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1、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： 财务盈利能力分析采用的主要评价指标包括静态评价指标和动态评价指标两类。其中静态评价指标主要有投资回收期，投资利润率，投资利税率和资本金利润率；动态评价指标主要有投资回收期，净现值、净现值率，内部收益率。目 录1 系统描述即设计要求11.1 自动洗衣机的介绍11.2自动洗衣机的设计要求12 方案论证22.1 采用PLC系统：22.2 采用单片机系统：22.3 方案的选择23硬件设计33.1系统的原理方框图33.2 主电路33.3 I/O
2、分配43.4 I/O接线图43.5 元器件选型54 软件设计94.1主流程94.2梯形图105 系统调试13设计心得15参 考 文 献161 系统描述即设计要求1.1 自动洗衣机的介绍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。全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提
3、高工作效率，和适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等 这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的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。1.2自动洗衣机的设计要求通过PLC实现的设计要求为：（1）按下启
4、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）；若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻柔洗功能2 方案论证2.1 采用PLC系统： 1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长
5、。 2）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，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。 3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。2.2 采用单片机系统：单片机对环境的适应能
6、力较低，可靠性差。现今的单片机正在向提高工业环境下控制系统的可靠性和灵活方便地构成应用系统界面的方向发展，并且控制功能越来越丰富。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。特别是它体积小，集成度高。性能稳定，可靠性高，有较高的性价比。但由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护以及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形的增加了维修成本费用。2.3 方案的选择根据上述方案的论证，本次设计的全自动洗衣机梯形图控制系统将由PLC可编程序控制器作为主要
7、组成部分，从而实现对全自动洗衣机的工作过程控制。 PLC 即 Programmable logic Controller，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
8、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。3硬件设计3.1系统的原理方框图系统的原理方框图如图1所示启动按钮停止按钮水位选择开关手动排水开关手动脱水开关电磁进水阀线圈电磁排水阀线圈接触器线圈PLC电磁进水阀电磁排水阀洗涤电动机蜂鸣器水位传感器图 1 系统原理方框图3.2 主电路系统的电机主电路如图2所示图2 电机主电路图3.3 I/O分配系统的I/O分配如表1所示表1 控制器I/O口分配表输入输出停止 X000启动洗衣机Y000启动 X001进水阀Y001高水位 X003电机正
9、转Y002中水位 X004电机反转Y003低水位 X005排水阀Y004排空检测 X006脱水电磁离合器Y005高水位检测 X007报警Y006中水位检测 X010低水位检测 X011手动排水X012手动脱水X0133.4 I/O接线图系统的I/O接线图如图3所示I/O接线说明： 停车按钮：SB1 高水位检测开关：SQ2 脱水电磁阀：Y5启动按钮：SB2 中水位检测开关：SQ3 报警扬声器：SPK高水位档：K1 低水位检测开关：SQ4中水位档：K2 启动洗衣机：Y0低水位档：K3 进水电磁阀：Y1手动排水：K4 电动机正转：KM1手动脱水：K5 电动机反转：KM2排空检测开关：SQ1 排水电磁
10、阀：Y4 图3 系统I/O接线图3.5 元器件选型3.5.1 PLC的选型通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择抵挡的三菱FX2N系列FX2N-32MR，可以完全满足其要求，FX2N-32MR有32个I/O，根据输入，输出口的总点数，考虑留有适当余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC，可满足设计要求。如下图4所示。图4 FX2N-32MR001 3.52 电机的选择在全自动洗衣机中，应用比较广泛的是单相电容运转异步电机。 在本系统中选用YC系列微型单相电容起动异步电动机，YC系列微型单相电容起动异步电动机广泛用作空气压缩机、水泵、冰箱、洗衣机、医疗器械等机械的驱动设备。本系
11、列按照YC系列国家标准并吸取国际上同类产品的优点进行派生设计制造，具有结构简单、运行安全可靠、维修方便及技术经济指标优异等特点。YC系列微型单相电容起动异步电动机为全封闭型结构，全部采用E级绝缘材料，具有良好好的绝缘性能和机械强度。电机如图5所示。型 号： YC632-2 效率% :60功率W： 180 转速r/min： 2800电流A： 1.95 功率因数cos : 0.7电压V： 220 起动电流A: 12频率Hz：50 起动转距/额定转距 :2.8 图5 YC632-2型电机3.5.3 接触器的选择交流接触器的选择主要考虑主触点的额度电流、额定电压、线圈电压等。主触点的额定电流In可根据
12、下面的经验公式进行选择： 式中为接触器主触点额定电流；K为比例系数；为被控电动机额定功率；为被控电动机额定线电压。并且，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，取K=1 故选择施奈德的LC1-D0610M5C型交流接触器。其外形图如图6所示其主要技术参数为：额定绝缘电压220V； 额定发热电流6A。 图6 交流接触器3.5.4 热继电器的选择根据电动机频繁换向启动的工作情况，按式IR=（1.151.5）IN选取，所以， 故选取施奈德的LR2-D1306C型热继电器。外形图如下图7所示其主要技术参数为：脱扣等级10A； 整定电流范围1-1.6A； 图7 LR2-D1306C3
13、.5.5 开关电源的选择根据全自动洗衣机的设计要求，为保证安全，外部电器（包括电磁阀、蜂鸣器等）使用低电压直流电，为此选择了哈克特HTSP-320F-24型开关电源，外型如图8所示，将交流电转换为要求的直流电。其主要技术参数：输出电压：24V 输出电流：0-13A 效 率 ：87% 图8 开关电源3.5.6 水位传感器的选择水位传感器就相当于压力开关，当你设定好一个压力值以后，注水后产生水压，达到压力值后就自动通电，起到了开关的作用。水位开关的种类很多，考虑到各种因素，洗衣机中一般采用压力式水位开关，它装在洗涤缸的上部，它有一根下端开口的气管通到缸底，进水时管里的空气被封闭在里面出不来，就形成比外界稍高的压力。水位越高压力越高，这样根据压力就可间接测知水位，从而控制阀门。而压力的测量仍然用弹性元件，靠元件的变形带动触点完成通断动作。这种测液位的方法叫做“静压法”，在工业中用的不少。外型如图9所示。在该系统中，选择海尔洗衣机水位开关。
