河南理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書PLC課程設(shè)計(jì)論文題目：全自動洗衣機(jī)PLC控制指導(dǎo)教師： 姓名學(xué)號班級完成日期：2012-6-2024摘要根據(jù)全自動洗衣機(jī)的工作原理，利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)控制，說明了PLC控制的原理方法，特點(diǎn)及控制洗衣機(jī)的特色。針對典型全自動洗衣機(jī)的實(shí)際控制要求，運(yùn)用三菱PLC順序控制步進(jìn)STL指令編程方法，在I/O分配的基礎(chǔ)上，進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)，并對程序運(yùn)行功能予以分析說明。本全自動洗衣機(jī)設(shè)計(jì)分配有12個輸入點(diǎn)和7個輸出點(diǎn)，采用了7個定時器對電機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行定時，2個計(jì)數(shù)器對洗衣機(jī)進(jìn)行循環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了注水-洗滌-排水-脫水自動控制。經(jīng)過PLC上機(jī)模擬調(diào)試，與實(shí)際控制要求完全一致。關(guān)鍵詞：全自動洗衣機(jī)；PLC控制。AbstractAccording to the work principle of the full-automatic washer, make use of the programmable logical controller PLC realization control, explain the principle method of the PLC control, the special features of the characteristics and the control washer. In view of the typical completely automatic washer actual control request,step-by-steps the STL instruction programming method using the Mitsubishi PLC sequential control,in the I/O assignment foundation carries on the PLC trapezoidal chart programming,and analyzes the explanation to the procedure movement function. This fully automatic washing machine design distribution have 12 input points and seven output points, the seven timer to turn for timing motor, two counter cycle of washing machine control and realized water injection-washing-drainage-dehydration automatic control.After the PLC hands-on simulation debugging is completely consistent with the actual control request.Key words: full-automatic washer   PLC control. 目錄前言51、系統(tǒng)描述61.1 PLC選型61.1.1 概述61.1.2 I/O 模塊及點(diǎn)數(shù)61.1.3 PLC 輸出類型選擇7圖1 整體框架82、資源分配92.1 I/O分配表92.2 所用定時器計(jì)數(shù)器介紹93、硬件電路103.1 控制主回路103.2 I/O接線圖1111圖3 I/O接線圖114 、軟件分析114.1 軟件設(shè)計(jì)思路114.2 程序流程圖134.3 順序功能圖144.4 梯形圖程序16圖 6 梯形圖225、心得體會236、參考文獻(xiàn)247、致謝24前言從古至今，洗衣服都是人類生活中不可避免的一項(xiàng)家務(wù)勞動。然而隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，洗衣服也逐漸被機(jī)器所替代。從1874年至今，洗衣機(jī)經(jīng)歷了普通型、半自動型、自動型等類型，然而無論是波輪式、攪拌式還是滾筒式，都在朝著智能化，水流方式多樣化，洗衣機(jī)方式創(chuàng)造化，設(shè)計(jì)更趨人性化方向發(fā)展。如今智能化的控制已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的工業(yè)控制，尤其是PLC的出現(xiàn)與發(fā)展帶來了洗衣機(jī)的春天。與以往的洗衣機(jī)相比，PLC控制具有：抗干擾性強(qiáng)，可靠性高實(shí)現(xiàn)功能齊全，外圍電路簡單易學(xué)易用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造工作量小，時間計(jì)算精確，維護(hù)方便智能化、實(shí)時監(jiān)控、人性化等優(yōu)點(diǎn)。這次課程設(shè)計(jì)主要采用PLC控制技術(shù)來設(shè)計(jì)全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，使得全自動洗衣機(jī)工作效率大大提高。同時，洗衣機(jī)的操作更加簡單方便，有利于人們快速學(xué)習(xí)與使用。該系統(tǒng)采用PLC 為控制核心結(jié)構(gòu)合理、測試方法可靠，它具有較強(qiáng)的靈活性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，保證新產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)開發(fā)的同步性，提高了勞動效率，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效果。此外，PLC 可以重復(fù)使用，降低了測試經(jīng)費(fèi)。它的靈活性、操作方便性也方便測試者隨時輸入、調(diào)試和修改控制程序。PLC 又設(shè)有串行接口，方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，組成測控系統(tǒng)，給系統(tǒng)的維護(hù)和使用帶來了很大方便。1、系統(tǒng)描述1.1 PLC選型1.1.1 概述1、邏輯控制功能：邏輯控制功能是 PLC 最基本功能之一,是 PLC 最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可取代傳統(tǒng)的 繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機(jī)控制、多機(jī)群控和自動生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例。 2、定時控制功能：定時控制功能是PLC 的最基本功能之一。PLC 中有許多可供用戶使用的定時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設(shè)定值(定時時間)可以在編程時設(shè)定，也可以在運(yùn)動過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準(zhǔn)確實(shí)時控制。 3、計(jì)數(shù)控制功能：計(jì)數(shù)控制功能是 PLC 的最基本功能之一。PLC 為用戶提供許多計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某一數(shù)值時，產(chǎn)生一個狀態(tài)信號(計(jì)數(shù)值到)，利用該狀態(tài)信號實(shí)現(xiàn)對某個操作的計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時設(shè)定，也可以在運(yùn)行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改。 1.1.2 I/O 模塊及點(diǎn)數(shù) 輸入/輸出接口通常也稱 I / O 單元或 I / O 模塊，是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間 的連接通道。 PLC 輸入接口-用戶設(shè)備需輸入 PLC 的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、 選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量(要通過模數(shù)變換進(jìn) 入機(jī)內(nèi))等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理單元能夠接收和處理的信 號，用這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)。 PLC 輸出接口-路將中央處理單元送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電 信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 I / O 接口的作用：電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC 內(nèi)部 CPU 的處理的信號是標(biāo)準(zhǔn)電平信號。 I / O 接口的類型：開關(guān)量輸入/輸出接口模擬量輸入/輸出接口輸入/輸出 （I/O）點(diǎn)數(shù)：PLC 的I/O點(diǎn)數(shù)是指 PLC 的I/O 接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)的總和。本次設(shè)計(jì)的全自動洗衣機(jī)需要 8 個輸入點(diǎn)，11 個輸出點(diǎn)。 1.1.3 PLC 輸出類型選擇 PLC 的輸出類型有繼電器和晶體管兩種類型，兩者的工作參數(shù)差別較大， 1、繼電器和晶體管輸出工作原理繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動控制電路中。電磁式繼電器是一種機(jī)電元件，通過機(jī)械動作來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)的通斷，是有觸點(diǎn)元件。晶體管是一種電子元件，它是通過基極電流來控制集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通。它是無觸點(diǎn)元件。 2、繼電器與晶體管輸出的主要差別：由于繼電器與晶體管工作原理的不同，導(dǎo)致了兩者的工作參數(shù)存在了較大的差異。 （1）驅(qū)動負(fù)載不同 繼電器型可接交流 220V 或直流 24V 負(fù)載，沒有極性要求；晶體管型只能接直流24V負(fù)載，有極性要求。繼電器的負(fù)載電流比較大可以達(dá)到 2A，晶體管負(fù)載電流為0.2-0.3A。同時與負(fù)載類型有關(guān)。 （2）響應(yīng)時間不同繼電器響應(yīng)時間比較慢（ 約 10ms-20ms ）晶體管響應(yīng)時間比 較快約，0.2ms-0.5ms，Y0、Y1甚至可以達(dá)到 10 us。 （3）使用壽命不同繼電器由于是機(jī)械元件受到動作次數(shù)的壽命限制，且與負(fù)載容量有關(guān)，隨著負(fù)載容量的增加，觸點(diǎn)壽命幾乎按級數(shù)減少。晶體管是電子原件只有老化，沒有使用壽命限制。3、繼電器與晶體管輸出選型原則繼電器型輸出驅(qū)動電流大，響應(yīng)慢，有機(jī)械壽命，適用于驅(qū)動中間繼電器、接觸器的線圈、指示燈等動作頻率不高的場合。晶體管輸出驅(qū)動電流小，頻率高，壽命長，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長的應(yīng)用場合。在高頻應(yīng)用 場合，如果同時需要驅(qū)動大負(fù)載，可以加其他設(shè)備（如中間繼電器，固態(tài)繼電器等）方式驅(qū)動。 綜上所述：全自動洗衣機(jī)控制采用三菱公司的 FX2N 系列整體式PLC。根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ，故選擇PLC的型號為FX2N-32MR001。1.2 全自動洗衣機(jī)系統(tǒng)概述本設(shè)計(jì)是以三菱FX2N系列PLC為控制器。全自動洗衣機(jī)基本結(jié)構(gòu)由進(jìn)水口、輕柔洗標(biāo)準(zhǔn)洗開關(guān)、停止按鈕、內(nèi)桶、外桶、波盤、控制器、排水按鈕、高水位選擇開關(guān)、中水位選擇開關(guān)、低水位選擇開關(guān)、排水口、洗滌電機(jī)、脫水按鈕等構(gòu)成。當(dāng)給洗衣機(jī)通電時，X1作為標(biāo)準(zhǔn)洗和輕柔洗選擇開關(guān)。當(dāng)選擇標(biāo)準(zhǔn)洗時，洗衣機(jī)將按照標(biāo)準(zhǔn)洗流程工作，選擇輕柔洗時按照標(biāo)準(zhǔn)洗流程工作。標(biāo)準(zhǔn)洗與輕柔洗的區(qū)別是在工作時電機(jī)正傳與反轉(zhuǎn)的時間不同，輕柔洗的時間少?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：入機(jī)接口 輕柔洗、標(biāo)準(zhǔn)洗 選擇開關(guān) 停止按鈕 高水位選擇開關(guān) 中水位選擇開關(guān) 低水位選擇開關(guān) 手動排水開關(guān) 手動脫水開關(guān) 脫水完畢按鈕輔助元件 電磁進(jìn)水閘線圈 電磁排水閘線圈 接觸器線圈PLC執(zhí)行元件 電磁進(jìn)水閘 電磁排水閘 洗滌電動機(jī) 蜂鳴器傳感器 高水位浮球開關(guān) 中水位浮球開關(guān) 低水位浮球開關(guān) 水排空浮球開關(guān) 圖1 整體框架2、資源分配2.1 I/O分配表輸入元件地址編號輸出元件地址編號啟動切換開關(guān)X1啟動洗衣機(jī)Y0停止切換開關(guān)X0進(jìn)水閥控制Y1高水位X2電機(jī)正轉(zhuǎn)Y2中水位X3電機(jī)反轉(zhuǎn)Y3低水位X4排水控制Y4排空檢測傳感器X5脫水控制Y5高水位檢測傳感器X6報(bào)警控制Y6中水位檢測傳感器X7低水位檢測傳感器X10手動排水X11手動脫水X12手動脫水完畢按鈕 X13表1 I/O分配表2.2 所用定時器計(jì)數(shù)器介紹標(biāo)準(zhǔn)洗流程共用到7個定時器，2個計(jì)數(shù)器。T0：在進(jìn)水達(dá)到指定位置時，停止進(jìn)水，定時器到兩秒時電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，洗衣機(jī)開始攪拌洗衣。T1：此定時器為電機(jī)在轉(zhuǎn)動時正轉(zhuǎn)30秒定時。T2：電機(jī)正轉(zhuǎn)30秒后，要停兩秒，此定時器為定時2秒。T3：電機(jī)反轉(zhuǎn)30秒定時作用。T4：電機(jī)反轉(zhuǎn)30秒后，停2秒定時作用。T5：脫水30秒定時作用。T6：脫水完成后定時報(bào)警2秒作用。C0：循環(huán)5次正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)計(jì)時作用。C1：循環(huán)兩次洗衣過程。3、硬件電路3.1 控制主回路洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥執(zhí)行。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機(jī)驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。脫水時，由脫水電磁離合器合上、排水電磁閥吸合，洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報(bào)警。全自動洗衣機(jī)的線路是由主回路和控制回路組成的。 主回路如圖2所示： 圖2 控制主回路為防止全自動洗衣機(jī)在工作過程中，電路發(fā)生短路，損壞電動機(jī)和電路中的各種電氣設(shè)備，因此在主電路中安裝了熔斷器，當(dāng)電路出現(xiàn)短路故障時，能迅速、可靠的斷開電源。全自動洗衣的電機(jī)容量較小，主電路中的熔斷器可同時作為控制電路的短路保護(hù)，所以在主電路中使用熔斷器就足夠了。3.2 I/O接線圖通過PLC來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，并且實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)按預(yù)先設(shè)置的程序自動執(zhí)行，完成洗衣。當(dāng)需要手動排水與脫水時，可強(qiáng)制止自動程序的運(yùn)行，跳出自動切換到手動操作。圖3 I/O接線圖4 、軟件分析4.1 軟件設(shè)計(jì)思路由于采用梯形圖或指令表方式來編程已為廣大電氣技術(shù)人員所接受，但是對于步進(jìn)控制程序的編寫，難度將大大增加。且各個元件之間的連鎖、互動關(guān)系極其復(fù)雜，畫出的梯形圖往往達(dá)到數(shù)百航，通常要由熟練地電氣工程師憑借經(jīng)驗(yàn)才能完成。另外，如果不再提醒圖上加注是，程序的可讀性也很差。因此為了解決這一問題，三菱可編程控制器引入了順序功能圖（SFC）。借助這一先進(jìn)的編程方法，初學(xué)者也能方便地編寫出復(fù)雜的稅控程序，有效解決了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法所存在的問題，在提高設(shè)計(jì)效率的同時方便了程序的修改、閱讀、調(diào)試。因此本設(shè)計(jì)是以順序功能圖為基礎(chǔ)。編寫好順序功能圖程序后，可以利用編程軟件自動轉(zhuǎn)化為順序功能圖或指令表。采用的軟件是三菱公司的GX Developer編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。順序功能圖設(shè)計(jì)思路：利用M8002進(jìn)行初始化，X1是一個選擇開關(guān)，當(dāng)X1打到標(biāo)準(zhǔn)洗檔位上時，洗衣機(jī)按照標(biāo)準(zhǔn)洗流程工作，當(dāng)打到輕柔洗檔位時，洗衣機(jī)按照輕柔洗流程工作。標(biāo)準(zhǔn)洗與輕柔洗區(qū)別在于電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)時間不同。接著開始進(jìn)水，選擇不同的水位開關(guān)（X2、X3、X4），注水量將不同。進(jìn)水完成，等待2秒后電機(jī)開始正轉(zhuǎn)30秒，停兩秒，再反轉(zhuǎn)30秒，停兩秒，如此往復(fù)5遍。完成5遍之后排水，在這一步要復(fù)位計(jì)數(shù)器C0，同時在這一步利用X0可以選擇手動排水和手動脫水，X0為選擇開關(guān)。排水完畢后（利用的是排空檢測傳感器X5），接下來是脫水30秒，完成后返回到S20步，循環(huán)執(zhí)行2遍。整個洗衣過程完畢，接下來是報(bào)警3秒后自動關(guān)機(jī)。手動排水時：排空后按下X12手動脫水按鈕，開始手動脫水，脫水完畢按下按鈕X13，手動脫水完畢。4.2 程序流程圖注水高（中、低）水位，停水停2S電機(jī)正傳30s停2S初始狀態(tài)電機(jī)反傳30s停2S循環(huán)5次排水脫水30s循環(huán)2次清洗完成，報(bào)警3s手動排水手動脫水停機(jī)圖4 程序流程圖1、按下啟動按鈕及水位選擇開關(guān)，注水直到高（中、 低）水位，關(guān)水。2、2s后開始洗滌。3、洗滌時，正轉(zhuǎn)30s，停2s，然后反轉(zhuǎn)30s，停2s。4、如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s。5、開始清洗，重復(fù)（2）（5），清洗兩遍。6、清洗完成，報(bào)警3s并自動停機(jī)。7、按下停止按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計(jì)數(shù)）。4.3 順序功能圖由于標(biāo)準(zhǔn)洗和輕柔洗流程大致相同，只是時間不一樣。因此在這里給出了標(biāo)準(zhǔn)洗的順序功能圖：圖 5 順序功能圖4.4 梯形圖程序以下為在編寫好順序功能圖之后，轉(zhuǎn)化來的梯形圖程序，如圖7。圖 6 梯形圖5、心得體會經(jīng)過一周的努力我們的全自動洗衣機(jī) PLC 課程設(shè)計(jì)終于完成了,讓我們收獲頗豐，不僅熟悉了全自動洗衣機(jī)的工作工程，還更加了解了梯形圖編程。一段時間的課程設(shè)計(jì)，讓我們加深了對PLC 的認(rèn)識和理解，也知道了PLC應(yīng)用于工業(yè)控制的優(yōu)點(diǎn)所在，更重要的是讓我們看到了自己知識的匱乏，也堅(jiān)定了以后要不斷的學(xué)習(xí)，不斷的向身邊的人虛心請教， 同時要借助于圖書館和網(wǎng)絡(luò)來 擴(kuò)展自己的知識面的決心。也只有這樣，在以后的社會競爭中，我們才能有立足之地，才能有所作為。另外通過本次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。這次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個全自動洗衣機(jī)控制，自行設(shè)計(jì)這對我們將來踏上工作崗位是非常有幫助的。于是本次設(shè)計(jì)過程中我們完全按照軟件設(shè)計(jì)步驟的要求來進(jìn)行，從課題分析開始，再進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì),最后到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。每一步都讓我們將理論學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用到實(shí)踐中去。也使我們掌握了一整套規(guī)范的設(shè)計(jì)操作流程。 經(jīng)過挑選與對比，我們最終決定選擇全自動洗衣機(jī)設(shè)計(jì)，而放棄交通燈設(shè)計(jì)，讓自己挑戰(zhàn)新的方面。在課題分析階段，由于本次是設(shè)計(jì)一個PLC控制系統(tǒng)，所以對其中的PLC的工作分析尤為重要。對指導(dǎo)老師提供的資料必須要吃透，這是關(guān)鍵。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，首先考慮各電路模塊的主要功能及軟件的設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行安裝調(diào)試。其次，將寫好的程序進(jìn)行上機(jī)調(diào)試，這時很容易出錯，經(jīng)過我們的多次修改與驗(yàn)證才成功。 在設(shè)計(jì)過程中，我們通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計(jì)中我們懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我們獨(dú)立工作與合作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。雖然這個設(shè)計(jì)做的不是十分完美，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，將使我們終身受益。6、參考文獻(xiàn)1 魏志精.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ)【M】電子工業(yè)出版社,20032 董愛華.可編程控制器原理及應(yīng)用【M】中國電力出版社20093 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20034 李國厚.PLC原理及應(yīng)用設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社,20055 吳存宏.淺談PLC在全自動洗衣機(jī)中運(yùn)用J.設(shè)計(jì)與開發(fā),19997、致謝本次課程設(shè)計(jì)是針對這一學(xué)期所學(xué)的知識聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行綜合性的電路設(shè)計(jì)，在這期間我們也碰到了一些問題，后來經(jīng)過查詢資料向同學(xué)請教以及我們?nèi)司难芯颗c討論都一一解決。經(jīng)過一周的努力，我們設(shè)計(jì)出屬于自己的產(chǎn)品，都有很大的成就感。通過此次設(shè)計(jì)，我們的經(jīng)驗(yàn)都豐富不少。感謝在這次設(shè)計(jì)中給予我們支出和幫助的人。最后祝指導(dǎo)老師工作順利，身體健康，開心每一天。