全自动洗衣机 PLC课程设计方案.docx
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全自动洗衣机PLC课程设计方案
电气控制与PLC
课程设计
题目:
全自动洗衣机控制系统设计
院系名称：
电气工程学院
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
指导老师签名：
日期：
1系统概述-----------------------------------------------------------------------------1
2系统设计方案论证------------------------------------------------------------------1
2.1总体方案的确定---------------------------------------------------------------------------2
2.1.1设计方案--------------------------------------------------------------------2
2.2方案设计的基本理论依据-------------------------------------------------------------2
2.2.1控制系统的比较------------------------------------------------------------2
3硬件设计------------------------------------------------------------------------2
3.1系统原理方框图---------------------------------------------------------------------------4
3.2主电路----------------------------------------------------------------------------------------4
3.3I/O分配---------------------------------------------------------------------------------------5
3.4I/O接线图-------------------------------------------------------------------------------------6
3.5元器件选型----------------------------------------------------------------------------------6
3.5.1电动机的选则----------------------------------------------------------------7
3.5.2接触器的选择----------------------------------------------------------------7
3.5.3传感器的选择----------------------------------------------------------------7
3.5.4按钮的选择-------------------------------------------------------------------8
4软件设计-------------------------------------------------------------------------------8
4.1主流程------------------------------------------------------------------------------------------9
4.2梯形图-----------------------------------------------------------------------------------------11
5系统调试-------------------------------------------------------------------------------12
设计心得------------------------------------------------------------------------------------13
参考文献------------------------------------------------------------------------------------13
1.系统概述
全自动洗衣机的由内外桶、进水口、启动和停止按钮、控制器、进水按钮、水位开关、排水口和洗条电机组成。
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（甩干）用。
内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。
系统结构框图如下：
全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注人外桶，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又外桶排到机外。
洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干；高低水位开关分别用来测高低水位；启动按钮用来启动洗衣机工作；停止按钮用来实现紧急工况下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。
由控制要求可知，首先接通电源，用户根据衣物的多少及大小进行水位的选择。
再按下启动按钮，开始进水洗涤衣物。
使用PLC控制时，输入设备主要有启动按钮，水位选择按钮（高水位选择按钮、中水位选择按钮、低水位选择按钮），水位开关（高水位开关、中水位开关、低水位开关），排水按钮及脱水按钮等。
输出设备主要有进水电磁阀，洗涤电动机正转接触器，洗涤电动机反转接触器，排水电磁阀，脱水离合器及报警蜂鸣器等.
本设计要求：
（1）按下启动按钮及水位选择开关，注水直到高（中、低）水位，关水
（2）2s后开始洗涤
（3）洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s
（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s
（5）开始清洗，重复
（2）～（5），清洗两遍
（6）清洗完成，报警3s并自动停机
（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）2方案论证
2.1总体设计方案的确定
2.1.1设计方案
采用PLC控制全自动洗衣机，它具有可靠性高，操作简单等很多优点，可以克服单片机指令系统相对复杂、编写程序复杂、需要多种电路保护装置等缺点。
PLC是一个整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路的功能，硬件和编程也相对简单。
2.2方案设计的基本理论依据
2.2.1控制系统的比较
1、PLC系统的特点
PLC作为一种通用的工业控制器，它具有可靠性高的特点，能够在各种不同的工作环境中正常工作，对工作环境要求比较低，抗干扰性比较强；编程简单，PLC控制系统采用了独特的，多种编程语言，如指令表、梯形图、逻辑功能图等等，程序简洁，能满足不同的人的编程需求；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。
2、单片机系统的特点
单片机对环境的适应能力较低，可靠性差，单片机采用汇编语言或者C语言使得变成比较复杂，难以学习，功能单一，只具有使用中所需要的功能。
PLC即ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC在硬件上又基本单元（包含中央处理器单元，存储器，输入输出接口，内部电源）,I/O口扩展单元，及外部设备组成。
其输入接口电路通常有干接触，直流输入，交流输入三种形式。
输出形式有：
继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。
PLC采用循环扫描的的工作方式，其工作时的扫描过程包括5个阶段：
内部处理，通信处理，输入扫描，程序执行，输出处理。
其中程序执行过程又分为输入采样，程序执行和输出刷新三个主要阶段。
应用PLC进行控制，具有以下几个优点：
1．可靠性高，抗干扰能力强。
2．编程简单，易于实现。
3．功能完善，灵活方便，
4．体积小，质量轻，功耗低。
3.硬件设计
3.1系统的原理方框图
3.2主电路
PLC控制主电路图如下图所示：
PLC控制的全自动洗衣机的主电路图
此主电路由三相电源、隔离开关QS、熔断器FU1、接触器KM1、KM2、热继电器FR和三相异步电动机M共同构成，接触器线圈得电后控制主触点的接通，实现电动机正反转。
熔断器和热继电器分别起到短路保护和过载保护功能。
3.3I/O分配：
如下表所示
表：
I/O分配
输入
输出
X1
启动按钮SB1
Y1
进水
X2
停止按钮SB2
Y2
正转洗涤
X3
高水位指示
Y3
反转洗涤
X4
中水位指示
Y4
排水
X5
低水位控制
Y5
脱水
X6
排空检测
Y6
报警器
X7
高水位监测
X10
中水位监测
X11
低水位监测
X12
手动排水
3.4I/O接线图：
如下图所示
I/O接线图
3.5元器件选型
3.5.1电动机的选择
本次设计根据实际生活情况进行，全自动洗衣机用的电容式电机是正、反两个方向工作的，根据家庭电源的情况选择单相电容式异步电动机，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这一偏心要考虑，计算时应以洗涤物可能产生最大偏心为计算依据。
脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定电机功率时应以脱水时消耗的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是该洗衣机所确定的电机额定功率。
3.5.2接触器的选择
交流接触器的选择主要考虑到主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等，主触点额定电流IN，
PN为被控制电机额定功率，K为比例系数，一般取1.4，UN为被控制电动机的额定线电压，交流接触器主触点额定电压一般按高于电路额定电压来确定，所以，可取K=1，
可选施奈德LC1-D0610M5C型交流接触器，额定电压220V，额定电流6A。
3.5.3传感器的选择
1、水温传感器的选择：
水温检测可用热敏电阻或MTS102半导体温度检测器。
洗衣机水温一般为4℃～40℃,在该温度范围内MTS102线性好,温度敏感,水温检测常选用它。
2、水位传感器的选择：
对于PLC控制的洗衣机,要求水位的检测必须是连续的,谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件,将被测物体的变化转变为LC参数的变化,最终以频率参数输出。
其工作原理是将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力,驱动内腔上方的一块隔膜移动,带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动,从而线圈电感发生变化。
由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。
故常采用谐振式水位传感器。
3、浑浊度传感器的选择：
浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。
由红外发射管发出一定强度的红外光,红外接收管在溶液的另一侧接收红外线。
红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小,光电流经整形放大和数据处理后,就可以判断出水的浑浊程度。
3.7.4按钮的选择
全自动洗衣机的人机接口中有按钮，可选择施奈德低压凸头按钮，带有指示灯，供电电压为直流24V。
按钮型号如下表3所示
表3按钮型号
按钮类别
型号
备注
启动按钮
XB2-BW13B1C
绿灯常开
停止按钮
XB2-BW14B2C
红灯常闭
高水位按钮
XB2-BW14B1C
红灯常开
中水位按钮
XB2-BW16B1C
黄灯常开
低水位按钮
XB2-BW15B1C
黄灯常开
排水按钮
XB2-BW15B1C
黄灯常开
4.软件设计
4.1主流程
全自动洗衣机PLC控制程序流程图如下图所示：
按下启动按钮时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水，2s后开始正转洗涤。
正转洗涤30s后暂停，暂停2s后开始反转洗涤。
反转洗涤30s后暂停，暂停2s后，若正、反洗涤未满5次，则返回从正转洗涤开始的动作。
若正、反洗涤满5次时，则开始排水。
排水水位若下降到低水位时，开始脱水并继续排水。
脱水30s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
若未完成2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2次大循环，则进行洗完报警。
报警3s结束全部过程，自动停机。
若按下停止按钮，可以手动排水和手动脱水。
4.2梯形图
5.系统调试
连接好PLC，打开软件，选定合适的通信端口。
首先用软件远程使PLC停止工作，RUN灯熄灭。
然后把编好的程序写入PLC，再用软件启动PLC，发现PLC的RUN指示灯亮，程序运行时，按下启动按钮X1，置位状态寄存器S20，控制进水阀开始进水。
由外部跟定液位信号，比如选定高水位洗涤，则闭合X3,过一会儿再闭合X7，相当于已达到高水位，从而置位S21，S20自动复位，关闭进水，同时启动T0计时器暂停2s。
计时完毕，T0常开点闭合，置位S22，洗衣机开始正转，并开启T1计时器计时30s。
计时完毕，T1常开点闭合，置位S23，开启暂停2s的T2计时器。
计时完毕，T2常开点闭合，置位S24，控制电动机反转，同时开启T3计时器计时30s。
计时完毕，T3常开点闭合，从而置位S25，开启暂停2s计时器T4。
计时到时，并启动计时器C0，计数一次，同时返回S22，直到计数器计到5次时，即正反转320s后，置位S26，开始排水.当排空后，X11有信号，从而置位S27,启动脱水，并保持排水，同时开启T5计时器计时30s。
计时到时，T5常开点闭合，C1计数一次，同时返回S20，直到C1计时3次时，即反复洗涤三次后，C1常开点闭合，置位S28，开启报警电路，扬声器发出响声提示洗衣完成，同时启动T6计时器，控制报警声3s后停止，之后返回到S0,程序停止。
在每一步顺序运行时，上一步的状态寄存器均自动复位。
在程序运行中，闭合X2，各状态寄存器均无信号，通过选择手动排水和手动脱水档位，可实现手动排水和手动脱水功能。
若要实现轻柔洗功能，需添加X0作为轻柔洗档位，把X1设为标准洗档位，轻柔洗的过程可以通过一些计时器把正反转的时间设定的小一些。
编程和上述基本类似。
设计心得
经过近两周的PLC课程设计，我受益匪浅，不仅仅熟悉了全自动洗衣机的工作过程，还进一步的学会和熟悉了步进指令。
也让我深深地体会到了理论到实际的困难和重要性，虽然全自动洗衣机就在我们身边，我们天天都在用它，开始时我在想设计肯定很简单，因为虽然硬件电路很简单但软件设计就没那么容易了。
为了更好地把软件程序设计出来可谓吃尽了苦头，后悔当初没学好，查阅了好多资料，又把所学的指令认真的学习和熟悉了一边。
从这次的课程设计中我学到了好多知识，这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能的到应用。
通过这次课程设计，我不单单学会了课本上的知识，更懂得的解决问题的方法，明白了怎样把理论知识怎样运用到实践中去，更懂得了实践中的问题怎样用理论知识去解决。
在这次课程设计中同学的帮助和老师精心指导是不可缺少的，谢谢他们的帮助。
也明白了自己的不足，知道了努力的方向，长风波浪会有时，直挂云帆济沧海。
相信在同学和老师的帮助下我以后会做的更好！
参考文献
[1]漆汉宏PLC电气控制技术北京：
机械工业出版社
[2]王兆义小型可编程控制器实用技术北京：
机械工业出版社
[3]王兆义可编程控制器教程北京：
机械工业出版社
[4]韩教礼机械电气设计简明手册北京：
机械工业出版社
[5]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。
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