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  • 基于三菱PLC全自动洗衣机控制系统设计
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    2022-04-06 21:15:48

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    一、课程设计目的

    二、课程设计内容

    三、课程设计要求

    四、课程设计步骤

    1、总体方案的设计

    2、硬件结构及选型

    3、控制流程图

    4、输入输出点表

    5、状态转移图

    7、步进指令程序

    8、梯形图程序

    9、组态王部分

    五、设计总结及心得体会

    六、主要参考书


     

    一、课程设计目的

    1.熟悉PLC的硬件结构及三种编程语言。

    2.熟悉PLC控制系统设计的基本流程与步骤。

    3. 训练学生PLC的基本编程思想。

    4. 学会使用组态王软件设计上位机监控系统。

    二、课程设计内容

    1. 以三菱PLC为主控制器,设计波轮式全自动洗衣机的控制系统

    2. 通过设计,可以自动实现洗衣机的进水、洗衣、脱水等过程。

    3. 学会使用步进顺控指令及触点、线圈指令两中方法编写程序。

    三、课程设计要求

    1.了解全自动洗衣机的硬件结构、工作过程、并分析其控制要求。

    2.设计其控制方案。

    3.列出输入、输出点表,并画出硬件接线图。

    4.画出其状态转移图。

    5.用步进指令编写其控制程序并调试。

    6.用触点、线圈指令编写其控制程序并调试。

    7.撰写实训报告(包括调试总结报告;

    四、课程设计步骤

    1、总体方案的设计

    1、按下启动按钮,PLC投入运行,系统处于初始状态,准备好起动进水电磁阀门,起动时开始进水。

    2、等到水位达到规定值(即水位(高、低)选择决定时停止进水2s后并开始洗涤正转。

    3、正洗15S后,开始洗涤反转,反转15S,洗衣5次。

    4、若正反转没有满5次,则返回从正洗开始的动作;若正反洗满5次,则启动排水电磁阀开始排水。

    5、水位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大循环过程,触发排空传感器则脱水完成。整个洗衣全过程运行3次。

    6、脱水完成后,酸碱传感器进行检测PH值(检测衣物上洗衣液是否洗净,如PH值未达标,则进行漂洗操作,直至漂洗到PH标准。

    7、漂洗完成后,风热烘干+消毒警示灯亮,将进行风热烘干+消毒环节,对衣物进行消毒,并同时进行电机正转3秒,反转3秒。

    8、洗衣结束,则进行洗涤报警,报警闪烁6次后,结束全部过程,自动停机。

    2、硬件结构及选型

     (1)I/O储存器容量的估算:

    PLC常用的内存有EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(带电可擦除可编程只读存储器)和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的,介于1—2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关,如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验,每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下:

    开关量输入元件:10—20 B/点

    开关量输出元件:5—10 B/点

    定时器/计数器:2 B/个  

    模拟量:100—150 B/个

    通信接口:一个接口一般需要300B以上

    根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量,就可估算出用户程序所需的内存容量,从而选择合适的PLC内存。

    (2)CPU功能与结构的选择

    由于PLC具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能,有些PLC还可扩展各种特殊功能模块,如通信模块、位置控制模块等,选型时可考虑以下几点:功能与任务相适应,PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单,小型PLC就能满足要求了。

    该控制系统CPU模块可采用CPU-224(AC/DC/继电器模块,它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电,并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点,完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求,所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。

    综上所述及根据老师要求,该系统最终选用三菱FX2N-32MR。

    (3)电机的型号选择:BLDC电机一般会用在家电中,比如洗衣机,空调,电风扇。吸尘机中也采用了BLDC电机。在某个事例中,通过变更控制系统,实现了旋转数的大幅度上升,这个事例体现了BLDC电机的良好控制性。

    作为重要存储介质的硬盘,其旋转部分也采用了BLDC电机。由于它是需要长时间运转的电机,因此耐用性很重要。当然,它还有极力抑制电力消耗的用途。

    具有良好控制性的高效率BLDC电机,可以通过细微的控制,延长电池的持续时间;现在的滚筒洗衣机大致分为两种电机。一种是BLDC电机,另外一种是DD电机,现在大多数的洗衣机采用的都是BLDC电机。这种电机是利用皮带传动的。动力挺强劲的,声音也很小,一根皮带至少是能用5年以上的,所以说这个问题根本不用担心。

    再一个这种电机性价比比较高,在性能上面也很不错的。另外一种就是DD电机它是直接连接滚筒没有皮带,所以说它的动力会更加的强劲一些,但是这种电机现在市面上很少也就LG的有用,但是价格都特别贵,所以说也不建议采用这种,因此在这里我们小组选择BLDC电机。

    3、控制流程图

    4、输入输出点表

    输入

    输出

    启动按钮

    X000

    电机正转控制

    Y000

    停止按钮

    X001

    电机反转控制

    Y001

    排水按钮

    X002

    进水电磁阀

    Y002

    脱水按钮

    X003

    排水电磁阀

    Y003

    高水位开关

    X005

    脱水电磁阀

    Y004

    低水位开关

    X006

    漂洗指示灯

    Y005

    水位排空传感器

    X007

    报警蜂鸣

    Y006

    高水位传感器

    X010

    风热烘干+消毒指示灯

    Y015

    低水位传感器

    X011

    酸碱传感器

    X016

    5、状态转移图

    6、硬件接线图

    7、步进指令程序

    8、梯形图程序

    X000为启动按钮,X001为停止按钮,X002为手动排水按钮,X003为手动脱水按钮,X005为高水位开关,X006为低水位开关,X007为水位排空传感器,X010为高水位传感器,X011为低水位传感器,X016为酸碱传感器。若按下停止按钮X001,电机正反转Y000,Y001,进水电磁阀Y002,排水电磁阀Y003,脱水电磁阀Y004,漂洗指示灯YOO5,风热烘干+消毒指示灯Y015,报警蜂鸣Y006立即停止。

    M0是程序启动的辅助继电器,M1是判断水位是否不一致的辅助继电器,M2是判断水位是否一致的辅助继电器。

     辅助继电器梯形图

    进水过程:通过M1判断洗衣机水位与设定值不一致,则触发Y002进水电磁阀,洗衣机开始进水。进水达到预设值M2断开,进水暂停2s.

    C1为大循环计数,T3为脱水计时,是为了脱完水后,进行大循环计数。

     进水过程梯形图

    洗衣过程:进水暂停计时结束后,开始正转洗衣15s,正转结束后进行反转。反转洗衣15s,反转结束后暂停2s。

     洗衣过程梯形图

    排水过程:C0为正反洗衣循环,计数5次。计数满5次后结束,C0的常开触点得电,触发Y003排水电磁阀开始排水。按下X002排水按钮可以手动排水。X007水位排空传感器水排空后停止排水。

     排水过程梯形图

    脱水过程:触发X007水位排空传感器后脱水电磁阀得电,开始脱水,脱水计时30s后结束。按下X003脱水按钮可以手动使洗衣机脱水。

    脱水过程梯形图


    漂洗过程:脱水完成后,Y005漂洗显示灯亮起,进行漂洗过程;酸碱传感器X016进行检测PH值检测衣物上洗衣液是否洗净,如PH值未达标,则X016断开,进行漂洗操作,直至漂洗到PH标准,X016才闭合进行烘干+消毒过程。

    漂洗过程梯形图

    烘干+消毒过程:C2为洗衣大循环的计数器,计数1次大循环,大循环结束后C2的常开触点得电,Y015烘干+消毒警示灯亮起,开始正转烘干+消毒6s,暂停2s反转烘干+消毒6s,暂停2s。

    烘干+烘干+消毒过程梯形图

    报警过程:反转烘干+烘干+消毒暂停计时T16结束后,T16的常开触点得电,烘干+烘干+消毒蜂鸣响起,持续响30s后停止。

    报警过程梯形图


    9、组态王部分

    五、设计总结及心得体会

    通过为期三周的PLC课程设计,让我们小组对PLC整体的设计思路有了很大的提升,下面是我们小组对整个PLC课程设计的过程做一下简单的总结及其心得体会:

    首先,在收到老师的题目后,进行选题时,对全自动洗衣机PLC设计有了思路,因此本次课程设计我们选择了全自动洗衣机课程设计。

    其次,题目确定后就是找资料了,查资料是做课程设计的前期准备工作,到百度、课本查阅资料;并且查到的资料都是有利用价值的,要一一记录下来,一点一点构成设计思路及其设计流程图;通过上面的过程,已经积累了不少资料,对所选的题目也大概有了一些了解,这一步就是在这样一个基础上,综合已有的资料来更透彻的分析题目。

    有了研究方向,就开始动手设计了,首先按照老师的要求,先设计出硬件结构图,然后编写控制流程图,进行编写源代码;在编写源代码的时候,由于我们需要实现的功能比较多,因此在编写时,最好是编写一个个小模块就进行调试,这样可以避免设计的最后出现太多的错误而乱成一团糟。一步一步地做下去,你会发现每一个小过程很容易实现的,难点在于将所有需要运行的过程进行合并,在实现每个小过程的时候,出的问题比较少;但在将所有过程合并为一个程序时,出现大量的错误,最后没有办法,只能一点一点这样在不断的修改调试,再修改再调试。

    在设计中最困难的一部分应该是状态转移图的编写,由于之前实验并未有熟练使用状态转移图的编程,导致状态转移图在软件编程的时候出现对跳转程序编写的模糊,对构架流程不够清晰,导致出错过多,花费大量时间。最后通过书本的知识,与专门网上学习PLC的网站经行查询,解决问题。其次,组态王的搭建中,由于课程前没有足够的认识和使用组态王,在课程设计中,老师对组态王的基本操作的讲解对我们的帮助很大,外加和其他同学的交流,成功搭建出组态王,实现用组态王进行监视。

    这次课程设计让我们学习到很多。虽然结束了,但这只能是一个开始。今后作为PLC技术人员,要学习的规范,程序设计语言还有很多。在微型计算机控制领域,要学的实在太多,仅大学生涯所学实在有限。我们只有对自己有了更高的要求,才能作为动力不断取得新的成绩!不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。

    在本次课程设计中,非常感谢我们的指导老师对我们的悉心指导,感谢老师给我们小组的帮助;在设计过程中,我们小组通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使我们学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我们懂得了许多东西,也培养了我们独立工作的能力,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。虽然这个设计做的不好,但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获。

    六、主要参考书

    [1] 罗大海,诸葛茜.流体力学简明教程.北京:高等教育出版社,1987.

    [2] 钱学森,宋健.工程控制论修订本:上册[M].北京:科学出版社,1980

    [3] 熊幸明.电气控制与PLC第二版. 北京:机械工业出版社,2017.6

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