2022年PLC的全自动洗衣机课程设计方案.docx

1.1 课程设计的意义 11.2 课程设计的目的 11.3 PLC的基本概念 11.4 PLC的基本结构 21.5 PLC的编程语言 4目录1绪论 11.6 PLC技术进展出现新的动向 51.7 OMRON公司的 CPM2A介绍 51.8 欧姆龙 3G3MV系列通用变频器 51.9 全自动洗衣机 62.1 功能要求 82.2 系统方案说明 82系统方案设计及确定 83 系统硬件设计 93.1 CPM2A 模拟量输入 / 输出单元 94 系统软件设计 94.1 I/O端子表 94.2 系统流程图 105.1 硬件调试 115.2 软件调试 12附录一梯形图 14附录二时序图 175系统调试 116总结 127参考文献 128 致谢 139 附录 141 绪论在现代工业掌握系统中， PLC 和变频器的综合应用最为普遍； PLC 采纳一类可编程的储备器，用于其内部储备程序，执行规律运算，次序掌握，定时，计数与算术操作等面对用户的指令，并通过数字或模拟式输入/ 输出掌握各种类型的机械或生产过程；它比传统继电器更稳固，更节能，更抗干扰；随着PLC 功能的不断完善，性能价格比的不断提高，PLC 的应用面也越来越广；目前， PLC 已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工等各行各业中；特殊适用于自动化和智能化的家用电器；1.1 课程设计的意义电气掌握技术是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业课，该课程不但有较高的理论基础要求，而且工程实践性很强，因此除支配上完理论课时外，仍支配了两周的课程设计 ；1.2 课程设计的目的(1) 综合运用 PLC 课程和其它选修课程的理论和学问，把握PLC 设计的一般方法，树立正确的设计思想，培育分析问题和解决实际问题的才能；(2) 学会从掌握系统功能的要求动身，合理的挑选外围设备，制定设计方案，编写掌握程序；(3) 学习使用技术手册，把握查阅专业资料的相关方法；(4) 掌握程序要求调试通过，书写报告；1.3 PLC 的基本概念可编程掌握器 Programmable Controller是运算机家族中的一员，是为工业掌握应用而设计制造的；早期的可编程掌握器称作可编程规律掌握器Programmable Logic Controller，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现规律掌握；随着技术的进展，这种装置的功能已经大大超过了规律掌握的范围，因此，今日这种装置称作可编程掌握器，简称PC；但是为了防止与个人计算机Personal Computer的简称混淆，所以将可编程掌握器简称PLC；1.4 PLC 的基本结构编程器输入电路中心处理单元（ CPU ）输出电路系统程序存储器系统程序存储器电源图 1.1 PLC 的基本结构如图 1.1 ， PLC 的基本结构有电源、中心处理单元、储备器、输入输出接口电路，此外仍有功能模块、通信模块；a、电源PLC 的电源在整个系统中起着非常重要的作用；假如没有一个良好的、牢靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也非常重视；一般沟通电压波动在+10%+15%范畴内，可以不实行其它措施而将PLC直接连接到沟通电网上去；b、中心处理单元 CPU如图 1.2 ，中心处理单元 CPU是 PLC 的掌握中枢；它依据 PLC 系统程序给予的功能接收并储备从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、储备器、 I/O 以及戒备定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误；当 PLC 投入运行时，第一它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序储备器中逐条读取用户程序，经过命令说明后按指令的规定执行规律或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内；等全部的用户程序执行完毕之后，最终将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行；为了进一步提高 PLC的牢靠性，近年来对大型PLC仍采纳双 CPU构成冗余系统，或采纳三 CPU的表决式系统；这样，即使某个CPU显现故障，整个系统仍能正常运行；I/O 储备器外部输入设备输入回路PC设置输出回路外部输出设备程序设定设定外围端口RS-232C端口通信处理设定通信开关图 1.2 PLC的 CPU基本结构c、储备器存放系统软件的储备器称为系统程序储备器；存放应用软件的储备器称为用户程序储备器；d、输入输出接口电路(1) 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场掌握的接口界面的输入通道；(2) 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断恳求电路集 成，作用 PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的掌握信号；e、功能模块如计数、定位等功能模块；f 、通信模块如以太网、 RS485、Profibus-DP通讯模块等；1.5 PLC 的编程语言在可编程掌握器中有多种程序设计语言, 它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等；梯形图语言和布 尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以 完成大多数简洁的掌握功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成次序掌握 和规律掌握等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作；功能表 图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可依据需要去执行更有效的操 作，例如，模拟量的掌握，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无 法完成的功能；功能模块图语言采纳功能模块图的形式，通过软连接的方式完成 所要求的掌握功能，它不仅在可编程序掌握器中得到了广泛的应用，在集散掌握 系统的编程和组态时也经常被采纳，由于它具有连接便利、操作简洁、易于把握 等特点，为广大工程设计和应用人员所宠爱；梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器规律掌握系统的描述；在工业过程掌握领域，电气技术人员对继电器规律掌握技术较为熟识，因此，由这种规律掌握技术进展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用；，梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言；采纳梯形图程序设计语言，程序采纳梯形图的形式描述；这种程序设计语言采纳因果关系来描述大事发生的条件和结果；每个梯级是一个因果关系；在梯级中，描述大事发生的条件表示在左面，大事发生的结果表示在后面；梯形图程序设计语言的特点是：(1) 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；(2) 与原有继电器规律掌握技术相一样，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；(3) 与原有的继电器规律掌握技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器规律掌握技术的有关概念区分对待；(4) 与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查；1.6 PLC 技术进展出现新的动向产品规模向大、小两个方向进展；大：I/O 点数达 14336 点、 32 位为微处理器、多 CPU并行工作、大容量储备器、扫描速度高速化；小：由整体结构向小型模块化结构进展，增加了配置的敏捷性，降低了成本；PLC 在闭环过程控制中应用日益广泛；新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采纳CPU以提高处理速度外，仍有带处理器的EPROM或 RAM的智能 I/O模块、高速计数模块、远程 I/O模块等专用化模块；编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简洁或复杂的编程器及编程软件，采纳梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC 指令系统；进展容错技术采纳热备用或并行工作、多数表决的工作方式；追求软硬件的标准化；1.7 OMRON公司的 CPM2A介绍Omron 公司的 PLC 产品，大、中、小、微型俱全，深受用户欢迎；其网络配置简洁、有用、造价低，具有明显的价格优势及良好的售后服务系统；CPM2A是一种紧凑的高速可编程掌握器，是为需要每台PLC有 10120 点 I/O 的系统掌握操作而设计的； CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲掌握、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能；CPM2ACP单U 元又是一个独立单元，能处理广泛的机械掌握作用，所以它是在设备内用作内装掌握单元的抱负产品，完整的通信功能保证了与个人运算机、其他OMRON PC和 OMRON可编程终端的通信；1.8 欧姆龙 3G3MV 系列通用变频器1.8.1 变频器介绍变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能掌握装置；它主要由两部分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是掌握电路（开关电源板、掌握电路板）；CPU 就安装在掌握电路板上，变频器的操作软件烧录在CPU 上，同一型号的变频器软件是固定的，唯独例外的就是三晶变频器，软件可依据使用需求更换；欧姆龙3G3MV系列是顺应“更小，操作更简洁”的需求，操作简便的变频器；采纳特殊的电压矢量掌握，实现了高精度，高力矩；变频器通常分为 4 部分：整流单元、高容量电容、逆变器和掌握器；(1) 整流单元将工作频率固定的沟通电转换为直流电；(2) 高容量电容储备转换后的电能；(3) 逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波；(4) 掌握器按设定的程序工作，掌握输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的沟通电，驱动沟通电动机；1.8.2 阶梯形转变速度将频率转变指令和输入端子功能挑选进行组合，最高可将速度进行16 阶梯的变化，如图1.3 ，通过给S7、S6、S5 不同的信号就可以转变频率段，如000 代表段 1， 001 代表段 2，如图 1.4 ；图 1.3输入端子与指令组合图 1.4频率段的转变1.9 全自动洗衣机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 , 洗衣时挑选其中一个程序, 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 , 洗衣完成时由蜂鸣器发出响声；目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类；创造最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机，这种洗衣机是欧洲创造的，善于洗涤真丝、棉毛等面料，不缠绕无磨损，在洗涤时保证衣物不受损害，而且有良好的加温措施；但也有它不好的一面，由于不缠绕无磨损洗涤方式等因素， 这种洗衣机洗涤时间长、洗净度差、用水用电量大，是其它洗衣机的几倍，特殊是采纳了不锈钢内筒，产生的噪音较大；这种洗衣机适用于生活水平较高， 穿着大体以真丝、纯毛、棉毛之类较高档的面料为主，而且更换衣服较勤的家庭；创造最晚的洗衣机是亚洲人创造的波轮上开门洗衣机；市场上有多种品牌， 如“小天鹅”、“海棠”、“荣事达”等，这种洗衣机的特点是洗涤时间短， 用水量小，洗净度高，是滚筒式的许多倍，由于内筒是塑料材料制成，噪音 小，而且上开盖，能使洗涤液反复利用，价格也比较经济；这种洗衣机适用于居住在绿化较差，空气尘埃量较大，平均每2 至 3 天换一次衣服的家庭，主要以洗净度为主，服装面料以化纤、腈纶为主；本次实习设计的洗衣机结构如图1.5 ；图 1.5洗衣机结构图2 系统方案设计及确定2.1 功能要求应用 PLC与变频器通信功能实现电动机的运行掌握；可实现起、停掌握；电动机的运转速度可实现在线设置；洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成；在全自动洗衣机中，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣终止；2.2 系统方案说明本次设计基于 PLC 的全自动洗衣机掌握，本文的课题源于市场上洗衣机产品； PLC 掌握具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满意各个领域大、中、小型工业掌握工程，牢靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简洁，修理便利， PLC 掌握能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化猛烈的环境下正常工作；由于它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和爱护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简洁，编程语言也相对简洁，并且测试简洁，修理便利，更可以提高掌握系统设计的敏捷性及掌握系统的牢靠性；本设计以操作简洁、使用牢靠、爱护修理便利作为主要设计方向；图2.1 为设计方案框图；启动电动机停止进水阀水位挑选PLC出水阀手动脱水变频器轻柔报警标准图 2.1 系统设计方案框图3系统硬件设计该系统输入涉及按钮、传感器，输出包括电磁阀、报警器、变频器；由于此次实习是设计掌握系统，可以没有实物，结合试验室现有硬件，传感器换成按钮，电磁阀和报警器换成指示灯；再合理安排输入输出端子，连接按钮和变频器，见附录硬件连接图；3.1 CPM2A 模拟量输入 / 输出单元外部输入端子分布图（图 3.1 ）：com0103050709110103050709110002040608100002040608100CH1CH图 3.1 输入端子分布图外部输出端子分布图 图 3.2 ：+0001020405070002-comcomcom03com06com0103图 3.2 输出端子分布图4 系统软件设计主要方法是先编写工艺流程图，将整个流程分解，确定每步的转换条件，协作分支、循环、跳转及某些特殊功能便可很简洁的转化为梯形图了；4.1 I/O端子表表 4.1 I/O端子表输入 I输出O轻柔模式启动0.00进水阀10.00标准模式启动0.05电机正转10.01强制停止0.01电机反转10.02强调剂0.02出水阀门10.03弱调剂0.03报警灯10.04手动脱水0.04变频器强档10.06 为 1变频器弱档10.06 为 04.2 系统流程图PLC 投入运行，系统处于初始状态，预备好启动；按下启动按扭，挑选水位后开头进水，水满（即水位到达高低）时停止进水；依据衣料质地及多少挑选洗涤模式，开头洗涤；洗涤时，轻柔模式正转10 秒后暂停，暂停2 秒后开头反转洗涤，反转洗涤 10 秒后暂停，暂停 2 秒；标准模式正转 15 秒后暂停，暂停 2 秒后开头反转洗涤，反转洗涤15 秒后暂停，暂停 2 秒；如此循环 2 次后，开头排水，排空后（水位下降到低位）开头脱水并连续排水；脱水5 秒后即完成一次从进水到脱水的工作循环过程；系统自动判定是否漂洗，如漂洗，就返回从进水 开头的全部动作，进行下一次大循环；如完成了大循环，就进行洗完报警；报警10 秒终止全部过程，自动停机；以下是全自动洗衣机洗衣过程的流程图（图4.1 和图 4.2 ）；注：（ 1）本课程设计所设计的全自动洗衣机具有标准洗涤模式和轻柔洗涤模式，轻柔洗涤模式的流程图与标准模式流程图相像，故不在此画出；（ 2）甩干模式可以在不需要洗涤时可以单独手动操作，只进行衣物的甩干操作；进入轻柔状态开头进水阀打开电动机状态2正转10s, 暂停2s进水是否到位YN反转10s, 暂停2s洗涤状态N完成2次循环洗涤排水Y排水自动脱水 5s自动脱水 5sY是否漂洗Y是否漂洗N报警10sN报警10s终止终止图 4.1 总流程图图 4.2 标准洗涤状态5 系统调试5.1 硬件调试硬件线路连的好不好，直接关系到整个系统的成败；认真看电源极性有没有接反，是否接地，看有没有规律性错误，主要包括错线、开路、短路；检查接线是否坚固，用万用表检测更接线端看是否连接上；5.2 软件调试在 cx-p 环境里实现系统软件调试，第一在端口挑选上挑选CPM2A*， 然后画好梯形图；认真检查梯形图后方可进行软件调试；(1) 在线工作 : 该软件与 PLC 连接在一起，称为在线工作，否就称为离线工作；(2) 传送：将程序、扩展指令等下载到PLC；(3) 操作模式： PLC工作模式为编程、调试、监视和运行四种；程序传送胜利后挑选运行，这样PLC就能按程序工作了，调剂 PLC输入，观看对应的输出是不是想要的结果；6 总结实习的两周很快就终止了，此次实习很好的应用 PLC与变频器通信功能实现电动机的运行掌握；可实现起、停掌握；电动机的运转速度可实现在线设置；洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成；让我明白了 PLC 梯形图、指令表、外部接线图有了更好的明白，也让我更加明白了关于 PLC设计原理；最重要的是把握了变频器的基本设置，实现了阶梯调速；在全自动洗衣机中，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣终止；但此次实习也有不完善的地方，比如说由于试验限制无法与洗衣机实物进行硬软件的连接，这样就不能发觉实际运行所带来的问题；我们掌握的对象主要是电机，而且是在空载条件 下，而在实际运行中，衣物会给电机带负载，这样电机的转速就不能保证；当衣服过多时甚至会发生堵转的危急情形！假如要解决这些问题，就必需想方法实现闭环掌握，这是我们本次实习没有做到的；7 参考文献1 韩顺杰,蔡长青 .电气掌握技术 M. 北京:北京高校出版社 ,20212 杨亚萍,陈北莉 .电气掌握与 PLCM. 北京:化学工业出版社 ,20213 史国生.电气掌握与可编程掌握器技术 M. 其次版.北京:化学工业出版社 ,20214 方承远.工厂电气掌握设计 M. 其次版.北京:机械工业出版社 ,20055 郁汉琪.电气掌握与可编程序掌握器技术M. 南京:东南高校出版社 ,20046 钟肇新,范建东 .可编程掌握器原理及应用 .M. 广州:华南理工高校出版社 ,20037 王亚欣.全自动洗衣机的 PLC 掌握J. 科技广场,2004 8 致谢为期两周的 PLC课程设计让我收成了不少；最难的是设计程序方面，有许多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法；本次实训脱离不了集体的力气，遇到问题和同学相互争论沟通；多和同学争论；我们在做实训工程的过程中要不停的争论问题，这样，我们组员可以尽可能的统一思想，这样就不会使在做的过程中没有方向，并且这样也是为了便利最终设计和在一起；争论不仅是一些思想的问题，仍可以深化的争论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路；多转变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以便利自己解决问题；感谢学校老师给我们这次机会，他们为了我们能学好学问付出了许多，无论是时间仍是精力，都让我们深深感动；我们肯定不服他们的期望，努力成才；也感谢我们小组的组员，没有他们我更不行能圆满完成任务，只有团结才能真正攻克难题；9附录附录一 梯形图附录二 时序图模式一模式二