气电控制与plc课程设计洗衣机电气控制系统设计大学论文.doc

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1、课程名称 电气控制与PLC 课题名称 洗衣机电气控制系统设计 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 2013年6月21日设计内容与要求一. 课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求

2、，确定控制方案。2.绘制洗衣机控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB472884电气图用图形符号、GB698887电气制图和GB715987电气技术中的文字符号制定通则的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。主要设计条件1.PLC实验设备若干。2.参考文献

3、若干。设计说明书装订顺序1.课程设计说明书封面。2.课程设计任务书。3.说明书目录。4.正文（按设计内容逐项书写）。5.参考文献。6.附录。7.课程设计评分表。设计进度安排第1周：1.星期一上午：课题内容介绍。2.星期一下午：仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。3.星期二星期五：确定控制方案。绘制洗衣机电气控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。设计控制系统的工艺图纸。选择电器元件，列出电器元件明细表。第2周：4.星期一：上机调试程序。5.星期二星期五：编写设计说明书,答辩。参考文献1廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用M.重庆：重庆大学

4、出版社2万太福.可编程序控制器及其应用M. 重庆：重庆大学出版社3刘祖润.毕业设计指导.北京：机械工业出版社4谢桂林.电力拖动与控制. 北京：中国矿业大学出版社5工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册. 北京：水利电力出版社课题：洗衣机电气控制系统设计 一.洗衣机概述洗衣机结构示意图如图1所示。 图1 洗衣机结构示意图 洗衣机的洗衣桶(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。内桶和四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀YV1和排水电磁阀YV2来执行。进水时，通过电控系统使进水阀YV1打开，经进水

5、管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀YV2打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机M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CL合上，由洗涤电机M带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关SL2和SL1分别用来检测高、低水位。起动按钮SB1用来起动洗衣机工作。停止按钮SB2用来实现手动停止进水、脱水及报警。排水按钮SB3用来实现手动排水。 二.设计要求 该洗衣机的控制要求可以用图2所示的流程图来表示。PC投入运行，系统处于初始状态，准备好起动。起动时开始进水(YV1得电)。水满(即水位到达高水位)时(SL2动作)停止进水并开始洗涤正转(KM1得电)

6、，正洗15S后暂停。暂停3S后开始洗涤反转(KM2得电)。反洗15S后暂停。暂停3S后，若正、反洗未满3次，则返回到从正洗开始的动作处；若正、反洗满3次，则开始排水(YV2得电)。水位下降到低水位时(SL1复位)开始脱水(YV3得电)并继续排水。脱水10S即完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环，则返回到从进水开始的动作处，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警(BE得电)。报警5s后结束全部过程，自动停机。此外，还要求能通过按排水按钮来实现手动排水；按停止按钮来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。图2 洗衣机流程图 三.设计任务1. 设计和绘制电气控制原理图或PC

7、 I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。 2.选择电气元件，编制电气元件明细表。3.设计操作面板电器元件布置图。4.上机调试程序。5.编写设计说明书。前 言 这个课程设计是我校自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性实验教学环节，是实现理论知识与实际生活相结合的重要手段。我的课程设计是做基于PLC控制的洗衣机电气控制系统，它是在我们学习PLC编程及应用这门课后对我们所学习的理论知识与实际生活联系的一次检验。在这次课程设计中所使用的是西门子公司生产的S7-200PLC来实现对洗衣机控制系统的控制。在这份课程设计是以洗衣机的工作原理和硬件结构为基础，以实现洗衣机控制要求为重点来写的。在

8、这份课程设计中首先第1章概述中介绍了洗衣机的基础知识简介及控制要求；第2章洗衣机控制系统方案的选择中介绍了继电器控制方案、单片机控制方案、PLC控制方案的优缺点及这次课程设计为什么选择用PLC控制方案；在第3、4章对洗衣机控制系统软、硬件的设计进行了详细说明；第5章则是对第4章所设计出的控制系统软件部分的调试。 目 录第1章 洗衣机控制系统概述11.1洗衣机的用途及基本组成结构11.2 控制要求2第2章 控制方案论证32.1 继电器控制方案32.2 单片机控制方案32.3 PLC控制方案42.4 结论5第3章 控制系统硬件设计63.1 电动机控制线路的设计63.1.1 电动机控制线路电器元件的

9、选择63.1.2 电动机控制线路原理图设计73.2 PLC控制系统设计83.2.1 PLC的I/O口分配83.2.2 PLC的定时/计数器说明93.3 PLC外部接电路设计10第4章 控制系统软件设计114.1 洗衣机工作过程顺序功能图设计114.2 洗衣机控制程序设计12第5章 控制系统调试155.1 仿真软件调试步骤155.2 洗衣机控制系统系统的仿真调试15结束语16参考文献17致 谢18附 录19电气信息学院课程设计评分表23第1章 洗衣机控制系统概述1.1洗衣机的用途及基本组成结构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

10、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。洗衣机的结构如图1.1所示： 图1.1 自动洗衣机示意图全自动洗衣机的洗衣桶（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（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。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，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、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，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高

11、、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。排水按钮用来实现手动排水。1.2 控制要求 PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。（2）当水位到达高水位后开始洗涤。（3）洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。（4） 若没完成正、反洗3次，则返回到从正洗开始的动作，若完成正、反洗3次后开始排水，排空后（水位下降到低水位）开始脱水并继续排水。脱水60秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。（5） 若未完成

12、3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。（6）报警5秒结束全部过程，自动停机。（7） 此外按排水按钮可实现手动排水；按停止按扭可实现手动停止进水、排水、脱水及报警。 第2章 控制方案论证通过对自动洗衣机的控制要求进行分析，能满足上述洗衣机控制要求的控制方案共有继电器控制、单片机控制、PLC控制3种，每一种控制都有自己的优缺点。2.1 继电器控制方案 继电器-接触器控制系统是由接触器、继电器、主令电器和保护电器按照一定的控制逻辑接线组成的控制系统。其工作原理就是采用硬接线逻辑，利用继电器触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组成控制逻辑，

13、从而实现对电动机或其他机械设备的起动、停止，反向、调速及多台设备的顺序控制和自动保护功能。继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。 在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合。继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。由于继电器控控制系统

14、使用了大量的机械触点，连线多，触点开闭时存在机械磨损、电弧烧伤等现象，触点寿命短，所以可靠性和可维护性较差。继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精确度不高、定时范围窄，且易受到环境湿度和温度变化的影响，时间调整困难等问题。2.2 单片机控制方案 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 单片机的系统结构简单，

15、使用方便，实现模块化；单片机可靠性高，可工作到106 107小时无故障；处理功能强，速度快；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；控制功能强 ；环境适应能力强。单片机控制经济实惠，成本相对较低，但用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。一个采用单片机制作的主控板不经过很长时间的实际验证很难形成一个真正的产品。单片机程序的编写复杂，编程周期较长且单片机的内存容量、速度、字长有限。因此，单片机单片机适用于小型自动控制领域及无线控制领域较少涉及管理。2.3 PLC控制方案 PLC又名可编程序控制器是近几十年发展起来

16、的一种新型的、非常有用的工业控制装置，由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器-接触器控制系统的控制简单、使用方便、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好等特点，因而在工矿企业的各种机械设备和生产过程的自动控制系统中得到了广泛的应用，已成为当代工业自动化的主要控制装置之一。 PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑只需改变程序即可，故称“软接线”。其接线少，体积小，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描中。PLC采用微电子技术，大量

17、的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。PLC配有自检和监督功能，能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制，属无触点控制，速度极快，一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级，且不会出现抖动。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001S到若干天或更长；用户可根据需要在程序中设置定时值，然后用软件来控制定时时间。但是PLC的价格比较贵，一般都是几百元以上，因此并不适用于那些价格便宜的厂品使用。2.4

18、 结论 通过对继电器控制、单片机控制、PLC控制三种控制方案的优缺点进行比较，以及对洗衣机的具体控制要求及洗衣机工作环境和使用要求的比较，这次的洗衣机控制系统最终决定采用PLC控制系统进行控制。 第3章 控制系统硬件设计3.1 电动机控制线路的设计3.1.1 电动机控制线路电器元件的选择表3-1 电动机控制线路电器元件明细表序 号 名 称 符 号 数 量 型 号主要技术参数1刀开关Q1HD11F-100/38交流50HZ额定电压为:交流380V，直流220V额定电流为：100A 2熔断器FU3RL1-15断流容量（交流）2000A，熔体额定电流15A3交流接触器KM1CJT10-10A适用于交

19、流50Hz(60Hz)、额定电流10A，额定电压380V4热继电器FR3JR0-20/3额定电流20A，可用于交流电压500V以下电路5电动机M1Y90L-4电机功率：1.5KW 电压：380V 电流：3.7A 3.1.2 电动机控制线路原理图设计电动机控制线路主电路如图所示 : 图3-1 电动机控制线路主电路3.2 PLC控制系统设计3.2.1 PLC的I/O口分配类别元件端子号作用输入SB1IO.O启动按钮SB2I0.1停止按钮SL2I0.2高水位开关SL1I0.3低水位开关SB3I0.4手动排水FRI0.5过载保护开关输出YV1Q0.0进水电磁阀YV2Q0.1排水电磁阀CLQ0.2脱水电

20、磁离合器KM1Q0.3电机正转接触器KM2Q0.4电机反转接触器BEQ0.5报警蜂鸣器3.2.2 PLC的定时/计数器说明类别器件号设定值作用定时器T3715s正转洗涤计时T383s正洗暂停计时T3915s反转洗涤计时T403s反洗暂停计时T4160s脱、排水计时T425s洗完报警计时计数器C120次正、反洗循环计数C23次脱水（大循环）计数3.3 PLC外部接电路设计 图3-2 PLC外部接线图第4章 控制系统软件设计4.1 洗衣机工作过程顺序功能图设计根据洗衣机的工作流程图及洗衣机的工作要求，可以得到如图所示的洗衣机工作过程的顺序功能图。 图4-1 洗衣机工作过程顺序功能图 4.2 洗衣机

21、控制程序设计根据洗衣机工作的顺序功能图可以用经验设计法设计出洗衣机控制的梯形图。洗衣机控制程序的梯形图如下所示:第5章 控制系统调试5.1 仿真软件调试步骤（1）打开S7-200软件，将已设计好的梯形图在软件中画出来、存盘保存。（2）将已绘画好的梯形图进行编译，看有无错误。（3）将编译后的梯形图以*.awl格式导出并保存。（4）打开S7-200仿真软件，将于仿真有关的相关数据进行设置，并将先前导出的*.awl文件导入仿真软件中。（6）按照洗衣机工作的流程进行仿真操作。5.2 洗衣机控制系统系统的仿真调试 结束语经过近两个星期的努力，我的洗衣机控制课程设计终于完成了。在这两周的课程设计中，我有过

22、不知所措的茫然，有过废寝忘食的专注，有过无从下手的苦恼，也有过豁然开朗的喜悦。功夫不负有心人，我所设计的洗衣机控制系统在老师和同学的帮助下在理论上基本达到了课程设计上的要求，但要运用在实际生活中还有很很多需要改善的地方。我所设计的洗衣机控制系统基本能按照自动洗衣机的工作流程进行工作。能实现在洗衣机起动时开始进水，当水满(即水位到达高水位)时停止进水并开始洗衣机洗涤正转，能在正转洗涤15S后暂停3S。并在暂停3S后开始进行洗涤反转，当反转洗涤15S后又暂停3S。并在暂停3S后能自动判断是否已完成洗衣机正、反转洗涤20次，若洗衣机的正、反转洗涤未满20次，则返回到从正转洗涤开始的动作处继续按照上述

23、要求进行洗涤；若洗衣机的正、反转洗涤满20次，则开始洗衣机排水。当洗衣机内部水位下降到低水位时洗衣机开始脱水并继续排水。脱水60S即完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环，则返回到从进水开始的动作处，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警(BE得电)。报警5s后结束全部过程，自动停机。并且还能通过按排水按钮来实现手动排水；按停止按钮来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。虽然我所设计的洗衣机控制系统达到了课程设计上的要求，但是还是达不到实际生活中洗衣机的控制要求，我会在今后的学习中更加努力缩短理论与实际的要求。 参考文献1 刘星平.PLC原理及工程应用M. 北京： 中

24、国电力出版社，20072 廖常初.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社,2007 3 万太福.可编程序控制器及其应用M. 重庆：重庆大学出版社,20054 工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册M.北京：水利电力出版社,20045 谢桂林.电力拖动与控制M.北京： 中国矿业大学出版社,20016 刘星平.电气控制技术实验指导书M. 湘潭：湖南工程学院,20077廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用M.重庆：重庆大学出版社,20058刘祖润.毕业设计指导M.北京：机械工业出版社,2006致 谢通过这次课程设计，我深刻的体会到了实践和理论的区别与联系，让我明白怎么样才能把理论应

25、用于实践，在这次课程设计中，我得到了锻炼，但是也感觉到了自己的不足。因此，我必须在剩下的的时间里对自己提高要求，让自己适应社会潮流，满足社会需要。在此我忠心的感谢学校给我们提供的这次课程设计的机会；同时也要感谢赖老师对我洗衣机控制系统程序设计的指导和很多同学对我的帮助；在这次课程设计中由于我们现在所学知识还不能满足课程设计的要求，所以我们在图书馆查阅了大量的资料，所以也应该感谢学校给我们提供了大量图书，和在图书馆的工作人员。由于本人水平有限，加之时间比较仓促，课程设计中错误和不妥之处，在所难免，殷切希望同学们，给予批评指正。附 录LD I0.4O M2.0AN I0.0= M2.0LD SM0

26、.1LD M1.0LD T42O I0.1ALDOLDO M0.0AN M0.1= M0.0LD M0.0A I0.0LD M0.7LD T41O I0.1ALDAN C2OLDO M0.1AN M0.2= M0.1= Q0.0LD M0.2LD M0.5A T40AN C1OLDLD M0.1LD I0.1O I0.2ALDOLDAN M0.3AN M2.0= M0.2=Q0.3TON T37, 150LD M0.2A T37O M0.3AN M0.4= M0.3TON T38, 30LD M0.3A T38O M0.4AN M0.5AN M2.0= Q0.2= M0.4TON T39, 1

27、50LD M0.4A T39O M0.5AN M0.2AN M0.6= M0.5TON T40, 30LD M0.5LD M0.6CTU C1, 20LD M0.5A T40A C1O M0.6AN M0.7= M0.6= Q0.1LD M0.6AN I0.3O M0.7AN M1.0AN M0.1AN M2.0= M0.7= Q0.2TON T41, 600LD M0.7LD M1.0CTU C2, 3LD M0.7LD T41O I0.1ALDA C2O M1.0AN M0.0= Q0.5= M1.0LPPTON T42, 50LD M0.6O M0.7O M2.0O I0.4= Q0.123电气信息学院课程设计评分表项 目评 价优良中及格差设计方案合理性与创造性（10%）开发板焊接及其调试完成情况*（10%）硬件设计或软件编程完成情况（20%）硬件测试或软件调试结果*(10%)设计说明书质量(20%)答辩情况(10%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)出勤情况(10%)综 合 评 分 指导教师签名：_ 日 期：_注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。