河南工业大学电气控制与PLC课程设计Word文件下载.docx

1、1）PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动；2）启动时开始进水；3）水满（上限位）时停止进水并开始洗涤正转；4）正转30s后暂停；5）暂停2s后开始洗涤反转；6）反转30s后暂停；7）暂停2s后，若正、反转未满5次时，返回从正洗开始的动作；8）暂停5s后，若正、反洗涤满5次时则开始排水；9）水位下降到低水位时开始脱水井继续排水；10）脱水30s即完成一次从进水到排水的大循环过程；11）若完成2次大循环，洗完报警3s后自动停机；12）可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警；输入点： 输出点： 启动 x1 低水位检测 x11 启动洗衣机 y1 停止 x2 手动排水 x12 进水阀

2、 y2 高水位 x3 手动脱水 x13 正转 y3 中水位 x4 反转 y4 低水位 x5 排水 y5 排空检测x6 脱水 y6 高水位检测 x7 报警 y7中水位检测 x102 . 方案论证2.1控制系统的比较 PLC系统的特点： 1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。 2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同

3、的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。 3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。单片机系统的特点：1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。3）功能单一只具有使用中所需要的功能。但是，它结构简单，处理速度快。2.2洗衣机的PLC

4、控制系统概述全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图2.1所示：图2.1 PLC控制系统的硬件组成框图3硬件设计电气控制线路的原理草图QS断路开关家用可采用HZ10系列组合开关，主要用于电源的引入。FU熔断器是简单有效的保护电器，可选用半封闭插入式熔断器。KW接触器选用CJ12T-250系列交流接触器，额定电流250A。FR热继电器是一种保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，以防止电动机因上述故障导致过热而损坏。常用JR16、JR20、JRS1系列热继电器，本次设计采用JR16,额定电压380V，额定电流150A。M1

5、、M2分别为进水电机和洗涤电机。X3、X4、X5、SB0为四触头两档万能开关。SB1是手动脱水开关。X7、X10、X11分别为高、中、低位水位检测压力传感器输入信号控制开关。T0、T1、T2、T3分别为时间继电器，采用空气式时间继电器，其具有结构简单、调整方便、价格较低等优点。本次设计我们采用JS23系列空气时间继电器，线圈额定工作电压直流220V，延时范围0.2-0.3/s。如图3.1所示为系统电气控制原理图： 图3.1所示为系统电气控制原理图3.1全自动洗衣机的原理和构造全自动洗衣机在结构上大致可分为3中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。我国的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类

6、型以波轮式为主，其他类型为辅。省水，省洗衣粉。滚筒式洗衣机不需要水位高过衣物，从而可节约用水，并可减少洗衣粉的投放量。此次设计的自动洗衣机是波轮式全自动洗衣机3.2洗涤脱水系统它主要有盛水桶，洗涤桶和波轮组成。盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。盛水桶固定在钢制底板上，通过4根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。电动机，离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称为内桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤或漂洗时配合波轮完成洗涤或漂洗功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机械作用的主要部件。按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在160mm左右）的涡

7、卷式水流和大波轮（直径在300mm左右）新水流两类。3.3排水和进水系统波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。波轮式全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置及电触点开关3部分组成，用来监视水位的高低。此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电磁阀在进，排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈

8、接通，形成磁场，电磁线圈吸合。自动打开香蕉阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，橡胶阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。3.4电动机及传动系统波轮式全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合器组成，离合器又有普通离合器和减速离合器两种。其中普通离合器用在采用小波轮的套桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。电动机同时作为洗涤和脱水时的动力源，普遍采用主，副绕组完全对称的电容式电动机。由于一般

9、全自动套桶洗衣机的额定洗涤容量较大，因此电动机的功率较大。采用减速离合器的全自动套桶洗衣机传动系统的原理框如图3.2所示：图3.2 采用减速离合器的全自动套桶洗衣机传动系统的原理框图电动机与固定在离合器下端的大传动带盘之间用V带传动。经第一级减速后大传动带盘得到150r/min的转速。当洗衣机处于洗涤或漂洗状态时，再经离合器内部的行星齿轮减速后，使波轮得到175r/min低转速。此时，洗涤（脱水）桶不动。当洗衣机处于脱水状态时，离合器输出的是未经减速的850r/min的高转速，驱动脱水桶和波轮作同步高速运转。对于使用普通离合器的小波轮套桶洗衣机来说，有区别的仅仅是离合器内部没有行星齿轮减速机构

10、，因此在洗涤或漂洗时其波轮的转速与脱水时的转速时相同的。3.5控制系统原理波轮式全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同，但电气控制系统主要有程序控制器，电动机，进水电磁阀，排水电磁阀，水位开关，安全开关及各种功能选择开关等组成的，控制的基本原理也都一样。全自动洗衣机能实现洗衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的“指挥”下进行的。如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”。如图3.3所示以程序控制器为核心的波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图。图3.3 波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图程序控制器中存储着多种程序，一旦

11、通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全

12、，运行可靠等优点。目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（单片机）控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图3.4所示：图3.4 全自动洗衣机各种动作典型的系统结构图PLC在系统中是处于中心位置，水位开关的PLC的输入信号控制开关，进水阀，排水阀和电动机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电动机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。3.6检测电路系统检测电路主要由各类传感器组成包括。在洗衣过程中起决定作用的物理量有衣量、衣质、水位、水温和浑浊度等,这些物理量都需要有适当的传感器

13、来获取信息,并转换成PLC能接收的电信号。按分类可分为四种类型传感器：（1）水位传感器（2）浑浊度传感器（3）衣质传感器（4）衣量传感器。3.7主要器件的选择元器件选择清单如图3.5所示：主要元器件的选择元件名称品牌型号数量电机三洋 YY104-180型号单相电容运转式电动机1水温传感器欧姆龙水温传感器CW121水位传感器双科BPY800水位传感器浑浊度传感器东西仪wi62276浑浊度传感器衣质传感器双科BPS316电阻式传感器可编程控制器松下FP0-C16型可编程控制器如图3.5元器件选择清单（1）电动机的选择由于家庭提供的电源限制故选单相电容运转式异步电动机。以3.6公斤全自动洗衣机为例，

14、由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这一偏心不能不考虑，所以计算时应以洗涤物可能产生前最大偏心为计算依据。脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定电机功率时应以脱水时消耗的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是该洗衣机所确定的电机额定功率。由于在计算时一些因素如电机转子的转动惯量等没考虑，造成一些偏差，所以3.6公斤全自动洗衣机电机额定功率选为180瓦。符合全自动洗衣机的功率范围120W250W。故选择YY104-180型号单相电容运转式电动机，功率180瓦,额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。（2）传感器的选择 水温传感器的选择水温检测可用热敏电阻或MTS102 半导体温度检测器

15、。洗衣机水温一般为4 40 ,在该温度范围内MTS102线性好,温度敏感,水温检测常选用它。水位传感器的选择对于PLC控制的洗衣机,要求水位的检测必须是连续的,谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC 作为传感器的敏感元件,将被测物体的变化转变为LC 参数的变化,最终以频率参数输出。其工作原理是将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力,驱动内腔上方的一块隔膜移动,带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动,从而线圈电感发生变化。由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。故常采用谐振式水位传感器。浑浊度传感器的选择浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。由红外发射管发出一定强度的红外光,红外接收管在溶液

16、的另一侧接收红外线。红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小,光电流经整形放大和数据处理后,就可以判断出水的浑浊程度。衣质传感器的选择衣质的检测一般在洗涤之前，且主要用来测定所洗衣物属于棉类还是化纤类。在一定水位的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。为了测出衣质,先加入一定的水并让电机转动,突然切断电源,由于惯性作用电机会维持短时间旋转。此时电机处于发电机状态,会产生一定感应电势并逐渐衰减到零。由于衰减速率与布阻抗有一定的线性关系,通过对定子绕组两端电热进行整流和检测,经光电隔离后形成脉冲,脉冲信号多，则布阻抗小,反之亦然。经过几次测量就可以判断出布阻抗,通过推理得出衣质

17、。故选择电阻传感器。3.8 可编程控制器外部设计（1）可编程控制器的选择根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算， 输人点数为6点，输出点数为6点；输人、输出信号都是数字量。增加20%备用量，以便随时增加控制功能：输入点数为： 6（1+20%）=7.2输出点数为：根据I/O点数，可选松下FP0-C16型可编程控制器，其输入点8点，输出点8点，扩展模块可用点数为16点。（2）可编程控制器I/O口分配如图3.6所示输入启动高水位传感器低水位传感器停止PLC输入X0X1X2X3X4X5输出Y0Y1Y2Y6Y3Y7Y4Y5PLC输出报警器进水控制阀正转高速洗涤正转低速洗涤反转高速洗涤反转低速洗涤排水

18、控制阀脱水图3.6 可编程控制器I/O口分配图（3）外围接线图如图3.7所示图3.7 可编程控制器外围接线图洗衣机要实现衣服的洗涤，漂洗和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作可以通过PLC控制来实现。同时加上开关和按钮，数码管显示器，蜂鸣报警器和欠电压检测保护电路等，就可以形成完整的PLC控制系统。通过软件编程达到对整个洗衣过程进行检测控制和用户交互。此外，在少数全自动洗衣机上，以继电器作各电气工作部件驱动电路的电源开关，由PLC控制继电器触点开关的通断，实现洗衣机的程序运转。4. 软件设计4.1 系统的顺序功能图设计全自动洗衣机工作原理：全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同

19、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，通过电动控制系统，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。4.2 控制系统顺序功能图如图4.1图

20、 4.1 全自动洗衣机控制系统顺序功能图PLC 投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。按下启动按钮时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水，2s后开始正转洗涤。正转洗涤30s后暂停，暂停2s后开始反转洗涤。反转洗涤30s 后暂停，暂停2s 后，若正、反洗涤未满5 次，则返回从正转洗涤开始的动作; 若正、反洗涤满5 次时，则开始排水。排水水位若下降到低水位时，开始脱水并继续排水。脱水30s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。若未完成2 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2 次大循环，则进行洗完报警。报警3s结束全部过程，自动停机。若按下停止按钮，可以手动

21、排水和手动脱水。4.3 控制系统的梯形图设计如图4.2所示：图4.2 PLC控制系统的梯形图按下启动按钮S1，X0 动合触点闭合，内部辅助继电器R10得电为“1”，同时R10动合触点闭合自锁; R10动合触点闭合使输出继电器Y1 得电为“1”，进水阀打开，开始注水。到高水位检测传感器，K1 闭合，使其动断触点X1 断开，进水阀关闭; 同时X1动合触点闭合，计时器T0开始通电计时，2s 后T0 动合触点闭合，输出继电器Y2 得电为“1”，洗衣机开始正转洗涤；同时计时器T1 得电，30s 后T1 动断触点断开，Y2 断电，正转洗涤停止。同时T1 动合触点闭合，计时器T2得电，2s后T2动合触点闭合

22、，输出继电器Y3得电为“1”，洗衣机开始反转洗涤，同时计时器T3得电，30s后T3动合触点闭合，T4 得电，2s 后T4 动合触点闭合，计数器CT100 计数1 次; T4 动断触点断开，计时器T0、T1、T2、T3、T4 失电复位，T4失电后其动断触点恢复闭合，T0得电，2s后，Y2得电，开始正转洗涤，如此循环5次，计数器CT100计数5次后，C100 动合触点闭合，输出继电器Y4 得电为“1”，排水阀打开排水，待排水至低水位检测开关K2时，输入继电器X2动断触点断开，Y4 失电为“0”，停止排水，同时X2 动合触点闭合，输出继电器Y5 得电为“1”，脱水电机运转，开始脱水，同时计时器T5

23、得电，30s 后T5 动断触点断开，Y5 失电为“0”，脱水停止; 同时T5 动合触点闭合，计数器CT101计数1 次。同时T5 动合触点闭合，使高水位进水阀打开注水，开始第2 次大循环，第2 次大循环结束后，计数器CT101 动合触点闭合，输出继电器Y0 得电为“1”，报警器报警，同时计时器T6 得电，3s 后T6 动断触点断开，Y0 失电为“0”，报警停止，自动洗衣过程完成。其中S2为手动排水按钮，S3为手动脱水按钮，S4 为手动停止按钮。5 系统调试1.硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本检测仪表检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可以分为静态调试与动态调试两步进行。（1）静态调试静

24、态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。包括检查外部的各种元件或者电路是否有断点。用万用表检测，先先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值。联机检测。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。（2）动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的期间内部故障、期间连接逻辑错误等的一种硬件检测。动态调试的一般方法是由近及远、有分到合。2.软件调试：软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程

25、序是否有逻辑错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序在进行调试，如此反复直至调试成功。设计心得通过本系统的设计，对三菱FX2N系列PLC的特点有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了三菱FX2N系列PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。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

26、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。但与此同时，该系统还有很多地方需要完善和进一步加强。例如，洗衣过程中有些衣物的洗涤对水温也有要求，这就需要添加个温度传感器，并把相应的程序添加进去；不同衣物洗涤时有不同的洗涤强度要求，这就要求全自动洗衣机在正常工作模式下有不同的工作模式，如“强洗”、“标准”、“轻洗”。随着现在人们生活的快节奏，对全自动洗衣机要求越来越高，有些高级白领和工作狂们就需要一台衣服放入洗衣机，设定参数后就能在一段时间后洗涤完毕，并且无需照看、添加洗衣粉，洗涤完毕就自动烘干，拿出来就可即穿的。这就需要对此进行软硬件进行

27、改进和升级。 经过这次课程设计我也学到了很多，不光是知识本身还有思维过程的锻炼。比如，在这次设计中我就发现自己的想法太片面，缺乏开放性，在电器匹配上存在不匹配。我明白了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，努力提高自己知识和综合素质。参考文献1 魏志精.可编程控制器应用基础【M】电子工业出版社,20033 潘月琴.全自动洗衣机的维修【M】北京科学技术出版社,20044 廖常初.PLC基础及应用北京：机械工业出版社,20035 李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,20056 潘海燕.波轮式全自动洗衣机的单片控制J.电子世界，2003（3）7 王玉梅.全自动洗衣机的模糊控制系统J.潍坊学院学报,20008 倪远平模糊控制器的硬件电路实现J电工技术,1998