基于PLC設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī).doc

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Shaanxi University of Technology 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 基于PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì) 【摘要】本文論述了PLC的基本原理以及全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理。提出了實(shí)現(xiàn)用PLC模擬控制全自動(dòng)洗衣機(jī)運(yùn)行的方法。該方法是依據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能設(shè)計(jì)梯形圖，并把梯形圖輸入到PLC中實(shí)現(xiàn)模擬控制。基于GX DEVELOPER設(shè)計(jì)了梯形圖，并進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。本文主要介紹了課題的基本概況，講述了本次課程設(shè)計(jì)的總體任務(wù)要求，介紹了西門(mén)子PLC和三菱PLC的概況。以及整體的設(shè)計(jì)思路，也就是在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中需要做什么來(lái)達(dá)到題目的要求。最終驗(yàn)證后證明本文的設(shè)計(jì)成果達(dá)到了題目的要求。 【關(guān)鍵詞】PLC;梯形圖；步進(jìn)順控指令 The design of the automatic washing machine based on PLC Pan Qi （Grade14，class1401，Major Electrical engineering and its automation，Electrical Engineering Dept，Shanxi University of Techology，hanzhong 723000，Shanxi ） Tutor：Kang Jinhui 【Abstract】This paper discusses the basic principle of PLC and the working principle of automatic washing machine. Put forward the implementation using PLC simulation method to control the full-automatic washing machine operation. The method is based on the function of the automatic washing machine design of ladder diagram, the ladder diagram input and to realize the simulation control PLC. Based on the GX DEVELOPER ladder diagram is designed, and a simulation was carried out. The simulation results show that the design meets the design requirements.This article mainly introduced the basic situation of the subject, tells the story of the overall mission of this curriculum design requirements, this paper introduces the general situation of Siemens PLC and mitsubishi PLC. As well as the overall design idea, that is, what needs to be done in the whole process of course design to meet the needs of the title. After verification in the end prove to be of this article designs to suit the requirements of the subject. 【Key words】?PLC; Ladder Diagram; Step Ladder Instruction. ? 目錄 第一章 概述 5 1.1 題目?jī)?nèi)容及要求 5 1.2 DX DEVELOPER簡(jiǎn)介 6 1.3 三菱PLC和西門(mén)子PLC的簡(jiǎn)介 7 第二章 設(shè)計(jì)分析 8 2.1設(shè)計(jì)思路 8 2.2 總體流程 8 2.3 輸入、輸出點(diǎn)分配 8 2.4 主控制電路 10 2.5 PLC接線圖 11 2.6仿真 12 第三章 梯形圖 13 3.1 總體梯形圖解析.. 13 3.2 部分梯形圖解析 16 第四章 調(diào)試 18 4.0 調(diào)試總結(jié) 19 第五章 致謝 20 參考文獻(xiàn) 21 附錄 22 第1章 緒論 1.1 題目的內(nèi)容及要求 本次設(shè)計(jì)基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制，采用PLC控制開(kāi)發(fā)的周期短，開(kāi)發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。PLC控制具有實(shí)時(shí)性、信號(hào)處理時(shí)間短、速度快、更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高，安裝簡(jiǎn)單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因?yàn)樗钦w模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對(duì)簡(jiǎn)單，編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單，并且測(cè)試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)以操作簡(jiǎn)單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計(jì)方向。 設(shè)計(jì)的目的： （1）進(jìn)一步掌握和鞏固PLC控制的基本知識(shí)。 （2）掌握PLC程序的設(shè)計(jì)及調(diào)試方法。 （3）學(xué)會(huì)查閱有關(guān)專業(yè)資料及設(shè)計(jì)手冊(cè)。 研究的具體內(nèi)容： （1） 深入了解洗衣機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。 （2） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括硬件設(shè)計(jì)，PLC的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計(jì)，編程方法。 （3） 對(duì)編寫(xiě)好的編譯程序進(jìn)行實(shí)際調(diào)試并仿真。 系統(tǒng)的控制要求： PLC投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)。 （1） 按下啟動(dòng)按扭及水位選擇開(kāi)關(guān)，注水直到高（中、低）水位，關(guān)水。 （2） 2秒后開(kāi)始洗滌。 （3） 洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30秒后暫停，暫停2秒后開(kāi)始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌30秒后暫停，暫停2秒。 （4） 如此循環(huán)5次，總共320秒后開(kāi)始排水，排空后開(kāi)始脫水30s。 （5） 開(kāi)始清洗，重復(fù)（2）（5），清洗兩遍。 （6） 清洗完成，報(bào)警3s并自動(dòng)停機(jī)。 （7） 若按下停車按鈕，可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水（不計(jì)數(shù)）。 1.2 DX DEVELOPER簡(jiǎn)介 GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QNU、QS、QNA、ANS、ANA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫(xiě)PLC程序功能。 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QNA系列，A系列（包括運(yùn)動(dòng)控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說(shuō)明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。程序的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)號(hào)編程 用標(biāo)號(hào)編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識(shí)軟元件的號(hào)碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 功能塊 FB是以提高順序程序的開(kāi)發(fā)效率為目的而開(kāi)發(fā)的一種功能。把開(kāi)發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開(kāi)發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)誤。 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡(jiǎn)單的命令就能夠讀出登錄過(guò)的回路模式，變更更有靈活性，能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接 由于連接對(duì)象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡(jiǎn)單的設(shè)定。能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接。 1.3三菱PLC和西門(mén)子PLC的簡(jiǎn)介 三菱PLC英文名又稱：MITSUBISH Programmable Logic Controller， 它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。三菱PLC在中國(guó)市場(chǎng)常見(jiàn)的有以下型號(hào)： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q）?？删幊绦蚩刂破鞒司哂谢具壿嬛噶詈筒竭M(jìn)指令外，還具有許多功能指令，如FX0N系列具有20條基本指令，51條功能指令；而FX2N系列具有27條基本邏輯指令和298條功能指令。所以，不同系列的可編程序控制器，其功能指令相差很多。功能指令實(shí)際上是執(zhí)行一個(gè)個(gè)功能不同的子程序的調(diào)用，他既能簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，又能完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、數(shù)值運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)高難度控制。 德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門(mén)子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門(mén)子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-200 PLC是一種疊裝式結(jié)構(gòu)，它的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。指令豐富、可靠性高、適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴(kuò)展、性能價(jià)格比高。 S7-200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)與8種CPU可供選擇使用。其規(guī)?？梢詮膸c(diǎn)上到幾百點(diǎn)。 第2章 設(shè)計(jì)分析 2.1設(shè)計(jì)思路 按下電源開(kāi)關(guān)，開(kāi)始進(jìn)水洗滌衣服。要使用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的全自動(dòng)，它的輸入設(shè)備主要有電源按鈕，啟動(dòng)按鈕，水位選擇按鈕（高、中、低），排水和脫水按鈕等。輸出設(shè)備主要有電動(dòng)機(jī)，電磁閥。首先打開(kāi)電源，用戶根據(jù)衣服的多少和大小進(jìn)行水位的選擇；按下啟動(dòng)按扭洗衣機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，按下停止按鈕可手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水。 2.2 設(shè)計(jì)流程 如下圖1.1 2.3 輸入、輸出點(diǎn)分配 洗衣機(jī)的I O分配表如下圖1.2 PLC輸入端 所接外部輸入器件 PLC輸出入端 所接外部輸出入器件 X1 啟動(dòng)按鈕SB0 Y1 啟動(dòng) X2 停止按鈕SB1 Y2 進(jìn)水電磁閥YA1 X3 高水位選擇開(kāi)關(guān) Y3 正轉(zhuǎn)接觸器KM1 X4 中水位選擇開(kāi)關(guān) Y4 反轉(zhuǎn)接觸器KM2 X5 低水位選擇開(kāi)關(guān) Y5 排水 X6 排空檢測(cè) Y6 脫水 X7 高水位檢測(cè)SQ1 Y7 報(bào)警 X10 中水位檢測(cè)SQ2 X11 低水位檢測(cè)SQ3 X12 手動(dòng)排水 X13 手動(dòng)脫水 開(kāi)始 水位選擇 暫停2秒 先正傳洗劑30秒 暫停2秒 反轉(zhuǎn)洗劑30秒 暫停2秒 N 正反轉(zhuǎn)洗劑5次 Y 排空后脫水30秒秒 N 清洗兩次 Y 報(bào)警2秒停止 2.4 控制主電路 全自動(dòng)洗衣機(jī)的電機(jī)正反轉(zhuǎn)圖 圖1.3 分析：輸出觸點(diǎn)Y3得電，與之相連電機(jī)的主觸點(diǎn)（正傳）KM1閉合，電機(jī)運(yùn)行在正轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)輸出觸點(diǎn)Y4得電，與之相連電機(jī)的主觸點(diǎn)（反轉(zhuǎn)）KM2閉合，電機(jī)運(yùn)行在反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 2.5 PLC接線圖 如下圖1.4 2.6仿真 本次設(shè)計(jì)采用三菱公司的GX DEVELOPER編程軟件進(jìn)行編程，該軟件使用方便。打開(kāi)GX DEVELOPER編程軟件，新建時(shí)要根據(jù)PLC型號(hào)來(lái)選擇，這樣才能把你編的程序下載到PLC中調(diào)試時(shí)不會(huì)出錯(cuò)。 第3章 梯形圖 3.1 總體梯形圖解析 分析：按下啟動(dòng)按鈕X1，輔助繼電器M1得電，為全自動(dòng)洗衣機(jī)啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。選擇水位開(kāi)關(guān)X3(高水位)、X4(中水位)、X5(低水位)，當(dāng)水位上升達(dá)到預(yù)設(shè)的水位高度停止注水。停止2秒后，洗衣機(jī)開(kāi)始正傳30秒，停止2秒后，洗衣機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)30秒。重復(fù)上述動(dòng)作5次后，然后進(jìn)行排水和脫水持續(xù)30秒。重復(fù)上述動(dòng)作2次。完成后洗衣機(jī)報(bào)警3秒。 當(dāng)按下停止按鈕，全自動(dòng)洗衣機(jī)可以通過(guò)手動(dòng)按鈕X12(排水)和手動(dòng)按鈕X13(脫水)進(jìn)行操作。 3.2 部分梯形圖解析 分析：按下啟動(dòng)按鈕X1，輔助繼電器M1得電并且保持，為全自動(dòng)洗衣機(jī)運(yùn)行做好準(zhǔn)備，X2為停止按鈕 。X3、X4、X5分別為高水位選擇開(kāi)關(guān)、中水位選擇開(kāi)關(guān)、低水位選擇開(kāi)關(guān)。X7、X10、X11分別為高水位限位開(kāi)關(guān)、中水位限位開(kāi)關(guān)、低水位限位開(kāi)關(guān)。當(dāng)按下停止按鈕X2，通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令P1進(jìn)行可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水（不計(jì)數(shù)）。 分析：當(dāng)全自動(dòng)洗衣機(jī)完成注水后停止2秒，正傳30秒，停止2秒，反轉(zhuǎn)30秒后，既完整洗劑過(guò)程一次，根據(jù)題目要求需要循環(huán)5次，故采用計(jì)數(shù)器C0進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)5次，才能正確完成洗劑過(guò)程。 分析：當(dāng)洗衣機(jī)完成洗劑過(guò)程進(jìn)入清洗過(guò)程時(shí)，需要重新開(kāi)始注水進(jìn)行循環(huán)兩 次，通過(guò)計(jì)數(shù)器C1進(jìn)行循環(huán)。清洗完成后洗衣機(jī)報(bào)警，工作結(jié)束。 分析：當(dāng)按下停止按鈕X2，程序通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行手動(dòng)操作，當(dāng)按下手動(dòng)按鈕X12（手動(dòng)排水），洗衣機(jī)進(jìn)行手動(dòng)排水不脫水；當(dāng)按下手動(dòng)按鈕X13（手動(dòng)脫水），洗 衣 機(jī)進(jìn)行手動(dòng)脫水不計(jì)數(shù)。 第4章 調(diào)試總結(jié) 通過(guò)這次全自動(dòng)洗衣機(jī)plc控制及運(yùn)行，知道自己在這門(mén)課程中所學(xué)到的知識(shí)能應(yīng)用到實(shí)際生活中，真的很開(kāi)心。不過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到很多問(wèn)題，例如：PLC接線圖如何畫(huà)出來(lái)，在實(shí)驗(yàn)里又沒(méi)法做；程序的運(yùn)行，調(diào)試了很多次，其中的一次是手動(dòng)排水（不脫水）、脫水（不計(jì)數(shù)）以及運(yùn)用軟件怎樣模擬程序，這個(gè)問(wèn)題困擾了我很長(zhǎng)時(shí)間，通過(guò)查閱相關(guān)資料并且在老師的指導(dǎo)下最終攻克了這一難題。讓我們的程序得已正常工作。 　我覺(jué)得這次全自動(dòng)洗衣機(jī)用PLC控制設(shè)計(jì)能夠運(yùn)行成功，有以下幾點(diǎn)原因：1.與我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)是分不開(kāi)的。2.我們組的共同探討和努力的成果。3.輔導(dǎo)老師的認(rèn)真教學(xué)和耐心指導(dǎo)起到關(guān)鍵性的作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，讓我也學(xué)到了很多東西，例如：?jiǎn)⒈Ｍｋ娐吩O(shè)計(jì)的方法和技巧，跳轉(zhuǎn)指令的使用，順序控制中如何解決公用兩步組成的小閉環(huán)等。 本次課程設(shè)計(jì)使我深有感觸，只要付出就有回報(bào)，遇到問(wèn)題多與老師同學(xué)交流，利用網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)?？傊?，萬(wàn)事開(kāi)頭難，知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 第5章 致謝 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題、提出實(shí)際問(wèn)題、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。 在此全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中, 在學(xué)習(xí)新知識(shí)的同時(shí)，把在課程中學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際作品設(shè)計(jì)、操作中，更進(jìn)一步地熟悉了PLC的結(jié)構(gòu)及掌握了其工作原理和具體的使用方法與相關(guān)元器件的使用方法，了解了可編程控制器的開(kāi)發(fā)和制作及課程設(shè)計(jì)報(bào)告的編寫(xiě)。加深了對(duì)相關(guān)理論知識(shí)及專業(yè)知識(shí)的掌握度，增強(qiáng)自身的動(dòng)手能力，鍛煉及提高了理解問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，更深刻的體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，進(jìn)一步掌握畫(huà)圖軟件的使用和提高相應(yīng)的畫(huà)圖操作水平及技巧。 參考文獻(xiàn) [1]史國(guó)生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 [2]方承遠(yuǎn).工廠電氣控制設(shè)計(jì)[M].第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [3]王晉生.新標(biāo)準(zhǔn)電氣知識(shí)圖[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003 [4]楊振興.可編程序控制器原理和應(yīng)用[M].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社,1993 [5]呂景泉.可編程控制器技術(shù)教程[M].北京：高等教育出版社，2001 [6]胡學(xué)林.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2001 [7]日本三菱公司.三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX系列編程手冊(cè)[M]. 1998 [9]刑郁甫，楊天民，趙積善編.　新編實(shí)用電工手冊(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，1997 [10]劉祖潤(rùn).畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)（電氣類專業(yè)適用）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 [11]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 [12]龔運(yùn)新，陳淑蘭，解曉飛.三菱PLC實(shí)用技術(shù)教程[M]北京：北京師范大學(xué)出版社，2007 附錄 在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種plc產(chǎn)品，應(yīng)用汽車、糧食加工、化學(xué)、制藥、金屬、礦山、紙漿、等行業(yè)。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。