全自动洗衣机控制系统设计

摘 要PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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. PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。入出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的。这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。目 录第一章 PLC控制系统设计41.1 PLC控制系统设计的基本原则41.2 PLC I/O模块的选择步骤与原则51.2.1 开关量IO模块的选择51.2.2 模拟量IO模块的选择71.2.3 特殊功能模块的选择7第二章 全自动洗衣机PLC控制82.1 任务介绍82.1.1 课题名称：全自动洗衣机PLC控制82.1.2 工艺要求及动作流程82.2 控制要求92.3 控制程序的编制，并画出硬件接线图92.3.1 主接线路如下图所示：92.3.2 PLC硬件连接线路如下图所示：112.3.3 设计功能顺序如上图所示：122.4 I/O口及定时器/计数器说明132.5 梯形图142.6 指令表16第三章 致谢18参考文献19附录：总接线图20第一章 PLC控制系统设计1.1 PLC控制系统设计的基本原则 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：1. 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥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。2. 保证PLC控制系统安全可靠保证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程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4. 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。1.2PLC I/O模块的选择步骤与原则 一般IO模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的IO模块有开关量IO模块、模拟量IO模块及各种特殊功能模块等。不同的IO模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。1.2.1 开关量IO模块的选择 1、 开关量输入模块的选择开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输入信号的类型及电压等级开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5、12、24、48、60等；交流110、220等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5、12、24用于传输距离较近场合，如5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。2）输入接线方式开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。 汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。3）注意同时接通的输入点数量对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60。4）输入门槛电平为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。2、 开关量输出模块的选择开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输出方式开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。2）输出接线方式开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。 3）驱动能力开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。4）注意同时接通的输出点数量 选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V2A的点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A(82A)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60。5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。1.2.2 模拟量IO模块的选择 模拟量IO模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（AD）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(DA)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。 典型模拟量IO模块的量程为-10V+10V、0+10V、420mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。 一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。1.2.3 特殊功能模块的选择目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的IO模块，有的还推出了自带CPU的智能型IO模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。 第二章 全自动洗衣机PLC控制2.1 任务介绍 2.1.1课题名称：全自动洗衣机PLC控制2.1.2工艺要求及动作流程洗衣机的应用现在比较普遍。全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。 图1 自动洗衣机示意图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闸打开，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。2.2 控制要求PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。（1） 按下启动按钮及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。（2）2秒后开始洗涤。（3）洗涤时，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。（4） 如此循环3次，总共180秒后开始排水，排空后（水位下降到低位）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工作循环过程。（5） 若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。（6）报警10秒结束全部过程，自动停机。（7） 此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。2.3 控制程序的编制，并画出硬件接线图 2.3.1 主接线路如下图所示：2.3.2 PLC硬件连接线路如下图所示：2.3.3 设计功能顺序如上图所示：2.4 I/O口及定时器/计数器说明I/O口分配表：类别元件端子号作用输入SB1X0启动按钮SB2X1停止按钮SB3X2排水按钮SL1X3高水位开关SL2X4低水位开关输出YV1Y0进水电磁阀KM1Y1电机正转接触器KM2Y2电机反转接触器YV2Y3排水电磁阀YC1Y4脱水电磁离合器KM3Y5报警蜂鸣器定时器、计数器说明：类别器件号设定值作用定时器T02S进水候暂停时间T115s正转洗涤计时T23s正洗暂停计时T315s反转洗涤计时T43s反洗暂停计时T510s脱水计时T610s洗完报警计时计数器C03次正、反洗循环计数C13次脱水（大循环）计数2.5 梯形图 工步介绍： s0 初始化 s20洗衣机进水 s21电动机正转 s22电动机反转 s23洗衣机脱水 s24报警2.6 指令表 第五章 致谢通过课程设计，我深刻的体会到了实践和理论的区别与联系，让我明白怎么样才能把理论应用与实践，要这次实训中，我得到了锻炼，但是也感觉到了自己的不足，因此，我必须在剩下的的时间里对自己提高要求，让自己适应社会潮流，满足社会需要，所以我应该忠心的感谢学校给我们提供的这次课程设计的机会，让我在设计中体会到了我现在所处的位置和将来要达到的位置，同时也要感谢老师给我们的指导和同学给我的帮助，在这次课程设计中由于我们现在所学知识还不能满足实训的要求，所以我们在图书馆查阅了大量的资料，所以也应该感谢学校给我们提供了大量图书，和在图书馆的工作人员，一个人的想法总是有限的，所以要设计一个梯形图就需要和大家共同交流，多采取同学的意见，再此感谢他们的帮助。同时也应该感谢老师给了我们这此机会 ，让我们能更贴近实际的学习PLC知识，使编程能力得到更进一步的提升。参考文献1、孙平主编可编程控制器原理及应用. 2002.52、王永华主编现代电气及可编程控制技术北京航空航天大学. 2002.53、胡学林主编可编程控制器应用技术.高等教育出版社.2000。45、张运波. 工厂电气控制技术. 2001 6、田瑞庭. 可编程控制器应用技术 1994 7、曲非非. PLC应用技术200例 2003 8、常斗南. 可编程序控制器原理应用实验第2版 2002 9、谢希德。除按照学习的新思路（N）。报纸名，出版日期（版次）10、刘子林。电机与电气控制（m）。北京：电子工业出版社,2003附录：总接线图