基于PLC的洗衣机设计.docx
《基于PLC的洗衣机设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的洗衣机设计.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC的洗衣机设计
摘要
本课题设计的主要研究内容是PLC技术在洗衣机洗衣过程中的控制，通过编写指令来控制洗衣的每一个过程，实现洗衣过程的连续性，自动化。
考虑到在以往老式洗衣机中，加水，洗衣，排水和甩干都是独立不连续的单个步骤，需要手动去完成；同时结合宿舍楼中洗衣机的实例，针对这种全自动洗衣机洗衣不净的情况进行了系统改造，在其一键式的基础上增加了几个按钮，这些按钮的增加能确保所洗衣服更加干净，省时且在一定程度上节约了电能，本课题主要解决的就是这个问题。
在如今我们这个提倡低碳环保的社会里具有重要意义。
在自动控制的同时又增加有手动功能，能确保在遇到紧急情况急停后排水等后续步骤的方便进行。
此系统的程序应用三菱程序编写，使用FX系列软件进行编程和调试。
在软件上生成了梯形图，并进行了拼写检查，程序能够实现预定的效果。
关键词：
PLC，一体化，自动洗衣机
THEAPPLICATIONSOFPLCINAUTOMATICWASHINGMACHINE
ABSTRACT
ThedesignofthemainissuesisPLCtechnologyinthewashingmachinelaundryprocesscontrol,laundrybywritingcommandstocontroleveryprocess,toachievecontinuityoflaundryprocessautomation.Inthepast,washingmachine,addwater,laundry,water,anddryingareseparatediscreteindividualsteps.ThisissueismainlytosolvetheproblemofcontrolbyPLC,theindependentprocessofcontinuouscompletelaundryprocesstoachieveintegration.Thiscangreatlysaveourtime,ofgreatsignificance.
Combinedwithlifeinthewashingmachineexample,someofthefunctionsofautomaticwashingmachinesweremodified.Automaticwashingmachinefordirtylaundrysystemreformcarriedoutinthewashingmachinebasedononebuttontoincreasethenumberofbuttonsthatcanensurethattheincreaseinlaundrycleaner.
Whiletherearemanualfeaturesautomatically,toensurethelaundryprocesseasier.WeuseMitsubishiprogrammingforapplicationofthissystem,usingFXseriesofsoftwareprogramminganddebugging.Thesoftwaregeneratesaladder,andmakesacheckofeditorthattheprogramcanachievetheexpectedresults.
KEYWORDS:
PLC,integration,automaticwashingmachine
目 录
前 言
可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。
现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
该设计为智能洗衣机的PLC控制，主要介绍了智能洗衣机的工作原理，控制系统的PLC的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统PLC程序。
首先，针对洗衣机的全自动化产生的问题进行针对性的解决。
在程序内部设置了三条可供选择的程序以便于进行时间的调节。
即根据不同的洗衣量来决定到底应用哪条程序，这是智能洗衣机的变化所在，因为洗衣量不同就需要不同的时间来洗。
假如我用的是相同的时间，那么，第一：
我可能面临洗不净的问题；第二：
就是衣服洗净了，时间也浪费了。
正对以上情况设计了这套程序，希望能达到既节约了时间又节约了资源，而且有好的洗衣效果
其次，增加了部分手动功能。
用户如果在几十分钟的洗衣过程中感觉到时间太长，那么手动功能能够解决这个问题。
按下手动功能你就能让洗衣机实现手动排水和手动甩干。
第1章PLC简介
1.1PLC的定义
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC，PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。
也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。
1.2PLC的特点
1.2.1可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
1.2.2配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
1.2.3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
1.2.4系统的设计、建造工作量小
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
1.2.5体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。
1.3PLC类型
1.3.1按I/O点数分类
（1）微型PLC：
I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。
（2）小型PLC：
I/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。
它可以连接开关量和模拟量I/O模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。
如西门子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都属于小型机。
（3）中型PLC：
I/O点数在512～2048点之间的为中型PLC。
它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。
如西门子公司的S7-300PLC、三菱公司的A1S系列PLC都属于中型机.
（4）大型PLC：
I/O点数为2048点以上的为大型PLC。
它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。
另外大型PLC还可以采用三个CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。
如西门子公司S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N系列PLC都属于大型机。
1.3.2按结构分类
（1）整体式PLC，将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式PLC。
整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。
基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。
扩展单元内只有I/O接口和电源等，没有CPU。
基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。
它还配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
整体式PLC一般都是小型机。
（2）模块式PLC，模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块，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。
模块式PLC由母板（或框架）以及各种模块组成。
把这些模块按控制系统需要选取后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC系统。
这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。
大、中型PLC一般采用模块式结构。
例如，西门子公司的S7-300系列、S7-400系列PLC都采用模块式结构形式。
（3）叠装式PLC，将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。
叠装式PLC将CPU模块、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内，如果集成的I/O模块不够使用，可以进行模块扩展。
其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间要靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。
叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。
西门子公司的S7-200系列PLC就是叠装式的结构形式。
1.3.3按功能分类
（1）低档PLC，具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。
主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
（2）中档PLC，除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。
有些还可增设中断控制、PID（比例、积分、微分控制）控制等功能，以适用于复杂控制系统。
（3）高档PLC，除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
一般低档机多为小型PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC采用模块式结构。
第2章各类指令简介
2.1各类指令
2.1.1基本指令
FX2N系列PLC共有27条基本指令可以完成基本的逻辑控制，顺序控制等程序的编写，指令可驱动的软元件和指令的程序步如下表所示。
表2-1FX2N系列PLC基本指令
助记符
功能
操作数
程序步
LD
a触点逻辑运算开始
X、Y、M、S、T、C
1
LDI
b触点逻辑运算开始
X、Y、M、S、T、C
1
LDP
上升沿检出运算开始
X、Y、M、S、T、C
2
LDF
下降沿检出运算开始
X、Y、M、S、T、C
2
AND
串联a触点
X、Y、M、S、T、C
1
ANI
串联b触点
X、Y、M、S、T、C
1
ANDP
上升沿检出串联连接
X、Y、M、S、T、C
2
ANDF
下降沿检出串联连接
X、Y、M、S、T、C
2
OR
a触点并联连接
X、Y、M、S、T、C
1
ORI
b触点并联连接
X、Y、M、S、T、C
1
ORP
上升沿检出并联连接
X、Y、M、S、T、C
2
ORF
下降沿检出并联连接
X、Y、M、S、T、C
2
ANB
并联电路块的串联连接
无
1
ORB
串联电路块的并联连接
无
1
PLS
上升沿检出指令
Y、M
1
PLF
下降沿检出指令
Y、M
1
MC
公共串联触点的连接
Y、M
3
MCR
公共串联触点的清除指令
N
2
MPS
运算存储
无
1
MRD
存储读出
无
1
MPP
存储读出与复位
无
1
INV
运算结果的取反
无
1
NOP
无动作
无
2
END
程序结束
无
1
OUT
线圈驱动指令
Y、M、S、T、C
Y、M、S：
1
特殊M：
2
T：
3
C:
3-5
SET
线圈接通保持指令
Y、M、S
Y、M：
1
S、T、C、特殊M：
2
D，V，Z，特殊D：
3
RST
线圈接通清零指令
Y、M、S、T、C、D
Y、M、S：
1
T，C：
3
D，V，Z，特殊D：
3
2.2功能指令
2.2.1传送指令MOV
指令特点：
当MOV执行的条件满足时，将原操作数中的数据传送到目标操作数中，若原操作数是一个变数，需采用脉冲型传送指令。
32位数据需用DMOV传送。
传送指令的名称、助记符、功能号、操作数、程序步长等如下表所示。
表2-1传送指令的格式
指令名称
助记符
功能号
操作数
程序步长
传送
MOV
FNC12
[S]
[D]
16位：
5步；
32位:
9步；
K、H、KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z
KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z
2.2.2块传送型指令DMOV
指令特点：
当指令的执行条件为ON时，成批传送数据。
将原操作数中的数据传送到目标操作数中去，如果元件号超出允许的范围，数据仅传送到允许的范围。
对位元件操作时，原操作数和目的操作数指定的位数必须相同。
块传送指令的名称、助记符、功能号、操作数、程序步长等如下表所示。
表2-2块传送指令的格式
指令名称
助记符
功能号
操作数
程序步长
块传送
DMOV
FNC15
[S]
[D]
[N]
16位：
7步
KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D
KnY、KnM、KnS、T、C、D、
K、H
2.3主控指令
2.3.1MC、MCR指令
MC为主控指令，用于公共串连接点的链接。
MCR为主控复位指令，即MC得复位指令，表示公共串联节点的清除。
在编程时，经常遇到多个线圈同时受一个或一组接点控制的情况。
如果在每个线圈的控制电路中传入同样的接点，则将多占用存储单元，应用主控指令可以解决这个问题。
使用主控指令的接点称为主控接点，它在梯形图中于一般的接点垂直，它们是母线相连的常开接点，是控制一组电路的总开关。
MC指令占3程序步，MCR指令占2程序步，两条指令的操作目标元件是Y、M，但不允许使用特殊辅助继电器M。
MC、MCR指令的功能、电路表示、操作元件、所占的程序步如下表所示。
表2-5MC、MCR指令在梯形图中的表示
符号、名称
功能
程序步
主控
公共串连接点连接
3
主控复位
公共串连接点连接清除
2
第3章PLC控制系统设计原则和设计步骤
3.1设计原则
PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好的实现工艺提出的控制要求。
PLC控制系统的设计应遵循以下原则：
（1）根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度满足控制要求。
（2在满足控制要求的前题下，尽量减少PLC系统硬件费用。
（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑到PLC的可扩展性。
（4）控制系统使用和维护方便、安全可靠。
3.2设计步骤
一般PLC控制系统的设计步骤如图1-3所示，具体操作如下：
（1）控制要求分析:
在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。
（2）确定I/O设备:
根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等）。
并根据选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。
（3）选择合适的PLC:
确定PLC的点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。
选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。
（4）PLC程序设计:
本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。
首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。
（5）I/O点数分配:
点数分配就是PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。
（6）模拟调试：
程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。
（7）现场联机调试：
现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。
在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。
（8）整理技术文件：
这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。
表3-1设计步骤示意图
开始设计
控制要求分析
确定I/O设备
选择合适的PLC
I/O点数分配
PLC程序设计
模拟调试
现场联机调试
整理技术文件
设计结束
第4章PLC选型与I/O分配
4.1PLC选型
4.1.1合理的结构型式
整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
4.1.2安装方式的选择
集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低；远程I／O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I／O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。
4.1.3相应的功能要求
一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。
但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
4.1.4响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。
如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I／O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
4.1.5系统可靠性的要求
高可靠性：
所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms；各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；采用性能优良的开关电源；对采用的器件进行严格的筛选；良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
4.1.6选择结果
综上所述：
选择日本三菱公司的小型PLC型号：
FX2N-32MR,采用继电器输出型；因为继电器输出型的PLC工作电压范围广，触点的导通压降小，承受顺时过电压和瞬时过电流能力较强，况且系统的输出信号变化不是很频繁。
供电电源AC220V；整体式PLC；在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式比模块式价格要低。
4.2I/O口分配
输入设备 输入端子号
开始按钮 SB1 X0
停止按钮 SB2X1
高水位开关 SX2
中水位开关 SX3
低水位开关 SX4
手动排水开关 SX5
手动脱水开关 SX6
高水位检测开关 SL1X7
中水位检测开关 SL2X10
低水位检测开关 SL3X11
水排完检测开关 SL4X12
输出设备 输出端子号
进水电磁阀Y0
排水电磁阀Y1
电机正转接触器Y2
电机反转接触器Y3
脱水桶转动接触器Y4
报警器Y5
4.3系统要求
（1）高、中、低水位：
设定以后选择好高、中、低开关，这些开关控制着各自的时间。
每一个开关对应着各自的时间，为了能更好的把衣服洗净，这些个开关的选择可根据衣物的多少来选择。
（2）手动和自动的选择：
手动的选择和自动的选择，当用户如果在几十分钟的洗衣过程中感觉到时间太长，那么手动功能能够解决这个问题。
按下手动功能你就能让洗衣机实现手动排水和手动甩干。
自动开关的选择是大多数情况下的唯一选择，只有当用户感觉到时间太长或者是按了停止按钮之后不想再浪费时间就选择了手动功能。
（3）洗衣的时间：
设定是有系统程序来执行的，用户只需选择好相应的开关即可，每一次洗衣时间长达几十分钟，洗衣完成之后有相应的报警提示，提醒用户取出自己衣物。
（4）进水和排水均有电磁阀控制，进水时要确保水源及时打开。
（5）系统程序设计即可用步进指令设计，又可用基本指令。
第5章智能洗衣机程序设计
5.1智能洗衣机工作要求
5.1.1工作流程示意图
开始
进水
洗衣
排水
脱水
结束
图
升级会员 