电气专业及自动化专业方向设计报告全自动洗衣机控制器设计大学论文.doc

西南科技大学电气工程及其自动化专业方向设计报告 设计名称： 全自动洗衣机控制器设计 姓 名： 黄飞鸿 学 号: 201xxxxx 班 级： 电气xxxx班 指导教师： 刘德华 起止日期： 2015.11.032015.11.28 西南科技大学信息工程学院制梁荫是SB方 向 设 计 任 务 书学生班级： 电气xxxx 学生姓名： 黄飞鸿 学号：201xxxxx设计名称： 全自动洗衣机控制器设计 起止日期： 2015.11.032015.11.28 指导教师： 刘德华 设计要求：1、按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高水位，停止进水，开始洗涤。2、洗涤时，正转15秒，停3秒，然后反转15秒，停3秒；3、如此循环10次，总共360秒后开始排水，排空后脱水30秒；4、清洗完成，报警10秒并自动停机；5、若按下停止按扭，洗衣机停止工作；方 向 设 计 学 生 日 志时间设计内容11.5-11.6仔细查看题目要求，查阅相关资料11.7-11.9元器件选型，绘制相关电路图11.10-11.12根据相关电路图设计思路，编写西门子PLC梯形图11.13-11.15在实验室根据自己的梯形图载入PLC进行调试，验证其正确性11.16-11.28撰写设计报告，为答辩做准备 全自动洗衣机控制器设计摘要：本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件来控制在经过高低水位选择后，洗衣机的进水、洗涤、排水、脱水、报警等的全自动控制系统。文章对全自动洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了论证，根据洗衣机的工作原理，设计了流程图及程序梯形图，对按钮及其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于洗涤，排水，脱水的时间均由PLC内计计时器控制，所以只要改变计时器参数就可以改变时间。关键词：PLC；全自动洗衣机；PLC程序设计Controller Design of Automatic Washing MachineEnglish abstract: This paper introduces the use of programmable logic controller (PLC) as the core control unit to control the water level in the selection, washing machine washing, washing, drainage, dehydration, alarm, and other automatic control system. This paper introduces the structure of the washing machine, analyzes the control system of the automatic washing machine, and puts forward the control scheme of the automatic washing machine based on PLC. The scheme is demonstrated. According to the working principle of the washing machine, the flow chart and program ladder diagram are designed. Due to washing, drainage, dehydration of the time by the PLC timer control, so as long as the change of the timer parameters can change the time. Key words:PLC; full automatic washing machine; PLC program design一、设计目的和意义洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统胡基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机自动化程度的要求了。洗衣机需要更好的满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着PLC技术的发展，用PLC来作为控制器，就能很好地满足洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。通过PLC课程设计，进一步掌握PLC的原理和系统设计方法，培养和锻炼应用PLC的能力，为今后实际应用和设计PLC打下坚实的基础。二、控制要求实现洗衣机的全过程如进水、洗涤、排水、脱水、报警等过程预先写入N个程序，由程序来控制洗衣机的进水量、洗涤时间、循环次数、排水、脱水洗涤等，所有工作完成后有蜂鸣器报警提示，利用可编程控制器PLC来实现洗涤过程的控制。三、设计方案论证全自动洗衣机的工作过程一般包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。PLC 在系统中是处于中心位置，水位开关是 PLC 的输入信号控制开关，进水阀、排水阀和电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；电机的工作状态也由控制中心 PLC 给定信号送给变频器来决定的，而电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。全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、浸泡、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择。再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图1所示，由 PLC 控制洗衣机各种动作典型的系统控制图。排水阀 变频器（电机）水位开关PLC 进水阀 图1 系统控制图由图1可知，按下启动按钮，PLC 上电，PLC 便通过设定的程序运行。全自动洗衣机的洗衣桶（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。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，通过电控系统使进水阀打开，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。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。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。程序功能流程图如图2。否开始进水高水位到位是正转15秒延时3秒反转15秒延时3秒循环次数=10否排水是低水位到位否是脱水30秒报警10秒结束 图2 程序功能流程图四、系统设计 1.控制系统方案选择 单片机系统的特点是要求环境，单片机对环境的适应力较低，可靠性差。编程和PLC相比难以学习，主要单片机采用汇编语言或者C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。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。 PLC系统的特点是可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能在各种不同的环境中适应工作。对工作环境要求较低，抗干扰能力强。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/输出量的数量、形式、驱动要求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。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，逻辑功能图等。程序简洁明了，形象直观。 因此，选用PLC作为控制系统。 2.PLC的分类 （1）小型PLC是指连接开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及其它各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数 输入/输出点数在128点以下的PLC称为小型PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。 （2）中型PLC是指输入/输出点数在128-512点之间的 PLC称为中型PLC。它除了具有小型机所能实现在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。 （3）大型PLC是指输入/输出点数大于512的PLC称为大型PLC。它具有强大的软件硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。 3.PLC的主要技术指标 （1）存储器容量是指存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器和数据存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的长度。一般中小型PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。 （2）输入/输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于PLC的输入/输出端的个数。I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。 （3）扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。 （4）指令种类和数量决定了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。 （5）内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、数据存储等功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。 （6）PLC扩展能力是指PLC是否能具有I/O点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。 （7） 智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能模块。 4.典型的PLC控制系统硬件组成框如图3所示接受现场信号输入接口部件中央处理单元CPU板接口部件输出受控部件电源部件 图3 PLC基本结构图 5.PLC选型PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等功能。选型时考虑一下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度满足实时控制的要求，PLC结构合理，机型统一在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足。可以选择西门子S7-200系列PLC作为此全自动洗衣机的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等之分。常见PLC型号如表1。表1 常见PLC型号CPU221CPU222CPU224CPU226程序存储器2048字节4096字节用户数据存储器1024字节2560字节用户存储器类型EEPROM数据后备典型时间50h190hI/O6输入4输出8输入6输出14输入10输出24输16输出扩展模块数量无2个7个数字量I/O印象区大小256（128入/128出）模拟量I/O印象区大小无16入/16出32入/32出33HZ布尔指令执行速度0.37/微秒/指令内部继电器256计数器/定时器256/256顺序控制继电器256 根据上表可知，该全自动洗衣机控制系统CPU模块可以采用CPU-222模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊的进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带8个数字量输入点和6个数字量输出点，完全能满足自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。 6. I/O分配表及接线图I/O点数是PLC的一项重要指标，合理使用I/O点数即可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上一定的备用量。该系统有4个数字输入点和6个数字输出点。根据I/O点数，可选西门子S7-200 CPU222型可编程控制器。其I/O分配表如表2。表2 I/O分配表控制信号 信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号 启动信号常开按钮SB1I0.0 停止信号常闭按钮SB2I0.1高水位信号高水位按钮SB3I0.3低水位信号低水位按钮SB4I0.2输出信号进水信号电磁阀YV0Q0.0电机正转信号接触器KM1Q0.1电机反转信号接触器KM2Q0.2排水信号电磁阀YV1Q0.3脱水信号电磁离合器YV2Q0.4报警信号蜂鸣器HAQ0.57.程序梯形图主程序根据设计要求，主要实现以下几点主要功能，一对于程序的起停控制，二对于高低水位的选择，三在实现以上要求之后，通过程序的控制，实现进水、排水、洗涤和脱水四个主要功能，同时达到在各个过程中能够有信号指示灯指示各个工作状态下的信号状态，并且能够在洗涤完成之后达到通过蜂鸣器报警提示的功能。SB1闭合（即I0.0得电）Q0.0得电且自锁开始进水，I0.1为闭合按钮，I0.3为高水位探测器，如图4所示。图4 启动、停止程序当水位到高位时I0.3动合，Q0.1得电且自锁，电动机正转，洗衣机正洗，如图5所示。图5 正转程序当计时器到15S后T38的状态瞬时改变M0.0得电且自锁，如图6所示。图6 中间继电器程序计时器T42计时3S，电动机处于暂停状态，如图7所示。图7 暂停程序3S后电动机开始反转15S，如图8所示。图8 反转程序T39计时15S后 M0.1得电自锁，如图9所示。图9 中间继电器程序M0.1得电后T43开始计时3S，此时电动机暂停，如图10所示。图10 暂停程序3S后计时器开始计数，当计数小于10时，重新从正转循环，计数大于等于10时循环结束，如图11所示。图11 循环程序计数大于等于10时C1接通，Q0.3得电开始排水，如图12所示。图12 排水程序当水位处于低水位位置时，探测器状态改变，排水结束，开始脱水，如图13所示。图13 脱水程序排水30S后，Q0.5接通开始报警10S，任务完成，按SB2结束，如图14所示。图14 报警程序 8.语句表软件编写完程序后点击查看菜单下的STL选项直接生成梯形图的语句表。语句表如图15、图16所示。图15 语句表图16 语句表五、设计结果及分析程序运行 I0.0按下后，Q0.0得电并且自锁开始进水；当水位到达高水位时，I0.3瞬时接通Q0.0失电停止进水；Q0.1得电且自锁，开始正转计时器开始计时；当计时器开始计时15S后，自动复位开始暂停3S，如图17所示。图17 启动、正转、暂停功能 当T42计时到3S时，暂停结束；开始反转15S，计时器T39开始计时；当计时器T39计时15S后，自动复位，Q0.2失电，停止反转开始暂停3S；T43计时3S结束时，暂停结束，计数器加1，当C1小于10时返回网络2开始循环，如图18所示。图18 反转、暂停、计数功能 当C1计数等于10时，Q0.3接通自锁，开始排水；当水位低于低水位时，I0.2瞬时改变状态。Q0.4得电自锁开始脱水30S，计时器开始计时；当T41计时结束时，Q0.4失电，停止脱水，Q0.5得电，开始报警，如图19所示。图19 排水、脱水、报警功能结果分析：此PLC控制程序可以实现，洗衣机的进水，排水，分别有进水电磁和排水电磁阀执行。洗涤正转反转由洗涤电机驱动拨盘，正反转来实现。脱水时由脱水电磁离合器合上，排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警，洗衣机通过高水位限位检测SB3，低水位限位检测SB4，来检测水位的高度位置，水位选择有两个按钮完成。用LED发光二极管来指示当前的工况状态，启动，正转，反转，排水，脱水，报警等一系列的要求可以实现。结束语通过这次课程设计不仅使我对于机电传动控制这门课进行了一次综合性的复习，同时还让我学到了很多东西，比如说当自己觉得程序设计的挺好时，可在运行时却发现运行的结果漏洞百出，自己或没想到或想得太简单，总是前后不能兼顾。在不断修改完善中运行结果才按要求一一实现。在完成程序设计的同时毫无疑问对于plc的理解与以前相比深了很多。对于这次的课程设计，对于PLC的设计使我对于电路的控制有了更加具体话的了解，像洗衣机，电梯，各种设备都可以用PLC进行控制设计，生活中有那么多的电器可以用他它来进行控制，这让我看到了我们现在学习的东西并非是一无是处，他都将会在社会中有所作为的。这次设计不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到的知识。同时加深了我对这个专业的了解，也加深了对这门学科的设计了解。以前总是觉得理论结合不了实际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。在设计过程中，通过对资料的查找，增强了我独立学习和使用互联网查阅资料的能力。通过对电路图的研究，也增强了我们的思考能力。毕业设计是理论联系实际的最好方法之一，是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题的能力,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。 参考文献1 王宗才. 机电传动与控制. 北京: 电子工业出版社. 2011. 2 于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京:清华大学出版社.2004. 3 陈建明,王亭岭编著 电气控制与PLC应用（第3版） 电子工业出版社.2014.4 廖常初. PLC编程及应用. 北京：机械出版社，2002. 5 罗伟.邓木生.PLC与电气控制.北京：中国电力出版社，2005. 6 马光.全自动洗衣机中的传感器J.北京:家用电器,1999. 7 孙振强.可编程控制器原理及应用教程.北京：清华大学出版社.2003.8 刘子林.电机与电气控制M.北京:电子工业出版社,2003. 9 程周.电气控制与PLC原理及应用M.北京:电子工业出版社,2003.10 蒋金周.全自动洗衣机的PC智能控制J.机电一体化,2004. 附录实验室所用松下PLC编程软件如附图1。附图1