全自动洗衣机的plc控制.docx

1、全自动洗衣机的plc控制PLC课程设计 全自动洗衣机的PLC控制姓 名： 张 桃学 号：2009401020113专 业：电气工程及其自动化成 绩：指导教师： 刘冬梅二O一一年十二月十九日至二十三日目 录 绪论一、概述.1PLC的基本知识.1 1、 PLC的分类.1 2、 PLC的特点.3 3、 PLC的发展.3 4、 PLC的国内外状况.3 5、 PLC的未来展望.4二、全自动洗衣机的原理.51、 全自动洗衣机的组成.52、 全自动洗衣机的工作原理.63、 全自动洗衣机的发展.7三、设计任务和要求.91、 全自动洗衣机的动作流程图.92、 全自动洗衣机的控制要求.11四、系统硬件设计.111

2、、 I/O地址分配表.112、 PLC外部接线图.12五、系统软件设计.121、 梯形图及其控制说明.12六、课程设计总结.15致谢 .16附录 全自动洗衣机PLC程序控制指令表.17参考文献.20摘要：全自动洗衣机的PLC控制系统为一典型的模拟全自动洗衣机工作的系统，根据其工作过程的各个步骤，采用PLC编程语言对其工作工程进行编程，在此过程中，会使程序不断调试和逐步被优化，这样也能便于解决更多全自动洗衣机在实际应用中的问题。在洗衣机工作过程中每个步骤几乎都是分开的，因此我们可以采取步控指令的方法以及基本指令、定时指令和计数指令相结合来控制洗衣机的整个控制过程，采用文中步控指令虽然复杂，但是直

3、观明了，便于理解。随着科学技术的不断进步和社会的飞速发展，洗衣机成为了人们生活中中必不可少的电器产品。洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用三菱公司生产的PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机的 、节能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间也相应缩短。绪论目前自动洗衣机已成为每个家庭所必需的电器， 随着它的畅销出现了各种各样的全自动洗衣机，该设计实现了洗衣机由进水，洗涤，排水，脱水，报警到自动停机的循环过程设计了相应的系统软件。在工业系统控制中广

4、泛应用的 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连网功能，因此在运用中，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很简单，因此在该设计中采用了 PLC 来实现全自动洗衣机的工作过程。 该系统由可编控制器，通过计算机和PLC主机模块等控制元件的组成，可编控制器完成整个系统逻辑控制，各运行相关参数传送与读写，设备运行状态显示功能。全自动洗衣机利用可编程控制器， 计算机和PLC的主机模块等自动化产品的有机结合来实现对全自动洗衣机的自动模拟控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水，洗涤模式，洗涤时间，洗衣的循环次数的设定，可编控制器通讯功

5、能的运用，主机模块的读入和写出的运用进行有机的组合与设计。 此论文主要介绍全自动洗衣机的工作原理，然后对其工作过程进行控制模拟以及其工作过程中出现的常见问题进行故障的排除。利用可编控制器 PLC 编程运行并实现对全自动洗衣机的控制。本次设计基于PLC的全自动洗衣机的控制，本文的课题源自于市场上的洗衣机产品，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，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接口部件，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

6、作。因为它是整体模块，集中的驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网的功能，所以在使用中硬件相对简单，并且调试也相对容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性和控制系统的可靠性。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。一、 概 述第一节 PLC的基础知识1、1 PLC的分类PLC 的构成从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块 可以按照一定规则组合配置。CPU 的构成

7、 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据， 用扫描的方式采集由现场输 入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部 电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中 逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关 的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总 线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程 序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。

8、 在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应 有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指 令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指 挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工 作。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO 数量及 软件容量等，因此限制着控制规模。 I/O 模块 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成 了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反

9、映输出锁存器状 8 基于 PLC 全自动洗衣机系统控制 态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为 开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO） 等模块。 常用的 I/O 分类如下： 开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器 隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型 （0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、

10、脉冲等模块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管 理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。 同时， 有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。 电源输入类型有： 交流电源 （220VAC 或 110VAC） 直流电源 ， （常用的为 24VDC） 。 底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 PLC 系统的其它设备 编程设备：编程器是

11、 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件， 用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它 不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算 机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式 的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面 非常普及。PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、 传送生产和管理数据。 因此， 网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控 制器的观点说法

12、。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的 整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232 接口，还有一些内置有支持各 自通信协议的接口。PLC 的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、 PROFIBUS 或工业以太网进行联网。 9 德州职业技术学院毕业设计论文PLC 的基本原则 1 最大限度的满足被控对象的控制要求。 2 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。 3 保证控制系统安全可靠。 4 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择 PLC 容量时应适当留有余

13、量。 3 PLC 软件系统及常用编程语言。 PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类。 1开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑 控制、 顺序控制， 既可用于单台设备的控制， 也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和 速度等都是模拟量。 为了使可编程控制器处理模拟量

14、， 必须实现模拟量 （Analog） 和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接 用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构， 现在一般使用专用的运动控制 模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电 梯等场合。 4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计 算机

15、，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭 环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶 10 基于 PLC 全自动洗衣机系统控制 金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、 数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这 些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用 通信功能传送到别的智能装置，或

16、将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制 系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食 品工业中的一些大型控制系统。 6 通信及连网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。 随着计算机控制 的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能， 纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 1、2 PLC 的特点 1 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

17、的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一 些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说， 使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接 点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障 自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以 编入外围器件的故障自诊断程序， 使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障 自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形

18、成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用 于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的 数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力 的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3 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。它接口容易， 编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器 电路图相当接近， 只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就

19、可以方便地实现继电器 电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从 事工业控制打开了方便之门。 4 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。5 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g, 功耗仅数瓦。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、3 PLC 的发展 在

20、工业生产过程中， 大量的开关量顺序控制， 它按照逻辑条件进行顺序动作， 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上， 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公 司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电 路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一 代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器 的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Contr

21、oller（PLC）。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网 络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过 程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编 程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1、4 PLC 的国内外状况 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于 当时的元器件条件及

22、计算机发展水平， 早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集 成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代初出 现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送 及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电 器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的 梯形图作为主要编程语言， 并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命 5 德州职业技术学院毕业设计论文 名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，

23、计算机技术已 全面引入可编程控制器中， 使其功能发生了飞跃。 更高的运算速度、 超小型体积、 更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现 代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广 泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系 列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量 日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从 控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生 了各种各样的特殊

24、功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场 合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编 程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石 油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最 初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。 接下来在各种企业的生产设备及产 品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。 上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、 大连组合机床研究所生产的 S

25、系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产 品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海 乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我 国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。 1、5 PLC 未来展望21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多 地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智 能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从 产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备 的通信设备会更好地适应各种工

26、业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产 多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破， 会出现少数几个品牌垄断国际 市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制 器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展 方向。目前的计算机集散控制系统 DCS（Distributed Control 6 基于 PLC 全自动洗衣机系统控制 System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控 制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分， 将在工业及工业以外 的众多领域发挥越来越大的作用。二、全自动洗衣机原理2、1全自动洗衣机

27、的组成全自动洗衣机（如图2.1）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是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，经进水管将水注入外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排除到机外。洗涤正转和反转由洗涤电动机驱动波盘正反转来实现，此时脱水桶并不能旋转。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

28、按钮用来实现手动排水。2、2全自动洗衣机的工作原理洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在

29、着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。 智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。当洗衣桶内衣物的多少和质地不同，而注入水使其达到相同的水位时，其总重量是不同的。利