自动洗衣机的plc控制系统设计终稿.docx

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自动洗衣机的plc控制系统设计终稿

课程（产品）设计

自动洗衣机的PLC控制系统设计

学院:

机电工程学院

专业:

自动化

班级：

08自动化B

学号:

28100102060

学生姓名:

郑钦耀

指导教师:

刘跃华

完成时间:

2012年2月5日

电子科技大学中山学院机电工程学院

课程设计任务书

题目

名称

自动洗衣机的PLC控制系统设计

设计

目的

熟悉自动洗衣机的实际应用，掌握可编程控制器的使用与设计方法；用PLC实现控制自动洗衣机的协调，达到正常工作的基本要求。

设计

条件

设计

内容

及

要求

控制系统设计的基本要求：

（1）按下启动按钮后，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）洗涤时内筒正传洗涤10S暂停2S，再反转洗涤10S暂停2S，又正传10S暂停2S…，如此反复循环2次。

（3）洗涤结束后，排水电磁阀打开，进入排水状态。

当水位下降倒低水位时，进入脱水状态并同时排水，脱水时间10S。

这样就完成了从进水到脱水的一个大循环。

（4）经过2次上述大循环后，洗衣机自动报警装置开启，报警10秒，自动停机。

设计

步骤

1.收集资料、看资料；

2.进行自动洗衣机控制系统总体设计；

3.进行软件编写、硬件制作；

4.进行软件、硬件调试及总体调试；

5.编写设计报告。

成果

形式

（1）自动洗衣机的PLC模拟控制系统；

（2）毕业设计报告。

参考

文献

[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术（第二版）[M].北京:

化学工业出版社，2008

[2]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术（第2版）[M].南京:

东南大学出版社，2009

[3]王建,张宏.三菱PLC入门与典型应用[M].北京:

中国电力出版社，2006

[4]王阿根.电气可编程控制原理与应用[M].北京:

清华大学出版社，2007

[5]龚仲华,史建成,孙毅.三菱FX/Q系列PLC应用技术[M].北京:

人民邮电出版社，2006

[6]贾德胜.PLC应用开发实用子程序[M].北京:

人民邮电出版社，2006

[7]洪志育.例说PLC[M].北京:

人民邮电出版社，2006

指导

教师

年月日

课程设计成绩评定表

设计过程及成果

评语：

成绩（70%）指导教师：

年月日

答辩

评语：

成绩（30%）答辩组长：

年月日

总评

审核人：

年月日

前言

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，可编程控制器PLC在工业控制领域内得到十分广泛地应用。

PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置。

它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令。

通过数字或模拟的输入／输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、计数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。

工业化的加速发展，出现了洗衣机，出现了自动洗衣机。

无论是波轮式洗衣机也好，还是滚筒式洗衣机也好，都朝着智能化、水流方式多样化、洗衣方式创新化、设计更趋人性化四大特征方向发展。

传统的电气控制已经不能满足现状的要求了，使智能化的控制取代了传统的工业控制。

本次设计要求设计出由PLC控制的自动洗衣机控制系统,制作出其模拟控制系统并编写出控制程序，经过调试并运行，达到其控制要求。

1可编程控制器概述

1.1可编程控制器的定义

PLC（ProgrammableLogicController），中文名称为可编程控制器，是一种电气自动化控制装置，国际电工委员会（IEC）将PLC定义为：

是为工业环境下应用的数字运算操作的电子装置，专为在工业环境下应用而设计。

它使用可编程存储器内部储存用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算和通过数字或模拟输入/输出来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的设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

1.2可编程控制器的特点及应用

1.2.1PLC的特点

（1）控制程序可变，具有很好的柔性

在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改变程序就可满足要求。

因此，除单机控制外，PLC在柔性制造单元（FMC），柔性制造系统（FMS），以致工厂自动化（FA）中也被大量采用。

（2）具有高度可靠性，适用于工业环境

PLC产品的平均故障间隔时间（MTBF）一般可达到5年以上，因此是一种高度可靠的工业产品，大大提高了生产设备的运行效率。

PLC不要求专用设备的机房，这为工业现场的大量直接使用提供了方便。

（3）功能完善

现代PLC具有数字和模拟量输入/输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、PID调节、各种智能模块、远程I/O模块、通信、人－机对话，自诊断，记录和图形显示、组态等功能。

除了适用于离散型开关量控制系统外，现在也能应用于连续的流程控制系统，从而使设备的控制水平大大提高。

（4）易于掌握，便于维修

由于PLC使用编程器进行编程和监控，使用人员只需掌握工程上通用的梯形图语言（或语句表、流程图）就可进行用户程序的编制和测试。

因此，即使不太懂得计算机的操作人员，也能掌握和使用PLC。

也由于PLC有完善的自诊断功能，输入／输出均有明显的指示，在线监控软件的功能很强，因此，很容易进行维修，能很快查找出故障的原因。

PLC本身高可靠性也保证了故障的几率是很低的。

（5）体积小，省电

与传统的控制系统相比，PLC的体积很小，一台收录机一样大小的PLC具有相当于三个1.8m高继电器控制柜的功能。

PLC消耗的功能只是传统控制系统的三分之一至二分之一。

（6）价格低廉

随着集成电路芯片功能的提高，价格的降低，可编程控制器硬件的价格也一直不断地在下降。

虽然PLC的软件价格在系统中所占的比重在不断提高，但由于缩短了整个工程项目的设计，编程和投运费用以及缩短了整个投运周期，因此，使用PLC的总造价是低廉的，而且还呈不断下降的趋势。

【2】

1.2.2PLC的应用领域

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、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

（1）开关量的逻辑控制

　　这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）模拟量控制

　　在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

（3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

（4）过程控制

　　过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（5）数据处理

　　现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（6）通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

【3】

1.3PLC的基本组成

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。

1.3.1PLC的硬件结构

如图1-1所示为PLC的硬件结构图。

图1-1PLC的硬件结构

（1）中央控制处理单元（CPU）

可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。

（2）存储器

可编程控制器配有两种存储器：

系统存储器和用户存储器。

系统存储器：

存放系统管理程序，用只读存储器实现。

用户存储器：

存放用户编制的控制程序，一般用RAM实现或固化到只读存储器中。

（3）输入输出接口

作用：

连接用户输入输出设备和PLC控制器，将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理，再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。

对输入输出接口的要求：

良好的抗干扰能力；对各类输入输出信号（开关量、模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。

PLC输入输出接口的类型：

模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口（直流、交流及交直流）。

用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。

1）开关量输入接口电路

各种输入接口均采取了抗干扰措施。

如带有光耦合器隔离使PLC与外部输入信号进行隔离；并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。

通常有三种类型：

直流（12~24）V输入、交流（100~120）V输入与交流（200~240）V输入和交直流（12~24）V输入。

直流输入模块的电源一般由机内24v电源提供，输入信号接通时输入电流一般小于10mA；交流输入模块的电源一般由用户提供。

如图1-2所示为直流输入接口。

图1-2直流输入接口

2）开关量输出接口电路

有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。

开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过2A。

开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过2A。

如图1-3所示为交直流输入接口（继电器输出型）。

图1-3交直流输出接口（继电器输出型）

（4）电源

PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。

（5）外围设备：

编程器、打印机、演示板等

利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。

（6）用户输入输出设备

用户输入器件有控制开关和检测元件，即各种开关、按钮、传感器等；用户输出设备主要有接触器、电磁阀、指示灯等。

【5】

1.3.2PLC的软件系统

PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。

（1）系统程序

用于控制可编程控制器本身的运行。

有系统管理程序、用户程序编辑和指令解释程序、标准子程序与调用管理程序3种类型。

1）系统管理程序。

由它决定系统工作节拍，包括PLC运行管理（各种操作的时间分配安排）、存储空间管理（生成用户数据区）和系统自诊断管理（如电源、系统出错，程序语法、句法检验等）。

2）用户程序编辑和指令解释程序。

编辑程序能将用户程序变为内码形式以便程序的修改、调试。

解释程序