全自动洗衣机PLC控制.
大连工业大学课程设计（论文）任务书专 业自动化班 级学号姓名题 目全自动洗衣机PLC控制子 题指导教师祖龙起答疑教师祖龙起设计时间2015 年6月29 日至 2015 年 7月5日 共 1 周设计要求设计（论文）的任务和基本要求，包括设计任务、查阅文献、方案设计、说明书（计算、图纸、撰写内容及规范等）、工作量等内容。设计要求：1按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高(中、低)水位，关水2 2秒后开始洗涤3 洗涤时，正转3秒，停2秒，然后反转3秒，停2秒4 如此循环5次，总共32秒后开始排水，排空后脱水30秒5 开始清洗，重复(1)(4)，清洗两遍6 清洗完成，报警3秒并自动停机7 若按下停车按扭，可手动排水不脱水和手动脱水不计数指导教师签字： 系（教研室）主任签字- 20 -目录1.绪论- 1 -2.1洗衣机工作流程图- 2 -2.2控制功能- 4 -3.1控制电机主电路- 5 -3.2电机拖动- 5 -3.3保护措施- 7 -3.4 PLC类型选择- 7 -3.5 I/O模块及点数- 8 -3.6 PLC控制电路设计- 10 -3.7线圈保护装置- 10 -4.1编程软件- 12 -4.2 程序步骤说明- 12 -4.3助记符- 14 -参考文献- 19 -1.绪论家用洗衣机有四个部分，即：洗涤和甩干桶；电机和传动机构；程序控制器件：分机械式和电脑两种，提供机器的程序指令；外壳，包括固定所有部件。其中最重要的部分就是控制洗衣机内电动机进行洗涤和甩干的部分，需要PLC控制,因为PLC具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低等特点。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。全自动洗衣机的洗涤过程包括：开始，洗涤，均布，中脱，高脱，结束。这六个环节。其中最核心的步骤是洗涤和脱水这两部分，而且这两部分有相似的控制思想，即使用PLC控制实现电动机的循环正转和反转，这套连续的动作也是在模拟全自动洗衣机的动作方式。2.理论设计利用电动机的机械做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。2.1洗衣机工作流程图洗衣机开始洗衣时，在接通电源后，第一步是调节水位，再按启动按钮开关，开始进水，水满（即水位到设定水位）时停止进水。2秒后开始洗涤，洗涤时，正转3秒后暂停，暂停2秒后开始反转洗涤，反转洗涤3秒后暂停，暂停2秒。如此循环完成5次，共32秒后开始排水，排水后脱水30秒。开始清洗，清洗两遍，清洗完成，报警3秒并自动停机。若按下停车按扭，可手动排水/不脱水和手动脱水不计数。图1洗衣机原理示意图图2系统运行流程图2.2控制功能2.2.1逻辑控制功能逻辑控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的应用领域，可取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。2.2.2定时控制功能定时控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确实时控制。 2.2.3计数控制功能计数控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号(计数值到)，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。 计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。3.电路与系统设计3.1控制电机主电路全自动洗衣机的PLC控制系统主电路如图1所示。通过PLC来实现电动机的正反转，并且实现洗衣机按预先设置的程序自动执行，完成洗衣。当需要手动排水与脱水时，可以强制止自动程序的运行，掏出自动切换到手动操作。为防止全自动洗衣机在工作过程中，电路发生短路，损坏电动机和电路的各种电气设备，因此在主电路中安装了熔断器，当电路出现短路故障时，能迅速、可靠的断开电源。全自动洗衣机的电机容量较小，主电路中的熔断器可同时作为控制电路的短路保护，所以在主电路中使用熔断器就足够了。PLC部分和开关电源那的熔断器也是为了防止电路过电流，保护电路和电路中的电器元件。全自动洗衣机在长时间工作下，为了防止电机绕组的温升超过额定值而损坏，采用热继电器作为保护元件，与熔断器搭配使用，可靠地保护电动机。人机接口部分的按钮等都选择低压电器元件，保护操作者的安全。3.2电机拖动单相交流的洗衣机电容运转式电动机的特点：正转、反转交替运转：电容运转式电动机是把电容器串接在副绕组上，使通过副绕组的电流超前主绕组电流90电角度，从而产生旋转磁场，使电动机转子启动运转。电容运转式电动机实际上是一种两相电动机。正转、反转工作状态相同。也就是说，电动机无论是正转还是反转，都要有相同的输出功率、相同的额定转速、相同的启动转矩及相同的最大转矩等，以达到相同的洗涤效果。图3拖动系统电路图启动性能好:由于洗衣机电动机是在洗衣桶内放人额定水量、额定洗涤物的情况下启动的，故启动负荷比较大，而且需要频繁启动，中洗每分钟大约2次，弱洗每分钟大约4次，这就要求电动机的启动转矩大，启动电流小。启动转矩大，可以缩短启动时间；启动电流小，可以延长定时器的使用寿命。过载能力强:洗衣机在工作过程中，由于衣物相对于波轮的位置不同及衣物散开还是成团的状态不同，故造成电动机的负荷极不稳定，经常有超负荷的情况出现，这就要求电动机有较强的过载能力。为此，洗衣机的电动机在额定负荷的情况下，主绕组和副绕组的电流夹角不是900电角度，而是设计成1000 -1100电角度。在过载10-30的情况下，主绕组和副绕组的电流夹角才是90电角度，以获得较强的过载能力。一般规定，洗衣机电动机最大转矩是额定转矩的1.8倍，输出功率为120 W洗涤电动机的最大转矩一般达12-13 kg·cm。对效率的要求比较低:电动机的效率是指输出功率与输人功率的比，用百分数来表示。输出功率为120 W的洗涤电动机，效率一般规定为50。也就是说，它的输人功率是240 W。洗衣机是一种短时工作的家用电器，平均每天使用的时候很短，电动机效率低一些，对电能损耗不大，却能获得较大的启动转矩和最大的转矩，以提高洗衣机工作的可靠性并延长寿命。3.3保护措施过载保护：就是当电源停电或者由于某种原因电源电压降低过多(欠压)时，保护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时，接触器线圈电流将消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心，因而能断开主触头，切断电源。热继电器是比较理想的自我保护的设备，在工业应用中一般，都用热继电器来过载保护。失压保护：就是当电源停电或者由于某种原因电源电压降低过多(欠压)时，保护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时，接触器线圈电流将消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心，因而能断开主触头，切断电源。过流保护：很多电子设备都有个额定电流，不允许超过额定电流，不然会烧坏设备。所以有些设备就做了电流保护模块。当电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备。3.4 PLC类型选择本次设计采用欧姆龙系列的PLC，型号为:欧姆龙CJ1M。3.5 I/O模块及点数输入/输出接口通常也称I/O单元或I/ O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。PLC输入接口-用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据。PLC输出接口-路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。I/O接口的作用：电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。I/O 接口的类型：开关量输入/输出接口、模拟量输入/输出接口。输入/输出（I/O）点数：PLC的I/O点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。本次设计的全自动洗衣机需要7个输入点，11个输出点。表1 定时器、计数器说明设定表类别器件号设定值功能作用T13S正传洗涤时间T22S正转暂停时间T33S反转洗涤时间T42S反转暂停时间T530S脱水时间T63S报警时间计时器C15正、反转洗涤循环次数C25脱水次数表2 I/O口分配表类别元件I/O接口功能作用输入SB00.00启动按钮SB10.01停止按钮SB20.02排水按钮LT10.03高水位检测LT20.04低水位检测SB30.05手动排水开关SB40.06手动脱水开关输出KA31.00进水电磁阀KA11.01洗涤正转KA21.02洗涤反转KA41.03排水电磁阀KA51.04内同离合器KA61.05内筒正转BELL1.06报警LED41.07启动指示灯LT11.08高水位传感器开关LT21.09低水位传感器开关3.6 PLC控制电路设计图4 PLC硬件连接线路图3.7线圈保护装置全自动洗衣机的排水、进水电磁阀是一个很重要的部件，他的作用控制着排水、刹车带的放松和收紧、棘爪的升起和降落（即棘爪和棘轮的分离）。它的负担很重、受力很大，由于它是双线圈电磁阀，通过机械触点进行切换，在此过程中，触点间存在较为严重的大火现象，因此，触电的烧伤、电腐蚀在所难免，损坏的几率是比较大的。因此在线圈的两端并联了电容与电阻串联的电路构成回路，起到释放线圈中电流的作用。线圈保护装置如图3所示。图5线圈保护装置4.系统程序设计调试4.1编程软件欧姆龙CJ1M采用CXOne软件进行编程，CXOne集成了OMRON的PLC和Components的支持软件，提供了一个基于CP
