基于PLC的全自动洗衣机设计.docx
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基于PLC的全自动洗衣机设计
基础课程设计(论文)
基于PLC的全自动洗衣机设计
专业:
电气工程及其自动化
指导教师:
成员:
信息技术学院电气工程系
2011年11月16
摘要
随着科学技术不断进步和社会飞速发展,洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。
基于全自动洗衣机的应用日益广泛,本次设计利用三菱公司生产的PLC控制全自动洗衣机,与传统的继电器逻辑控制系统相比较,洗衣机可靠性、节能性得到了提高。
PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件,它的接线也大大减少,与此同时系统维修简单、维修时间缩短。
本文首先介绍了洗衣机的发展,然后重点介绍了洗衣机的设计,对程序流程图及编程软件进行了说明,最后对系统进行了仿真。
本次设计采用步进顺控指令编程,根据工艺要求编程简单、可允许双线圈使用,PLC采样按钮及限位开关外部输入信号的变化,执行相应的程序,然后输出控制电机正反转及脱水处理。
关键词洗衣机;全自动;可编程控制器;
目录
第一章绪论1
第二章系统硬件设计2
2.1系统简介3
2.1.1全自动洗衣机的工作原理2
2.1.2系统的控制要求3
2.2系统的组成与功能4
2.3系统控制主电路5
2.4PLC控制系统设计6
2.4.1电动机的选择7
2.4.2PLC的选型8
2.4.3FX2N功能介绍9
2.4.4I/O分配表9
2.4.5PLC接线图10
2.4.6PLC梯形图11
2.4.7程序流程图13
第一章绪论
目前自动洗衣机已经成为每个家庭所必需的电器,随着它的畅销出现了各种各样的全自动洗衣机,该设计实现了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程设计了相应的系统软件。
在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的缺点,它是整体模块,集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能,因此在运用中,硬件也相对简单,提高控制系统的可靠性。
另外它的编程语言也相对简单,因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。
该系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成,可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。
变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易PLC程序的执行及其它相关运行参数的传送。
PLC与触摸屏通讯实现人机对话,完成相关参数设置、启停操作与状态显示。
全自动洗衣机利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制,其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤模式、洗涤时间、脱水频率的设定、可编程控制器通讯功能的应用、变频器简易PLC功能的应用进行有机的组合与设计。
此论文的初始对自动洗衣机进行了分类。
按自动化程度分类,洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三大类。
并依次做了简单的介绍
,同时全自动洗衣机应用了可编程控制器,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,然后主要是介绍全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制。
该论文设计主要包括:
plc基础知识简介及应用,可编程控制器的应用,PLC控制系统设计与应用。
第二章系统硬件设计
2.1系统简介
2.1.1全自动洗衣机的工作原理
以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例,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。
波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图2.1所示。
图2.1洗衣机示意图
2.1.2系统的控制要求
PLC投入运行,系统处于初始状态,准备好启动。
(1)按下启动按扭,开始进水,水满(即水位到达高低)时停止进水。
(2)2秒后开始洗涤。
(3)洗涤时,正转15秒后暂停,暂停3秒后开始反转洗涤,反转洗涤15秒后暂停,暂停3秒。
(4)如此循环30次,后开始排水,排空后(水位下降到低位)开始脱水并继续排水。
脱水20秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
(5)若未完成30次循环,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30次循环,则进行洗完报警。
(6)报警10秒结束全部过程,自动停机。
(7)此外按排水按钮可实现手动排水;按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
由于本次设计的系统只有1台被控电机以及数量不是很多的其他被控对象,采用PLC集中控制方法,单台PLC进行多个对象的控制,只要适当的选用PLC,完全能够完成任务。
2.3系统控制主电路
洗衣机PLC控制主电路图如图2.5所示。
图2.5主电路图
在主电路中我们主要是考虑如何控制交流电机运转和怎么实现电路保护。
主电路的三相电源经隔离开关QS、主电路熔断器FU1、交流接触器KM1、KM2的主触头、热继电器FR的加热元件到三相异步电动机M构成主电路。
通过接触器线圈得电控制其主触点的接通,能实现电动机正反转。
该主电路既实现短路或过载保护。
2.4PLC控制系统设计
2.4.1电动机的选择
由于家庭提供的电源限制故选单相电容运转式异步电动机。
以3.6公斤全自动洗衣机为例,由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大,这一偏心不能不考虑,所以计算时应以洗涤物可能产生前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。
由于在计算时一些因素如电机转子的转动惯量等没考虑,造成一些偏差,所以3.6公斤全自动洗衣机电机额定功率选为180瓦。
符合全自动洗衣机的功率范围120W~250W。
故选择YY104-180型号单相电容运转式电动机,功率180瓦,额定电压220V,转速1350r/min,电流1.7A。
2.4.2PLC的选型
(1)输入输出(I/O)点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展。
此次设计共需要五个输入口,六个输出口。
(2)存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量。
(3)控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
(4)机型的选择
1PLC的类型。
PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
2经济性的考虑。
选择PLC时,应考虑性能价格比。
考虑经济性时,应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素,进行比较和兼顾,最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。
每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。
当点数增加到某一数值后,相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加,因此,点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。
在估算和选用时应充分考虑,使整个控制系统有较合理的性能价格比。
由于三菱FX2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场,本次设计也是小型的控制系统,并且我们学习的也是三菱FX2N系列的PLC,所以我们采用我们熟悉的三菱FX2N系列的PLC来控制该系统。
(5)继电器选择
QS断路开关可采用HZ10系列组合开关,主要用于电源的引入。
FU熔断器是简单有效的保护电器,可选用半封闭插入式熔断器。
KM接触器选用CJ12T-250系列交流接触器,额定电流250A。
FR热继电器是一种保护电器,专门用来对过载及电源断相进行保护,以防止电动机因上述故障导致过热而损坏。
常用JR16、JR20、JRS1系列热继电器,本次设计采用JR16,额定电压380V,额定电流150A。
T0、T1、T2、T3、T4、T5、T6分别为时间继电器,采用空气式时间继电器,其具有结构简单、调整方便、价格较低等优点。
本次设计我们采用JS23系列空气时间继电器,线圈额定工作电压直流220V,延时范围0.2s-0.3s
2.4.3FX2N功能介绍
FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
控制规模:
16~256点(基本单元:
16/32/48/64/80/128点)。
特点:
(1)集成型高性能。
CPU、电源、输入输出三位一体。
对6种基本单元,可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备,最大可以扩展输入输出256点。
(2)高速运算。
基本指令:
0.08μs/指令。
应用指令:
1.52μs~数100μs/指令。
(3)宽裕的存储器。
内置8000步RAM存贮器,安装存储盒后,最大可以扩展到16000步。
(4)丰富的软元件。
辅助继电器:
3072点。
定时器:
256点。
计数器:
235点。
数据寄存器:
8000点。
(5)除了具有输入输出16~256点的一般用途,还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。
PLC输入端
所接外部输入器件
PLC输出入端
所接外部输出入器件
X0
启动按钮SB0
Y0
进水电磁阀YA1
X1
停止按钮SB1
Y1
排水电磁阀YA2
X2
低水位限位开关SQ0
Y2
电磁离合器YA3
X3
高水位限位开关SQ1
Y3
正转接触器KM1
X4
手动排水按钮SB2
Y4
反转接触器KM2
Y5
蜂鸣器HA
2.4.4I/O分配表洗衣机I/O分配表如表2.2所示。
表2.2I/O分配表
2.4.5PLC接线图
PLC接线图如图2.6所示,图2.6中的1、2标号与主电路的交流220V连接。
根据多年运行经验,取电容0.1μF时,一般可以将f限制在150Hz以下R是一个阻尼元件,一方面对震荡频率有影响,一方面对电容器保护有利。
R不应小于其临界值2(L/C)1/2,否则对降低频率不利。
所以电阻值不应小于100Ω。
R值高有利于保护电容本身安全,防止电容过载烧毁。
故一般高安全性的阻容吸收装置,都适当的增大了R的值(一般最高做到400Ω)。
但是R值如果太大,将大大提高时间常数,导致暂态时间延长,不利于保护的高效性。
则R=100Ω、C=0.1μf
2.4.6PLC梯形图
本次设计采用步进顺控指令编程,编写的程序清晰、明了。
步进指令允许使用双线圈,当步进节点条件满足时,某一状态被置位,当下一步的步进节点接通时,转移到下一步状态,同时自动复位上一状态,其中STL是步进节点指令,RET是步进返回指令。
系统处于初始状态,准备好启动
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