PLC洗衣机设计1.docx
《PLC洗衣机设计1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC洗衣机设计1.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
PLC洗衣机设计1
1概述
1.1课题的介绍
随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。
全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。
目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。
波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。
洗衣机产品可以分三类：
普通型、半自动型和全自动型。
普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。
洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。
基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用来PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。
PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。
本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，课题源于市场上洗衣机产品。
该设计以按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水，2秒后开始洗涤，洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒，如此循环3次后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。
脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程，若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警，报警10秒结束全部过程，自动停机，此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
此设计操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。
1.2洗衣机的发展概况
世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。
1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。
1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。
蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。
1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。
1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。
1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。
1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。
目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。
波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。
洗衣机产品可以分三类：
普通型、半自动型和全自动型。
普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控
1.3工艺要求及动作流程
洗衣机的应用现在比较普遍。
全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。
图1自动洗衣机示意图
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。
内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。
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。
高、低水位开关分别用来检测高、低水位。
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、排水、脱水及报警。
排水按钮用来实现手动排水。
1.4系统的控制要求
PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。
（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。
（2）2秒后开始洗涤。
（3）洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。
（4）如此循环3次后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。
脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
（5）若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。
（6）报警10秒结束全部过程，自动停机。
（7）此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
2总体设计方案
2.1拖动方案的选择
一般来说，电动机的选择主要包括以下内容。
类型；功率；电压；转速；外形结构；安装形式；工作制等，根据以上选择电动机的型号。
国产电动机为了满足生产机械的不同需要，做成许多在结构形式；应用范围；性能水平等各异；功率按一定的比例递增并成批生产的系列产品，并冠以规定的产品型号。
它们的特点和数据可以从电动机产品目录中查到。
例如Y系列电动机是我国20世纪80年代设计的封闭型笼型三相异步电动机，YR系列为绕线型三相异步电动机；YD系列为三相多速异步电动机；YB系列为防爆型三相异步电动机；T系列为的三相同步电动机，Z系列为直流电动机，等等。
我所做的洗衣机电机的功率一般在180W左右，因此要考虑到节能环保，运行噪声，电机发热，以及稳定可靠，以维护等方面，我选用在这方面具有相当优势的YY104-180型号的单相电容运转式电动机，功率180瓦,额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。
2.2控制方式的选择
PLC系统的特点：
（1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。
对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。
（2）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/输出信号的数量，形式，驱动能力等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，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。
（3）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，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。
单片机系统的特点：
（1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。
（2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。
（3）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。
所以我选择的是PLC控制。
2.3显示方式的选择
（1）显示方式
LED长处有三点：
一是寿命长、耗能低之，应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；二是控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光，不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果；三是价格低廉。
LCD优点：
液晶显示器以其微功耗、显示形式丰富,显示质量高,接口简单,体积小、显示内容丰富、超薄轻巧。
CTR优点：
CTR最大的优点是显示的面积大，显示的效率也比较高，
（2）显示方案的选择
综上所述利用LED显示比较合适，因为在洗衣机上显示利用不同的颜色可以区分不同的工作进程而且效果比较理想，LCD显示亮度不够，使用CTR显示占用的空间较大而且功耗大不适合在小型电器上使用。
但我的比较简单，没有LED显示。
2.4保护措施
2.4.1过载保护
电气线路中允许连续通过而不至于使电线过热的电流量，称为安全载流量或安全电流。
如导线流过的电流超过了安全载流量，就叫导线过载。
一般导线最高允许工作温度为65°C。
过载时，温度超过该温度，会使绝缘迅速老化甚至于线路燃烧。
发生过载的主要原因有导线截面选择不当，实际负载已超过了导线的安全电流；在线路中接入了过多的大功率设备，超过了配电线路的负载能力。
热继电器是比较理想的自动过载保护的设备，在工业应用中一般，都用热继电器来做过载保护。
2.4.2失压保护
失压保护是指电动机在供电电源中断后，能自动切断总控制电路，以防止电源恢复供电后，电动机在无人操作的情况下自动起动而造成事故。
2.4.3短路保护
由于绝缘损坏、负载短接、接线错误等故障，都有可能产生短路现象而使电气设备损坏，短路的瞬间电流可达到额定电流的几倍到几十倍。
短路保护要求具有瞬动特性，即要求在佷短时间内切断电流。
短路保护的常用方法是采用熔断器，它适合于动作准确度要求不高和自动化程度较差的系统中。
3主电路设计
全自动洗衣机的主电路如图2所示
图2全自动洗衣机主电路图
上图可知，KM1控制直流电动机正转；KM2控制直流电动机机反转;KM3控制电动机转动进行甩干脱水。
FU1是熔断器进行保护电路，FR是热继电器，热元件额定电流接近或略大于电动机的额定电流，也是用来保护电路的。
4PLC控制系统设计
4.1控制系统流程图
全自动洗衣机PLC控制程序流程图如图3所示。
图3全自动洗衣机流程图
从以上框图中可以知道各组成部分的作用：
首先开始，然后按下启动按钮和水位选择开关，启动和水位选择开关作用是启动和水位选择，本设计水位选择有两种水位，分别是高水位和低水位。
先进水电磁阀打开，判断水位，未达到选择水位，继续进水，当达到要求水位时，就进行洗涤过程。
由于流程图知，正反洗涤三次后，就开始排水，未满三次，就继续洗涤过程。
由低水位传感器判断排水过程中水位的情况，到达低水位，就开始脱水，并继续排水，10秒后，重复上述循环，并计数器计数，大循环满三次后，程序结束。
4.2I/O分配表
表1全自动洗衣机的I/O分配表
输入
功能
对应外部设备
PLC端口
启动按钮
SB1
X1
高水位选择开关
SA1
X2
低水位选择开关
SA2
X3
高水位传感器
SQ1
X4
低水位传感器
SQ2
X5
手动排水开关
SA3
X6
手动停止按钮
SB2
X7
输出
进水电磁阀
YV1
Y1
正转接触器
KM1
Y2
反转接触器
KM2
Y3
排水电磁阀
YV2
Y4
脱水离合器
YC1
Y5
报警器
HA
Y6
4.3PLC的选择
（1）机型的选择
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。
模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
就我所做的全自动洗衣机，在这我选的是整体式。
（2）输入输出（I/O）点数
根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。
小型PLC的I/O点数在256点以内；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。
如：
GE-I型美国通用电气（GE）公司
TI100美国德洲仪器公司
F、F1、F2日本三菱电气公司
C20C40日本立石公司（欧姆龙）
S7-200德国西门子公司
大型PLC的I/O点数在2048点以内；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K。
如：
S7-400德国西门子公司
GE-ⅣGE公司
C-2000立石公司
就我所做的全自动洗衣机，在这选小型的。
（3）存储器容量
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算
（4）输出类型
继电器输出：
优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A／点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决 定的。
其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至Jl百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。
晶闸管输出：
带负载能力为0.2A/点，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms。
晶体管输出：
最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带 DC 5—30V的负载，最大输出负载电流为0．5A/点，但每4点不得大于0.8A。
当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。
当频率为10次／min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PLC输出驱动达林顿三极管（5—10A），再驱动负载，可大大减小。
继电器优点：
交流及直流负载都可以驱动；负载额定电流大。
缺点：
动作频率不能太高，同时继电器是有寿命的，一般100万次。
就我做的洗衣机我认为继电器输出很好，很适合于我要求的可编程控制器。
就以上选择，所以我选的是FX2N系列中的FX2N-32MR，如图4所示
图4FX2N-32MR
4.4PLC控制电路的设计
图5PLC控制电路
4.5梯形图设计步骤
当按下启动按钮SB0和水位选择开关后，系统运行，进水电磁阀Y1打开，当系统的高水位传感器开关X4检测到水满时，关闭进水电磁阀Y1。
图6进水程序梯形图。
图6进水程序梯形图
首先注满水后停两秒，两秒后洗衣机正转洗涤，定时器T2定时15秒到，洗衣机停止运行，定时器T3开始定时，定时器T3定时3秒到，定时器T4开始定时，洗衣机反转洗涤，反转洗涤15秒到，定时器T5开始定时，洗衣机停止运行3秒。
如图7一次洗涤程序梯形图所示。
图7一次洗涤程序梯形图
当定时器T5置1，定时器T2到定时器T5复位，并计数器C0开始计数,当C0的值不等于3时，循环洗涤；当CT的值等于3时，计数器C0置1，排水电磁阀Y4打开开始排水，当低水位传感器开关X5检测到水排空后脱离合器Y5工作开始脱水，定时器T6工作。
如图8排水脱水程序梯形图所示。
图8排水脱水程序梯形图
定时器T6工作脱水10秒后，计数器C0复位并计数器C1开始计数，当C1的值不等于3时循环从进水开始的全部动作，当C1值等于3时报警器Y6开始报警，并定时器T7定时10秒C1复位。
如图9报警程序梯形图所示。
图9报警程序梯形
4.6程序清单
5设计小结
可编程控制器（PLC）技术是一门实践性很强的专业课，可编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
在这次设计以前，我对PLC一点也不懂，对指令感觉好模糊，当我拿到课程设计任务书时，感觉把课题完整的做出来太难了，但后来通过在PLC实验室不断的调试程序以及老师的耐心指导，经过两周的时间，我终于把设计完成了，但由于是初次进行此类的设计，难免有些地方想得不够周到、详细，控制系统也存在着一定的缺陷，程序的设计不是很简便，PLC的I/O口接线图画得也不是很好,但看着自己的设计成果，心里也有一种成就感，即使自己所做的东西不够完美。
通过这次课程设计，我了解了PLC基本逻辑指令的应用，理解了区间比较指令的应用范围，熟悉了SFC编程的方法和技巧，知道怎样去设计一个PLC应用程序，也感觉得到了PLC在控制方面的巨大优势和潜力，同时也更增强了我学好PLC的决心和信心。
在这次课程设计的过程中，由于PLC编程软件存在一定的局限性,从而导致在把程序导入Word时发生了很大的困难,我们只能通过屏幕捕捉、图形剪切，最后才能完整的把所要求的程序写在Word里，如果有更好的编程软件,相信我们会把PLC学得更好,课程设计也会做得更有质量。
还有我觉得这次全自动洗衣机用PLC控制设计能够运行成功，有以下几点原因：
1.与我们所学的专业知识是分不开的。
2.我和同学的共同探讨和努力的成果。
3.辅导老师的认真教学和耐心指导起到关键性的作用。
在设计过程中，让我也学到了很多东西，例如：
启保停电路设计的方法和技巧，CAD怎么画主电路图等。
参考文献
[1]谢文辉,张志芳.PLC应用技术易读通.北京：
中国电力出版社，2008
[2]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：
机械工业出版社，2008.2
[3]贺哲荣,石帅军.流行PLC实用程序及设计（三菱FX2系列）.西安：
西安电子科技大学出版社，2006.3
[4]夏路易,石宗义.电路原理图与电路板设计教程.北京：
北京希望电子出版社，2002.6
[5]廖常初.PLC基础及应用.第2版.北京.机械工业出版社.2007
[6]王兆晶.维修电工（高级）.北京.机械工业出版社.2007
[7]熊幸明.工厂电气控制技术.北京.清华大学出版社.2005
[8]黄净.电气控制与可编程序控制器.北京.机械工业出版社.2004
[9]三菱电机.FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC编程手册.2005
致谢
我觉得这次全自动洗衣机用PLC控制设计能够运行成功，有以下几点原因：
1.与我们所学的专业知识是分不开的。
2.我和同学的共同探讨和努力的成果。
3.指导老师的认真教学和耐心指导起到关键性的作用。
在设计过程中，让我也学到了很多东西，例如：
启保停电路设计的方法和技巧，用CAD制图等。
最后我感谢我的同学和指导老师，谢谢你的帮助和支持
附录梯形图
升级会员 