基于PLC开关量的逻辑控制.docx

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基于PLC开关量的逻辑控制

附录任务书

附录主电路图

附录控制电路图

1概述

随着科学技术的快速发展，世界各领域的相互融合，各国的经济得到了快速发展，特别是世界的电子电器发展尤为突出，以前那种手动的工作许多都实现了机械化，自动化。

在现在的人们家庭中，各种家电已经得到了快速的普及，又因国家的家电下乡活动，各种先进的家电替换以前老是耗能大的家电，多功能家电取代但功能家电，由于国内和国际的发展形式如此，所以我们当代大学生了解，学习这些设备工作原理，学习如何去设计这些先进设备是社会的发展趋势，这也可以解决许多倍受关注的就业问题。

基于以上问题，在结合我们学习的知识，设计一种先进的设备，是我们前进的方向。

本设计取一全自动洗衣机为例，其他设计于此设计思想相同。

因许多家电都在低压电器下运行，所以电气控制技术得到了充分的运用。

电气控制中，可编程控制技术是关键，PLC的特点如下：

可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适应性强；易学易用深受工程控制技术人员欢迎；系统设计周期短，维护方便，改造容易；体积小，重量轻，能耗少。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻织、交通、环保及文化娱乐等各行各业，适应情况大致归纳为以下几类：

开关量的逻辑控制、模拟量控制、运行控制、过程控制、数据处理和通信及联网。

本设计基本上是基于PLC开关量的逻辑控制。

设计内容、基本原理如下：

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。

2总体方案设计

2．1拖动方案选择

本设计基于设计的方便和灵活，易于控制，故选择单相电容电动机，单相电容电动机通过简单的换相，可以很好的实现电动机的正反转运行。

进水和排水的控制采用电磁阀，本设计的电磁阀选择额定电压AC220V,由于家用的电压都为AC220V，可以直接给定，不用对电压进行变换，简单易行。

电磁离合器的电压也采用AC220V。

2．2控制方式选择

本设计采用PLC控制，PLC控制的优点如下：

可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适应性强；易学易用深受工程控制技术人员欢迎；系统设计周期短，维护方便，改造容易；体积小，重量轻，能耗少。

2．3工作方式选择

本设计采用PLC全自动控制，不需要进行手动操作就可以完成整个洗衣过程，给用户带来了很大的方便，但是当自动运行过程出现问题时，我们设计了手动过程进行手动的关闭和排水，这样便于维修和故障处理，起到了保护作用。

2．4信号检测装置选择

信号检测装置选择了水位传感器，采用传感器技术，可以很好的判断进水水位的高低，什么时候开始洗涤，什么时候开始排水，什么时候开始脱水，使循环得到顺利进行。

2．5指示及显示方式选择

本设计的显示装置为指示灯，通过指示灯的显示可以知道电源是否接入，还有蜂鸣器起到报警作用，可以告诉用户，整个洗衣过程已经完成，用户可以去拔掉电源，进行晾晒工作。

2．6保护措施

本设计的保护措施有接触器断电保护，熔断器短路和过载保护，还设计了程序运行过程的指示保护。

3主电路设计

3．1主电路图

全自动洗衣机主动电路图如图1所示。

图1全自动洗衣机主电路图

主电路图分析如下：

主电路中包括的电器元件有：

电源隔离开关、熔断器、接触器、单相电容电动机、变压器。

电源隔离开关的作用：

用于低压配电电路中不频繁通断控制，隔离器主要是在电源切除后，将线路与电源明显的隔开，以保障检修人员的安全。

选择刀开关时，到的极数要与电源进线相数相等；刀开关的额定电压应大于所控制的线路额定电压，刀开关的额定电流应大于负载的额定电流。

熔断器的作用：

熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路，其结构原理及分类：

熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大．则熔体熔断时间越短，这种特性称为熔断器的反时限保护特性或安秒特性；按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按有无填料分为有填料式、填料式；按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。

接触器的作用：

接触器主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等。

能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。

电磁阀的作用：

电磁阀本应在主电路中，但由于设计的简单易行，故设备接在控制电路中，其作用是电磁阀线圈通电和断电，进行进水和停止进水，排水和停止排水作用，来达到水量的控制，使程序控制过程得到顺利进行。

电磁离合器的作用：

当电磁离合器通电时，电磁离合器吸住内筒，同时电动机正转，起到脱水效果。

电动机起的作用：

电动机在主电路图的作用是起到拖动作用，分别用于洗涤和脱水。

变压器的作用：

将220v的交流电压变成36v的交流电压，这个电压用来做指示灯和蜂鸣器电源。

4PLC控制系统设计

4．1控制系统流程图

全自动洗衣机控制系统流程图如图2所示。

图2全自动洗衣机控制系统流程图

框图中各组成部分的作用：

从上往下分析得知，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，分别是高水位和中水位。

进水电磁阀打开，判断水位，未达到选择水位，继续进水，达到设计水位，就进行洗涤过程。

由于程序设计知，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，并计数器进行计数，大循环满三次后，结束程序。

设计中并在框图左侧设计了手动排水环节，用于当洗衣机出问题时，进行手动排水，并在框图外设计了手动关断环节，用于手动关断。

4．2指示和报警器件

指示报警装置是指示灯HL和蜂鸣器HA,用于电源接入的显示和洗涤完成时的通知。

4．3系统输入输出统计

系统的输入8点，输出7点，输入为SA0、SB1、SA1-1、SA1-2、SA2、SQ1、SQ2、SQ3;输出为YA1、KM1、KM2、YA2、YA3、HL、HA。

4．4PLC选择

可编程控制器虽然外观各异，但是其硬件结构大体相同。

主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出器件、电源及编程设备几大部分组成。

中央处理器作用：

中央处理器是可编程控制器的核心，她在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数字运算、协调系统内部过部分工作等任务。

存储器的说明：

存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。

开关量输入接口的选择：

其作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。

开关量输入接口按可接收的外信号电源类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元。

本设计选用+24V直流输入单元。

开关输出单元接口的选择：

其作用是把可编程控制器内部的标准型号转换成现场执行机构所需要的开关量信号。

其输出接口型号有继电器型、晶体管型和可控硅型，本设计采用继电器型输出接口。

PLC的机型有小型机、中型机、大型机等，因本设计的全自动洗衣机结构简单，只需要很少的输入输出点数，故采用小型机FX2N系列。

经上输入输出点数统计，输入才有8点，输出有7点，但是有时候需要扩展，故选择点数为32的PLC，功能较少，模式就采用单元式结构，不需要进行模块的扩展，输入是开关信号，采用直流输入，输出采用继电器输出，存储器容量的要求，因FX2N-32MR满足上述要求。

故选用PLC为FX2N-32MR，其示意图如图3所示。

图3FX2N-32MR示意图

4．5PLC的输入输出分配

PLC的I/O分配如表1所示。

表1I/O分配

输入

输出

SA0

X000

电源接入开关

YA1

Y000

进水电磁阀

SB1

X001

启动按钮

KM1

Y001

洗衣机正转接触器

SA1-1

X002

高水位选择开关

KM2

Y002

洗衣机反转接触器

SA1-2

X003

中水位选择开关

YA2

Y003

排水电磁阀

SA2

X004

手动排水开关

YA3

Y004

电磁离合器

SQ1

X005

高水位位置开关

HA

Y010

报警器

SQ2

X006

中水位位置开关

HL

Y011

指示灯

SQ3

X007

低水位位置开关

4．6控制电路设计

全自动洗衣机PLC控制电路图如图4所示。

图4全自动洗衣机控制电路图

PLC输入输出接线图说明如下：

SB1操作板上的按钮，即为启动按钮；SA0和SA2为手动开关，作用分别是手动关闭和手动排水；SA1-1和SA1-2为旋动开关，进行水位的选择；SQ1、SQ2、SQ3为水位位置开关，作用是进行水位的辨别；COM为输入公共端，YA1、KM1、KM2、YA2、YC分别为进水电磁阀线圈、洗衣机正传接触器线圈、洗衣机反转接触器线圈、排水电磁阀线圈、电磁离合器线圈，HA为报警器，HL为电路接通电源显示灯，R为电阻，C为电容，其作用是输出断开时，使线圈中的电流消掉，起到保护作用。

4．7主要参数计算及元器件选择

全自动洗衣机拖动设备为单相电容电动机，其额定电压AC220V,洗涤功率为160W,脱水功率为330W，由上参数知电动机的额定电流为洗涤时0.42A，脱水时0.86A，故相应的熔断器的额定电压约为AC220V，熔体的额定电流IfN

（1.5～2.5）IN,故选RT14-32，熔断器额定电流为20A，熔体电流选择4A，电磁阀水用型，其型号为ZCS,选择AC220V。

接触器选择永磁式交流接触器，其型号为CJ10-5，额定电压AC220V，额定电流5A，电磁离合器的额定电压为AC220V,选用AC220V转变为AC36V变压器，H灯选用额定电压为AC36V，电阻和电容的额定电压为AC220V。

4．8控制梯形图

控制梯形图如图5所示。

图5控制梯形图

4．9编程控制梯形图分析

编程控制梯形图分析如下：

X000用于手动的关闭洗衣机并显示洗衣机正在运行如图6所示。

图6手动关断梯形图段

X001用于启动程序按钮，X002和X003分别为高和中水位选择开关，X005和X006分别为高水位和中水位位置开关如图7所示。

图7启动和水位选择及进水梯形图段

下面梯形图用于定时和计数作用如图8所示。

图8定时计数梯形图段

下面梯形图的功能是：

主要用于排水和脱水如图9所示。

图9排水和脱水梯形图段

下面梯形图功能用于整个过程完成时报警10S，正反转洗涤和脱水过程及结束程序段梯形图如图10所示。

图10程序洗涤脱水报警结束梯形图段

4．10编制控制程序

5设计小结

在这次课程设计中，从刚开始到最终结束，整个过程困难重重，开始不知道到底去选什么课题，那个课题我有能力完成，在思考选择课题的中，结合自己的知识掌握能力和暑假期间在外跟维修师傅学习，所以对全自动洗衣机有了一定的认识，后来便选择设计全自动洗衣机这个课题。

看了设计任务书之后，对其中的许多方面很不了解，于是就去看电气控制技术这本教材，拿着教材去分析课题，慢慢的，经过了好几次简化，分块分析，开始对课题有了大体的认识，于是便开始按要求设计了起来。

一开始就尝试去画总体设计框图，用word2003绘图，经过好几次的绘制，最后把总体框图设计了出来。

之后根据控制要求确定所需要的输入、输出设备。

据此确定PLC的I/O点数。

于是就选择PLC机型及容量。

接着就去定义输入、输出点名称，分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。

这次设计的I/O连接图使用Protel99软件进行绘图的，所以后来还去学如何去使用此软件绘图，最后绘制出了此图。

绘制完了I/O结构图之后，就用word2003绘制控制流程图，因对这方面绘图不死很了解，从网上下了许多视频进行学习。

后来就去绘制主电路图，选择相应的电器元件接参数，此过程是采用CAD绘制的，因以前重来没有使用过CAD绘图，所以自己都不知道从何开始，后来经同学的帮助，拷给我CAD制图软件，并给了许多视频教程，我在边学边制图，经过了好长的时间才完成了主电路图的绘制，图形中的元件参数都是通过计算、网上、书上查着来完成的，这些都完成之后，最困难的就是在FXGP-WIN-C软件中绘制梯形图，绘制梯形图的过程是设计的心脏，梯形图的绘制花了我很多的时间，按照上面控制流程图进行绘制，好多指令都忘记怎么用了，经过问同学和查资料，最后绘制出了梯形图，汇好了梯形图，就需要进行仿真，看看自己设计的梯形图是否正确，于是就从同学那里考来了PLC仿真软件GX-Developer，经过了多次的修改运行，最终达到了课程设计任务书中的要求，最后还进行功能的添加，来更直观的观察设计结果，最后完成课程设计说明书。

通过这次课程设计，虽然困难重重，但是我觉得很开心，因为我学到了很多知识，了解了许多软件的运用，使我在困难中变得更加坚强，使我学会了如何在团体中互相帮助，使我认识到了团体的力量是多么强大。

这次课程设计将为我今后的毕业设计打下一定的基础。

参考文献

【1】张万忠.可编程控制机器应用技术.北京：

化学工业出版社，2002.

【2】王永华.现代电气及可编程控制技术.北京：

北京航空航天大学出版社，2002.

【3】张凤珊.电气控制及可编程序控制器.北京：

中国轻工业出版社，2001.

【4】张培志.电气控制及可编程序控制器.北京：

化学工业出版社，2007.

【5】史国生.电气控制及可编程控制器技术.北京：

化学工业出版社，2010.

致谢

做课程设计虽然不像卖苦力那么艰难，但是它却少不了别人的帮助，没有别人的帮助，单靠自己的力量是很难完成的，因为有太多的知识你需要去学习，其中许多知识你可能从未接触过，你自己将不知道从何动手，这时就需要别人的帮助，需要别人的意见，他们的帮助和意见会让你的设计变得更加完善和真实。

所以我必须感谢帮助过我的同学，谢谢他们热情的帮助，没有你们，我的课程设计会变得乱七八糟，什么都不是。

同时还要感谢我的课程设计指导老师，感谢她给我的宝贵意见，感谢她帮助我规划课程设计整体框架及课程设计说明书的编写，感谢她在我调制程序过程中的指导，谢谢她一路的伴随。

还谢谢学校为我们安排这次实践机会，因为它，我感到了成就感，大学生活变得更加充实。