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Shaanxi University of Technology 課 程 設(shè) 計 說 明 書 基于PLC控制全自動洗衣機的設(shè)計 【摘要】本文論述了PLC的基本原理以及全自動洗衣機的工作原理。提出了實現(xiàn)用PLC模擬控制全自動洗衣機運行的方法。該方法是依據(jù)全自動洗衣機的功能設(shè)計梯形圖，并把梯形圖輸入到PLC中實現(xiàn)模擬控制?；贕X DEVELOPER設(shè)計了梯形圖，并進行了仿真。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計達到了設(shè)計要求。本文主要介紹了課題的基本概況，講述了本次課程設(shè)計的總體任務(wù)要求，介紹了西門子PLC和三菱PLC的概況。以及整體的設(shè)計思路，也就是在整個課程設(shè)計過程中需要做什么來達到題目的要求。最終驗證后證明本文的設(shè)計成果達到了題目的要求。 【關(guān)鍵詞】PLC;梯形圖；步進順控指令 The design of the automatic washing machine based on PLC Pan Qi （Grade14，class1401，Major Electrical engineering and its automation，Electrical Engineering Dept，Shanxi University of Techology，hanzhong 723000，Shanxi ） Tutor：Kang Jinhui 【Abstract】This paper discusses the basic principle of PLC and the working principle of automatic washing machine. Put forward the implementation using PLC simulation method to control the full-automatic washing machine operation. The method is based on the function of the automatic washing machine design of ladder diagram, the ladder diagram input and to realize the simulation control PLC. Based on the GX DEVELOPER ladder diagram is designed, and a simulation was carried out. The simulation results show that the design meets the design requirements.This article mainly introduced the basic situation of the subject, tells the story of the overall mission of this curriculum design requirements, this paper introduces the general situation of Siemens PLC and mitsubishi PLC. As well as the overall design idea, that is, what needs to be done in the whole process of course design to meet the needs of the title. After verification in the end prove to be of this article designs to suit the requirements of the subject. 【Key words】?PLC; Ladder Diagram; Step Ladder Instruction. ? 目錄 第一章 概述 5 1.1 題目內(nèi)容及要求 5 1.2 DX DEVELOPER簡介 6 1.3 三菱PLC和西門子PLC的簡介 7 第二章 設(shè)計分析 8 2.1設(shè)計思路 8 2.2 總體流程 8 2.3 輸入、輸出點分配 8 2.4 主控制電路 10 2.5 PLC接線圖 11 2.6仿真 12 第三章 梯形圖 13 3.1 總體梯形圖解析.. 13 3.2 部分梯形圖解析 16 第四章 調(diào)試 18 4.0 調(diào)試總結(jié) 19 第五章 致謝 20 參考文獻 21 附錄 22 第1章 緒論 1.1 題目的內(nèi)容及要求 本次設(shè)計基于PLC的全自動洗衣機控制，采用PLC控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制。PLC控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因為它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設(shè)計方向。 設(shè)計的目的： （1）進一步掌握和鞏固PLC控制的基本知識。 （2）掌握PLC程序的設(shè)計及調(diào)試方法。 （3）學(xué)會查閱有關(guān)專業(yè)資料及設(shè)計手冊。 研究的具體內(nèi)容： （1） 深入了解洗衣機的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。 （2） 控制系統(tǒng)設(shè)計。包括硬件設(shè)計，PLC的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計，編程方法。 （3） 對編寫好的編譯程序進行實際調(diào)試并仿真。 系統(tǒng)的控制要求： PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。 （1） 按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，注水直到高（中、低）水位，關(guān)水。 （2） 2秒后開始洗滌。 （3） 洗滌時，正轉(zhuǎn)30秒后暫停，暫停2秒后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌30秒后暫停，暫停2秒。 （4） 如此循環(huán)5次，總共320秒后開始排水，排空后開始脫水30s。 （5） 開始清洗，重復(fù)（2）（5），清洗兩遍。 （6） 清洗完成，報警3s并自動停機。 （7） 若按下停車按鈕，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）。 1.2 DX DEVELOPER簡介 GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QNU、QS、QNA、ANS、ANA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QNA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復(fù)制，粘貼，并有效利用。程序的標準化標號編程 用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。 功能塊 FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更更有靈活性，能夠簡單設(shè)定和其他站點的鏈接 由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接。 1.3三菱PLC和西門子PLC的簡介 三菱PLC英文名又稱：MITSUBISH Programmable Logic Controller， 它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)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。三菱PLC在中國市場常見的有以下型號： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q）?？删幊绦蚩刂破鞒司哂谢具壿嬛噶詈筒竭M指令外，還具有許多功能指令，如FX0N系列具有20條基本指令，51條功能指令；而FX2N系列具有27條基本邏輯指令和298條功能指令。所以，不同系列的可編程序控制器，其功能指令相差很多。功能指令實際上是執(zhí)行一個個功能不同的子程序的調(diào)用，他既能簡化程序設(shè)計，又能完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、數(shù)值運算，實現(xiàn)高難度控制。 德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程控制器在我國的應(yīng)用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC是一種疊裝式結(jié)構(gòu)，它的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。指令豐富、可靠性高、適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴展、性能價格比高。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。其規(guī)?？梢詮膸c上到幾百點。 第2章 設(shè)計分析 2.1設(shè)計思路 按下電源開關(guān)，開始進水洗滌衣服。要使用PLC來實現(xiàn)洗衣機的全自動，它的輸入設(shè)備主要有電源按鈕，啟動按鈕，水位選擇按鈕（高、中、低），排水和脫水按鈕等。輸出設(shè)備主要有電動機，電磁閥。首先打開電源，用戶根據(jù)衣服的多少和大小進行水位的選擇；按下啟動按扭洗衣機自動運行，按下停止按鈕可手動排水和手動脫水。 2.2 設(shè)計流程 如下圖1.1 2.3 輸入、輸出點分配 洗衣機的I O分配表如下圖1.2 PLC輸入端 所接外部輸入器件 PLC輸出入端 所接外部輸出入器件 X1 啟動按鈕SB0 Y1 啟動 X2 停止按鈕SB1 Y2 進水電磁閥YA1 X3 高水位選擇開關(guān) Y3 正轉(zhuǎn)接觸器KM1 X4 中水位選擇開關(guān) Y4 反轉(zhuǎn)接觸器KM2 X5 低水位選擇開關(guān) Y5 排水 X6 排空檢測 Y6 脫水 X7 高水位檢測SQ1 Y7 報警 X10 中水位檢測SQ2 X11 低水位檢測SQ3 X12 手動排水 X13 手動脫水 開始 水位選擇 暫停2秒 先正傳洗劑30秒 暫停2秒 反轉(zhuǎn)洗劑30秒 暫停2秒 N 正反轉(zhuǎn)洗劑5次 Y 排空后脫水30秒秒 N 清洗兩次 Y 報警2秒停止 2.4 控制主電路 全自動洗衣機的電機正反轉(zhuǎn)圖 圖1.3 分析：輸出觸點Y3得電，與之相連電機的主觸點（正傳）KM1閉合，電機運行在正轉(zhuǎn)狀態(tài)；當輸出觸點Y4得電，與之相連電機的主觸點（反轉(zhuǎn)）KM2閉合，電機運行在反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 2.5 PLC接線圖 如下圖1.4 2.6仿真 本次設(shè)計采用三菱公司的GX DEVELOPER編程軟件進行編程，該軟件使用方便。打開GX DEVELOPER編程軟件，新建時要根據(jù)PLC型號來選擇，這樣才能把你編的程序下載到PLC中調(diào)試時不會出錯。 第3章 梯形圖 3.1 總體梯形圖解析 分析：按下啟動按鈕X1，輔助繼電器M1得電，為全自動洗衣機啟動做好準備。選擇水位開關(guān)X3(高水位)、X4(中水位)、X5(低水位)，當水位上升達到預(yù)設(shè)的水位高度停止注水。停止2秒后，洗衣機開始正傳30秒，停止2秒后，洗衣機開始反轉(zhuǎn)30秒。重復(fù)上述動作5次后，然后進行排水和脫水持續(xù)30秒。重復(fù)上述動作2次。完成后洗衣機報警3秒。 當按下停止按鈕，全自動洗衣機可以通過手動按鈕X12(排水)和手動按鈕X13(脫水)進行操作。 3.2 部分梯形圖解析 分析：按下啟動按鈕X1，輔助繼電器M1得電并且保持，為全自動洗衣機運行做好準備，X2為停止按鈕 。X3、X4、X5分別為高水位選擇開關(guān)、中水位選擇開關(guān)、低水位選擇開關(guān)。X7、X10、X11分別為高水位限位開關(guān)、中水位限位開關(guān)、低水位限位開關(guān)。當按下停止按鈕X2，通過跳轉(zhuǎn)指令P1進行可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）。 分析：當全自動洗衣機完成注水后停止2秒，正傳30秒，停止2秒，反轉(zhuǎn)30秒后，既完整洗劑過程一次，根據(jù)題目要求需要循環(huán)5次，故采用計數(shù)器C0進行循環(huán)計數(shù)5次，才能正確完成洗劑過程。 分析：當洗衣機完成洗劑過程進入清洗過程時，需要重新開始注水進行循環(huán)兩 次，通過計數(shù)器C1進行循環(huán)。清洗完成后洗衣機報警，工作結(jié)束。 分析：當按下停止按鈕X2，程序通過跳轉(zhuǎn)指令進行手動操作，當按下手動按鈕X12（手動排水），洗衣機進行手動排水不脫水；當按下手動按鈕X13（手動脫水），洗 衣 機進行手動脫水不計數(shù)。 第4章 調(diào)試總結(jié) 通過這次全自動洗衣機plc控制及運行，知道自己在這門課程中所學(xué)到的知識能應(yīng)用到實際生活中，真的很開心。不過在設(shè)計過程中也遇到很多問題，例如：PLC接線圖如何畫出來，在實驗里又沒法做；程序的運行，調(diào)試了很多次，其中的一次是手動排水（不脫水）、脫水（不計數(shù)）以及運用軟件怎樣模擬程序，這個問題困擾了我很長時間，通過查閱相關(guān)資料并且在老師的指導(dǎo)下最終攻克了這一難題。讓我們的程序得已正常工作。 　我覺得這次全自動洗衣機用PLC控制設(shè)計能夠運行成功，有以下幾點原因：1.與我們所學(xué)的專業(yè)知識是分不開的。2.我們組的共同探討和努力的成果。3.輔導(dǎo)老師的認真教學(xué)和耐心指導(dǎo)起到關(guān)鍵性的作用。在設(shè)計過程中，讓我也學(xué)到了很多東西，例如：啟保停電路設(shè)計的方法和技巧，跳轉(zhuǎn)指令的使用，順序控制中如何解決公用兩步組成的小閉環(huán)等。 本次課程設(shè)計使我深有感觸，只要付出就有回報，遇到問題多與老師同學(xué)交流，利用網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)?？傊?，萬事開頭難，知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。 第5章 致謝 課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)實際問題、提出實際問題、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際學(xué)習能力、動手能力的具體訓(xùn)練和考察過程。 在此全自動洗衣機設(shè)計過程中, 在學(xué)習新知識的同時，把在課程中學(xué)到的理論知識運用到實際作品設(shè)計、操作中，更進一步地熟悉了PLC的結(jié)構(gòu)及掌握了其工作原理和具體的使用方法與相關(guān)元器件的使用方法，了解了可編程控制器的開發(fā)和制作及課程設(shè)計報告的編寫。加深了對相關(guān)理論知識及專業(yè)知識的掌握度，增強自身的動手能力，鍛煉及提高了理解問題、分析問題、解決問題的能力，更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，進一步掌握畫圖軟件的使用和提高相應(yīng)的畫圖操作水平及技巧。 參考文獻 [1]史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 [2]方承遠.工廠電氣控制設(shè)計[M].第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2005 [3]王晉生.新標準電氣知識圖[M].北京：中國水利水電出版社，2003 [4]楊振興.可編程序控制器原理和應(yīng)用[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社,1993 [5]呂景泉.可編程控制器技術(shù)教程[M].北京：高等教育出版社，2001 [6]胡學(xué)林.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2001 [7]日本三菱公司.三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX系列編程手冊[M]. 1998 [9]刑郁甫，楊天民，趙積善編.　新編實用電工手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，1997 [10]劉祖潤.畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)（電氣類專業(yè)適用）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996 [11]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 [12]龔運新，陳淑蘭，解曉飛.三菱PLC實用技術(shù)教程[M]北京：北京師范大學(xué)出版社，2007 附錄 在自動化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種plc產(chǎn)品，應(yīng)用汽車、糧食加工、化學(xué)、制藥、金屬、礦山、紙漿、等行業(yè)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。