PLC全自动洗衣机课设报告.doc

北 京 工 业 大 学

PLC 课 程 设 计 说 明 书

题 目： 全自动洗衣机控制设计
学 院：电子信息与控制工程学院
专 业： 自 动 化
学 号： 12020219
姓 名： 畅攀人
指导教师： 张会清 刘红云
成 绩：

2015年6月
目录
一．课程设计题目………………………………………1
——全自动洗衣机控制的设计及组态……………………2
二．课程设计目的………………………………………3
——天工组态软件调试与设计……………………………3
三．课程设计任务………………………………………3
四、课程设计地点及设备………………………………4
五、课程设计整体方案…………………………………4
六、系统设计……………………………………………6
（一）PLC硬件接线、控制程序设计与调试 ………………6
（二）上位机组态软件设计…………………………………6
（三） 下位机设计与调试……………………………………8
1. 控制要求 ……………………………………………9
2.I/O地址表………………………………………………9
3.I/O接线图………………………………………………10
4.程序流程图……………………………………………11
5.梯形图 …………………………………………………12
6.设计说明…………………………………………………14
7.调试过程…………………………………………………15
七、总结及感想……………………………………………16
八、参考资料………………………………………………16

一．课程设计题目—— 全自动洗衣机控制的设计及组态
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。
二、课程设计目的：
在先修课程《现代电气控制技术》中可编程控制器部分学习与实验的基础上，通过松下系列PLC对全自动洗衣机洗涤过程进行控制的编程设计与调试，进一步熟悉并掌握PLC的工作原理，了解控制对象的工艺流程和技术要求, 运用所学知识进行系统设计，初步掌握PLC控制系统设计的基本方法，培养灵活运用专业知识解决工程技术问题的能力。通过使用天工组态软件，掌握组态设计的方法及调试方面的知识。
三．课程设计任务：
1.用PLC实现全自动洗衣机运行控制，完成框图及梯形图控制程序的编制，并画出硬件接线图，进行软硬件的联调，并用组态软件进行监控。
2.具体动作过程要求如下：
（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，直到高（中、 低）水 位，然后关水；
（2）2秒后开始洗涤；
（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒；
（4） 如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒；
（5） 开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍；
（6） 清洗完成，报警3秒并自动停机；
（7） 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。

3．控制要求
根据动作要求设计和制作实验板，设计I/O接口，画出I/O接线图，编写PLC程序，在PLC实验设备上调试并运行。
4．用天工（或组态王）组态软件构建监控系统，并与PLC进行联调。
5．设计成果
完成整个系统上位机和下位机程序的编写和调试，写出设计说明书。
四、课程设计地点及设备
课程设计地点：综合科技楼708运动控制实验室
实验设备： TVT—90DT PLC训练装置（含FPX系列PLC主机）
微型电子计算机（PC机）；
自制实验板；
天工组态软件。
五、课程设计整体方案
全自动洗衣机的由进水口、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。其中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，经进水管将水注入洗衣机内，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。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。

由控制要求可知，全自动洗衣机的工作流程图如图2-1所示。首先接通电源，用户根据衣物的多少及大小进行水位的选择。再按下启动按钮，开始进水洗涤衣物。使用PLC控制时，输入设备主要有启动按钮，水位选择按钮（高水位选择按钮、中水位选择按钮、低水位选择按钮），水位开关（高水位开关、中水位开关、低水位开关），排水按钮及脱水按钮等。输出设备主要有进水电磁阀，洗涤电动机正转接触器，洗涤电动机反转接触器，排水电磁阀，脱水离合器及报警蜂鸣器等。
下位机： 根据全自动洗衣机动作要求，可知整个洗涤过程中，需用到7个定时器，进水完暂停定时器T0，正转定时器T1，正转暂停定时器T2，反转定时器T3，反转暂停定时器T4，脱水定时器T5，报警定时器T6。2个计数器C100与C200，正反转各5次为一次洗涤周期，循环2次。并且可根据衣物多少自定义正反转周期。这些定时器，计数器均可在下位机梯形图中实现。
上位机：在洗衣开始时，需要选择高（中/低）水位，并且当注水到该水位时，停止注水。可见高中低水位处用三个液位传感器，还需一个排空检测传感器，共4个传感器，一个启动按钮X1，一个停止按钮X2，高中低三个选择水位按钮，手动排水与手动脱水按钮各一个，在上位机中编程可实现。

六、系统设计
（一）PLC硬件接线、控制程序设计与调试

（二）上位机组态软件设计——天工组态软件设计
天工组态是基于Windows 98\NT平台的工业自动化组态软件，可以方便的为您构造功能强大、稳定可靠的工业控制管理系统。天工组态软件包括以下版本：开发版（UCMake）、运行版（UCView）、网络版（NetView）和学习版（UCDemo）。开发版、运行版和网络版按照“点数”分为不同的规格，满足不同客户的需要。 开发版（UCMake）是天工组态的开发环境，是用户进行工程开发的工具。内置画面制作系统、程序语言、设备管理器等。每个开发版只能在一台PC机上运行，在不大于自身点数的运行环境（UCView）或网络环境（UCNet）下运行八个小时，它支持网络功能并能重复使用。运行版（UCView）是天工组态的运行环境，通过驱动程序与天工组态支持的智能硬件（下位机）通讯，支持网络功能。每个运行版只能安装在工程现场的一个终端上，并能无限时在线运行。
上位机模型：

画面程序（液位传感器控制程序）：
if (Y2==1) then
Y8=Y8+5;
if (R12==1 and R15==1) then
Y8=Y8+0;
endif;
if (R13==1 and R16==1) then
Y8=Y8+0;
endif;
if (R14==1 and R17==1) then
Y8=Y8+0;
endif;
else
Y8=Y8+0;
endif;
if (Y8>=40) then
R17 = 1;
else
R17 = 0;
endif;
if (Y8>=60) then
R16 = 1;
else
R16 = 0;
endif;
if (Y8>=80) then
R15 = 1;
else
R15 = 0;
endif;
if (Y5==1 and Y8 >0) then
Y8=Y8-5;
else
Y8=Y8+0;
endif;
if (Y8<=0) then
R19 = 1;
else
R19 = 0;
endif;

（三）下位机设计与调试
1.控制要求：
根据动作要求设计和制作实验板，设计I/O接口，画出I/O接线图，编写PLC程序，画出梯形图，在PLC实验设备上调试并运行。
2.I/O地址表：
I/O地址
信号名称
功能说明
备注
X1/R10
启动按钮
开启洗衣机运行
常开
X2/R11
停止按钮
关闭洗衣机运行
常开
X3/R12
高水位开关
选择高水位
常开
X4/R13
中水位开关
选择中水位
常开
X5/R14
低水位开关
选择底水位
常开
X6/R15
高水位检测开关
高水位时有信号
常开
X7/R16
中水位检测开关
中水位时有信号
常开
X8/R17
低水位检测开关
低水位时有信号
常开
X9/R19
排空检测开关
排空时接通
常开
X12
手动拍水
选择手动排水
常开
X13
手动脱水
选择手动脱水
常开
Y1
启动洗衣机
开启洗衣机
通有效
Y2
进水阀
开启进水阀
通有效
Y3
电动机正转线圈
电动机正转
通有效
Y4
电动机反转线圈
电动机反转
通有效
Y5
排水阀
开启排水
通有效
Y6
脱水电磁离合器
开启脱水
通有效
Y7
报警
启动报警
通有效

3.I/O接线图：

注：
启动按钮：SB1 高水位检测开关：SQ1 脱水电磁阀：YC
停止按钮：SB2 中水位检测开关：SQ2 报警扬声器：SPK
高水位档：K1 低水位检测开关：SQ3 启动洗衣机：Y1
中水位档：K2 手动排水：K4 排水电磁阀：YV2
低水位档：K3 进水电磁阀：YV1 排空检测开关：SQ1
手动脱水：K5 电动机正转：KM1 电动机反转：KM2
4.暂停2s
到达指定液位
开始注水
选择水位
开始
程序流程图：

正转30s

暂停2s

反转30s

暂停2s

循环五次？

否
是
排水

排空？
否
是
脱水30s

重复2次？
否
是
报警3s

停止

5.下位机梯形图：

6.梯形图设计说明：（侧重点）
启动注水过程：按下X1启动按钮，X1常开触点接通，Y1接通，洗衣机启动，按下X3/X4/X5按钮，选择高/中/低水位，同时Y2接通，洗衣机开始注水，X6/X7/X8为液位传感器，当注水高度打到所选液位时，X6/X7/X8接通，因此辅助继电器R2接通，R2常闭触点断开，Y2断开，完成注水，因为R2接通，定时器T0接通，定时2s。
正反转洗衣过程：暂停2s后，T0接通,T0常开触点接通，R3导通，因此Y3，T1导通，洗衣机开始正转30s,30s后T1常闭断开，Y3断开，正转停止，同时T1常开闭合，R4接通，T2导通，定时2s(暂停2s)后，T2常开触点闭合，R5导通，因此Y4，T3导通，洗衣机开始反转30s,30s后T3常闭断开，Y4断开，停止反转，同时T3常开触点闭合，R6导通，定时2s(暂停2s)。
正反转计数过程：当X1（点动）启动按钮按下时，计数器C100清0，弹起后C100计数从5开始，T4每导通一次，计数器自减1一次。
难点：当T4定时2s后，常闭打开，常开闭合。所以T1断开，T1一断开，R4，R5，R6都断开，所以定时器T1，T2，T3，T4均断开，之后Y3接通，T1接通，所以在一瞬间从反转完毕停2s又回到了正转30s,从而实现循环。
排水脱水过程：当正反转都循环5次后，C100常闭断开，常开闭合，R7导通，开始排水，R19常开触点，为排空检测传感器，当排水排空后，R19闭合，T5导通，开始脱水30s，30s后，T5常闭断开，常开闭合。
循环2次过程：脱水30s后，T5常开闭合，循环第一次时，C200常闭仍闭合，因此执行RET R2，即将R2复位，常开断开，常闭闭合，如此Y2接通，开始进水，当进水到指定液位高度时，X6/X7/X8液位传感器导通，R2导通，接着正反转继续循环五次，与第一次相同再循环一遍。执行两遍后，C200常闭断开，常开闭合，因此R9导通，Y7导通报警，T6定时器导通，定时3s（报警三秒）后，T6常闭断开，停止工作。
手动排水脱水过程：按下停止按钮X2，X2常开触点闭合，再按下手动排水（脱水）按钮X12（X13），常开触点闭合后，Y5/Y6导通，开始排水/脱水。
7.调试过程：
不接T4常闭触点时：

接T4常闭触点后：

七．总结与感想
为期一周的全自动洗衣机PLC课程设计落下帷幕，可以说此次PLC课程设计是自己最有成就感的一次实践经历，让我收获颇丰，不仅巩固了书本上学到的PLC知识，更锻炼了自己的动手能力，三人小组成功完成了全自动洗衣机的控制设计。
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。
此次课设我主要负责洗衣机下位机程序，查完资料后，根据已学知识开始动手编写PLC程序，此次课设总共牵涉到个定时器，我就一个定时器一个定时器编、循序渐进，从T0到T6定时。整体编写完成后，开始仿真，仿真过程中出现了很多错误，通过分析梯形图加以修改，经过不断尝试总算设计成功。在与上位机结合后，因为上位机只能识别辅助继电器RX，所以讲所有按钮都改成RX，在设置按钮时，R1 =1，中间要加空格，否则不被识别。
最后，我们还进行了拓展，加上了数码管，可以根据衣服多少自定义电机正反转周期，突破了给定的设计要求。三个臭皮匠，顶个诸葛亮。团队的力量是不可估量的。
八．参考资料
[1] 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，2008.2
[2] 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
[3] 三菱电机.FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC编程手册.2005
[4]百度文库，电气控制与PLC课程设计.2009

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