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北 京 工 業(yè) 大 學(xué) PLC 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 題 目： 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制設(shè)計(jì) 學(xué) 院：電子信息與控制工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 自 動(dòng) 化 學(xué) 號(hào)： 12020219 姓 名： 暢攀人 指導(dǎo)教師： 張會(huì)清 劉紅云 成 績(jī)： 2015年6月  目錄 一．課程設(shè)計(jì)題目………………………………………1 ——全自動(dòng)洗衣機(jī)控制的設(shè)計(jì)及組態(tài)……………………2 二．課程設(shè)計(jì)目的………………………………………3 ——天工組態(tài)軟件調(diào)試與設(shè)計(jì)……………………………3 三．課程設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………3 四、課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)及設(shè)備………………………………4 五、課程設(shè)計(jì)整體方案…………………………………4 六、系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………6 （一）PLC硬件接線、控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 ………………6 （二）上位機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)…………………………………6 （三） 下位機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試……………………………………8 1. 控制要求 ……………………………………………9 2.I/O地址表………………………………………………9 3.I/O接線圖………………………………………………10 4.程序流程圖……………………………………………11 5.梯形圖 …………………………………………………12 6.設(shè)計(jì)說(shuō)明…………………………………………………14 7.調(diào)試過(guò)程…………………………………………………15 七、總結(jié)及感想……………………………………………16 八、參考資料………………………………………………16 一．課程設(shè)計(jì)題目—— 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制的設(shè)計(jì)及組態(tài) 現(xiàn)在，全自動(dòng)洗衣機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶之中，極大的方便了人們的日常生活，提高了人們的生活質(zhì)量，使人們從那繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。 所謂全自動(dòng)洗衣機(jī)，就是將洗衣的全過(guò)程(泡浸-洗滌-漂洗-脫水)預(yù)先設(shè)定好N個(gè)程序,洗衣時(shí)選擇其中一個(gè)程序,打開(kāi)水龍頭和啟動(dòng)洗衣機(jī)開(kāi)關(guān)后洗衣的全過(guò)程就會(huì)自動(dòng)完成,洗衣完成時(shí)由揚(yáng)聲器發(fā)出響聲。本文是基于三菱FX2N系列PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)梯形圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完善的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，以滿足控制要求，實(shí)現(xiàn)洗衣自動(dòng)化的控制。 二、課程設(shè)計(jì)目的： 在先修課程《現(xiàn)代電氣控制技術(shù)》中可編程控制器部分學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)松下系列PLC對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)洗滌過(guò)程進(jìn)行控制的編程設(shè)計(jì)與調(diào)試，進(jìn)一步熟悉并掌握PLC的工作原理，了解控制對(duì)象的工藝流程和技術(shù)要求, 運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步掌握PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，培養(yǎng)靈活運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力。通過(guò)使用天工組態(tài)軟件，掌握組態(tài)設(shè)計(jì)的方法及調(diào)試方面的知識(shí)。 三．課程設(shè)計(jì)任務(wù)： 1.用PLC實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)運(yùn)行控制，完成框圖及梯形圖控制程序的編制，并畫(huà)出硬件接線圖，進(jìn)行軟硬件的聯(lián)調(diào)，并用組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控。 2.具體動(dòng)作過(guò)程要求如下： （1） 按下啟動(dòng)按扭及水位選擇開(kāi)關(guān)，開(kāi)始進(jìn)水，直到高（中、 低）水 位，然后關(guān)水； （2）2秒后開(kāi)始洗滌； （3）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒； （4） 如此循環(huán)5次，總共320秒后開(kāi)始排水，排空后脫水30秒； （5） 開(kāi)始清洗，重復(fù)（1）～（4），清洗兩遍； （6） 清洗完成，報(bào)警3秒并自動(dòng)停機(jī)； （7） 若按下停車(chē)按扭，可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水（不計(jì)數(shù)）。 3．控制要求 根據(jù)動(dòng)作要求設(shè)計(jì)和制作實(shí)驗(yàn)板，設(shè)計(jì)I/O接口，畫(huà)出I/O接線圖，編寫(xiě)PLC程序，在PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備上調(diào)試并運(yùn)行。 4．用天工（或組態(tài)王）組態(tài)軟件構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，并與PLC進(jìn)行聯(lián)調(diào)。 5．設(shè)計(jì)成果 完成整個(gè)系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)程序的編寫(xiě)和調(diào)試，寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 四、課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)及設(shè)備 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：綜合科技樓708運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： TVT—90DT PLC訓(xùn)練裝置（含F(xiàn)PX系列PLC主機(jī)） 微型電子計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）； 自制實(shí)驗(yàn)板； 天工組態(tài)軟件。 五、課程設(shè)計(jì)整體方案 全自動(dòng)洗衣機(jī)的由進(jìn)水口、啟動(dòng)和停止按鈕、控制器、進(jìn)水按鈕、水位開(kāi)關(guān)、排水口和洗條電機(jī)組成。其中進(jìn)水和排水分別有進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來(lái)執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)把進(jìn)水閥打開(kāi)，經(jīng)進(jìn)水管將水注入洗衣機(jī)內(nèi)，排水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)使排水閥打開(kāi)，將水又外桶排到機(jī)外。洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動(dòng)波輪正反來(lái)實(shí)現(xiàn)。脫水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干；高低水位開(kāi)關(guān)分別用來(lái)測(cè)高低水位；啟動(dòng)按鈕用來(lái)啟動(dòng)洗衣機(jī)工作；停止按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)緊急工況下手動(dòng)停止進(jìn)水排水脫水及報(bào)警；排水按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。 由控制要求可知，全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作流程圖如圖2-1所示。首先接通電源，用戶根據(jù)衣物的多少及大小進(jìn)行水位的選擇。再按下啟動(dòng)按鈕，開(kāi)始進(jìn)水洗滌衣物。使用PLC控制時(shí)，輸入設(shè)備主要有啟動(dòng)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(kāi)關(guān)（高水位開(kāi)關(guān)、中水位開(kāi)關(guān)、低水位開(kāi)關(guān)），排水按鈕及脫水按鈕等。輸出設(shè)備主要有進(jìn)水電磁閥，洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器，洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器，排水電磁閥，脫水離合器及報(bào)警蜂鳴器等。 下位機(jī)： 根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)動(dòng)作要求，可知整個(gè)洗滌過(guò)程中，需用到7個(gè)定時(shí)器，進(jìn)水完暫停定時(shí)器T0，正轉(zhuǎn)定時(shí)器T1，正轉(zhuǎn)暫停定時(shí)器T2，反轉(zhuǎn)定時(shí)器T3，反轉(zhuǎn)暫停定時(shí)器T4，脫水定時(shí)器T5，報(bào)警定時(shí)器T6。2個(gè)計(jì)數(shù)器C100與C200，正反轉(zhuǎn)各5次為一次洗滌周期，循環(huán)2次。并且可根據(jù)衣物多少自定義正反轉(zhuǎn)周期。這些定時(shí)器，計(jì)數(shù)器均可在下位機(jī)梯形圖中實(shí)現(xiàn)。 上位機(jī)：在洗衣開(kāi)始時(shí)，需要選擇高（中/低）水位，并且當(dāng)注水到該水位時(shí)，停止注水。可見(jiàn)高中低水位處用三個(gè)液位傳感器，還需一個(gè)排空檢測(cè)傳感器，共4個(gè)傳感器，一個(gè)啟動(dòng)按鈕X1，一個(gè)停止按鈕X2，高中低三個(gè)選擇水位按鈕，手動(dòng)排水與手動(dòng)脫水按鈕各一個(gè)，在上位機(jī)中編程可實(shí)現(xiàn)。 六、系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）PLC硬件接線、控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 （二）上位機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)——天工組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 天工組態(tài)是基于Windows 98\NT平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件，可以方便的為您構(gòu)造功能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠的工業(yè)控制管理系統(tǒng)。天工組態(tài)軟件包括以下版本：開(kāi)發(fā)版（UCMake）、運(yùn)行版（UCView）、網(wǎng)絡(luò)版（NetView）和學(xué)習(xí)版（UCDemo）。開(kāi)發(fā)版、運(yùn)行版和網(wǎng)絡(luò)版按照“點(diǎn)數(shù)”分為不同的規(guī)格，滿足不同客戶的需要。 開(kāi)發(fā)版（UCMake）是天工組態(tài)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，是用戶進(jìn)行工程開(kāi)發(fā)的工具。內(nèi)置畫(huà)面制作系統(tǒng)、程序語(yǔ)言、設(shè)備管理器等。每個(gè)開(kāi)發(fā)版只能在一臺(tái)PC機(jī)上運(yùn)行，在不大于自身點(diǎn)數(shù)的運(yùn)行環(huán)境（UCView）或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（UCNet）下運(yùn)行八個(gè)小時(shí)，它支持網(wǎng)絡(luò)功能并能重復(fù)使用。運(yùn)行版（UCView）是天工組態(tài)的運(yùn)行環(huán)境，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序與天工組態(tài)支持的智能硬件（下位機(jī)）通訊，支持網(wǎng)絡(luò)功能。每個(gè)運(yùn)行版只能安裝在工程現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)終端上，并能無(wú)限時(shí)在線運(yùn)行。 上位機(jī)模型： 畫(huà)面程序（液位傳感器控制程序）： 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）下位機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試 1.控制要求： 根據(jù)動(dòng)作要求設(shè)計(jì)和制作實(shí)驗(yàn)板，設(shè)計(jì)I/O接口，畫(huà)出I/O接線圖，編寫(xiě)PLC程序，畫(huà)出梯形圖，在PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備上調(diào)試并運(yùn)行。 2.I/O地址表： I/O地址 信號(hào)名稱(chēng) 功能說(shuō)明 備注 X1/R10 啟動(dòng)按鈕 開(kāi)啟洗衣機(jī)運(yùn)行 常開(kāi) X2/R11 停止按鈕 關(guān)閉洗衣機(jī)運(yùn)行 常開(kāi) X3/R12 高水位開(kāi)關(guān) 選擇高水位 常開(kāi) X4/R13 中水位開(kāi)關(guān) 選擇中水位 常開(kāi) X5/R14 低水位開(kāi)關(guān) 選擇底水位 常開(kāi) X6/R15 高水位檢測(cè)開(kāi)關(guān) 高水位時(shí)有信號(hào) 常開(kāi) X7/R16 中水位檢測(cè)開(kāi)關(guān) 中水位時(shí)有信號(hào) 常開(kāi) X8/R17 低水位檢測(cè)開(kāi)關(guān) 低水位時(shí)有信號(hào) 常開(kāi) X9/R19 排空檢測(cè)開(kāi)關(guān) 排空時(shí)接通 常開(kāi) X12 手動(dòng)拍水 選擇手動(dòng)排水 常開(kāi) X13 手動(dòng)脫水 選擇手動(dòng)脫水 常開(kāi) Y1 啟動(dòng)洗衣機(jī) 開(kāi)啟洗衣機(jī) 通有效 Y2 進(jìn)水閥 開(kāi)啟進(jìn)水閥 通有效 Y3 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)線圈 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 通有效 Y4 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)線圈 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 通有效 Y5 排水閥 開(kāi)啟排水 通有效 Y6 脫水電磁離合器 開(kāi)啟脫水 通有效 Y7 報(bào)警 啟動(dòng)報(bào)警 通有效 3.I/O接線圖： 注： 啟動(dòng)按鈕：SB1 高水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ1 脫水電磁閥：YC 停止按鈕：SB2 中水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ2 報(bào)警揚(yáng)聲器：SPK 高水位檔：K1 低水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ3 啟動(dòng)洗衣機(jī)：Y1 中水位檔：K2 手動(dòng)排水：K4 排水電磁閥：YV2 低水位檔：K3 進(jìn)水電磁閥：YV1 排空檢測(cè)開(kāi)關(guān)：SQ1 手動(dòng)脫水：K5 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)：KM1 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)：KM2 4.暫停2s 到達(dá)指定液位 開(kāi)始注水 選擇水位 開(kāi)始 程序流程圖： 正轉(zhuǎn)30s 暫停2s 反轉(zhuǎn)30s 暫停2s 循環(huán)五次？ 否 是 排水 排空？ 否 是 脫水30s 重復(fù)2次？ 否 是 報(bào)警3s 停止 5.下位機(jī)梯形圖： 6.梯形圖設(shè)計(jì)說(shuō)明：（側(cè)重點(diǎn)） 啟動(dòng)注水過(guò)程：按下X1啟動(dòng)按鈕，X1常開(kāi)觸點(diǎn)接通，Y1接通，洗衣機(jī)啟動(dòng)，按下X3/X4/X5按鈕，選擇高/中/低水位，同時(shí)Y2接通，洗衣機(jī)開(kāi)始注水，X6/X7/X8為液位傳感器，當(dāng)注水高度打到所選液位時(shí)，X6/X7/X8接通，因此輔助繼電器R2接通，R2常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y2斷開(kāi)，完成注水，因?yàn)镽2接通，定時(shí)器T0接通，定時(shí)2s。 正反轉(zhuǎn)洗衣過(guò)程：暫停2s后，T0接通,T0常開(kāi)觸點(diǎn)接通，R3導(dǎo)通，因此Y3，T1導(dǎo)通，洗衣機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)30s,30s后T1常閉斷開(kāi)，Y3斷開(kāi)，正轉(zhuǎn)停止，同時(shí)T1常開(kāi)閉合，R4接通，T2導(dǎo)通，定時(shí)2s(暫停2s)后，T2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，R5導(dǎo)通，因此Y4，T3導(dǎo)通，洗衣機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)30s,30s后T3常閉斷開(kāi)，Y4斷開(kāi)，停止反轉(zhuǎn)，同時(shí)T3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，R6導(dǎo)通，定時(shí)2s(暫停2s)。 正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)過(guò)程：當(dāng)X1（點(diǎn)動(dòng)）啟動(dòng)按鈕按下時(shí)，計(jì)數(shù)器C100清0，彈起后C100計(jì)數(shù)從5開(kāi)始，T4每導(dǎo)通一次，計(jì)數(shù)器自減1一次。 難點(diǎn)：當(dāng)T4定時(shí)2s后，常閉打開(kāi)，常開(kāi)閉合。所以T1斷開(kāi)，T1一斷開(kāi)，R4，R5，R6都斷開(kāi)，所以定時(shí)器T1，T2，T3，T4均斷開(kāi)，之后Y3接通，T1接通，所以在一瞬間從反轉(zhuǎn)完畢停2s又回到了正轉(zhuǎn)30s,從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)。 排水脫水過(guò)程：當(dāng)正反轉(zhuǎn)都循環(huán)5次后，C100常閉斷開(kāi)，常開(kāi)閉合，R7導(dǎo)通，開(kāi)始排水，R19常開(kāi)觸點(diǎn)，為排空檢測(cè)傳感器，當(dāng)排水排空后，R19閉合，T5導(dǎo)通，開(kāi)始脫水30s，30s后，T5常閉斷開(kāi)，常開(kāi)閉合。 循環(huán)2次過(guò)程：脫水30s后，T5常開(kāi)閉合，循環(huán)第一次時(shí)，C200常閉仍閉合，因此執(zhí)行RET R2，即將R2復(fù)位，常開(kāi)斷開(kāi)，常閉閉合，如此Y2接通，開(kāi)始進(jìn)水，當(dāng)進(jìn)水到指定液位高度時(shí)，X6/X7/X8液位傳感器導(dǎo)通，R2導(dǎo)通，接著正反轉(zhuǎn)繼續(xù)循環(huán)五次，與第一次相同再循環(huán)一遍。執(zhí)行兩遍后，C200常閉斷開(kāi)，常開(kāi)閉合，因此R9導(dǎo)通，Y7導(dǎo)通報(bào)警，T6定時(shí)器導(dǎo)通，定時(shí)3s（報(bào)警三秒）后，T6常閉斷開(kāi)，停止工作。 手動(dòng)排水脫水過(guò)程：按下停止按鈕X2，X2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，再按下手動(dòng)排水（脫水）按鈕X12（X13），常開(kāi)觸點(diǎn)閉合后，Y5/Y6導(dǎo)通，開(kāi)始排水/脫水。 7.調(diào)試過(guò)程： 不接T4常閉觸點(diǎn)時(shí)： 接T4常閉觸點(diǎn)后： 七．總結(jié)與感想 為期一周的全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC課程設(shè)計(jì)落下帷幕，可以說(shuō)此次PLC課程設(shè)計(jì)是自己最有成就感的一次實(shí)踐經(jīng)歷，讓我收獲頗豐，不僅鞏固了書(shū)本上學(xué)到的PLC知識(shí)，更鍛煉了自己的動(dòng)手能力，三人小組成功完成了全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制設(shè)計(jì)。 幾天的課程設(shè)計(jì)，讓我加深了對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)和理解，也知道了PLC應(yīng)用于工業(yè)控制的優(yōu)點(diǎn)所在，更重要的是讓我看到了自己知識(shí)的匱乏，也堅(jiān)定了以后要不斷的學(xué)習(xí)，不斷的向身邊的人虛心請(qǐng)教，同時(shí)要借助于圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)來(lái)擴(kuò)充自己的知識(shí)面的決心。也只有這樣，在以后的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中，自己才能有立足之地，才能有所作為。 此次課設(shè)我主要負(fù)責(zé)洗衣機(jī)下位機(jī)程序，查完資料后，根據(jù)已學(xué)知識(shí)開(kāi)始動(dòng)手編寫(xiě)PLC程序，此次課設(shè)總共牽涉到個(gè)定時(shí)器，我就一個(gè)定時(shí)器一個(gè)定時(shí)器編、循序漸進(jìn)，從T0到T6定時(shí)。整體編寫(xiě)完成后，開(kāi)始仿真，仿真過(guò)程中出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，通過(guò)分析梯形圖加以修改，經(jīng)過(guò)不斷嘗試總算設(shè)計(jì)成功。在與上位機(jī)結(jié)合后，因?yàn)樯衔粰C(jī)只能識(shí)別輔助繼電器RX，所以講所有按鈕都改成RX，在設(shè)置按鈕時(shí)，R1 =1，中間要加空格，否則不被識(shí)別。 最后，我們還進(jìn)行了拓展，加上了數(shù)碼管，可以根據(jù)衣服多少自定義電機(jī)正反轉(zhuǎn)周期，突破了給定的設(shè)計(jì)要求。三個(gè)臭皮匠，頂個(gè)諸葛亮。團(tuán)隊(duì)的力量是不可估量的。 八．參考資料 [1] 常曉玲. 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.2 [2] 賀哲榮,石帥軍. 流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)（三菱FX2系列）. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.3 [3] 三菱電機(jī).FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC編程手冊(cè).2005 [4]百度文庫(kù)，電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì).2009