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1、 電氣控制與PLC 課程設計 題 目: 全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計 院系名稱： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 成績： 指導老師簽名：

2、 日期： 目 錄 目錄 1 系統(tǒng)概述----------------------------------------------------------------------------- 1 2 系統(tǒng)設計方案論證-----------------------------------------------------------

3、-------1 2.1總體方案的確定--------------------------------------------------------------------------- 2 2.1.1 設計方案-------------------------------------------------------------------- 2 2.2方案設計的基本理論依據(jù)------------------------------------------------------------- 2 2.2.1控制系統(tǒng)的比較----------------

4、-------------------------------------------- 2 3 硬件設計 ------------------------------------------------------------------------ 2 3.1 系統(tǒng)原理方框圖---------------------------------------------------------------------------4 3.2 主電路-----------------------------------------------------------------

5、-----------------------4 3.3 I/O分配---------------------------------------------------------------------------------------5 3.4 I/O接線圖-------------------------------------------------------------------------------------6 3.5元器件選型--------------------------------------------------------------

6、-------------------- 6 3.5.1電動機的選則---------------------------------------------------------------- 7 3.5.2 接觸器的選擇----------------------------------------------------------------7 3.5.3 傳感器的選擇----------------------------------------------------------------7 3.5.4 按鈕的選擇------------

7、-------------------------------------------------------8 4 軟件設計-------------------------------------------------------------------------------8 4.1 主流程------------------------------------------------------------------------------------------9 4.2 梯形圖------------------------------------------

8、-----------------------------------------------11 5 系統(tǒng)調試-------------------------------------------------------------------------------12 設計心得------------------------------------------------------------------------------------13 參考文獻---------------------------------------------------------------

9、---------------------13 1. 系統(tǒng)概述 全自動洗衣機的由內外桶、進水口、啟動和停止按鈕、控制器、進水按鈕、水位開關、排水口和洗條電機組成。洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的，外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水（甩干）用。內桶的四周有很多小孔，使內、外桶的水流相通。系統(tǒng)結構框圖如下： 全自動洗衣機的進水和排水分別有進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)把進水閥打開，經(jīng)進水管將水注人外桶，排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水又外桶排到機外。洗衣機正轉，反轉由洗滌電機驅動波輪正反來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉。脫水時

10、，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機帶動內桶正轉進行甩干；高低水位開關分別用來測高低水位；啟動按鈕用來啟動洗衣機工作；停止按鈕用來實現(xiàn)緊急工況下手動停止進水排水脫水及報警；排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。 由控制要求可知，首先接通電源，用戶根據(jù)衣物的多少及大小進行水位的選擇。再按下啟動按鈕，開始進水洗滌衣物。使用PLC控制時，輸入設備主要有啟動按鈕，水位選擇按鈕（高水位選擇按鈕、中水位選擇按鈕、低水位選擇按鈕），水位開關（高水位開關、中水位開關、低水位開關），排水按鈕及脫水按鈕等。輸出設備主要有進水電磁閥，洗滌電動機正轉接觸器，洗滌電動機反轉接觸器，排水電磁閥，脫水離合器及報警蜂鳴器等.

11、 本設計要求： （1）按下啟動按鈕及水位選擇開關，注水直到高（中、 低）水位，關水 （2）2s后開始洗滌 （3）洗滌時，正轉30s，停2s，然后反轉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（2）～（5），清洗兩遍 （6）清洗完成，報警3s并自動停機 （7）若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)） 2 方案論證 2.1 總體設計方案的確定 2.1.1 設計方案 采用PLC控制全自動洗衣機，它具有可靠性高，操作簡單等很多優(yōu)點，可以克服單片機指令系統(tǒng)相對復雜、編

12、寫程序復雜、需要多種電路保護裝置等缺點。PLC是一個整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路的功能，硬件和編程也相對簡單。 2.2方案設計的基本理論依據(jù) 2.2.1 控制系統(tǒng)的比較 1、 PLC系統(tǒng)的特點 PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它具有可靠性高的特點，能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作，對工作環(huán)境要求比較低，抗干擾性比較強；編程簡單，PLC控制系統(tǒng)采用了獨特的，多種編程語言，如指令表、梯形圖、邏輯功能圖等等，程序簡潔，能滿足不同的人的編程需求；使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅動能力等都可以根據(jù)實際控制要

13、求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換。 2、單片機系統(tǒng)的特點 單片機對環(huán)境的適應能力較低，可靠性差，單片機采用匯編語言或者C語言使得變成比較復雜，難以學習，功能單一，只具有使用中所需要的功能。 PLC 即 Programmable logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC在硬件上又基本單元（包含中央處理器單元，存儲器，輸

14、入輸出接口，內部電源）,I/O口擴展單元，及外部設備組成。其輸入接口電路通常有干接觸，直流輸入，交流輸入三種形式。輸出形式有：繼電器輸出，晶體管輸出和晶閘管輸出。PLC采用循環(huán)掃描的的工作方式，其工作時的掃描過程包括5個階段：內部處理，通信處理，輸入掃描，程序執(zhí)行，輸出處理。其中程序執(zhí)行過程又分為輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段。 應用PLC進行控制，具有以下幾個優(yōu)點： 1．可靠性高，抗干擾能力強。 2．編程簡單，易于實現(xiàn)。 3．功能完善，靈活方便， 4．體積小，質量輕，功耗低。 3. 硬件設計 3.1系統(tǒng)的原理方框圖

15、 3.2 主電路 PLC控制主電路圖如下圖所示： PLC控制的全自動洗衣機的主電路圖 此主電路由三相電源、隔離開關QS、熔斷器FU1、接觸器KM1、KM2、熱繼電器FR和三相異步電動機M共同構成，接觸器線圈得電后控制主觸點的接通，實現(xiàn)電動機正反轉。熔斷器和熱繼電器分別起到短路保護和過載保護功能。 3.3 I/O分配：如下表所示 表： I/O分配 輸入 輸出 X1 啟動按鈕 SB

16、1 Y1 進水 X2 停止按鈕 SB2 Y2 正轉洗滌 X3 高水位指示 Y3 反轉洗滌 X4 中水位指示 Y4 排水 X5 低水位控制 Y5 脫水 X6 排空檢測 Y6 報警器 X7 高水位監(jiān)測 X10 中水位監(jiān)測 X11 低水位監(jiān)測 X12 手動排水 3.4 I/O接線圖：如下圖所示 I/O接線圖 3.5 元器件選型 3.5.1電動機的選擇 本次設計根據(jù)實際生活情況進行，全自動洗衣機用的電容式電機

17、是正、反兩個方向工作的，根據(jù)家庭電源的情況選擇單相電容式異步電動機，由于全自動洗衣機的脫水桶直徑較大，這一偏心要考慮，計算時應以洗滌物可能產(chǎn)生最大偏心為計算依據(jù)。脫水時電機功率比洗滌時要大，在確定電機功率時應以脫水時消耗的功率為依據(jù)，也就是說脫水時電機功率就是該洗衣機所確定的電機額定功率。 3.5.2接觸器的選擇 交流接觸器的選擇主要考慮到主觸點的額定電流、額定電壓、線圈電壓等，主觸點額定電流IN， PN為被控制電機額定功率，K為比例系數(shù)，一般取1.4，UN為被控制電

18、動機的額定線電壓，交流接觸器主觸點額定電壓一般按高于電路額定電壓來確定，所以，可取K=1， 可選施奈德LC1-D0610M5C型交流接觸器，額定電壓220V，額定電流6A。 3.5.3傳感器的選擇 1、水溫傳感器的選擇：水溫檢測可用熱敏電阻或MTS102 半導體溫度檢測器。洗衣機水溫一般為4 ℃～40 ℃,在該溫度范圍內MTS102線性好,溫度敏感,水溫檢測常選用它。 2、水位傳感器的選擇：對于PLC控制的洗衣機,要求水位的檢測必須是連續(xù)的,諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測物體

19、的變化轉變?yōu)長C 參數(shù)的變化,最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是將水位的高低通過導管轉換成一個測試內腔氣體變化的壓力,驅動內腔上方的一塊隔膜移動,帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內移動,從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。 3、 渾濁度傳感器的選擇：渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器。由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強度的紅外光,紅外接收管在溶液的另一側接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小,光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后,就可以判斷出水的渾濁程度。 3.7.4 按鈕的選擇 全自動洗衣機的人機接口中有按鈕，可選擇施奈德低壓凸頭按鈕

20、，帶有指示燈，供電電壓為直流24V。按鈕型號如下表3所示 表3 按鈕型號 按鈕類別 型 號 備 注 啟動按鈕 XB2-BW13B1C 綠燈 常開 停止按鈕 XB2-BW14B2C 紅燈 常閉 高水位按鈕 XB2-BW14B1C 紅燈 常開 中水位按鈕 XB2-BW16B1C 黃燈 常開 低水位按鈕 XB2-BW15B1C 黃燈 常開 排水按鈕 XB2-BW15B1C 黃燈 常開 4. 軟件設計 4.1 主流程 全自動洗衣機PLC控制程序流程圖如下圖所示：

21、  按下啟動按鈕時開始進水，水滿(即水位到達高水位)時停止進水，2s后開始正轉洗滌。正轉洗滌30s后暫停，暫停2s后開始反轉洗滌。反轉洗滌30s 后暫停，暫停2s 后，若正、反洗滌未滿5 次，則返回從正轉洗滌開始的動作; 若正、反洗滌滿5 次時，則開始排水。排水水位若下降到低水位時，開始脫水并繼續(xù)排水。脫水30s即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成2 次大循

22、環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán); 若完成了2 次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警3s結束全部過程，自動停機。若按下停止按鈕，可以手動排水和手動脫水。 4.2 梯形圖 5. 系統(tǒng)調試 連接好PLC，打開軟件，選定合適的通信端口。首先用軟件遠程使PLC停止工作，RUN燈熄滅。然后把編好的程序寫入PLC，再用軟件啟動PLC，發(fā)現(xiàn)PLC的RUN指示燈亮，程序運行時，按下啟動按鈕X1，置位狀態(tài)寄存器S20，控制進水閥開始進水。由外部跟定液位信號，比如選定高水位洗滌，則閉合X3,過一會兒再閉合X7，相當于已達到高水位，從而置位S21，S20自動復位

23、，關閉進水，同時啟動T0計時器暫停2s。計時完畢，T0常開點閉合，置位S22，洗衣機開始正轉，并開啟T1計時器計時30s。計時完畢，T1常開點閉合，置位S23，開啟暫停2s的T2計時器。計時完畢，T2常開點閉合，置位S24，控制電動機反轉，同時開啟T3計時器計時30s。計時完畢，T3常開點閉合，從而置位S25，開啟暫停2s計時器T4。計時到時，并啟動計時器C0，計數(shù)一次，同時返回S22，直到計數(shù)器計到5次時，即正反轉320s后，置位S26，開始排水.當排空后，X11有信號，從而置位S27,啟動脫水，并保持排水，同時開啟T5計時器計時30s。計時到時，T5常開點閉合，C1計數(shù)一次，同時返回S20

24、，直到C1計時3次時，即反復洗滌三次后，C1常開點閉合，置位S28，開啟報警電路，揚聲器發(fā)出響聲提示洗衣完成，同時啟動T6計時器，控制報警聲3s后停止，之后返回到S0,程序停止。在每一步順序運行時，上一步的狀態(tài)寄存器均自動復位。 在程序運行中，閉合X2，各狀態(tài)寄存器均無信號，通過選擇手動排水和手動脫水檔位，可實現(xiàn)手動排水和手動脫水功能。若要實現(xiàn)輕柔洗功能，需添加X0作為輕柔洗檔位，把X1設為標準洗檔位，輕柔洗的過程可以通過一些計時器把正反轉的時間設定的小一些。編程和上述基本類似。 設計心

25、得 經(jīng)過近兩周的PLC課程設計，我受益匪淺，不僅僅熟悉了全自動洗衣機的工作過程，還進一步的學會和熟悉了步進指令。也讓我深深地體會到了理論到實際的困難和重要性，雖然全自動洗衣機就在我們身邊，我們天天都在用它，開始時我在想設計肯定很簡單，因為雖然硬件電路很簡單但軟件設計就沒那么容易了。為了更好地把軟件程序設計出來可謂吃盡了苦頭，后悔當初沒學好，查閱了好多資料，又把所學的指令認真的學習和熟悉了一邊。從這次的課程設計中我學到了好多知識，這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，才能的到應用。 通過這次課程設計，

26、我不單單學會了課本上的知識，更懂得的解決問題的方法，明白了怎樣把理論知識怎樣運用到實踐中去，更懂得了實踐中的問題怎樣用理論知識去解決。在這次課程設計中同學的幫助和老師精心指導是不可缺少的，謝謝他們的幫助。也明白了自己的不足，知道了努力的方向，長風波浪會有時，直掛云帆濟滄海。相信在同學和老師的幫助下我以后會做的更好！ 參 考 文 獻 [1] 漆漢宏 PLC電氣控制技術 北京：機械工業(yè)出版社 [2] 王兆義 小型可編程控制器實用技術 北京： 機械工業(yè)出版社 [3] 王兆義 可編程控制器教程 北京： 機械工業(yè)出版社 [4] 韓教禮 機械電氣設計簡明手冊 北京： 機械工業(yè)出版社 [5] 常曉玲，電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器 北京：機械工業(yè)出版社。