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1 引言1.1 系统背景描述现在,全自动洗衣机已经进入了千家万户之中,极大的方便了人们的日常生活,提高了人们的生活质量,使人们从那繁重的体力劳动中解脱出来。 所谓全自动洗衣机,就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由扬声器发出响声。 本文是基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机梯形图系统的设计,设计完善的全自动洗衣机控制系统,以满足控制要求,实现洗衣自动化的控制。1.2 系统控制要求 (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) 输入点: 输出点: 启动 x1 低水位检测 x11 启动洗衣机 y1 停止 x 2 手动排水 x 12 进水阀 y2 高水位 x 3 手动脱水 x 13 正转 y3 中水位 x 4 反转 y4 低水位 x 5 排水 y5 排空检测x 6 脱水 y6 高水位检测 x7 报警 y7中水位检测 x 102. 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(轻柔洗过程自定)3. I/O编址4.编程并调试2 系统设计方案2.1 系统功能描述 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。3 硬件电路设计3.1 PLC选型PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机,它根据用户给的指令,通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算,再通过输出接口去控制各种执行机构动作。它主要由CPU、存储器、I/O接口模板三部分。它是整体模块形式,由它作为洗衣机控制系统,在硬件设计上就相对简单点。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。3.2 I/O点分配I/O地址信号名称功能说明备注X001启动按钮开启洗衣机运行常开X002停止按钮关闭洗衣机运行常开X003高水位开关选择高水位常开X004中水位开关选择中水位常开X005低水位开关选择底水位常开X006排空检测开关排空时接通常开X007高水位检测开关高水位时有信号常开X010中水位检测开关中水位时有信号常开X011低水位检测开关低水位时有信号常开X012手动拍水选择手动排水常开X013手动脱水选择手动脱水常开Y001启动洗衣机开启洗衣机通有效Y002进水阀开启进水阀通有效Y003电动机正转线圈电动机正转通有效Y004电动机反转线圈电动机反转通有效Y005排水阀开启排水通有效Y006脱水电磁离合器开启脱水通有效Y007报警启动报警通有效表3-1 I/O地址分配表3.3 I/O接线图图3-3 I/O外部接线图说明: 启动按钮:SB1 高水位检测开关:SQ2 脱水电磁阀:YC 停车按钮: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:Y1 低水位档:K3 进水电磁阀:YV1手动排水:K4 排水电磁阀:YV2手动脱水:K5 电动机正转:KM1排空检测开关:SQ1 电动机反转:KM24 软件设计4.1 控制方案在工业控制领域,许多的控制过程都可用顺序控制的方式来实现,使用步进指令实现顺序控制既方便又便于阅读修改,所以在全自动洗衣机的梯形图控制中,采用步进顺序指令来实现控制。利用状态寄存器S0-S499中的一部分来编写步进梯形图进行控制。PLC顺序控制编程的主要依据是状态流程图,运用STL和RET步进指令进行编程。利用SET置位指令将某状态的状态继电器元件置位后,该状态的步进点闭合,这时顺序控制进入该状态。当转移至下一状态的条件满足时,利用SET置位指令又将下一状态的状态寄存器置位,这时顺序控制进入下一个状态,而上一个状态寄存器自动复位。顺序控制的编程步骤如下:1. 列出PLC输入输出点分配表。1. 根据系统控制要求画出顺序控制的状态流程图。2. 根据状态流程图编写出相应的梯形图。3. 写出对应的指令语序表。5. 调试程序。4.2 全自动洗衣机控制程序流程图 图4-1 全自动洗衣机控制流程图 4.3全自动洗衣机步进梯形图4.4 中间变量的记录 程序中共用到7个计时器,2个计数器。T0为关闭进水时暂停2s计时器,T1为正转30s计时器,T2为正转30后暂停2s计时器,T3为反转30s计时器,T4反转后暂停2a计时器,T5为脱水30s计时器,T6为报警3a计时器。C0为正反洗涤5次计数器,共320s,C1为反复进水脱水3次计数器。 程序运行时,PLC由STOP状态变为RUN状态,M8002有信号,从而置位S0,复位计数器C1。闭合启动按钮,置位S20,复位C0,并且系统控制进水阀开始进水,进水完毕后,计时器T0开始计时,从0递增到20,之后正转计时器T1开始计时,由0递增到300。正转30s后,T2计时器工作,从0到20,暂停2s。接着反转计时器T3工作,也是从0到300,之后T4计时器启动,从0到20变化。T4计时完毕,计数器C0开始计数一次,此后回到S22,T1计时器重新开始计时,依次到T4,当C0计数5次到时,排水。排空后,T5计时器计时,从0到300,开始脱水30s。脱水完毕,C1开始计数一次,之后程序返回到S20状态寄存器。重新开始进水洗涤排水过程,直到反复三次后,即C1计数二次时,T6计时器启动,从0到30,报警3s。4.5 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。设计心得经过将近一周的全自动洗衣机PLC课程设计,让我收获颇丰,不仅熟悉了全自动洗衣机的工作过程,还学会了使用步进指令。步进指令简单,直观,易于阅读,使用它来控制洗衣机的工作过程,真的很是方便。从图书馆借来的PLC应用技术易读通一书中,有很多和老师布置课题相似的题目,其中有音乐喷泉控制系统,三相步进电机控制系统等,也有全自动洗衣机控制,不过其是用SFC图来控制的,而且I/O点数很少,我参考着课本上的例子,把它转化成步进梯形图,然后又在此基础上不断进行扩展修改,最终完成梯形图的编程,当时很有成就感,就决定把书上的那些实例复印下来,方便自己以后好好研究。几天的课程设计,让我加深了对PLC的认识和理解,也知道了PLC应用于工业控制的优点所在,更重要的是让我看到了自己知识的匮乏,也坚定了以后要不断的学习,不断的向身边的人虚心请教,同时要借助于图书馆和网络来扩充自己的知识面的决心。也只有这样,在以后的社会竞争中,自己才能有立足之地,才能有所作为。参 考 文 献1 谢文辉,张志芳. PLC应用技术易读通. 北京:中国电力出版社,20082 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,2008.23 贺哲荣,石帅军. 流行PLC实用程序及设计(三菱FX2系列). 西安:西安电子科技大学出版社,2006.34 夏路易,石宗义. 电路原理图与电路板设计教程.北京:北京希望电子出版社,2002.65廖常初.PLC基础及应用.第2
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