电工维修技师论文

山东省“金蓝领”(维修电工技师)

论 文

题 目： PLC控制工业用洗衣机 * 名： *** 指导老师：

二零一一年十月零一号

目 录

摘要 ............................................................................... 3 第一章 PLC控制系统设计 ............................................................ 3

1.1 1.2 1.3

为何选用PLC控制 .......................................................... 3 PLC控制系统设计的基本原则 ................................................ 5 PLC I/O模块的选择步骤与原则 .............................................. 6

第二章 工业用洗衣机的PLC控制 ...................................................... 8

2.1 PLC的设计步骤 ............................................................. 8 2.2 课题内容 .................................................................... 9 2.3 控制要求 .................................................................... 9 2.4 电气控制图以及水位检测元件说明 ............................................. 10 2.5 I/O分配图以及梯形图 ....................................................... 10 2.6 程序工作原理分析 ........................................................... 14 2.7 调试结果 ................................................................... 14 2.8 选型以及规格 ............................................................... 15 三、 设计总结 ...................................................................... 15

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摘 要

PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是: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。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。它采用一类可编程的存储器，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. 关键词：可编程序控制器（PLC）； 工业用洗衣机； 自动控制

第一章 PLC控制系统设计

1.1 为何选用PLC控制

PLC控制系统与电器控制系统的区别：

PLC控制系统与电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。不同之处主要在以下几个方面：

1）从控制方法上看，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，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。

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2）从工作方式上看，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而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。

3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。

4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。

5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并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控制与PC控制的区别：

PLC不断发展，虽然PC被引入控制工业，但PLC并没有因此退出控制舞台，这是因为它能与新技术很快的结合，如大量网络连接、处理速率、本地存储和编程的灵活性等技术。另一个原因是，各种控制模块的集成没有兼容性问题，降低了启动和系统确认的成本，提供了一个经测试的高稳定性的良好控制环境。 PLC技术之特点包括： •过程执行的实时性；

•读、写输入输出（I/O）值的实时性； •能保证执行和继续操作的鲁棒性和可靠性； •保护控制代码和执行不受外来影响； •功能，保证控制响应的专一性。

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PLC处理能力的成本在下降，通信能力在增强，开放式的系统正在被广泛接受。总共具有32点 I/O的Nano PLC，网络通信能力不断增强；而具有129点I/O的micro PLC，在功能上则更加完善。根据一项ARC Advisory Group的研究，小型PLC通过网络配置性能替代大型PLC已成发展趋势，其原因包括可靠性、简易联线以及可测量性。同样，软件的进步也使用户能够容易地进设定和使用，PLC也可承担更多的逻辑控制。另一发展趋势是精密运动和位移控制软件以及网络化（web-enabled）功能，如基于网络的HMI、在线升级和远程故障判断及排除。

1.2 PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1.2.1 最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 1.2.2 保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 1.2.3 力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 1.2.4 适应发展的需要

由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今

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后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

1.3 PLC I/O模块的选择步骤与原则

一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。 1.3.1 开关量I／O模块的选择 1、 开关量输入模块的选择

开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： 1）输入信号的类型及电压等级

开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。

开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块最远不得超过１０米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。 2）输入接线方式

开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式， 开关量输入模块的接线方式 a)汇点式输入 b)分组式输入

汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。

3）注意同时接通的输入点数量

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对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。 4）输入门槛电平

为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。 1.3.2 开关量输出模块的选择

开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： 1）输出方式

开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。

继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。

对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。 2）输出接线方式

开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式，如图6-3所示。 图6-3 开关量输出模块的接线方式 a)分组式输出 b)分隔式输出

分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。 3）驱动能力

开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。 4）注意同时接通的输出点数量

选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累

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计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8×2A)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。 5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关

开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。 1.3.3模拟量I／O模块的选择

模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出(D／A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。

典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。

一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。

1.3.4特殊功能模块的选择

目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。

第二章 用PLC控制工业用洗衣机

2.1 PLC的设计步骤

开发应用 PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分. 2.1.1硬件设计主要包括:

(1) 确定安排 PLC的输入、输出点; (2) 设计外围电路 , 包括主电路; (3) 选购 PLC并进行现场安装接线等内容.

2.1.2软件设计 , 大多数用梯形图和指令程序 , 主要包括:

(1) 设计控制流程 , 根据工艺要求先画出工作循环 ,如有必要再画详细的状态流程图;

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(2) 根据工作循环图 , 画出虚拟的电路图 ———继电器梯形图; (3) 按梯形图编写指令程序表;

(4) 系统调试: 根据设计要求 , 对程序进行调试和修 改 , 必要时还可对硬件进行修改 , 直到符合要求为止. 2.2 课题内容

编制一个用PLC控制的工业用单缸全自动洗衣机的洗涤动作，具体操作过程见下附图（全自动洗衣机洗涤动作流程图）

2.3 控制要求

动作要求如下：

➢ 启动（选择手动与自动）后

有运行指示灯。

➢ 洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。

➢ 洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现。

➢ 脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩干。 ➢ 洗涤完成由蜂鸣器报警。

➢ 停止按钮用来手动结束洗涤过程。操作面板上设有启动按钮及停止按钮。 ➢ 如果洗衣机内已经有出于高水位的水，则不需进行进水，而只需启动按钮启动即

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开始洗衣

➢ 对电机实行正反转的互锁控制，进水与出水的互锁。

➢ 可以通过参数设置是否需要进行大循环洗衣（即：正反三次且甩干后返回进水状态而继续洗衣，以达到更干净的要求） ➢ 在报警10秒后洗衣机自动停机

➢ 当洗衣没有达到三次而断电，如果来电后能够继续刚洗衣过程，不需重新开始三次洗衣

➢ 能够有手动控制，以达到只使用洗衣机的某部分功能而用作它用，扩展其用处 ➢ 若有紧急情况，实现无条件停机！

2.4 电气控制图以及水位检测元件说明

输入 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 启动输入 停止输入 手动排水 高水位输入 低水位输入 手动脱水 手动进水 手动正转 手动反转 手动/自动选择开关 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6

输出 运行指示灯 电机正转 电机反转 进水电磁阀 出水电磁阀 离合器电磁阀 蜂鸣报警 说明：对水位检测元件的理解和解释已经设计中的应用：

高水位时： 高水位元件接通 低水位时： 高水位元件断开 低水位元件断开 低水位元件接通 手动/自动方式选择开关： 断开（常态）为自动方式 闭合为手动方式

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计数器选择带停电保持的计数器 C100 和C101, 其它计数器，辅助继电器为普通

2.5 I/O分配图以及梯形图如下：

梯形图

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指令表：

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2.6 程序工作原理分析如下：

1. X11没有接通，表明选择自动洗衣，

2. X0启动按钮接通，辅助继电器M100动作并自锁

3. 同时启动进水电磁阀Y3（如果里面的水位已经人为的进水到高水位，则不需启动进水电磁阀，而直接进入洗衣过程）

4. 当水位到达高水位，X3接通，电机正转(Y1)15秒 暂停3秒

电机反转（Y1断开，Y2接通）15秒 暂停3秒

5. 当第四步完成后，计数器即加1，若计数器未满3，则继续重复第四步过程 6. 计数器满3次，则启动出水电磁阀Y4，进行排水，水位至低水位即X4接通，则启动离合器电磁阀，和电机正转，同时保持出水电磁阀Y4接通，Y1,Y4,Y5保持输出10秒

7. 如果需要增加洗衣洁净程度则在此设置计数器C101的次数大于1，以返回步骤3，完成设定的次数

8. 计数器C101达到设定的次数，则报警（洗衣完成），10秒后自动停机，同时让计数器C100和C101复位，以为下次洗衣准备！

9. X11接通，表明选择手动洗衣（主要方便只使用洗衣机的部分功能像：脱水，电机正反转来洗其他东西，排水可以人工清洗洗衣机内部），运行指示灯也会亮。 10.按下手动排水，接通Y4（进水与出水互锁），进行排水，排水到低水位会自动停止排水

11.按下手动脱水，会同时接通电机正转Y1,出水电磁阀Y4,离合器电磁阀Y5，脱水10秒（时间可以自定）后自动停机

12.按下电机正转Y1（反转Y2），则电机按规定的动作动作，正反转互锁， 13.按下手动进水，则接通进水电磁阀Y3，进水与出水互锁，进水到高水位则自动停止。

14.互锁有正反转，进水出水，

15.洗衣（或者手动时脱水）完成，后复位计数器C100与C101

2.7 调试结果

通过在试验台上的调试，PLC的输入用指定的按钮，水位检测元件用扭子开关代替，输出的电机正反转，电磁阀，指示灯等都直接用PLC的输出Y的指示灯表示，调试的结果

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都能按照规定的要求输出，达到要求！

2.8 选型以及规格如下（能够保证使用要求，而且有足够的I/O口余量，也能够实现功能的升级改装）：[8]

输入 模型 I/O总数 数目 类型 数目 类型 输出 尺寸 mm(英寸） （宽）x（厚）x（高） 150x87x90 (5.9x3.4x3.5) FX2N-32MR-001

32 16 漏型 16 继电器 三、 设计总结

本次利用三菱FX2N-32MR-001完成了对单缸全自动洗衣机的洗涤动作，充分的了解了PLC具有的许多优势：1、功能强，性能价格比高 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 3、可靠性高，抗干扰能力强 4、系统的设计、安装、调试工作量少 5、编程方法简单 6、维修工作量少，维修方便 7、体积小，能耗低。

通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

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