PLC课程设计——全自动洗衣机.doc

1 引言1.1 系统背景描述现在，全自动洗衣机已经进入了千家万户之中，极大的方便了人们的日常生活，提高了人们的生活质量，使人们从那繁重的体力劳动中解脱出来。 所谓全自动洗衣机，就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由扬声器发出响声。 本文是基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机梯形图系统的设计，设计完善的全自动洗衣机控制系统，以满足控制要求，实现洗衣自动化的控制。1.2 系统控制要求 （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 x 2 手动排水 x 12 进水阀 y2 高水位 x 3 手动脱水 x 13 正转 y3 中水位 x 4 反转 y4 低水位 x 5 排水 y5 排空检测x 6 脱水 y6 高水位检测 x7 报警 y7中水位检测 x 102. 若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻柔洗功能（轻柔洗过程自定）3. I/O编址4.编程并调试2 系统设计方案2.1 系统功能描述 全自动洗衣机的由内外桶、进水口、启动和停止按钮、控制器、进水按钮、水位开关、排水口和洗条电机组成。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（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。系统结构框图如下：全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注人外桶，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又外桶排到机外。洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干；高低水位开关分别用来测高低水位；启动按钮用来启动洗衣机工作；停止按钮用来实现紧急工况下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 硬件电路设计3.1 PLC选型PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机，它根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算，再通过输出接口去控制各种执行机构动作。它主要由CPU、存储器、I/O接口模板三部分。它是整体模块形式，由它作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择抵挡的三菱FX2N系列FX2N-32MR，可以完全满足其要求，FX2N-32MR有32个I/O，根据输入，输出口的总点数，考虑留有适当余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC，可满足设计要求。3.2 I/O点分配I/O地址信号名称功能说明备注X001启动按钮开启洗衣机运行常开X002停止按钮关闭洗衣机运行常开X003高水位开关选择高水位常开X004中水位开关选择中水位常开X005低水位开关选择底水位常开X006排空检测开关排空时接通常开X007高水位检测开关高水位时有信号常开X010中水位检测开关中水位时有信号常开X011低水位检测开关低水位时有信号常开X012手动拍水选择手动排水常开X013手动脱水选择手动脱水常开Y001启动洗衣机开启洗衣机通有效Y002进水阀开启进水阀通有效Y003电动机正转线圈电动机正转通有效Y004电动机反转线圈电动机反转通有效Y005排水阀开启排水通有效Y006脱水电磁离合器开启脱水通有效Y007报警启动报警通有效表3-1 I/O地址分配表3.3 I/O接线图图3-3 I/O外部接线图说明： 启动按钮：SB1 高水位检测开关：SQ2 脱水电磁阀：YC 停车按钮：SB2 中水位检测开关：SQ3 报警扬声器：SPK高水位档：K1 低水位检测开关：SQ4中水位档：K2 启动洗衣机：Y1 低水位档：K3 进水电磁阀：YV1手动排水：K4 排水电磁阀：YV2手动脱水：K5 电动机正转：KM1排空检测开关：SQ1 电动机反转：KM24 软件设计4.1 控制方案在工业控制领域，许多的控制过程都可用顺序控制的方式来实现，使用步进指令实现顺序控制既方便又便于阅读修改，所以在全自动洗衣机的梯形图控制中，采用步进顺序指令来实现控制。利用状态寄存器S0-S499中的一部分来编写步进梯形图进行控制。PLC顺序控制编程的主要依据是状态流程图，运用STL和RET步进指令进行编程。利用SET置位指令将某状态的状态继电器元件置位后，该状态的步进点闭合，这时顺序控制进入该状态。当转移至下一状态的条件满足时，利用SET置位指令又将下一状态的状态寄存器置位，这时顺序控制进入下一个状态，而上一个状态寄存器自动复位。顺序控制的编程步骤如下：1. 列出PLC输入输出点分配表。1. 根据系统控制要求画出顺序控制的状态流程图。2. 根据状态流程图编写出相应的梯形图。3. 写出对应的指令语序表。5. 调试程序。4.2 全自动洗衣机控制程序流程图 图4-1 全自动洗衣机控制流程图 4.3全自动洗衣机步进梯形图4.4 中间变量的记录 程序中共用到7个计时器，2个计数器。T0为关闭进水时暂停2s计时器，T1为正转30s计时器，T2为正转30后暂停2s计时器，T3为反转30s计时器，T4反转后暂停2a计时器，T5为脱水30s计时器，T6为报警3a计时器。C0为正反洗涤5次计数器，共320s，C1为反复进水脱水3次计数器。 程序运行时，PLC由STOP状态变为RUN状态，M8002有信号，从而置位S0，复位计数器C1。闭合启动按钮，置位S20，复位C0，并且系统控制进水阀开始进水，进水完毕后，计时器T0开始计时，从0递增到20，之后正转计时器T1开始计时，由0递增到300。正转30s后，T2计时器工作，从0到20，暂停2s。接着反转计时器T3工作，也是从0到300，之后T4计时器启动，从0到20变化。T4计时完毕，计数器C0开始计数一次，此后回到S22，T1计时器重新开始计时，依次到T4,当C0计数5次到时，排水。排空后，T5计时器计时，从0到300，开始脱水30s。脱水完毕，C1开始计数一次，之后程序返回到S20状态寄存器。重新开始进水洗涤排水过程，直到反复三次后，即C1计数二次时，T6计时器启动，从0到30，报警3s。4.5 系统调试 连接好PLC，打开软件，选定合适的通信端口。首先用软件远程使PLC停止工作，RUN灯熄灭。然后把编好的程序写入PLC，再用软件启动PLC，发现PLC的RUN指示灯亮，程序运行时，按下启动按钮X1，置位状态寄存器S20，控制进水阀开始进水。由外部跟定液位信号，比如选定高水位洗涤，则闭合X3,过一会儿再闭合X7，相当于已达到高水位，从而置位S21，S20自动复位，关闭进水，同时启动T0计时器暂停2s。计时完毕，T0常开点闭合，置位S22，洗衣机开始正转，并开启T1计时器计时30s。计时完毕，T1常开点闭合，置位S23，开启暂停2s的T2计时器。计时完毕，T2常开点闭合，置位S24，控制电动机反转，同时开启T3计时器计时30s。计时完毕，T3常开点闭合，从而置位S25，开启暂停2s计时器T4。计时到时，并启动计时器C0，计数一次，同时返回S22，直到计数器计到5次时，即正反转320s后，置位S26，开始排水.当排空后，X11有信号，从而置位S27,启动脱水，并保持排水，同时开启T5计时器计时30s。计时到时，T5常开点闭合，C1计数一次，同时返回S20，直到C1计时3次时，即反复洗涤三次后，C1常开点闭合，置位S28，开启报警电路，扬声器发出响声提示洗衣完成，同时启动T6计时器，控制报警声3s后停止，之后返回到S0,程序停止。在每一步顺序运行时，上一步的状态寄存器均自动复位。在程序运行中，闭合X2，各状态寄存器均无信号，通过选择手动排水和手动脱水档位，可实现手动排水和手动脱水功能。若要实现轻柔洗功能，需添加X0作为轻柔洗档位，把X1设为标准洗档位，轻柔洗的过程可以通过一些计时器把正反转的时间设定的小一些。编程和上述基本类似。设计心得经过将近一周的全自动洗衣机PLC课程设计，让我收获颇丰，不仅熟悉了全自动洗衣机的工作过程，还学会了使用步进指令。步进指令简单，直观，易于阅读，使用它来控制洗衣机的工作过程，真的很是方便。从图书馆借来的PLC应用技术易读通一书中，有很多和老师布置课题相似的题目，其中有音乐喷泉控制系统，三相步进电机控制系统等，也有全自动洗衣机控制，不过其是用SFC图来控制的，而且I/O点数很少，我参考着课本上的例子，把它转化成步进梯形图，然后又在此基础上不断进行扩展修改，最终完成梯形图的编程，当时很有成就感，就决定把书上的那些实例复印下来，方便自己以后好好研究。几天的课程设计，让我加深了对PLC的认识和理解，也知道了PLC应用于工业控制的优点所在，更重要的是让我看到了自己知识的匮乏，也坚定了以后要不断的学习，不断的向身边的人虚心请教，同时要借助于图书馆和网络来扩充自己的知识面的决心。也只有这样，在以后的社会竞争中，自己才能有立足之地，才能有所作为。参 考 文 献1 谢文辉,张志芳. PLC应用技术易读通. 北京：中国电力出版社，20082 常晓玲. 电气控制系统与可编程控制器. 北京：机械工业出版社，2008.23 贺哲荣,石帅军. 流行PLC实用程序及设计（三菱FX2系列）. 西安：西安电子科技大学出版社，2006.3