全自动洗衣机PLC控制电气控制课程设计[共30页]

摘 要全自动洗衣机诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使全自动洗衣机显得更加智能化。全自动洗衣机的诞生极大的方便了人们的生活。该课程设计就PLC在全自动洗衣机的控制系统中的应用做了详细的介绍。实现洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停止的循环过程。设计了相应的程序，结合相应的硬件系统，并通过三菱FX2N系列PLC仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系统的要求与特点。该设计选择三菱可编程控制器FX-32MR为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了全自动洗衣机控制系统的自动化。关键词：全自动洗衣机；可编程控制器；自动化 ABSTRACT Since the birth of full automatic washing machine, is constantly being improvedits internal circuit control system. Design began to diversity, so that the full automatic washing machine more intelligent. The birth of full-automatic washing machine is a great convenience to people's life. The curriculum design is the application of PLC in the automatic washing machine control system in detail. The washing machine, washing by water, drainage,dewatering, alarm to the circulation process automatically stop. The design ofthe corresponding program, combined with the corresponding hardware system, and through the Mitsubishi FX2N series PLC simulation system to simulate the running process of full-automatic washing machine.Programmable logic controller (PLC) to the microprocessor as the core,usually used to program design, on the basis of system electrical schematic diagram of relay contactor control ladder diagram programming easy,convenient, flexible modification and expansion function, simple structure,strong anti-interference ability. Mitsubishi PLC instruction rich, you can take a variety of output, input expansion equipment, has a wealth of special extension equipment, including analog input devices and communications equipment is consistent with the full automatic washing machine control system requirements and characteristics.This paper choose Mitsubishi programmable controller FX-32MR as the core components, focusing on the hardware interface design, programming theladder diagram and instruction list, realize the automation of fully automaticwashing machine control system.Keywords full automatic washing machine;automation; programmable logic controller目 录1 绪 论11.1 课题概述11.2 洗衣机发展概况11.3 课题研究的目的与意义11.4 本课题研究的主要内容22 系统硬件设计32.1 系统简介32.1.1 全自动洗衣机的工作原理32.1.2 系统的控制要求42.2 系统的组成与功能42.3 系统控制主电路52.4 PLC控制系统设计62.4.1 PLC的选型62.4.2 I/O分配表72.4.3 PLC接线图73 系统软件设计83.1 程序流程图83.2 程序说明104 系统仿真134.1 FXGPWIN编程软件的介绍134.2 仿真结果145 GX与GT软件简介与结合仿真175.1 GX与GT软件介绍175.2 仿真结果17结束语20致 谢21参考文献22附录A 梯形图23附录B 指令表251 绪 论1.1 课题概述 本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用PLC控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。1.2 洗衣机发展概况世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。1.3 课题研究的目的与意义本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。采用PLC控制比继电器控制好的多，我们采用PLC来控制。 （1） 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。（2） 可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。（3） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（4） 体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.4 本课题研究的主要内容本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。研究的具体内容包括：（1） 深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。（2） 控制系统设计。包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。（3） 对编写好的编译程序进行实际调试并仿真。2 系统硬件设计2.1 系统简介2.1.1 全自动洗衣机的工作原理以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例，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。波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图1所示。 图1 洗衣机示意图2.1.2 系统的控制要求PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。（1） 按下启动按扭，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。2.2 系统的组成与功能该系统的设计主要包含两大部分，硬件部分选型，软件部分设计。其中软件部分包括PLC软件部分设计，组态软件设计两部分部分。而软件设计是核心内容。一般来说，PLC控制系统有以下三种类型。（1） PLC构成的单机系统这种系统的被控对象是单一的机器生产或生产流水线，其控制器是由单台PLC构成，一般不需要与其他PLC或计算机进行通信。但是，设计者还要考虑将来是否有联网的需要，如果有的话，应当选用具有通信功能的PLC。如图2所示。图2 PLC单机控制（2） PLC构成的集中控制系统这种系统的被控对象通常是数台机器或数台流水线构成，该系统的控制单元由单台PLC构成，每个被控对象与PLC指定的I/O相连。由于采用一台PLC控制，因此，各被控对象之间的数据、状态不需要另外的通信线路。但是，这种系统也有一个缺点，一但PLC出现故障，整个系统将停止工作。对于大型的集中系统，通常采取冗余系统克服上述缺点。如图3所示。 图3 PLC集中控制（3） PLC构成的分布式控制系统这类系统的被控对象通常比较多，分布在一个较大的区域内，相互之间比较远，而且，被控对象之间经常的交换数据和信息。这种系统的控制器采用若干个相互之间具有通信能力的PLC构成，系统地上位机可以采用PLC，也可以采用工控机。如图4所示。图4 PLC分布式控制由于本次设计的系统只有1台被控电机以及数量不是很多的其他被控对象，采用PLC集中控制方法，单台PLC进行多个对象的控制，只要适当的选用PLC，完全能够完成任务。2.3 系统控制主电路洗衣机PLC控制主电路图如图5所示。图2.5 主电路图图5 主电路图在主电路中我们主要是考虑如何控制交流电机运转和怎么实现电路保护。主电路的三相电源经隔离开关QS、主电路熔断器FU1、交流接触器KM1、KM2的主触头、热继电器FR的加热元件到三相异步电动机M构成主电路。通过接触器线圈得电控制其主触点的接通，能实现电动机正反转。该主电路既实现短路或过载保护。2.4 PLC控制系统设计2.4.1 PLC的选型由于三菱FX2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场，本次设计也是小型的控制系统，并且我们学习的也是三菱FX2N系列的PLC，所以我们采用我们熟悉的三菱FX2N系列的PLC来控制该系统。2.4.2 I/O分配表洗衣机I/O分配表如表1所示。表1 I/O分配表PLC输入端所接外部输入器件PLC输出入端所接外部输出入器件 X0启动按钮SB0Y0进水电磁阀YA1X1停止按钮SB1Y1排水电磁阀YA2X2低水位限位开关SQ0Y2电磁离合器YA3X3高水位限位开关SQ1Y3正转接触器KM1X4手动排水按钮SB2Y4反转接触器KM2Y5蜂鸣器HA2.4.3 PLC接线图PLC接线图如图6所示，图6中的1、2标号与主电路的交流220V连接。图6 PLC接线图3 系统软件设计3.1 程序流程图 全自动洗衣机PLC控制程序流程图如图7所示。图7 程序流程图3.2 程序说明本次设计采用步进顺控指令编程，编写的程序清晰、明了。步进指令允许使用双线圈，当步进节点条件满足时，某一状态被置位，当下一步的步进节点接通时，转移到下一步状态，同时自动复位上一状态，其中STL是步进节点指令，RET是步进返回指令。系统处于初始状态，准备好启动，M8002是初始化脉冲，上电运行后产生，按下启动按钮X0，系统运行，打开进水电磁阀Y0，当系统的高水位限位开关X3检测到水满时，关闭进水电磁阀Y0并停止运行2秒。如图8程序梯形图所示。图8 进水当状态位S22置位时，定时器T1工作，接触器线圈Y3接通，洗衣机正转洗涤，定时器T1定时15秒到，S22状态自动复位的同时置位S23，洗衣机停止运行，定时器T2开始定时，定时器T2定时3秒到，自动复位状态S23的同时置位S24，,接触器Y4接通，定时器T3开始定时，洗衣机反转洗涤，反转洗涤15秒到，复位S24同时置位S25，洗衣机停止运行3秒。如图9程序梯形图所示。图9 正反转状态位S26置位时，计数器C0开始计数的同时与计数器C0当前值做比较，当C0的值不等于3时，状态位S22置位,循环洗涤；当C0的值等于3时，计数器C0清零，状态位S26复位同时S27置位，排水电磁阀Y1打开并复位计数器C0,当低水位限位开关X2检测到水排空后，置位S28的同时复位S27。如图10程序梯形图所示。图10 排水状态位S28置位时，排水电磁阀Y1打开，离合器Y2合上，接触器Y3线圈得电，抱闸将洗涤电机轴和内桶抱紧，带动其内桶正转进行甩干，定时器T5定时10秒到，自动复位S28的同时置位S29，计数器C1开始计数的同时与计数器C1当前值做比较，当C1的值不等于3时，状态位S20置位,循环从进水开始的全部动作；当C0的值等于3时，状态位S29复位。如图11程序梯形图所示。图11 脱水状态位S30置位时，蜂鸣器Y5进行洗完报警，计数器C1清零，为下次洗涤工作做好准备，计数器有记忆功能，所以每次比较完后要记得清零，蜂鸣器Y5报警10秒后结束全部过程，自动停机并返回初始状态。如图12程序梯形图所示。图12 报警当按下手动排水按钮X4，排水电磁阀Y1闭合，实现手动排水；当按下停止按钮X1, 实现停止进水、排水、脱水及报警。如图13程序梯形图所示。图13 手动排水和停止4 系统仿真4.1 FXGPWIN编程软件的介绍本次设计采用三菱公司的FXGPWIN编程软件进行编程，该软件使用方便，梯形图与指令表互换。打开FXGPWIN编程软件，新建时要根据PLC型号来选择，这样才能把你编的程序下载到PLC中调试时不会出错。我选择的PLC型号为FX2N。如图14所示。图14 PLC的选型型号选择好后就弹出FXGPWIN编程软件的工作界面，如图15所示。工作区中有两条竖直的母线，移动鼠标，在左母线右侧双击鼠标，这时通过选择工具条的触点、线圈、连线等就能把程序编完，如步进接点指令STL直接敲击键盘即可。图15 FXGPWIN编程软件的工作界面4.2 仿真结果程序编好后，把北京理工达盛科技有限公司生产的PLC教学实验箱的电源打开，点击菜单栏中的转换，转换后点击菜单栏中的“PLC” “传送”“写出”，下载完后点击菜单栏中遥控运行，开始监控。这时根据PLC的I/O接线图、I/O分配表，在PLC教学实验箱接好外部器件，PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。如图16所示。图16 系统初始状态按下启动按扭X0, 开始进水，进水电磁阀Y0打开，如图17所示。水满时，高水位限位开关X3采集到信号后，停止进水，如图18所示。图17 进水图18 水满停止进水当洗衣机正转洗涤时，15秒后暂停，如图19所示。图19 正转洗涤洗涤循环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。如图20所示。图20 脱水 循环洗涤3次后，蜂鸣器Y5进行洗完报警，如图21所示。图21 蜂鸣器报警5 GX与GT软件简介与结合仿真5.1 GX与GT软件介绍1、三菱PLC编程调试软件（GX Developer Simulator），为一个可应用于三菱全系列（A系列、Q系列、FX系列）可编程控制器的编程软件，在GX Developer Simulator中，可通过梯形图语言、指令表语言及sfc语言来创建程序，建立注释数据及设置寄存器数据，也可以创建顺序控制程序以及将其存储文件，并打印出来。该程序在串行系统中可以编程控制器进行遥控、操作监控以及完成各种测试功能2、三菱触摸屏编程调试软件（GT-DesignerSimulator），可编缉FX-10DU、FX-25DU、FX-30DU、FX-40DU、FX-40DU-TK、FX-50DU-TK、FX-50DU-TKS、F920GOT、F930GOT-BWD、F940GOT-LWD、F940GOT-SWD、F940WGOT-TWD系列触摸屏。可与三菱FX系列PLC、三菱A系列PLC、欧姆龙C系列PLC、富士N系列PLC、松下FP系列PLC、AB-SLC500系列PLC、西门子S7-200系列PLC、西门子S7-300系列PLC等可编程控制器通信连接。3、GX与GT软件可以进行结合的仿真，在GT仿真软件比较直观的表现出在GX软件中程序测试的结果。5.2 仿真结果按下启动按钮X0，系统运行，打开进水电磁阀如图22所示： 图22 进水当系统的高水位限位开关X3检测到水满时，关闭进水电磁阀Y0并停止运行2秒后洗衣机正转洗涤15秒如图23所示：图23 正传洗衣机正转洗涤完了停止3秒后进入反转洗涤15秒如图24所示：图24 反转上述正反转洗涤3次完洗衣机停止运行3秒后排水电磁阀Y1打开如图25所示：图25 排水当低水位限位开关X2检测到水排空后排水电磁阀Y1打开，离合器Y2合上，接触器Y3线圈得电，抱闸将洗涤电机轴和内桶抱紧，带动其内桶正转进行甩干，定时器T5定时10秒如图26所示：图26 脱水从进水开始的全部动作进行3次蜂鸣器Y5进行洗完报警如图27所示：图27 洗完报警结束语该系统采用PLC 为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。此外，PLC 可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC 又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。本次课程设计使我深有感触，只要付出就有回报，遇到问题多与老师同学交流，利用网络资源学习。通过这次课程设计，我明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质。只有真正把所学的知识运用起来，才能达到学习的目的。致 谢课程设计终于顺利完成了，这次课程设计的完成，离不开老师悉心指导。在此要感谢我的指导老师罗雪莲老师，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，虽然经历了不少艰辛，但同样收获巨大。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计中遇到了很多编程问题，最后在同学和老师的指导、帮助下，终于游逆而解。同时，在罗老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和老师再次表示忠心的感谢。参考文献1史国生.电气控制与可编程控制器技术M.第二版.北京：化学工业出版社，20082刘祖润.毕业设计指导（电气类专业适用）M.北京：机械工业出版社，19963杨振兴.可编程序控制器原理和应用M.长沙：中南工业大学出版社,1993 4王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社，20035胡学林.可编程控制器应用技术M.北京：高等教育出版社，2001 6龚运新，陈淑兰，解晓飞.三菱PLC实用技术教程M北京：北京师范大学出版社，20077日本三菱公司.三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX系列编程手册M. 1998附录A 梯形图 附录B 指令表附录C CAD原理图27