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PLC洗衣机机电课设

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摘 要

根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。通过本系统的设计，对按钮、电磁阀，开关等其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。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，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、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。由于每遍的洗涤、排水、脱水的时间由PLC内计数器控制，所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来，作为固定程序使用，也可以根据衣物的质地，数量及脏污的程度来编程。

关键词：PLC；洗衣机；变频器；继电器

目录
前言 3
1.总体设计功能 4
1.1控制要求 4
1.2洗衣机功能 5
2. PLC概述 6
2.1 PLC的概念 6
2.2 PLC的基本结构 6
2.2.1中央控制单元CPU 7
2.2.2 I/O模块 7
2.2.3 编程器设备 7
2.2.4电源 8
2.3 PLC的工作原理 8
2.4 PLC的特点 9
3.全自动洗衣机控制设计 11
3.1 PLC控制洗衣机的I/O分配表 11
3.2PLC梯形图 12
4.仿真 18
总结 20
参考文献 21

前言
随着科学技术的不断进步，整个社会自动化水平和信息化水平不断提高，社会对电气信息类人才的需求也日益迫切，要求也愈加严格，因此在把握理论基础的同时，要更好的掌握相关器件及编程语句的使用对掌握PLC的设计编程有和大的帮助，故实训就变得十分迫切和重要。
本次实训重点掌握了编程软件的使用和操作、联系课本，结合实际将理论知识转变为实际的编程设计，从而加深了知识的印象。
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。从上述定义可以看出，ＰＬＣ是一种用程序开改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。
可编程序控制器的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。ＰＬＣ广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，例如在民用和家庭自动化中的应用也得到了迅速的发展。

1.总体设计功能
1.1控制要求
全自动洗衣机如图1.1所示，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，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、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。

图1.1

1.2洗衣机功能
设计洗衣机具有如下功能：
水位控制：高水位、中水位和低水位3档；
洗涤方式：标准洗涤和快速洗涤3种；
标准洗涤过程为：进水→洗涤（正转3s，反转2s，停1s，200次）→排水（20s）→脱水（10s）→停止，循环3次；
快速洗涤过程为：进水→洗涤（正转3s，反转2s，停1s，200次）→排水（20s）→脱水（10s）→停止，循环2次。
此外，还要求可以按下排水按钮以实现手动排水；按停止按钮可实现手动停止进水、排水、脱水及报警。

2. PLC概述
2.1 PLC的概念
可编程控制器是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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC这个电子系统，也是靠存贮程序、执行指令，进行信息处理，实现输入到输出的变换。但它的目的是用以控制各种类型机械或生产过程。所以，从实质上讲，它是一台工业环境应用的、满足实时控制要求的专用计算机。
PLC只是一台没有键盘、没有显示器、没有硬盘，但有很多输入、输出电路、配有接口，可在工业现场实时使用的、模块化、小型化的特殊计算机。要指出的是，随着技术进步，PLC的性能在不断提高，应用在不断扩展，类型在不断增多。所以，它的概念也在不断更新。工厂自动化的三大技术支柱——PLC(可编程逻辑控制器)、Robot(机器人)、CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)，PLC首当其冲，是领头羊。它已发展成为当今方方面面自动化、信息化的重要支柱。

2.2 PLC的基本结构
PLC主要由中央控制单元（CPU）、存储器、输入输出模块（I/O）部分、电源和编程设备组成，有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。术语“体系结构”是指PLC的硬件，或软件，或者二者的结合。开放式的体系结构，是指系统使用现成的标准组件，能方便的与其它生产厂家的设备和程序兼容。封闭的体系结构是指该系统为专用的并且与其他系统不兼容。目前，大多数PLC系统从本质上讲都是封闭的系统，所以使用时必须确定所选用的硬件和软件与所使用的PLC是兼容的。

2.2.1中央控制单元CPU
CPU是PLC的“大脑”，通常由一个微处理器和一个存储器组成。微处理器实现逻辑处理和控制各模块间通信的功能，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存由微处理器完成的逻辑操作的结果（程序产生的数据。）

2.2.2 I/O模块
I/O系统构成了现场设备与控制器连接的接口，作用就是从使现场接收到的信号或送到现场的信号达到处理器的要求。输入(1nput)模块和输出(Output)模块简称为I／O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号。开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。
开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。
CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入／输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I／O模块中，用光耦合器、光电晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I／O电路，I／O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。

2.2.3 编程器设备
编程设备用来向存储器中写入程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。
个人计算机（PC）是最常用的编程设备。使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。
2.2.4电源
PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V，±12V，24V等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关)提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
2.3 PLC的工作原理
它的工作有两个要点：入出信息变换、可靠物理实现。
入出信息变换主要由运行存储于PLC内存中的程序实现。既有系统程序（这程序又称监控程序，或操作系统），又有用户程序。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台，同时，还进行必要的公共处理，如自检，I/O刷新，与外设、上位计算机或其它PLC通讯等处理。用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制，就有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要通过输入（I， INPUT）及输出（O， OUTPUT）电路。I /O电路是很多的。一般讲，每一输入点或输出点就要有一个I或O电路。而且，总是把若干个这些电路集成在一个模块（或箱体）中，然后再由若干个模块（或箱体）集成为PLC完整的I/O系统（电路）。尽管这些模块相当多，占了PLC体积的大部分，但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，PLC的体积还是不太大的。
输入电路时刻监视着输入点的（通、ON或断、OFF）状态，并将此状态暂存于它的输入暂存器（还可能有别的称谓）中。每一输入点都有一个与其对应的输入暂存器。
输出电路有输出锁存器（还可能有别的称谓）。它也有两个状态，高、低电位状态，并可锁存。同时，它还有相应的物理电路，可把这个高、低电位的状态传送给输出点。每一输出点都有一个与其对应的输出锁存器。
这里的输入暂存器及输出锁存器实际是PLC的I/O电路的寄存器。它们与PLC内存交换信息通过PLC I/O总线及运行PLC的系统程序实现。
把输入暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称为输入继电器，或称软接点，或称为过程映射输入寄存器（the process-image input register）。这些位（bit）置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入点的状态。
输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈，或称为过程映射输出寄存器（the process-image output register）。通过PLC I/O总线及运行系统程序，输出继电器的状态将映射给输出锁存器。这个映射的完成也称输出刷新。
简单地说，PLC工作过程是：输入刷新---运行用户程序---输出刷新，再输入刷新---再运行用户程序---再输出刷新……永不停止地循环反复地进行着。

2.4 PLC的特点
从讨论PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系主要不是靠物理过程，不是用线路，而主要靠变换信息的程序实现。输入输出主要为软联系，而不是硬联系。它的工作基础是信息流，而不是物流、能量流。
信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息可反复重用，重用后自身还不消失，等等。正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。
PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。而且，所用的元、器件都经严格监测、老化与筛选，质量是有可靠保证的。其输出用的继电器虽为接点的，但它的接点是在密封的真空条件下，故其寿命也可达几十万次。
在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达100℃。有的在低温，低到零下40、50度，还可正常工作。
有的PLC的模块可热备，一个模块工作，另一个模块也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作模块出现故障，热备份的可自动接替其工作。
还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了“看门狗”（Watching dog）监控程序。运行用户程序开始时，先清“看门狗”定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（可设定，一般不超100ms），则报警。严重超时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。若定时器的计时值不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。显然，有了这个“看门狗”监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，避免出现“死循环”而影响其工作的可靠性。

3.全自动洗衣机控制设计
3.1 PLC控制洗衣机的I/O分配表

3.2PLC梯形图

4.仿真
根据设计好的梯形图程序，应用step7仿真模块，对整个装配生产线控制系
统进行模拟仿真，仿真结果如下图

总结
为期一周的PLC课程设计很快就接近终了，从刚开始的一点不懂到自己和同伴独立的设计这个课程的整个过程，算是初窥门径吧，但是收获颇丰！在老的悉心的指导下，每次完成一个个难关，都会忍不住小小的兴奋一下。而且这门课程的灵活性很强，充能够分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学到很多东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好体现了这一点。
真正让自己参与本次实训的话就会发现本次实训乐趣无穷，收获多。
通过这次的实训，让我受益匪浅。第一，认识了团队合作的力量，要完成一个项目不是一个人的事情，当中我们有过分歧但最终达成共识，不管结果怎样，至少我们曾经在一起努力过，体验其中的过程才是真正的收获。第二，通过这次的实践操作，我认识到了自己的不足，更感觉到了自己与别人的差距。为了明年的毕业而做准备，从各方面充实自己，使自己适应这个社会。
总之，这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以打造一片属于自己的天地。

参考文献

[1]李全利. 可编程控制器及其网络系统的综合应用技术.机械工业出版社,2005.
[2]成大光.机械设计手册.北京化学工业出版社,2000.
[3]高安邦，石磊，张晓辉.西门子S7—200/300/400系列PLC自学手册[M]. 北京中国电力出版社，2012.
[4]张万忠.可编程序控制器应用技术[M].北京化学工业出版社，2002
[5]何琼. PLC应用技术.北京科学出版社，2011

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