1、精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業目錄 1 引言1.1 系統背景描述從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務勞動，而在洗衣機出現以前，對于許多人而言，它并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣，手搓、棒擊、沖刷、甩打這些不斷重復的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是：辛苦勞累。 1874年，“手洗時代”受到了前所未有的挑戰有人發明了木制手搖洗衣機。發明者是美國人比爾·布萊克斯。布萊克斯的洗衣機構造極為簡單，是在木筒里裝上6塊葉片，用手柄和齒輪傳動，使衣服在筒內翻轉，從而達到“凈衣”的目的。這套裝置的問世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發，洗衣機的改進過程開始大大加快。 1880

2、年，美國又出現了蒸汽洗衣機，蒸汽動力開始取代人力。 之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現。到1911年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。電動洗衣機幾經完善，在1922年迎來一種嶄新的洗衣方式“攪拌式”。攪拌式洗衣機由美國瑪依塔格公司研制成功。這種洗衣機是在筒中心裝上一個立軸，在立軸下端裝有攪拌翼，電動機帶動立軸，進行周期性的正反擺動，使衣物和水流不斷翻滾，相互摩擦，以此滌蕩污垢。攪拌式洗衣機結構科學合理，受到人們的普遍歡迎。不過10年之后，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機，洗滌、漂洗、脫水在同一個滾筒內完成。

3、這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階，朝自動化又前進了一大步！直至今日，滾筒式洗衣機在歐美國家仍得到廣泛應用。 隨著工業化的加速，世界各國也加快了洗衣機研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機，它是靠筒體一側的運轉波輪產生的強烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內不斷翻滾，洗凈衣物。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機生產領域三分天下的局面初步形成。 20世紀60年代以后，洗衣機在一些發達國家的消費市場開始形成系列，家庭普及率迅速上升。此間洗衣機在日本的發展備受矚目。60年代的日本出現了帶干桶的雙

4、桶洗衣機，人們稱之為“半自動型洗衣機”。70年代，生產出波輪式套桶全自動洗衣機。70年代后期，微電腦控制的全自動洗衣機橫空出世，讓人耳目一新。到80年代，“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時尚進入90年代，由于電機調速技術的提高，洗衣機實現了寬范圍的轉速變換與調節，誕生了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅動技術的發展與提高，日本生產出了電機直接驅動式洗衣機，省去了齒輪傳動和變速機構，引發了洗衣機驅動方式的巨大革命。現在，全自動洗衣機已經進入了千家萬戶之中，極大的方便了人們的日常生活，提高了人們的生活質量，使人們從那繁重的體力勞動中解脫出來。 所謂

5、全自動洗衣機，就是將洗衣的全過程(泡浸-洗滌-漂洗-脫水)預先設定好N個程序,洗衣時選擇其中一個程序,打開水龍頭和啟動洗衣機開關后洗衣的全過程就會自動完成,洗衣完成時由揚聲器發出響聲。 本文是基于三菱FX2N系列PLC的全自動洗衣機梯形圖系統的設計，設計完善的全自動洗衣機控制系統，以滿足控制要求，實現洗衣自動化的控制。1.2 系統控制要求 （1）按下啟動按鈕及水位選擇開關，注水直到高（中、 低）水位，關水（2）2s后開始洗滌（3）洗滌時，正轉30s，停2s，然后反轉30s，停2s（4）如此循環5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s（5）開始清洗，重復（2）（5），清洗兩遍（6）清洗完成

6、，報警3s并自動停機（7）若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數） 輸入點： 輸出點： 啟動 x1 低水位檢測 x11 啟動洗衣機 y1 停止 x 2 手動排水 x 12 進水閥 y2 高水位 x 3 手動脫水 x 13 正轉 y3 中水位 x 4 反轉 y4 低水位 x 5 排水 y5 排空檢測x 6 脫水 y6 高水位檢測 x7 報警 y7中水位檢測 x 102. 若要求啟動開關分為標準洗和輕柔洗，試改變有關輸入點，并在程序中加入輕柔洗功能（輕柔洗過程自定）3. I/O編址4.編程并調試2. 系統設計方案2.1 系統功能描述 全自動洗衣機的由內外桶、進水口、啟動和停止按鈕、

7、控制器、進水按鈕、水位開關、排水口和洗條電機組成。洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的，外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水（甩干）用。內桶的四周有很多小孔，使內、外桶的水流相通。系統結構框圖如下：全自動洗衣機的進水和排水分別有進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時，通過電控系統把進水閥打開，經進水管將水注人外桶，排水時，通過電控系統使排水閥打開，將水又外桶排到機外。洗衣機正轉，反轉由洗滌電機驅動波輪正反來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統將離合器合上，由洗滌電機帶動內桶正轉進行甩干；高低水位開關分別用來測高低水位；啟動按鈕用來啟動洗衣機工作；停止按鈕用來實現緊急工況

8、下手動停止進水排水脫水及報警；排水按鈕用來實現手動排水。 圖2-1 全自動洗衣機示意圖 由控制要求可知，全自動洗衣機的工作流程圖如圖2-1所示。首先接通電源，用戶根據衣物的多少及大小進行水位的選擇。再按下啟動按鈕，開始進水洗滌衣物。使用PLC控制時，輸入設備主要有啟動按鈕，水位選擇按鈕（高水位選擇按鈕、中水位選擇按鈕、低水位選擇按鈕），水位開關（高水位開關、中水位開關、低水位開關），排水按鈕及脫水按鈕等。輸出設備主要有進水電磁閥，洗滌電動機正轉接觸器，洗滌電動機反轉接觸器，排水電磁閥，脫水離合器及報警蜂鳴器等。2.2 方案的論證（1）工業PC 對于一個任務不算小的系統設計來說，工業PC是首選。

9、它是專門考慮了生產現場環境條件差及各種干擾大而設計的，可以長期可靠運行，可靠性和可維護性都可達到要求。另外，除了有多種模塊的主機系統板外看，還配備有多種接口板，如多路模擬量輸入/輸出板、開關量輸入輸出板、圖形板，以及擴展用的RS-232C、RS-422、RS-485、總線接口板和EPROM編程板等。總之，可擴充性不成問題。此外，模擬量輸入輸出、開關量輸入輸出的接口很多，并有大量的軟件支持，如匯編、高級語言和中文等。（2） 單片機 現今的單片機正向著提高工業環境下控制系統的可靠性和靈活方便地構成應用系統界面的方向發展，并且控制功能越來越豐富。在CPU芯片上，除嵌入RAM、ROM、和IO外，還有A

10、/D、D/A、PWM、DMA、看門狗、串行接口和定時器/計數器等，另外還有顯示驅動、鍵盤控制、比較器和函數發生器等，能構成功能強大的應用系統。單片機比專用處理器最適合應用于嵌入式系統，因此它得到了最多的應用。特別是它體積小，集成度高。性能穩定，可靠性高，有較高的性價比。但由于單片機的指令系統相對復雜，編寫洗滌、脫水程序相對復雜；其次，在設計控制系統硬件時，要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護以及欠壓保護等等。這樣增加了硬件的復雜性，隱含較高的故障率，無形的增加了維修成本費用。（3） PLC PLC是一種能夠適應多種工業環境的控制裝置，其穩定的性能受到廣大工業生產者的好

11、評。這種控制系統具有極高的可靠性和靈活性，而且編程簡單，易用，應用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業自動化的主要設備之一。PLC已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統中，當然PLC 在其他領域也得到了迅速的發展。在性能價格比不斷提高的同時，它所帶來的成果越來越明顯。在工業控制系統中廣泛應用的PLC能克服單片機的缺點，它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯網功能。因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。2.3確定控制方案 根據上述方案的論證，本次設計的全自動洗衣機梯形圖控制系統將由PLC可編程序控制器來作為主要

12、組成部分，從而實現對全自動洗衣機的工作過程控制。 PLC 即 Programmable logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。 PLC在硬件上又基本單元（包含中央處理器單元，存儲器，輸入輸出接口，內部電源）,I/O口擴展單元，及外部設備組成。其輸入接口電路通常有干接觸，直流輸入，交流輸入三種形式。輸出形式有：繼電器輸出，晶體管輸出和晶閘管輸出。PLC采用循環掃描

13、的的工作方式，其工作時的掃描過程包括5個階段：內部處理，通信處理，輸入掃描，程序執行，輸出處理。其中程序執行過程又分為輸入采樣，程序執行和輸出刷新三個主要階段。 應用PLC進行控制，具有以下幾個優點： 1可靠性高，抗干擾能力強。2編程簡單，易于實現。3功能完善，靈活方便，4體積小，質量輕，功耗低。3 硬件電路設計3.1 PLC選型PLC是一種用作數字控制的專用電子計算機，它根據用戶給的指令，通過輸入接口現場采樣信息執行邏輯或數值運算，再通過輸出接口去控制各種執行機構動作。它主要由CPU、存儲器、I/O接口模板三部分。它是整體模塊形式，由它作為洗衣機控制系統，在硬件設計上就相對簡單點。通過對結構

14、圖的分析，可知全自動洗衣機的I/O點不多，選擇抵擋的三菱FX2N系列FX2N-32MR，可以完全滿足其要求，FX2N-32MR有32個I/O，根據輸入，輸出口的總點數，考慮留有適當余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC，可滿足設計要求。3.2 水位傳感器的選擇水位傳感器就相當于壓力開關，當你設定好一個壓力值以后，注水后產生水壓，達到壓力值后就自動通電，起到了開關的作用。水位開關的種類很多，考慮到各種因素，洗衣機中一般采用壓力式水位開關，它裝在洗滌缸的上部，它有一根下端開口的氣管通到缸底，進水時管里的空氣被封閉在里面出不來，就形成比外界稍高的壓力。水位越高壓力越高，這樣根據壓力就可間接測知水位

15、，從而控制閥門。而壓力的測量仍然用彈性元件，靠元件的變形帶動觸點完成通斷動作。這種測液位的方法叫做“靜壓法”，在工業中用的不少。在該系統中，選擇海爾洗衣機水位開關,淘寶價為15元。壓力式開關型號：XQB50-LDC 6V 10mA 圖3-1 洗衣機水位開關3.3 接觸器的選擇接觸器是一種能頻繁地接通和斷開遠距離用電設備主回路及其他大容量用電回路的自動控制電器。它分為直流和交流兩類。，它的控制對象主要是電動機，電爐，電燈，電焊機，電容器等。選用接觸器時，交流負載選用交流接觸器，直流負載選擇直流接觸器。如果控制系統中主要是交流電動機，而直流電動機或直流負載的容量比較小時，也可選用交流接觸器進行控制

16、，但觸頭的額定電流應選大些。接觸器的額定電壓應大于或等于負載回路的額定電壓。接觸器主觸頭的額定電流應等于或稍大于實際負載電流。一般從人身和設備安全角度考慮，接觸器吸引線圈的電壓可以選擇低一些，但當控制電路比較簡單，用電不多時，為節省變壓器，則選用220V，380V。本系統中選用額定電壓為220V50Hz額定電流為10A的交流接觸器。型號為LS低壓接觸器 （GMC-9）3.4 繼電器的選擇繼電器是一類通過監測各種電量或非電量信號，接通或斷開小電流控制電路的電器。本系統中選用線圈電壓為24V的中間繼電器來控制220V交流點。參數：額定電壓為220V，額定電流選擇3A。線圈電壓為24V3.5 進水閥

17、的選擇進水閥用來控制進水，進水時先選擇水位檔位，到達設定水位，相應的水位開關閉合，由程序控制進水閥閉合，從而開始洗衣工作過程。從經濟角度考慮選用通用進水電磁閥（FCD-270B），品牌：星光 產品型號：FCD-270B 適用范圍：洗衣機用等家用電器 產品別名：通用水閥 連接形式：螺紋 公稱通徑：G34C16（mm） 適用介質：水、氣、油 壓力范圍：0.02-1.0（Mpa） 適用溫度：0-100（） 圖3-2通用進水電磁閥主體材料：塑膠 價格：15元一只 特點：性能穩定、堅固耐用、安全可靠、靈敏度高、質量保證、外形美觀。 主要技術指標： 1、使用環境海拔高度不超過2500米； 2、工作介質溫度

18、060（丁腈橡膠）；0100（硅橡膠）； 3、適用介質：水、氣、油。 進水電磁閥（單通）的名稱意義如：FCD-270B （1）其中F是表示閥門的漢語拼音縮寫的意義 （2）C表示進出水口的相對角度（進出水的相對角度只有兩種：即垂直用C表示、平行用P表示） （3）D表示出水口的數量（出水口的數量只有三種表示即單通用D表示、雙通用S表示、多于兩個出水口的用數字表示3、4等） （4）270表示進水口與引出端子的相對角度（進水口與引出端的相對角度只有四個角度0、90、180、270度） （5）B是生產工廠的內部編號3.6 排水閥的選擇 排水閥用來控制排水，洗衣機按工作順序洗完衣服后，由程序自動啟動排水閥

19、開始排水，當排空后，排空檢測開關閉合，啟動脫水電磁離合器，開始脫水，脫水過程中，保持排水。本系統選擇海爾全自動洗衣機排水閥，型號為 XQB50-L3.7 電動機的選擇在全自動洗衣機中，應用比較廣泛的是單相電容運轉異步電機，單相電容異步電動機（單速）的繞組是由兩個在空間上相差九0度電角度的主相繞組和副相繞組組成，轉子是鼠籠繞組，由電容分相運行。優點是結構簡單、成本低且具有較好的啟動和運行性能、控制簡單，缺點是效率低、調速性差、無法適應高檔洗衣機的需要。洗衣機用單相電容運轉異步電機按功能分為：專用于洗滌的洗滌電機、單用于脫水的脫水電機和用于全自動洗衣機的洗滌-脫水電機。由于不同的用途，還分為雙向運

20、行及單向運行電機。洗滌衣物時為提高洗滌效果及防止衣物纏繞，要求波輪雙向運轉工作，故而用于洗滌的洗滌電機和洗滌-脫水電機都是雙向運轉電機，其主、副繞組是一樣的（也有為特別要求而作微調的）。而脫水電機是單向運行電機，因主、副繞組為取得運行時的圓形磁場而不一致，也就不能雙向工作。 在本系統中選用YC系列微型單相電容起動異步電動機，YC系列微型單相電容起動異步電動機廣泛用作空氣壓縮機、水泵、冰箱、洗衣機、醫療器械等機械的驅動設備。本系列按照YC系列國家標準并吸取國際上同類產品的優點進行派生設計制造，具有結構簡單、運行安全可靠、維修方便及技術經濟指標優異等特點。 YC系列微型單相電容起動異步電動機為全封

21、閉型結構，能防止灰砂及其它飛揚雜物侵入電機內部。電動機冷卻方式為IC0141（即全封閉電機，機殼有冷卻筋，帶有外風扇冷卻）。定子機座及端蓋的結構材料為鑄鐵。電動機均有接線盒，設在電機右側（從軸伸端看）。起動裝置為離心開關。本系列電動機全部采用E級絕緣材料，具有良好的絕緣性能和機械強度。電動機的結構及安裝形式可制成下列四種基本形式：      B3型機座有底腳，端蓋上無凸緣；      B34型機座有底腳，端蓋上有凸緣，軸伸在凸緣端；（小法蘭型式）    &

22、#160; B14、B5型機座無底腳，端蓋上有凸緣，軸伸在凸緣端。（B14型為小法蘭型式；B5型為大法蘭型式。）型號： YC632-2 效率% :60   功率W： 180 轉速r/min： 2800 電流A： 1.95 功率因數cosø : 0.7電壓V： 220 起動電流A: 12頻率Hz： 50 起動轉距/額定轉距 :2.83.8 I/O點分配I/O地址信號名稱功能說明備注X001啟動按鈕開啟洗衣機運行常開X002停止按鈕關閉洗衣機運行常開X003高水位開關選擇高水位常開X004中水位開關選擇中水位常開X005低水位開關選擇底水位常開X006排空檢測開關排空

23、時接通常開X007高水位檢測開關高水位時有信號常開X010中水位檢測開關中水位時有信號常開X011低水位檢測開關低水位時有信號常開X012手動拍水選擇手動排水常開X013手動脫水選擇手動脫水常開Y001啟動洗衣機開啟洗衣機通有效Y002進水閥開啟進水閥通有效Y003電動機正轉線圈電動機正轉通有效Y004電動機反轉線圈電動機反轉通有效Y005排水閥開啟排水通有效Y006脫水電磁離合器開啟脫水通有效Y007報警啟動報警通有效表3-1 I/O地址分配表3.9 I/O接線圖圖3-3 I/O外部接線圖說明： 啟動按鈕：SB1 高水位檢測開關：SQ2 脫水電磁閥：YC 停車按鈕：SB2 中水位檢測開關：S

24、Q3 報警揚聲器：SPK高水位檔：K1 低水位檢測開關：SQ4中水位檔：K2 啟動洗衣機：Y1 低水位檔：K3 進水電磁閥：YV1手動排水：K4 排水電磁閥：YV2手動脫水：K5 電動機正轉：KM1排空檢測開關：SQ1 電動機反轉：KM24 軟件設計4.1 控制方案在工業控制領域，許多的控制過程都可用順序控制的方式來實現，使用步進指令實現順序控制既方便又便于閱讀修改，所以在全自動洗衣機的梯形圖控制中，采用步進順序指令來實現控制。利用狀態寄存器S0-S499中的一部分來編寫步進梯形圖進行控制。PLC順序控制編程的主要依據是狀態流程圖，運用STL和RET步進指令進行編程。利用SET置位指令將某狀態

25、的狀態繼電器元件置位后，該狀態的步進點閉合，這時順序控制進入該狀態。當轉移至下一狀態的條件滿足時，利用SET置位指令又將下一狀態的狀態寄存器置位，這時順序控制進入下一個狀態，而上一個狀態寄存器自動復位。順序控制的編程步驟如下：1. 列出PLC輸入輸出點分配表。1. 根據系統控制要求畫出順序控制的狀態流程圖。2. 根據狀態流程圖編寫出相應的梯形圖。3. 寫出對應的指令語序表。5. 調試程序。4.2 全自動洗衣機控制程序流程圖 圖4-1 全自動洗衣機控制流程圖 4.3全自動洗衣機步進梯形圖4.4 中間變量的記錄 程序中共用到7個計時器，2個計數器。T0為關閉進水時暫停2s計時器，T1為正轉30s計

26、時器，T2為正轉30后暫停2s計時器，T3為反轉30s計時器，T4反轉后暫停2a計時器，T5為脫水30s計時器，T6為報警3a計時器。C0為正反洗滌5次計數器，共320s，C1為反復進水脫水3次計數器。 程序運行時，PLC由STOP狀態變為RUN狀態，M8002有信號，從而置位S0，復位計數器C1。閉合啟動按鈕，置位S20，復位C0，并且系統控制進水閥開始進水，進水完畢后，計時器T0開始計時，從0遞增到20，之后正轉計時器T1開始計時，由0遞增到300。正轉30s后，T2計時器工作，從0到20，暫停2s。接著反轉計時器T3工作，也是從0到300，之后T4計時器啟動，從0到20變化。T4計時完畢

27、，計數器C0開始計數一次，此后回到S22，T1計時器重新開始計時，依次到T4,當C0計數5次到時，排水。排空后，T5計時器計時，從0到300，開始脫水30s。脫水完畢，C1開始計數一次，之后程序返回到S20狀態寄存器。重新開始進水洗滌排水過程，直到反復三次后，即C1計數三次時，T6計時器啟動，從0到30，報警3s。4.5 系統調試 連接好PLC，打開軟件，選定合適的通信端口。首先用軟件遠程使PLC停止工作，RUN燈熄滅。然后把編好的程序寫入PLC，再用軟件啟動PLC，發現PLC的RUN指示燈亮，程序運行時，按下啟動按鈕X1，置位狀態寄存器S20，控制進水閥開始進水。由外部跟定液位信號，比如選定

28、高水位洗滌，則閉合X3,過一會兒再閉合X7，相當于已達到高水位，從而置位S21，S20自動復位，關閉進水，同時啟動T0計時器暫停2s。計時完畢，T0常開點閉合，置位S22，洗衣機開始正轉，并開啟T1計時器計時30s。計時完畢，T1常開點閉合，置位S23，開啟暫停2s的T2計時器。計時完畢，T2常開點閉合，置位S24，控制電動機反轉，同時開啟T3計時器計時30s。計時完畢，T3常開點閉合，從而置位S25，開啟暫停2s計時器T4。計時到時，并啟動計時器C0，計數一次，同時返回S22，直到計數器計到5次時，即正反轉320s后，置位S26，開始排水.當排空后，X11有信號，從而置位S27,啟動脫水，并

29、保持排水，同時開啟T5計時器計時30s。計時到時，T5常開點閉合，C1計數一次，同時返回S20，直到C1計時3次時，即反復洗滌三次后，C1常開點閉合，置位S28，開啟報警電路，揚聲器發出響聲提示洗衣完成，同時啟動T6計時器，控制報警聲3s后停止，之后返回到S0,程序停止。在每一步順序運行時，上一步的狀態寄存器均自動復位。在程序運行中，閉合X2，各狀態寄存器均無信號，通過選擇手動排水和手動脫水檔位，可實現手動排水和手動脫水功能。若要實現輕柔洗功能，需添加X0作為輕柔洗檔位，把X1設為標準洗檔位，輕柔洗的過程可以通過一些計時器把正反轉的時間設定的小一些。編程和上述基本類似。設計小結經過將近一周的全自動洗衣機PLC課程設計，讓我收獲頗豐，不僅熟悉了全自動洗衣機的工作過程，還學會了使用步進指令。步進指令簡單，直觀，易于閱讀，使用它來控制洗衣機的工作過程，真的很是方便。通過這次設計，我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節不加重視，當我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現了，不是不能運行，就是運行的結