全自动洗衣机的PLC控制.docx
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全自动洗衣机的PLC控制
全自动洗衣机的PLC控制
一、课题背景
1、课题背景
从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。
这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。
1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战——美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。
1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。
之后，水力洗衣机，内燃机洗衣机也相继出现。
1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，标志着人类家务劳动自动化的开端。
1922年，电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式——搅拌式。
搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。
70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。
90年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。
全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。
这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。
所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。
从控制方式的发展阶段上分：
全自动洗衣机可分为两大类：
第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。
第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。
电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。
随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。
因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
全自动洗衣机是传统洗衣机的一次革新设计。
改变了传统需要手动的缺点，节省了人们宝贵的时间和精力。
全自动洗衣机的出现为人们生活带来极大方便。
2、研究目的和意义
目前，大部分洗衣机的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计洗衣机控制器，能较好地解决这个问题。
另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证洗衣机控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。
随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的洗衣机装置远远不能满足当前高度自动化的需要。
可编程控制器洗衣机控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
可编程控制器自动洗衣机系统的特点：
①脱机手动工作；
②联机自动就地工作；
③上机控制的单周期运行方式；
④自动启动、自动停机控制方式。
近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。
本系统采用PLC是基于以下四个原因：
①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；
②抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证全自动洗衣机控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC。
3、本文的主要工作
二、已知情况、控制要求、设计要求
图1.示意图
1、已知情况
本题目用PLC来模拟并实现自动洗衣机的控制功能
2、控制要求
全自动洗衣机系统的控制要求如下：
（1）按下起动按钮后，进水电磁阀打开并开始进水。
达到高水位时停止进水，进入洗涤状态。
（2）洗涤时内桶正转洗涤15s暂停3s，再发转洗涤15s暂停3s，又正转洗涤15s暂停3s……..如此循环反复30次。
（3）洗涤结束后，排水电磁阀打开，进入排水状态。
当水位下降到低水位时，进入脱水状态并同时排水，脱水时间为10s。
这样就完成从进水到脱水的一个大循环。
（4）经过3次上述大循环后，洗衣机自动报警。
报警10s后，自动停机。
3、设计要求
根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：
（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现;
（2） 要能完全满足控制要求；
（3） 要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；
（4） 本次设计的控制装置应由实验箱等部分组成，要尽量与生产设备进行一体化安装，具体安装尺寸另行商定；
（5）操作屏上要有完整的信号指示，包括对各工作步的指示，以及电源、启动、停止、故障等指示；
三、总体设计思路
根据已知情况、控制要求、设计要求，全自动洗衣机的PLC-控制装置的设计可按照“大而化小，分而治之”的思路，划分为以下5个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下：
（1） 程序设计及调试
拟采用切换法，完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试；
（2）电气设计
完成电气线路原理图、元件位置图、接线图、互连图、元件明细表的设计；
（3）安装、接线、联合测试
完成电气元件的安装、接线、并对程序与线路进行联合测试；
（4）后期工作
说明操作过程、拟定常见故障排除方案、编写设计说明书等。
下面按照这个总体设计思路的任务安排，逐步展开。
四、程序设计及调试
1、PLC选型及I/O分配图
根据设计要求、控制要求，选定PLC的型号为：
F1N-/40M
●控制规模：
16~256点
●内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K
●CPU运算处理速度0.08μS/基本指令
●在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块
●基本单元内置2轴独立最高20kHz定位功能（晶体管输出型）
全自动洗衣机系统的I/0分配：
输人输出
X0：
启动按钮Y0：
进水电磁阀控制KA1
X1：
限位开关SQ1Y1：
电动机正转接触器KM1
X2：
限位开关SQ2Y2：
电动机反转接触器KM2
Y3：
排水电磁阀控制KA2
Y4：
脱水离合器控制KA3
Y5：
报警蜂鸣器KA4
2、编程——PLC全自动洗衣机系统顺控程序、程序工作过程简析、编程元件明细表
本程序梯形图如图2：
图2.全自动洗衣机PLC梯形图
由上述可得全自动洗衣机系统的指令表如图3,，图4所示。
图3.全自动洗衣机程序指令表1
图4.全自动洗衣机程序指令表2
本程序中所用到的PLC内部的编程元件及其作用如表1所示。
表1.PLC编程元件明细表
编程元件
作用
X0
起动开关
X1
触发液面传感器SQ1
X2
触发液面传感器SQ2
X3
触发液面传感器SQ3
X4
触发液面传感器SQ4
X5
停止开关
Y1
阀门A打开液体A注入
Y2
阀门B打开液体B注入
Y3
阀门C打开液体C注入
Y4
阀门D打开混合液流出
Y5
电动机转动
T0
电动机转动定时
T1
混合液流出定时
M200
中间继电器，使阀门打开
M100
中间继电器
M101
中间继电器
M103
中间继电器
M104
中间继电器
五、电气设计
1、PLC外部接线原理图
PLC外部接线原理图如图5所示。
图5.PLC外部接线原理图
2、全自动洗衣机设备电气接线线原理图
全自动洗衣机设备电气接线线原理图如图6所示。
（暂缺）
图6.全自动洗衣机设备电气接线线原理图
3、全自动洗衣机设备电气元件明细表
参考《电气控制与PLC应用》（胡汉文丁如春主编，人民邮电出版社，2009.5）第9章设计样例，拟定本顺控设备电气元件明细表如表2所示。
表2.全自动洗衣机设备-电气元件明细表（不完整）
序号
文字符号
名称
型号
规格
单位
数量
备注
1
1#PLC
1号PLC
F1N-240M
8路输入
8路输出
台
1
求是生产
下面，对各电气元件型号规格的选定依据，详细说明如下：
（暂缺）
六、后期工作
1、操作过程简要说明
1）PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动；
2）启动时开始进水；
3）水满（上限位）时停止进水并开始洗涤正转；
4）正转15s后暂停；
5）暂停3s后开始洗涤反转；
6）反转15s后暂停；
7）暂停3s后，返回从正洗开始的动作；
8）循环30次开始排水；
9）水位下降到低水位时开始脱水井继续排水；
10）脱水10s即完成一次从进水到排水的大循环过程；
11）若完成3次大循环，洗完报警10s后自动停机；
12）可以按“启动”按钮继续下一次大循环；
2、常见故障及其排除方案
（1）检查PLC[RUN]，Y0（进水）是否亮?
没有点亮：
程序错误
解决方案：
程序重编
（2）检查PLC能否完成1个工作流程?
不能：
程序错误
解决方案：
程序重编
（3）检查PLC能否从反转回到正转开始新一轮循环?
不能：
程序错误
解决方案：
程序重编
（4）待进行到最后1步（报警10s）之后，自动停机?
不能：
预停程序错误
解决方案：
修改预停程序
3、编写并提交（课程）设计说明书
“课程设计说明书”应包括以下内容：
（1）封面
（2）课程设计任务书
（3）摘要
（4）目录
（5）已知情况、控制要求、设计要求
（6）总体设计思路
（7）程序设计及调试
（8）电气设计
（9）*安装、接线、联合测试
（10）后期工作
（11）课程设计总结
（12）致谢
（13）主要参考文献及资料
七、尚存在的问题及方案建议
本设计方案虽然“设计简约，考虑面广，满足要求”，但至少存在以下2个问题尚未解决：
（1）随时停止工作：
在设过程中，为了简化操作过程，对PLC未加装停止按钮，这样不利于实际应用。
（2） 程序繁琐：
程序不够精简，在实际生产中，会增加生产厂商的成本。
八、课程设计总结
刚开始做PLC实验的时候，觉得很难，连试验报告书上特别简单的程序也读不懂，通过不断学习和钻研并且上机实验，再加上本次课程设计，我已经可以独立编写较为复杂的程序，当然，还存在许多问题，经验尚且不足，但是专业里别的同学和指导老师对我进行了辅导，克服了好多问题，通过和组员的合作，都获得了宝贵的经验。
在平时的PLC实验中，王老师通过逐步深入引导我们学习PLC，最终我们就能独立编写程序，而不是总是抄写。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。
做事要学思结合。
建议采取以下方案解决：
（1） 随时停机问题：
在开始加一个常闭开关
（2） 程序繁琐：
改变部分思路。
九、致谢
这次课程设计基本上涵盖了我们所学习的PLC程序的大部分知识点，课程设计题目要求不仅要求对课本知识有较深刻的了解，同时要求程序设计者由较强的思维能力和操作动手能力。
这次课程设计使我对PLC程序的编程、程序的录入、以及在上机操作调试有了很大的提高。
大部分同学只关心程序运行的结果，而对程序的创新丝毫不在意。
这是非常不可取的，因为往往在动脑思考创新中我们会有更多收获，学到更多的知识。
做课程设计不仅让我们修补了以前学习的漏洞，也让我明白了一个道理：
学习好PLC这门技术，需要自己对它有兴趣，而且要自己肯于动手操作实验。
最后该感谢帮助我的同学和老师。
首先该感谢这门课程任教的王老师给我们精心的讲解和适用的资料。
感谢同学们对我学习上的交流和帮助，还得感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会！
十、参考文献
[1]电气控制与PLC应用，胡汉文丁如春主编，人民邮电出版社，2009
[2]科威PLC资料，来自于公司网站
[3]三菱及西门子PLC资料，来自工控网
[4]可编程控制器教程，黄云龙主编，科学出版社，2003
[5]可编程控制器应用技术，张万忠主编，化学工业出版社，2002
[6]机电电气自动控制（修订版），陈远龄主编，重庆大学出版社出版，2005
[7]可编程控制器原理及应用教程，王晖孙玉峰王文华主编，清华大学出版社出版，2004
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