全自動洗衣機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)初稿

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1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 電氣工程學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 設(shè)計(jì)題目： 全自動洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別： 電氣工程及其自動化 年級專業(yè)： 10級應(yīng)電二班 學(xué) 號： 100103030051 學(xué)生姓名： 劉克 指導(dǎo)教師： 郭忠南等

2、 電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書 課程名稱： 電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì) 基層教學(xué)單位：電氣工程及自動化系 指導(dǎo)教師：郭忠南等 學(xué)號 100103030051 學(xué)生姓名 劉克 （專業(yè)）班級 10級應(yīng)電二班 設(shè)計(jì)題目 全自動洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù) 采用PLC構(gòu)成全自動洗衣機(jī)PLC電氣控制系統(tǒng)?？刂埔蟛殚喯嚓P(guān)文獻(xiàn)。 設(shè) 計(jì) 要 求 1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括PLC硬件配置電路。 2) 根據(jù)控制要求，編制PLC控制程序

3、 3) 按要求編寫設(shè)計(jì)說明書并繪制A1幅面圖紙一張。 參 考 資 料 1、《PLC電氣控制技術(shù)》 漆漢宏主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 2、圖書館各類期刊文獻(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)庫 3、相關(guān)電氣設(shè)計(jì)手冊 周次 第一周 第二周 應(yīng) 完 成 內(nèi) 容 完成全部方案設(shè)計(jì)： 周一、二：查、閱相關(guān)參考資料 周二至周五：方案設(shè)計(jì) 周六、日：設(shè)計(jì)方案完善 周一、二：完成設(shè)計(jì)說明書 周三、四：繪制A1設(shè)計(jì)圖紙 周五：答辯考核 指導(dǎo)教 師簽字 基層教學(xué)單位主任簽字 說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)

4、生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。 電氣工程學(xué)院 教務(wù)科 目錄 摘要………………………………………………………………1 前言………………………………………………………………1 第1章 可編程邏輯控制器PLC………………………………2 1.1 PLC的概述..........................................................................2 1.1.1 PLC的發(fā)展歷史……………………………………………2 1.1.2 PLC的發(fā)展趨勢……………………………………………3 1.1.3 PLC系統(tǒng)的特

5、點(diǎn)……………………………………………4 1.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)……………………………………………4 1.3 PLC的工作原理....................................................................5 1.4 PLC的應(yīng)用………………………………………………..7 第2章 全自動洗衣機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理……………….7 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)…………………………………………………..7 2.2 基本工作原理………………………………………………8 2.3 全自動洗衣機(jī)的系統(tǒng)分析…………………………………….8

6、 第3章 PLC的控制要求和硬件與軟件設(shè)計(jì)…………………9 3.1 PLC的控制要求…………………………………………….9 3.2 PLC的硬件設(shè)計(jì)……………………………………………10 3.2.1 元器件的選擇……………………………………………...10 3.2.2 電路設(shè)計(jì)………………………………………………….11 3.3 PLC的軟件設(shè)計(jì)……………………………………………12 3.3.1 輸入輸出接口的分配………………………………………..12 3.3.2 設(shè)計(jì)分析………………………………………………….13 3.3.3 梯形圖設(shè)計(jì)與程序說明………………………

7、………………13 總結(jié)……………………………………………………………….18 參考文獻(xiàn)………………………………………………………….19 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和社會飛速發(fā)展，洗衣機(jī)成為人民日常生活息息相關(guān)的家用電器產(chǎn)品。而從全自動洗衣機(jī)誕生以來，洗衣機(jī)的全自動化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向。其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)。設(shè)計(jì)方法也開始多種多樣，從而使全自動洗衣機(jī)顯得更加智能化。 基于全自動洗衣機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，本次設(shè)計(jì)利用三菱公司生產(chǎn)的PLC控制全自動洗衣機(jī)，與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)相比較，可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣

8、原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活，而且結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。PLC控制不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時系統(tǒng)維修簡單、維修時間縮短。三菱FX2N系列可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。 本文選擇三菱FX2N-32MR為核心部件，著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖和語句表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的自動化。 關(guān)鍵詞　PLC PLC梯形圖設(shè)計(jì) 可編程控制器 全自動洗衣機(jī) 前 言 可編程序邏輯控制器（PL

9、C）是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動化控制裝置。它既可以取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)，也可以進(jìn)行復(fù)雜的過程控制，構(gòu)成分布式自動化控制系統(tǒng)。它具有可靠性高、功能強(qiáng)、編程簡單、通用性好、使用方便、體積小、重量輕以及易于擴(kuò)展等一系列優(yōu)點(diǎn)。 PLC控制全自動洗衣機(jī)的編程語言容易掌握，是電控人員所熟悉的梯形語言，實(shí)用術(shù)語依然是“繼電器”一類術(shù)語，大部分與繼電器觸頭的鏈接相對應(yīng)，使電控人員一目了然。PLC控制使用起來簡單，它內(nèi)部的I/O已經(jīng)做好，輸入和輸出信號可直接鏈接，非常方便，而輸出口具有一定的驅(qū)動能力，起輸出出頭容易達(dá)到220V、2A。PLC是專門應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的自動控制裝置，在系統(tǒng)硬件上

10、采用了抗干擾措施。當(dāng)工作程序需要改變時，只需改變PLC的內(nèi)部，重新編程而無需對外圍進(jìn)行重新改動。從這些方面突出了使用PLC控制全自動洗衣機(jī)的優(yōu)越性。 第1頁 共19頁 全自動洗衣機(jī)其特點(diǎn)是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成。目前市場上出售的全自動洗衣機(jī)大體分為三類： 發(fā)明最早的是前置式側(cè)開門滾筒式洗衣機(jī)，這種洗衣機(jī)是歐洲發(fā)明的。在洗滌時保證衣物不受損害，而且有良好的加溫措施。但是這種洗衣機(jī)洗滌時間長、洗凈度差、用水用電量

11、大，是其它洗衣機(jī)的幾倍，尤其是采用了不銹鋼內(nèi)筒，產(chǎn)生的噪音較大。 另外一種是美洲人發(fā)明的“攪拌式”洗衣機(jī)。這種洗衣機(jī)洗凈度非常高，是波輪式洗衣機(jī)的十幾倍，但由于洗凈度和磨損率成正比，所以很損傷衣物。 發(fā)明最晚的洗衣機(jī)是亞洲人發(fā)明的波輪上開門洗衣機(jī)。這種洗衣機(jī)的特點(diǎn)是洗滌時間短，用水量小，洗凈度高，是滾筒式的很多倍，由于內(nèi)筒是塑料材料制成，噪音小，而且上開蓋，能使洗滌液反復(fù)利用，價(jià)格也比較經(jīng)濟(jì)。 第1章 可編程邏輯控制器（PLC） 1.1 PLC的概述 在PLC問世之前，傳統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械采用的是繼電器控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)存在著體積大、耗電多、在復(fù)雜的系統(tǒng)中可靠性低、維修和改變控制邏

12、輯困難等缺點(diǎn)，越來越不適合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，迫切需要一種新型的自動控制裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動控制。而計(jì)算機(jī)具有完備而通用的功能，靈活多變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制程序。美國最大的汽車制造廠家通用汽車公司首先提出是否可以將繼電器控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的簡單易學(xué)、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，并將計(jì)算機(jī)編程方法和程序輸入方法加以簡化，形成簡單易學(xué)的編程方法、靈活方便的操作方法和盡量低廉的價(jià)格，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。 所以，可編程序邏輯控制器（Programmabie Logic Controller,縮寫PLC）是在繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)

13、上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制等相關(guān)技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。 PLC自問世以來，由于其具有通用靈活的控制性能，簡單方便的使用性能，可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。有人將它與數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、工業(yè)機(jī)械人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱。 1.1.1 PLC的發(fā)展歷程 在可編程控制器出現(xiàn)之前，繼電器控制應(yīng)用廣泛，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中占據(jù)著主導(dǎo)地位。但繼電器控制系統(tǒng)存在的體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。令其無法滿足

14、控制的要求和現(xiàn)代化大生產(chǎn)管理的需要。 第2頁 共19頁 早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ）。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信

15、和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。 PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下四個階段： 第一階段（1969—1980年）：PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、1位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等），但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形成，取得了市場的認(rèn)可，得以迅速發(fā)展和推廣。PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用逐步向機(jī)床、生產(chǎn)線擴(kuò)展。 第二階段（1980—1990年）：PL

16、C的普及階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降，PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價(jià)格。品種開始系列化，并且形成了固定I/O點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展。 第三階段（1990—2000年）：PLC的高性能與小型化階段。在這一階段，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能日益增強(qiáng)，PLC的CPU運(yùn)算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加，使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)，PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。此外，PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化PLC。 第四階段(2000

17、年至今)：PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動化的需要，PLC的各種功能不斷進(jìn)步。一方面，PLC在繼續(xù)提高CPU的運(yùn)算速度和位數(shù)的同時，開發(fā)了適用于過程控制和運(yùn)動控制的特殊功能與模塊，使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。與此同時，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動化奠定了基礎(chǔ)。 1.1.2 PLC的發(fā)展趨勢 第3頁 共19頁 目前，從當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)性能來看，PLC發(fā)展趨勢仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。大趨勢是功能越來越多，集成度越來越高，

18、網(wǎng)絡(luò)功能越來越強(qiáng)。特別是網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槁?lián)網(wǎng)是一個大潮流。 1. 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展。 大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)；32位為微處理器；多CPU并行工作；大容量存儲器；掃描速度高速化。 ?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2. PLC在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛。 3. 不斷加強(qiáng)通訊功能。 4. 新器件和模塊不斷推出。 高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用化模塊。 5. 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。 有各種簡單或復(fù)雜的編

19、程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。 6. 發(fā)展容錯技術(shù)。 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 7. 追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。 1.1.3 PLC系統(tǒng)的特點(diǎn) 1．可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無故障時間長。 2．使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴(kuò)展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量、形式、驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求

20、，使PLC的使用更加靈活與多變。 3．編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語言，如指令表、梯形圖、邏輯功能圖、順序功能圖等，程序簡潔明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計(jì)算機(jī)知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計(jì)算機(jī)控制容易。 1.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 第4頁 共19頁 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，從結(jié)構(gòu)上區(qū)分：PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模

21、塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。 中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞，它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器I/O以及警戒定時器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或?qū)⑺銛?shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)

22、據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。 編程器 輸 入 電 路 輸 出 電 路 中央處理單元 （CPU） 電源 系統(tǒng)程序儲存器 系統(tǒng)程序儲存器 1-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖 1.3 PLC的工作原理 PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。 考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PL

23、C采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 第5頁 共19頁 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 1.輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)

24、中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2.用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 3.輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC

25、就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。 PLC的掃描工作過程如圖1-2、圖1-3所示。 用 戶 輸 出 設(shè) 備 輸 入 端 子 輸 入 鎖 存 器 輸 入 映 象 寄 存 器 輸 出 映 象 寄 存 器 輸 出 鎖 存 器 輸 出 端 子 程 序 執(zhí) 行 用 戶 輸 入 設(shè) 備 寫 讀 讀 圖1-2 PLC的掃描工作過程圖 第

26、6頁 共19頁 輸入刷新 程序執(zhí)行 輸出刷新 一個掃描周期 輸入刷新 圖1-3 PLC的掃描周期圖 1.4 PLC的應(yīng)用 PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。但最近十多年來，PLC的應(yīng)用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片幾有關(guān)元件的價(jià)格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增強(qiáng)，它也能解決復(fù)雜的計(jì)算和通信問題。目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵?種類型： 1.順序控制 這是P

27、LC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合PLC使用的領(lǐng)域。它用來取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動線控制等。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 2.運(yùn)動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動一軸或數(shù)據(jù)到目標(biāo)位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣龋_保運(yùn)動平滑。 3.過程控制 PLC還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。PID模塊提供了使PLC具有閉環(huán)控制的功能，即

28、一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某個變量出現(xiàn)偏差時，PID控制算法會計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定植上。 4.數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于CNC和NC系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。 5.通信網(wǎng)絡(luò) PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC和其他智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 第2章 全自動洗衣機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第7頁 共19頁 全自動洗衣機(jī)的由內(nèi)外桶、

29、進(jìn)水口、啟動和停止按鈕、控制器、進(jìn)水按鈕、水位開關(guān)、排水口和洗條電機(jī)組成。洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的，外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩干）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)、外桶的水流相通。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： 圖2-1 全自動套筒洗衣機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2.2 基本工作原理 洗衣機(jī)的洗滌過程主要是在機(jī)械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機(jī)械作用和洗滌劑的潤濕、分散作用下，將污垢拉入水中來實(shí)現(xiàn)洗凈的目的。全自動洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別有進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時，通過電控系統(tǒng)把進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注人外桶，排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水又外桶排到

30、機(jī)外。洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動波輪正反來實(shí)現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機(jī)帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干；高低水位開關(guān)分別用來測高低水位；啟動按鈕用來啟動洗衣機(jī)工作；停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)緊急工況下手動停止進(jìn)水排水脫水及報(bào)警；排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動排水。 2.3 全自動洗衣機(jī)的系統(tǒng)分析 第8頁 共19頁 全自動洗衣機(jī)的過程包括啟動、進(jìn)水、洗滌、排水和脫水等功能。在實(shí)現(xiàn)控制過程中，各種采樣信息都是通過控制中心進(jìn)行各種判斷、比較和選擇，再經(jīng)信息線路反饋給洗衣機(jī)各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決定洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。如圖2-2所示，由PLC控制洗衣機(jī)各種動作典型控制圖。

31、 圖2—2 控制流程圖 由上圖可知，PLC在系統(tǒng)中是處中心位置，水位開關(guān)是PLC的輸入信號控制開關(guān)，進(jìn)水閥、排水閥和電機(jī)是洗衣機(jī)各種動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC給定信號來決定其工作狀態(tài);電機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號來決定的，而電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。另外由于洗衣機(jī)工作過程是順序過程，所以利用PLC機(jī)的控制系統(tǒng)是可行的。 第3章 PLC的控制要求和硬件與軟件設(shè)計(jì) 3.1 PLC的控制要求 (1) PLC投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動； (2) 啟動時開始加水； (3) 水滿（即水位到達(dá)

32、高水位）時停止進(jìn)水并開始洗滌正傳； 第9頁 共19頁 (4) 正洗20s后暫停； (5) 暫停2s后開始洗滌反轉(zhuǎn)； (6) 反洗20s后暫停； (7) 暫停2s后，若正、反洗未滿5次時，則返回從正洗開始的動作； (8) 暫停2s后，若正、反洗滿5次時，則開始排水； (9) 水位下降到低水位時開始脫水并繼續(xù)排水； (10) 脫水10s即完成一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán)過程； (11) 若完成3次大循環(huán)，則洗完報(bào)警10s后自動停機(jī)； (12) 可以按“排水”按鈕實(shí)現(xiàn)手動排水； (13) 可以按“停

33、止”按鈕實(shí)現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警； (14) 故障信號一旦出現(xiàn)，立即停機(jī)并報(bào)警。 3.2 PLC的硬件設(shè)計(jì) 3.2.1 元器件的選擇 （1）PLC的選擇 本設(shè)計(jì)所用PLC采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列機(jī)型中的FX2N-32MR型，此PLC有16個輸入接口和16個輸出接口，輸出接口為繼電器型。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列，由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充了通信功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，擁有強(qiáng)大的靈活性和控制能力。 （2）電動機(jī)的選擇 本洗衣機(jī)的電動機(jī)選用了家用

34、電器常用的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動機(jī)。洗衣機(jī)設(shè)計(jì)容量為3.6公斤，故電機(jī)額定功率選為180W；洗衣轉(zhuǎn)速175r/min，脫水轉(zhuǎn)速1200r/min。綜上，選擇YY104-180型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動機(jī)，額定功率180W，額定電壓220V，額定轉(zhuǎn)速1350r/min，額定電流1.7A。 （3）其他元器件的選擇 文字符號 名稱 數(shù)量 規(guī)格型號 備注 M 電動機(jī) 1 YY104-180 單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動機(jī) SB0~SB2 手動按鈕 3 LAY37 啟動按鈕、停止按鈕、手動排水按鈕 SQ0 高水位限位開關(guān) 1 ------- 常開 SQ1 低水

35、位限位開關(guān) 1 ------- 常閉 KM1~KM3 交流接觸器 3 DJX-9 線圈電壓：AC220V 第10頁 共19頁 YA1 進(jìn)水電磁閥 1 ------- 線圈電壓：AC220V，常閉 YA2 排水電磁閥 1 ------- 線圈電壓：AC220V，常開 FR 熱繼電器 1 JR16B-20/3 ------- FU 熔斷器 1 RT16-32X 熔體2A TC 隔離變壓器 1 BK-100 電壓比1:1，AC220V FM 蜂鳴器 1 ------- AC220V PLC 可編程序控制器 1

36、FX2N-32MR 繼電器輸出 3.2.2 電路設(shè)計(jì) 圖 1 主控制電路 斷路器 熔斷器 正轉(zhuǎn)接觸器 脫水接觸器 反轉(zhuǎn)接觸器 第11頁 共19頁 圖 2 PLC控制電路圖 3.3 PLC的軟件設(shè)計(jì) 3.3.1 輸入輸出接口的分配 第12頁 共19頁 I/O分布表 PLC輸入端 所接外部輸入器件 PLC輸出端 所接外部輸出器件 X000 啟動按鈕SB0 Y000 進(jìn)水電磁閥YA1 X001 停止按鈕SB1 Y001 排水電磁閥YA2 X002 低水位限位開關(guān)SQ0 Y002 脫水接觸器KM

37、3 X003 高水位限位開關(guān)SQ1 Y003 正轉(zhuǎn)接觸器KM1 X004 手動排水按鈕SB2 Y004 反轉(zhuǎn)接觸器KM2 Y005 蜂鳴器FM 3.3.2 設(shè)計(jì)分析 根據(jù)前面的編號表盒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖以及全自動洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)程序工藝流程圖可知，實(shí)現(xiàn)自動控制要設(shè)置7個計(jì)時器和2個計(jì)數(shù)器。 T0——注水后暫停 2s T1——暫停2s T2——暫停2s T3——正轉(zhuǎn)洗20s T4——反轉(zhuǎn)洗20s T5——脫水10s T6——報(bào)警10s

38、 C0——正反轉(zhuǎn)洗滌2次 C1——大循環(huán)3次 3.3.3 梯形圖設(shè)計(jì)與程序說明 本次設(shè)計(jì)采用步進(jìn)順控指令編程，編寫的程序清晰、明了。步進(jìn)指令允許使用雙線圈，當(dāng)步進(jìn)節(jié)點(diǎn)條件滿足時，某一狀態(tài)被置位，當(dāng)下一步的步進(jìn)節(jié)點(diǎn)接通時，轉(zhuǎn)移到下一步狀態(tài)，同時自動復(fù)位上一狀態(tài)，其中STL是步進(jìn)節(jié)點(diǎn)指令，RET是步進(jìn)返回指令。 第13頁 共19頁 系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動，M8002是初始化脈沖，上電運(yùn)行后產(chǎn)生，按下啟動按鈕X000，系統(tǒng)運(yùn)行，打開進(jìn)水電磁閥Y000，當(dāng)系統(tǒng)的高水位限位開關(guān)X003檢測到水滿時，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥Y000，定時器T0工作洗衣機(jī)停止運(yùn)行2

39、秒。如圖3--1、3--2程序梯形圖所示。 圖 3--1 圖 3--2 當(dāng)狀態(tài)位S22置位時，定時器T3工作，接觸器線圈Y003接通，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)洗滌，定時器T3定時20秒到，S22狀態(tài)自動復(fù)位的同時置位S23，洗衣機(jī)停止運(yùn)行，定時器T1開始定時，定時器T1定時2秒到，自動復(fù)位狀態(tài)S23的同時置位S24，,接觸器Y004接通，定時器T4開始定時，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌20秒到，復(fù)位S24同時置位S25，定時器T2洗衣機(jī)停止運(yùn)行2秒。如圖3--3、3--4、3--5、3--6程序梯形圖所示。 第14頁 共19頁 圖 3--3 圖 3--

40、4 圖 3--5 圖 3--6 第15頁 共19頁 狀態(tài)位S26置位時，計(jì)數(shù)器C0開始計(jì)數(shù)的同時與計(jì)數(shù)器C0當(dāng)前值做比較，當(dāng)C0的值不等于2時，狀態(tài)位S22置位,循環(huán)洗滌；當(dāng)C0的值等于2時，計(jì)數(shù)器C0清零，狀態(tài)位S26復(fù)位同時S27置位，排水電磁閥Y001打開并復(fù)位計(jì)數(shù)器C0,當(dāng)?shù)退幌尬婚_關(guān)X002檢測到水排空后，置位S28的同時復(fù)位S27。如圖3--7、3--8程序梯形圖所示。 圖 3--7 圖 3--8 狀態(tài)位S28置位時，排水電磁閥Y001打開，脫水接觸器Y002合上，接觸器Y003線圈得電，抱閘將洗滌電機(jī)軸和內(nèi)桶抱緊，帶動其

41、內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干，定時器T5定時10秒到，自動復(fù)位S28的同時置位S29，計(jì)數(shù)器C1開始計(jì)數(shù)的同時與計(jì)數(shù)器C1當(dāng)前值做比較，當(dāng)C1的值不等于3時，狀態(tài)位S20置位,循環(huán)從進(jìn)水開始的全部動作；當(dāng)C1的值等于3時，狀態(tài)位S29復(fù)位。如圖3--9、3--10、3--11、3--12、3--13程序梯形圖所示。 第16頁 共19頁 圖 3--9 圖 3--10 圖 3--11 圖 3--12 第17頁 共19頁 圖 3--13 狀態(tài)位S30置位時，蜂鳴器Y005進(jìn)行洗完報(bào)警，計(jì)數(shù)器C1清零，為下次洗滌工作做好準(zhǔn)備，計(jì)數(shù)器有記憶功

42、能，所以每次比較完后要記得清零，蜂鳴器Y005報(bào)警10秒后結(jié)束全部過程，自動停機(jī)并返回初始狀態(tài)。如圖3--14程序梯形圖所示。 圖 3--14 當(dāng)按下手動排水按鈕X004，排水電磁閥Y001閉合，實(shí)現(xiàn)手動排水；當(dāng)按下停止按鈕X001, 實(shí)現(xiàn)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。如圖3--15程序梯形圖所示。 圖 3--15 總結(jié) 第18頁 共19頁 在本次設(shè)計(jì)里，我們采用了PLC為控制核心，通過對其輸入輸出分配和接線來達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制要求的。回顧起此次課程設(shè)計(jì)從選題到最后完成任務(wù)，我對以前學(xué)習(xí)的知識的有了更深刻的理解，鍛煉了自己分析問題，解決問題的能力。在這次課設(shè)過程中我

43、們使用到了三菱PLC編程仿真軟件GX Developer、GX Simulator和Microsoft Office Visio，剛開始接觸這些軟件時自己一頭霧水，有的軟件甚至安裝了好幾次都失敗了，不過自己慢慢摸索并向其他同學(xué)請教慢慢的熟悉了這些軟件的使用方法，不過對于Microsoft Office Visio的熟悉卻是花費(fèi)了不少時間，剛開始畫圖時有些元器件的圖形符號找不到自己又不會組合，所以畫出來的圖很不規(guī)范，不過通過對主控電路圖的反復(fù)重畫慢慢熟悉了怎么連接線路，對于三菱FX2N系列PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運(yùn)用中，鍛煉了我的動手能力，也提高了專業(yè)素質(zhì)，同時也看

44、清了自己的不足之處，并積極進(jìn)行了改正。最后，真心感謝各位老師在本次課程設(shè)計(jì)中對我的悉心指導(dǎo)與幫助！ 參考文獻(xiàn) [1] 漆漢宏 《PLC電氣控制技術(shù)》 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 [2] 《QBT 4136-2010 家用和類似用途電動洗衣機(jī)用電動機(jī)技術(shù)要求》 [3] 俞國亮 PLC原理與應(yīng)用（三菱FX系列） 2007 北京：清華大學(xué)出版社 P76 [4] 三菱FX2N系列《微型可編程控制器使用手冊》 [5] 張桂香 《電氣控制與PLC應(yīng)用》 化學(xué)工業(yè)出版社 2003

45、 第19頁 共19頁 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)評審意見表 指導(dǎo)教師評語： (1)、學(xué)習(xí)態(tài)度及平時表現(xiàn) ( 出勤等) □A □B □C □D □E (2)、查閱資料，分析、解決問題的能力 □A □B □C □D □E 平時成績： 2013年 7 月 1 日 圖面及其它成績： (1)、結(jié)構(gòu)合理、 層次分明， 書寫規(guī)范：□A □B □C □D □E (2)、基本概念正確， 分析與論述清楚：□A □B □C □D

46、□E (3)、圖紙(插圖)簡明清晰、電氣符號規(guī)范：□A □B □C □D □E 圖面及其它成績： 2013年 7 月 1 日 答辯小組評語： (1)、語言敘述思路清晰、表達(dá)清楚：□A □B □C □D □E (2)、基本概念正確、設(shè)計(jì)方案合理：□A □B □C □D □E (3)、基礎(chǔ)知識扎實(shí)、回答問題準(zhǔn)確：□A □B □C □D □E 答辯成績： 2013年 7 月 1 日 課程設(shè)計(jì)綜合成績： 答辯小組成員簽字： 2011年 7 月 5日