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1、电气控制与PLC课程设计题 目: 全自动洗衣机梯形图控制系统设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计地点： 设计时间： 成绩：指导老师签名：日期： 系统描述及控制要求1.1 系统描述在现在的各种控制系统中，PLC的应用是最为广泛的，因为其能克服当今大多数控制器的缺点，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联网功能于一体。在应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相对简单。因此本次课程设计中，全自动洗衣机采用PLC控制系统控制，将大大提高工作效率，系统运行的可靠性、稳定性以及适应工作环境的能力。PLC控制器控制端口输出，控制电机
2、接触器线圈输出，以达到控制电机的工作或停止。两个电机，一个电机应用于洗涤另一个电机用于抽水进水装置。四个传感器分别用来检测排空检测、高水位检测、中水位检测、低水位检测。检测信号输入到PLC中相应的开关作为工作输入信号。多路转换开关由人们操作制定其工作模式，多个按钮来控制电源接通或断开。1.2 控制要求1）按下启动按钮及水位选择开关2）注水直到高（中、 低）水位，关水3）2s后开始洗涤4）洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s5）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s6）开始清洗，重复（2）（5），清洗两遍7）清洗完成，报警3s并自动停机8）若按下停车按扭，可手动排水
3、（不脱水）和手动脱水（不计数）2 设计方案2.1 控制器的选择 可编程控制器是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置；它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量进行逻辑运算、定时、计算和算术运算等处理后，以开关量的形式输出，控制各种机械或生产过程。 可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于它具有以下特点：1）可靠性高、抗干扰能力强 用软件实现大量的开关量逻辑运算，克服了因继电器触头接触不良而造成的故障；输入采用直流低电压，更加可靠、安全；面向工业环境设计，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适用于各种恶劣的环境，远远超过了传统的继电器控制系
4、统和一般的控制系统。2）编程简单、易于掌握 PLC采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似，具有直观、简单、易于掌握的优点。3）功能完善、灵活方便 随着PLC技术的不断发展，其功能更加完善，不仅具有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，而且还具有模拟量处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。既可单机使用，也可联网运行；既可集中控制，也可分布控制或者集散控制。而且在运行过程中，可以随时修改控制逻辑，增减系统的功能。4）体积小、质量轻、功耗低 由于使用了单片机等集成芯片，其体积小、质量轻、结构紧凑、功耗低。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，可靠性不如PLC。2）
5、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。通过方案论证、比较可以得出：PLC的控制系统在可靠性、抗干扰能力、稳定性方面要优于单片机控制系统。为此，我们做的课程设计中使用的控制器是PLC，选PLC作为全自动洗衣机控制器比较好，而且在设计中的PLC我们选的是日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC。本次设计所使用的控制器是日本三菱公司生产的FX2N系列PLC，它由中硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统主要包括：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出（I/O）接口电路、电
6、源、扩展单元、外围设备等部分构成；软件系统主要包括系统程序和用户程序两部分组成。可编程控制器的主要性能指标：1）输入输出（I/O点数） I/O点数是指可编程控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。2）存储容量 存储容量是指可编程控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。3）扫描速度 一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用us/步。4）功能扩展能力 可编程控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如A/D模块、D/A
7、模块、位置控制模块等。5）指令系统 指令控制系统是指一台可编程控制器指令总和，它是衡量可编程控制器功能强弱的主要指标。2.2工作原理及系统组成框图工作原理：由开关设置洗衣机的洗衣模式，然后经传感器检测水位，并将检测的水位信号输入PLC，经PLC计算、延时等处理，判断是否满足开关量输出，如果满足则控制电机进行相应的工作，进行进水或洗涤；同时相应的指示灯亮指示相应洗衣机运行状态。系统的组成框图主要由以下几部分组成：（1）压力传感器，分别用于进行排空检测、高水位检测、中水位检测、低水位检测；（2）开关，由人为控制接通，分别有高水位按钮、中水位按钮、低水位按钮，分别对应不同的洗衣模式；（3）PLC控制
8、器，用来接收外部开关控制信号和传感器控制信号，进行逻辑运算、计数等处理后，以开关量输出，控制电机运转或停止；（4）交流电机，分用于进水和洗涤工作两种电机；（5）各种指示灯，用来指示洗衣机运行状态。2.3 硬件的选择2.3.1 传感器全自动洗衣机控制系统的设计中，用到了几种传感器。首先是压力传感器，用于排空检测，当洗衣机内的水排空时，压力传感器上的压力为零，将检测的信号以电压或电流的形式反映；其次是水位传感器。水位传感器用于检测洗衣机内的水的高度，水位到达不同的高度，相应的传感器会做出响应。传感器选型表如表2.1所示：表2.1 传感器选型表元件型号供电电源输出信号工作温度排空检测传感器CYG23
9、14型压力传感器420mA1236V-20+80低水位检测传感器LY-600系列射频电容式液位变送器DC24V420mA-50240中水位检测传感器LY-600系列射频电容式液位变送器DC24V420mA-50240高水位检测传感器LY-600系列射频电容式液位变送器DC24V420mA-502402.3.2 电机的选择由于家庭用电的电源限制，因此选单相电容式转式异步电动机。以3.6公斤全自动洗衣机为例，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这偏心不能不考虑，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
10、就是洗衣机所确定的电机的额定功率。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120W-250W.故选择YY104-180型号单相电容式转式电动机，功率为180瓦，额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。2.3.3 发光二极管用于指示洗衣机各种不同的工作状态。连接在控制回路中，几十毫安就可以使二极管发光指示作用。用它成本低、功耗小、性能稳定、适应家庭电器应用。2.4 电气控制线路原理图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
11、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、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
12、-0.3/s。3 软件设计3.1 I/O分配表按照全自动洗衣机控制系统的控制要求，PLC输入输出对应点数，对应输入输出点数的作用，所得到的表格就是I/O分配表。I/O分配表如表3.1所示。表3.1 I/O分配表输入点地址号功能输出点地址号功能X1启动Y1启动洗衣机X2停止Y2进水阀X3高水位Y3正转X4中水位Y4反转X5低水位Y5排水X6排空检测Y6脱水X7高水位监测Y7报警X10中水位监测X11低水位监测X12手动排水X13手动脱水4 系统外部接线图应用PLC控制洗衣机的外部接线图，洗衣机各部件相应开关、传感器、外接执行器件的接口与PLC连接接口对应5 系统T形图PLC的编程语言有好多种，我
13、们使用梯形图来编写全自动洗衣机的程序。PLC执行梯形图总是按先上至下、先左后右的顺序对由节点构成的控制线路进行执行。经过多次调试，反复验证，系统的T形图如下所示：6 系统调试调试主要是通过对用户所编写的程序进行汇编、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一种过程，直到达到要求为止。程序输入到编程环境之后，编辑，查看程序是否有逻辑错误，如果出现出现故障，有错误，应返回编程环境，检查梯形图的错误，找出问题，并修改程序然后再进行调试，如此反复直至调试成功。系统调试过程如下：首先，按下启动按钮x1，选择一个水位（高水位 x 3 ，中水位 x 4 ，低水位 x 5），观察输出情况
14、是不是满足如下要求：1）自动功能的实现：y2有输出，将水位检测按钮按下后，y2停止输出，并延时2s，（y3有输出，延时2s，y4输出，延时2s），括号里面的循环5次后，y5输出，此时，按下x6,y5停止输出，y6输出，延时30s后，y2有输出，将水位检测按钮按下后，y2停止输出，并延时2s，（y3有输出，延时2s，y4输出，延时2s），括号里面的循环5次后，y5输出，此时，按下x6,y5停止输出，y6输出，延时30s后，y2有输出，将水位检测按钮按下后，y2停止输出，并延时2s，（y3有输出，延时2s，y4输出，延时2s），括号里面的循环5次后，y5输出，此时，按下x6,y5停止输出，y6输出，延时30s后，此时，清洗完成，y7输出，延时3s,y7、y1停止输出。2）手动功能的实现：在y1停止输出时，按下x12，则y5输出；按下x13，则y参考文献1 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器M.机械工业出版社,2008.022 方程远.工厂电气控制系统M.北京：机械工业出版社,2002
