性 （1）由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。 （2）基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。 （3）更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。 2）高可靠性 （4）所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。 （5）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。 （6）各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 （7）采用性能优良的开关电源。 （8）对采用的元器件进行严格的筛选。 （9）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。 3）系统配置简单灵活 （1）控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。 （2）I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。 （3）满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。 4）丰富的I/O卡件 控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。     另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 5）控制系统采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 6）价格优势 质优价廉，性价比高。 7）安装简单，维修方便 可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。     由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 8）控制器实现的功能 逻辑控制.定时控制 计数控制.顺序控制 PID控制.数据计算 通讯和联网 其它：还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块 3、保护措施 1）过载保护 电气线路中允许连续通过而不至于使电线过热的电流量，称为安全载流量或安全电流。如导线流过的电流超过了安全载流量，就叫导线过载。一般导线最高允许工作温度为65°C。过载时，温度超过该温度，会使绝缘迅速老化甚至于线路燃烧。       发生过载的主要原因有导线截面选择不当，实际负载已超过了导线的安全电流；在线路中接入了过多的大功率设备，超过了配电线路的负载能力。     热继电器是比较理想的自动过载保护的设备，在工业应用中一般，都用热继电器来做过载保护。 2）失压保护 失压保护是指电动机在供电电源中断后，能自动切断总控制电路，以防止电源恢复供电后，电动机在无人操作的情况下自动起动而造成事故。 3）过流保护 用保护器的常闭触点动作实行保护 这就是要求保护器在主回路不工作和正常工作时执行继电器不动作，而在电机起动和工作中发生故障时动作。这样的保护器适宜于与计算机输出和逻辑群控电路、多速及正反转电机以及与各种主开关接口，使用无局限性。 4、指示 1）发光二极管 LED长处有三点：一是寿命长、耗能低之，应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；二是控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光，不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果；三是价格低廉。 LCD优点：液晶显示器以其微功耗、显示形式丰富,显示质量高,接口简单,体积小、显示内容丰富、超薄轻巧。 CTR优点：CTR最大的优点是显示的面积大，显示的效率也比较高， 2）显示方案的选择     综上所述利用LED显示比较合适，因为在洗衣机上显示利用不同的颜色可以区分不同的工作进程而且效果比较理想，LCD显示亮度不够，使用CTR显示占用的空间较大而且功耗大不适合在小型电器上使用。 四、全自动洗衣机控制系统流程图 根据控制要求，建立全自动洗衣机系统控制流程图，如图1.2所示，表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。                                      图1.2全自动洗衣机控制系统流程图                          图1.2（续）全自动洗衣机控制系统流程图 五、PLC的硬件接线图    根据洗衣机控制要求及设计方案，绘制PLC的硬件接线图。如图1.3所示                     SB1                                 YV1  进水电磁阀       启动按钮                                                             SB2                                KM1       停止按钮                                                 电机正转接触器                     SB3                                                        KM2       排水按钮                                                电机反转接触器                       LS1                              YV2     高水位开关                                                排水电磁阀                       LS2                              YV3   脱水电磁阀     低水位开关                                           BE                                                                 报警                                                                FU1                                                     AC220V                               图1.3 PLC的硬件接线图 五、PLC元器件选择及I/O分配表 1、系统输入输出设计 输入：手动输入按键、水位传感器输入。 输出：电动机、电磁阀。 2、PLC选择     本系统的输入口有六个，输出口有七个,根据三菱FX系列PLC的I/O口以及经济原则和对PLC的有效利用,我们选择FX1N系列的PLC。 3、I/O分配表 I/O分配表见表1.1和表1.2 表1.1 输入分配表 输入电器    PLC输入点 启动按钮SB1    X0 停止按钮（常开）SB2    X1 手动排水按钮SB3    X2 高水位进水开关LS1    X3 低水位进水开关LS2    X4 表1.2 输出分配表 输出电器    PLC输出点 进水电磁阀YV1    Y1 电动机正转接触器KM1    Y2 电动机反转接触器KM2    Y3 排水电磁阀YV2    Y4 脱水电磁阀YV3    Y5 报警蜂鸣器BE    Y6 4、定时器/计数器分配 定时器/计数器分配表见表1.3 表1.3定时器/计数器分配表 定时器    计数器 正转定时    T0    15S    洗涤次数    C0    3次 暂停定时1    T1    3S    脱水次数    C1    3次 反转定时    T2    15S             暂停定时2    T3    3S             脱水定时    T4    10S             报警定时    T5    10S             5、元器件选择及计算 根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件明细表，如表1.4所示。 表1.4 全自动洗衣机系统元器件明细表 序号    文字符号    名    称    数量    规格型号    备    注 1    M1～M2    电动机    2    Y系列    三相交流异步电动机 2    FR1～FR2    热继电器    2    JR16-20/3    参照电动机整定电流 3    FU1～FU2    熔断器    6    RT0—50/6     4    SB1    起动按钮    1    LA25--11    绿色 5    SB2    停止按钮    1    LA25--11    红色 6    SB3    排水按钮    1    LA25--11     7    KM1～KM2    交流接触器    2    CJ10--20    线圈电压：AC220V 8    LS1    高水位开关    1    LX32—1S     9    LS2    低水位开关    1    LX32—1S     10    YV1    进水电磁阀    1    ZCT-50A    线圈电压：AC220V 11    YV2    排水电磁阀    1    ZCT-50A    线圈电压：AC220V 12    YV3    脱水电磁阀    1    ZCT-50A    线圈电压：AC220V 13    KT0、KT2    定时器    2    JS10--21     14    KT1、KT3    定时器    2    JS10--11     15    KT4、KT5    定时器    2    JS10--21     16    BE    蜂鸣器    1        1W 17    PLC    可编程序控制器    1    FX1N-24MR    继电器输出 六、全自动洗衣机控制系统顺序功能图 根据控制要求，建立全自动洗衣机系统控制顺序功能图，如图1.4所示                                           M8002                                                                             X0                                                                 进水                                       X3                                                                      电机正转                                                         K150                                       T0                                                                                                K30      暂停                                       T1                                                                    电机反转                                                                                                                     K150                                       T2                                                          K30      暂停                                       T3                                                          K3     电机正反转计数                                                                                   C0                                                                              C0                                                            排水                                      X4                                                                  脱水                                                          K100                                                                                           T4                                                           K3     洗涤计数                          C1                                       C1                                                              停机报警                                                          K100 图1.4全自动洗衣机顺序功能图 七、全自动洗衣机梯形图设计      1、全自动洗衣机梯形图 根据上面的控制设计编写全自动洗衣机的梯形图。如图1.5所示 图1.5全自动洗衣机梯形图 图1.5（续）全自动洗衣机梯形图 2、全自动洗衣机指令表      根据图1.5全自动洗衣机梯形图的设计，把梯形图转换成指令表。指令表如图1.6所示 图1.6全自动洗衣机指令表 图1.6（续）全自动洗衣机指令表 图1.6（续）全自动洗衣机指令表 八、课程设计小结 可编程控制器(PLC)技术是一门实践性很强的专业课，可编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。 通过这次设计实践。我熟悉了SFC编程的方法和技巧，知道怎样去设计一个PLC应用程序，学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解，也感觉得到了PLC在控制方面的巨大优势和潜力。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 由于是初次进行此类的设计，难免有些地方想得不够周到、详细，控制系统也存在着一定的缺陷，程序的设计不是很简便，PLC的I/O口接线图画得也不是很好,但看着自己的设计成果，心里也有一种成就感，即使自己所做的东西不够完美。 在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。     最后衷心地感谢老师和同学们的帮助！ 九、参考文献 【1】廖常初.FX系列PLC编程及应用【M】北京:机械工业出版社,2005. 【2】刘建清.从零开始学电气控制与PLC技术【M】.北京：国防工业出版社，2006. 【3】郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术【M】.南京:东南大学出版社,2003. 【4】范次猛.可编控制器原理与应用【M】北京:北京理工大学出版社,2006.